Расчет припусков на обработку резанием

Государственное образовательное учреждение

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ

ЗАОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Инженерный факультет

Кафедра «Надежности и ремонта машин»

 

Подпись преподавателя   Работа защищена

с оценкой __________________

 

 

Дата защиты ________________

 

 

 

ТЕХНОЛОГИЯ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО

МАШИНОСТРОЕНИЯ

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

Студент                                               Дата регистрации

 

 

 

 

 

 

Санкт- Петербург 2012 год

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Машиностроение является ведущей отраслью всей промышленности.

Одним из главных условий «выживания» машиностроительного производства в условиях рыночной экономики является постоянное повышение конкурентоспособности продукции. Для этого необходимо повышать производительность, перестраивать производство путём рациональной автоматизации.

Экономический потенциал любого государства в значительной степени определяется техническим уровнем развития машиностроения.

Важное значение имеют энергетика, металлургия, химическая и другие отрасли промышленности, но именно машиностроение является стержнем экономики.

Технический уровень энергетики, металлургии и других отраслей в решающей степени зависят от степени совершенства используемой техники.

Одним из основных направлений развития станков является качественное повышение уровня автоматизации универсального оборудования путём оснащения станков числовым программным управлением.(2)

Чем выше технический уровень машин, тем выше их производительность, надёжность, качество выпускаемой продукции и ниже её себестоимость. Технический уровень машиностроения определяется техническим уровнем используемого парка металлорежущих станков, кузнечно - прессового, литейного, сварочного, подъёмно-транспортного и другого оборудования. Особое значение имеют качественные характеристики станочного парка. Морально и физически устаревшие конструкции станочного оборудования не могут обеспечить высокой производительности труда и качества машин.

 

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К ПРОЕКТУ

 

1.1. АНАЛИЗ  КОНСТРУКЦИИ ДЕТАЛИ

В нашем случае палец относится к телам вращения и выполнен из углеродистой качественной конструкционной стали 45 по ГОСТ 1050-88.

Так как материал детали – сталь и с учетом типа производства (серийное) применяем заготовку – прокат ф 50.

Технологические требования к конструкции изделия:

- базовые поверхности в состоянии  обеспечить правильную ориентацию и требуемую жёсткость при обработке;

-деталь обладает достаточной  жёсткостью, что позволяет применять  высокие режимы резания;

-предусмотрен удобный подвод режущего инструмента к каждой из обрабатываемых поверхностей;

-габаритные размеры детали и  точность их обработки соотнесены  с возможностями станков.

Данная деталь технологична т.к.:

    1. замена рассматриваемой конструкции на сварную не целесообразна;
    2. при выдерживании заданных допусков на отдельные размеры технологические трудности не возникают; точность не превышает шестого кПалецитета;
    3. все допускаемые отклонения от геометрических форм увязаны с геометрическими погрешностями станков;
    4. допускаемые пространственные отклонения не вызывают технологических трудностей и могут быть выдержаны без усложнения технологического процесса.

Исходя из требований, предъявляемых к поверхностям детали, наиболее точными являются: диаметр М16 с шероховатостью поверхности Rа0?8   диаметр Ø48 с шероховатостью поверхности Rа 0,8 мкм

Таблица 1

Химический состав материала Стали 45

Марка стали

Содержание элементов, %

С(углерод)

Мn (марганец)

Si (кремний)

Cr(хром), не более

45

0.42- 0.5

0.5- 0.8

0.17- 0.37

0.25


 

Таблица 2

Механические свойства стали 45

Марка стали

Свойства после нормализации

НВ

после отжига или высокого отпуска

σв,

МПа

σТ,

МПа

δ5 %

Ψ,

%

НВ

 

Не более

Не более

45

610

36

16

40

229

197


 

Сталь 45 относится к среднеуглеродистым сталям, в нормализованном состоянии отличается повышенной прочностью, но меньшей вязкостью и пластичностью. Применяется после улучшения, нормализации и поверхностной закалки. В улучшенном состоянии - закалки и высокого отпуска на сорбит - стали в небольших сечениях обладают высокой вязкостью, пластичностью, малой чувствительностью к концентраторам напряжений, высоким пределом выносливости. Она применяется для изготовления небольших Палецов и зубчатых колес, испытывающих цилиндрические нагрузки.(9)

1.2 Выбор заготовки

Для изготовления детали выбираем заготовку – прокат круглый ф 50 мм.

1.3 Выбор технологического процесса

изготовления детали «Палец»

 

Существующий технологический процесс изготовления детали «Палец» при серийном производстве представлен в таблице 3.

Таблица 3

№ операции

№ перехода

 

Наименование операции

 

Содержание  операции

 

Оборудование

005

 

 

1

 

 

Токарная

Точитьповерхность ф 48 ,

сверлить внутренний диаметр 14.4 под резьбу М16, 

торцевать деталь в размер 144 -0.2 Нарезать резьбу М16 на длину 30 мм

 

16к20

010

1

Вертикально-сверлильная

Сверлить отверстие ф 6 , выдерживая  размер 20 +-0.2 

2Н135

015

1

Фрезерная

Фрезеровать паз, выдерживая размеры 62,10,30

6Н82

020

1

Шлифовальная

1.Шлифовать  Ø48

 

3У10В


Технологический процесс разрабатывается для условий специализированного механического участка, на предприятии со среднесерийной программой выпуска.

 

1.4 Выбор оборудования

ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ СТАНКОВ

Станок вертикально - сверлильный модели 2А135

Наибольший диаметр сверления ………………………………………...35мм.

Размеры стола ……………………………………………………..400х710 мм.

Мощность электродвигателя главного движения …………………... 3,7 кВт.

Класс точности станка ……………………………………………………….Н.

Габариты станка ………………………………………….1800х2170х2700мм.

Станок используется на операции…………………………………………010.

Станок токарный модели 16к20

Класс точности станка …………………………………………………….Н.

Габариты станка ……………………………………… 3360х1710х1750мм.

Круглошлифовальный станок модели 3М150

Наибольший размер устанавливаемой заготовки………диаметр – 100 мм;

Длина-360мм.

Рекомендуемый диаметр шлифования:

наружного ……………………………………………………………….45 мм;

Мощность электродвигателя главного движения –…………………… 4 кВт.

Класс точности станка ………………………………………………………Н.

Габаритные размеры станка… длина х ширина х высота (2500х2220х1920) мм.

Станок используется на операции  ………………………………….040-045.

Фрезерный 6Н82

Основные технические данные: 
Длина рабочей поверхности стола 1250 мм 
Ширина стола 320 мм 
Максмальное перемещение по осям X,Y,Z 800, 250, 370 мм 
Точность Н 
Мощность 7,5 
Габариты 2305x1950x1680 мм 
Масса 2900 кг

 

Режущий инструмент

Таблица  8

№ операции

№ установки и перехода

№ инстр.

 

Инструмент

 

Краткие данные о инструменте

005

1

1

1

  

Т15К6

2

2

Сверло  ø14.4 мм ОСТ И20-5-80

 Метчик М16 ГОСТ3266-81

Р6М5

 

1

1

1

Резец проходной  ГОСТ20872-80

Р6М5, тип С

2

2

Резец подрезной ГОСТ20872-80

Р6М5

010

2

1

1

Сверло ø6мм ГОСТ14952-75

Р6М5, тип С

       

015

1

1

1

Фреза дисковая 10мм ГОСТ8027-60

Р6М5, z=10

020

1

1

1

Шлифкруг Э50С1К 400х20

электрокорунд


 

 

 

 

1.5 Расчет припусков на обработку.

В соответствии с ГОСТ 2590-88 точность изготовления заготовки в целом характеризуется: классом размерной точности; степенью коробления; степенью точности поверхности; классом точности масс.

Рассчитаем допуск для наружного размера 48.

Рассчитываемый размер: , .

Число технологических переходов, необходимых для достижения заданных параметров качества:

  1. Черновое точение.
  2. Черновое шлифование.

Минимальный расчетный припуск:

, где

 – величина микронеровностей;

 – величина дефектного слоя;

 – суммарное пространственное  отклонение обрабатываемой поверхности;

 – погрешность установки.

Составляющие минимального расчетного припуска:

  • заготовка – (табл. 11, стр. 185 в [7]);
  • черновое точение – , (табл. 24, стр. 187 в [7]);
  • чистовое точение – , (табл. 24, стр. 187 в [7]);
  • черновое шлифование – , (табл. 24, стр. 187 в [7]);
  • погрешность заготовки ;
  • – смещение штампа (табл. 18, стр. 187 в [7]);
  • – кривизна прутка, где – удельная кривизна (табл. 16, стр. 186 в [7]);
  • ;
  • остаточные погрешности:
  • черновое точение – , где – коэффициент уточнения (табл. 29, стр. 190 в [7]);
  • чистовое точение – ;
  • погрешностью установки можно пренебречь.

Определение минимального расчетного припуска:

  • черновое точение – ;
  • чистовое точение – ;
  • черновое шлифование – ;

чистовое шлифование –

.

 

 

 

3. Проектирование операций технологического  процесса

 

3.1Расчёт  режимов  резания

Точить Ø48 мм (операция 005).

Инструмент – резец токарный для контурного точения, ГОСТ 20872-80, материал пластин Т15К6.

Скорость резания, м/мин:

где: t – глубина резания,  t = 1 мм;

S - подача, мм/об.,  S = 0,2 мм/об; ( 12)

Сv = 420

х=0,15

у = 0,2 

m = 0,2

Т – значение периода стойкости резца,  Т = 60 мин;                   (12)

Кv – общий поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания:

Kv = Kмv . Knv . Kuv,

где Kмv – коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала, Kмv = Kг (750 / σВ)nv ;

Kг=1;

nv = 1; 

σВ = 610 МПа;

Kмv = =                             

     Кnv – коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;

Кnv = 0,8; 

Кuv – коэффициент, учитывающий состояние инструмента; Кuv = 1;

        Кv = 1,23∙0,8∙1= 0,98.

                   

Сила резания:

Рz = 10Ср∙tx∙Sy∙Vn∙Кр;      (12)

где  n – частота вращения детали, 1/мин,

n = 1000∙V / (π∙D) = 1000∙228,4 / (3,14∙29) = 2508 1/мин. 

Принимаем n = 2000 1/мин.

Тогда V = π∙d∙n / 1000 = 3,14∙2000∙29 / 1000 = 182,1 м/мин

Определим силы резания

Ср = 300

х = 1

у = 0,75 

n = -0,15

Кр = Кмр∙Кφр∙Кγр∙Кχр∙ Кrр;                                                              

Kмр =

Кφр = 0,89 – при главном угле в плане φ=900;

Кγр = 1,0 – при переднем угле γ = 100; 

Кχр = 1,0 – при угле наклона главного лезвия χ = -50;

Кrр = 0,87  - при радиусе при вершине r = 0,5 мм. 

Кр = Кмр∙Кφр∙Кγр∙Кχр∙Кrр = 0,86∙1∙1∙1∙0,87 = 0,75

Рz = 10Ср∙tx∙Sy∙ Vn ∙Кр = 10∙300∙21∙0,20.75∙182,1-0,15∙0,75 = 618 Н

Pу = 10Ср∙tx∙Sy∙Vn ∙Кр = 10∙243∙20,9∙0,20.6∙182,1-0,3∙0,75 = 270 Н    

Рх = 10Ср∙tx∙Sy∙Vn ∙Кр = 10∙339∙21∙0,20.5∙182,1-0,4∙0,75 = 268 Н       

Мощность резания, кВт:

N = Pz∙V / 1020∙60 = 618∙182,1 /1020∙60 = 1,8 кВт  < Nст = 7,5 кВт

 

Сверлить  отверстие  ø6мм  на глубину 48 мм (операция 025).

Инструмент– сверло спиральное   ГОСТ10902-77,  (D = 6,8 мм), материал инструмента – Р6М5.

Cv = 7,0

g = 0,40

у = 0,70 

m = 0,20

Охлаждение есть.

Подача S = 0,15 мм/об

T = 25 мин. – период стойкости 

Kv = KмvKuvKlv

где  Кмv – коэффициент на обрабатываемый материал,

       Kмv =КГ (750 / σВ)nv =1 · (750 / 610)1 = 1,23;

       Кuv – коэффициент на инструментальный материал,

       Кuv = 1,0; (по табл.6)                 

       Klv – коэффициент, учитывающий глубину сверления,

       Кlv = 0,85 (l = 4D)  

КV = 1,23∙1,0∙0,85 = 1,04;

n= 1000·V/(π·D)= 1000·31,1/ (3,14·6,8) = 1457 1/мин. 

Принимаем n = 1250 1/мин.

Скорость резания   V = π·d·n / 1000 = 3,14·6,8·1250/ 1000 = 26,7 м/мин

Крутящий момент и осевая сила  рассчитывается по формулам:

Мкр = 10См∙Sy∙Dq∙Кр

Ро

См = 0,0345          Ср = 68

q = 2,0                     q = 1,0 

у = 0,8                          у = 0,7

 

Кр =  Kмр =

Мкр = 10См∙Sy∙Dg∙Кр = 10∙0,0345∙6,82,0∙0,150,8∙0,85 = 2,98 Н·м

Ро = 10Ср∙Sy∙Dg∙Кр = 10∙68∙6,81,0 ∙0,150,7∙0,85 = 1042 Н

Мощность резания

Nе = Мкр∙n / 9750 = 2,98∙1250 / 9750 = 0,38 кВт.(9)

Черновая обработка. Фрезеровать последовательно поверхности 2,4,5 на проход.

S=0,7мм/об; t=4мм. (36)

(37)

где Cv=290; y=0,35; x=0,15; m=0,20, T=50мин.

(38)

Частота вращения шпинделя:

; принимаем n=800,9об/мин  (39)

Уточненное значение V:

 ……………………..(40)

Технологическая норма времени:

 ……………………………………….(41)

Фрезеровать паз 10 мм .

 S=0,08мм/об (при ширине резца b=10 мм); t=3мм.

……………….(42)

где Cv=290; y=0,2; x=0,15; m=0,20, T=50мин.

 …………………………. (43)

Частота вращения шпинделя:

…………………….…………………..(44); принимаем n=252,18об/мин

Уточненное значение V:

……………………….(45)

Технологическая норма времени:

……………...……………………….(46

 

. Исходя из условий обработки  выбираем шлифовальный круг –  
 
24А16-25С1К. 
 
2. По паспортным данным станка выбираем размеры шлифовального круга 
 
; ; . 
 
3. Определяем частоту вращения шлифовального круга 
 
 
 
. 
 
4. По паспортным данным станка корректируем значение в меньшую сторону . 
 
5. По справочным данным находим скорость вращения заготовки 
 
. 
 
6. Рассчитываем частоту вращения заготовки 
 
, 
 
. 
 
7. По справочным таблицам определяем глубину шлифования 
 
. 
 
8. По справочным таблицам определяем продольную подачу  
 
. 
 
9. Определяем скорость продольного хода стола 
 
, 
 
. 
 
10. Определяем мощность резания 
 
, 
 
, , , , , 
 
. 
 
11. Проверяем достаточна ли мощность станка для проведения данной операции 
 
, , ; 
 
. 
 
12. Определяем время обработки 
 
, 
 
.

Выбор режимов резания на остальные операции  производим табличным способом. Результаты сводим в таблицу  11.                

                                                                                                     

 

 

   Таблица  11

№ операции

№ установки

№ перехода

Режимы резания

t

S

n

V

мм

мм/мин

мин -1

м/мин

005

1

1

2,5

500

315

123,6

2

2,5

200

1000

15,7

1

2

400

2000

100,4

2

2

400

2000

128,1

3

0,6

250

2500

197,1

010

2

4

0,6

250

2500

223

5

4,5

250

2500

153

015

3

6

1,8

250

2500

208,8

7

1,3

250

2500

208,8

020

4

1

2

400

2000

131,9

2

0,6

250

2500

197,1

3

3

250

2500

153


 

2.Конструкторский раздел

Применение станочных приспособлений расширяет технологические возможности металлорежущего оборудования, повышает производительность и точность обработки заготовок, облегчает условия труда рабочих и повышает культуру производства на предприятии. С помощью станочных приспособлений при механической обработке деталей решаются следующие основные типовые задачи: базирование и закрепление заготовок, координирование инструмента, изменение положения заготовки относительно оборудования.

 3.1 Описание конструкции приспособления для сверления отверстия

Приспособление состоит из корпуса, на котором установлены все элементы базировния, кулачки, зажимы, опоры,. Опорой является передняя часть приспособления, деталь зажимается кулачками или зажимами.

3.2 Точностной и силовой  расчет приспособления

Деталь устанавливают цилиндрической поверхностью на плоскость. Применяемый зажим, действующий нормально к поверхности заготовки, должны создать силу зажима W1 , препятствующие перемещению обрабатываемой заготовки под действием горизонтальной составляющей Рн силы резания.

 

Рис.9 Схема к расчёту сил зажима заготовки.

 

Определим силу зажима, создаваемую винтовым прихватом, резьба гайки М10, а длина плеч a=30 мм., b=60 мм.

Определяем усилие, создаваемое гайкой:


Где Р- усилие приложенное к гаечному ключу или рукоятке, Н, (Р=100…150Н);

 L-длина ключа или рукоятки, мм, (L=(12…15)D);

  -средний радиус резьбы, мм;


  -угол подъёма резьбы (у стандартных метрических резьб с крупным шагом =2º30'-3º30')


  -угол трения в резьбовом соединении (для метрических резьб =6º34')


 К - коэффициент, зависящий от  формы и площади соприкосновений  зажимного элемента с зажимаемой поверхностью.

Применяем для наших условий: Р=100 Н; L=12´10=120 мм.;


=4,55 мм.; =3º15'; =6º34'.


 

Определяем силу зажима W, действующую от прихвата на зажимаемую заготовку. Составляем уравнение моментов, согласно схеме сил, действующих на заготовку:

-Рзажa+Wb=0

W= (Рзажa)/b=(14959,5´30)/60=7479,75 Н

Сила резания Рz=2772,435 Н

Прочное закрепление заготовки обеспечивается при условии, если

2fW≥K Рн

Или 2fW≥0,6 Рz

2´0,3´7479,75≥0,6´2772,435

4487,85≥1663,46.

Условие прочности выполняется.

Точностной расчет.

Суммарную погрешность обработки найдем по формуле:

Епр = 1.73 ( (H + 1.73 ( (и + 1.73 ( (д + ( Eб2 + Ед2 + Ест2))

где (и - погрешность, связанная с размерным износом инструмента

(и = 0,02мм

(д - погрешность, связанная  с температурной и упругой  деформацией СПИД

(д = 0,015мм

(Н - погрешность, связанная  с настройкой инструмента

(Н = 0,1бт = 0,1 ( 0,3 = 0,03мм

Еб =0, т.к. используется станок 2Н118А

Ез = 0, т.к. сила зажима направлена перпендикулярно установочным элементам.

Eст - погрешность станка  нормальной точности

Ест = 0,05мм,

Епр= 1,73 ( 0,02 + 1,73 ( 0,015 + 1,73 ( 0,03 + 0.05 =0,163 мм

Сравним полученную погрешность с заданным допуском

Епр= 0,163 < 0,3 =бт4

Вывод: получаемая погрешность не выходит за границы допуска.

 

 

.  Расчёт погрешности  установки детали в приспособлении

 

Схема базирования – в призме. Стержень является главной базирующей поверхностью (три точки). Стержень зажимается с торцев. На столе приспособление ориентируется направляющими шпонками.

При обработке должно быть обеспечено получение центровочного отверстия. 

Определим влияние параметров точности приспособления на точность  заготовки. На размер 20,4 с припуском 0,4 мм на диаметр  точность приспособления имеет существенное влияние.

Суммарная величина всех погрешностей обработки

(12)

где: ωМ – мгновенное рассеяние;

       ωУВ - погрешность, связанная с уводом инструмента;

       ωУСТ - погрешность установки заготовки;

       ΔСИСТ - алгебрагическая сумма всех систематических погрешностей.

Погрешность установки заготовки:

,(12)

 где ωб – погрешность базирования;

       ωз – погрешность закрепления;

       ωпр – погрешность неточности самого приспособления.

Погрешность настройки станка:

,(12)

 где ωРЕГ – погрешность регулирования;

       ωИЗМ – погрешность измерения при настройке станка;

       ωСМЕЩ – погрешность смещения.

Погрешность приспособления:

,(12)

 где ωИЗГ.ПР. – погрешность изготовления приспособления;

       ωИЗМ – погрешность, связанная с износом приспособления;

       ωУСТ.ПР. – погрешность установки приспособления на станке.

Определим погрешность станка. По табл.1 (12) определяем, что на длине хода до 400 мм допуск составляет 0,02 мм. Тогда на длине 28 мм

Расчет припусков на обработку резанием