Разработка обработки вала

ВВЕДЕНИЕ

При современной рыночной экономике  производству необходимо изготавливать  товары с наибольшей конкурентоспособностью, а следовательно необходимо добиваться наименьшей себестоимости продукции. В области механообработки одним  из важнейших  параметров, после  стоимости материалов, влияющих на себестоимость является – производительность.

  Производительность при механической обработке материалов зависит от ряда факторов, основными из которых являются степень технологичности объекта производства и его элементов, а также характер организации производственного процесса и технический уровень производства, в частности степень его механизации и автоматизации.

Основными направлениями повышения  производительности механической обработки  являются:

1. совершенствование методов изготовления заготовок с целью приближения их форм к формам готовых деталей и повышения точности их размеров;
2. совершенствование методов механической обработки путем:
1. механизации и автоматизации производственных процессов, осуществляемых в механических цехах;
2. осуществления концентрации технологического процесса применением многошпиндельных и многорезцовых станков, позволяющих одновременное выполнение различных переходов и одновременную обработку нескольких заготовок;
3. повышения режимов резания за счет применения высококачественных материалов и рациональных конструкций режущих инструментов, использования наиболее современных станков и приспособлений;
4. уменьшения времени на установку, закрепление заготовок и раскрепление обработанных деталей на станках применением более совершенных приспособлений с пневматическими и гидравлическими приводами и уменьшения времени на управление станками а их автоматизацией;
5. уменьшения времени на процессы измерения заготовок в процессе обработки введением механизированных и автоматизированных контрольных устройств;
6. применения многостаночного обслуживания;
7. уменьшения времени на транспортировку деталей от станка к станку и другими организационными мероприятиями.

Автоматизация может быть полной или  частичной. В первом случае автоматизируются полностью все действия машины-орудия, во втором лишь их часть. Например, полуавтоматы характеризуются тем, что установка  и закрепление заготовок на станке, а также раскрепление и снятие обработанной детали со станка производится рабочим, все же остальные действия станка осуществляются автоматически.

Применение таких станков оказывается  целесообразным в тех случаях, когда  для замены действий, выполняемых  рабочим, требуются весьма сложные  загрузочные устройства (автооператоры). Однако при больших программах выпуска  оказывается целесообразным оборудовать  полуавтоматы этими устройствами, превращая  их тем самым в автоматически  действующие машины.

Повышение производительности труда  должно быть неразрывно связано со снижением себестоимости изготовления детали, сокращением производственного  цикла, улучшением качества продукции  и облегчением условий труда  рабочих.

1  Проектирование  процесса механической обработки  детали

1.1 Чертеж детали  с техническими требованиями  и ее служебное назначение, условия  эксплуатации, виды износа

Вал грузовой лебедки изготавливается из Стали 45Х ГОСТ 4543-71 

Вал грузовой лебедки обеспечивает правильное взаимное расположение подшипников, элементов механических передач, служит для передачи крутящего момента от от привода. Деталь испытывает средние статические и динамические нагрузки. В конструкции отсутствуют большие перепады диаметров, основными концентраторами напряжений являются следующие места: под шлицевые пазы, под шпоночный паз, резьба.

Точность  размеров  Æ70k6 обусловлена тем, что эти поверхности служат для размещения подшипников. Так же в конструкции предусмотрены центровочные отверстия, что позволит всю обработку производить от одной базы.

Конструкция детали обеспечивает унификацию элементов  конструкции  позволяющее уменьшить  число операций, оснастки и оборудование, позволяет сократить объем и  трудоемкость механической обработки. Простановка размеров на чертеже  детали позволяет производить обработку  по принципу автоматического получения  размеров на настроенных станках  с ЧПУ. Также основные конструктивные базы используются как измерительные, что позволяет снизить погрешность  базирования и трудоемкость изготовления.

1.2 Анализ технологичности конструкции  детали

Трудоемкость, себестоимость и эффективность  изготовления детали зависят от выбранного технологического процесса, станка, его оснащенности, а также в большой степени от конструкции детали. Важнейшим качеством конструкции детали является ее технологичность.

1. Обрабатываемые поверхности расположены  по разные  стороны детали. Обработка такой детали со всех сторон не может быть осуществлена за один установ.
2. Нет наклонных плоскостей, требующих при их обработке поворота детали вокруг дополнительных осей. Нет  необходимости усложнения конструкции станка и введения в технологический процесс обработки деталей дополнительных сложный движений, дополнительных затрат вспомогательного времени и усложнения программы.
3. Конструктивная форма детали не предусматривает возможность ее полной механической обработки при одном установе (в одной операции), от одной технологической базы.
4. Опорные поверхности детали имеют достаточную протяженность, обеспечивающую хорошую устойчивость детали.
5. Крепление детали и крепежные средства не  мешают ее обработке, подводу и выходу инструментов
6. Конструкция детали обеспечивает ее высокую прочность и жесткость, чтобы силы ее крепления при обработке и возникающие силы резания не вызывали деформаций, нарушающих точность обработки.
7. Обеспечена возможность обработки торцовых поверхностей на проход.
8. Форма обрабатываемой поверхности разрешает сквозной проход инструмента в одном направлении или обработку вдоль контура, выполнимую при последовательном перемещении стола, салазок или шпиндельной головки.
9. В конструкции отсутствуют точно обрабатываемые отверстия
10.   Отверстия максимально нормализованы, стандартной формы, а их номенклатура — минимальна. Избегается многообразие размеров и форм отверстий, резьб и цековок.

Таким образом, при обработке  детали с применением многофункциональных  станков с числовым программным  управлением конструкция детали  в целом  является технологичной.

1.3 Определение типа производства

Существует  три типа производства: единичное, серийное и массовое.

Под единичным  производством машин, их деталей  или заготовок понимают изготовление их, характеризуемое малым объёмом  выпуска. При этом считают, что выпуск таких машин, деталей или заготовок  не повторится по неизменяемым чертежам. Продукцией единичного производства являются машины, не имеющие широкого применения (опытные образцы машин, тяжёлые  прессы, крупные гидротурбины и т.п.).

Под серийным производством машин, их деталей  или заготовок понимают их периодическое  изготовление повторяющимися партиями по неизменяемым чертежам в течение  продолжительного промежутка календарного времени. Производство осуществляется партиями, при этом возможна партия из одного изделия. В зависимости  от объёма выпуска этот тип производства делят на мелко- средне- и крупносерийное. Примерами продукции серийного  производства могут служить металлорежущие станки, компрессоры, судовые дизели и т.п., выпускаемые периодически повторяющимися партиями.

Под массовым производством машин, деталей или  заготовок понимается их непрерывное  изготовление в больших объёмах  по неизменяемым чертежам продолжительное  время, в течение которого на большинстве  рабочих мест выполняется одна и  та же операция. Для массового производства характерна узкая номенклатура и  большой объём выпуска изделий. Продукцией массового производства являются трактора, автомобили, электродвигатели, холодильники, телевизоры и пр.

В зависимости  от широты номенклатуры, регулярности, стабильности и объема выпуска изделий  современное производство подразделяется на следующие типы: единичное, серийное и массовое. От типа производства во многом зависит характер технологического процесса и его построение. Тип производства характеризуется количеством закрепленных операций за одним  рабочим местом или за единицей оборудования. Тип производства зависит от двух факторов: заданной программы и трудоемкости изготовления изделия.

Заданная  программа – 1 деталь, то производство – единичное.

1.4 Выбор и обоснование  способа получения заготовки

При выборе заготовки для заданной детали назначают  метод ее получения, определяют конфигурацию, размеры, допуски и припуски на обработку  и формируют технические условия  на изготовление. По мере усложнения конфигурации заготовки, уменьшения припусков, повышения  точности размеров и параметров расположения поверхностей, усложняется и удорожается  технологическая оснастка заготовительного цеха и возрастает себестоимость  заготовки, но при этом снижается  трудоемкость и себестоимость последующей  механической обработки заготовки, повышается коэффициент использования  материала. Заготовки простой конфигурации дешевле, так как не требуют при  изготовлении сложной и дорогой  технологической оснастки, однако такие  заготовки требуют последующей  трудоемкой обработки и повышенного  расхода материала. Технологические  процессы получения заготовок определяются технологическими свойствами материала, конструктивными формами и размерами  детали и программой выпуска. Главным  при выборе заготовки является обеспечение  заданного качества готовой детали при ее минимальной себестоимости.

Конструкция детали (отсутствие перепадов размеров, внутренних отверстий и т.д.) и ее материал однозначно определяет заготовку – прокат. Выбираем горячекатаный круглый прокат Ø90 по ГОСТ 2590-2006.

На деталь-представитель.

К_Т – коэффициент точности.

;

;

К_Ш – коэффициент шероховатости.

;

;

;     

1.5 Разработка маршрутной  технологии обработки детали 

При проектировании технологических процессов необходимо располагать всеми данными, характеризующими технологическое оборудование 

Выбор типа станка, прежде всего, определяется его  возможностью обеспечить выполнение технических  требований, предъявляемых к обрабатываемой детали в отношении точности ее размеров, формы и класса шероховатости  поверхностей. Т.к. по характеру обработки  эти требования можно выполнить на различных станках, выбираем тот или другой станок для выполнения данной операции на основе следующих соображений:

- соответствие  основных размеров станка габаритным  размерам обрабатываемой детали  или нескольких одновременно  обрабатываемых деталей;

- соответствие  производительности станка количеству  деталей, подлежащих обработке  в течение года;

-  возможно, более полное использование станка  по мощности и по времени;

-  наименьшая  затрата времени на обработку;

-  наименьшая  себестоимость обработки;

-  необходимость  использования имеющихся станков.

В литературных источниках показано, что широкие  перспективы повышения производительности и эффективности производства открываются  в связи с внедрением станков  с ЧПУ. Основным преимуществом станков  с ЧПУ по сравнению с универсальными станками с ручным управлением являются: повышение точности обработки, сокращение или полная ликвидация разметочных  работ, обеспечение многостаночного  обслуживания, уменьшение парка станков  и т.д. Применение станков с ЧПУ  позволяет решить ряд социальных задач: уменьшить долю ручного труда, улучшить условия труда рабочих-станочников, уменьшить состав работников механообрабатывающих цехов и т.д.

На основании  этого можно сделать вывод: для  проектируемого технологического процесса ставим задачу обоснования выбора станков  с ЧПУ для операций фрезерования, сверления и растачивании основных отверстий и сверления крепежных  отверстий. При разработке технологического процесса механической обработки заготовки  необходимо правильно выбрать приспособления, которые должны способствовать повышению  производительности труда, ликвидации предварительной разметки заготовки  и выверки их при установке на станке. Применение станочных приспособлений и вспомогательных инструментов при обработке заготовок дает ряд преимуществ: повышает качество и точность обработки поверхностей деталей; сокращает трудоемкость обработки заготовок за счет резкого уменьшения времени, затрачиваемого на установку, выверку и закрепление позволили расширить технологические возможности станка; создать возможность одновременной обработки нескольких заготовок, закреплённых в общем, приспособлении.

Маршрут обработки будет выглядеть следующим  образом:

005 Заготовительная 

010 Токарная  с ЧПУ 

Установ 1 Проточить предварительно зацентровать

Установ 2 Зацентровать

Установ 3 Установить в центрах, проточить (окончательно)

Установ 4 Перустановить в центрах проточить (окончательно), расфрезеровать паз

015 Слесарная 

Зачистить заусенцы после механической обработки

020 Контрольная

025 Шлицефрезерная 

Нарезать  шлицы

030 Слесарная

035 Контроль

1.6 Определение припусков расчетно-аналитическим  методом

Припуск – слой материала, удаляемый с  поверхности заготовки в целях  достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности детали. Величина припуска влияет на себестоимость изготовления детали. При увеличенном припуске повышаются затраты труда, расход материала  и другие производственные расходы, а при уменьшенном приходится повышать точность заготовки, что также  увеличивает себестоимость изготовления детали.

Припуск на обработку поверхностей детали может  быть назначен по соответствующим справочным таблицам, ГОСТам или на основе расчетно-аналитического метода определения припусков.

ГОСТы и  таблицы позволяют, назначить припуски независимо от технологического процесса обработки детали и условий его  осуществления и поэтому в  общем случае является завышенными, содержат резервы снижения расхода  материала и трудоёмкости изготовления детали. Расчётно-аналитичекий метод  определения припусков на обработку  базируется на анализе факторов, влияющих, на припуски предшествующего и выполняемого переходов технологического процесса обработки поверхности и его  применяют для более точного  определения припуска на обработку  и предотвращения перерасхода материала.

Минимальный припуск при обработке наружных и внутренних поверхностей (двусторонний припуск) определяется по формуле:

.  

Минимальный припуск при последовательной обработке  противолежащих поверхностей (односторонний  припуск) определяется по формуле:

,   

где и -  величины, характеризующие качество поверхности на предшествующем переходе;

- суммарное отклонение расположения  поверхности;

- погрешность установки заготовки  на выполняемом переходе.

Максимальный  припуск определяется по формуле  для внутренних поверхностей;

,   

где - минимальный припуск на выполняемом переходе;

- допуск на изготовление на  предыдущем переходе;

- допуск на изготовление на  выполняемом переходе.

Минимальный диаметр на предшествующем переходе:

,    

где - минимальный диаметр следующего перехода;

- минимальный припуск следующего  перехода.

Максимальный  диаметр на предшествующем переходе:

,    

где - максимальный диаметр следующего перехода;

- максимальный припуск следующего  перехода.

Минимальный линейный размер на предшествующем переходе:

,    

где - минимальный диаметр следующего перехода;

- минимальный припуск следующего  перехода.

Максимальный  линейный размер на предшествующем переходе:

,    

где - максимальный диаметр следующего перехода;

- максимальный припуск следующего  перехода.

На основе расчета промежуточных припусков  определяют предельные размеры заготовки  по всем технологическим переходам. Промежуточные расчетные размеры устанавливают в порядке, обратном ходу технологического процесса обработки этой поверхности, то есть от размера готовой детали к размеру заготовки, путем последовательного прибавления (для наружных поверхностей) к исходному размеру готовой детали промежуточных припусков или путем последовательного вычитания (для внутренних поверхностей) от исходного размера готовой детали промежуточных припусков. Наибольшие (наименьшие) предельные размеры по всем технологическим переходам определяются путем округления в сторону уменьшения (увеличения) расчетных размеров. Округление производят до того знака десятичной дроби, с каким дан допуск на размер для каждого перехода. Наибольшие (наименьшие) предельные размеры определяют путем прибавления (вычитания) допуска к округленному наименьшему (наибольшему) предельному размеру.

Расчет  припуска на обработку поверхности Æ

По таб. 1 и 5 [3] находим значения Rz и h

• Прокат: Rz =160 мкм h =200 мкм
• для чернового точения: Rz =63 мкм h =60 мкм
• для получистового точения: Rz =30 мкм, h=30 мкм
• для чистового точения: Rz =5 мкм

Элементы  припуска заготовки определяем по ГОСТ26645-85

- суммарное отклонение расположения (учитывается только после черновой  и получистовой обработки)

Т.к. деталь обрабатывается в центрах то будет находиться как

  = * l (стр. 177 [3] )

= 2 (табл. 4  [3])

• 1= 2*340=680 мкм
• 2=2*260=520 мкм

ε – погрешность  базирования на текущем переходе

Расчетный припуск

Значения  допусков принимаем по таблицам в  соответствии с квалитетом того или  иного вида обработки.

Минимальные предельные значения припусков равны  разности наибольших предельных размеров  выполняемого и предшествующего  переходов, а максимальные соответственно разности наименьших предельных размеров.

Рисунок 1- Схема припуска на размер Æ

Таблица 2 - Расчет припуска на поверхность  Æ

1.7 Проектирование операционной  технологии

1.7.1  Выбор станков,  инструмента, средств измерения  и технологического оснащения

При проектировании технологических процессов необходимо располагать всеми данными, характеризующими технологическое оборудование 

Выбор типа станка, прежде всего, определяется его  возможностью обеспечить выполнение технических  требований, предъявляемых к обрабатываемой детали в отношении точности ее размеров, формы и класса шероховатости  поверхностей. Если по характеру обработки  эти требования можно выполнить  на различных станках, выбирают тот  или другой станок для выполнения данной операции на основе следующих  соображений:

-соответствие  основных размеров станка габаритным  размерам обрабатываемой детали  или нескольких одновременно  обрабатываемых деталей;

-соответствие  производительности станка количеству  деталей, подлежащих обработке  в течении года;

-возможно, более полное использование станка  по мощности и по времени;

-наименьшая  затрата времени на обработку;

-наименьшая  себестоимость обработки;

-необходимость  использования имеющихся станков.

Широкие перспективы повышения производительности (эффективности производства) открываются  в связи с внедрением станков  с ЧПУ.

Основным  преимуществом станков с ЧПУ  по сравнению с универсальными станками с ручным управлением являются: повышение  точности обработки, сокращение или  полная ликвидация разметочных работ, обеспечение многостаночного обслуживания, уменьшение парка станков и т.д. Применение станков с ЧПУ позволяет  решить ряд социальных задач: уменьшить  долю ручного труда, улучшить условия труда рабочих-станочников, уменьшить состав работников механообрабатывающих цехов и т.д.

Стоимость станков с ЧПУ значительно  превышает стоимость универсальных  станков с ручным управлением. Кроме  того, возникают дополнительные затраты  на подготовку программ управления, наладку  инструментов, обслуживание механизмов станка. На основе опыта эксплуатации станков с ЧПУ установлено, что, если при их внедрении штучное  время сокращается на 50% по сравнению  с обработкой на универсальных станках  с ручным управлением, то, несмотря на дополнительные затраты, обеспечивается общее сокращение расходов.

При разработке технологического процесса механической обработки заготовки необходимо правильно выбрать приспособления, которые должны способствовать повышению  производительности труда, ликвидации предварительной разметки заготовки  и выверки их при установке  на станке. В условиях единичного производства выгоднее применять универсальные  приспособления и оснастку.

В связи  с тем, что деталь производится в  одном экземпляре, то необходимо  выбирать оборудование, которое позволит произвести максимально возможную  обработку за одну операцию, что  сократит время наладки и транспортировки. На основании этого при назначении оборудования для проектного технологического процесса: выбираем токарный станок с ЧПУ SBL 300CNC,  шлицефрезерный 5350А.

При разработке технологического процесса механической обработки заготовки выбор режущего инструмента, его вида, конструкции  и размеров в значительной мере предопределяется методами обработки, свойствами обрабатываемого  материала, требуемой точностью  обработки и качества обрабатываемой поверхности заготовки.

Таблица 3 – Технические характеристики токарно-фрезерного станка с ЧПУ  SBL 300CNC

Таблица 4 – Технические характеристики шлицефрезерного полуавтомата 5350А

Средства  измерения и контроля детали сведем в таблицу 5 пооперационно, при подборе учитываем, что деталь единичная и закладывать какие либо специальные средства измерения не целесообразно  

Таблица 5 – Средства измерения и контроля

Подбираем инструмент в зависимости от модели станка, материала заготовки, вида обработки. Для операции 010 Токарная с ЧПУ  подберем современный инструмент со сменными пластинами, выбираем стандартные (по ISO) пластины и державки, что позволит при необходимости применять пластины разных производителей.

Тщательному выбору и подготовке инструмента  для станков ЧПУ должно уделяться  особое внимание. Это связано с  высокой стоимостью этого оборудования и необходимостью достижения максимальной производительности и более высокой  точности обработки. Для обеспечения  автоматического цикла работы этих станков требуется более высокая  степень надёжности работы инструмента.

Режущий инструмент должен удовлетворять следующим  требованиям:

- обеспечению  высоких и стабильных режущих  характеристик;

- удовлетворительному  формированию и отводу стружки;

- обеспечению  заданных условий точности обработки;

- универсальности применения для типовых обрабатываемых поверхностей различных деталей на разных моделях станков;

- быстросменности  при переналадке на другую  обрабатываемую деталь или замене  затупившегося инструмента.

Использование современных режущих инструментов, позволяет повысить скорость, точность обработки, снизить трудоемкость изготовления  в некоторых случаях повысить качество обрабатываемой поверхности, что позволяет отказаться от таких  операций как шлифование, полирование  и т.п. За аналог выбираем инструмент фирмы Sandvik