Механическая обработка детали "Планка"

Для станка 16К20Ф3С32 повышенной точности наибольшее и наименьшее допустимое перемещение продольного суппорта под нагрузкой 5,5 кН составляет соответственно 150 мкм. При установке заготовки консольно в патроне минимальную податливость системы не определяют из-за малого свеса заготовки, поэтому максимальная податливость будет возможна при положении резца в конце обработки, т.е. у передней бабки станка. Исходя из этого, можно принять W_max=150/5,5=27,273 мкм/кН.

Заготовку, установленную на станке можно представить как балку  на двух опорах, нагруженную сосредоточенной силой, а наибольший прогиб в середине вала

где  l_д - длина заготовки,

E - модуль упругости материала, 

J=0,05d_пр⁴ - момент инерции поперечного сечения вала;

d_пр - приведенный диаметр заготовки, для гладких валов d_пр=d_вала; для ступенчатых валов с симметричным уменьшением диаметров ступеней

= 150 мм

Имея в виду, что W=y/P_y, после соответствующих преобразований получим. При установке заготовки в центрах величина наибольшей податливости заготовки:

= (2/150)*((60/150)*(60/150)*(60/150)) =

=  0,001 мкм.

Тогда максимальная податливость технологической  системы:

W_max =27,273+0,001=27,274 мкм/кН.

Наибольшее P_ymax и наименьшее P_ymin нормальные составляющие усилия резания определяются согласно формуле:

P_y =10×C_p×t^x×s^y×vⁿ×K_p ,

где: постоянная C_p =243, показатели степеней x=0,9  y=0,6  n= -0,3; поправочный коэффициент K_p =K_мp×K_jp×K_gp×K_lp×K_rp =1.

На предшествующей операции (предварительном точении) заготовка обработана с допуском по IT10, т.е. возможно колебание припуска на величину 1/2*(IT10+IT8), что для диаметра 100,4 мм составит 0,5*(0,14+0,054) = 0,097 мм, а колебание глубины резания составит:

t_min= Z_min=0,3 мм ;

t_max=Z_min+0,097=0,3+0,097=0,397 мм;

P_{y max}= 2,43×0,6^0,9×0,09^0,6×191^-0,3×1= 0,099 кН;

P_{y min}= 2,43×0,2^0,9×0,09^0,6×191^-0,3×1= 0,053 кН.

Колебание обрабатываемого размера  вследствие упругих деформаций:

D_y=W_max×(P_{y max}-P_{y min} )= 27,274*(0,099-0,053) = 1,255 мкм

3. Определим погрешность, вызванную  геометрическими неточностями станка SD_ст.

где  С - допустимое отклонение от параллельности оси шпинделя направляющим станины в плоскости выдерживаемого размера на длине L;

l - длина обрабатываемой поверхности.

Для токарных станков повышенной точности при наибольшем диаметре обрабатываемой поверхности до 400 мм С = 8 мкм на длине L = 300 мм.

При длине обработки l =15 мм:

= (8/300)*15 = 0,4 мкм.

4. В предположении, что настройка  резца на выполняемый размер  производится с учетом дискретного  перемещения инструмента шаговым  двигателем, то примем метод регулирования  положения вершины резца с  контролем положения резца с помощью стрелочного индикатора с ценой деления 0,01 мм, определим погрешность настройки в соответствии с формулой:

,

где  D_р - погрешность регулирования положения резца;

D_изм - погрешность измерения размера детали;

к_р=1,73 и к_и=1,0 - коэффициенты, учитывающие отклонения величин D_р и D_изм от нормального закона распределения.

Для заданных условий обработки:

D_р=10 мкм и D_изм=13 мкм при измерении IT8 мм. Тогда погрешность настройки

= 18,48 мкм. 

5. Определим температурные деформации  технологической системы, приняв  их равными 15 % от суммы остальных  погрешностей:

= 0,15*(3,052+1,255+0,4+18,48) =

= 3,478 мкм

6. Определим суммарную погрешность обработки:

=

= 38,9953 мкм.

D_S не превышает заданную величину допуска (T_d=54 мкм), поэтому возможна обработка без брака.

11. Размерный анализ ТП и расчет  технологических размерных цепей

 

Размерная цепь – это замкнутый контур, образованный тремя или более размерами, непосредственно участвующими в решении задачи обеспечения точности замыкающего звена.

Технологические размеры цепи рассчитываются чаще всего методом полной взаимозаменяемости.

В размерной цепи замыкающим звеном является технологические требования на обеспечение работоспособности узла. Чаще всего замыкающим звеном в технологической размерной цепи является то, которое получается как результат выполнения всех остальных.

Схематическое представление технологического процесса обработки детали:

 

 

Совмещенный граф:

Первая размерная цепь:

S₄ = Р₆

S₄ = 140_-0,25

 

Вторая размерная цепь:

S₅ = S₄ – Р₁ = 140 - 110 = 30

TS₅ = TР₁ – TS₄ = {Ужесточаем допуск на размер S₄ = 140_-0,084} = 0.21 - 0,084 = 0,126, S₅ = 110±0.063

 

Третья размерная цепь:

S_3min = Р_1max + Р_2max +Z_1min = 110,21 + 5,21 + 0.4 = 115,82

S_3max = S_3min + TS₃ = 15,82+1 = 16,82, S₃ = 16

Z₁ = 1

 

Четвертая размерная цепь:

S₁ = Z₁ + Р₆ = 1 + 40 = 41

TS₁ = TZ₁ – TP₆ = 0.84 - 0,25 = 0,59, S₁ = 141±0.295

 

Пятая размерная цепь:

S₂ = S₁ - Р₃ = 41- 10 = 31

TS₂ = TP₃ – TS₁ =  {Ужесточаем допуск на размер S₁: S₁ = 41±0.05} = 0.13 - 0,1 = 0,03, S₂ = 31±0.015

 

Шестая размерная цепь:

B_1min = Z_4min + S_1max = 41.05 + 0.4 = 41.45

B_1max = B_1min + TB₁ = 41.45+1.6 = 43.05, B₁ = 143

Z₄ = 1

 

Седьмая размерная цепь:

B_2max = S_3min - Z_2min –P_2max = 16.82 – 0.4 – 5 = 11.42

B_2min = B_2max – TB₂ = 11.42-0.84 = 10.58, B₂ = 111±0.42

Z₂ = 1

 

Восьмая размерная цепь:

B_3max = B_1min – S_3max –Z_3min = 43.45 - 17.82 – 0.4 = 25.23

B_3min = B_3max – TB₃ = 25.23-1.4 = 23.83, B₃ = 124

Z₃ = 2

12. Определение режимов резания

 

Методика назначения режимов резания  для различных методов обработки  подробно изложена в справочной литературе [2]. При этом наиболее выгодным считаются  такие режимы резания, которые обеспечивают наименьшую себестоимость механической обработки при удовлетворении всех требований к качеству продукции и производительности обработки.

В общем случае необходимо соблюдать  определенную последовательность назначения режимов резания t      S      V         n, которая включает:

1) выбор глубины резания  t (мм) по условию удаления припуска под обработку за 1 рабочий ход, по зависимости от требования точности и шероховатости, предъявляемых к обрабатываемой поверхности;

2) подачу при черновой обработке  выбирают максимально возможную с учетом следующих ограничений: прочность механизмов привода и подачи станка; прочность инструмента и заготовки; жесткости и прочности технологической системы. Мощность станка не ограничивает подачу, при недостатке мощности в большинстве случаев следует снижать не подачу, а скорость;

3) определение скорости резания  V (м/мин), с учетом возможных t, S, свойств обрабатываемого материала и режущего, геометрии и стойкости инструмента;

4) определение частоты вращения  n  (мин^-1) по формуле:

 

Точить наружную ступень получисто, выдерживая размеры диам. 100_-0,22; 52+-0,1

 

Расчет режимов резания для  наружного продольного точения

Исходные данные для расчетов:

- материал обрабатываемой заготовки  -сталь

- предел прочности обрабатываемого материала - sв =550, МПа.

- материал режущей части инструмента  - твердый сплав

- обрабатываемый диаметр, D =100 мм

- длина обработки, L = 10 мм

 

Выбираем глубину резания в  зависимости от стадии обработки  поверхности (черновая, предварительная, чистовая), t =0,5 мм [1, стр. 266]

Выбираем рабочую подачу в зависимости  от глубины резания и достигаемой  шероховатости поверхности, S =0,12 мм/об [1, стр. 267]

Рассчитываем скорость резания  по зависимости [1, стр. 265]:

 

где Сv, m, x, y – коэффициенты, учитывающие вид обработки [1, стр. 269]:

Сv = 420

m = 0.2

x = 0.15

y = 0.2

 

Т - значение стойкости инструмента, для одноинструментальной обработки  Т = 30 … 60 мин, принимаем 

Т =45  мин.

kv – коэффициент, учитывающий  конкретные условия обработки  [1];

kv=0,502062545454546

Коэффициент kv определяется по зависимости:

kv = kmv*kpv*kiv*kfv*kf1v*kr, где

 

kmv - коэффициент, учитывающий влияние  материала заготовки определяется  по зависимости [1, стр. 261]:

kmv = kg*(750/sв)nv, здесь

kpv - коэффициент, учитывающий состояние обрабатываемой поверхности [1, стр. 263]

kpv =0.8

kiv - коэффициент, учитывающий материал  инструмента [1, стр. 263]:

kiv =0.85

kψv - коэффициент, учитывающий влияние главного угла в плане [1, стр. 271],

kψv = 0.8

k1v - коэффициент, учитывающий влияние вспомогательного угла в плане [1, стр. 271],

k1v = 0.8

kr - коэффициент, учитывающий влияние  радиуса при вершине инструмента  [1, стр. 271],

kr = 0.94

 

Частота вращения шпинделя рассчитывается по формуле

n = (1000*V)/(3,14*D)

расчетное значение n корректируем в соответствии с рядом частот вращения шпинделя станка, n =540 об/мин

 

Фактическая скорость резания V =167 м/мин

 

Определяем основное время обработки  То по зависимости:

То = L/(n*S)

To=0,24 мин

 

Таблица с режимами для обработки

t, мм	S, мм/об	V, м/мин	n, об/мин	Tо, мин
0,5	0,12	167	540	0,24

 

Точить канавку с одновременным  чистовым подрезанием торца, выдерживая размеры диам. 95_-0,35; 45+-0,05

 

Исходные данные для расчетов:

- материал обрабатываемой заготовки  -сталь

- предел прочности обрабатываемого  материала - sв =550, МПа.

- материал режущей части инструмента  - твердый сплав

- обрабатываемый диаметр, D =95 мм

- длина обработки, L = 37 мм

 

Выбираем глубину резания в  зависимости от стадии обработки  поверхности (черновая, предварительная, чистовая), t =5 мм [1, стр. 266]

Выбираем рабочую подачу в зависимости  от глубины резания и достигаемой  шероховатости поверхности, S =0,2 мм/об [1, стр. 267]

Рассчитываем скорость резания  по зависимости [1, стр. 265]:

 

где Сv, m, x, y – коэффициенты, учитывающие  вид обработки [1, стр. 269]:

Сv = 420

m = 0.2

x = 0.15

y = 0.2

 

Т - значение стойкости инструмента, для одноинструментальной обработки  Т = 30 … 60 мин, принимаем 

Т =45  мин.

 

kv – коэффициент, учитывающий  конкретные условия обработки  [1];

kv=0,502062545454546

Коэффициент kv определяется по зависимости:

kv = kmv*kpv*kiv*kfv*kf1v*kr, где

 

kmv - коэффициент, учитывающий влияние  материала заготовки определяется  по зависимости [1, стр. 261]:

kmv = kg*(750/sв)nv, здесь

kpv - коэффициент, учитывающий состояние  обрабатываемой поверхности [1, стр. 263]

kpv =0.8

kiv - коэффициент, учитывающий материал  инструмента [1, стр. 263]:

kiv =0.85

kψv - коэффициент, учитывающий влияние главного угла в плане [1, стр. 271],

kψv = 0.8

k1v - коэффициент, учитывающий влияние вспомогательного угла в плане [1, стр. 271],

k1v = 0.8

kr - коэффициент, учитывающий влияние  радиуса при вершине инструмента  [1, стр. 271],

kr = 0.94

 

Частота вращения шпинделя рассчитывается по формуле

n = (1000*V)/(3,14*D)

расчетное значение n корректируем в  соответствии с рядом частот вращения шпинделя станка, n =360 об/мин

 

Фактическая скорость резания V =107 м/мин

Определяем основное время обработки  То по зависимости:

То = L/(n*S)

To=0,59 мин

Таблица с режимами для обработки

t, мм	S, мм/об	V, м/мин	n, об/мин	Tо, мин
5	0,2	107	360	0,59

 

Вычисленные режимы резания представлены на маршрутно-операционных картах.

Для операций  точения применяем  токарный контурный резец с механическим креплением трехгранных пластин  из твердого сплава (Т15К6) [3, табл.26, стр.130]. Для растачивания используем токарный расточной резец с механическим креплением многогранных твердосплавных пластин клином (ГОСТ 18881-73) [3, стр.129, табл.24].

 

13. Расчет технических норм времени  и трудоемкости обработки детали

 

Определим нормы времени на Токарную операцию с ЧПУ 010.

В серийном производстве определяется норма штучно-калькуляционного времени:

Где

• Т_п.з.- подготовительно-заключительное время, мин;
• n- количество деталей в партии запуска (в нашем случае 40, см расчет выше), шт;
• Т_шт.- норма штучного времени, мин.