Усовершенствование операций токарной обработки вала ступенчатого

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Валы весьма различны по служебному назначению, конструктивной форме, размерам и материалу. Несмотря на это, технологу при разработке технологического процесса изготовления валов приходится решать многие однотипные задачи, поэтому целесообразно пользоваться типовыми процессами, которые созданы на основе проведенной классификации.

В общем машиностроении встречаются валы бесступенчатые и ступенчатые, цельные и пустотелые, гладкие и шлицевые, валы-шестерни, а также комбинированные валы в разнообразном сочетании из приведенных выше групп. По форме геометрической оси валы могут быть прямыми, коленчатыми, кривошипными и эксцентриковыми (кулачковыми).

Наибольшее распространение в машиностроении, в том числе и станкостроении, получили различные ступенчатые валы средних размеров, среди которых преобладают гладкие валы. По данным ЭНИМСа, свыше 85% от общего количества типоразмеров ступенчатых валов в машиностроении составляют валы длиной 150--1000 мм.

Шейки валов могут иметь шпоночные пазы, шлицы или резьбу. Резьбы для закрепления сопряженных деталей от осевого перемещения часто выгодно заменять канавками для пружинных колец. Это упрощает обработку и сборку. В местах перехода ступеней делают канавки или галтели. Обработка галтели более сложна; поэтому предпочтительно, где это допустимо, предусматривать канавки. Торцы вала имеют фаски. Шлицевые валы могут быть со сквозными и закрытыми шлицами, последние составляют около 65% от общего количества типоразмеров. По конструкции шлицы могут быть прямобочными и эвольвентными. В настоящее время преобладают прямобочные (приблизительно 85--90% от общего количество применяемых в машиностроении типоразмеров шлицевых валов), хотя в отношении технологии эвольвентные шлицы имеют ряд преимуществ.

Валы с отношением длины к диаметру менее 15 относят к жестким; при отношении более 15 валы считают нежесткими.

1.Служебное назначение вала ступенчатого, способ получения заготовки

Валы предназначены для передачи крутящих моментов и монтажа на них различных деталей и механизмов. Конструктивно ступенчатые валы подразделяют на гладкие, фланцевые и валы-шестерни.

В общем случае они представляют собой сочетание гладких посадочных и непосадочных, шлицевых, шпоночных, резьбовых и переходных поверхностей. Для уменьшения массы валов их часто выполняют пустотелыми. Если отношение длины вала к среднему диаметру L/D < 12, вал считают жестким, при L/D > 12 вал является нежестким. Технические требования, предъявляемые к валам, характеризуются следующими данными. Диаметральные размеры посадочных шеек выполняют по IT1, IT6, реже по IT5, других шеек по IТ10, IT1l, допуски на длину ступеней вала назначают в пределах 0,1... 0,4 мм.

Допуски формы - отклонения от круглости, цилиндричности и прямолинейности - обычно составляют часть допуска Тi на выполняемый диаметральный размер (для тел вращения, например, до 0,3Ti). Допуски расположения - отклонения от параллельности шпоночных канавок или шлицевых поверхностей относительно оси -не превышают 0,1 мкм на 1 мм длины, отклонения от перпендикулярности для опорных заплечиков под подшипники и привалочных фланцевых поверхностей валов выполняют с точностью < 0,1 мкм, соосность поверхностей в пределах 0,01... 0,03 мм. Неравномерность шага шлицевых поверхностей, их смещение относительно оси должно быть не более 0,02 мм. Допускаемые биения посадочных шеек относительно базовых поверхностей не должны превышать 0,01... 0,03 мм, а непосадочных 0,05 ... 0,10 мм.

Шероховатость поверхности посадочных шеек Ra = 0,08 ... 0,63 мкм, непосадочных Ra = = 3,2... 10мкм. Валы, работающие с высокой частотой вращения, подвергают динамической балансировке, их дисбаланс не должен превышать 12 ... 40 г-мм. Ступенчатые валы изготавливают из сталей 25, 35, 40, 45, 35Х, 40Х, 40ХН, 45ХНМ, 38Х2ЮА, 38Х2МЮА и других, подвергаемых для повышения износостойкости и физико-механических свойств материала различным видам термической обработки. Валы из малоуглеродистой стали 25 цементируют на глубину 0,7... 1,2мм, обеспечивая твердость после закалки и отпуска в пределах HRCэ 55 ... 58. Среднеуглеродистые стали подвергают улучшению, нормализации или поверхностной закалке.

Валы из высоколегированных сталей 38Х2ЮА, 38Х2МЮА, работающие при высоких скоростях скольжения, азотируют на глубину 0,3 ... 0,4 мм, обеспечивая твердость HV 1000. 11 Заготовки для ступенчатых валов в серийном производстве при небольших перепадах диаметров ступеней получают резкой из горячекатаного проката. При значительных перепадах диаметров ступеней заготовки валов изготавливают ковкой на молотах или прессах. В крупносерийном и массовом производствах заготовки ступенчатых валов изготавливают штамповкой из проката, высадкой на горизонтально-ковочных машинах, обжатием на радиально-ковочных машинах, поперечно-клиновой прокаткой.

Эти методы (кроме последнего) обеспечивают коэффициент использования материала Ки,м ? 0,7. При поперечно-клиновой прокатке Ки.м = 0,85 и выше. Типовой ТП изготовления заготовок состоит из следующих операций: отрезания заготовки из проката, нагревания заготовки до температуры ковки, непосредственного формоизменения, удаления заусенцев или облоя, термической обработки, правки заготовки. После пластического деформирования заготовку подвергают термической обработке с целью снятия остаточных напряжений и обеспечения необходимой структуры металла.

Конструкция вала, его размеры и жесткость, технические требования, программа выпуска - основные факторы, определяющие технологию изготовления и применяемое оборудование. При обработке заготовок валов в качестве технологических баз используют центровые отверстия, которые позволяют обрабатывать почти все наружные поверхности вала на единых базах с установкой в центрах. Жесткие требования на линейные размеры обеспечивают применением плавающего переднего центра и базированием заготовки по торцу, от которого выдерживают размеры при токарной обработке и шлифовании заплечиков. Это исключает влияние погрешности зацентровки вала на точность линейных размеров. Маршрут обработки заготовок в центрах включает обычно следующие операции: создание базовых поверхностей; черновое обтачивание; чистовое обтачивание; черновое шлифование шеек; фрезерование шлицев; фрезерование шпоночных пазов; сверление отверстий; нарезание резьб; термическая обработка; зачистка центров; шлифование шлицев; окончательное шлифование шеек; микрофиниширование шеек вала; контроль размеров.

Для обеспечения заданной точности в маршруте неоходимо соблюдать принцип постоянства баз при обработке практически всех ответственных поверхностей: посадочных шеек, торцевых заплечиков, боковых поверхностей шпоночных пазов и шлицев, а также обеспечивать соосность шеек и внутренних поверхностей. Точность обработки после каждого перехода повышается, число переходов для 12 каждой элементарной поверхности зависит от точности исходной заготовки и технических требований на деталь.

Обработку заготовок нежестких валов ведут с использованием в схеме установки дополнительных опор: неподвижных и подвижных люнетов. Для применения неподвижного люнета в маршрут изготовления такого вала включают дополнительные операции обработки шейки под люнет (а в ряде случаев и контрольных поясков, используемых при выверке заготовок на станке). Такую шейку выполняют на середине заготовки, а неподвижный люнет устанавливают на станине станка. Подвижный люнет располагают на суппорте токарного станка, выполняющем подачу: при этом опорные ролики люнета контактируют с обрабатываемой поверхностью. Кроме того, если допускают технические требования, маршрут изготовления нежестких валов дополняют операциями правки. На стадии выполнения операций обработки стараются уменьшить силы резания, уменьшая глубину резания и подачу инструмента, а также изменяя у резцов главный угол в плане. Ступенчатые валы изготавливают различными сериями, используя для этого разные структурные схемы операций и оборудование, однако общая последовательность операций остается одинаковой для любого типа производства.

Анализ технологичности конструкций изделия

n Деталь технологична по следующим показателям: 

n Небольшая масса детали, менее 5кг.

n Удобное расположение баз.

n Свободный доступ режущего инструмента к обрабатываемой поверхности.

n Большая часть поверхностей и конструктивных элементов унифицированы

Обоснование типа производства

Определяем тип производства исходя из годового объёма выпуска и массы детали.

Масса детали равна 3,59 кг, годовой объём выпуска равен 1200шт, что соответствует среднесерийное типу производства.

Для серийного производства определяем операционную партию деталей по формуле

где N - годовой объём выпуска, шт,

t - количество дней, в течение которых необходимо иметь запас заготовок на складе. Для мелких и средних деталей t=8 дней.

Фу=253 дня - условный годовой фонд рабочего времени.

Выбор вида заготовки и её конструирование. Конструирование заготовки из проката

n Норма расхода для проката

n Масса проката

КИМ=2.27/13,8 = 0,16

Конструирование заготовки штамповки

Н_расх=1,1*2,7=2,97кг

Выбираем вид заготовки

где тд - масса детали,Мпр - масса заготовки из проката, Мшт. - масса заготовки штамповки.

Если К0,05, то выбираем штамповку, еслиК0,05, то выбираем прокат.

K=2,27*(4,9-2,7)/4,9*2,7=0,16

К=0,16 - выбираем штамповку.

Расчет припусков

Разработка маршрутно-операционного технологического процесса изготовления детали на станке с ЧПУ

Усовершенствование токарной операции

Усовершенствование токарной операции в технологичском процессе проходит в двух чатсях. Рассмотрим первую часть, первое что мы решили, это заменить шпиндельный токарный станок на станок с ЧПУ. Тем самым мы обьеденяем ряд операций экономя время и затраты на оснастку. Вторая часть данного усовершенствования заключается в выборе оснастки. В любой операции на токарном станке, используются кулачковые патроны, резцы, которые по режимам резания быстро изнашиваются, но благодаря программному станку мы можем пальчиковыми фрезами обработать деталь и добиться минимализации разброса размеров, то есть, деталь получиться более точной в размерах. Таким образом это нам даст мобильность в производстве. Учитывая работу данных станков, оператор задействован минимально, он должен закрепить заготовку и запустить нужную программу на станке. Следовательно сделаая все правильно, оператор может задействовать себя на следующем станке, допустим с той же операцией, тем самым за одно время где один человек мог обработать на токарном станке лишь половину детали, оператор ЧПУ за это время может предоставить уже полностью отработанную заготовку в 2х экземплярах.

В 010 операции данного технологического процесса были бы задействованы не менее 9 инструментов, такие как зенкнра и метчики. Производим замену инструментов для улучшения работы, объеденяем операции и переносим на станок ЧПУ. Оснастку желательно выбирать покупную. Рассмотри какой инструмент будет задействован в работе над поверхностью 1,2,3,4

В данном примере выбираем Концевую фрезу с R4, где сразу можем одним инструментом получить все интересущие нас разверы в данной позиции

Разработка токарных операций и расчет режимов резания на универсальных станках

Токарно-винторезная операция 010

Т_{о. общ}=0.23+0.01+0,40+0.43=1,26 мин

Т_ш= 1/1 (1,26+ 1,15· 0,64) (1+(( 3+ 4)/ 100))=2,38 мин..

Разработка токарных операций и расчет режимов резания на станке с ЧПУ

Токарная с ЧПУ 010

n Основное время То

Т_{о. общ}=0,1+0,15+0,23+0,01+0,9+1,2=2,39 мин.

n Штучное время

Т_ш= 1/1 (2,39+ 1,15) (1+(( 3+ 4)/ 100))=3,78 мин

Сравнительный анализ двух технологических процессов обработки детали на универсальных станках и станках с ЧПУ

Т_ш-кУ=10,85 мин.

Т_ш-к ЧПУ= 4,9 мин .

Исходя из имеющихся данных мы можем определить, что время на обработку на универсальных станках (Тш-к У) превышает время обработки на станке ЧПУ (Тш-к ЧПУ) почтив 2,2 раза.

Экономический эффект

n Срок окупаемости равен 0,16 года, что меньше нормативного (Ток. н. = 5 лет) и годовой эффект составил 252850тг.

Заключение

Основная особенность станков с ЧПУ состоит в том, что программа, т. е. данные о величине, скорости и направлении перемещений рабочих органов, задается в виде символов, нанесенных на специальный программоноситель. Процесс подготовки программ для станков с ЧПУ отделен от процесса обработки детали во времени и пространстве.

На станке с ЧПУ для того, чтобы обработать деталь новой конфигурации, часто достаточно установить в УЧПУ (рис. 1.1,6) новую УП, которая содержит определенную задающую информацию (ЗИ). Устройством ввода программы (УВП) программа считывается, т. е. преобразуется в электрические сигналы, и направляется в устройство отработки программы (УОП), которое через устройство управления приводом (УУП) воздействует на объект регулирования - привод подач (ПП) станка. Заданное перемещение (например, по осям X, Y, Z) подвижных узлов станка, связанных с приводом подач, контролируют датчики обратной связи (ДОС). Информация обратной связи (ИОС) с датчика через устройства обратной связи (УОС) поступает в УОП, где происходит сравнение фактического перемещения узла подачи с заданным по программе для внесения корректив (±А) в произведенные перемещения. Для исполнения дополнительных функций электрические сигналы поступают с УВП в устройство технологических команд (УТК), которое воздействует на исполнительные элементы технологических команд (ИЭТК). Происходит включение (выключение) различных двигателей, электромагнитных муфт, электромагнитов и др.

Основные преимущества станков с ЧПУ.

Применение станков с ЧПУ взамен универсального оборудования имеет существенные особенности и создает определенные преимущества, в частности следующие: сокращение сроков подготовки производства на 50 - 75 %; сокращение общей продолжительности цикла изготовления продукции на 50 - 60 %; экономию средств на проектирование и изготовление технологической оснастки на 30 - 85 %; повышение производительности труда за счет сокращения вспомогательного и основного времени обработки на станке и многое другое.

В процессе изготовления технологического процесса мы математически доказали, что работа на станках ЧПУ значительно сокращает изготовление вала в продолжительности цикла. Так же это экономит не малое количество оснастки. Увеличивается производительность труда за счет сокращения вспомогательного и основного времени обработки на станке. Тем самым мы усовершенствовали технологический процесс изготовления вала ступенчатого, не опираясь на одну операцию, а взяв весь объем работы, всего технологического процесса.

Список использованной литературы

вал ступенчатый токарная обработка

1) Технология машиностроения: Сборник задач и упражнений: Учеб. пособие / В.И. Аверченков и др.; Под общ. ред. В.И. Аверченкова и Е.А. Польского. -- 2- е изд., перераб. и доп. -- М.: ИНФРА-М, 2006. -- 288 с. -- (Высшее образование).

2) Производство заготовок. Листовая штамповка: Серия учебных пособий из шести книг. Книга 2/ А.С. Килов, К.А. Килов - Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. - 182с.

3) Автоматизированное проектирование в системе Спрут: методические указания к лабораторным работам по дисциплине "Автоматизация конструкторского и технологического проектирования" для студентов специальности 220300/ Р.Г. Соколов - Б.: Изд-во АлтГТУ, 2009. - 63 с.

Размещено на Allbest.ru