Главная Коллекция "Otherreferats" Производство и технологии Модернизация устройства подачи прутка (УПП) к токарному станку с ЧПУ

Модернизация устройства подачи прутка (УПП) к токарному станку с ЧПУ

Описание конструкции, назначения, принципа действия исполнительной машины. Проектирование зубчатой передачи, приводного вала, металлорежущего инструмента для обработки детали "Тубус". Анализ технологичности конструкции и выбор метода производства.

Рубрика Производство и технологии
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 21.03.2019
Размер файла 1,5 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Выпускная квалификационная работа

Модернизация устройства подачи прутка (УПП) к токарному станку с ЧПУ

Введение

передача металлорежущий деталь тубус

В данной работе, мы изучим и спроектируем устройство подачи прутка для станка DST, это оборудование служит для автоматической подачи и выставки заготовок в станке, что облегчает работу оператора СПУ и исключает время простоя станка, ввиду выполнения данной операции. В качестве детали мы рассмотрим - «Тубус», который изготавливается на нашем оборудовании.

В работе мы целиком опишем принцип работы оборудования, выполним расчеты условий работы оборудования и представим процесс изготовления детали с приложением соответствующей программы.

С момента покупки оборудования прошло 40 лет. За этот период существенно взросла роль экспорта, поменялись требования внутреннего рынка. Ввиду этого возникла потребность в улучшении качества продукции, а, следовательно, и в модернизации имеющегося оборудования.

Основными направлениями развития современных станков являются увеличение размеров партий различных изделий, а также качества продукции.

Качество продукции является важнейшим фактором экономической эффективности производства, определяющим экономическое положение организации, а также уровень рентабельности.

1. Состояние вопроса и задачи проектирования

В данный момент на станке DST завода АО «ВОМЗ» отсутствует устройство подачи прутка и заготовки устанавливаются вручную, на что уходит много времени для подготовки.

Целью данной выпускной квалификационной работы является проектирование и внедрение устройства подачи прутка для увеличения производительности и снижения подготовительного времени.

Исходя из поставленной цели следует решить соответствующие задачи:

1) Осуществить проектирование устройства подачи прутка.

2) Разработать общую компоновку устройства подачи прутка.

При правильном проектировании, производстве и эксплуатации устройства подачи прутка их недостатки могут быть сведены к минимальному количеству. Поэтому необходимо хорошо понимать унифицированные узлы УПП, изготовляемые специализированными заводами.

2. Конструкторская часть

2.1 Описание конструкции, назначения и принципа действия исполнительной машины

Устройство подачи прутка предназначено для автоматической подачи заготовок, по завершению выполнения предыдущей детали. Управляет УПП при первой установке и привязке заготовки оператор-станочник, далее по управляющей программе.

На рисунке 1 изображена принципиальная схема устройства автоматической подачи прутка токарного станка с ЧПУ. Выталкиватель состоит из электродвигателя 1, который передаёт крутящий момент через муфту 2 на зубчатую передачу 3, на конце тихоходного вала которой установлена реечная передача 5. Рейка движется по направляющим 6, преобразуя вращательное движение двигателя 1 в продольное перемещение заготовки 7. Величина перемещения заготовки задаётся оператором и регулируется с помощью электромагнитной муфты 4.

Рисунок 1. Принципиальная схема выталкивателя заготовок:

1 - электродвигатель; 2 - муфта упругая; 3 - зубчатая передача;

4 - муфта электромагнитная; 5 - реечная передача; 6 - направляющие;

7 - продольное перемещение заготовки

Выталкиватель имеет подвижный шток, который представляет собой шлифованный шестигранник с прикреплённой к нему рейкой. Рейка перемещается по направляющим с помощью зубчатой передачи. Цепь крепиться в двух точках к плите штока. Толкающее усилие ограничено упором станка и электромагнитной муфтой, которая управляется системой ЧПУ станка, что гарантирует защиту выталкивателя от перегрузки.

Шток - представляет собой шлифованный сортамент шестигранного сечения.

В нерабочем состоянии шток выталкивателя находится в исходном положении устройства, либо если изготовление детали не закончилось, но станок выключен, шток упирается в деталь и находится в натянутом положении. При включении механизма продольного перемещения штока он перемещается в направлении движения направляющей станка и выталкивает пруток на запрограммированную величину, для изготовления следующей детали.

Затем двигатель 1 реверсируется и шток возвращается в исходное положение. Крайние положения штока фиксируются концевиками, расположенными в начале и конце рейки.

Разработка и описание кинематической схемы

На рисунке 2 представлена кинематическая схема привода устройства подачи заготовок. Привод состоит из электродвигателя 1, который передает крутящий момент через муфту упругую 2, редуктора 3, муфты электромагнитной 4 с помощью которой регулируется величина перемещения заготовки, рейки 5.

Рисунок 2. Кинематическая схема выталкивателя заготовок:

1 - электродвигатель; 2 - муфта упругая; 3 - редуктор; 4 - муфта электромагнитная; 5 - рейка

I - 1-ый вал (вал электродвигателя) ().

II - 2-ой вал (быстроходный) ().

III - 3-ий вал(тихоходный) ().

IV - 4-ый вал (приводной) ().

Исходные данные:

1. V = 1,3 м/с - скорость перемещения штока;

2. Ксут = 0,25 - коэффициент, который учитывает использование передачи в сутки;

3. Кгод = 0,45 - коэффициент, который учитывает использование передачи в год;

4. L = 15 - период службы передачи, год;

5. Ft = 5,5 кН - окружная сила на шестерне реечной передачи.

Энергокинематический расчет привода

Определяем общее КПД привода по формуле (1):

(1)

где - КПД муфты;

- КПД зубчатой передачи;

- КПД реечной передачи;

- КПД подшипников приводного вала.

Выбираем электродвигатель

Рассчитываем мощность выходного вала привода по формуле (2):

(2)

где - номинальная окружная нагрузка на шестерне, H;

- скорость перемещения устройства подачи прутка, м/с.

Определяем предварительную расчетную мощность по формуле (3):

(3)

Определяем частоту вращения приводного вала по формуле (4):

(4)

где D - диаметр шестерни реечной передачи, мм.

По исполнению и остальным техническим характеристикам наиболее подходит двигатель АИР100L6 так как он наиболее защищён от попадания внутрь пыли и других предметов, и предназначен для работы в условиях механического предприятия и станочного приспособления.

Основные характеристики:

Мощность ;

Частота вращения вала ;

Диаметр выходного вала ;

Длина выходного конца вала ;

Климатическое исполнение У3;

Разбивка общего передаточного числа по ступеням.

Определяем общее передаточное отношение по формуле (5):

(5)

Определение частот вращения на валах:

Находим моменты на валах по формуле (6):

(6)

где - мощность, Вт;

- угловая скорость,

Находим мощность по формуле (6):

Находим угловую скорость по формуле (7):

(7)

где - угловая скорость, ;

- частота вращения,.

Находим моменты навалах:

2.2 Расчет и проектирование зубчатой передачи

Исходные данные для расчёта передачи:

Колесо шестерня

40Х улучшение 40Х улучшение

Допустимые напряжения расчёта передачи на контактную выносливость определяем по формуле (8):

(8)

где Hlimв - предел контактной выносливости, МПа;

Sн - коэффициент безопасности;

NHO - базовое количество циклов перемены напряжений;

NHE - эквивалентное количество циклов перемены напряжений.

------------------------------NHE=NKHE, (9)

где NS - суммарное количество циклов перемены напряжений

КНЕ - коэффициент приведения контактной выносливости.

N=60ntnз, (10)

где n - частота вращения зубчатого компонента, об/мин;

t - суммарный период работы передачи на протяжении всего срока службы, ч;

nз - количество вступлений в зацепление зубьев колеса (в нашем случае nз=1).

Итоговое время работы передачи находим по формуле (11):

(11)

где Ксут - коэффициент, учитывающий использование передачи в течение суток;

Кгод - коэффициент, учитывающий использование передачи в течение года;

L - период службы передачи, годы.

Итоговое время работы передачи:

Суммарное количество циклов перемены напряжений:

Рассчитаем коэффициенты приведения на контактную выносливость и на изгибную выносливость [1, таблица 1.2], принимая во внимание режим работы №V: ; .

Количество циклов смены напряжений, соответствующие длительному пределу выносливости для расчетов на контактную выносливость, определяем:

Для колеса

Для шестерни

Предельные допускаемые напряжения для расчетов на выносливость определяем по формуле (12):

(12)

Для колеса

Для шестерни

Предел контактной выносливости согласно [2, таблица 1.2] определяется по формуле (13):

(13)

Для колеса

Для шестерни

Допускаемые напряжения для расчетов на контактную выносливость:

Для колеса

Для шестерни

Так как меньшим оказалось допускаемое контактное напряжение колеса, то расчетное допускаемое напряжение для шестерни и для колеса принимаем

Допускаемые напряжения для расчёта на изгибную выносливость определяют по зависимости из ГОСТ 21354-87.

МПа, (14)

где Flimв - предел выносливости зубьев при изгибе, МПа;

SF - коэффициент безопасности;

NFO - базовое значение циклов перемены напряжений, NFO=4106;

NFE - эквивалентное значение циклов перемены напряжений;

m=6 - для зубчатых колёс с твёрдостью поверхности зубьев ?НВ 350.

NFE= NKFE. (15)

где КFE - коэффициент приведения при расчёте на изгибную выносливость

Эквивалентное число циклов перемены напряжений:

Для колеса

Для шестерни

Предельные допускаемые напряжения для расчетов на выносливость определяем по формуле (16):

(16)

Для колеса

Для шестерни

Предел выносливости зубьев при изгибе определяем по формуле (17):

(17)

Для колеса

Для шестерни

Допускаемые напряжения для расчетов на изгибную выносливость определяем по формуле (18):

(18)

Для колеса

Для шестерни

Определение межосевого расстояния по формуле (18):

(19)

где z - коэффициент, учитывающий суммарную длину контактных линий;

Т2 - крутящий момент на валу колеса рассматриваемой передачи, Нм;

= 0,25 - коэффициент ширины зубчатых колес передачи;

Кнa = 1 - коэффициент, который учитывает распределение нагрузки между зубьями прямозубой передачи;

Кнв - коэффициент, который учитывает распределение нагрузки по ширине венца;

Кнv - коэффициент, который учитывает динамическую нагрузку в зацеплении.

Коэффициент, учитывающий суммарную длину контактных линий определяем по формуле (19):

(19)

где Е=1,6 - коэффициент торцового перекрытия.

При проектном расчёте, если размеры зубчатых колёс неизвестны, для приближённого расчета окружной скорости находим по формуле (20):

(20)

Значения коэффициента Сv =1300 определяем:

Следовательно, степень точности равна 8.

Следовательно,

Коэффициент определим по графику зависимости от схемы передачи, твёрдости рабочей поверхности зубьев и условной ширины шестерни по формуле (21):

(21)

Следовательно, Кнв=1,01.

Находим межосевое расстояние:

Для уменьшения габаритов редуктора на станке принимаем 150 мм.

Рабочую ширину венца колеса находим по формуле (22):

(22)

Рабочую ширину шестерни находим по формуле (23):

(23)

Значение модуля устанавливают согласно эмпирической зависимости (24) с дальнейшей проверкой на изгибную выносливость. При твёрдости рабочих поверхностей зубьев колеса и шестерни ?НВ 350.

m = (0,01…0,02)aw, (24)

m = 0,02150=3.

Принимаем m = 3 по ГОСТ 9563-60.

Суммарное число зубьев находим по формуле (25):

(25)

Число зубьев шестерни и колеса находим по формулам (26), (27):

(26)

(27)

Фактическое передаточное число находим по формуле (28):

(28)

Геометрические параметры передачи:

Диаметры делительных окружностей находим по формулам (29), (30):

(29)

(30)

Проверка (31):

(31)

300300.

Диаметры вершин зубьев находим по формулам (32), (33):

(32)

(33)

Диаметры окружностей впадин находим по формулам (34), (35):

(34)

(35)

Окружная скорость колес, м/с (36):

= (36)

Проверка передачи на контактную выносливость определяем по формуле (37):

(37)

466,5515,45 - условие выполняется.

Проверяем зубья на изгибную выносливость

Напряжение в опасном сечении зуба колеса находим по формуле (38):

, (38)

где - коэффициент, который учитывает рассредоточение нагрузки по ширине венца, по графику зависимости от схемы передачи и коэффициента ширины зубчатых колёс [4] ;

коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку, возникающую в зацеплении, выбираем по таблице 2.8 [2] ;

коэффициент, который учитывает рассредоточение нагрузки между зубьями для прямозубых колёс ;

- коэффициент, учитывающий наклон зуба (для прямозубых передач);

YF2 - коэффициент, учитывающий форму зуба колеса.

Силы, действующие в зацеплении:

Окружную силу находим по формуле (39):

(39)

Радиальную силу находим по формуле (40):

(40)

где угол профиля зубьев, .

2.3 Ориентировочный расчет и конструирование приводного вала исполнительной машины (выходного вала редуктора)

Определение диаметра консольного участка вала под шестерню реечной передачи по формуле (41):

(41)

где d - диаметр вала, мм;

T - крутящий момент на валу, ;

- допускаемое напряжение на кручение, МПа.

Длину ступени вала под шестерню находим по формуле (42):

(42)

Определение диаметра вала под подшипник

Для подшипника №36208 ГОСТ 831-75 (43):

(43)

где t2 - глубина шпоночного паза в ступице детали, мм (ГОСТ23360-78);

Принимаем диаметр вала мм.

мм - принимаем согласно конструкторским соображениям отталкиваясь от компоновки.

Следующий участок вала под электромагнитную муфту ЭТМ-116, размеры задаём исходя из размеров муфты d3 =50 мм, мм.

Диаметр под бурт колеса определим по формуле (44):

(44)

По данным предварительного расчёта построим эскизную компоновку и представим на рисунке 3.

Рисунок 3. Эскиз приводного вала

Предварительный выбор подшипников

Подберем тип подшипника, учитывая конкретные условия эксплуатации. Основными условиями к опорам приводного вала считаются: высокая грузоподъемность, способность передавать большие мощности, жесткость незначительная окружная скорость, способность воспринимать, в большей степени, радиальные нагрузки, то есть нагрузку, которая действует перпендикулярно оси вращения подшипника.

Согласно всем перечисленным требованиям к опорам, наиболее подходящим вариантом является подшипник шариковый радиально-упорный.

По посадочным диаметрам тихоходной ступени (d = 40 мм) и быстроходной ступени (d = 30 мм) подбираем марку и условное обозначение подшипника.

Выбранные подшипники радиально-упорные №36208 ГОСТ 831-75 для тихоходной и №36206 ГОСТ 831-75 быстроходной ступени.

Эскизная компоновка узла приводного вала

Приводной - является одной основных деталей . Вал установлен двух шариковых -упорных подшипниках.

Так как передача работает с интервалами между обработкой деталей, и нет опасности защемления вала в опорах, то для установки подшипников применена схема «враспор», когда осевое фиксирование осуществляется в двух опорах. В этом случае торцы внутренних колец обоих подшипников упираются с одной стороны в буртик вала, а с другой в распорную втулку, сидящую на валу. Внешние торцы наружных колец подшипников упираются в торцы крышек, зафиксированных в корпусе. Основными достоинствами схемы являются возможность регулировки опор и легкость конструкции. Подшипники закрытые, с заложенной смазкой.

На конец вала шестерня реечной передачи толкателя. С этой же стороны в сквозной крышке устанавливается манжета 1.1-40x62-1 ГОСТ 8752-79. Эскизная компоновка вала приведен на 4.

Рисунок 4 Эскизная приводного вала

Уточнённый расчёт приводного вала

Определяем опорные реакции и изгибающие моменты вала.

Данные для расчета:

Крутящий момент на валу: Т = 1 196,21 Н·м.

Окружная силаН; радиальная сила Н.

Окружная силаН; радиальная сила Н.

Сила от несносности валов FM определяем по формуле (45):

(45)

l1 = 0,038 м; l2 = 0,118 м; l3 = 0,069 м; l4 = 0,068 м - см. расчетную схему узла вала на рисунке 5.

Суммарные изгибающие моменты:

Суммарные изгибающие моменты определим по формуле (46):

(46)

где - изгибающие моменты в горизонтальной плоскости,

- изгибающие моменты в вертикальной плоскости,

Приведенные моменты

На основе третьей гипотезы прочности находим приведенные моменты по формуле (47):

(47)

где - суммарный изгибающий момент, Н·м;

Mк - крутящий момент, Н·м;

б - коэффициент, который учитывает отличие в свойствах циклов напряжений изгиба и кручения, Сталь 40Х б = 0.579.

Проверка опасного сечения.

6. Отталкиваясь от эпюры приведенных моментов и геометрии вала, опасным является сечение в месте контакта с электромагнитной муфтой, так как здесь действуют наибольший изгибающий момент и крутящий момент; диаметр вала имеет шпоночный паз. На рисунке 5 изображена расчетная схема.

Коэффициент, учитывающий запас прочности для нормальных напряжений

Нормальные напряжения в опасном сечении рассчитываем по формуле (48):

, Н/мм2, (48)

где М - изгибающий момент в текущем сечении, Н·м;

W - осевой момент инерции сопротивления сечения вала, мм3.

Осевой момент инерции сопротивления сечения вала находим по формуле (49):

(49)

где d - диаметр вала в текущем сечении, d = 50 мм.

Коэффициент, учитывающий концентрации нормальных напряжений, определяем по формуле (50):

(50)

где - коэффициент эффективных напряжений;

- коэффициент, учитывающий влияния абсолютных размеров поперечного сечения;

- коэффициент, учитывающий влияния шероховатости.

Предел выносливости по нормальным напряжениям находим по формуле (51):

, (51)

где - предел выносливости при симметричном цикле изгиба,

Коэффициент запаса по касательным напряжениям рассчитываем по формуле (52):

(52)

Коэффициент запаса прочности для касательных напряжений

Касательные напряжения в опасном сечении определяем по формуле (53):

(53)

где Т - вращающий момент в текущем сечении, Нм;

W - полярный момент инерции сопротивления сечения вала, мм3.

Рисунок 5. Расчетная схема узла вала

Полярный момент инерции сопротивления сечения вала находим по формуле (54):

(54)

Находим касательные напряжения в опасном сечении:

Коэффициент концентрации нормальных напряжений находим по формуле (55):

(55)

где - эффективный коэффициент, учитывающий концентрации напряжений;

- коэффициент, учитывающий влияния абсолютных размеров сечения;

- коэффициент, учитывающий влияния шероховатости.

Предел выносливости по касательным напряжениям находим по формуле (56):

(56)

где - предел выносливости при симметричном цикле.

Находим коэффициент запаса по касательным напряжениям по формуле (57):

(57)

Расчетный коэффициент запаса прочности

Расчетный коэффициент запаса прочности рассчитываем по формуле (58):

(58)

где - допускаемый коэффициент запаса прочности.

Так как , условие прочности выполняется.

Проверка долговечности подшипников приводного вала

Предварительно выбраны подшипники радиально-упорные №36208 ГОСТ 831-75 со следующими характеристиками:

d = 40 мм, D = 80 мм, B = 18 мм, Cr = 27 кН, C0r = 38,9 кН

Максимальную нагрузку испытывает подшипник в точке B (см. рисунок 5).

Рассчитываем по формуле радиальную нагрузку на подшипник в данной точке (59):

(59)

где XВ и ZВ - горизонтальная и вертикальная реакция опоры, Н.

Отталкиваясь того, что осевой нагрузкой на подшипник, в соответствии с расчетными данными, можно пренебречь, эквивалентная нагрузка (60):

(60)

где V - коэффициент вращения, V = 1;

- коэффициент безопасности, ;

- температурный коэффициент, .

Находим расчетную динамическую грузоподъемность и проверяем условие годности по формуле (61):

(61)

где - срок службы привода, ч.

Условие пригодности выполняется.

Определяем базовую долговечность подшипника по формуле (62):

(62)

Условие пригодности выполняется.

Подшипник №36208 ГОСТ 831-75 пригоден.

Выбор муфт

С целью передачи крутящего момента от вала электродвигателя к быстроходному валу и избегания перекоса вала выбираем муфту. Наиболее подойдет упругая втулочно-пальцевая муфта по ГОСТ 21424-93, крутящий момент передается пальцами и упругими втулками. Отличается простотой конструкции и удобством монтажа и демонтажа. Ее размеры стандартизированы и зависят от величины крутящего момента и диаметра вала, в нашем случае диаметр вала 28 мм, а крутящий момент на валу 81 Нм. Выбираем муфту МУВП 125-28-1 ГОСТ 21424-93 с максимальным передаваемым моментом 125 Нм.

Так же в нашей работе используется муфта для автоматизированной работы привода механизма выталкивателя с помощью параметров заготовки, заданной на станке. Электромагнитные многодисковые фрикционные муфты предназначены для автоматизации привода металлорежущих станков.

Муфта состоит из следующих основных частей: корпуса с заложенной в него катушкой. Один конец катушки соединяется с корпусом, другой с контактным кольцом, запрессованным в пластмассовом кольце; фрикционного устройства, состоящего из стальных дисков двух конфигураций: диска со шлицевым отверстием и диска со шлицевыми выступами по наружному диаметру, а также пружинных шайб, служащих для разведения дисков при отключении муфты; якоря. Токоподвод осуществляется через щётку, закреплённую в щёткодержателе. Модель муфты электромагнитной представлена на рисунке 6.

Текущая электромагнитная муфта призвана гарантировать защиту механизмов от импульсных перегрузок. Кроме того, она обеспечивает мелкие потери холостого хода. В комплексе это оказывает положительное воздействие на тепловой баланс механизма и способствует быстрому пуску устройств, в том числе под нагрузкой.

Рисунок 6. Модель муфты электромагнитной

Подбор шпонок и проверка прочности шпоночных соединений

Рассмотрим шпоночное соединение в опасном сечении вала под электромагнитной муфтой. Шпонку подбираем по таблицам ГОСТ 23360-78 в зависимости от диаметра вала и проверяем расчетом соединение на смятие.

При диаметре участка под муфту 50 мм подбирается призматическая шпонка bxh=14x9 мм. Длину шпонки принимаем из ряда стандартных длин l=63 мм.

Расчётная длина шпонки находим по формуле (63):

lp=l - b, мм, (63)

lp =63-14 = 49, мм.

Расчётное напряжение смятия находим по формуле (64):

, (64)

где М - крутящий момент на валу, Нм;

d - диаметр вала, м;

lp - расчетная длина шпонки, м;

h - высота шпонки, м;

[усм] - допускаемые напряжения смятия для шпонок изготовленных из стали; [усм]=110…200 МПа.

Итак, принимаем шпонки 10х8х32 (под шестерню), 8х7х32 (под муфту МУВП), 14х9х36 (под колесо) и 14х9х63 по ГОСТ 23360-78.

2.4 Расчет и проектирование металлорежущего инструмента для обработки детали «Тубус»

При разработке нового технологического процесса изготовления серийной детали согласно рисунку 7, для токарного станка с ЧПУ DST нам потребуется расчет и проектирование резца.

Рисунок 7. Серийная деталь для изменения технологического процесса

Проектируемый резец потребуется в новой технологии для обработки детали по всем трем программам, но на разном оборудовании.

Проектирование составного токарного проходного резца

Исходные данные:

Материал обрабатываемой заготовки - Сплав Д16Т.

Максимальная глубина резания - 8 мм.

Обработка - чистовая.

Расчет параметров резца:

Выбираем материал для державки резца. Принимаем сталь 50, у которой предел прочности равен:

ув = 627 МПа (627 Н/мм2),

Допускаемое напряжение на изгиб:

уu = 200 МПа (200Н/мм2).

Отталкиваясь из условий обработки и заданного режима резания, рассчитываем силу резания Pz по формуле (65):

(65)

Показатели степеней:

Хpz =1,0; Ypz =0,75; npz = -0,15.

Определяем расчетную скорость резания Vрасч, допускаемая режущими свойствами резца по формуле (66):

(66)

где Cv - коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал и условия его обработки; для черновой обработки Сv1 = 273; для чистовой - Сv2 = 227;

Т - стойкость режущего инструмента, мин; Принимаем 60 мин.

х; у; - m показатели степени;

для черновой обработки - х1 = 0,15, у1 = 0,20, m 1 = 0,20 (при S до 0,3 мм/об),

для чистовой обработки - х2 = 0,15, у2 = 0,35, m2 = 0,20 (при S до 0,7 мм/об).

t = 2 мм - глубина резания, мм;

S =0,15 - подача, мм/об.

Коэффициент Kv - общий поправочный коэффициент, учитывающий конкретные условия обработки находим по формуле (67):

Kv = Kмv •Kиv• Kкv •Кцv •Krv •Kov• Khv, (67)

где Kмv - коэффициент, который учитывает обрабатываемый материал и его механические свойства; равен 1,66;

Kиv - коэффициент, который учитывает материал режущей части резца; Kиvl = 0,70; Kиv2 = 1,0;

Kкv - коэффициент, который учитывает наличие корки у заготовки; - при черновой обработке Knv1 = 0,85, при. чистовой обработке - Knv2 = 1,0;

Кцv - коэффициент, который учитывает величину главного угла в плане ц; для ц=45° Кцv = 1,0;

Krv - коэффициент, который учитывает величину радиуса закругления при вершине резца r; для r=1,0 Krv1 = 0,94; Krv1 = 0,86;

Kov - коэффициент, который учитывает эффективность смазочно-охлаждающей жидкости (поскольку по условию задачи обработка ведется без охлаждения, принимаем Kov = 1);

Khv - коэффициент, который учитывает величину допустимого износа резца по задней поверхности ?з Khv = 0,93.

Kv1 = 1,66·0,65·0,8·1,0·0,94·1·0,93 = 0,75,

Kv2 = 1,66·1,0·1,0·1,0·0,86·1·0,93 = 1,33.

Скорость резания равна:

Так как у нас в задании предел прочности стали отличен от ув =750 МПа, пересчитываем значение Kpz по формуле (68):

(68)

Постоянный коэффициент Сpz = 300

Тогда сила резания Pz (в Н) равна:

Pz1= 9,8·300·21,0·0,150,75·118,9-0,15·0,6 = 380, Н,

Pz2= 9,8·300·21,0·0,150,75·233,2-0,15·0,6 = 374, Н.

Рассчитываются размеры сечения державки резца, способной выдержать текущую нагрузку (при условии h = 1,6 b) рассчитываем по формуле (69):

(69)

Полученная ширина державки резца корректируем по ГОСТу 18877-73 и принимается ближайшее значение.

Следуя соотношением h=1,6b рассчитывается высота h. Этот размер также корректируем по ГОСТу 18877-73. Таким образом, получится сечение 16Ч10 мм. Отобразим данное сечение на рисунке 8:

Рисунок 8. Схема для проверки резца на прочность:

Рz - сила резания; H и B - размеры сечения державки резца; ? - вылет резца

Условие прочности державки резца выражается соотношением и рассчитывается по формуле (69):

уизг ? [уизг];

где уизг - максимальное напряжение в теле резца в зависимости от воспринимаемой нагрузки, материала резца и размеров его поперечного сечения,

уизг = (69)

где Мизг - изгибающий момент, Нм;

l - вылет из резцедержателя, м; вылет резца принимаем l=30 мм по заданию;

W - осевой момент сопротивления, м3 (для прямоугольного сечения W = bН2/6);

[уизг] - допустимое напряжение для державки резца, МПа.

Следовательно, напряжение в теле резца находим по формуле:

Таким образом (26,8 < 200 МПа), данный режим удовлетворяет условию прочности державки резца.

Проверяем выполнение необходимого условия: Pz доп. > Pz < Pz. жест

Максимальная нагрузка, допустимая прочностью державки резца, при известных размерах ее сечения определяется для прямоугольного сечения по формуле (70):

(70)

= 2845,4, Н.

Момент инерции сечения державки находим по формуле (71):

(71)

Необходимое условие Pz доп.= 2844,5> Pz=380 < Pz. жест=7584 выполняется.

По ГОСТу 18877-73 выбираем длину резца L=110 мм, конструктивные размеры n=6 мм, ?=8 мм.

По ГОСТу 3882-74 выбираем материал режущей части резца Т15К6.

По справочникам выбираются форма передней поверхности и геометрические параметры режущей части резца, указываем на рисунке 9.

Форма заточки - плоская с положительным передним углом для стали с ув.р ? 800 Мпа

Рисунок 9. Основные углы резца

Вариант резца с напаянной пластиной показан на рисунке 10:

Рисунок 10. Проходной отогнутый резец с напаянной пластиной

Технические требования к конструкции резца с механическим креплением пластины.

Единые требования к конструкции резца сводятся к выполнению следующих характеристик:

- значительному уровню производительности обработки;

- безопасной и стабильной формы стружки при выполнении работы;

- экономичности в эксплуатации и производстве резцов.

При формировании указанных требований определяют «ключевые особенности» к данному резцу:

- при повышении автоматизации станков, всё более предпочтительным является фиксирование режущих пластинок механическим способом, с исключением методов напайки и переточки;

- в конструкции пластин и резцов непременно использовать прогрессивные режущие материалы, позволяющие обработку с высокой скоростью резания;

- для получения требуемой безопасной формы стружки необходимо использовать подходящую геометрию канавок на режущих пластинках, набор плоских пластинок-завивателей и регулируемые завиватели;

- под самой режущей пластинкой следует располагать опорную пластинку, сохраняющую державку от повреждения при разрушении режущей пластины.

Резец обязательно должен являться экономичным:

- при расходе твердого сплава на 1 режущую кромку;

- согласно цене и сроку службы державки сборных резцов;

- согласно числу возможных переточек резцов с напайной пластиной и с возможностью применения обоих сторон на неперетачиваемых режущих пластинках;

- средняя стойкость напайного резца составляет 15-25 минут, а для неперетачиваемой пластинки 10-15 минут;

- необходимо, чтобы геометрия резца защищала режущую кромку от сколов и выкрашивания, в том числе от ударной нагрузки на резец.

Выбор пластины

Пластины для резцов могут быть выполнены из различных марок твердых сплавов, что очень удобно, так как это позволяет иметь целый набор режущих элементов для обработки заготовок из разных материалов.

Использование сменных пластин для режущего инструмента - это еще и экономически выгодное решение, так как в случае поломки или износа нет необходимости заменять весь инструмент новым резцом: надо поменять только его режущую часть. Целесообразно использовать инструмент со сменными твердосплавными пластинками и в том случае, если стоит задача автоматизации технологических процессов, что особенно актуально в условиях мелко- и среднесерийного производства, где номенклатура выпускаемых изделий может меняться достаточно часто.

Преимущества инструмента со сменными твердосплавными пластинами:

- по сравнению с резцами цельного типа, пластины отличаются невысокой стоимостью;

- замена твердосплавного режущего элемента не занимает много времени;

- высокая надежность пластин из твердых сплавов даже в условиях интенсивной эксплуатации;

- при необходимости такие сменные режущие элементы можно переналаживать.

Все современные модели сменных режущих элементов для токарных резцов унифицированы, что дает возможность легко подобрать оптимальный вариант для определенного типа обработки и марки металла заготовки.

Благодаря применению сменных твердосплавных пластин с механическим креплением значительно увеличивается срок службы державки токарного резца, отпадает необходимость в осуществлении таких вспомогательных операций, как заточка режущей части и ее пайка. Что важно, при использовании такого режущего инструмента снижение температуры и силы резания может составить 40%.

Выбор пластины и оправки произведем с учетом расчетов и рекомендаций по обработке алюминия и алюминиевых сплавов. Инструмент должен гарантировать минимальный вылет для уменьшения вибраций и повышения срока службы инструмента.

При выборе пластины следует принимать во внимание:

- глубину резания в мм;

- характер стружколома конкретного материала;

- угол в плане, а также радиус при вершинах пластины.

Выбирать пластину необходимо минимально допустимой ширины. Снижение ширины пластины уменьшает усилие резания и позволяет снизить расход материала при массовом производстве. По возможности необходимо применять пластину нейтрального исполнения. Это обеспечит наиболее результативный контроль стружкообразования и длительный срок службы инструмента.

С учетом всех рекомендаций и требований задания выбираем режущую пластину для алюминиевых сплавов «ALU» фирмы ARNO®, показанной на рисунке 11 по типу 13123-150408 ГОСТ 24255-80. Геометрия с острой режущей кромкой приспособлена для обработки цветных металлов и неметаллов. Ее отличают шлифованные задние поверхности, высоко-позитивный передний угол и полированная передняя поверхность.

Рисунок 11. Режущая пластина для цветных металлов и сплавов

Выбираем твердый сплав без покрытия AN1015 (аналог Т15К6), который в комбинации со шлифованной режущей кромкой используется для чистовой и черновой обработки алюминиевых сплавов, цветных металлов. Гарантирует снижение наросто-образования на кромке и значительное качество поверхности.

Геометрические параметры: S=4,76 мм, L=15 мм, d1=5,16 мм, r=0,8 мм.

Выбор стружко-ломателя и способа крепления пластины

Выбираем конструкцию резца без стружколомателя так как при глубине резания 8 мм алюминиевая и бронзовая стружка не вьется а скалывается. Выбираем способ крепления пластины механический крепежным винтом, в соответствии с рисунком 12:

Рисунок 12. Способ крепления пластины

Материал винта - 40Х ГОСТ 1050-88 с термической обработкой.

Выбор конструкции державки:

В настоящее время на рынке существует целый ряд предложений по системам обработки канавок для станков с ЧПУ. Они основаны на механическом креплении обрабатывающих пластин. Конструкторы пошли дальше и уже предлагают системы с интегрированными каналами подвода СОЖ в рабочую зону. Рассмотрим некоторые предложения, указанные на рисунке 13.

Токарные резцы фирмы «Kennametal» представляют собой жесткую оправку квадратного сечения с двухсторонней режущей пластиной механически закрепленной с помощью винта.

Рисунок 13. Токарные резцы фирмы «Kennametal»

Другая фирма ARNO® предлагает потребителю систему для обработки канавок со встроенными и каналами подвода СОЖ (ACS1 = система охлаждения ARNO®) для радиальной обработки доступна для канавок шириной 2-7 мм и глубиной 13 или 22 мм, в соответствии с рисунком 14. Надёжное закрепление пластины обеспечивается основанием в виде двойной призмы. Упор гарантирует хорошую повторяемость при обработке. Доступны пластины с тремя типами геометрии из пяти видов сплавов. Геометрия М2 была специально разработана с целью обработки канавок, точения и копировального точения стали.

Рисунок 14. Принципиальная схема подвода СОЖ

Геометрия Т1 предназначена с целью обработки стали и литья. Эти пластины изготавливаются согласно технологии высокоточной порошковой металлургии. Для обработки алюминия предполагается геометрия ALU с шлифованными поверхностями. Все держатели инструмента легкодоступны с интегрированными каналами подвода СОЖ (ACS1).

Расчетом получено оптимальное сечение проектируемой державки 10х16 мм. Выбираем державку квадратного сечения 16х16 мм. Для обеспечения жесткости инструмента выбираем материал с высокими механическими свойствами конструкционную сталь 40Х ГОСТ 1050-88 с термической нормализацией.

За основу конструкции выберем державку прямоугольной формы близкую к державке №10, в соответствии с рисунком 15.

Выбранная нами режущая пластина длиной 15 мм при такой конструкции державки обеспечивает нам обработку наружной поверхности с глубиной резания 8 мм.

Условие задания выполняется.

Рисунок 15. Державка проектируемого проходного резца

Металлорежущий инструмент по традиции востребован в современной промышленности, ведь детали, получаемые из металлических заготовок с помощью режущего инструмента, всегда будут в огромной потребности на производствах. Металлорежущий инструмент можно без преувеличения назвать «хлебом» всей промышленности.

Цена при использовании бракованного инструмента велика, как правило, это разбраковка всей партии деталей, а то и изделий в целом. Поэтому любой хороший руководитель стремится выбрать более качественный инструмент, но не забывая при этом и о его стоимости.

В данной работе нам необходимо проанализировать рынок металлорежущего инструмента, определить потребности и рассчитать токарный проходной резец для обработки детали «Тубус» по технологическому процессу на станки DST.

Обзор мировых лидеров инструмента:

Из всех предложений, согласно рисунку 16, на рынке инструментов можно выделить три основные категории - «Европа», «Китай» и «Россия». Правда есть и четвертая, но о ней немного позже. А пока давайте рассмотрим недостатки и достоинства каждой категории.

 

Рисунок 16. Металлорежущий инструмент

Инструмент китайского производства:

Инструмент всех азиатских и в первую очередь китайских производителей встречается и вполне хорошего качества, который можно сравнить российским или среднеевропейским, конечно и стоит он почти так же. В основном китайский инструмент дешевый и низкокачественный, много брака и подделок под знаменитые и проверенные бренды, в том числе и китайские. Поэтому покупка китайского инструмента схожа с лотереей.

Инструмент российского производства

К этой категории относим и инструмент из ближнего зарубежья. Что касаемо цены, то она чуть выше азиатской, а по качеству (если брать в общем срезе) намного выше. Поэтому российский инструмент пользуется спросом и есть дефицит между предложением и спросом.

Европейские бренды

Европейские инструменты - традиционно высокого качества, цены, так же традиционно, то же высокие. Впрочем, самый хороший инструмент российского производства немногим уступает европейскому по качеству, но гораздо приемлемей в цене. Из недостатков европейского инструмента можно отметить длительное ожидание редких позиций, что идет в разрез с ритмичной поставкой и работой на серийном производстве.

Советский металлорежущий инструмент

Советский инструмент - это и есть, про анонсированный выше, четвертый вариант. Качество известны во всем мире и не нуждается в рекламе - лишь некоторый российский инструмент может более-менее сравниваться с советским, особенно сделанный из стали Р18. Также он сравним не только с советским, но и с большей частью моделей импортного производства, и абсолютно доступен по цене.

Правда утверждение о его доступной цене нуждается в постоянной проверке и корректировке. Потому, что если 7 лет назад инструмент советского производства составлял 50% рынка, то на сегодня он составляет 10-15%. Причина этого не в недостатке спроса, а ограниченные запасы и их уменьшение приводит к увеличению цены. Впрочем, на сегодняшний день можно приобрести большие партии инструмента по вполне приемлемой стоимости. Это делают большинство предприятий, полагая советский инструмент своим «золотым запасом».

Основные мировые производители твердосплавного инструмента для токарных работ.

Твердый сплав - общее название группы материалов, которые представляют собой спеченную смесь тугоплавких химических элементов на связующей основе из карбида вольфрама. Промышленное применение твердого сплава началось на заводах Генри Форда в 1927 году. В Советском Союзе разработка этого направления, в разрезе практического использования, началась в 1939 году в «почтовом ящике» и окончательно оформилась в 1946 году, в виде существующего ныне Всероссийского научно-исследовательского и проектного института тугоплавких металлов и твердых сплавов (ВНИИТС).

Мировой рынок производства ТС инструмента, в целом, поделен и достаточно стабилен. Большой интерес представляет рынок России, но он не способен принять предложение по ряду причин:

- отсутствие оборудования, которое может использовать все преимущества - ТС инструмента;

- низкая культура производства;

- низкая технологическая дисциплина;

- отсутствие разветвленных дилерских сетей и представительств.

Выводы по разделу:

Конечно, в обзоре указана только часть новинок. Но даже с учетом таких ограниченных данных вырисовывается общая картина современного рынка твердосплавного инструмента. Зарубежные производители не останавливаются на достигнутом и уделяют новым разработкам максимум времени, стараясь привнести в металлообработку принципиально новые решения, что подтверждается эксплуатационными характеристиками выпущенных продуктов. При этом ожидается, что компании будут продолжать воспринимать задачу разработки новых наименований продукции со всей серьезностью и своевременно обновлять программы инструмента, так как заинтересованы в том, чтобы не отставать от конкурентов и лидеров отрасли.

3. Технологическая часть. Разработка технологического процесса

На сегодняшний день в производстве все больше применяются станки с числовым программным управлением. Это обусловливается тем, что станки с ЧПУ по многим характеристикам преобладают над обычными станками. Станки с числовым программным управлением стоят значительно дороже станков без ЧПУ, однако это окупается за короткие сроки. Для производства целой партии деталей достаточно всего лишь раз написать программу и переместить ее в память станка. А если учитывать, что программы в станок можно загружать различные и многократно, то достаточно один раз сформировать базу программ для типовых обработок, комбинируя которые, можно быстро осуществить наладку для обработки конкретной делали. Также следует отметить, что станки с ЧПУ наиболее точны, чем обычные станки. В изготовлении детали «Тубус» используется различное оборудование на все три программы:

1. Токарный станок с ЧПУ DST.

2. Токарный обрабатывающий центр Leadwel T7.

3. Токарный обрабатывающий центр Biglia.

Так как станок DST является наиболее устаревшим, он требует модернизации и обновления управляющей программы, на данном оборудовании мы изготавливаем деталь, указанную на рисунке 17. В технологической части выпускной квалификационной работы мы рассмотрим способ изготовления данной детали с использованием станков с ЧПУ.

Поэтому в данном разделе мы рассмотрим все параметры детали, а также порядок ее изготовления и режимы резания.

Деталь - «Тубус» является сборочной единицей оптического прицела, выполняя защитную функцию. Деталь изготовляется из алюминиевого сплава Д16Т ГОСТ 4784-97. Точность и шероховатость, указанные на чертеже, а также материал соответствуют назначению детали.

Рисунок 17. Эскиз корпуса оптического прицела

3.1 Описание конструкции и назначения узла

Наличие данной детали рисунок 17 обусловлено самой конструкцией изделия, которая защищает все компоненты прицела от внешнего воздействия.

Согласно чертежа корпус изготавливается из материала Д16Т, потому как характеристик данного материала достаточно для его эксплуатации. Корпус оптического прицела испытывает воздействие факторов окружающей среды, частые контакты с различными погодными условиями что требует применения соответствующего материала. Для производства данной детали используется алюминий марки Д16Т по ГОСТ 4783-97

Основные механические и химические свойства Алюминия Д16Т приведены в таблице 1 и 2:

Таблица 1. Химический состав алюминия Д16Т (ГОСТ 4784-97), %

Fe

Si

Mn

Ti

Al

Mg

Ni

Zn

Cu

До 0.55

До 0.45

0.50-0.80

До 0.1

90.8-93.7

1.2-1.7

До 0.1

До 0.3

3.7-4.9

Таблица 2. Механические свойства алюминия Д16Т (ГОСТ 4784-97)

02, МПа (не менее)

в, МПа (не менее)

s, %

(не менее)

н, Дж/см2

НВ (не более)

300

440

20

250

241

197

3.2 Технологический контроль чертежей изготовления детали

Чертеж корпуса оптического прицела выполнен согласно ЕСКД. Правильность изображения, определение посадок, предельных отклонений размеров, отклонений формы и взаимного расположения, шероховатости поверхности, элементов конструкции предоставляют возможность получить все сведения для разработки технологического процесса изготовления корпуса.

Корпус оптического прицела сложен в изготовлении, но легок обработке. Его изготовление будет осуществляться на станках с ЧПУ. При разработке чертежа учитывалась соответствующая особенность изготовления детали. В соответствии с этим, происходил подбор баз для упрощения написания управляющей программы и выбор оптимальных допусков размеров детали. Чертеж корпуса оптического прицела предоставлен в графической части.

При изготовлении корпуса оптического прицела токарную операцию возможно организовать на программно-управляемых станках, что также принималось во внимание при разработке чертежа.

3.3 Анализ технологичности конструкции детали

Корпусы оптических прицелов очень разнообразны в своей конструкции. Это обусловлено разнообразием применения прицелов, их назначения и характеристик.

Упрощение конструкции детали путем второстепенных элементов не представляется допустимым ввиду их отсутствия.

Материалы, применяемые для производства корпуса оптического прицела, выбраны оптимально для работы в необходимых условиях. Замена на прочие материалы возможна, однако это может послужить причиной к удорожанию, увлечению сложности производства, а также изменение массы прицела, что не приемлемо для их использования. Алюминий Д16Т можно заменить на сталь 40Х, алюминиевый сплав В95 или др. В первом случае случится усложнение производства детали, ввиду внедрения дополнительных операций, связанных с уменьшением снимаемого слоя при обработке, что увеличивает время обработки, но прочность материала более высока, которая обуславливает вес прицела. Во втором случае повышение стоимости узла из-за материала в разы.

3.4 Выбор метода производства заготовок деталей

Выбор заготовки напрямую зависит от материала, формы детали, размеров, условий работы и масштаба производства. В случаях, если возможно применять различные типы заготовок (поковки, сортовой металл или штамповки), наилучшее решение получаем посредством сравнения себестоимости конкурирующих альтернатив.

С целью изготовления корпуса оптического прицела используем только пруток так как, мы используем оборудование с автоматической подачей заготовки что более рационально.

При изготовлении корпуса применяется материал алюминий Д16. Алюминиевый круг, как один из продуктов металлопроката, выпускается в виде прутков немерной и мерной длины с матовой поверхностью и обычным качеством отделки.

Ориентировочная масса 1 м заготовки исходя из чертежа детали с учетом припусков на обработку поверхностей кг.

Стоимость заготовки указанной на рисунке 18 в условных единицах определим по следующей формуле (72):

(72)

где - масса заготовки, кг;

- стоимость одной тонны заготовок, принятых за основу, руб.

Стоимость одной тонны алюминиевого прутка СТ=206 руб./кг, 208600 руб. за тонну.

Рисунок 18. Эскиз заготовки корпуса

Стоимость заготовки:

Так как мы используем только один тип заготовок, сравнение с другими способами изготовления заготовок не нуждаются в расчетах.

3.5 Выбор плана обработки детали

На рисунке 19 отобразим схему изготовления детали:

Рисунок 19. Схема изготовления детали

Корпус оптического прицела

Токарная с ЧПУ:

1-ая операция:

подрезать торец Ф54 предварительно;

подрезать торец Ф54 окончательно;

точить поверхность Ф50Н12, Ф34,5Н10, Ф30Н12 в чистовую.

сверлить отверстие Ф21Н12;

расточить отверстие Ф30,8Н10 в чистовую;

точить и расточить фаски;

отрезка

2-я операция:

подрезать торец Ф30 предварительно;

подрезать торец Ф30 окончательно;

сверлить отверстие Ф21Н12

расточить Ф28Н12, Ф30Н12, Ф27Н9, Ф29Н9 окончательно;

расточить канавку Ф24,3Н12;

нарезать резьбу М24х0,5-6Н;

точить и расточить фаски.

3-я операция:

подрезать торец 33,5 окончательно;

точить Ф33,5f8 окончательно

фрезеровать квадрат 34,3Н14 начисто;

расточитьФ32,3Н12, Ф31,3F8, Ф31,7Н12, Ф29Н9 окончательно;

нарезать резьбу М32х0,5-6Н;

просверлить отверстие Ф16,5Js12;

просверлить отверстие Ф1,8Н12;

просверлить отверстие Ф1.25Н10 х 6;

просверлить отверстие Ф12Н12 х 2;

фрезеровать паз 3S10;

фрезеровать паз 7Н12;

нарезать резьбу М13х0,5-6Н х 2;

нарезать резьбу М5х0,5-6Н;

точить и расточить фаски.

3.6 Подбор стандартного оборудования и стандартных универсальных приспособлений

Подбор оборудования:

Оборудование для производства детали корпус оптического прицела выбираем и сводим в таблицу 3:

Таблица 3. Оборудование для изготовления детали корпус оптического прицела

№

Операция

Оборудование

1

Токарная с ЧПУ

Токарный станок DST оснащенный системой ЧПУ «FANUC».

Наибольшие параметры обрабатываемой заготовки:

диаметр - 100 мм;

длинна - 400 мм.

Наибольшее перемещение горизонтального револьверного суппорта:

горизонтальное - 600 мм;

вертикальное - 300 мм.

Частота вращения 3x-кулачкового патрона - 5…2500 мин-1.

Подача суппорта верт. и гор. - 10…100 мм/мин.

Мощность электродвигателя - 35 кВт.

Габаритные размеры:

длина - 2875 мм (5875 мм с учетом устройства автоматической подачи);

ширина - 1860 мм;

высота - 2000 мм.

Масса станка - 7500 кг.

2-3

Токарная с ЧПУ

Токарный станок Biglia1000Y оснащенный системой ЧПУ «FANUC».

Наибольшие параметры обрабатываемой заготовки:

диаметр - 1000 мм;

длинна - 600 мм.

Наибольшее перемещение горизонтального револьверного суппорта:

2-3

Токарная с ЧПУ

горизонтальное - 800 мм;

вертикальное - 550 мм.

Частота вращения 3x-кулачкового патрона - 5…3500 мин-1.

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены