Проектирование червячного вала

в) окончательная (чистовая) обработка основных участков поверхности детали, сначала внутренних, потом наружных;

г) обработка дополнительных участков поверхностей детали, не требующих черновой обработки: сначала в отверстиях или на торцах, затем на наружной поверхности.

Обработка на токарных станках с  ЧПУ характеризуется следующей  точностью. Однократная обработка  поверхности обеспечивает точность 12-13-го квалитета и параметр шероховатости поверхности Rа 3,2 мкм. Радиус при вершине резца при этом назначают по наименьшему радиусу галтели на детали; в других случаях галтель выполняют по программе. При более высоких требованиях к качеству поверхности (Rа менее 1,6 мкм) на последнем чистовом переходе уменьшают подачу и увеличивают частоту вращения. При более высоких требованиях к точности (7- 9-го квалитета) окончательную обработку осуществляют чистовым резцом с коррекцией на размер. Для обеспечения высокой точности размеров при чистовой обработке резец устанавливают в такой плоскости, чтобы погрешность позиционирования револьверной головки не влияла на точность размера обрабатываемой поверхности.

Черновую обработку со снятием  напуска проводят по-разному: если перепад  диаметров ступеней больше длины ступени, то обработку ведут с поперечной подачей (в противном случае - с продольной подачей). Современные системы ЧПУ позволяют вести эту обработку по постоянному циклу. При составлении программы задают исходный и требуемый контур. Система ЧПУ автоматически формирует управляющие команды для выполнения обработки. Схемы перемещения инструментов при обработке основных участков поверхности приведены на рис. 18 – 20 [10]. Обычно эти участки обрабатывают черновыми, а затем чистовыми резцами.

На станках с ЧПУ фаски, канавки  для выхода инструмента обрабатывают, как указано выше, или тогда, когда это наиболее целесообразно применительно к стойкости инструмента и производительности обработки. При этом учитывают, что работа вершины резца при врезании улучшается, если снята фаска. Если обработка начинается со снятия фасок, то детали будут без заусенцев (по этой же причине канавки выполняют нередко после чистового перехода). Фаски целесообразно снимать серединой режущего лезвия инструмента.

Для уменьшения трудоемкости программирования канавки сложной формы обрабатывают по типовой программе резцами за несколько переходов.

В процессе подготовки программы обработки  деталей на токарных станках с  ЧПУ согласуют системы координат  станка, патрона, детали и режущего инструмента.

В системах управления токарными станками с ЧПУ предусмотрена возможность  ввода коррекций на положение  инструмента для компенсации  упругих деформаций и износа. При этом корректирующие переключатели (блоки коррекции) выбираются программой обработки либо на всю зону обработки одним инструментом, либо на отдельные поверхности. Блоки коррекций не назначают на сверла, развертки и другой осевой мерный инструмент.

По одному блоку коррекции выделяют: на резцы для чистовой обработки  основных участков поверхностей; на прорезные и расточные резцы для обработки дополнительных участков поверхностей; на черновой резец для окончательной обработки торца; на черновой резец для обработки наружных и внутренних поверхностей (если остаются незанятые блоки).

Два блока коррекции на один инструмент с разделением кадров программы  назначают: при нарезании резьбы (на зачистных ходах блоки чередуются через ход); при обработке мерных канавок немерным прорезным резцом (для чистовой обработки правой и левой сторон канавки); для каждого наладочного режима с остановом и измерением детали (при обработке поверхностей высокой точности).

Три блока коррекции назначают  на чистовой резец, формирующий сложный  и точный контур детали, например зубчатый венец конического колеса. В этом случае блоки коррекции должны быть "привязаны" к кадрам, обеспечивающим получение наружного диаметра зубчатого колеса, передней и задней конических поверхностей.

1.3.3 Выявление комплектов основных и вспомогательных баз

В типовом маршруте обработки вала конструктором указаны центровые  отверстия, которые могут использоваться в качестве технологических баз, т.е. общая ось центровых отверстий, обработка относительно которой  обеспечит обработку ступеней вала за два установа и обеспечит требования по соосности поверхностей и точности диаметральных размеров. В результате анализа типового технологического процесса приходим к следующим решениям по выбору баз для обработки червячного вала.

Комплект конструкторских основных баз:

Основной конструкторской базой, определяющей положение детали в  изделии, является общая ось базовых опорных шеек под подшипники 1,2. Тем самым лишаем изделие четырех степеней подвижности – двойная направляющая скрытая база (здесь и далее см. рис.1.3.2);

- конструкторская основная опорная  явная база - левый торец опорной  шейки 2 поверхность 3.

 

Рис.1.3.2 Положение основных конструкторских и технологических баз

 

Комплект конструкторских вспомогательных  баз:

В качестве комплекта вспомогательных  конструкторских баз, определяющих положение присоединяемых деталей, используем следующие поверхности:

• Комплект конструкторских вспомогательных баз для правого и левого подшипников:

- конструкторская вспомогательная  двойная опорная скрытая база - для левого подшипника - ось пов. 1 (для правого-ось пов. 2 соответственно);

- конструкторская вспомогательная установочная явная база - для правого подшипника - поверхность торца 3 (для левого подшипника установочной базой является поверхность левого торца втулки , соединяемой с валом по поверхности 1).

• Комплект конструкторских вспомогательных баз для шестерни, сопрягаемой с валом по поверхности 4 со шпоночной канавкой:

-конструкторская вспомогательная  двойная направляющая скрытая  база–ось поверхности 4;

- конструкторская вспомогательная  опорная явная база–поверхность  торца 5;

-конструкторская вспомогательная  опорная скрытая база–плоскость  симметрии шпоночной канавки 6.

Комплект технологических баз.

Поскольку технологические базы необходимо совмещать с конструкторскими, что в данном случае затруднительно, определим комплект технологических вспомогательных баз:

- технологическая вспомогательная  двойная направляющая скрытая  база – общая ось центровых  отверстий;

- технологическая основная опорная  явная база – торец 7 (или  8 в зависимости от установки  вала в центры станка).

1.3.4 Выбор технологических  баз

Одной из важнейших задач при  проектировании технологических процессов  механической обработки деталей  червячных передач является выбор  установочных баз, как для первых, так и последующих операций, а  также и соблюдение единства баз  в процессе всей обработки детали с минимальным количеством перестановок. От правильного решения вопроса  о технологических базах в  значительной степени зависят: точность взаимного расположения обрабатываемых поверхностей; точность размеров, которые должны быть получены при выполнении запроектированной технологической операции; степень сложности и конструкция приспособлений; производительность обработки. Основные принципы, которыми целесообразно руководствоваться при выборе технологических баз:

1) Использовать принцип совмещения  баз, когда в качестве технологических  баз принимаются основные конструкторские базы, используемые при определении положения детали в изделии.

2) Соблюдать принцип постоянства  баз, то есть использовать на  всех основных операциях одни и те же базы.

Помимо единства баз при нарезании  витков червяка необходимо также  обеспечить совпадение монтажных поверхностей червяка в агрегате с технологическими базами, принятыми при нарезании  витков. Поэтому при выборе базирующих поверхностей необходимо учитывать  следующие обстоятельства:

1) базирующие поверхности должны  быть выбраны так, чтобы при  установке на них детали и  зажиме ее, деталь не смещалась  бы с приданного ей положения  и не деформировалась бы в  недопустимых пределах под действием  сил зажима и сил резания;

2) базирующие поверхности должны  быть достаточной протяженности и расположены близко к месту возникновения сил резания;

3) неточность установки детали  будет зависеть от неточности  размеров и неправильной геометрической  формы опорных установочных баз.

В качестве черновой базы на фрезерно-центровальной  операции используется двойная направляющая скрытая база - общая ось базовых  поверхностей 1 и 2 заготовки (см. рис.1.3.2), чтобы получить технологическую  базу для последующих операций –  общую ось центровых отверстий. При токарной обработке – точении  ступеней вала, общая ось центровых  отверстий будет использована как  промежуточная база. Использование  центров в качестве установочных элементов подразумевает применение того или иного поводкового устройства, передающего крутящий момент детали: поводковые патроны, хомутики и т.п.

В качестве промежуточной базы на шпоночно-фрезерной операции также  будет использована двойная направляющая скрытая база-ось поверхности 4 и  опорная явная база-торец 5. При  такой схеме базирования обеспечивается допуск симметричности относительно общей  оси.

При окончательном нарезании витков червяка возникают большие силы резания, поэтому установка детали только в центрах недостаточно жесткая. Наиболее точное и жесткое базирование  возможно при применении дополнительной опоры - люнета (разработка которого является частью дипломного проекта), что повысит устойчивость технологической системы и исключит повышенное биение монтажных шеек.

Техническими требованиями чертежа  предусмотрена твердость 59-63 HRCэ, то есть, необходима термическая обработка, в данном случае цементация поверхности червяка. В качестве чистовых баз будем использовать те же центровые отверстия, но для их обработки предусмотрим центрошлифовальные операции после каждой операции термообработки на специальном станке, где используется двойная направляющая скрытая база - общая ось базовых поверхностей 1 и 2 детали (базы К и Л) и установочная явная база - тор.

1.3.5 Выбор оборудования

Конкретную модель станка, необходимую  для выполнения операции, выбираем исходя из следующих показателей:

• Вид обработки – токарная, фрезерная, сверлильная, шлифовальная и т.п.
• Точность и жёсткость станка.
• Габаритные размеры станка (высота и расстояние между центрами, 
  размеры стола).
• Мощность станка, частота вращения шпинделя, скорость подачи.
• Возможность механизации и автоматизации выполняемой операции.
• Цена станка.

При среднесерийном производстве станок должен удовлетворять не только всем требованиям данной обработки, но и  обеспечивать заданную производительность. С целью экономного расходования электроэнергии, обработку детали планируем на станках возможно меньших размеров, имеющих соответственно менее мощные электродвигатели.

Характеристики оборудования [2], принятого  для операций технологического процесса, сведены в таблицы 1.8-1.12.

Таблица 1.8

Токарный станок с ЧПУ 16К20Ф3

Параметры	16К20Ф3
1	2
Наибольший  диаметр обрабатываемой заготовки: над станиной над суппортом	400 220
Наибольший  диаметр прутка, проходящего через  отверстие шпинделя	53
Наибольшая  длина обрабатываемой заготовки	1000
Шаг нарезаемой резьбы: метрической дюймовой, число ниток  на дюйм	До 20 --
1	2
модульной, модуль питчевой, питч :	-- --
Частота вращения шпинделя, об/мин	12,5-2000
Число скоростей  шпинделя	22
Наибольшее  перемещение суппорта: продольное поперечное	900 250
Подача суппорта, мм/об (мм/мин): продольная поперечная	(3-1200) (1,5-600)
Число ступеней подач	Б/с
Скорость быстрого перемещения суппорта, мм/мин: продольного поперечного	4800 2400
Мощность электродвигателя привода главного движения, кВт	10
Габаритные  размеры без ЧПУ: длина ширина высота	3360 1710 1750
Масса, кг	4000