Проектирование червячного вала

Измерительный инструмент: конусный калибр-пробка.

Операции 055. Токарная с программным управлением, чистовая.

Станок: токарный станок модели 16К20Ф3 с ЧПУ.

Приспособление: центры, патрон поводковый, люнет.

Базирование: по центровым  отверстиям и левому торцу заготовки.

Режущий инструмент: проходной  прямой резец, правый с сечением 20х20 мм, материал режущей части Т14К8 с φ=45°.

Измерительный инструмент: микрометр рычажный МР-75 с ц.д. 0,002 мм.

Операция 060. Резьбофрезерная (нарезание резьбы).

Станок: резьбофрезерный станок модели 5Б63Г.

Приспособление: тонкие призмы на станке.

Базирование: по базовым  поверхностям 4 и 30 и торцу1 заготовки.

Режущий инструмент: фреза дисковая гребенчатая типоразмера 2205-0103, материал режущей части Р6М5 с γ=20°, a=1,5 мм.

Измерительный инструмент: резьбовые калибры-кольца М45х1,5-6g, М48х1,5-6g.

Операции 075. Круглошлифовальная, 1-ая получистовая.

Станок: круглошлифовальный станок модели 3М151.

Приспособление: центры, поводковое устройство.

Базирование: по центровым  отверстиям.

Режущий инструмент: шлифовальный круг ПП400х16х127 9Б40ПСМ2 ГОСТ 2424-83..

Измерительный инструмент: микрометр рычажный МР-75 с ц.д. 0,002 мм.

Операции 095. Круглошлифовальная, предварительная.

Станок: круглошлифовальный станок модели 3М151.

Приспособление: центры, поводковое устройство.

Базирование: по центровым  отверстиям и торцу.

Режущий инструмент: шлифовальный круг ПП450х20х127 9А40ПС2К5 ГОСТ 2424-83.

Измерительный инструмент: штангенциркуль ШЦ-1-125-0,1 и ШЦ-11-250-0,05; микрометр рычажный МР-75 с ц.д. 0,002 мм.

Операции 080, 085. Круглошлифовальная, чистовая.

Станок: круглошлифовальный станок модели 3М151.

Приспособление: центры, поводковое устройство.

Базирование: по центровым  отверстиям и торцу.

Режущий инструмент: шлифовальный круг ПП450х40х127 24А25ПСМ15К5 ГОСТ 2424-83.

Измерительный инструмент: штангенциркуль ШЦ-1-125-0,1, ШЦ-11-250-0,05 и  ШЦ-111-400-0,1; прибор активного контроля.

1.3.8 Расчет режимов резания

При выборе режимов резания руководствуются  следующими общими рекомендациями. В  первую очередь устанавливают глубину  резания t. Обычно на черновом этапе удаляется до 70% припуска, а на чистовые этапы оставляют не более 30%. Подача s назначается максимально допустимой. Скорость резания рассчитывают по формуле теории резания или устанавливают по нормативам исходя из условий выполнения обработки. После назначения режимов резания подсчитывают суммарную силу резания и по ней эффективную мощность.

Выбор режимов резания на токарно-винторезной  черновой операции (операция 020):

Обработку проводим на токарно-винторезном  станке мод.16К20Ф3. Режущий инструмент: токарный проходной упорный резец с сечением 16х25 мм из твердого сплава Т14К8 с углом j=90°.

Переход 1 (точить поверхность 4):

глубину резания на данном переходе назначаем, равной припуску на черновую операцию, t=2,0 мм;

подачу назначаем по рекомендациям [2,стр.266], s=0,5 мм/об;

скорость резания рассчитываем по формуле [2,стр.265]:

 

, (1.8)

 

где Сu - коэффициент, Сu=350 [2,стр.269];

Т - период стойкости инструмента, Т=50 мин [2,стр.268];

x, y, m – показатели степени, x=0.15, y=0.35, m=0.2 [2,стр.269];

Кu - коэффициент, рассчитываемый по формуле [2,стр.261]:

 

, (1.9)

 

где Kиu =1 - коэффициент, учитывающий качество материала инструмента, [2,стр.263];

Kпu=0,8 - коэффициент, отражающий состояние поверхности заготовки [2,стр.263];

Kмu - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала и рассчиты-ваемый по формуле [2,стр.261]:

 

, (1.10)

 

где Kг=0,8 - коэффициент, характеризующий группу стали по обрабатываемости [3,стр.262];

nu - показатель степени, nu=1,0 [3,стр.262];

s - предел прочности, обрабатываемого материала, s=700 МПа;

.

Отсюда по формуле (1.8):

м/мин

Частота вращения заготовки рассчитывается по формуле:

 

, (1.11)

 

где d – диаметр заготовки.

об/мин.

Примем значение частоты вращения заготовки n=800 об/мин (ближайшее стандартное  значение частоты для данного  станка). По формуле (1.11) пересчитаем действительную скорость резания:

м/мин.

Определим величину силы резания по формуле [2, стр.271]:

 

, (1.12)

где Cp – постоянная, Cp=300 [2, стр.273];

x, y, n – показатели степени: x=1, y=0,75, n=-0,15 [2, стр.273];

Kp – поправочный коэффициент, рассчитываемый по формуле [2,стр.271]:

 

, (1.13)

 

где KМр – коэффициент, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости и рассчитываемый по формуле [2,стр.264]:

 

, (1.14)

 

где nu - показатель степени, nu=0,75 [2,стр.264]

s - предел прочности, обрабатываемого материала, s=700 МПа;

- коэффициенты Kjp, Kgp, Klp, Krp назначим по рекомендациям [2,стр.275]:

Kjp=0,89, Kgp=1,1, Klp=1, Krp=0,93.

Таким образом, получаем:

;

Н.

Определим мощность резания по следующей  формуле [2, стр.271]:

 

, (1.15)

 

кВт.

Мощность электродвигателя главного привода станка 16К20Ф3 составляет 10 кВт, следовательно, станок выбран правильно.

На остальных переходах данной операции режимы резания назначаем  по рекомендациям [4]. Необходимо учесть, что, так как обработка проводится на станке с ЧПУ, частота вращения остается неизменной на всех переходах.

 

Таблица 1.14

Режимы резания

№ операции	№ перехода	Припуск, мм	t, мм	s, мм/об	n, об/мин	υ, м/мин
015	1(фрезеровать торцы)	3,1	3,1	1,2	1070	129
	2 (сверлить центровочные  отверстия)	-	8.5	0,03	1250	12
020	1 (точить пов.4)	3.2	2.5	0.5	800	161
	2 (точить пов.9)	3.2	2,5	0.5	800	187,3
	3 (точить пов.13)	3.2	2,5	0.5	800	217,5
	4 (точить пов.16)	2,9	2,9	0.5	800	261,4
	5 (точить пов.18)	3,0	3,0	0.5	800	394
	6 (подрезать торец 7)	3.1	2.5	0,1	800	182
	7 (подрезать торец 12)	3.0	2.5	0,1	800	218,3
	8 (подрезать торец 15)	3.3	2.6	0,1	800	262,5
	9 (подрезать торец 17)	2,9	2.3	0,1	800	262,5
	1 (точить пов.22)	3.2	2.5	0,5	800	183
	2 (точить пов.25)	4.2	2.9	0,5	800	180.9
	3 (подрезать торец 19)	3.2	2.6	0,1	800	142.5
	4 (подрезать торец 23)	3.1	2.5	0,1	800	135.6
025	1 (точить пов.4)	0.7	0,5	0,2	1400	129
	2(точить пов.9)	0.7	0.5	0,2	1400	187.4
	3 (точить пов.13)	0.7	0.5	0.2	1400	217,5
	4 (подрезать торец 7)	0.6	0,4	0,1	1400	182
	5 (подрезать торец 12)	0.5	0,4	0,1	1400	218,3
	6 (подрезать торец 15)	0,6	0,5	0,1	1400	262,5
	7 (точить канавку 6)	0,5	0,5	0,08	800	46
	8 (точить канавку 11)	0,5	0,5	0,08	800	65
	9 (точить канавку 15)	0,5	0,5	0,08	800	82,3
	10 (точить фаску 3:1.6х45°)	-	1,8	0,4	1250	78
	11 (точить фаску 5:1.6х45°)	-	1,8	0,4	1250	78
	12 (точить фаску 8: 3х45°)	-	3,2	0,4	1250	126
	1 (точить пов.22)	0.7	0.5	0,2	2000	142.6
	2 (точить пов.25)	1.3	1.0	0.2	2000	164.5
	3 (подрезать торец 19)	0.6	0.5	0,1	2000	123.6
	4 (подрезать торец 23)	0.6	0.5	0,1	2000	135.6
	5 (точить канавку 20)	0,5	0,5	0,08	800	68
	6 (точить канавку 24)	0,5	0,5	0,08	800	63.2
	7(точить фаску 26: 1.6х45°)	-	1.8	0,4	1250	195
030	1(фрезеровать шпоночный паз 12)	5,0	5,0	0,02 мм/зуб	2800	-
	1(фрезеровать лыски8,34)	3,0	3,0	0,05 мм/зуб	1400	-
035	1(шлифовать пов.19)	0,7	0,2	20/0.08	400	18/30
040	1(шлифовать пов.20,21)	1,2	0,5	30/0.06	180	11.6/20
055	1 (точить пов.11)	1.3	0,8	0,2	800	112
060	1(нарезать резьбу М45x1.5-6g)	-	1.5	0.5	630	49.5
	2(нарезать резьбу М48x1.5-6g)	-	1.5	0.5	630	52.4
075	1(шлифовать пов.19)	0,5	0,3	20/0.08	630	18/30
095	1 (шлифовать пов.4)	0,5	0,3	20/0,006	200	15/30
	2 (шлифовать пов.11)	0,5	0,3	20/0,006	200	18.9/30
	3 (шлифовать пов.14)	0,3	0,2	20/0,006	200	17/30
	4 (шлифовать пов.28)	0,3	0,2	20/0,006	200	18.9/30
	5 (шлифовать пов.30)	0,5	0,3	20/0,006	200	18.9/30
100	1 (шлифовать пов.4)	0,2	0,2	16/0,001	250	19.6/40
	2 (шлифовать пов.11)	0,2	0,2	16/0,001	250	23.6/40
	3 (шлифовать пов.14)	0,2	0,2	16/0,001	250	25/40
	4 (шлифовать пов.28)	0,2	0,2	16/0,001	250	23.6/40
	5 (шлифовать пов.30)	0,2	0,2	16/0,001	250	19.6/40

1.3.9 Нормирование операций

Рассчитаем нормы времени на операцию 020, токарная черновая (1 установ).

Норма штучного времени на операцию рассчитывается по формуле [3,стр.23]:

 

, (1.16)

 

где То – основное (технологическое) время, рассчитываемое на основе режимов работы оборудования по формуле:

 

, (1.16)

 

мин.

Тв – вспомогательное время, рассчитываемое по формуле:

 

, (1.17)

 

где Тв.а - вспомогательное время  работы станка по программе:

 

Тв.а.=0,08· То=0,11 мин.

 

Твр - время ручной вспомогательной  работы, не перекрываемое временем автомати- ческой работы станка:

 

Твр=tуст+tв.оп.+tконтр., (1.18)

 

где tуст - вспомогательное время на установку и снятие детали, tуст =0,3 мин;

tв.оп - вспомогательное время, связанное с выполнением операции, tв.оп =0,48 мин;

tконтр. - вспомогательное время на контрольное измерение детали, tконтр =0,58 мин.

Таким образом, получим из формул (1.17) и (1.18):

Твр=0,3+0,48+0,58=1,36 мин;

Тв=1,36+0,11=1,47 мин.

Время на обслуживание и отдых берем  в процентах от суммы вспомогательного и основного времени [3,стр.137]:

 

Тотд=0,06(То+ Тв)=0,1 мин;

Тобс=0,08(То+ Тв)=0,133 мин.

 

Получаем:

Тш=1,38+1,47+0,1+0,133=3,28 мин.

Подготовительно-заключительное время  определим по рекомендациям [3,стр.47],

Тпз=16 мин.

Штучно-калькуляционное время на одну деталь определим по формуле [3,стр.23]:

 

, (1.19)

 

где n – количество деталей в партии.

мин.

Остальные операции нормируем по рекомендациям [3] и запишем данные в таблицу 1.15.

 

 

Таблица 1.15

Нормирование технологических  операций

Номер и наименование операции	Основное время	Вспомогательное время	Оперативное время	Время обслуживания	Время на отдых	Штучное время	Подготовительно-заключительное время	Величина партии	Время штучно-калькуляционное
015 фрезерно-центровальная	0,16	0,22	0,67	0,04	0,15	0,76	10	21	0,86
020 токарная (черновая)	1.38	1,36	1.382	0,133	0,1	1.9	16		4,04
020 токарная (черновая)	1.51	1,36	1.377	0,127	0,1	1.81	16		4,62
025 токарная (чистовая)	1,13	1,2	1,234	0,098	0,17	1,826	12		3,42
025 токарная (чистовая)	1,2	1,2	1,227	0,098	0,17	1,73	12		3,55
030 вертикально-фрезерная 21	1,12	0,68	1,52	0,145	0,121	1,78	15		3,02
035 круглошлифовальная, предварительная	0,69	0,44	2,13	0,17	0,13	1,43	20		2,23
040 червячно-шлиф(предв)	1,25	1,03	1,4	0,63	0,28	1,21	10		1,72
055 токарная (чистовая)	0,23	1,2	1,234	0,1	0,24	1,826	12		2,04
060 резьбофрезерная	2,25	1,3	0,55	0,144	0,3	3,627	18		3,92
075 круглошлиф.1-ая  получист.	0,6	1,2	0,32	0,4	0,2	1,2	6		1,52
040 червячно-шлиф.(получист.)	1,35	1,03	1,4	0,73	0,28	1,33	10		1,78
095 кругло-шлифовальная(предв.)	1,82	0,5	1,61	0,1288	0,3	2,84	8		2,87
100кругло-шлифовальная(чистовая.)	2,23	0,46	1,86	1,2	0,4	4,13	7		4,26
105 червячно-шлиф.(чист.)	1,28	1,03	1,4	0,63	0,28	1,43	10		2,02

 

 

2. Проектирование приспособлений

2.1 Технологическое приспособление - люнет

2.1.1 Обоснование  применения

При окончательном нарезании витков червяка возникают большие силы резания, а поэтому установка  детали только в центрах является недостаточно жесткой. Рассчитаем силу резания и значение максимального  прогиба вала при чистовом нарезании  витков червяка (рис.2.1.1). Чистовую обработку  червяка будем производить односторонними профильными резцами на токарном станке модели 16К20Ф3 с ЧПУ, отвечающем требованиям точности по ГОСТ 3675-56.

 

Рис.2.1.1. Схема нагрузки и упругих перемещений детали при обработке в центрах:

1 - передняя бабка; 2 - задняя бабка; 3 - суппорт.

 

Величина деформации заготовки  зависит от схемы ее закрепления. При закреплении в центрах  максимальное значение прогиба имеет  место при x=l/2 и определяется по следующей формуле:

 

, (2.1)

 

где Py - радиальная составляющая силы резания.

Е=2·105 МПа - модуль упругости материала  заготовки;

I=0.05·d4 мм4 - момент инерции круглого сечения заготовки (d=45 мм - средний диаметр вала).

Определим силу резания Py, возникающую при нарезании витков червяка. Для этого назначим режим резания по рекомендациям [2] для фасонного точения:

• подачу назначаем по рекомендациям [2,стр.268], s=0,05 мм/об;
• скорость резания рассчитываем по формуле [2,стр.265]:

 

, (2.2)

 

где Сu - коэффициент, Сu=22,7 [2,стр.269];

Т - период стойкости инструмента, Т=50 мин [2,стр.268];

y, m – показатели степени, y=0.50, m=0.30 [2,стр.269];

Кu - коэффициент, рассчитываемый по формуле [2,стр.261]:

 

, (2.3)

 

где KИv - коэффициент, учитывающий качество материала инструмента, KИv=1.0;

KПv - коэффициент, отражающий состояние поверхности заготовки, KПv =1.0;

KМv - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала и рассчиты- ваемый по формуле [2,стр.261]:

 

, (2.4)

 

где Kг - коэффициент, характеризующий группу стали по обрабатываемости, Kг=0,7 [2,стр.262];

nu - показатель степени, nu=1,25 [3,стр.262];

s - предел прочности обрабатываемого материала, s=700 МПа.

Тогда по формуле (2.3) получим:

.