Технологический процесс механической обработки детали

 

Особенности конструкции

- устройства управления "Siemens", "Fanuc", "Fagor"; - измерение и привязка инструмента; - измерение обрабатываемой детали; - линейные привода перемещения суппорта; - токарный мотор-шпиндель; - самоцентрирующие люнеты; - система удаления аэрозоли из зоны резания; - прутковый магазин; - линейные измерительные системы; - математическое обеспечение подготовки управляющих программ на станке; - контроль за инструментом в процессе резания.

2.7   ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА БАЗИРОВАНИЯ

 

Базирование – это придание заготовке  определенного положения относительно координат станка. Базы бывают черновые и чистовые. Особое внимание следует  уделять принципу совмещения баз.

Операция 010.

База – наружная цилиндрическая поверхность и торец (черновая база).

Операция 015.

База – наружная цилиндрическая поверхность и торец (чистовая база), а также внутренняя цилиндрическая поверхность Æ150 и торец (чистовая база).

Операция 030.

База – внутренняя цилиндрическая поверхность Ф150 и торец детали (чистовая база).

Операция 035.

База – внутренняя цилиндрическая поверхность Æ150, торец и наружная цилиндрическая поверхность (чистовая база).

8. НАЗНАЧЕНИЕ И ВЫБОР РЕЖУЩИХ, КРЕПЕЖНЫХ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ

 

Номенклатура применяемых  крепежных приспособлений в предлагаемом варианте тех.процесса не столь велика. На предварительных этапах токарной обработки заготовки (точение наружных поверхностей; растачивание отверстия), закрепление заготовки производится в кулачках универсального самоцентрирующего патрона с пневмо – зажимом. При выполнении расточных операций вышеуказанного отверстия, а так же, при точении и подрезании закрепление заготовки производится в кулачках самоцентрирующего патрона с механическим  зажимом. На отделочной операции – в качестве крепежного приспособления выступает специальная оправка с гидропластовым наполнителем. Один конец данной оправки устанавливается в конусном отверстии шпиндельной бабки, а второй конец, имеющий центровочное отверстие, поджимается вращающимся центром при помощи гидропривода. Это дает оправке большую жесткость и улучшает ориентацию оправки с заготовкой относительно оси вращения. Безусловно, специальные оправки не столь универсальны, как самоцентрирующиеся трех кулачковые патроны, но их (оправок) несомненное преимущество – это точность закрепления.

При обработке данной детали – используется стандартный металлорежущий инструмент: токарные резцы, спиральные сверла, метчики.

Для токарной обработки (наружное точение) применен проходной  упорный, прорезной резец, (внутреннее точение) расточной резец. Все токарные резцы оснащены напайными твердосплавными пластинами или СМП. В качестве режущей части использован сплав Т15К6. Сверла и метчики изготовлены из быстрорежущей стали нормальной производительности Р6М5.

При токарной обработке фланца по контуру (наружная ступень) используется резец TGDR 2525-6M с прямоугольной твердосплавной пластиной TGMF – 508 в правом и левом исполнении.

Для контроля точности выполняемых  наружных размеров применяют различные  измерительные инструменты. В данном случае измерения проводят штангенциркулем с точностью до 0,1 мм.

Резцы устанавливают  в резцедержателе таким образом, чтобы вершина его была расположена  на уровне шпинделя. Под подошву  резца помещают подкладку из мягкой стали, причем количество подкладок должно быть минимальным, а подошва резца должна упираться на подкладку всей поверхностью. Резец закрепляют в резцедержателе не менее чем двумя болтами.

9.    РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

 

Расчет режимов резания  производится на операцию предварительного точения торца заготовки (опер. 010):

Исходные данные: материал детали – сталь АЦ45; D=380 мм – диаметр обрабатываемой поверхности; твердость – 240НВ; шероховатость обрабатываемой поверхности Rz40 (Rа6,3); наибольший диаметр заготовки, устанавливаемой над станиной станка Dст=800 (мм); мощность станка N_ст=22 кВт; марка материала режущего инструмента – ВК–6М; глубина резания – 2,0 мм.

Подача на оборот (для  чернового точения):

S_o=C_s*D_ст^0,4*(D/D_ст)^0,25*(210/HB)^Ms/t^Xs ,      (14)   [1]

где C_s=0,119 – постоянная в расчете подачи (зависит от глубины резания t и обрабатываемого материала);

M_s=0,8 – показатель степени при твердости (для НВ>210 M_s=0,8);

X_s=0,35–показатель степени при глубине резания (при t<3 мм X_s =0,35);

Тогда   S_o=0,119*800^0,4*(380/800)^0,25*(210/240)^0,8/2^0,35=1,0 мм/об;

Подача S_о при чистовом точении: S_{о чист} = 0,14ÖR_a*r,   (15)   [1]

где R_z40=R_a6,3  

r=1,0 мм – радиус  при вершине резца.

Тогда  S_{о чист} = 0,14Ö6,3*1=0,35 мм/об;

   Скорость резания:   V=C_v*K_v1*K_v2*(210/HB)^Mv/t^Xv*S_o^Yv*T^0,26,     (16)   [1]

где Т=100 мин – стойкость инструмента;

K_v1=0,9 – коэффициент в расчете скорости резания, зависит от обрабатываемости материала заготовки (для стали АЦ45 K_v1=0,9);

K_v2=1,45 – коэффициент в расчете скорости резания, зависит от материала (марки) твердого сплава резца (для ВК6–М   K_v2=1,45);

C_v=338 – постоянная в расчете скорости резания, зависит от подачи (для S_o>0,5 мм/об C_v=338);

M_v=1,3 – показатель степени при твердости (для НВ>210 M_v=1,3);

X_v=0,15; Y_v=0,4 – показатели степени при глубине резания и подаче в расчете скорости резания (для S_o>0,4 (мм/об) X_v=0,15; Y_v=0,4);

Тогда     V=338*1*1,45*(210/240)^1,3/(2^0,15*1^0,4*100^0,26) = 101,1 м/мин

Частота вращения шпинделя:

n=1000V/pD=1000*71,1/(3,14*380)=85 об/мин

n=90 об/мин.

Тогда V=pDn/1000= 3,14*380*90/1000=107,4 м/мин      (17)   [1] 

Из формулы (16) определяется действительная стойкость инструмента:

Т=[( C_v*K_v1*K_v2*(210/HB)^Mv)/(V* t^Xv*S_o^Yv)]^3,85,   (18)   [1]

Т=[(338*0,9*1,45*(210/240)^1,3)/(107,4*2^0,15*1^0,4)]^3,85 = 78,9 мин;

Т=79 мин.

Мощность резания:   N=K_n1*K_n2*S_o^0,7*V^0,85*t ,  (19)   [1]

где K_n1=1,05 – коэффициент в расчете мощности, зависит от обрабатываемости материала (для стали АЦ45 K_n1=1,05);

K_n2=0,043+0,0001*НВ=0,043+0,0001*240=0,067 – коэффициент в расчете мощности, зависимый от твердости обрабатываемой детали;

N=1,05*0,067*1^0,7*107,4^0,85*2=7,5 кВт.

N_ст=22 кВт; N £ N_ст*0,9; 

7,5 £ 22*0,9;  5 < 19,8 кВт.

Рассчитанная мощность резания позволяет производить  обработку на данном станке.

Длина рабочего хода:   L_р.х.= l+l₁+l₂, (20)   [1]

где: l=125 мм – длина обработки;

l₁+l₂=10 мм – длина подвода и врезания инструмента.

L=125+10=135 мм.

Сила резания:

Р_z = N_ст*60/V = 22*60/107,4 = 12,3 кН

Р_х = 0,25*Р_z = 0,25*12,3 = 3,08 кН

Р_у = 0,7*Р_z = 0,7*12,3 = 8,61 кН

2.10  РАСЧЕТ ОСНОВНОГО ВРЕМЕНИ

 

Основное время – это время, затрачиваемое на непосредственное осуществление технологического процесса, т.е. на изменение формы, размеров и качества обрабатываемой поверхности детали, т.е. время непосредственного резания, в течение которого происходит  снятие стружки. Для всех видов обработки имеются расчетные формулы, суть которых сводится к делению пути режущего инструмента на минутную подачу, т.е. на скорость перемещения инструмента относительно заготовки.

Для всех видов обработки имеются  расчетные формулы, суть которых  сводится к делению пути режущего  инструмента на минутную подачу, т.е. на скорость перемещения инструмента относительно заготовки.

   Расчет выполнен  на ЭВМ с помощью программы  Microsoft Excel 9.0  и приведен в приложении.

В расчете принято  следующее:

Т_изм= 0, если Т_изм<3*Т₀ и Т₀>2 мин- время на измерение.

Т_обс= 4%/*Т₀- время на обслуживание.

Т_отл= 3%- время на отдых.

Т_в= 20%¸25%*Т₀- время вспомогательное.

2.11  СПЕЦИАЛЬНЫЙ ВОПРОС ПО ТЕХНОЛОГИИ  МАШИНОСТРОЕНИЯ

   Тема: «Организационные и технологические  методы повышения эффективности механической обработки»

   В современной  технологии обработки резанием можно проследить достаточно много тенденций развития. Некоторые из них отчетливо прослеживаются уже несколько лет, некоторые стали заметны недавно. Отметим наиболее значимые тенденции в различных сегментах того, что составляет технологию обработки:

1) МЕТОДЫ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ОБРАБОТКИ

• Высокоскоростная и  высокопроизводительная обработка

• Твердая обработка (замена шлифования лезвийной обработкой для деталей высокой твердости)

• Обработка без применения СОЖ или с минимальным смазыванием

• Микрообработка

• Применение обрабатывающих центров в серийном и крупносерийном производстве

• Комплексная обработка  – объединение максимального числа операций и переходов

2) ОБРАБАТЫВАЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ

• Новые виды чугунов  в автомобильной промышленности (чугун с вермикулярным графитом и подкаленный ковкий чугун)

• Увеличение доли легких сплавов (алюминиевых и магниевых)

• Увеличение доли композитных  материалов в авиа- и автомобилестроении

3) ТРЕБОВАНИЯ К МЕТАЛЛОРЕЖУЩИМ СТАНКАМ

• Увеличение максимальной частоты вращения шпинделя

• Увеличение мощности и  крутящего момента на шпинделе станка

• Увеличение скорости быстрого хода

• Увеличение ускорения  перемещения исполнительных органов станка

• Увеличение скорости нарастания ускорения (вторая производная скорости)

• Сокращение времени  смены инструмента

• Сокращение времени  разгона шпинделя до заданной частоты  вращение

• Применение систем внутреннего  подвода СОЖ под большим давлением

4) КОНСТРУКЦИИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

• Станки с параллельной кинематикой

• Обрабатывающие центры с двумя и более шпинделями

• Станки необычных компоновок (мехатронные)

• Станки для микрообработки

5) РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ

• Применение мелко- и особомелкозернистых твердых сплавов

• Разработка и применение новых видов износостойких покрытий

• Расширение области  применения сверхтвердых материалов

• Расширение области  применения комбинированных и управляемых инструментов

• Переход предприятий на полное или частичное инструментообеспечение, как на услугу выполняемую по договору сторонней фирмой.

   Рассмотрим более подробно некоторые из перечисленных тенденций, касающиеся инструментальных материалов и износостойких покрытий.

   Инструментальные материалы претерпевают постоянное изменение и развитие. Всего за сто лет скорости резания выросли в 300 раз только за счет применения новых инструментальных материалов (рис. 1).

СОВРЕМЕННЫЕ ТВЕРДЫЕ  СПЛАВЫ

   Твердые сплавы на сегодня в большинстве отраслей промышленности являются наиболее употребляемым инструментальным материалом для точения и фрезерования. Изменение требований к инструментальному материалу (появление новых обрабатываемых материалов, требование постоянного роста производительности и т.д.) приводит к непрерывному развитию самих твердых сплавов, причем меняется как структура самого сплава, так и состав покрытий.

   В области структуры основной тенденцией является уменьшение зерна твердосплавного порошка. За прошедшие несколько лет размер зерна твердого сплава уменьшился более чем в пять раз (рис. 2).

   В результате уменьшения зерна существенно повышаются технологические свойства твердого сплава, в первую очередь твердость и изгибная прочность (вязкость сплава) (рис. 3). Повышение изгибной прочности повышает прочность режущей кромки, в результате уменьшается износ, вызванный выкрашиванием. Другим следствием уменьшения размера зерна является возможность получения более острой кромки с меньшим углом режущего клина и меньшим радиусом скругления. В результате уменьшаются усилия резания и температуры в зоне контакта. При температуре около 6000С повышается твердость сплава, что сокращает абразивный износ. С уменьшением размера зерна снижается теплопроводность твердого сплава и увеличивается количество тепла, уходящего в стружку. Благодаря возможности изменить геометрию клина можно снизить действие механизма износа, вызванного температурой – налипание материала и диффузия.

   Сегодня основную долю твердых сплавов, находящихся в применении, составляют мелкие и мельчайшие сплавы с размером зерна 1,3-0,8 мкм.

   Приведенные выше свойства ультрамелкозернистых сплавов делают их применение особо привлекательным в тех областях, где из-за высоких температур и усилий резания требуется острая кромка. К таким областям относится твердое фрезерование и сухая обработка. На рис. 4 показана разница в стойкости мелкозернистого и ультра мелкозернистого сплава в условиях твердого фрезерования.