Автоматизация шлифовального процесса путем разработки автоматической системы управления регулируемым натягом

1. сокращение времени получения заготовок по сравнению с другими способами (литье, штамповка)

2. отсутствие необходимости изготовления моделей для формирования и самих форм для отливки или изготовления штампа для получения заготовки штамповкой.

3. более высокая точность заготовки из проката, что ведет к уменьшению припусков на обработку и компенсирует более высокий расход материала.

Заготовка – прокат, труба 158´25 ГОСТ 8731-74

Материал – Сталь10.

Технико-экономическое обоснование выбора заготовки производят по металлоемкости, трудоемкости изготовления, себестоимости, причем учитываются конкретные производственные условия. Значительную экономию обеспечивают сравнение вариантов получения заготовок по коэффициенту использования материала:

, (1,4)

где

MД и Мз соответственно, массы готовой детали и заготовки.

Трубный прокат доставляется на заготовительный участок, где его режут на заготовки Æ158´25 l=32. После заготовительного участка заготовка доставляется в механический участок

1.5           Выбор баз

В технологии машиностроения детали и сборочные единицы при механической обработке и сборке должны занимать строго определенное положение относительно станка, инструмента, других деталей. Определенность такого положения определяется базированием.

Базирование - это придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат (ГОСТ 21495-76). В общем случае база - это поверхность, линия или точка, принадлежащая заготовке (изделию) и используемая при базировании. Все многообразие поверхностей деталей машин (заготовок) классифицируется по четырем основным видам: исполнительные поверхности (определяют служебное назначение); поверхности и свободные поверхности. В соответствии с этим различают конструкторские, измерительные и технологические базы.

Конструкторская база принадлежит данной детали (или сборочной единицы) и служит для определения положения в изделии.

Технологическая база используется для определения положения заготовки или изделия в процессе механической обработки (сборки).

Измерительная база представляет собой поверхность, линию или точку, от которых производят отсчет исполняемых размеров.

Назначение технологических баз является принципиальным вопросом при проектировании технологических процессов механической обработки и сборки (ГОСТ 14.301 -83 и др.). Это определяет последующую точность и качество изготовления изделий.

При первом установе заготовки для механической обработки используют черновую технологическую базу, к которой предъявляют следующие основные требования: поверхность должна быть близка к правильной геометрической форме (плоскость, цилиндр и т. п.), иметь удовлетворительные показатели точности и шероховатости и др. При механической обработке деталей черновую технологическую базу используют только один раз, а оптимальный технологический процесс должен иметь не более трех смен баз.

От правильности решения вопроса о назначении технологических баз в значительной степени зависят: фактическая точность выполнения линейных размеров, заданных конструктором, правильность взаимного расположения поверхностей и т.п.

При назначении технологической базы, должны соблюдаться следующие принципы:

1.                принцип совмещения технологической и измерительной базы, при этом погрешность базирования равна нулю;

2.                принцип постоянства баз, т.е. на большинстве операций должны применяться одни и те же базы;

3.                силы закрепления необходимо прикладывать перпендикулярно выполняемому размеру.

Теоретические схемы базирования заготовки выбираем, исходя из ГОСТ 21495 - 76 “Базирование и базы в машиностроении”.

Выбор технологических баз осуществляется из данных чертежа, учитывая служебное назначение детали. Отклонения и допуски расположения поверхности Æ150 d11, Æ6 H11 неуказанные отклонения валов h11, отверстий H11, линейные размеры заданны относительно торца детали. Для обеспечения технологических требований к детали в качестве технологической базы используют измерительную базу.

Таблица 4

1.6           Проектирование маршрута обработки ступенчатого кольца

1.6.1    Базовый вариант обработки детали

На этом этапе надо установить оптимальную последовательность технологических операций для получения заданной точности и шероховатости поверхности.

0.                подготовительная.

1.                Черновое и чистовое растачивание основных поверхностей.

2.                сверление отверстий

3.                шлифование торцевой поверхности

4.                Контроль размеров и остальных точностных характеристик.

5.                Промывка детали.

В зависимости от механической обработки аналогичной детали в соответствующих условиях производства, от вида исходной заготовки, построения технологического маршрута обработки, применяемого оборудования и средств технологического оснащения составляем действующий технологический процесс.

Технологическая операция должна быть построена по принципу концентрации операций. Под концентрацией понимается одновременное выполнение одних и тех же групп операций.

Таблица 1.5.

1.6.2    Новый вариант обработки детали

Для сокращения времени затраченного на шлифовальный процесс предлагается его автоматизация за счет использования другого станочного оборудования. Это позволит не только ускорить процесс обработки но и улучшить качество детали без изменения маршрута обработки.

1.7           Определение припусков и размеров заготовки

Для одной из основных поверхностей заготовки, имеющей наивысшие требования по точности изготовления, припуски и промежуточные размеры определяются расчетно-аналитическим методом. На остальные поверхности заготовки припуски и допуски назначаются по ГОСТ 7505-89.

Расчет припуска производится в направлении от обработанной поверхности к исходной заготовке.

Для определения припусков и промежуточных размеров детали воспользуемся следующими формулами:

Минимальный припуск на обтачивание цилиндрических поверхностей (двухсторонний припуск):

. (1.5)

Минимальный припуск при последовательной обработке противолежащих поверхностей (двухсторонний припуск):

, (1,6)

где

Rz – высота микро неровностей поверхностей, оставшихся при выполнении предшествующего технологического перехода, мкм;

Т – глубина дефектного поверхностного слоя, оставшегося при выполнении предшествующего технологического перехода, мкм;

r0 – изменение отклонения расположения, возникшее на предшествующем технологическом переходе, мкм;

eу – величина погрешностей установки при выполняемом технологическом переходе, мкм.

Для заготовок из проката выбирается для Æ150мм качество поверхности детали Rz=25 мкм, T=150 мкм.

Определение минимального припуска при чистовом точении Æ150мм.

Rz i-1=6.3 мкм.

Ti-1=60 мкм.

ri-1=85 мкм.

E=0

Zi min=416 мкм.

Определение минимального припуска при черновом точении Æ150мм.

Rz i-1=200 мкм.

Ti-1=300 мкм.

ri-1=1600 мкм.

E=0

Zi min=4200 мкм.

Определение минимального припуска на линейный размер L=28+0.1 мм.

Для однократного шлифования.

Rz i-1=32 мкм.

Ti-1=30 мкм.

ri-1=5 мкм.

E=0

Zi min=67 мкм.

Определение припуска при чистовом точении.

Rz i-1=50 мкм.

Ti-1=50 мкм.

ri-1=100 мкм.

E=0

Zi min=400 мкм.

Определение припуска при черновом точении.

Rz i-1=125 мкм.

Ti-1=75 мкм.

ri-1=1000 мкм.

E=0

Zi min=2400 мкм.

Для деталей из проката величина пространственной погрешности (кривизна пруткового материала) определяется по формуле:

, (1.7)

где

D- кривизна профиля проката, мкм на мм.

l- длина заготовки в мм.

,

Минимальный припуск на обработку рассчитываем по формуле:

, (1.8)

, (1.9)

Минимальные (максимальные) промежуточные размеры определяют методом прибавления (для валов) или вычитания (для отверстий) минимальных (максимальных) значений промежуточных припусков:

Dmin i-1=Dmin i+2Zmin i, Dmax i-1=Dmax i+2Zmax i,

где

Dmin i-1 и Dmax i-1 – предельные размеры по предшествующим операциям, мм.

Dmin i и Dmax i – предельные размеры по выполняемым операциям, мм. 2Zmin i и 2Zmax i – предельные припуски по выполняемым операциям, мм.

Таблица.1.6.

1.8           Разработка операции

Подробно приведем разработку операции 020.

1 установить и закрепить деталь в патроне.

2 подрезать торец 6 за два прохода.

3 точение поверхности 3 за два прохода.

4 подрезать торец 4 с образованием поверхности 5.

5 точить канавку 1.

6 расточить отверстие 2 за два прохода.

Деталь крепится в патроне 7102-0078 ГОСТ 24351-80

1.8.1    Выбор режущего инструмента

Для обработки поверхности 6 берем резец 2102-0191, режущая часть которого выполнена из твердого сплава Т15К6 ГОСТ 21151-75.

Для обработки поверхности 3 берем резец 2102-03111, режущая часть которого выполнена из твердого сплава Т15К6 ГОСТ 21151-75.

Подрезать торец 4 с образованием поверхности 5 берем резец 2120-0019, режущая часть которого выполнена из твердого сплава Т15К6 МИ 595-64.

Точить канавку 1 берем резец 2310-0020, режущая часть которого выполнена из твердого сплава Т15К6 ГОСТ 18876-73.

Расточить отверстие 2 берем резец 2141-0058, режущая часть которого выполнена из твердого сплава Т15К6 ОСТ 18283-73.

1.8.2    Выбор измерительного инструмента

Для первого перехода используется штангенциркуль ШЦ1-125-0.1 ГОСТ 166-80.

Для второго перехода используется микрометр МК 175-1 ГОСТ 64507-78.

Для третьего перехода используется штангенциркуль ШЦ2-160-0.1 ГОСТ166-80 и глубомер индикаторный ГОСТ 7661-67.

Для четвертого перехода используется штангенциркуль ШЦ2-160-0.1 ГОСТ166-80.

Для пятого перехода используется штангенциркуль ШЦ1-125-0.1 ГОСТ166-80.

1.8.3    Расчет режимов резания и определение мощности

1 переход

Черновое точение торцевой поверхности:

t=1.5 mm – глубина резания.

d=158 mm – диаметр заготовки.

Режимы резания определяются табличным методом.

S=0.6 mm/об.

V=Vтабл.*k=157*1,4=220м/мин.

Определяем частоту вращения шпинделя.

Чистовое точение:

t=0.5 mm – глубина резания.

Режимы резания определяются табличным методом.

S=0.2 mm/об.

V=Vтабл.*k=230*1,4=322м/мин.

Определяем частоту вращения шпинделя.

2 переход

Черновое точение:

t=3.7 mm – глубина резания.

d=158 mm – диаметр заготовки.

Режимы резания определяются табличным методом.

S=0.5 mm/об.

V=Vтабл.*k=114*1,4=160м/мин.

Определяем частоту вращения шпинделя.

Чистовое точение:

t=0.3 mm – глубина резания.

d=150,6 mm – диаметр заготовки

Режимы резания определяются табличным методом.

S=0.15 mm/об.

V=Vтабл.*k=270*1,4=378м/мин.

Определяем частоту вращения шпинделя.

3 переход

t=2.6 mm – глубина резания.

d=150 mm – диаметр заготовки.

Режимы резания определяются табличным методом.

S=0.25 mm/об.

V=Vтабл.*k=107*1,4=149,8м/мин.

Определяем частоту вращения шпинделя.

4 переход

t=2.5 mm – глубина резания.

d=150 mm – диаметр заготовки.

Режимы резания определяются табличным методом.

S=0.25 mm/об.

V=Vтабл.*k=107*1,4=149,8м/мин.

Определяем частоту вращения шпинделя.

5 переход

Растачивание отверстия

t=2.5 mm – глубина резания.

d=108 mm – диаметр заготовки

Режимы резания определяются табличным методом.

S=0.5 mm/об.

V=Vтабл.*k=114*1,4=160 м/мин.

Определяем частоту вращения шпинделя.

Растачивание отверстия

t=2.5 mm – глубина резания.

d=115 mm – диаметр заготовки

Режимы резания определяются табличным методом.

S=0.3 mm/об.

V=Vтабл.*k=198*1,4=277,2 м/мин.

Определяем частоту вращения шпинделя.

1.8.4    Определение силы резания

Наибольшая сила резания возникает при наибольшем снятии припуска. В данном расчете наибольший припуск снимается во втором переходе, где Р=7.4 мм.

. (1.10)

для силы Рz

. (1.11)

Kp=0.84*1*1.1*1*1=0.924

x=1 y=0.75 n=-0.15

где KgP=1.1 KlP=1 KjP=1 KGR=1 KMP=0.84

PZ=10*300*3.71+0.50.75*160-0.15*0.924=3107H

для силы Рy

Kp=0.84*1*1.4*1*1=1.17

x=0.6 y=0.8 n=-0.3

где KgP=1.1 KlP=1 KjP=1 KGR=1 KMP=0.84

Pу=10*240*40.6+0.50.8*160-0.3*0.924=767H

для силы Рx

x=1.05 y=2 n=-0.4

где KgP=1.4 KlP=1 KjP=1 KGR=1 KMP=0.84

Px=10*130*3.71.05+0.50.2*160-0.4*1.17=685H

Мощность резания определяется по следующей формуле.

, (1.12)

1.8.5    Расчет режимов резания для шлифовального процесса

В проекте разрабатывается система для автоматизации процесса шлифования, для расчета привода его возможностей по управлению и регулированию его параметров необходимо знать силы которые будут возникать в проектируемом узле и которые предстоит компенсировать, и требуемые мощности привода. Рассчитаем их:

t=0.4 mm;

V=30 м/сек;

S=400 мм/дв.ход;

i=1.

. (1.13)

При малых t Ру=8-10*Рz рекомендуемая нагрузка Pz=50 H, Py=500 H. Используя график зависимости осевого смещения подшипников от схем монтажа и осевой нагрузки от процесса обработки Рис.1.1 получим предельное смещение опоры узла D=6мкм., что произойдет при осевой жесткости подшипников этой серии j=250 H/мкм (монтаж по предложенной схеме увеличивает осевую жесткость на 20-25%, то j=300 H/мкм) достаточно для эффективной обработки с заданными параметрами.

Рис 1.1 Зависимость осевого смещения подшипников от схем монтажа и преднатяга. Подшипники типа 46216. осевой преднатяг: легкий А0=190 Н; средний А0=560 Н

Полученные результаты будут использоваться как база для расчета возможностей привода при осевом смещении ротора.

1.9           Техническое нормирование

Технически обоснованной нормой времени называется время, необходимое для выполнения операции в определенных организационно-технологических условиях, наиболее благоприятных для данного производства.

На основании габаритных размеров обрабатываемой заготовки и найденных режимов резания определяется основное время операции, вспомогательное время, оперативное время, время технического обслуживания, организационного обслуживания, время перерывов в работе по естественным надобностям, подготовительно-заключительное время на операцию, штучное и штучно-калькуляционное время.

Расчет производится по следующим формулам:

Тшт=t0+tB+tобс+tn, (1.14)

где

tВ вспомогательное время на операцию составляет 15% от оперативного времени, мин

t0=S t0j- основное время на операцию (машинное время). (мин.)

t0j- основное время на выполнение j перехода обработки элементарной поверхности.

, (1.15)

где

L - длинна обрабатываемой поверхности (мм.).

l - длинна перебега и глубина врезания инструмента.

i- число рабочих ходов.

n- частота вращения заготовки.

S- подача на один оборот.

Для первой операции.

t01=t011+t012

t01- основное время на первый переход.

t011- основное время для чернового точения на первый переход.

t012 - основное время для чистового точения на первый переход.

t01=t011+t012=0,061+0,51=0,571мин

Для второй операции.

t02=t021+t022

t02- основное время на второй переход.

t021- основное время для чернового точения на второй переход.

t022 - основное время для чистового точения на второй переход.

t02=0,23+0,58=0,81мин

Для третей операции.

t03- основное время на третий переход.

Для четвертой операции.

t04- основное время на четвертый переход.

Для пятой операции.

t05=t051+t052

t05- основное время на пятый переход.

t051- основное время для чернового точения на пятый переход.

t052 - основное время для чистового точения на пятый переход.

t05=0,12+0,11=0,23мин

t0=0,57+0,81+0,2+0,12+0,23=1,931 мин.

tв= tвy+tmB, (1.16)

где

tв- вспомогательное время на операцию.

tвy=1,31мин.- время на установку и снятие заготовки.

tmB=0,19 мин. - вспомогательное время.

tв=1,5 мин.

tобс- время на обслуживание оборудования– время (уборка стружки, смазка), мин.

tобс= 10% tо,(1.17)

tобс= 10% *1,931=0,1931

tп- время на личные потребности.

tп= 0,05 tо

tп= 0,05 *1,931=0,0965 мин.

Тшт=1,931+1,5+0,1931+0,0965=3,72 мин.

Определим штучно калькуляционное время.

, (1.18)

где

ТПЗ- подготовительно заключительное время.

n – партия деталей, шт.

,

где

N – годовой объем выпуска, шт.;

250 – кол-во рабочих дней в году;

5 - кол-во дней хранения заготовки на складе;

шт.

ТПЗ= ТПЗ 1+ ТПЗ 2 + ТПЗ 3

где

ТПЗ 1=6.2 мин.

ТПЗ 2 -=25,5 мин. – время учитывающее дополнительные работы.

ТПЗ 3=10,5 мин. – время на пробную обработку.

ТПЗ=6,2+25,5+10,2=42,2 мин.

Тшт.к=3,72+(42,2:30)=5,12 мин

2.1           Анализ влияния величин натяга на производительность и точность обработки

В настоящее время большее количество станков выпускаются со шпиндельными узлами на подшипниках качения. Поэтому очень важно в каждом случае выбрать оптимальную конструкцию шпиндельного узла.

Все конструктивные схемы разбиты на три группы: низкоскоростные, среднескоростные и высокоскоростные, по мере увеличения их быстроходности, однако при этом происходит уменьшение жесткости и несущей способности (передаваемой мощности).

Шпиндели, работающие на приделах своих скоростей, неизбежно дают погрешности на точность обработки за счет линейного расширения от нагрева, повышенных вибрации в опорах. Эти параметры учтены таблицами и решаются еще на технологическом этапе проектирования узлов станка, но их также можно регулировать в процессе обработки за счет величин зазор-натяга в подшипниках несущих опор. Этим достигается уменьшение температурного удлинения переднего конца шпинделя, увеличивается жесткость и виброустойчивость при резании (в зависимости от режимов).

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6