Технология машиностроения.Технология изготовления вала

Выберем круглошлифовальный станок 3А110. Технические характеристики станка 3А110 приведены в таблице 11.

 

Таблица 11 – Технические характеристики шлифовального станка 3А110

Показатель	Характеристика
Наибольший диаметр и длина  шлифования, мм	140х180
Диаметр шлифовального круга	250
Число оборотов шпинделя шлифовальной бабки в минуту	2340; 2860
Скорость перемещения стола, мм/мин	0,03-4
Наибольшее поперечное перемещение  шлифовальной бабки, мм	125
Поперечная подача, мм/ход	0,001-0,038
Мощность главного электродвигателя, кВт	1,5
КПД станка	0,8

 

 

1.4.3 Выбор и описание режущего инструмента

При выборе режущего инструмента необходимо исходить из способа обработки и типа станка, формы и расположения обрабатываемых поверхностей, материала заготовки и его механических свойств [8].

Инструмент должен обеспечить получение заданной точности формы и размеров, требуемую шероховатость обработанных поверхностей, высокую производительность и стойкость, должен быть достаточно прочным, виброустойчивым, экономичным.

Материал режущей части инструмента  имеет важнейшее значение в достижении высокой производительности обработки.

Для обработки наружной поверхности  детали используем следующие резцы:

Для обработки цилиндрических поверхностей используем токарный проходной отогнутый резец ГОСТ 18878 – 73. Н=20 мм; В=12 мм; L=120 мм; m=7 мм; а=12мм; r=1 мм.

 

Рисунок 3 – Токарный проходной  отогнутый резец  ГОСТ 18878 – 73.

Для обработки плоских торцовых поверхностей используем подрезной резец для обработки торцовых поверхностей.

 

Рисунок 4 – Токарный резец для  обработки плоских торцовых поверхностей ГОСТ 18878-73.

 

Для обработки канавок используем отрезной резец ГОСТ 18874 – 73. Н=20 мм; В=12 мм; L=120 мм; l=50 мм; а=3 мм; r=0,2 мм.

 

Рисунок 5 – Токарный отрезной резец ГОСТ 18874 – 73.

 

Для обработки внутреннего отверстия  используем токарный расточной резец  с углом в плане φ=95⁰ ГОСТ 18883 – 73. Исполнение 1. Где Н=20 мм; В=20 мм; L=170 мм; Р=70 мм; n=6 мм; l=12 мм.

 

Рисунок 6 – Токарный расточной  резец ГОСТ 18883 – 73.

Для нарезания резьбы на шпинделе используем токарный резьбонарезной резец для нарезания наружной резьбы ГОСТ . Где d=6 мм; L=130 мм; Н=26 мм; Р=25 мм; n=6 мм; с=7,2 мм.

 

Рисунок 7 – Токарный резьбонарезной резец ГОСТ .

 

Для фрезерной операции для обработки поверхности Д используем фрезу концевую из стали Р18 с нормальным зубом, с коническим хвостовиком, изобразим её на рисунке 5, D = 5 мм, L = 70 мм, l = 15 мм, число зубьев z = 4, конус Морзе 3.

 

 

Рисунок 8 – Фреза концевая из стали  Р18 по ГОСТ 17026–71.

 

 

 

Для обработки  отверстий диаметрами соответственно 8 и 6,5 мм, выбираем спиральные свёрла с  цилиндрическим хвостовиком, средняя  серия из быстрорежущей стали Р18 и Р9 по ГОСТ 10902–64. Изобразим сверло на рисунке 10, различие характеризуют размеры сверла для каждого отверстия. Для отверстия Ø8 – d = 8 мм, L = 115 мм, l₀ = 75 мм; Ø6,5 – d = 6,5 мм, L = 95 мм, l₀ = 60 мм. Ø7 – d = 7 мм, L = 95 мм, l₀ = 60 мм.

 

Рисунок 10 – Сверло спиральное из быстрорежущей стали по ГОСТ 10902–64

Для нарезания  внутренней резьбы М8 используем метчики чистовой и черновой по ГОСТ 3266-71.

Для шлифования поверхностей используем шлифовальный эльборовый круги ГОСТ 17123 – 79.

Рисунок 11 – Шлифовальный эльборовый круг плоский, прямоугольного профиля  на керамической связке.

 

Где D=250 мм; H=26 мм; d=22 мм.

 

 

1.5 Расчёт режимов резания.

1.5.1 Расчёт режимов резания при  точении. 

1. Определим для заданной обрабатываемой поверхности глубину резания t, мм. При черновой обработке глубина резания равна .

2. Подсчитаем значение подачи S, мм/об.

Для чистовой обработки на скоростных режимах резания твёрдосплавным инструментом максимально допустимую подачу рассчитаем по формуле:

Где r-радиус скругления вершины резца, мм;

 (14)

где R_z – высота неровностей по ГОСТ 2789–73, мм.

r=1мм;

R_z=40×10^-3мм.

.

S_ф находим согласно закона изменения её по геометрической прогрессии, знаменатель j который определяется по формуле:

 (15)

где S_z и S₁ – максимальное и минимальное значения подачи;

 z  – количество ступеней подачи.

Значение j_s=1,11 не совпадает со стандартными нормами станкостроения. Поэтому примем  j_s=1,12.

Теперь определим весь ряд  S по геометрической прогрессии:

S₂=S₁×j_s=0,05×1,12=0,056;

S₃=S₁×j_s²=0,05×(1,12)²=0,063;

S₄=S₁×j_s³=0,05×(1,12)³=0,071;

S₁₂=S₁×j_s¹¹=0,05×(1,12)¹¹=0,174;

S₁₃=S₁×j_s¹²=0,05×(1,12)¹²=0,195;

S₂₀=S₁×j_s¹⁹=0,05×(1,12)²=0,491;

S₂₁=S₁×j_s²⁰=0,05×(1,12)²⁰=0,482;

S₂₂=S₁×j_s²¹=0,05×(1,12)²¹=0,54;

S₂₃=S₁×j_s²²=0,05×(1,12)²²=0,605

Из данного ряда следует, что  ближайшая меньшая из числа осуществляемых на станке S_ф равна S_ф=0,54 мм/об;

3. Рассчитаем скорость резания.

Расчёт скорости резания при  точении V_р, м/мин, вычисляем по эмпирической формуле:

 (16)

где С_v – коэффициент, зависящий от материала инструмента, заготовки и условий обработки;

T – расчётная стойкость инструмента. Для резцов с пластинами из твёрдого сплава, Т=90-120 мин.

X_v,Y_v – показатели степени влияния t и S на V_р;

K_v – поправочный коэффициент на изменённые условия, равный произведению ряда коэффициентов, учитывающих влияние различных факторов на скорость резания, в частности, механических свойств обрабатываемого материала K_Mv, качество (состояния поверхности) заготовки K_nv, материала режущей части инструмента K_Uv, главного угла в плане K_φv, формы передней грани инструмента K_Фv.

Таким образом,

K_v= K_MvK_nvK_UvK_φvK_Фv (17)

Значения коэффициентов и показателей  степени формулы найдем в литературе [3].

С_v=350;

X_v=0,15;

Y_v=0,35;

m=0,2; 

K_Mv=750/σ_в=750/715=1,05;

K_nv=0,8-0,9;K_Uv=1,00;

K_φv=1,0;

K_Фv=1,0.

K_v= 1,05^.0,8^.1^.1^.1=0,84.

.

4.Расчитаем частоту вращения  шпинделя, об/мин.

По расчётной скорости резания подсчитаем частоту вращения шпинделя, об/мин.

, (18)

где D₀ – диаметр обрабатываемой поверхности, мм;

V_p – скорость резания, м/мин.

Теперь подсчитаем фактическую  подачу величины n,ближайшую меньшую из паспортных данных станка. Для этого найдем j_n и определим весь ряд n.

, (19)

где N_z – максимальная частота вращения шпинделя;

N₁ – минимальная частота вращения шпинделя.

.

Значение φ_z не совпадает со стандартным, поэтому принимаем φ_z=1,26.

Теперь определяем n_ф из геометрического ряда:

n₂=n₁×j_n=12,5×1,26=15,57;

n₃=n₁×j_n²=12,5×(1,26)²=19,8;

n₄=n₁×j_n³=12,5×(1,26)³=25,0;

n₁₂=n₁×j_n¹⁹=12,5×(1,26)¹¹=1009,14;

n₁₃=n₁×j_n²⁰=12,5×(1,26)¹²=1271,51;

Принимаем n_ф=1009,14 об/мин.

Рассчитаем фактическую скорость резания:

, (20)

где D₀ – диаметр обрабатываемой поверхности, мм;

n_ф – фактическая частота вращения шпинделя.

5. Найденные режимы резания могут  быть приняты только в том  случае, если развиваемый при этом крутящий момент на шпинделе М_шп будет больше момента, создаваемого силами резания, или равен ему:

М_шп≥ М_рез

Тангенциальную силу Р_z, создающую крутящий момент М_рез, определяем по формуле:

P_z=C_pz×t^xpz×S_ф^ypz ×V_ф^npz×k_p, (21)

где C_pz – коэффициент, зависящий от материала заготовки и условий обработки;

x_Pz y_Pz n_Pz – показатели степени влияния режимов резания на силу P_z;

k_р – поправочный коэффициент на изменённые условия, подсчитываемый как произведение ряда поправочных коэффициентов.

K_р= K_MрK_φрK_γрK_rрK_λр, (22)

Значения коэффициентов и показателей степени формулы найдем в литературе [3].

C_pz=300*9,8=2940 ( для подсчёта силы Р_z в Ньютонах ).

x_Pz=1,0

y_Pz=0,75

n_Pz=-0,15

K_Mр=(σ_в/750)^0,75=(715/750)^0,75=0,965;

K_φр=1,0;

K_γр=1,1;

K_rр=0,93;

K_λр=1,0.

K_р= 0,965*1,0*1,1*0,93*1.0=0,987.

P_z=2940×3^1,0×0,54 ^0,75×133^-0,15×0,987=2633 Н.

Крутящий момент, Нм, потребный  на резание , подсчитаем по формуле:

, (23)

.

Крутящий момент, развиваемый на шпинделе, подсчитывается по мощности электродвигателя.

, (24)

N_эд=10 кВт;

n_ф=1009,14 об/мин;

η=0,75

Поучили, что М_шп>М_рез. Значит принимаем данные режимы резания.

6. Определяем коэффициент использования мощности станка по формуле

, (25)

где N_пот  – потребная мощность на шпинделе.

. (26)

где N_э – эффективная мощность на резание, кВт, определяемая по формуле:

. (27)

Подставляя численные значения в формулу (27) получим:

Найденную эффективную мощность подставим  в формулу (26):

.

Тогда найдем коэффициент  использования  мощности  станка по формуле (25)

%.

7. По фактической скорости резания V_ф подсчитаем фактическую стойкость инструмента Т_ф, мин, с учетом показателя стойкости m по формуле

. (28)

где V_p и Т – расчетные значения скорости и стойкости инструмента.

Подставим в формулу (28) численные значения и определим Т_ф

.

8. Основное технологическое время, т.е. время, непосредственно затраченное на процессе резания, мин, определим по формуле

, (25)

где L – расчетная длина обработки, равная сумме длин обработки l, врезания l₁ и перебега инструмента l₂,

; (26)

где i – число проходов;

n_ф – частота вращения шпинделя, об/ мин;

S_ф – подача, мм/об.

За длину обработки l, мм, принимается путь, пройденный вершиной инструмента в процессе резания и измеренный в направлении подачи. Величина врезания l₁, мм, при точении вычисляется из соотношения

. (27)

где t – глубина резания, мм;

φ –  главный угол резца в плане.

Подставим в формулу (27) численные  значения и получим

.

Найдем расчетную длину обработки по формуле (26)

.

Тогда по формуле (25) найдем время, затраченное на процесс резания

 

 

1.5.2 Расчёт режимов резания при  шлифовании

1. Глубину резания при чистовом  шлифовании равна t=0,13мм.

2. Продольную подачу при шлифовании S принимаем равной:

, (28)

где В – ширина шлифовального круга.

3. Скорость шлифования круга  определим по формуле:

, (29)

где D_к – диаметр круга, мм;

n_к – частота вращения шпинделя, принимаемая по паспорту станка.

n_к =3350 об/мин.

.

Расчётное значение частоты вращения обрабатываемой детали определим по формуле:

, (30)

где v_Д – среднее значение скорости вращения детали, м/мин; ;

D_Д – диаметр .обрабатываемой детали, мм.

.

Так как изменение частоты вращения детали на выбранном станке бесступенчатое, то .

Скорость перемещения стола, м/мин:

, (31)

Подставив численные значения, получим:

4. Тангенциальная сила резания,  Н:

, (32)

Значения коэффициентов имеют  следующие значения:

С_р=21,5; u_р=0,7; X_p=0,7; У_р=0,5.

Подставив, получим:

.

5. Эффективная мощность на вращение  обрабатываемой детали, кВт,

, (33)

.

Эффективная мощность на вращение шлифовального  круга, кВт,

, (34)

Потребная мощность на вращение шлифовального круга, кВт:

, (35)

Коэффициент использования станка по мощности:

, (36)

.

6. Основное технологическое время, мин:

, (37)

где L – длина продольного хода детали или круга, мм;

К – коэффициент, учитывающий добавочное число проходов без поперечной подачи (на выхаживание); К=1,25;

h – припуск на сторону.

 

 

1.5.3 Определение режимов резания табличным методом

Поверхность	Sпрод,м/мин	t, мм	S, мм/об	v, м/мин
Черновое точение поверхностей	-	5	0,85	150
Чистовое точение поверхностей	-	1	0,5	190
Сверление отверстия Ø8	118	4	0,096	24
Фрезерование резьбы	-	35	Sz =0,6 мм/зуб	200
Сверление центровочных отверстий	118	3	0,096	24
Шлифование поверхностей	202	Sпоп=6 мкм/об.заг	Sпрод=0,52 мм/ход	1800