Проектирование технологического процесса детали Вал шлицевый

записка.docx

Братушева Ю.В. Аттестационная работа бакалавра по специальности «Технология машиностроения» на тему: «Проектирование технологического процесса детали «Вал шлицевый» с разработкой технологического процесса механической обработки детали конструирование и расчет приспособления». ХНТУ Херсон 2008– с. 93 табл. 9 рис. 7 библ. 15 чертежей формата А1 – 4 .
Данная работа состоит из графической части –4 листа А1 и расчетно-пояснительной записки.
В графической части представлены разработка технологического процесса обработки шлицевого вала для серийного производства конструирование приспособления на одну из операций чертеж заготовки детали и инструментальные наладки. Разработка управляющих программ обработки на станке с числовым программным управлением – 16Б16Ф3 с помощью САПР – «ADEM 7SLT» также использование таких программ как – «Компас 3D-V9» «Компас-Автопроект» Solid Works Cosmos Works.
В расчетно–пояснительной записке приведен выбор методов обработки расчет припусков на механическую обработку расчет режимов резания техническое нормирование описание и расчет приспособления.
I. Технологическая часть
1. Назначение и анализ конструкции обрабатываемой детали .8
2. Определение типа производства ..12
3. Технико-экономическое исследование методов получения заготовки
4.Проектирование технологического процесса механической обработки детали
4.1.Разработка маршрутного технологического процесса
4.2.Обоснование выбора технологических баз
4.3Выбор варианта технологического маршрута и его технико-экономическое обоснование
5. Расчет припусков на механическую обработку
6. Расчет режимов резания
7. Техническое нормирование
7.1. Нормирование технологического процесса
7.2. Определение количества оборудования
8. Разработка программ управления на обработку поверхностей на токаром станке с ЧПУ .
9. Силовой расчет вала шлицевого
9.2.Построение программы
9.3. Структурная механика-COSMOWorks
9.4. Теоретическая база .
9.5. Базовые возможности анализа
9.6. Последовательность расчета
9.7. Исходные данные
9.8. Проверка на проектирование вала
9.10. Результаты проверки проектирования
II. Конструкторская часть
1. Конструирование и расчет приспособления
1.1. Экономическое обоснование целесообразности применение специалбно приспособления
2. Расчет приспособления
2.1. Выбор схемы базирования
2.2. Выбор установочных элементов дла реалтзации принятой схемы базирования
2.3. Силовой расчет приспособления
2.4.Выбор зажимного механизма для станочного приспособления
2.5. Расчет параметров привода
2.6.Оценка точности приспособления
3.Конструирование и расчет червячной фрезы для шлицевых валов
3.1. Исследование эволюции современных конструкций червячных фрез на основе литературных источников
3.2. Применение твердых сплавов для зуборезного инструмента
3.3.Разработка конкретной червячной фрезы
Приложение А Отработка технологичности конструкции детали
Приложение Б Расчет межоперационных припусков аналитическим методом
Приложение В Расчет режимов резания аналитическим методом
Приложение Д Комплект документов на технологический процесс механической обработки
Переход народного хозяйства на рыночные отношения предполагают создание экономических предпосылок для эффективного действующего производства как с точки зрения рационального использования ресурсов так и точки зрения ускорения научно-технического прогресса и полного удовлетворения потребностей производителей и потребителей.
Основным результатом поставленных задач должно стать повышение качества всех видов продукции и обеспечение ее конкурентоспособности на внешнем рынке.
Обеспечение высокого качества продукции требует конкретного изучения научно-технической политики совершенствования технической базы производства и существенного улучшения оснащенности разработчиков новых видов изделий научными аналитическими приборами и средствами вычислительной техники.
В условиях новых производственных отношений в современном машиностроении особое значение приобретают:
)Организация производства;
)Эффективное использование технологических средств;
)Создание приспособлений расширяющих возможности выполнения различных операций на металлорежущих станках повышения качества изделий и конкурентоспособности.
В данном курсовом проекте предусматривается разработка технологического процесса изготовления шлицевого вала и приспособления на одну из операций.
Предложенные в проекте организационные технологические и конструкторские решения повысят производительность труда качество выпускаемой продукции а также дадут значительный технико-экономический эффект.
Назначение детали и анализ технических условий на ее изготовление
Деталь- вал шлицевый. Вал шлицевый изготавливается из конструкционной стали 40Х штамповкой поэтому конфигурация поверхностей не вызывает значительных трудностей при получении заготовки. Данный материал используется для деталей работающих при средних окружных скоростях высоких удельных давлениях и небольших ударных нагрузок; для валов работающих в подшипниках качения.
Химический состав стали 40Х (ГОСТ 4543-71)
Физико-механические и технологические свойства стали 40Х (ГОСТ 4543-71)
Физико-механические свойства
Технологические свойства
Предел прочности при растяже нии в МПа
Модуль упругости Е МПа
Предел прочности при растяжении в МПа
Ударная вязкость ан ·105 Джм2
Вал шлицевый входит в состав опоры карданной передачи. Карданная передача предназначена для передачи крутящего момента от вала отбора мощности трактора на главную коническую передачу комбайна. Она состоит из телескопического и промежуточного валов и опоры. Опора представляет собой вал (рис.1.1) на двух подшипниках смонтированных в корпусе. Опора крепится болтами на кронштейне спицы комбайна. Величина осевого зазора в подшипниках опоры не должна превышать 03 мм. Регулировку зазора осуществляется при помощи прокладок. При затяжке болтов крышки опоры необходимо проворачивать вал для обеспечения правильного положения роликов в подшипниках.
Рис. 1.1. Опора: 1-болт; 2-шайба; 3-Крышка; 4-манжета; 5-подшипник; 6-корпус; 7-отдушина; 8-пробка; 9-вал
Анализ технологичности конструкции детали
В современном машиностроении обработка снятием стружки даже в весьма развитых отраслях доходит до 30 40 % от общей трудоемкости изготовления машин. Поэтому технологичность деталей подвергающихся механической обработке имеет большое значение: каждая деталь должна изготавливаться с минимальными трудовыми и материальными затратами. Эти затраты можно сократить в значительной степени от правильного выбора вариантов технологического процесса его оснащения механизации и автоматизации применения оптимальных режимов обработки и правильной подготовки производства. Чем меньше трудоемкость и себестоимость изготовления детали тем она технологичнее. На трудоемкость изготовления детали оказывают особое влияние ее конструкция и технические требования на изготовление.
Исследуемая деталь относится классу валов.
В целом деталь технологична:
)имеются удобные базы;
)конструкция детали допускает обработку большинства наружных поверхностей с одной стороны при одной установке;
)свободный доступ к обрабатываемым поверхностям режущего и измерительного инструмента;
)простота форм детали обеспечивающая возможность выбора рационального метода изготовления заготовки который обеспечивает наиболее высокий коэффициент использования материала; (в данном случае поковка на ГКМ)
)возможность применения типовых технологических процессов для обработки детали;
)конструкция детали допускает одновременную обработку нескольких поверхностей;
Однако имеются и отклонения от технологичности:
)деталь имеет шлицевые поверхности;
)имеются кольцевые радиальные выточки расположенные на шлицевых участках;
)некоторые поверхности имеют высокую точность в частности ступени а следовательно трудоемки в изготовлении и дорогостоящие;
)выполнение шлицевой поверхности что увеличивает трудоемкость ее изготовления.
В зависимости от качества материал может подаваться обработке резанием по-разному – труднее или легче.
Способность материалов поддаваться резанию принято называть их обрабатываемостью. Обрабатываемость материала тем лучше чем выше скорость резания меньше силы резания и чище обработанная поверхность. В большинстве случаев за критерий обрабатываемости принимают скорость резания обеспечивающую некоторую наиболее целесообразную в данных условиях стойкость инструмента.
Обрабатываемость материала оказывает большое влияние на производительность и себестоимость готовой детали а значит является критерием оценки технологичности.
Обрабатываемость стали зависит в основном от структуры содержания углерода и легирующих компонентов. Интенсивность износа инструмента увеличивается в зависимости от структуры в такой последовательности: феррит перлит сорбит троостит. Различное влияние структур на износ инструмента объясняется их твердостью. С увеличением содержания углерода в стали обрабатываемость ее ухудшается исключая чистоту поверхности которая улучшается. С повышением содержания углерода понижается теплопроводность стали что увеличивает температуру резания возрастают твердость и прочность. Все это приводит к снижению скорости резания.
Легирующие элементы в стали (хром марганец кремний вольфрам и т. п.) ухудшают обрабатываемость так как снижается теплопроводность возрастают твердость и прочность. Наличие карбидов также способствует повышению интенсивности износа инструмента.
Учитывая все вышеупомянутое а также то что материал детали углеродистая хромистая сталь 40Х по техническим условиям имеющая микроструктуру в отожженном состоянии – зернистый перлит твердость 170 207 HB обрабатываемость материала детали резанием в целом можно признать удовлетворительной.
Конструкция детали представляет собой шлицевый вал с числом шлицев z=8и внешним диаметром D=70 мм;( рис.1. 2.)
Материал сталь 40Х выбран с учетом работы в узле. На деталь действуют силы смятия в частности на шлицевые участки вала.
Упрощение конструкции вала нецелесообразно – деталь не сможет выполнять свое назначение. Его конструкция имеет достаточную жесткость а обработку нескольких поверхностей можно осуществлять в один установ.
Способ получения заготовки также является экономически целесообразным что подтверждается коэффициентом использования материала.
Проанализировав выше рассматриваемую деталь можно сделать вывод что она является достаточно технологичной. Если с целью уменьшения механической обработки соответственно уменьшить протяженность некоторых поверхностей то деталь не сможет выполнять своего прямого назначения.
Коэффициент унификации конструктивных элементов детали
где- число унифицированных элементов детали шт.
- общее число конструктивных элементов шт.
Коэффициент точности обработки:
где - количество размеров высокой точности обработки.
- общее число размеров обработки.
Коэффициент шероховатости поверхности детали
где - число поверхностей детали с не обоснованной шероховатостью шт.;
- общее число поверхностей детали подлежащих обработке шт.
При проработке детали на технологичность можно использовать и другие количественные показатели.
Рис.1.2. Вал шлицевый
Определение типа производства
Тип производства определяется коэффициентом серийности в том случае если у заводского технологического процесса могут быть выбраны штучные времена по всем операциям.
При отсутствии данных по трудоемкости тип производства может быть определен только после детальной разработки технологического процесса.
В этом случае тип производства устанавливается ориентировочно в зависимости от годовой программы запуска деталей и веса из табл.3.1.
Количество обрабатываемых в год деталей одного наименования
После разработки технологического процесса на базе выбранного типа производства и расчета штучного или штучно-калькуляционного времени по всем операциям определяется коэффициент серийности
Поскольку данная деталь не имеет заводского технологического процесса следуем вышеуказанной рекомендации т.е. по массе детали и программе запуска принимаем ориентировочно серийный тип производства. Так как масса детали m=9.85 кг а кол-во обрабатываемых в год деталей примем N=700 шт.
Рассчитаем такт выпуска деталей по формуле:
где Fd - действительный годовой фонд времени работы оборудования в часах;
N- годовая программа выпуска деталей в штуках.
Поскольку кол-во рабочих дней составляет 254 дня с учетом 8-ми часового рабочего дня =254×8=2032 часа производим расчет:
Данный тип производства имеет ограниченную номенклатуру изделий изготовляемых или ремонтируемых периодически повторяющимися партиями и сравнительно большим объемом выпуска.
Серийное производство является основным типом современного машиностроительного производства. По всем технологическим и производственным характеристикам серийное производство занимает промежуточное положение между единичным и массовым производством.
Характерным признаком серийного производства является выполнение на рабочих местах нескольких повторяющихся операций.
Технологическая документация и техническое нормирование подробно разрабатываются для наиболее сложных и ответственных заготовок при одновременном применении упрощенной документации и опытно-статистического нормирования простейших заготовок.
При серийном производстве определяется кол-во деталей в партии одновременно запускаемых в производство по формуле:
где f – необходимый запас деталей на складе (для мелких 5-10 дней);
Q – число рабочих дней в году.
Так как выше не был выбран коэффициент серийности принятый тип производства требует дальнейшего уточнения.
Технико-экономическое исследование методов получения заготовки
На основании анализа возможных методов получения заготовки выбираем два из них с учетом конструкции детали и типа производства.
Выбираем для сравнения заготовки из проката и штамповку на горизонтально-ковочной машине. [2стр.31]
Выбранные методы оцениваем:
По стоимости заготовок;
По степени использования металла.
Стоимость заготовки из проката
Если деталь изготавливается из проката то затраты на заготовку определяются по весу проката требующегося на изготовление детали и весу сдаваемой стружки. [2 стр. 31 ]
где Q – масса заготовки кг; Q = 15 кг;
S – цена 1 кг материала заготовки грн.; S = 196 грн.
q – масса готовой детали кг; q = 985 кг;
S отх – цена 1т отходов грн .; S отх = 950 грн.
Подставляя исходные и табличные данные получаем
Стоимость заготовки полученной методом горячей объемной штамповки на ГКМ
Степень сложности С2 точность изготовлении поковки – класс Т4 группа стали М2.
Стоимость данной заготовки определяем по формуле [2 стр. 33]:
где – базовая стоимость одной тонны заготовок грн.; грн.;
Q – масса заготовки кг; Q = 1125 кг;
S отх – цена 1т отходов д.е.; S отх = 950 грн.
– коэффициенты зависящие от класса точности группы сложности массы марки материала и объема производства заготовок соответственно. [2 стр. 36].
Sзаг = ( = 19.31 грн.
Определим одну из самих главных характеристик выбора метода производства заготовок – коэффициент использования материала:
где q – масса готовой детали кг; q = 985 кг;
Вывод: По результатам технико-экономического исследования где сравнивалось – получение заготовок на горизонтально – ковочной машине (метод 1) и заготовок полученных из проката (метод 2) было определено что с экономической точки зрения получение заготовок вторым методом более экономично и значительно проще. Но если взглянуть на это с другой стороны – при механической обработке заготовки полученной на ГКМ коэффициент использования материала значительно выше что экономит нам большое количество металла уходящего в стружку при обработке заготовки из проката что вполне может перекрыть расходы на штамповку заготовки. Также по сравнению с прокатом объемная штамповка имеет такие преимущества: 1. Большая однородность и точность заготовок; 2. Возможность получения заготовки форма которой более приближена к форме детали; 3. Высокое качество поверхности; 4. На одном штампе в зависимости от сложности материала массы заготовки и способа штамповки можно изготовить от 10 до 25 тысяч поковок т.е. в нашем случае можно будет выпустить 3 – 4 партии не меняя штампа.
Рассмотрев все преимущества и недостатки я считаю что более целесообразным будет выбрать заготовку полученную методом горячей объемной штамповки на горизонтально-ковочной машине.
Проектирование технологического процесса механической обработки детали
1.1. Разработка маршрутного технологического процесса
Базовый (заводской) маршрутный технологический процесс на изготовление вала шлицевого.
Наименование операции перехода
Наименование станка модель
Условное обозначение баз
Фрезерно-центровальная
Фрезеровать торцы выд. р-р 7;
Центровать торцы выд. р-р 1 2 3 4 5 6
Фрезерно-центровальный 2Г942
Точить пов-сть выд. р-р 7 6 8 5 10 12 9
Точить пов-сть выд. р-р 4 3 2 1 11
Повернуть деталь на 180 град.
Токарный с ЧПУ 1740РФ3.У31
Править центра с двух сторон последовательно
Токарно-винторезный 16К20
Точить пов-сть выд. р-р 5 13 8 3 9 2 10 7 1 11
Точить пов-сть выд. р-р 12 4 6
Точить пов-сть выд. р-р 9 19 11 7 13 6 14 17 12 5
Подрезать торец выд. р-р 1
Точить пов-сть выд. р-р 18 8 10
Точить пов-сть выд. р-р 15 4 3 2 16
Фрезеровать 8 шлиц выд. р-р 1 2 3 4
Шлицефрезерный 5А352ПФ11
Шлифовать пов-сть с подшлифовкой торца выд. р-р 1 2
Круглошлифовальный 3М152
Шлифовать пов-сть выд. р-р 1
Полировать пов-сть выд. р-р 1
Круглошлифовальный 3М152
Шлифовать 8 шлиц выд. р-р 1 2
Шлицешлифовальный 3М451В
Предлагаемый маршрутный технологический процесс на изготовление вал шлицевого.
Токарный полуавтомат 1Б732
Двухшпиндельный шлицефрезерный станок ЗИП7273
Далее определяем стоимость механической обработки данных технологических процессов:
) Токарный станок с ЧПУ мод. 1740РФ3:
Стоимость механической обработки на рассматриваемой операции будет равна:
где - величина часовых приведенных затрат у.е.ч;
– штучное время мин. (принимается по таблицам для укрупненного нормирования) [2 стр. 172Приложение 1]
где С3—основная и дополнительная заработная плата а также начисления на соцстрах оператору и наладчику за физический час работы обслуживаемых машин у.е.ч; Основную и дополнительную заработную плату а также отчисления на соцстрах (С3) оператору и наладчику можно определить по формуле:
С3 = Ст.ф. у.е.ч (3)
где Ст.ф — часовая тарифная ставка станочника соответствующего разряда у.е.ч [2 стр. 42 табд.17]
3 —суммарный коэффициент представляющий произведение
следующих частных коэффициентов:
— коэффициент выполнения норм;
9 — коэффициент дополнительной зарплаты;
77 — коэффициент отчислений на соцстрах.
— коэффициент учитывающий зарплату наладчика (если наладка станка в серийном производстве ведется без участия наладчик) самим рабочим то принимается равным 1.
М — коэффициент многостаночности принимаемый по фактическому состоянию на рассматриваемом участке; [2 стр. 43].
Сч.з — часовые затраты по эксплуатации рабочего места д.е.ч; определяемый по формуле:
— практические скорректированные часовые затраты на базовом рабочем месте. Для серийного производства = 363 у.е.
— машино-коэффициент показывающий во сколько раз затраты связанные с работой данного станка больше чем аналогичные расходы у базового станка. [2 стр. 172 Приложение 2].
Еп — нормативный коэффициент экономической эффективности
капитальных вложений: для машиностроения Еп = 02;
Кс — удельные часовые капитальные вложения в станок у.е.ч; определяемые по формуле:
Кз — удельные часовые капитальные вложения в здание у.е.ч; определяемые по формуле:
Ц – балансовая стоимость станка у.е.; [2 стр. 179Приложение 4]
F – производственная площадь занимаемая станком с учетом проходов:
f – производственная площадь занимаемая станком м2;
[2 стр. 179Приложение 4 ].
kf – коэффициент учитывающий дополнительную производственную площадь (на проходы проезды и др.). [2 стр. 44].
Ц = 62000 руб.; f = 15*4 = 6м2 ; = 115мин.; М = 2; = 12
)Рассчитаем основную и дополнительную заработную плату - С3 по формуле (3):
С3 М = Ст.ф. = 438 1531152 = 3853 копч
)Определим Сч.з— часовые затраты по эксплуатации рабочего места по формуле (4):
Сч. з = = 439*12 = 6007 копч
)По формулам (5) и (6) определим Кс и Кз соответственно:
)Определим по формуле (2) - - величину часовых приведенных затрат:
)Стоимость механической обработки на фрезерно-центровальном станке МР71-М будет определена по формуле (1) :
) Токарный полуавтомат модели 1Б732:
Ц = 4081 руб.; f = 245*35=86м2 ; = 115мин.; М = 2;
)Определим Сч.з — часовые затраты по эксплуатации рабочего места по формуле (4):
Сч. з = = 439*18 = 9426
)Стоимость механической обработки на токарном патронно-центровом станке с числовым программным управлением 16Б16Ф3 будет определена по формуле (1) :
1.2. Обоснование выбора технологических баз
При выборе чистовых баз необходимо пользоваться принципом постоянства совмещение и единства технологических баз. Нужно учитывать что обеспечит точность пространственного расположения поверхностей взаимосвязанных техническими условиями сложнее чем точность отделочных размеров.
При совмещении конструкторской и технологической баз есть возможность равномерно распределить припуски на обработку ответственных поверхностей обуславливает более полное использование режущего инструмента высокую производительность обработки за счёт применения оптимальных режимов резания повышение точности обработки на финишных операциях.
Черновую технологическую базу выбирают согласно следующих правил:
-- в комплект черновых технологических баз включают поверхности остающиеся после обработки детали в черновом виде;
-- включающиеся поверхности с которых при последующей обработке должен быть снят равномерный припуск то есть поверхности обработанные по 7-8 квалитету;
-- обеспечить правильное относительное положение черновых и чистовых поверхностей;
-- получить равномерную структуру поверхностного слоя у обработанных поверхностей.
В частности деталь начинаем обрабатывать с подготовки чистовых технологических баз то есть фрезерование торцов.
Чистовыми базами являются центровые отверстия. Черновой базой является необработанная наружная поверхность.
2. Расчет припусков на механическую обработку
Рассчитываем припуски на обработку и промежуточные размеры на поверхность 60 шлицевого вала. На остальные обрабатываемые поверхности назначить припуски и допуски по табл. ГОСТ 7505-55. Заготовка- штамповка на ГКМ группа точности- 2 масса заготовки- 1125 кг.
Технологический маршрут обработки поверхности 60состоит из точения чернового и чистового и шлифования чернового и чистового. Точение и шлифование ведется в центрах. Расчет припусков на обработку поверхности ведем составлением табл. 5.3. в которую последовательно записываем технологический маршрут обработки поверхности и все значения элементов припуска.ρ
Суммарное значение Rz и Т характеризующее качество поверхности заготовок составляет 150 мкм и 250 мкм соответственно. Далее параметры Rz и Т достигаемы после механической обработки наружных поверхностей определяется аналогично.
Так как обработка ведется в центрах то погрешность установки в радиальном направлении равна нулю что имеет значение для рассчитываемого размера. В этом случае эта величина исключается из основной формулы для расчета минимального припуска и в соответствующую графу можно не включать в расчетной таблице.
Суммарное отклонение
- погрешность заготовки по смещению;
- погрешность заготовки по короблению;
удельная кривизна заготовки на 1 мм длины мкм;
Допуски на поверхности используемые в качестве базовых на фрезерно -центровальной операции рассчитывается по формуле:
Нед = 20 мм - элемент допуска по недоштамповке;
Иш = 10 мм – элемент допуска по износу штампов;
Ку = 10*60= 60 мкм = 006 мм – колебания усадки
Остаточная величина пространственного отклонения:
После чернового точения
После чистового точения
После чернового шлифования
Расчет минимальных значений припусков производим пользуясь основной формулой:
Zmin = (RZ( i-1) + T(i-1) + (i-1))2 (5.4.)
Минимальный припуск:
Под черновое точение: 2Zmin1 = (150+250+1840)2=2*2240 мкм
Под чистовое точение: 2Zmin2 = (50+50+110)2=2*210 мкм
Под черновое шлифование: 2Zmin3 = (30+30+74)2=2*134 мкм
Под чистовое шлифование: 2Zmin = (10+20+37)2=2*67 мкм
Графа «Расчетный размер» dp заполняется начиная с конечного (чертежного) размера путем последовательного прибавления расчетного минимального припуска каждого технологического перехода:
dp3= 60002+0134=60136=60 14 мм (5.5.)
dp2=60 14+0268=60408=60 41 мм
dp1= 60 41+0420=60830=60 83 мм
dp3=60 83+4480=65 31 мм
Записав в соответствующей графе расчетной таблицы значения допусков на каждый технологический переход и заготовку в графе «Наименьший предельный размер» определяем их значения для каждого технологического перехода округляя расчетные размеры увеличением их значением. Округление производим до того же знака десятичной дроби с каким дан допуск на размер для каждого перехода.
Наибольшие предельные размеры вычисляем прибавлением допуска к округленному наименьшему предельному размеру:
dmax4 = 60002+0 02=60022 мм (5.6.)
dmax3=60 14+0 03=60 17 мм
dmax2=60 41+0 12=60 53 мм
dmax1=60 9+0 4=61 3 мм
dmax3=65 31+3 0=68 3 мм
Расчет припусков и предельных размеров по технологическим переходам на обработку поверхности 60
Технологические переходы обработки поверхности
Элементы припуска мкм
Рас-ый припуск 2Zmin мкм
Предельный размер мм
Предельные значения припусков мкм
Предельные значения припусков Zmaxпр определяем как разность наибольших предельных размеров и Zminпр – как разность наименьших предельных размеров предшествующего и выполняемого переходов:
На основании данных расчета строим схему графического расположения припусков и допусков по обработке поверхности 60.
Рис. 5.1. Схема графического расположения припусков и допусков на обработку поверхности 60.
3. Операционные технологические расчеты
3.1. Расчет режимов резания
Конструкция детали допускает обработку плоскости на проход. Доступ инструмента к обрабатываемой поверхности свободен. Имеются плоскости расположенные параллельно и перпендикулярно с достаточными размерами позволяющими использовать их в качестве базовых поверхностей. Жесткость заготовки достаточная.
Конструкция детали и ее параметры позволяют вести обработку на фрезерно-ценровальном станке типа 2Г943 который может быть принят в нашем случае. Установочные и присоединительные размеры его стола достаточны для установки и закрепления приспособления с деталью а силовой привод и характеристики вполне обеспечивает режимы резания точность и качество обработки поверхностей.
I. Определяем тип и основные габариты режущего инструмента (фрезы): торцевая насадная фреза D =160мм; d = 40H7 мм; Z = 16; материал – твердый сплав – Т15К6. [13стр.237].
II. Определяем основные режимы резания. [14стр.73]
Расчет длины рабочего хода Lр.х. в мм. и средней ширины фрезерования bср в мм.
Lр.х. = Lрез. + у; (5.8.)
При симметричном фрезеровании торцевыми фрезами
уврез. = 2 = 160 - 2 = 84.86мм (5.9.)
где bср = F Lрез.; F = ·R2 – площадь фрезеруемой поверхности;
bср = 3.14·35270 = 54.95мм.
Отсюда Lр.х. = Lрез. + у = 70 + 84.86 = 154.86мм.
Определение рекомендуемой подачи на зуб фрезы по нормативам Szммзуб.
По таблицам в зависимости от твердости и глубины резания определяем Sz = 015 ммзуб. [c763]
Расчет подачи на оборот:
Sо = Sz·Zф= 015·16 = 24ммоб. (5.10.)
Определяем стойкость инструмента по нормативам Тр в минутах резания.
В зависимости от типа фрезы и ее диаметра выбираем стойкость инструмента Тр = 250 мин. [14]
Расчет скорости резания числа оборотов шпинделя в минуту и минутной подачи.
Определение рекомендуемых нормативных скоростей резания:
Vрасч. = Vтабл·К1·К2·К3 ; (5.11.)
К1 = 10 – коэффициент зависящий от размеров обработки;
К2 = 09 – коэффициент зависящий от обрабатываемого материала;
К3 =075 - коэффициент зависящий от стойкости и материала инструмента.
Vрасч. = Vтабл·К1·К2·К3 = 240*10*09*075=162 ммин
Расчет чисел оборотов шпинделя соответствующих рекомендуемым скоростям резания:
n = = 32245обмин. (5.12.)
Назначения числа оборотов шпинделя станка проверяем по паспорту.
Уточняем скорость резания по принятому числу оборотов шпинделя:
V = = 16079 ммин. (5.13.)
III. Величину окружной силы резания при фрезеровании рассчитываем по формуле: [14стр.78]
где Z – число зубьев фрезы
n – число оборотов фрезы в минуту.
X y n q w- коэффициенты и показатели степени в формуле приведены в справочнике.
Рис. 5.2. Схема фрезерования торцевой фрезой
3.2. Техническое нормирование
После определения содержания операций выбора оборудования инструментов и расчёта режимов резания нормы времени определяются в такой последовательности.
На основании рассчитанных режимов резания работы оборудования по каждому переходу вычисляется основное (технологическое) время .
По содержанию каждого перехода устанавливается необходимый комплекс приемов вспомогательной работы и определяется вспомогательное время с учётом возможных и целесообразных совмещений и перекрытий.
По нормативам в зависимости от операций и оборудования устанавливается время на обслуживание рабочего места отдых и естественные надобности и .
Определяется норма штучного времени
Для серийного производства устанавливается состав подготовительно- заключительной работы вычисляется подготовительно-заключительное время и штучно - калькуляционное
)Поскольку предыдущее определение типа производства показало что мы имеем серийное производство то нормой времени будет штучно-калькуляционное время Тшт.к [5с.205]
(5.16.) Детально рассмотрим определение То для операции 005
; выбор вспомогательного времени ведём по [4стр.84].
; выбор подготовительно-заключительного времени производим по [4с.142].
равны по 4% от Топер
Топер = То+Тв (5.17.)
Подставляя время в формулу определим
Аналогично рассчитываются То для остальных операций. Расчёты заносим в операционную карту.
)Вспомогательное время расходуется рабочим на действия обеспечивающие выполнение основной работы. Вместе с основным временем оно составляет оперативное время. При расчёте нормы штучного времени учитывается только часть вспомогательного времени не перекрываемая машинным временем. При определении нормы вспомогательного времени суммируют следующие его элементы: время на установку и снятие детали время на приемы управления станком. Сюда входит время затрачиваемое на пуск и остановку станка включение и выключение подачи изменение числа оборотов шпинделя и др. время на измерение деталей(если оно не может быть перекрыто машинным).
Выбор вспомогательного времени ведём по [4стр.84]. Выбранное вспомогательное время заносим в операционную карту.
) Время на обслуживание рабочего места в серийном производстве задаётся в процентах от оперативного времени(суммы вспомогательного и основного времени).
) Время на отдых зависит от веса обрабатываемой детали процента машинного времени величины оперативного времени характера подачи( ручная или механическая) и определяется в процентах от оперативного времени как в массовом так и в серийном производстве.
) Подготовительно заключительное время нормируется на партию деталей и часть его приходящейся на одну деталь включается в норму щтучно-калькуляционного времени (только при серийном и единичном производстве). В состав подготовительно заключительного времени входит ознакомление с работой настройка оборудования на выполнение данной работы настройка оборудования на выполнение данной работы и на требуемые режимы резания пробная обработка деталей получение сдача продукции. Подготовительно-заключительное время задается по нормативам в минутах и зависит от характера и объема подготовительных работ. Выбор подготовительно-заключительного времени производим по [4стр.62122142]. Выбранное время заносим в операционную карту.
По выше изложенной методике производим расчёт нормированного времени и заносим в таблицу 5.4.
Фрезерно-центровальная
3.3. Определение количества оборудования и степени его использования
Расчетное количество станков определяется :
-в серийном производстве по формуле [2с.117]
Где - штучно-калькуляционное время в мин. ;
Принятое число станков (Мn) определится путём округления их расчетного количества обычно в сторону увеличения.
Степень занятости оборудования на каждой из операций определяется коэффициентом нагрузки станка (станков) по формуле [2с.117]
Коэффициент загрузки станка увеличиваем за счет догрузки другими деталями.
Коэффициент использования оборудования по основному времени свидетельствует о доле машинного времени в общем времени работы станка. [2c.117]
По выше изложенной методике рассчитаем количество требуемого оборудования на остальные операции и заносим результаты в таблицу 5.5.
Разработка программ управления на обработку поверхностей на токарном станке с ЧПУ мод.16К20Ф3
Цель: Створення програм керування для токарних верстатів з ЧПК за допомогою системи ADEM. Вивчити інтерфейс САМ-модуля навчитись будувати послідовність технологічних об’єктів і схеми маршруту обробки.
Структура: Відкрити або створити за варіантом електронне креслення деталі що підлягає токарній обробці. Задати маршрут обробки виконати розрахунок траєкторії руху інструмента і моделювання обробки. Згенерувати програму керування для верстата 16К20Ф3. Оформити звіт про лабораторну роботу.
Виконання проекту токарної операції
Натиснемо кнопку «Проект» на панелі САМ нформація. З’явився діалог «Управление проектами».
Виділимо [01] adem потім натиснемо кнопку Выбор.
рис.2 Управление проектом
Зміна положення початку системи координат:
Наведемо курсор на вісь симетрії на відстані 10мм від правого торця деталі і натиснемо англійську літеру «О» на клавіатурі.
Створення маршруту обробки.
Перший проект складається з наступних ТО:
Створення ТО «ПодрезатьТорец»
Перший технологічний об’єкт складається з КЕ «Торец» і ТП «Подрезать». «Торец» - КЕ.
Оберемо кнопку «Торец» на панелі «Конструктивные элементы». З’явиться діалог «Торец».
Натиснемо Хнач і вкажемо точку 1 (рис.3.2).
Натиснемо Dнач (зовнішній діаметр) і вкажемо точку 2.
Натиснемо Dкон (внутрішній діаметр) і вкажемо точку 3.
По завершенню ОК. Буде створено КЕ «Торец».
Створення ТП «Подрезать»
Викличимо команду «Подрезать» за допомогою кнопки на панелі «Переходы». З’явиться діалог (рис.4.1).
Перейдемо на вкладку Дополнительные. Встановимо прапорець Центрование і введемо цифру 2 в полі Глубина.
Перейдемо на вкладку Инстр-нт. В полі Диаметр введемо значення 5.
Завершимо діалог кнопкою ОК. В рядку стану внизу вікна з’явиться назва нового технологічного об’єкта (ТО:1 ПодрезатьТорец)
Створення ТО ТочитьОбласть
Другий технологічний об’єкт складається з КЕ «Область» і ТП «Точить».
Натиснемо кнопку «Область» на панелі «Конструктивные элементы». З’явиться діалог (рис.5.1).
Встановимо прапорець Полуоткрытая і натиснемо ОК.
За допомогою миші вкажемо контур що визначає область (рис.5.3).
Щоб створити ТП «Точить» натиснемо однойменну кнопку на панелі «Переходы». З’явиться діалог «Точить» (рис.5.2).
Перейдемо на вкладку Дополнительные.
Встановимо прапорець на проти Многопроходная і введемо значення 5.
Перейдемо на вкладку Инструмент.
В полі позиція введемо 2.
Зі списку Ширина – Диаметр – Радиус виберемо значення Ширина і натиснемо ОК.
З’явиться в рядку стану назва нового ТО:2 ТочитьОбласть.
Натиснемо кнопку «Область» на панелі «Конструктивные элементы». З’явиться діалог (рис.6.1).
За допомогою миші вкажемо контур що визначає область (рис.6.3).
Щоб створити ТП «Точить» натиснемо однойменну кнопку на панелі «Переходы». З’явиться діалог «Точить» (рис.6.2).
В полі позиція введемо 3.
З’явиться в рядку стану назва нового ТО:3 ТочитьОбласть.
Створення другого проекту
Для обробки деталі з іншого боку (установ Б) необхідно створити другий проект.
Натиснемо «Проект» на панелі «САМ Информация».
Натиснемо кнопку Создать а потім Выбор.
Номер проекту з’явиться в рядку стану системи ADEM
Зміна положення початку координат
Наведемо курсор на вісь симетрії у вільному місці від правого торця і натиснемо англійську букву О на клавіатурі.
Другий проект складається з наступних ТО:
Натиснемо «Торец» на панелі «Конструктивные элементы».
Натиснемо Хнач і вкажемо точку 1 на екрані (рис.7).
Натиснемо Dнач і вкажемо точку 2.
Натиснемо Dкон і вкажемо точку 3.
По завершенню натиснемо ОК.
Задаймо команду «Подрезать» на панелі «Переходы». З’явиться діалог «Подрезать».
Перейдемо на вкладку Инструмент і в полі Диаметр введемо значення 8.
Завершимо діалог ОК. З’явиться ТО:1 ПодрезатьТорец.
Третій технологічний об’єкт складається з КЕ «Область» і ТП «Точить».
Натиснемо кнопку «Область» на панелі «Конструктивные элементы». З’явиться діалог (рис.8.1).
За допомогою миші вкажемо контур що визначає область (рис.8.3).
Щоб створити ТП «Точить» натиснемо однойменну кнопку на панелі «Переходы». З’явиться діалог «Точить» (рис.8.2).
Встановемо прапорець на проти Многопроходная і введемо значення 5.
З’явиться в рядку стану назва нового ТО:2ТочитьОбласть.
Розрахунок траєкторії руху інструмента і моделювання обробки
Натисніть кнопку «Процесор» на панелі «Процесор».
При виконанні команди «Процесор» буде показана траєкторія руху інструмента й з'явиться діалог «Процесор» з повідомленням «Успішне завершення». Натисніть кнопку OK.
Натисніть кнопку «Моделирование» на панелі «Моделирование 2D». По закінченні моделювання з'явиться повідомлення «Успешное завершение». На екрані з'явиться наступне зображення:
Файл CLDATA транслюється в програму керування за допомогою команди «Адаптер». Після трансляції CLDATA в УП з'явиться діалог «Параметри» з параметрами: час обробки й довжина керуючої програми в метрах перфострічки.
Ви можете переглянути й зберегти сгенерировану керуючу програму у форматах .TAP або .TNC. До виконання команди «Процесор» Ви повинні вибрати тип устаткування.
Перетворення CLDATA у програму керування
Команда «Адаптер» транслює файл CLDATA у керуючу програму для певного виду встаткування.
Для перетворення файлу CLDATA у керуючу програму натисніть кнопку «Адаптер» на панелі «Процесор». Після трансляції CLDATA в УП з'явиться діалог «Параметри» з параметрами: час обробки й довжина керуючої програми в метрах перфострічки.
Перегляд програми керування
Після перетворення файлу CLDATA у керуючу програму Ви можете переглянути текст УП. для перегляду УП натисніть кнопку «Просмотр управляющей программы» на панелі «Постпроцессор».
При виконанні команди «Адаптер» обчислюється час обробки для певного виду встаткування й довжина керуючої програми в метрах перфострічки.
Для перегляду цих параметрів натисніть кнопку «Время и длинна» на панелі «Постпроцессор». З'явиться діалог «Параметри» із часом обробки й довжиною УП.
Збереження керуючої програми
Ви можете зберегти сгенерировану керуючу програму у форматах .TAP або .TNC.
Виберіть команду «Сохранить управляющую программу как » з меню «Файл».
Уведіть ім'я керуючої програми в поле «Имя файла».
Виберіть диск і каталог.
Натисніть кнопку «OK».
Автоматично буде створено два файли: один у форматі .Т іншої у форматі .TNC.
Після розрахунку траєкторії руху інструмента (команда «Процесор») Ви можете динамічно моделювати процес обробки. Ви можете вибрати один з наступних типів моделювання: повне моделювання покрокове моделювання відображення траєкторії руху інструмента.
Для об'ємного відображення траєкторії руху інструмента й моделювання обробки Ви можете використати модуль ADEM Verify. Кінцевим результатом моделювання обробки буде твердотільна тонірована модель.
Натисніть кнопку «Объемное моделирование» на панелі «Моделирования 3D». З'явиться вікно модуля ADEM Verify.
Натисніть кнопку «Simulate mode» на панелі «Simulate».
Натисніть кнопку «Start» на панелі «Simulate».
Після об'ємного моделювання на екрані з'явиться наступне зображення:
склад файлу plent.apt проект№1
склад файлу plent.apt проект№2
склад файлу CLD проект№1
склад файлу CLD проект№2
N003 G40 G17 G80 G49
N007 G0 Y62. Z0. S500 M3
N014 G0 X0. Y65.483 Z0.
N016 G1 X-208.832 Y65.483 F20
N024 G1 X-208.832 Y48.165
N032 G1 X-43.975 Y42.542
N033 X-190.975 Y42.542
N034 X-192.775 Y44.142
N035 X-208.832 Y44.142
N036 X-208.832 Y74.142
N040 G0 X0. Y58.48 Z0.
N042 G1 X-347.057 F20
N046 G1 X-347.057 Y51.96
N050 G1 X-347.057 Y45.441
N059 G1 X-222.493 Y40.
N060 X-265.588 Y32.401
N061 X-307.622 Y32.401
N062 X-347.057 Y39.355
Сейчас нет необходимости убеждать кого-либо в том что компьютерное моделирование является необходимым инструментом создания современных технических объектов. Все более широкий круг предметов и явлений становятся объектами компьютерной симуляции. Она внедрилась практически во все сферы инженерной деятельности. Другая тенденция — расширение круга пользователей САЕ (Computer Aided Engineering). Практически до конца 1990-х годов их эксплуатация была уделом узкого круга профессионалов своего рода "гуру" в соответствующих вопросах. Но расширение области применения высокотехнологичных инструментов (бытовая техника электроника индустрия автомобильных компонентов товары для спорта и отдыха бытовая светотехника и т. д.) потребовало создания таких программ которые были бы доступны квалифицированному инженеру и стали атрибутом стандартного рабочего места. Несколько иная ситуация характерна для отечественной промышленности. Несмотря на солидный "объем производства" инженеров квалифицированный персонал весьма непросто сначала подобрать а потом обеспечить работой требующей специальных навыков и способствующей их развитию. Технологический уровень российской промышленности а также система организации производства таковы что почва для процветания продуктов high-end не слишком подходящая. В то же время налицо некоторое развитие (а точнее восстановление) интереса к САЕ-программам. База для этого— массовое распространение геометрических CAD (Computer Aided DesigrO-систем. Значительная доля предприятий использует технологию пространственного моделирования для некоторых она является основным инструментом разработки конструкторской документации и— нередко — технологических процессов (характерный пример — создание программ для УЧПУ). Естественным является переход на следующий уровень — компьютерный анализ и проектирование. Здесь существуют два источника развития: потребности производства и нормальный человеческий интерес. Надо сказать что второе может быть доминирующим. Наиболее логичный путь — освоение интегрированных приложений сопровождаемое (нередко) овладением соответствующей теоретической базой.
Все программы о которых пойдет речь являются так называемыми партнерскими приложениями к системе SolidWorks. Подробнее об этом речь пойдет ниже. Здесь же отметим что это никоим образом не ограничивает круг объектов которые исследуются программами. Для наиболее популярных геометрических САПР разработаны соответствующие модификации расчетных модулей.
9.2. Построение программы МКЭ.
Имея математический аппарат для получения матриц жесткости конечных элементов приведения нагрузок приложенных к поверхности или в объеме элемента к усилиям к узлах а также решения обратных задач: вычисления полей деформаций и напряжений в объеме элемента на базе перемещений в узлах можно построить алгоритм МКЭ. Приведем один из его вариантов для решения задач в линейной постановке. Конкретные реализации могут существенно отличаться от данной схемы.
Производится дискретизация объема занимаемого деталью или сборкой на элементы или как говорят строится сетка конечных элементов. Для объемного тела область разбивается (в рамках функциональности COSMOSWorks) на тетраэдры с гранями аппроксимируемыми линейными (линейная зависимость от координат) или параболическими функциями координат. Для поверхностных моделей — на плоские (линейная) или криволинейные (параболическая зависимость) треугольники.
Для пространственных конечных элементов степенями свободы являются перемещения в направлении осей локальной системы координат элемента. Для конечных элементов оболочек к трем перемещениям в каждом узле добавляются по три угла поворота нормали к срединной поверхности области аппроксимируемой элементом относительно тех же осей.
Определяются зависимости для преобразования перемещений и углов поворота в узлах к глобальной системе координат.
Вычисляются матрицы жесткости конечных элементов. В формулы для расчета компонентов матриц жесткости конечных элементов помимо координат узлов входят модули упругости и коэффициенты Пуассона материалов. То есть если анализируется сборка то в зависимости от принадлежности элемента детали при расчете матриц жесткости элементов используются соответствующие характеристики жесткости материала.
Полученные матрицы жесткости с использованием зависимостей для перехода от локальных систем координат элемента в глобальные преобразуются в глобальную систему координат.
Матрицы жесткости представленные в глобальных координатах объединяются в глобальную матрицу жесткости .
Назначенные пользователем граничные условия статические и кинематические приводятся к нагрузкам и перемещениям в узлах выраженным в глобальной системе координат и включаются в столбец усилий.
Полученная линейная система уравнений вида решается относительно столбца перемещений. Это наиболее трудоемкий этап расчета.
Для решения используются итерационные или прямые методы. Матрица жесткости как правило хранится в компактной форме структура которой определяется до этапа ее заполнения матрицами жесткости элементов.
Для каждого конечного элемента имея перемещения (углы поворота) в узлах и аппроксимирующие функции рассчитываются деформации. Если элементы линейные — деформации в пределах элементов постоянные если элементы параболические — деформации изменяются линейно. На основе деформаций вычисляются напряжения в элементах. При необходимости (функция программы) напряжения в узлах смежных элементов усредняются (это также весьма ответственный этап по-разному решаемый в различных программах) с последующим пересчетом напряжений в пределах каждого элемента.
На основе компонентов напряженно-деформированного состояния и параметров прочности материала (материалов) производится вычисление
эквивалентных напряжений по какому-либо критерию прочности.
9.3. Структурная механика —линейная задача (COSMOSWorks)
COSMOSWorks — это программное обеспечение для решения задач расчета на статическую прочность и устойчивость в линейной и нелинейной постановке выделения собственных частот оптимизации формы деталей и сборок в линейной постановке анализа усталости и поведения конструкции при ударе.
COSMOSWorks — приложение к SolidWorks предназначенное для решения
задач механики деформируемого твердого тела методом конечных элементов.
Продукт разработан фирмой Structural Research and Analysis Corporation
COSMOSWorks позиционируется как инструмент "инженерного" анализа
т. е. предполагается что для специалиста-расчетчика нужны более "серьез-
ные" средства. Однако как показывает практика использования программы
подавляющая часть повседневных задач отечественного машиностроения
(в той их части которая в принципе "подходит" для программ численного
анализа) может быть решена посредством данной программы. Более того
рациональный интерфейс и разумно ограниченная функциональность дают
инженеру возможность сосредоточиться на проектировании не отвлекаясь на присущие "универсальным" пакетам подробности. Как правило залогом создания удачной конструкции является квалификация исполнителя а расчетные программы используются для проверки того что получилось а также поставляют материал для дальнейших проб. В этом случае применение инструментов интегрированных в конструкторские программы позволяет перебирать варианты с минимальными потерями времени на выполнение рутинных операций.
9.4. Теоретическая база
COSMOSWorks построен на базе метода конечных элементов.. Здесь мы отметим ряд особенностей его реализации в данной программе. Они относятся к вопросам которые весьма часто возникают на практике.
В COSMOSWorks используются два типа конечных элементов: объемные
изопараметрические тетраэдры и треугольные элементы оболочек. Оба этих типа могут иметь линейное или параболическое поле перемещений
(постоянную деформацию или линейное поле деформаций). Тетраэдры содержат соответственно 4 или 10 узлов а оболочки— 3 или 6. Никаких
других типов элементов: балок стрежней контактных элементов и т. д.
Программа не допускает сосуществование в одной модели твердотельных и оболочечных конечных элементов. Это серьезное в принципе ограничение в какой-то степени компенсируется тем что в универсальных пакетах МКЭ методика сопряжения элементов различных типов также неоднозначна.
Контактные конечные элементы по крайней мере в явном виде в программе отсутствуют. На основе косвенных наблюдений можно утверждать что учет соответствующих граничных условий осуществляется изменением глобальной матрицы жесткости системы.
Другие типы кинематических граничных условий реализуются непосредственным изменением матрицы жесткости системы (в ранних версиях программы для этого использовались штрафные функции — фактически "очень" жесткие вспомогательные элементы что приводило к ошибкам программы).
Сочетание в пределах одной сборки контактных граничных условий типа входа в контакт и выхода из контакта возможно но получающиеся результаты иногда неадекватны ситуации.
Для расчета сборок в программе реализованы граничные условия такие как Дистанционная нагрузка (Remote Load) Точно (Rigid) Шпилька (Pin). Реализация этих условий (или некоторых их разновидностей) предполагает такие изменения матрицы жесткости системы (нам неизвестно осуществляются они через непосредственную ее модификацию или же посредством ввода вспомогательных "жестких" конечных элементов) которые фактически приводят к появлению в модели абсолютно жесткого объекта (виртуального). Как следствие в месте где этот объект взаимодействует с "реальными" деталями сборки (фактически в зоне приложения описанных граничных условий) возможно появление теоретически бесконечных деформаций (напряжений). На практике это выражается в отсутствии сходимости решения при уплотнении сетки и скорее всего некорректным результатам.
В COSMOSWorks присутствует р-адоптивный метод построения сетки конечных элементов. Это значит что в зонах с высоким градиентом энергии деформации программа увеличивает порядок полинома аппроксимирующего поле перемещений в конечном элементе. При некорректной постановке кинематических граничных условий возможно появление особенностей (теоретически бесконечных деформаций и напряжений).
Применение данной опции для таких расчетных моделей приводит к абсурдным результатам.
В рамках упругого анализа возможно использование ортотропных материалов. Доступны ортогонально-ортотропные и как частный их случай (он не выделяется отдельно) трансверсально-изотропные материалы.
Возможно назначение цилиндрической ортотропии. Криволинейная ортотропия отсутствует. Присвоение свойств анизотропии неплоским оболочкам формально возможно но получающийся результат неудовлетворителен (для версий программы до 2005 года). При оценке прочности сборок посредством функции COSMOSWorks
Проверка прочности (Design Check Wizard) для всех материалов используется один и тот же тип критерия прочности. Таким образом применение этой функции для анализа сборок содержащих детали из хрупких и вязких материалов проблематично.
Встроенный с COSMOSWorks модуль оптимизации как предполагается
основан на методе прямого поиска с внешней штрафной функцией Это делает вероятной сходимость к точке которая находится вне допустимой области вблизи одного или нескольких ограничений. Оптимизация по критерию минимумамаксимума эквивалентного напряжения в COSMOSWorks невозможна. По причине описанной выше (невозможность одновременного использования различных критериев прочности) оптимизация сборок детали из которых изготовлены из различных типов материалов в присутствии ограничений на допустимые эквивалентные напряжения проблематична.
9.5. Базовые возможности анализа
COSMOSWorks позволяет выполнять следующие виды моделирования:
статический анализ в упругой постановке с расчетом отдельных деталей по пространственной или оболочечной модели а также сборок в трехмерной постановке с учетом взаимодействия деталей;
расчет собственных частот и соответствующих им форм для деталей
в твердотельном или оболочечном представлении а также сборок с неподвижными деталями;
расчет величин критических нагрузок потери устойчивости и соответствующих им форм для деталей в твердотельном или оболочечном представлении а также сборок с неподвижными деталями;
тепловой расчет с учетом явлений теплопроводности конвекции излучения но без учета движения сред;
термоупругий анализ на базе результатов теплового расчета;
параметрическая оптимизация по критерию минимизациимаксимизации массы объема собственных частот и критической силы;
имитация деформирования конструкции с учетом физической и геометрической нелинейности а также в виду изменения нагрузок и температуры во времени;
моделирование эффекта падения конструкции на жесткую поверхность;
усталостный расчет с учетом кривых усталости формы кривой нагрузки а также линейной гипотезы суммирования повреждений.
Все эти типы анализа могут быть связаны с одним и тем же объектом
COSMOSWorks требует соблюдения базовой канвы алгоритма метода конечных элементов предоставляя внутри каждого этапа определенную свободу в последовательности шагов подготовки модели и рассмотрения результатов.
Для расчета в упругой постановке предполагаемая цепочка событий описана
Создание анализа определенного типа и определение его настроек. Последние могут быть изменены в любой момент перед выполнением расчета.
Заполнение если необходимо таблицы параметров определяющей набор
величин которые могут изменяться (конкретно — для которых могут назначаться списки значений) в ходе расчета.
Подготовка исходных данных внутри заданного анализа:
назначение материала детали или деталям;
назначение кинематических граничных условий;
назначение статических граничных условий;
Связывание в случае необходимости параметров из таблицы параметров
с соответствующими анализами.
Структурная механика — линейная задача (COSMOSWorks)
Обработка результатов:
создание необходимых диаграмм;
экспорт результатов.
Процедура оптимизации базируется на результатах расчетов в линейной по-
становке (статического анализа расчета на собственные частоты и на устой-
чивость). Усталостный анализ требует также выполнения статического рас-
Анализ напряжения Вал шлицевый
Инфор&мация о нагрузке и ограничении
Свойство упражнения
a.Результаты по умолчанию
Подвести итог анализа FEM на Вал шлицевый
Не следует основывать ваши проектные решения исключительно на данных представленных в этом отчете. Используйте эту информацию совместно с экспериментальными данными и практическим опытом. Испытания в условиях эксплуатации обязательны для утверждения окончательного проекта. COSMOSWorks помогает уменьшить время продвижения на рынок путем снижения но не упразднения испытаний в условиях эксплуатации.
Местоположение модели:
C:DocumentsДетали машинBJVВал шлицевый.SLDPRT
Местоположение результатов:
F:DOCUME~1ALEKSA~1LOCALS~1Temp
Упражнение 1 (-По умолчанию-)
Ограничение-1 Вал шлицевый>
вкл 2 Грани в зафиксированном состоянии.
Сила-1 Вал шлицевый>
вкл 18 Грани приложение нормальной силы 1 N используя равномерное распределение
Последовательное нагружение
Сетка на твердом теле
Используемое разбиение:
Автоматическое уплотнение сетки:
Сглаживание поверхности:
Количество элементов:
Время для завершения сетки (часы;минуты;секунды):
Информация о решающей программе
Тип решающей программы:
Включить тепловые эффекты
Термальный параметр:
Исходная температура
Справочная температура при нулевой деформации: 298 Kelvin
Состояние контакта: Соприкасающиеся грани - Связанные
a. Результаты по умолчанию
VON: Напряжение Von Mises
URES:Результирующее перемещение
ESTRN: Эквивалентная деформация
Вал шлицевый-Упражнение 1-Напряжение-Напряжение1
Вал шлицевый-Упражнение 1-Перемещение-Перемещение1
Вал шлицевый-Упражнение 1-Деформация-Деформация1
Имя библиотеки материалов:
Тип модели материала:
Линейный Упругий Изотропный
Коэффициент Пуассона
Предел прочности при растяжении
Коэффициент теплового расширения
Удельная теплоемкость
Коэффициент отверждения (00-10; 00=изотропный; 10=кинематика)
1.1. Экономическое обоснование целесообразности применения специального приспособления.
Расчёт экономической целесообразности применения приспособления основывается на сопоставлении затрат и получаемой экономии. Условие эффективного применения приспособления выражается формулой.
Где - годовая экономия (без учета годовых затрат на приспособление) руб.
- годовые затраты на приспособление руб.
Годовая экономия в свою очередь может быть определена как:
Где - штучное время при обработке детали без приспособления или в универсальном приспособлении мин.
- штучное время на операции после внедрения проектируемого приспособления мин.
- часовая затраты по эксплуатации рабочего места копч;
N-годовая программа
Расчёт производится по методике изложенной в разделе «Выбор варианта технологического маршрута и его технико-экономическое обоснование» пособия (2стр.40).
Годовые затраты на приспособление
Где - стоимость приспособления (2табл.63)
А - коэффициент амортизации: при окупаемости в два года 05; при окупаемости в три года 033;
В- коэффициент учитывающий ремонт и хранение приспособления; 01-02
Экономический эффект от применения приспособления представляет собой разность между годовой экономией и годовыми затратами на приспособление.
С данного расчета мы видим что применение специального приспособления целесообразно как с экономической точки зрения так и с технологической. Приспособление удобно использовать для закрепления и снятия детали этим мы сокращаем вспомогательное время увеличивая производительность и повышая загрузку станка уменьшая время его простоя.
4. Конструкция и расчет приспособления
4.1. Выбор схемы базирования
Выбор схемы базирования осуществляется исходя из конструкции детали схемы и способа обработки поверхности. При этом поверхности принимаемые в качестве технологических баз должны иметь достаточную протяженность и площадь и обеспечивать такую схему базирования при которой число лишаемых степеней свободы достаточно для получения выдерживаемых на данной операции размеров допусков отклонений форм и расположения поверхностей. Вместе с этим заготовка должна занимать в приспособлении надлежащее ей положение под действием собственного веса и должно обеспечиваться устойчивое положение ее при обработке. [7стр.22]
Схемой обработки на данном этапе предусматривается фрезерно-центровальная операция (рис.5.3.)
Рис. 5.3. Схеме базирования вала
4.2.Выбор установочных элементов для реализации
принятой схемы базирования
Для реализации принятой схемы базирования установочные элементы выбираем с учетом конструкции детали формы размеров точности и качественного состояния базовых поверхностей.
С учетом этих показателей в качестве установочных элементов по ГОСТ 12195-66 принимаем призмы опорные. Размеры установочных элементов принимаем в соответствии с размерами базовых поверхностей. Шероховатость их рабочих поверхностей не должна быть больше шероховатости базовых поверхностей детали. [9стр.363]
Такое размещение обеспечивает наилучшую устойчивость заготовки и распределение опорных реакций сил резания и закрепления.
Эскизы выбранных установочных элементов приведены на рис 5.4.
4.3. Силовой расчет приспособления
Силовой расчет приспособления выполняется с целью обеспечения гарантированной неподвижности обрабатываемой заготовки под действием технологических нагрузок.
Силовой расчет приспособления включает:
-анализ схемы действия сил;
-расчет зажимного механизма;
-расчет усилия закрепления;
-расчет силового привода.
Основными силовыми технологическими факторами действующими пря механической обработке являются силы резания трения веса и инерции.
Величины сил резания и трения рассчитываются по известным формулам [14cтр.73-78] теории резания и обработки. Эмпирические коэффициенты и показатели степени определяются по справочникам [1].
Расчет режимов резания на фрезерно-центровальную операцию приведен в разделе 5.3.1. - «Расчет режимов резания».
Рассчитаем силу зажима заготовки в призме:
где К = К0·К1·К2·К3·К4·К5·К6 – коэффициент запаса;
(Как известно условия механической обработки в определенной мере носят случайный характер что обусловливает возможные случайные изменения силовых факторов зависящих от условий обработки. В первую очередь это касается силы резания. Для компенсации возможных случайных отклонений силовых факторов от рассчитанных (средних) значений в силовой расчет вводится коэффициент запаса);
М – крутящий момент:
Мкр = Рz·D2 = 27348*0072 = 957 Н·м; (5.22)
К0=15 - гарантированный коэффициент запаса;
К1=12 - учитывает состояние базовых поверхностей;
К2=10-19 - учитывает затупление инструмента;
К3=10 - 12 - учитывает ударную нагрузку на инструмент;
К4=10 - 13 - учитывает стабильность сил развиваемых приводом;
К5=10-12 - учитывает удобство управления зажимными механизмами с ручным приводом;
К6=10-15 - учитывает определенность расположения опорных точек при смещении заготовки моментом сил.
Все коэффициенты определяем по справочной литературе [1].
К = 15*12*13*12*13*15 = 547
При определении величины силы трения принят коэффициент трения f=025
Направление действия и точка приложения усилия закрепления определяются исходя из общего требования: необходимо исключать возможность смещения или поворота характерных для рассматриваемой опасной ситуации. То есть сила закрепления непосредственно или через создаваемые ею силы трения и реакции опор должна препятствовать возможному смешению или провороту заготовки. При этом следует стремиться к такому выбору направления и точки приложения усилия закрепления чтобы одновременно исключить возможность потери неподвижного состояния заготовки для всех опасных ситуации.(см.рис.2.2)
Рис.5.4. Схемы установки вала
4.4. Выбор зажимного механизма для станочного приспособления.
Выбор зажимного механизма.
Выбор вида зажимного механизма осуществляется с учетом принятых решений по принципиальной схеме приспособления требования и ограничений по габаритам и компоновке основных элементов приспособления. Зажимной механизм реализует усилие закрепления путем преобразования силы развиваемой приводом приспособления.
Принципиальную схему и вид зажимного механизма выбираем в соответствии с принятой схемой базирования и обработки заготовки и с учетом величины и места приложения силы ее закрепления. При этом структура и компоновка механизма должны быть простыми. а само приспособление компактным небольших габаритов удобно в монтаже на столе станка и в эксплуатации; обеспечивать необходимое усилие закрепления и достаточное быстродействие.[15]
К своей детали я подобрала зажимной механизм рычажного типа (См.чертеж приспособления)
Краткое описание работы и конструкции данного механизма:
-- Под действием давления сжатого воздуха подаваемого в рабочий цилиндр поршень со штоком одновременно расходятся поворачивая рычаг и осуществляя зажим заготовки.
-- Приспособление компонуется на столе станка. Состоит из корпуса 2установочных призм 1 пневмоцилиндра 3 выполненного в корпусе приспособления штока 4 и рычага 5 осуществляющего зажим.(см. рис.5.5.)
Основные технические требования к расположению установочных элементов: [15]
-- Отклонения от параллельности осей призм относительно поверхности А не более Т1 на длине l1.
-- Отклонения от параллельности осей призм относительно направляющей базы приспособления (поверхность Б) не более Т2 на длине l2.
-- Простота конструкции; можно получить выигрыш в силе или в перемещении (в данном случае в перемещении); постоянства силы закрепления которое не зависит от размеров заготовки. Возможность установки заготовки в труднодоступных местах технологичность удобства эксплуатации и надежность.
-- является несамотормозящим механизмом; не предназначен для непосредственного закрепления нежестких заготовок.
Рис.5.5. Станочное приспособление для
фрезерно-центровальной операции
Определение величины силы тяги на штоке пневмоцилиндра:
W = Pз·· где (5.23.)
L1 и L2 – плечи данного зажимного механизма (см. чертеж Зажимной механизм): L1 = 0043м; L2 = 0088м.
– коэффициент полезного действия пневмоцилиндра. ( = 09)
Pз – исходная сила прикладываемая к ведущему звену механизма;
W = Pз·· = 3489··09 = 44954 Н.
4.5. Расчет параметров привода
В данном случае был выбран пневматический зажимной механизм. В качестве исполнительного механизма в пневматическом приводе используется цилиндры. Основные параметры цилиндра - диаметры поршня и штока определяются с учетом конструктивных особенностей цилиндра.
Диаметр поршня одноштокового цилиндра двухстороннего действия (рабочий и обратный ходы выполняются под действием давления рабочей среды) определяется выражением: [7cтр.34]
W - сила тяги на штоке пневмоцилиндра; (см.выше);
P - давление рабочей среды (жидкости или газа) Hм2 (Па);
– коэффициент полезного действия пневмоцилиндра. ( = 09).
Диаметр штока цилиндра предварительно можно принять равным:
для пневматического:
dш=·dn = 025·403 = 12075мм. (5.25.)
4.6. Оценка точности приспособления
Проектируемое приспособление должно обеспечивать требуемый уровень точности обработки что соответствует выполнению следующего условия:
где [] – допустимая величина погрешности приспособления (мкм);
- действительная величина погрешности приспособления (мкм).
Допустимая величина погрешности зависит от величины допуска
на геометрический параметр получаем при обработке с помощью данного приспособления и определяется с учетом погрешностей механической обработки другого вида. [7cтр.42].
где - среднеэкономическая точность данного вида обработки
определяемая по справочнику 13 ; (принимаем = 160мкм)
- коэффициент ужесточения (06 – 08).
Т – допуск на размер (Т = 300мкм).
= 300 – 160·06 = 204мкм.
Действительная погрешность приспособления включает три составляющие
где - погрешность базирования (мкм);
- погрешность закрепления (мкм);
- погрешность приспособления (мкм).
Погрешность закрепления рассчитывается по рассчитанным величинам смещений заготовки
где - наибольшее и наименьшее смещение заготовки (мкм);
α - угол между линией действия силы закрепления направлением выполняемого размера.
Перемещения Ymax и Ymin определяются величиной контактной деформации в местах контакта детали с опорными элементами и вычисляются по формуле.
Y = Cm·Qn где (5.29.)
Cm – коэффициент характеризующий вид контакта. [9стр.529].
(принимаем Cm = 0026);
Q – сила зажима заготовки (Q = 44954Н);
Ymin = Cm·Qn = 0026·61330.4 = 085мкм
Ез = (Ymax - Ymin) = 1186мкм.
Погрешность вызываемая размерным износом режущего инструмента:
Eu.u = hз·tgα = 04·tg10º = 71мкм.
hз = (03-08) – допустимый износ режущего инструмента по задней поверхности; Принимаем hз = 04.
α – задний угол инструмента.
Погрешность станка. Принимаем по справочным материалам [8].
Погрешность фрезерного станка Ест = 20мкм.
Определим величину погрешности приспособления.
Епр – погрешность вызванная неточностью приспособления.
где t – коэффициент определяющий долю возможного брака; t = 3;
λ1 и λ2 – коэффициенты зависящие от кривой распределения;
Еус = (0 – 15)мкм; Еи = (0 – 10)мкм.
Определим величину допускаемого износа - U.
U = 1·N = 03·6000 = 18000.
– коэффициент характеризующий форму поверхности опор.
Для призмы 1 = 03 – 05.
Погрешность базирования возникает при несовпадении технологической и измерительной баз. Погрешность закрепления обусловлена неоднородностью свойств поверхности обрабатываемой заготовки в (основном шероховатости и твердости) а также нестабильностью величины усилия закрепления.
В данном случае погрешность базирования = 0 т.к. соблюдается постоянство баз.
Исходя из расчетных данных найдем суммарную погрешность:
Е = К· = 1· = 7684мкм.
В этом случае условие соблюдается и следовательно требуемая точность обработки детали в приспособлении обеспечивается.
Червячные фрезы являются наиболее распространенным видом зубообрабатывающего инструмента.
Начало работ по оснащению червячных фрез твердым сплавом относится к 1938 г. Тогда на фрезы стандартной конструкции напаивались пластинки твердого сплава. Сложность пайки большого количества близко расположенных зубьев низкое качество сплава и высокая трудоемкость при недостаточном качестве обработки не обеспечивали стабильной и производительной работы фрез. Позже в 1944 г. появился ряд сборных конструкций фрез. В них использовались гребенки или отдельные зубья оснащенные твердым сплавом которые механическим способом закреплялись в стальном корпусе.
В 1948 г. были разработаны острозаточенные червячные фрезы у которых отдельные зубья с напаянными пластинками твердого сплава шлифовались по задним поверхностям вне корпуса фрезы в специальных приспособлениях. Эти фрезы были сложны в изготовлении не надежны при работе по стали из-за сколов зубьев и неудобны в эксплуатации так как для заточки их по задним поверхностям необходима полная разборка фрезы. В последующие годы разрабатывались различные варианты острозаточенных фрез.
Червячные фрезы различаются по виду зацепления назначению точности конструкции режущих элементов форме задних поверхностей способу крепления зубьев.
Твердосплавные червячные фрезы предназначены для скоростного зубофрезерования методом обкатки зубчатых колес с эвольвентным круговинтовым циклоидальным и другим зацеплением модулем 02—10 мм из различных материалов: конструкционных и труднообрабатываемых сталей и сплавов чугунов цветных металлов и неметаллических материалов. По точности фрезы могут быть чистовыми класса А и АА (ГОСТ-9324—60) получистовыми под шевер класса. А и В и черновыми под шлифование и черновое зубофрезерование класса В и С.
В зависимости от модуля фрезы выполняются цельно-твердосплавными или сборными. Червячные мелкомодульные (02—15 мм) фрезы изготавливаются преимущественно из твердого сплава. Фрезы малых и средних модулей (15—10 мм) представляют собой сборные конструкции с режущими элементами из твердого сплава. Классификация твердосплавных сборных червячных фрез по конструктивным параметрам представлена на рис. 3.
Режущие элементы фрез выполняются в виде гребенок или отдельных зубьев причем они могут быть монолитными твердосплавными или с напаянными пластинками сплава.
По форме задних поверхностей твердосплавные червячные фрезы подразделяются на острозаточенные и затылованные. Задние поверхности зубьев выполняются плоскими или цилиндрическими у острозаточенных фрез и затылованными по поверхности вращения или по винтовым поверхностям и спирали Архимеда — у затылованных.
Существует три основных типа сборных твердосплавных червячных фрез в диапазоне модулей 15-10 мм: острозаточенные червячные фрезы; червячные фрезы с твердосплавными поворотными пластинками-зубьями; червячные фрезы с твердосплавными затылованными зубьями.
Рис. 3. Классификация твердосплавных червячных фрез по конструктивным параметрам
Мелкомодульные червячные фрезы применяются для чистового зубофрезерования зубчатых колес 6—7-й степени точности по ГОСТ 1643—56 модуля 02—15 мм изготавливаемых из различных материалов с твердостью до HRC 45—50.
Рис.4. Основные конструктивные параметры мелкомодульной фрезы
Рис.5. Мелкомодульные червячные фрезы с напайными твердосплавными пластинками:
а – с неглубокими пазами под пластинки; б – с глубокими пазами под пластинки.
Рис. 6. Мелкомодульные червчные фрезы с механическим креплением реек в пазах корпуса:
а – коническими шайбами; б – напрессованными кольцами; в – продольными штифтами.
Острозаточенные червячные фрезы малых и средних модулей. Название этих фрез определяется способом заточки их по задним поверхностям зубьев — «наостро». При таком способе заточки имеется возможность боковым режущим кромкам придать увеличенные задние углы независимые от величины заднего угла по вершине зуба. Это важно для улучшения условий резания боковыми кромками и как следствие для повышения стойкости фрез. Однако увеличение задних углов приводит к уменьшению угла заострения что снижает прочность режущих кромок. В связи с этим фрезы этого типа могут успешно применяться только при обработке зубчатых колес из бронзы текстолита полиамидных смол и других подобных материалов.
Восстановление (заточка) затупившихся острозаточенных фрез является чрезвычайно сложным процессом так как для этого необходима полная разборка фрезы. Шлифование зубьев производится в нескольких специальных приспособлениях. Заточка острозаточенных фрез в сборе в настоящее время не освоена несмотря на то что предпринимаются попытки создания специального станка для этой цели. Сложность заточки компенсируется высокой стойкостью фрез при обработке указанных выше материалов.
Существует нескодько конструкций острозаточенных червячных фрез. На рис. 7 показана сборная червячная фреза выполненная совместно с оправкой. Зубья этой фрезы оснащены пластинками твердого сплава. Установка зубьев на размер после заточки производится в специальном шаблоне с помощью регулировочного винта. Крепление зубьев осуществляется винтами оси которых направлены вдоль паза корпуса. Сложность сборки фрезы и необходимость подгонки зубьев по индикатору вызывает большие трудности ее эксплуатации.
Рис.7. Сборная червячная острозаточенная фреза со вставными зубьями выполненная совместно с оправкой.
Рис. 8. Острозаточенная червячная фреза с креплением зубьев эксцентриками.
Насадная червячная фреза с зубьями оснащенными твердым сплавом показана на рис. 8. Корпус 1 фрезы выполняется из конструкционной стали и имеет продольные пазы количество которых соответствует числу режущих реек собранных из отдельных зубьев 3.
Для передачи крутящего момента корпус имеет торцовую шпоночную канавку.
С одной стороны корпуса устанавливается базовое кольцо 4 с выступами входящими в пазы корпуса.
Рис. 9. Острозаточенная червячная фреза с креплением зубьев винтами вдоль паза (конструкция ВНИИ).
Кольцо закрепляется гайкой 5. Выступы кольца выполняются с высокой точностью и служат для установки зубьев по винтовой поверхности. Длина каждого последующего выступа возрастает на величину равную величине осевого шага фрезы деленного на число пазов в корпусе (или на число режущих реек фрезы). Зажим зубьев в пазах производится эксцентриками 2.
Дальнейшим развитием конструкций сборных червячных фрез является фреза показанная на рис. 9. В отличие от предыдущей конструкции базовое кольцо 5 выполнено в виде отдельных опорных сухарей установленных в кольцевой паз корпуса. Крепление зубьев 4 выполняется винтами 2 через прокладки 3 по неполной резьбе остающейся в отверстии после прорезки паза.
На рис. 10 представлена сборная острозаточенная червячная фреза модуля 9 мм. Корпус фрезы 4 выполнен из стали 45Х с твердостью HRС 30—35 в виде втулки со сквозными продольными пазами. В этих пазах укрепляются режущие зубья 3 с припаянными пластинками твердого сплава. Расположение зубьев по винтовой поверхности достигается за счет установки в пазах корпуса точно выполненных упоров 10 запрессованных в установочном кольце 9. Последнее плотно прижимается к корпусу винтами 8 и фиксируется от смещения штифтом 5. Упоры в собранной фрезе последовательно и равномерно увеличиваются по высоте на величину равную осевому шагу деленному на число пазов в корпусе. В осевом направлении зубья закрепляются винтами 6' через сухари 7. Со стороны передней поверхности креп-мление зубьев в пазу корпуса осуществляется клиньями 2 при помощи винтов 1.
Второй вариант конструкции червячной фрезы модуля 9 мм показан на рис. 11. Корпус 6 фрезы имеет
Рис. 10. Сборная острозаточенная червячная фреза модуля 9 мм.
Рис. 11. Сборная острозаточенная червячная фреза модуля 9 мм.
определенное число отверстий соответствующее количеству зубьев фрезы. Отверстия выполнены в радиальном направлении и расположены по винтовой линии с шагом равным шагу фрезы. В отверстия вставляются и закрепляются зубья 5 которые опираются на опорные втулки 7 закрепленные в корпусе.
Положение зуба в отверстии фиксируется штифтом 3 входящим в паз державки а крепление его осуществляется при помощи клина 2 затягиваемого винтом 4. Давление зажима на зуб передается через клинообразную прокладку 1 что обеспечивает прижим зубьев к опорной стороне цилиндрической поверхности отверстия.
Корпус фрезы выполняется из стали 45Х с термообработкой до твердости HRC 25—30. Правильная установка зубьев зависит не только от точности расположения и диаметра отверстий в корпусе но также от места установки штифтов фиксирующих зубья. Направление осей фиксирующих штифтов совпадает с направлением винтовых канавок за счет чего устанавливаемые зубья разворачиваются на угол подъема винтовой поверхности причем передние поверхности зубьев располагаются перпендикулярно направлению витка. Такое расположение зубьев уравнивает углы резания боковыми кромками.
Точность установки зубьев по высоте зависит в первую очередь от точности расположения торцов упорных втулок 7 относительно оси червячной фрезы. Для получения необходимой точности торцы втулок должны находиться на одинаковом расстоянии от оси с отклонением не более 001 мм. Сложность обеспечения данного условия привела к изменению базирования зубьев: вместо торцов втулок — диаметр центральной втулки запрессованной в отверстие корпуса.
Двухзаходная червячная твердосплавная фреза модуля 425 мм представлена на рис. 12. Корпус 6 фрезы выполнен из стали 45Х с термообработкой до твердости HRC 25—30. Отверстия для зубьев располагаются по двум винтовым поверхностям левого двухзаходного червяка. В средней части отверстий сделаны выточки для лучшего базирования зубьев по кольцевым пояскам.
Рис. 12. Двухзаходная червячная фреза модуля 425 мм.
Отверстия выполнены глубже чем длина зуба для установки в эти углубления пружин 7 обеспечивающих перемещение зубьев в радиальном направлении. Перпендикулярно к осям зубьев имеются отверстия для клиньев. Зуб 5 фрезы выполнен в форме срезанного цилиндра с припаянной пластинкой твердого сплава. Зажим зубьев
Рис.13. Червячная фреза с кольцевыми твердосплавными режущими элементами.
осуществляется при помощи клиньев 4 затягиваемых в осевом направлении винтами 3. Последние удерживаются от смещения в направлении оси фрезы кольцами 1 и 2 насаженными на торцовые выступы корпуса. С целью повышения точности фрезы и надежности крепления зубьев можно применять их группирование в короткие рейки состоящие из двух или трех зубьев.
На рис. 13 показана конструкция червячной фрезы с кольцевыми твердосплавными режущими элементами. Кольца обрабатываются по заданному профилю после чего на рабочей поверхности прорезаются режущие зубья с мелким окружным шагом и на кольцах делается радиальный разрез. Кольца с шайбами устанавливаются на корпус имеющий с одной стороны уступ в виде фланца в который упирается втулка. Режущие элементы и шайбы устанавливаются на корпусе так чтобы их прорези находились на одной линии а затем закрепляются с упорным выступом. Крышка к корпусу крепится винтами. Торцовые опорные поверхности втулки и крышки являются винтовыми. При затягивании крышки кольца деформируются и их режущие кромки располагаются по винтовой поверхности заданного шага.
Червячные фрезы с поворотными твердосплавными зубьями. Твердосплавные червячные фрезы с острозаточенными режущими элементами имеют ряд недостатков. Зубья фрез имеющие углы заострения меньше 90° не обеспечивают надежность работы фрезы при нарезании стальных зубчатых колес из-за частых сколов наружных и переходных режущих кромок. Напайные зубья фрез подвержены напряжениям от пайки и не могут быть качественно обработаны алмазно-абразивными инструментами. Одним из существенных недостатков таких фрез является необходимость перешлифовки зубьев фрез по задним поверхностям при каждой заточке фрез.
Указанные недостатки исключаются в случае применения в качестве зубьев фрез поворотных неперетачиваемых пластинок твердого сплава имеющих углы заострения 90° и более дающих возможность использовать для них более износостойкие марки твердых сплавов (Т15К6 и др.) и позволяющих осуществлять их полную обработку только алмазными кругами.
Теоретическим анализом установлена возможность успешного применения поворотных неперетачиваемых пластинок в качестве зубьев червячных фрез модуля 15—40 мм. Наиболее целесообразно применение червячных фрез с поворотными неперетачиваемыми пластинками-зубьями при скоростном зубофрезеровании под шевингование или зубошлифование стальных зубчатых колес с твердостью до НВ350.
На рис. 14 показана такая фреза модуля 25 мм с наружным диаметром 160 мм. С целью увеличения количества зубьев уменьшения угла подъема винтовой поверхности влияющего на уменьшение заднего бокового угла зубьев и повышения точности обработки наружный диаметр этой фрезы увеличен по сравнению со стандартными фрезами из стали Р18. В основу конструкции положен принцип жестких базовых поверхностей под пластинки-зубья точность которых достигается шлифованием.
Рис. 14. Сборная червячная фреза с поворотными пластинками-зубьями
Фреза состоит из корпуса 1 имеющего 17 пазов расположенных параллельно оси и таким образом что обеспечивается необходимый отрицательный передний угол установки зубьев. Корпус изготавливается из стали 40Х с термообработкой до твердости HRC 35—40. Срок службы корпуса рассчитан на эксплуатацию 80—100 комплектов зубьев.
В пазы корпуса устанавливаются пластинки-зубья 5 ромбовидной формы позволяющие четырехкратно использовать режущие стороны без переточки. После износа четырех сторон профиль может быть многократно восстановлен шлифованием. С учетом четырех поворотов пластинок-зубьев перешлифовок и возможных их перестановок комплект из 85 штук может обеспечить фрезе до 40 периодов стойкости. Длина зубьев уменьшается после каждой перешлифовки на 05 мм. Они могут использоваться со сменными подкладками в прежнем корпусе или в новом. Пластинки-зубья устанавливаются в корпусе с вылетом до 1 мм относительно опорной стороны гребней а на дне паза они опираются на твердосплавные базовые вставки.
По толщине пластинки имеют размер 6 мм и устанавливаются в паз корпуса по ходовой посадке. Ширина их равна осевому шагу фрезы с допуском 0003— 0005 мм. Профиль пластинок зубьев имеет модификацию (фланкирование) с целью обеспечения рационального припуска под шевингование. Длина пластинок равна 26 мм. Эта величина выбрана из условий достаточно надежного их крепления — опорные шаговые площадки должны иметь длину не менее 8 мм.
Установка зубьев по винтовой поверхности достигается с помощью опорных сухарей 6 имеющих разную длину выступов отличающихся на 117 осевого шага фрезы. Опорные сухари имеют точные размеры по длине так как от точности последних зависит отклонение положения режущих кромок фрезы от теоретической винтовой поверхности. Опорные сухари крепятся в корпусе винтами 7. Это сохраняет их постоянную установку при переборках фрезы.
Крепление пластинок-зубьев может осуществляться различными способами. В данном случае крепление осуществляется клиновыми сухарями 2 которые устанавливаются в кольцевой паз корпуса имеющий коническую поверхность с углом 10°. Зажимные сухари так же как и опорные имеют различную длину выступов с той лишь разницей что точность последних значительно ниже. Закрепление зубьев осуществляется при завинчивании винта 4. Зажимной сухарь перемещается одновременно к центру фрезы и вдоль паза закрепляя при этом зубья. При смене режущих кромок пластинки (при ее повороте) раскрепление последней может производиться путем вывинчивания винта 4 непосредственно на станке без снятия фрезы. Винт упираясь головкой в шайбу 3 выталкивает сухарь и удерживает его в таком положении при повороте пластинок или их замене.
Поворотные зубья фрез могут иметь различную форму различное расположение и крепление (рис. 15). Наиболее перспективной является форма пластинки-зуба с плоскими передними поверхностями параллельными оси фрезы (рис. 21 а в г з к).
Рис 15. Крепление и форма твердосплавных поворотных зубьев червячных фрез:
а – пластинок-зубьев с отрицательным передним углом винтами вдоль паза корпуса фрезы; б – зубьев Х-образной формы с нулевым передним углом винтами вдоль паза корпуса фрезы; в- попарное крепление пластинок-зубьев клиньями по передней поверхностям (клинья на шпильках с левой и правой резьбой); г – то же клинья затягиваются винтами; д – зубьев фрезы с зацеплением Новикова клиновыми сухарями; е – зубьев фрезы с положительным передним углом клиновыми сухарями; ж – зубьев винтами вдоль паза расположенного перпендикулярно виткам фрезы; з – пластинок-зубьев клиновыми сухарями затягиваемыми шпильками; и – зубьев Х-образной формы с нулевым передним углом клиновыми сухарями; к – пластин-зубьев с отрицательным передним углом клиновыми сухарями.
На рис. 15 б д ж и показаны элементы расположения и крепления поворотных пластинок-зубьев имеющих форму передних поверхностей обеспечивающих фрезе передний угол у = 0°. Здесь же (рис. 15 е) представлена форма зуба с криволинейной передней поверхностью. Наиболее надежным и удобным является крепление клиновыми сухарями (рис. 15 д е и к). Крепление зубьев винтами вдоль паза по неполной резьбе показано на рис. 15 а б ж крепление зубьев клиньями — на рис. 15 в г.
Червячные фрезы с твердосплавными затылованными зубьями (рис. 16) подобны стандартной червячной фрезе. Червячные фрезы этой конструкции охватывают диапазон модулей от 15 до 10 мм и предназначены как для скоростной обработки под шевингование и шлифование так и для чистового зубофрезерования колес 6—8-й степеней точности по ГОСТ 1643—56.
Конструкция червячной фрезы (модуль 25 мм) с твердосплавными затылованными зубьями показана на рис. 17.
Сборная конструкция этих фрез аналогична фрезам с поворотными зубьями. Твердосплавный зуб 4 фрезы состоит как бы из двух частей — рабочей и установочной. Рабочая часть имеет режущие кромки зуба которые образуются пересечением передней поверхности с задней поверхностью вершины и боковых сторон. Передняя поверхность выступает в направлении вращения фрезы что дает возможность увеличить полезную длину зуба и количество переточек. Задняя поверхность на вершине зуба цилиндрическая и выполняется по дуге окружности определенного радиуса заменяющей архимедову спираль. Задние боковые поверхности являются коническими и ось их совпадает с осью цилиндра образующего заднюю поверхность на вершине зуба. Образующая конуса боковых задних поверхностей может быть ломаной в зависимости от вида профиля зуба.
Установочная часть зуба имеет определенную толщину а ширина ее равна осевому шагу с точностью ±0003 мм. Отдельный зуб из твердого сплава практически может иметь различный профиль в том числе и профиль зацепления М. Л. Новикова.
Рис. 16. Сборные червячные затылованные фрезы:
а – с монолитными твердосплавными рейками закрепленными клиньями; б – с монолитными твердосплавными рейками закрепленными заливкой легкоплавким металлом; в – с пластинками напаянными на передние поверхности реек; г – с пластинками напаянными на задние боковые поверхности реек; д – с пластинками напаянными на передние поверхности отдельных зубьев.
Рис. 17. Сборная червячная фреза с отдельными твердосплавными затыловаными зубьями.
Для замены зубьев (при переборках фрезы) полностью вывинчивается винт 3 а в отверстие сухаря 2 ввинчивается болт M12 при упоре которого в корпус 1 сухарь выводится из заклинивающего положения.
Сборку фрез начинают с установки в корпус опорных сухарей 5 которые закрепляются винтами 6. После этого в каждый паз корпуса последовательно набирается определенное количество твердосплавных зубьев. Затем устанавливается зажимной сухарь и завинчивается крепежный винт. Производится предварительная затяжка сухарей. Постукиванием через деревянную или текстолитовую планку зубья поджимаются ко дну паза после чего окончательно закрепляются. Так производится сборка всей фрезы. Собранная фреза подлежит заточке и окончательному контролю.
Профиль зубьев получистовых фрез обрабатывается в специальных приспособлениях на круглошлифовальных или оптико-профилешлифовальных станках. Чистовые фрезы после сборки подвергаются затылованию профиля зубьев в сборе на затыловочных станках. Червячные фрезы затылованными зубьями отличалаются от острозаточенных простотой заточки так как передняя поверхность зубьев представляет осевую плоскость. Заточка таких фрез производится алмазными кругами формы AT и АЧК на универсально-заточных станках с делением на зуб по упору базирующемуся в точно выполненный паз корпуса фрезы.
8. Твердые сплавы и их применение для зуборезного инструмента
В процессе резания т. е. пластического деформирования металла на передней и задней поверхностях режущего инструмента возникают значительные усилия и повышается температура. Основными источниками тепла в процессе резания являются трение стружки о переднюю поверхность инструмента и трение задней поверхности об обрабатываемую деталь. В результате физических и химических процессов происходящих в зоне резания режущий инструмент изнашивается и теряет свои режущие свойства. Для того чтобы инструмент длительное время сохранял свои режущие свойства он должен иметь высокую твердость прочность износостойкость и теплостойкость.
Высокая твердость необходима для внедрения режущей кромки инструмента в обрабатываемый материал и срезания стружки. Чем больше твердость инструментального материала тем выше его режущие свойства. Высокая износостойкость которая в основном определяется твердостью и прочностью необходима для сопротивления воздействию трения возникающего на режущих поверхностях зубьев инструмента при резании. Однако с повышением твердости уменьшается вязкость и повышается хрупкость материала что может привести к сколам и разрушению режущей кромки инструмента при его работе. Поэтому наряду с высокой твердостью инструментальный материал должен обладать высокой механической прочностью особенно на изгиб и на смятие. Инструментальный материал должен обладать также высокой теплостойкостью т. е. способностью сохранять свои механические свойства при высокой температуре.
Материалом наиболее отвечающим указанным требованиям является металлокерамический твердый сплав который состоит из мелких зерен карбидов тугоплавких металлов: вольфрама титана и тантала связанных чаще всего кобальтом что придает сплавам необходимую прочность и вязкость. Основной частью твердых сплавов являются карбиды которые придают им высокую твердость износостойкость и теплостойкость до температуры 1200° С.
Изделия из твердых сплавов изготовляются методом порошковой металлургии. При изготовлении Деталей из твердых сплавов берутся порошкообразные смеси карбидов кобальта и связывающего вещества (каучука) из которых прессуются изделия необходимой формы после чего производится их спекание. Температура спекания твердых сплавов близка к температуре плавления кобальта но значительно ниже температуры плавления карбидов. При спекании кобальт расплавляется и прочно соединяет карбиды при; этом образуется твердый раствор карбидов в. кобальте обладающий свойствами необходимыми для инструментального материала.
Различают три группы твердых сплавов применяющихся для изготовления режущих инструментов:
) вольфрамовые ВК состоящие из зерен карбида вольфрама (WC) сцементированных кобальтом (Со);
) титановольфрамовые ТК состоящие из зерен карбида титана (T
) титанотанталовольфрамовые ТТК состоящие из зерен карбидов титана тантала (ТаС) и вольфрама сцементированных кобальтом.
Расчет и конструирование червячной фрезы для шлицевых валов
Целью данного раздела работы является анализ имеющихся инструментов для обработки зубчатых колес а также их непосредственное усовершенствование. В основе конструкции всех перечисленных червячных фрез лежит обычная червячная фреза работающая по методу обкатки. Червячная фреза и нарезаемый валик находятся в зацеплении. Профиль червячной фрезы представляет собой профиль рейки а профиль нарезаемого валика- профиль зубчатого колеса находящегося в зацеплении с рейкой. При относительном движении валика последний своей начальной окружностью катится по начальной прямой рейке без скольжения. Резание осуществляется за счет вращения фрезы. Таким образом аналогично нарезанию зубчатого колеса с эвольвентным профилем в данном случае мы имеем обкатку.
Обыкновенные шлицевые червячные фрезы без усиков (рис. ) обеспечивает прямолинейный профиль стороны выступа валика причем прямолинейный профиль обеспечивается не на всей глубине выступа. У основания шлица имеется некоторый переходный участок f ограниченный некоторой кривой. Наличие этого переходного криволинейного участка нежелательно. Наружный диаметр зависит от ряда условий определяющую необходимую точность или производительность обработки зубчатых колес. С увеличением диаметра возможно повышение точности обработки за счет уменьшения органических погрешностей профилирования увеличения числа зубьев по окружности более жесткого крепления фрезы вследствие больших размеров посадочного отверстия. Однако с увеличением диаметра фрезы увеличивается расход инструментального материала вращающий момент длина и время врезания и следовательно продолжительность обработки.
Рис. 33 Основные конструктивные элементы червячной фрезы
Ориентировочно следует стремиться к тому чтобы при выборе наружного диаметра угол подъема витков был не менее 5°.
Для определения основных конструктивных и расчетных размеров червячных фрез для шлицевых валов с прямобочным профилем может быть рекомендована следующая методика.
Исходные данные для расчета: наружный da и внутренний df диаметры шлицевого вала ширина шлица b число шлицев z размер и угол фаски f.
Последовательность расчета следующая. (10) [Ординарцев]
Расчетный наружный диаметр
гдеfmin – минимальный размер фаски
Расчетный внутренний диаметр
Где Е- поле допуска на внутренний диаметр
Расчетная ширина шлица
Где Е1- поле допуска на ширину шлица
Диаметр начальной окружности
Наружный диаметр dа 0=100 мм; число зубьев фрезы z0=12 выбираются по стандартам.
Высота шпоночного выступа
Величина падения затылка зуба фрезы
Фрезы следует изготавливать со шлифованным профилем применяя метод двойного затылования.
Величина второго затылования
Средний расчетный диаметр фрезы
Величина модуля фрезы
Угол подъема винтовой линии
Список используемой литературы
Справочник технолога-машиностроителя . В 2-х т. Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К.Мещерякова -4-е изд. перераб. И доп. – М.- Машиностроение 1986 .496с.ил.
Курсовое проектирование по технологии машиностроения .Минск
высшая школа 1975.288 с. Горбацевич А.Ф. Чеботарёв В.Н.
Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Яковлева В.И В.Д.Элькинд издательство «Машиностроение» Москва Б-66 1967г.
Общемашиностроительные нормативы времени изд. «Машиностроение»
Москва 1967. мелкосерийное и единичное производство 1 часть.
Рудь В.Д. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: учебное пособие.
Курсовое проектирование по технологии машиностроения :методическое пособие по выполнению курсового проекта по технологии машиностроения. Херсон 1975.
«Проектирование технологической оснастки» Учебное пособие для студентов специальности 7.090202 Е.Э. Бергер - Херсон ХНТУ 2005. -70с
Справочник «Станочные приспособления» 1-й том под редакцией Б.Н.
Вардашкина и А.А. Шатилова Москва «Машиностроение» 1984.
Справочник «Станочные приспособления» 2-й том под редакцией Б.Н.
Справочник технолога машиностроителя под редакцией А.Г Косиловой и Р.К .Мещерякова Москва «машиностроение» 1986.
Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя 12-й том.
Корсаков В.С. Основы конструирования приспособлений: Учебник для вузов – 2-е издание перераб. и доп. –М.: Машиностроение 1983. – 277с.
Справочник инструментальщика И.А.Ординарцев Г.В.Филиппов А.Н.Шевченко и др.; Под общ. ред. И.А. Ординарцева. – Л.: Машиностроение. Ленинград. отд-ние 1987 – 846с.: ил.
Режимы резания металлов. Справочник.Под ред. Барановского.Ю.В.
Издательство «Машиностроение» .М.:1972.с408.

Исследование прочности рейки методом конечных элементов.cdw

Эпюра статической деформации
Эпюра статического узлового напряжения
Эпюра статического перемещения
Таблица результатов проведенных исследований
Сетка на твердом теле

Токарная_многорезцовая.cdw

Шлифовальная1.cdw

Врезное с поперечной
02.КП.ТМБ.003С.04.ГК.
Операция 100 Круглошлифовальная
Круглошлифовальный станок модели 3М152

Шлицефрезерная.cdw

Шлицефрезеный станок
090202.АРБ.ТМБ.003С.05.ГК.
Операция 035. Шлицефрезерная

Оглавление.docx

I. Технологическая часть
1. Назначение и анализ конструкции обрабатываемой детали8
2. Определение типа производства12
3. Технико-экономическое исследование методов получения заготовки14
4.Проектирование технологического процесса механической обработки детали
4.1.Разработка маршрутного технологического процесса16
4.2.Выбор варианта технологического маршрута и его технико-экономическое обоснование19
4.3.Обоснование выбора технологических баз23
4.4.Выбор варианта технологического маршрута и его технико-экономическое обоснование
5. Расчет припусков на механическую обработку24
6. Расчет режимов резания28
7. Техническое нормирование49
7.1. Нормирование технологического процесса30
7.2. Определение количества оборудования33
8. Разработка программ управления на обработку поверхностей на токаром станке с ЧПУ . 34
9. Силовой расчет вала шлицевого
9.2.Построение программы51
9.3. Структурная механика-COSMOWorks52
9.4. Теоретическая база 54
9.5. Базовые возможности анализа 56
9.6. Последовательность расчета56
9.7. Исходные данные57
9.8. Проверка на проектирование вала58
9.9. Анализ усилия59
9.10. Результаты проверки проектирования60
II. Конструкторская часть
1. Конструирование и расчет приспособления
1.1. Экономическое обоснование целесообразности применение специалбно приспособления63
2. Расчет приспособления
2.1. Выбор схемы базирования65
2.2. Выбор установочных элементов дла реалтзации принятой схемы базирования66
2.3. Силовой расчет приспособления67
2.4.Выбор зажимного механизма для станочного приспособления69
2.5. Расчет параметров привода 70
2.6.Оценка точности приспособления71
3.Конструирование и расчет червячной фрезы для шлицевых валов
3.1. Исследование эволюции современных конструкций червячных фрез на основе литературных источников74
3.2. Применение твердых сплавов для зуборезного инструмента ..90
3.3.Разработка конкретной червячной фрезы 91
Приложение А Отработка технологичности конструкции детали155
Приложение Б Расчет межоперационных припусков аналитическим методом160
Приложение В Расчет режимов резания аналитическим методом164
Приложение Д Комплект документов на технологический процесс механической обработки168

Приспособление.cdw

Отклонения от паралельности осей призм относительно
поверхности А не более
Отклонения от паралельности осей призм относительно
поверхности Б не более
Величина силы тяги на штоке пневмоцилиндра не более
прикладываемая к ведущему звену механизма
Давление рабочей среды (газа) в системе не более 0
02.КП.ТМБ.003С.06.СК.
на фрезерно-центровальную

Чертеж детали и 3D.cdw

Допустимые отклонения поверхностей Б и В:
овальность- не более 0
конусность- не более 0
Неуказанные предельные отклонения размеров по ОСТ 23.2.456-16.
* Размеры для справок.
Несоосность зубьев шлицев не более 3
02.КП.ТМБ.003С.01.ТК.
Сталь 40Х ГОСТ 4543-71

наладка фреза.cdw

Твердость режущих пластин HV 87 92
Твердость корпуса 45 50 HRCэ
материал - сталь 35 ХНТ
Балл карбидной неоднородности 1 2.
Предельная накопленная погрешность шага на длине двух шагов
Предельная накопленная погрешность окружного шага не более
Радиальное биение по наружному диаметру 0
Радиальное биение буртиков 0
Торцовое биение буртиков 0
Погрешность профиля 0
Предельное отклонение передней поверхности от радиального
профиля зубьев не более 30.
Остальные ТТ по ГОСТ 9324-80.
Размеры для справок.
Фреза червячная для шлицевых
валов с прамобочным профилем
Число стружечных канавок
Направление винтовых стружечных канавок
Угол наклона витков стружечных канавок
Расчетный средний диаметр фрезы
Угол подъема винтовой линии резьбы
Направление винтовых линий резьбы
Шаг в плоскости рейки
Сечение шлицевого вала

Фрезерно-центровальная.cdw

02.КП.ТМБ.003С.02.ГК.
Операция 005 Фрезерно-центровальная
Фрезерно-центровальный станок модели