Размерный анализ технологических процессов изготовления вала-шестерни

Министерство образования и науки Российской Федерации

Тольяттинский государственный университет

Кафедра «Технология машиностроения»

КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине
«Технология машиностроения»

на тему

«Размерный анализ технологических процессов изготовления вала-шестерни»

Выполнил:

Группа:

Преподаватель: Михайлов А.В.

Тольятти, 2005

УДК 621.965.015.22

Аннотация

Зарипов М.Р. размерный анализ технологического процесса изготовления детали вал-шестерня.

К.р. – Тольятти.: ТГУ, 2005.

Выполнен размерный анализ технологического процесса изготовления детали вал-шестерня в продольном и радиальном направлении. Рассчитаны припуски и операционные размеры. Проведено сравнение результатов операционных диаметральных размеров, полученных расчетно-аналитическим способом и методом размерного анализа с использованием операционных размерных цепей.

Расчетно-пояснительная записка на 23стр.

Графическая часть – 4 чертежей.

1. Чертеж детали – А3.

2. Размерная схема в осевом направлении – А2.

3. Размерная схема в диаметральном направлении – А2.

4. Размерная схема в диаметральном направлении продолжение – А3.

Содержание

1. Технологический маршрут и план изготовления детали

1.1. Технологический маршрут и его обоснование

1.2. План изготовления детали

1.3. Обоснование выбора технологических баз, классификация технологических баз

1.4. Обоснование простановки операционных размеров

1.5. Назначение операционных требований

2. Размерный анализ технологического процесса в осевом направлении

2.1. Размерные цепи и их уравнения

2.2. Проверка условий точности изготовления детали

2.3. Расчет припусков продольных размеров

2.4. Расчет операционных размеров

3. Размерный анализ технологического процесса в диаметральном направлении

3.1. Радиальные размерные цепи и их уравнения

3.2. Проверка условий точности изготовления детали

3.3. Расчет припусков радиальных размеров

3.4. Расчет операционных диаметральных размеров

4. Сравнительный анализ результатов расчетов операционных размеров

4.1. Расчет диаметральных размеров расчетно-аналитическим методом

4.2. Сравнение результатов расчета

Литература

Приложения

1.
Технологический маршрут и план изготовления детали

1.1.
Технологический маршрут и его обоснование

В данном разделе опишем основные положения, использованные при формировании технологического маршрута детали.

Тип производства – среднесерийный.

Способ получения заготовки – штамповка на ГКШП.

При разработке технологического маршрута используем следующие положения:

· Обработку разделяем на черновую и чистовую, повышая производительность (снятие больших припусков на черновых операциях) и обеспечивая заданную точность (обработка на чистовых операциях)

· Черновая обработка связана со снятием больших припусков, что ведет к износу станка и снижению его точности, поэтому черновую и чистовую обработку будем вести на разных операциях с применением различного оборудования

· Для обеспечения требуемой твердости детали введем ТО (закалка и высокий отпуск, шейки под подшипники - цементация)

· Лезвийную обработку, нарезку зубьев и шпоночного паза произведем перед ТО, а после ТО абразивная обработка

· Для обеспечения требуемой точности создаем искусственные технологические базы, используемые на последующих операциях – центровые отверстия

· Более точные поверхности будем обрабатывать в конце ТП

· Для обеспечения точности размеров детали будем использовать специализированные и универсальные станки, станки с ЧПУ, нормализованные и специальные режущие инструменты и приспособления

Для простоты составления плана изготовления закодируем поверхности рис.1.1 и размеры детали и приведем сведения о требуемой точности размеров:

ТА2 = 0,039(–0,039
)

Т2Б = 0,016()

Т2В = 0,1(+0,1
)

Т2Г = 0,74(+0,74
)

Т2Д = 0,74(+0,74
)

Т2Е = 0,016()

ТЖ = 1,15(–1,15
)

ТИ = 0,43(–0,43
)

ТК = 0,22(–0,22
)

ТЛ = 0,43(–0,43
)

ТМ = 0,52(–0,52
)

ТН = 0,036()

ТП = 0,2(-0,2
)

Рис. 1.1

Технологический маршрут оформим в виде таблицы:

Таблица 1.1

Технологический маршрут изготовления детали

№ операции	Наименование операции	Оборудование (тип, модель)	Содержание операции
000	Заготовительная	ГКШП	Штамповать заготовку
010	Фрезерно-центровальная	Фрезерно-центровальный МР-71М	Фрезеровать торцы 1,4; сверлить центровальные отверстия
020	Токарная	Токарный п/а 1719	Точить поверхности 2, 5, 6, 7; 8, 3
030	Токарная с ЧПУ	Токарный с ЧПУ 1719ф3	Точить поверхности 2, 5, 6; 3, 8
040	Шпоночно-фрезерная	Шпоночно-фрезерный 6Д91	Фрезеровать паз 9, 10
050	Зубофрезерная	Зубофрезерный 5В370	Фрезеровать зубья 11, 12
060	Зубофасочная	Зубофасочный СТ 1481	Снять фаску с зубьев
070	Зубошевинго­вальная	Зубошевинговальный 5701	Шевинговать зубья 12
075	ТО	Закалка, высокий отпуск, правка, цементация
080	Центродоводочная	Центродоводочный 3922	Зачистиь центровочные отверстия
090	Круглошлифовальная	Круглошлифовальный 3М163ф2Н1В	Шлифовать поверхности 5, 6, 8
100	Торцекругло­шлифовальная	Торцекруглошлифовальный 3М166ф2Н1В	Шлифовать поверхности 2, 6; 3, 8
110	Зубошлифовальная	Зубошлифовальный 5А830	Шлифовать зубья 12

1.2.
План изготовления детали

Приведем в виде таблицы 1.2 план изготовления детали, оформленный в соответствие с требованиями [5]:

Таблица 1.2

План изготовления детали вал-шестерня

1.3.
Обоснование выбора технологических баз, классификация технологических баз

На фрезерно-центровальной операции в качестве черновых технологических баз выбираем общую ось шеек 6 и 8, и торец 3 – как будущими основными конструкторскими базами.

На черновом точении за технологические базы принимаем полученную на предыдущей операции ось 13 (используем центры) и обработанные на предыдущей операции торцы 1 и 4.

При чистовом точении используем в качестве технологических баз ось 13, а опорная точка лежит на поверхности центровых отверстий – используем принцип постоянства баз и исключаем погрешность неперпендикулярности, как составляющую погрешности выполнения осевого размера.

Таблица 1.3

Технологические базы

<

№ операции	№ опорных точек	Наименование базы	Характер проявления		Реализация			№ обрабатывае­мых поверхностей	Операционные размеры	Единство баз	Постоянство баз
			Явная	скрытая	Естественная	Искусственная	Станочные приспособления
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
010	1- 4 5 6	ДН О О	- + +	+ - -	- + +	+ - -	13 1 4-
020-А	1- 4 5 6	ДН О О	- + +	+ - -	- + +	+ - -	Жесткий и плавающий центры, поводковый патрон	5 6 7 2 -	2А 2Б 2Г Т -	+ + + + -	- - - - -
020-Б	1- 4 5 6	ДН О О	- + +	+ - -	- + +	+ - -		8 3 -	2Е У -	+ - -	+ - -
030-А	1- 4 5 6	ДН О О	- + +	+ - -	- - +	+ + -		5 6 2 -	2А 2Б Ф -	+ + - -	+ + - -
030-Б	1- 4 5 6	ДН О О	- + +	+ - -	- - +	+ + -		8 3 -	2Е Х -	+ - -	+ - -
040	1- 4 5 6	ДН О О	- + +	+ - -	- + +	+ - -	10 9 -	П Н Ц -	+ + + -	+ - - -
050	1- 4 5 6	ДН О О	- + +	+ - -	- + +	+ - -	11 12 - -	2Д 2В - -	+ + - -	+ + - -
070	1- 4 5 6	ДН О О	- + +	+ - -	- + +	+ - -	12 - -	2В - -	+ - -	+ - -
090-А	1- 4 5 6	ДН О О	- + +	+ - -	- - +	+ + -	5 6 - -	2А 2Б - -	+ + - -	+ + - -
090-Б	1- 4 5 6	ДН О О	- + +	+ - -	- - +	+ + -	8 - -	2Е - -	+ - -	+ - -
100-А	1- 4 5 6	ДН О О	- + +	+ - -	- - +	+ + -	6 2 -	2Б Ф -	+ - -	+ + -
100-Б	1- 4 5 6	ДН О О	- + +	+ - -	- - +	+ + -	8 3 -	2Е Х -	+ - -	+ + -
110	1- 4 5 6	ДН О О	- + +	+ - -	- + +	+ - -	12 - -	2В - -	+ - -	+ - -

На зубообрабатывающих операциях используем ось 13 и опорную точку на центровом отверстии, соблюдая принцип постоянства баз (относительно шеек подшипников), ибо, являясь исполнительной поверхностью, зубчатый венец должен быть точно выполнен относительно шеек подшипников.

Для фрезерования шпоночного паза в качестве технологических баз используем ось 13 и торец 2.

В сводной таблице приводим классификацию технологических баз, указываем их целевую принадлежность, выполнение правила единства и постоянства баз.

1.4.
Обоснование простановки операционных размеров

Способ простановки размеров зависит в первую очередь от метода достижения точности. Так как размерный анализ имеет большую трудоемкость выполнения, то применять его целесообразно при использовании метода достижения точности размеров с помощью настроенного оборудования.

Особую важность представляет способ простановки продольных размеров (осевых для тел вращения).

На черновой токарной операции мы можем применить схемы простановки размеров «а» и «б» рис.4.1[1].

На чистовой токарной и шлифовальных операциях применяем схему «г» рис.4.1[1].

1.5.
Назначение операционных технических требований

Операционные технические требования назначаем по методике [5]. Технические требования на изготовление заготовки (допуски на размеры, смещение штампа) назначаем по ГОСТ 7505-89. Допуски на размеры определяем по приложению 1 [1], шероховатость – по приложению 4 [1], величины пространственных отклонений (отклонения от соосности и перпендикулярности) – по приложению 2 [1].

Для заготовки отклонения от соосности определим по методике [1].

Определим средний диаметр вала

, (1.1)

где di
– диаметр i-ой ступени вала;

li
– длина i-ой ступени вала;

l – общая длина вала.

dср
=38,5мм. По приложению 5[1] определим рк
– удельная величина изогнутости. Величины изогнутости оси вала для различных участков определим по следующей формуле:

, (1.2)

где Li
– расстояние наиболее удаленной точки i-ой поверхности до измерительной базы;

L – длина детали, мм;

Δmax
=0,5·рк
·L – максимальный прогиб оси вала в результате коробления;

– радиус кривизны детали, мм; (1.3)

Аналогично рассчитываем отклонения от соосности при термообработке. Данные для их определения также приведены в приложении 5[1].

После расчетов получаем

2.
Размерный анализ технологического процесса в осевом направлении

2.1.
Размерные цепи и их уравнения

Составим уравнения размерных цепей в виде уравнений номиналов.

2.2.
Проверка условий точности изготовления детали

Проверку условий точности выполняем, чтоб убедиться в обеспечении требуемой точности размеров. Условие точности ТАчерт
≥ω[А],

где ТАчерт
– допуск по чертежу размера;

ω[А] – погрешность этого же параметра возникающая в ходе выполнения технологического процесса.

Погрешность замыкающего звена найдем по уравнению (2.1)

Из расчетов видно, что погрешность размер К больше допуска. А это значит, что мы должны корректировать план изготовления.

Для обеспечения точности размера [К]:

на 100-ой операции обработаем с одного установа поверхности 2 и 3, тем самым уберем из размерной цепи размера [К] звенья С10
, Ж10
и Р10
, «заменив» их на звено Ч100
(ωЧ=0,10).

После внесения в план изготовления данных коррективов, получаем следующие уравнения размерных цепей, погрешность которых равна:

В итоге получаем 100% качество

2.3.
Расчет припусков продольных размеров

Расчет припусков продольных размеров будем вести в следующем порядке.

Напишем уравнения размерных цепей, замыкающим размером которых будут припуски. Посчитаем минимальный припуск на обработку по формуле

, (2.2)

где - суммарная погрешность пространственных отклонений поверхности на предыдущем переходе;

- высоты неровностей и дефектный слой, образовавшиеся на поверхности при предыдущей обработке.

Рассчитаем величины колебаний операционных припусков по уравнениям погрешностей замыкающих звеньев-припусков

(2.1)

(2.2)

Расчет ведут по формуле (2.2) если количество составляющих звеньев припуска больше четырех.

Находим значения максимальных и средних припусков по соответствующим формулам

, (2.3)

(2.4)

результаты занесем в таблицу 2.1

2.4.
Расчет операционных размеров

Определим величины номинальных и предельных значений операционных размеров в осевом направлении по методу средних значений

Исходя из уравнений, составленных в пунктах 2.2 и 2.3, найдем средние значения операционных размеров

запишем значения в удобной для производства форме

3.
Размерный анализ технологического процесса в диаметральном направлении

3.1.
Радиальные размерные цепи и их уравнения

Составим уравнения размерных цепей с замыкающими звеньями-припусками, т.к. почти все размеры в радиальном направлении получаются явно (см. п.3.2)

3.2.
Проверка условий точности изготовления детали

Получаем 100% качество.

3.3.
Расчет припусков радиальных размеров

Расчет припусков радиальных размеров будем вести аналогично расчету припусков продольных размеров, но расчет минимальных припусков будем вести по следующей формуле

(3.1)

Результаты заносим в таблицу 3.1

3.4.
Расчет операционных диаметральных размеров

Определим величины номинальных и предельных значений операционных размеров в радиальном направлении по методу координат средин полей допусков.

Исходя из уравнений, составленных в пунктах 3.1 и 3.2, найдем средние значения операционных размеров

Определим координату средин полей допусков искомых звеньев по формуле

(3.2)

Сложив полученные величины с половиной допуска, запишем значения в удобной для производства форме

4.
Сравнительный анализ результатов расчетов операционных размеров

4.1.
Расчет диаметральных размеров расчетно-аналитическим методом

Рассчитаем припуски для поверхности 8 по методике В.М. Кована [7].

Полученные результаты заносим в таблицу 4.1

4.2.
Сравнение результатов расчета

Посчитаем общие припуски по формулам

(4.1)

(4.2)

Посчитаем номинальный припуск для вала

(4.3)

Результаты расчетов номинальных припусков сводим в таблицу 4.2

Таблица 4.2

Сравнение общих припусков

Метод расчета	z0min	z0 max	z0ном
Расчетно-аналитический	2,780	5,174	3,977
Расчет операционных цепей	1,426	8,958	7,387

Найдем данные по изменению припусков

(4.4)

Мы получили разницу припусков в 86%, вследствие неучета при расчете методом Кована следующих моментов: особенностей простановки размеров на операции, погрешности выполняемых размеров, влияющих на величину погрешности припуска и др.

Литература

1. Размерный анализ технологических процессов изготовления деталей машин: Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Теория Технологии»/ Михайлов А.В. – Тольятти,: ТолПИ, 2001. 34с.

2. Размерный анализ технологических процессов/ В.В. Матвеев, М. М. Тверской, Ф. И. Бойков и др. – М.: Машиностроение, 1982. – 264 с.

3. Специальные металлорежущие станки общемашиностроительного применения: Справочник/ В.Б. Дьячков, Н.Ф. Кабатов, М.У. Носинов. – М.: Машиностроение. 1983. – 288 с., ил.

4. Допуски и посадки. Справочник. В 2-х ч./ В. Д. Мягков, М. А. Палей, А. Б. Романов, В.А. Брагинский. – 6-е изд., перераб. и доп. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние , 1983. Ч. 2. 448 с., ил.

5. Михайлов А.В. План изготовления детали: Методические указания к выполнению курсовых и дипломных проектов. – Тольятти: ТолПИ, 1994. – 22с.

6. Михайлов А.В. Базирование и технологические базы: Методические указания к выполнению курсовых и дипломных проектов. – Тольятти: ТолПИ, 1994. – 30с.

7. Справочник технолога-машиностроителя. Т.1/под. ред А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – М.:Машиностроение, 1985. – 656с.