Модернизация коробки скоростей станка

Введение

Современный этап социального и экономического развития общества характеризуется постепенным повышением развития многих отраслей производства, требующих создания новых машин, механизмов и оборудования для комплексной механизации и автоматизации технологических процессов. Однако в современной промышленности остается не востребованным большое количество морально устаревших станков, заменить которые на современное, экономичное и высокотехнологичное оборудование в короткое время и с наименьшими затратами не представляется возможным.

Одним из путей решения этой проблемы является модернизация станков, которая предусматривает повышение их экономичности, универсальности и производительности, а так же комплексную механизацию и автоматизацию трудоемких процессов, сокращение потерь рабочего времени на вспомогательные и второстепенные операции.

Модернизация станочного парка обеспечивает повышение производительности, увеличения коэффициента использования оборудования, автоматизацию работы станков и т.д.

Металлорежущие станки предназначены для производства современных машин, приборов, инструментов и других изделий. Следовательно, их количество и качество, техническая оснащенность, характеризует производственную и экономическую мощь страны.

В настоящее время особое значение приобретает создание гибких производственных систем, способных быстро и с малыми затратами перестраиваться на выпуск новых изделий и работать без непосредственного участия человека в процессе изготовления продукции.

1. Общая часть

1.1 Назначение станка

Сверлильные станки предназначены для сверления отверстий, нарезания в них резьбы метчиком, растачивания, развертывания и притирки отверстий, вырезания дисков из листового металла и т.д. Эти операции выполняют сверлами, зенкерами, развертками и другими инструментами.

Существуют несколько типов универсальных сверлильных станков. Наиболее распространенными являются вертикально-сверлильные станки. Их применяют преимущественно для обработки отверстий в деталях сравнительно небольшого размера. Для совмещения осей обрабатываемого отверстия и инструмента на этих станках предусмотрено перемещение заготовки относительно инструмента.

Станок 2Н150 является универсальным вертикально-сверлильным и относится к конструктивной гамме вертикально-сверлильных станков средних размеров, с условными диаметрами сверления 18…50 мм.

Станки этой группы широко унифицированы между собою.

Агрегатная компоновка и возможность автоматизации большинства типов операций обеспечивают создание на их базе более экономичных, узкоспециализированных станков, оптимизированных для изготовления конкретных деталей из конкретных, заранее обусловленных материалов.

1.2 Техническая характеристика станка

Наибольший диаметр сверления d = 50 мм

Конус шпинделя Морзе № 4

Частота вращения шпинделя n = 22,4…1000 мин-1

Кол-во включений Zn
= 12

Пределы передачS = 0,1…1,2 мм/об

Число подачZS
= 12

Мощность эл.двигателяN = 7 кВт

Частота вращения эл.двигателяnэл.дв. =
1440 мин-1

2. Расчетно-конструкторская часть

2.1 Кинематический анализ коробки скоростей станка мод. 2Н150

2.1.1 Уточнение исходных данных

Определяем диапазон регулирования

Определяем знаменатель ряда частот вращения шпинделя.

2.1.2 Построение стандартного ряда

По нормали Н11-1 строим стандартный ряд частот вращения шпинделя.

n1
= 22,4 мин-1
n7
= 180 мин-1

n2
= 31,5 мин-1
n8
= 250 мин-1

n3
= 45 мин-1
n9
= 355 мин-1

n4
= 63 мин-1
n10
= 500 мин-1

n5
= 90 мин-1
n11
= 710 мин-1

n6
= 125 мин-1
n12
= 1000 мин-1

2.1.3 Определение функций групповых передач.

Составляем уравнение цепи главного движения

Группа “1”

Группа “2”

Группа “3”

Показатели степени при определении Ri
обозначают характеристики этой групповой передачи.

Следовательно - гр “1” основная -“а
” с характеристикой Х
“а
”
=2

- гр “2” 1-я переборная -“б
” с характеристикой Х
“б
”
=3

- гр “3” 2-я переборная -“в
” с характеристикой Х
“в
”
=6

2.1.4 Составление структурной формулы

В коробке скоростей есть приводная передача, два блока двойчатки и тройчатка.

Структурная формула имеет вид:

P”
a
”
P”б”
P”в”

Проверяем структурную формулу на пригодность:

Следовательно, коробка скоростей будет простой конструкции, то есть без переборного механизма.

2.1.5 Построение структурной сетки

		P”a” =3 Х”a” =2	P”б” =2 Х”б” =3		P”в” =2 Х”в” =6
Эл. прив.		I гр”a”		II гр”б”	III гр”в”		IV		V

Рис 2.1 - Структурная сетка

2.1.6 Определение передаточных отношений

Приводная

Группа «а»

Группа «б»

Группа «в»

Постоянная

2.1.7 Построение структурного графика

						2800
				2000
nэл 1440		1400
1000
		710
				500
355
250
180
		125
90
63
45
31,5
		22,4
Эл. Прив.		I гр”a”		II гр”б”		III гр”в”		IV		V

Рис 2.2 - Структурный график

2.1.8 Определение действительных частот вращения шпинделя

2.1.9 Определение действительных отклонений и сравнение с допускаемыми значениями

Все отклонения вошли в пределы допустимых значений.

2.2 Кинематический расчет коробки скоростей согласно заданию на модернизацию

2.2.1 Уточнение исходных данных

Определяем знаменатель ряда частот вращения шпинделя.

2.2.2 Построение стандартного ряда

По нормали Н11-1 строим стандартный ряд частот вращения шпинделя.

n1
= 56 мин-1
n5
= 355 мин-1

n2
= 90 мин-1
n6
= 560 мин-1

n3
= 140 мин-1
n7
= 900 мин-1

n4
= 224 мин-1
n8
= 1400 мин-1

2.2.3 Составление структурной формулы

Расположение групповых передач оставляем, как на базовой модели.

Для получения (восемь включений) поменяем блок тройчатку на блок двойчатку в группе “а”.

Структурная формула примет вид:

Определяем характеристики групповых передач

Х”
a
”
= P”
a
”
– 1 = 2 - 1 = 1

Х”б”
= P”a”
(Р”б”
- 1) = 2 (2-1) = 2

Х”в”
= P”a”
P”б”
(Р”в”
-1) = 2 2 (2-1) = 4

Проверяем структурную формулу на пригодность:

Следовательно, коробка скоростей будет простой конструкции, то есть без переборного механизма.

2.2.4 Построение структурной сетки

P” a ” =2 Х” a ” =1		P”б” =2 Х”б” =2		P”в” =2 Х”в” =4
Эл. Прив.		I гр”a”		II гр”б”		III гр”в”		IV		V

Рис 2.3 - Структурная сетка

2.2.5 Построение структурного графика

		n мин-1
1400
1270		900
		560
		355
224
		140
90
56
I гр”a”		II гр”б”		III гр”в”		IV пост.		V

Рис 2.4 - Структурный график

2.2.6 Определение числа зубьев групповых передач

Группа «а»

SZ=60 (см. базовую модель)

Группа «б»

SZ=57 (см. базовую модель)

Группа «в»

SZ=84 (см. базовую модель)

Постоянная

SZ=84 (см. базовую модель)

2.2.7 Определение действительных частот вращения шпинделя

2.2.8 Определение действительных отклонений и сравнение с допускаемыми значениями

Все отклонения вошли в пределы допустимых значений.

2.3
Определение мощности и выбор электродвигателя

2.3.1 Выбор расчетной обработки

Выбираем расчетный диаметр

;

Dmax
= 50 мм. (по паспорту)

Расчетное значение диаметра сверла корректируем по ГОСТ 885-64, в соответствии с градацией диаметра спиральных сверл.

Принимаем D = 33 мм.

Материал режущей части сверла Р6М5.

Определяем подачу:S = Cs
× D0,6
мм/об.

Обрабатываемый материал – медные сплавы.

S = (0,065 … 0,130) × D0,6
– для медных сплавов.

S = (0,065 … 0,130) × 330,6
= 0,52…1,05 – мм/об.

Корректируем подачу по паспорту станка, принимаем 1 мм/об.

Определяем скорость резания

- м/мин

Т = (3…4) × D – стойкость инструмента

Т = 99…132 мин, Принимаем Т = 120 мин.

СV
= 28,1 (медь) m = 0,125

qV
= 0,25 yV
= 0,55

( замена на Р6М5)

м/мин.

Определяем частоту вращения шпинделя

мин-1

Корректируем по графику станка:

nст
= 355 мин-1

Определяем действительную скорость

м/мин.

2.3.2 Определение крутящего момента и потребной мощности

Определяем крутящий момент

СМ
= 0,012; qm
= 2; KP
= 1 ( медные сплавы )

МКР
= 9,81×0,012×332
×10,8
×1 = 128 н×м

Определяем потребную мощность

К1
= 1,04 … 1,05 коэфф. учитывающий дополнительные затраты мощности на подачу суппорта.

К2
= 1 … 1,3 коэфф. учитывающий возможность кратковременных перегрузок.

hгл
– КПД цепи главного движения

hгл
= hприв.пер.
×hх
муфты
×hу
зуб.пер
×hz
подшип.

hгл
= 0,98 × 0,99 × 0,9855
× 0,99512
= 0,83

Принимаем электродвигатель асинхронный 4А100L4

ГОСТ 19523-81

N = 5,5 кВт;nэл.дв.
=1430 мин-1

2.4 Расчет приводной передачи

Приводная передача связывает вал электродвигателя с первым валом коробки скоростей.

2.4.1 Кинематический расчет приводной передачи

Приводная передача зубчатая.

Определяем передаточное отношение приводной передачи.

SZ=50 (см. базовую модель)

Для погашения погрешности изменим

, тогда

На такое же число кол-во процентов изменятся все отклонения на шпинделе, но они не выйдут за пределы допускаемых значений.

2.4.2 Силовой проверочный расчет приводной передачи

Передачи коробки скоростей закрытые, расчет ведем по методике расчета цилиндрических зубчатых передач по ГОСТ 21354-78.

Зубчатые передачи проверяют на контактную выносливость зуба и на выносливость при изгибе по формулам:

ZH
= 1,76 ( при a = 20°; b = 0° ) – коэффициент учитывающий форму сопряженных поверхностей зуба.

ZM
= 274 ( для стальных колес) - коэффициент учитывающий механические свойства материала сопряженных колес.

Ze
= 0,9 ( при a = 20°; b = 0° ) - коэффициент учитывающий суммарную длину контактных линий.

– расчетная окружная сила

d = m × Z – диаметр делительной окружности

m – модуль зубчатого колеса

МКР
– крутящий момент на рассчитываемом валу

КН
– коэффициент нагрузки

КН
= КН
a
× КН
b
× КНv

КН
a
= 1 ( прямозубые колеса ) – коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями.

КН
b
- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца, выбирается по таблице (конспект).

КНv
– динамический коэффициент, зависящий от окружной скорости, степени точности, твердости поверхности.

b – ширина венца зубчатого колеса

- передаточное число

Формула для проверки передач на выносливость при изгибе:

YF
– коэффициент формы зуба, выбирается по таблице (конспект).

KF
- коэффициент нагрузки

КF
= КF
b
× КF
v

КF
b
- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине зуба.

КF
v
– динамический коэффициент.

КF
v
= 2КH
v
– 1 при НВ < 350

Рассчитываем передачу

Рассчитываемое колесо Z = 24 b = 15мм, m = 2,5 мм

расположение консольное.

Степень точности 7С, НВ < 350

Диаметр делительной окружности d = m × Z = 2,5 × 24 = 60 мм

Крутящий момент:

Окружная сила:

Передаточное число

Коэффициент нагрузки

КН
= КН
a
× КН
b
× КНv
= 1 × 1,1 × 1,21 = 1,33

КН
a
= 1 ( a = 20°; b = 0° )

КН
b
= 1,1 ( )

КНv
= 1,21 ( )

Проверяем передачу на контактную выносливость

Коэффициент формы зуба

УF
= 3,96 ( при Z = 24 )

Коэффициент нагрузки

КF
= КF
b
× КF
v
= 1,37 × 1,42 = 1,94

КF
b
= 1,37 ( )

КF
v
= 2КH
v
– 1 = 2 × 1,21 –1 = 1,42

Проверяем передачу на выносливость при изгибе.

Назначаем материал зубчатого колеса –

сталь 40НХ закалка ТВЧ сквозная 48…56 HRC

2.5 Силовые проверочные расчеты зубчатых передач

Коробка скоростей тихоходная, так как nшп
min
< 80 мин-1

Расчетными будут являться нижние точки структурного графика, а на предшпиндельном валу определяем дополнительную точку исходя из условия:

2.5.1
Определение расчетных частот вращения валов

2.5.2 Определение крутящих моментов на валах

Строим структурный график с расчетными точками

		n мин-1
nэл 1430 мин-1		1400
900
		500
				355
224
		140
90
56
Эл. Прив.		I гр”a”		II гр”б”		III гр”в”		IV пост.		V

Рис 2.5 - Структурный график

2.5.3 Силовой проверочный расчет зубчатых передач

В каждой групповой передаче будем проверять меньшее зубчатое колесо.

Группа «а»

Рассчитываемое колесо Z = 25 b = 13 мм, m = 2,5 мм, расположение не симметричное.

Степень точности 7С, НВ < 350

Диаметр делительной окружности d = m × Z = 2,5 × 25 = 62,5 мм

Крутящий момент:

Окружная сила:

Передаточное число

Коэффициент нагрузки

КН
= КН
a
× КН
b
× КНv
= 1 × 1,1 × 1,14 = 1,25

КН
a
= 1 ( колеса прямозубые )

КН
b
= 1,1 ( )

КНv
= 1,14 ( )

Проверяем передачу на контактную выносливость

Коэффициент формы зуба

УF
= 3,96 ( при Z = 25 )

Коэффициент нагрузки

КF
= КF
b
× КF
v
= 1,04 × 1,28 = 1,33

КF
b
= 1,04 ( )

КF
v
= 2КH
v
– 1 = 2 × 1,14 – 1 = 1,28

Проверяем передачу на выносливость при изгибе.

Назначаем материал зубчатого колеса – сталь 45XH закалка ТВЧ, поверхностная НRС 48…52

Группа «б»

Рассчитываем передачу

Рассчитываемое колесо Z = 16 b = 18 мм, m = 3 мм, расположение не симметричное.

Степень точности 7С, НВ < 350

Диаметр делительной окружности d = m × Z = 3 × 16 = 48 мм

Крутящий момент:

Окружная сила:

Передаточное число

Коэффициент нагрузки

КН
= КН
a
× КН
b
× КНv
= 1 × 1,25 × 1,07 = 1,33

КН
a
= 1 ( колеса прямозубые )

КН
b
= 1,25 ( )

КНv
= 1,07 ( )

Проверяем передачу на контактную выносливость

Коэффициент формы зуба

УF
= 4,3 ( при Z = 16 )

Коэффициент нагрузки

КF
= КF
b
× КF
v
= 1,12 × 1,14 = 1,27

КF
b
= 1,12 ( )

КF
v
= 2КH
v
– 1 = 2 × 1,07 – 1 = 1,14

Проверяем передачу на выносливость при изгибе.

Назначаем материал зубчатого колеса – сталь 12XГТ цементация рабочих поверхностей с закалкой (НRС 56…62 / НRС 30…40)

Группа «в»

Рассчитываем передачу

Рассчитываемое колесо Z = 20 b = 25 мм, m = 2,5 мм, расположение не симметричное.

Степень точности 7С, НВ < 350

Диаметр делительной окружности d = m × Z = 2,5 × 20 = 50 мм

Крутящий момент:

Окружная сила:

Передаточное число

Коэффициент нагрузки

КН
= КН
a
× КН
b
× КНv
= 1 × 1,1 × 1,04 = 1,14

КН
a
= 1 ( колеса прямозубые )

КН
b
= 1,1 ( )

КНv
= 1,04 ( )

Проверяем передачу на контактную выносливость

Коэффициент формы зуба

УF
= 4,12 ( при Z = 20 )

Коэффициент нагрузки

КF
= КF
b
× КF
v
= 1,07 × 1,08 = 1,15

КF
b
= 1,07 ( )

КF
v
= 2КH
v
– 1 = 2 × 1,04 – 1 = 1,08

Проверяем передачу на выносливость при изгибе.

Назначаем материал зубчатого колеса – сталь 12XH3A цементация рабочих поверхностей с закалкой 56…62 НRС / 30…40 НRС

Постоянная

Рассчитываем передачу

Рассчитываемое колесо Z = 28 b = 22 мм, m = 3,5 мм, расположение не симметричное.

Степень точности 7С, НВ < 350

Диаметр делительной окружности d = m × Z = 3,5 × 28 = 98 мм

Крутящий момент:

Окружная сила:

Передаточное число

Коэффициент нагрузки

КН
= КН
a
× КН
b
× КНv
= 1 × 1,1 × 1,04 = 1,14

КН
a
= 1 ( колеса прямозубые )

КН
b
= 1,1 ( )

КНv
= 1,04 ( )

Проверяем передачу на контактную выносливость

Коэффициент формы зуба

УF
= 3,85 ( при Z = 28 )

Коэффициент нагрузки

КF
= КF
b
× КF
v
= 1,07 × 1,08 = 1,15

КF
b
= 1,07 ( )

КF
v
= 2КH
v
– 1 = 2 × 1,04 – 1 = 1,08

Проверяем передачу на выносливость при изгибе.

Назначаем материал зубчатого колеса – сталь 12XH3A цементация с закалкой рабочих поверхностей 56…62 НRС / 30…40 НRС

2.6 Геометрический расчет зубчатых передач

Расчет сводится к определению межосевого расстояния и диаметра делительных окружностей колеса по формуле:

Приводная передача

Группа «а»

Группа «б»

Группа «в»

Постоянная передача

Все результаты сводим в таблицу 1.

Таблица 1

Групповая передача	Модуль (мм)	Обозначение	Число зубьев	Делительный диаметр (мм)	Межосевое расстояние (мм)	Ширина венца	Материал, термообработка
Привод.	2,5	Z1	24	60	63,7	15	Сталь 40ХН Закалка ТВЧ сквозная
		Z2	27	67,5
Группа «а»	2,5	Z3	25	62,5	75	13	Сталь 40ХН Закалка ТВЧ поверхностная
		Z4	35	87,5
		Z5	31	77,5
		Z6	28	70
Группа «б»	3	Z7	16	48	85,5	18	Сталь 12ХГТ цементация с закалкой
		Z8	41	123
	2,5	Z9	35	87,5
		Z10	35	87,5
Группа «в»	2,5	Z11	20	50	105	25	Сталь 12ХН3А, цементация с закалкой
		Z12	64	160
	3,5	Z13	40	140
		Z14	20	70
Постоянная	3,5	Z15	28	98	147	22	Сталь 12ХН3А, цементация с закалкой
		Z16	56	196

2.7 Предварительный расчет валов коробки скоростей

Валы, их конструкцию, материал оставляем без изменений. как на базовой модели.

Валы проверяем на касательные напряжения кручения по формуле:

Мкр
– крутящий момент на рассчитываемом валу.

dmin
– наименьший диаметр вала под подшипник.

[tкр
] – допускаемое касательное напряжение

для стали 45 [tкр
] = 30 МПа

для стали 40Х [tкр
] = 47 МПа

Вал
I

Мкр
= 38,8 Н × м

dmin
= 20 мм

Назначаем материал вала Сталь 45

Вал
II

Мкр
= 52,6 Н × м

dmin
= 20 мм

Назначаем материал вала Сталь 40Х

Вал
III

Мкр
= 130,5 Н × м

dmin
= 25 мм

Вал
V

Вал пустотелый.

Мкр
= 488 Н × м

d min
= 70 мм

d нар. сред.
= 50 мм

d вн. сред.
= 69 мм

2.8 Окончательный расчет вала

Рассчитываем предшпиндельный вал, как наиболее нагруженный. Необходимо определить реакции возникающие в опорах и в местах наименьшего диаметра вала (под подшипники).

Mкр
IV
= 261 Н × м

Z1
= 28 мм, m = 3,5

Z2
= 64 мм, m = 2,5

Определяем окружные и радиальные усилия возникающие в зацеплении.

Определяем реакции возникающие в опорах в двух плоскостях. Для расчета составляем схему действия всех сил (нагружения вала).

Определяем реакции опор в горизонтальной плоскости

Проверка: -5817+5326+3262-2770=0

Определяем реакции опор в вертикальной плоскости

Проверка: -1314+2482-1520+352=0

Определяем суммарные реакции в опорах

Определяем изгибающий момент в расчетных сечениях

Определяем приведенный момент.

Используем максимальное значение изгибающего момента

Определяем минимальный диаметр вала

n = 1,3 – коэффициент запаса прочности

s-1
= 260 МПа – допускаемое напряжение – сталь 45

Принимаем диаметр вала d = 30 мм, без изменений.

2.9 Проверочный расчет подшипников

Подшипники проверяем на долговечность по их грузоподъемности и эквивалентной нагрузке.

n – частота вращения вала

C – динамическая грузоподъемность (Н)

Рэкв
– эквивалентная нагрузка

V = 1,0 – коэффициент учитывающий какое кольцо вращается (вращается внутреннее кольцо).

Кd
= 1…1,2 – коэффициент безопасности (спокойная нагрузка)

Кt
= 1,0 – температурный коэффициент ( t° = 80°C)

Проверяем подшипник роликовый - 306 ГОСТ 8328-75

С = 28100 Н[1] стр 117

Оставляем подшипник как на базовой модели.

2.10 Проверочный расчет шлицевых соединений

Шлицевые соединения проверяются на смятие по формуле:

Мкр
– крутящий момент на валу

Z – количество шлицов

D и d – наружный и внутренний диаметр шлицевого соединения

lmin
– минимальная длинна шлицевого соединения

[sсм
] - допускаемое напряжение

[sсм
] = 60 МПа – сталь сырая, соединение подвижное.

[sсм
] = 120 МПа – соединение неподвижное.

Вал
I

Соединение подвижное

Вал
II

Соединение неподвижное

Вал
III

Соединение подвижное

Вал
IV

Соединение неподвижное

Все расчеты удовлетворяют требованиям.

2.11 Проверочный расчет шпоночных соединений

Так как шпоночные соединения в модернизируемой коробке остались без изменений, то их нужно проверить – ступицу на смятие, а шпонку на срез по формуле:

Мкр
– крутящий момент на валу

b – ширина шпонки

h – высота шпонки

d – диаметр под шпонку

lmin
– минимальная длинна шпонки или ступицы

[tср
] = 120 МПа – допускаемое напряжение на срез.

[sсм
] = 150 МПа – допускаемое напряжение на смятие.

Вал
I

Шпонка сегментная 14 х 9 х 45 ГОСТ 23360-78

Вал
III

Шпонка 10 х 8 х 45 ГОСТ 23360-78

Все расчеты удовлетворяют требованиям.

2.12 Расчет норм точности зубчатого колеса

Рассчитываем нормы точности для:

Z = 28m = 3,5 ммb = 20 ммd = m × Z = 98 мм

Определяем длину общей нормали

W = WI
× m - мм

W1
- длина общей нормали при m = 1

WI
= 10,7246 мм

W = 10,7246 × 3,5 = 37,5 мм

Определяем допуск на радиальное биение

Fr
=0,04 мм [1] табл.24

Определяем допуск на колебание длинны общей нормали

Vw
= 0,024 мм

Определяем допуск на колебание измерительного межосевого расстояния

Fi
II
= 0,058 мм/об. fi
II
= 0,022 мм/зуб[1] табл.24,26

Определяем допуск на направление зуба

Fb
= ±0,012 мм [1] табл.29

Определяем верхнее отклонение

AWm
= 0,065 мм (I слагаемое)[1] табл.31

AWm
= 0,009 мм (II слагаемое)[1] табл.32

Верхнее отклонение = 0,065 + 0,009 = 0,074 мм

Определяем допуск на среднюю длину общей нормали

TWm
= 0,048 мм [1] табл.33

Нижнее отклонение = 0,074 + 0,048 = 0,122 мм

Длина общей нормали

3. Технологическая часть

3.1 Описание детали. Анализ технологичности

Колесо зубчатое предназначено для передачи крутящего момента и вращательного движения с одного вала на другой. Применяется в коробках скоростей, подач и редукторах.

Колесо зубчатое представляет собой тело вращения, на поверхности большего диаметра нарезаны 28 зубьев модулем 3,5 мм, степенью точности 7-С, левый торец без ступицы. Центральное отверстие простой формы и имеет 8 шлицев d6 x 32H7 x 38H12 x 6F10. Поверхности зубьев закруглены.. Рабочие поверхности зубьев проходят термическую обработку, закалку ТВЧ до твердости 40...52 HRC, и цементацию 52... 56 HRC.

Материал детали и его свойства

Колесо зубчатое выполняется из материала сталь 12ХН3А ГОСТ 4543-71. Это легированная конструкционная сталь, применяется для деталей средних размеров с твердой износоустойчивой поверхностью при достаточно прочной вязкой сердцевине, работающей при больших скоростях и средних давлениях. Из этой стали рекомендуется изготовлять зубчатые колеса, кулачковые муфты, втулки, плунжеры, копиры, шлицевые валы и т.п.

Таблица 3.1 - Химический состав стали 12ХН3А

Марка	Содержание элементов, %
	Углерод	Марганец	Кремний	Хром	Никель	Другие элементы
12ХН3А	0,37... 0,43	0,5... 0,8	0,17... 0,37	0,7-1,0	1,0	-

Таблица 3.2 - Механические свойства стали 12ХН3А

Относительное сужение ψ, %	Предел текучести σт, МПа	Предел прочности σв, Мпа	Относительное удлинение δ, %	Ударная вязкость кГс*м/см2	Твердость НВ, не более МПа
45	784	981	10	6	2820
Не менее

Определение массы детали производится путем разделения детали на простые геометрические фигуры и суммированием масс составляющих фигур:

Анализ технологичности детали

Деталь «Колесо зубчатое» соответствует следующим требованиям технологичности согласно ГОСТ 14.204-73:

- конструкция детали состоит из стандартных и унифицированных конструктивных элементов;

- деталь изготовляется из стандартной и унифицированной заготовки;

- размеры и поверхности детали имеют оптимальные степень точности и шероховатости;

- физико-химические и механические свойства материала, жесткость детали, ее форма и размеры соответствуют технологии изготовления;

- показатели базовой поверхности (центральное отверстие Ø32Н7, Rа
=0,8 мкм) обеспечивают точность установки, обработки и контроля;

- конструкция детали обеспечивает возможность применения типовых и стандартных технологических процессов и изготовления;

Таблица 3.3 - Количественная оценка технологичности конструкции детали

Номера поверхностей	Точность ( квалитет )	Шероховатость Класс (Ra )	Унификация элементов
1	14	6 (1,2)
2	14	4 (6,3)	Фаска
3	9	5 (3,2)
4	14	4 (6,3)	Фаска
5	14	4 (6,3)
6	14	4 (6,3)
7	14	4 (6,3)	Фаска
9,11	14	4 (6,3)	2 фаски
10	7	7 (0,8)
12-19	9	6 (1,6)	8 шлицев
8	14	6 (1,6)	Фаски
48-76	14	4 (6,3)	29 закруглений
20-47	7 – С	7 (0,8)	28 зубьев
Всего: 76	Из них унифицированных - 70

Коэффициент унификации элементов:

где: Qу.э
- количество унифицированных элементов;

Qэ
– общее количество элементов;

,

следовательно по коэффициенту унификации деталь технологична.

Коэффициент точности:
,

где: Аср
– средний квалитет точности детали; ,

тогда ,

следовательно по коэффициенту унификации деталь технологична.

Коэффициент шероховатости:

,

где: Бср
– средний класс шероховатости;

,

тогда

,

следовательно по коэффициенту унификации деталь технологична.

3.2 Выбор типа производства

Для предварительного определения типа производства можно использовать годовой объем выпуска и массу детали. По таблице 3.1, тип производства определен как среднесерийный.

Среднесерийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготовляемых периодически повторяющимися порциями, и сравнительно большим объемом выпуска, чем в единичном типе производства. При серийном типе производства используются универсальные станки, оснащенные как специальными, так и универсальными, а также универсально-сборными приспособлениями, что позволяет снизить трудоемкость и себестоимость изготовления изделия. В серийном производстве технологический процесс изготовления изделия преимущественно дифференцирован, то есть расчленен на отдельные, самостоятельные операции, выполняемые на определенных станках.

При серийном производстве обычно применяют универсальные, специализированные агрегатные станки, а так же станки с ЧПУ. При выборе технологического оборудования специального или специализированного, дорогостоящего приспособления или вспомогательного приспособления и инструмента необходимо производить расчеты затрат и сроков окупаемости, а так же ожидаемый экономический эффект от использования оборудования и технологического оснащения.

При среднесерийном производстве запуск изделий производится порциями с определенной периодичностью.

Количество деталей в партии для одновременного запуска можно определить упрощенным способом:

шт

где: N = 12000 – годовая программа выпуска;

а = 6 – периодичность запаса в днях.

Принимаем n=300 шт, что кратно годовой программе.

3.3 Технические условия на деталь и методы их обеспечения

Техническое условие	Метод обеспечения	Метод контроля
0,04 А	Шлифованием при установке на оправке	Индикатором на оправке ИЧ-10
0,025 А	Шлифованием на плоскошлифовальном станке	Индикатором на плите

Номер поверхности	Квалитет	Параметр шероховатости	Метод получения
2,4,5,6,7	14	6,3	Точение
3	9	3,2	Протачивание черновое и чистовое
1,8	14	1,6	Точение черновое и чистовое, шлифование
10	7	0,8	Растачивание, протягивание, шлифование
12-19	9	1,6	Протягивание
9,11	14	6,3	Растачивание
48-76	14	6,3	Зубозакругление
20-47	7 - С	0,8	Зубофрезерование, зубошлифование

3.4 Выбор и обоснование метода получения заготовки

Учитывая конфигурацию детали и тип производства наиболее целесообразными методами получения заготовки являются:

1. прокат гарячекатанный;

2. поковка штампованная

3.4.1 Заготовка из проката

Выбираем диаметр проката по максимальному диаметру и длине детали:

Dmax
= 105 мм; Ld
= 50 мм

Припуск на обработку наружных цилиндрических поверхностей выбираем по табл.3.13. с.41[*]

2Z = 5 мм

Расчетный диаметр проката:

Dрасч
= Dmax
+ 2Z = 105 + 5 = 110 мм

По ГОСТ 2590-88 принимаем диаметр проката

Dпр
= 110 мм

Припуск на чистовое подрезание торцев по табл.3.12, с.40 [*]

2Z = 2 + 2 мм

Длинна заготовки

Lзаг
= Ld
+ 2Z = 50 + 4 = 54 мм

Масса заготовки из проката

Коэффициент использования материала

Стоимость заготовки из проката

,

где См
= 280 грн. – стоимость 1 т проката;

Сотх
= 90 грн. – стоимость 1 т металлоотходов.

Норма расхода материала на одну деталь

Нрасх
= Мпр
× (100+ 4) × 100% =4 ×1,04 = 4,16 кг

3.4.2 Заготовка штамповка

Расчет производим по ГОСТ 7505-89

Масса поковки расчетная

Мпок
= Мдет
× К = 1,5 ×1,6 = 2,4 кг,

где К=1,5...1,8 с.31

Класс точности [табл.19,с.28] – Т2

Группа стали [табл.1,с.8] – М2

Степень сложности определяем, вычисляя отношение массы поковки расчетной к массе описывающей фигуры (массы проката):

что соответствует степени сложности С1.

Исходный индекс поковки на с.10 по номограмме получается – 8.

Определяем припуски на обработку в таблице.

Таблица 3.4 - Припуски на обработку

Размеры детали, мм	Шероховатость, Ra , мкм	Общий припуск на обработку, мм	Размеры заготовки с отклонениями, мм
Ø105h9	3,2	2(1,4+0,3+0,2)=3,8	Ø 108,8 прин. Ø
Ø50h14	6,3	2(1,3+0,3+0,2)=3,6	Ø 53,6 прин. Ø
Линейные размеры
50h14	1,6	2(1,4+0,3+0,2)=3,8	53,8 прин.
20h14	1,6/6,3	(1,1+0,3+0,2)+ (0,9+0,2-0,2)=3,3	23,3 прин.

Расчет массы поковки

Разбиваем поковку на простые геометрические фигуры

Определяем массу поковки

кг

кг

Принимаем технологические потери при горячей объемной штамповке равными 10% от массы поковки, определяем норму расхода материала на одну деталь.

Нрасх
=Мпок
× (100+10)/100 = 2,05 × (100+10)/100 = 2,25 кг

Коэффициент использования материала

Стоимость заготовки штамповки:

Себестоимость поковки штампованной выше, чем заготовки из проката. Однако при использовании проката значительно увеличивается трудоемкость черновых операций. Установлено, что при разнице коэффициентов использования материалов выше 0,15 целесообразно применение штамповки.

Для данной детали Кпок
- Кпр
= 0,73 – 0,375 =0,355

Следовательно, в качестве заготовки используем поковку штампованную.

3.5 Разработка проектного технологического процесса с применением станков с ЧПУ

005.Токарная с ЧПУ

1. Точить поверхности 8; 6; 5 начерно

2. Точить поверхности 8; 7; 6; 5; 4

3. Расточить фаску 9

010.Токарная с ЧПУ

1. Точить поверхность 1; 3; начерно

2. Точить поверхности 1; 2; 3; начерно

3. Расточить отверстие 10 начисто, фаску 11

015. Горизонтально-протяжная

1. Протянуть отв.10, шлицы 12-19

020.Зубофрезерная

1. Фрезеровать зубья 20-47

025.Зубозакругловочная

1. Закруглить зубья 48-76

030.Термическая

035.Внутришлифовальная

1. Шлифовать отв.10, торец 8

040.Плоскошлифовальная

1. Шлифовать торец 1

045.Зубошлифовальная

1. Шлифовать зубья 20-47

050.Контрольная

Принимаем для изготовления детали «Колесо зубчатое» технологический процесс с применением ЧПУ, как наиболее перспективный.

3.5.1 Обоснование выбора баз

Номер операции	Наименование операции	Базирование
005	Токарная с ЧПУ	В патроне по цилиндрической поверхности 3, торцу 1
010	Токарная с ЧПУ	В патроне по цилиндрической поверхности 6, торцу 8
015	Горизонтально-протяжная	На опоре сферической по торцу 8
020	Зубофрезерная	На оправке по отв.10 и торцу 1
025	Зубозакругловочная	На оправке по отв.10 и торцу 1
035	Внутришлифовальная	В патроне по делительному диаметру и торцу 1
040	Плоскошлифовальная	На магнитной плите по торцу 8
045	Зубошлифовальная	На оправке по отв.10 и торцу 1

3.5.2 Выбор технологического оснащения

Номер операции	Наименование операции	Оборудование	Приспособление	Режущий инструмент	Мерительный инструмент
005	3808 Токарная с ЧПУ	381021 16К20Ф3	396112 Патрон 7100-0007 ГОСТ 2675-80	392191 Резец 2302-0311 Т15К6 ГОСТ 21151-75 392192 Резец 2101-0647 Т30К4 ГОСТ 20872-80 392193 Резец 2145-0551 Т15К6 ГОСТ 20874-80	393120 Калибр-скоба 8113-0144 ГОСТ 18362-73 393610 Шаблон линейный И01.00.000 393111 Калибр-пробка И02.00.000
010	3808 Токарная с ЧПУ	381021 16К20Ф3	396112 Патрон 7100-0009 ГОСТ 2675-80	392191 Резец 2302-0311 Т15К6 ГОСТ 21151-75 392192 Резец 2101-0647 Т30К4 ГОСТ 20872-80 392193 Резец 2145-0551 Т15К6 ГОСТ 20874-80	393120 Калибр-скоба 8118-0015h14 ГОСТ 2216-84 393610 Шаблон линейный И03.00.000 393111 Калибр-пробка И04.00.000
015	4180 Горизонтально-протяжная	381756 7Б510	392870 Адаптер АВ 2871	392330 Протяжка 2402-2187 Р6М5 ГОСТ 25971-83	393182 Калибр-пробка 8311-0437 Н7 ГОСТ 24960-81
020	4153 Зубофрезерная	381572 53А50	392800 Оправка 7150- 0368 ГОСТ 18437-73	391814 Фреза 2510-4074 Р6М5 ГОСТ 9324-80	394520 Зубомер ГОСТ 5368-81
025	4156 Зубозакругловочная	381575 5Н580	392800 Оправка 7150- 0368 ГОСТ 18437-73	391820 Фреза 2223-0129 Р6М5 ГОСТ 17026-71	393612 Шаблон радиусный И05.00.000
035	4132 Внутришлифовальная	381312 3К228В	396112 Патрон 7100-0007В ГОСТ 2675-80	397110 Круг 5 20х26х10 23А16СТ15К8 35 м/сек Акл. 1 ГОСТ 2424-83	393112 Калибр-пробка 8311-0437 Н7 ГОСТ 24960-81
040	4133 Плоскошлифовальная	381313 3Л722	396100 Плита 7208-0019 ГОСТ 16528-81	397112 Круг 1 450х125х250 14А25ПСМ27К1 35 м/сек Акл. 1 ГОСТ 2424-83	393610 Шаблон линейный И06.00.000
045	4151 Зубошлифовальная	381561 5В833	396100 Оправка 7150-0450 ГОСТ 18438-73	397735 Круг червячный 400х40х127 44А12СМ19К 35 м/сек Акл. 2 ГОСТ 2424-83	394500 Прибор ГОСТ 9776-82

3.6 Разработка операционного технологического процесса

3.6.1 Определение операционных процессов
и межоперационных размеров

Последовательность обработки	Квалитет	Шероховатость, Rа мкм	Припуск на обработку, мм	Размер с отклонениями, мм
поверхность 3 Ø105 h9
Заготовка	Т3	50	4,0	Ø
Точение черновое	h14	12,5	3,0	Ø106
Точение чистовое	h9	3,2	1,0	Ø105h9
поверхность 6 Ø50 h14
Заготовка	T3	50	4,0	Ø
Точение черновое	h14	12,5	3,0	Ø51h14
Точение чистовое	h14	6,3	1,0	Ø51h14
отверстие 32 H7
Заготовка	T3	v	4,5	Ø27,5H14(+0,52 )
Растачивание	H11	3,2	3,5	Ø31H11(+0,13 )
Протягивание	H7	1,6	0,6	Ø31,6H7(+0,021 )
Шлифование	H7	0,8	0,4	Ø32H7(+0,021 )
р-р 50 h14
Заготовка	T3	50	4
Точение черновое	h14	6,3	2,6	51,4
Точение чистовое	h14	1,6	1,0	50,4
Шлифование	h14	0,8	0,4	50h14

3.6.2 Определение режимов резанья, норм времени и расценок

3.6.2.1 Определение режимов резанья, норм времени для операции 005 Токарной с ЧПУ

Операция выполняется на станке 16К20Ф3.

Паспортные данные станка:

Частота вращения шпинделя, об/мин:

10; 18; 25; 35,5; 50; 71; 100; 140; 180; 200; 250

280; 355; 500; 560; 710; 800; 1000; 1400; 2000.

Диапазон подач, мм/мин: по оси Х – 0,05... 2800

по оси Z – 0,1... 5600

Наибольшая сила, допускаемая механизмом подач:

продольной – 8000 Н;

поперечной – 3600 Н.

Мощность привода главного движения - 11 кВт

Инструмент – резец упорный с сечением державки 25х25 мм со сменной пластиной толщиной 6,4 мм. Материал Т15К6. Углы в плане φ
= 92º; φ1
= 5º. Стойкость Т=30 мин. Радиус вершины резца r
в
= 1 мм.

Глубина резанья:

t
6,5
= 1,5 мм; t
8
= 1,3 мм;

Определяем подачу [ к 3 стр.38 ]

S8,6
= 0,45 мм/обS5
= 0,73 мм/об

Поправочные коэффициенты [к 53 стр.143]

КSn
= 1; КS
д
= 1; КSh
= 1; КS
м
= 0,7;

КS
у
= 1,2; КS
п
= 0,8; КS
р
= 1; КSj
= 1;

S = 0,73 × 0,7 × 1,2 × 0,8 = 0,49 мм/об

Проверяем по составляющим силы резанья

Рх
= 750 H Ру
= 270 H [к.32 стр.98]

что значительно меньше допускаемых

РХ.доп
= 8000 H РY
.доп
= 3600 H

Определяем скорость резанья

V = 146 м/мин [к.21 стр.74]

Поправочные коэффициенты [к.23 стр.82]

КVn
= 1,1; КV
с
= 1; КVo
= 1; КVj
= 1;

КV
м
= 0,6; КV
р
= 1; КV
т
= 1; КV
ж
= 1; V = 146 × 1,1 × 0,6 = 96,4 м/мин

Определяем частоту вращения шпинделя
для поверхности 5

принимаем nc
т
= 250 об/мин,

для поверхности 6,8

принимаем nc
т
=500 об/мин,

Тогда фактическая скорость резанья

Проверяем по требуемой мощности [к.21.с.74]

Nт
= 6,5 кВт

Получаем

,

что равно мощности привода.

Минутная подача

SМ5
= 0,49 × 250 = 122,5 мм/мин

SМ6,8
= 0,49 × 500 = 245 мм/мин

Переход 2.
Точение чистовое

Инструмент – резец контурный с сечением державки 25х25 мм со сменной пластиной толщиной 6,4 мм. Материал Т30К4. Углы в плане φ
= 93º φ1
= 32º. Стойкость Т=30 мин. Радиус вершины резца r
в
=1 мм.

Глубина резанья:

t
= 0,5 мм;

Определяем подачу [к.6 стр.46]

S = 0,25 мм/об

Поправочные коэффициенты [к 53 стр.143]

КSn
= 1; КS
д
= 1; КSh
= 1; КS
м
= 0,7;

КS
у
= 1,2; КS
п
= 0,8;КS
р
= 1; КSj
= 1;

S = 0,25 × 0,7 × 1,2 × 1 = 0,21 мм/об

Определяем скорость резанья

V = 308 м/мин [ к.22 стр.81]

Поправочные коэффициенты

КVn
= 0,8; КV
с
= 1; КVo
= 1; КVj
= 1;

КV
м
= 0,6; КV
р
= 0,95; КV
т
= 1; КV
ж
= 1; V = 308 × 0,8 × 0,6 × 0,95 = 140,4 м/мин

Определяем частоту вращения шпинделя

принимаем nc
т
=500 об/мин,

принимаем nc
т
=1000 об/мин,

Тогда фактическая скорость резанья

Минутная подача

Sм5
= 0,21 × 500 = 105 мм/мин

Sм6,8
= 0,21 × 1000 = 210 мм/мин

Переход 3.
Растачивание фаски

Глубина резанья - t
= 1,6 мм;

Определяем подачу [к.16 стр.62]

S=0,66 мм/об

Поправочные коэффициенты [к 11 стр.62]

КSn
= 1; КSd
= 0,62; КS
м
= 0,7;

КS
у
= 1,15; КS
р
= 1; КSo
= 1;

S = 0,66 × 0,7 × 1,15 × 0,62 = 0,33 мм/об

Определяем скорость резанья

V = 121 м/мин [ к.21 стр.76]

Поправочные коэффициенты [ к.23 стр.82]

КV
н
= 1,1; КV
с
= 1; КVo
= 1; КVj
= 1;

КV
м
= 0,6; КV
р
= 1; КV
т
= 1; КV
ж
= 1; V = 121 × 1,1 × 0,6 = 79,8 м/мин

Определяем частоту вращения шпинделя

принимаем nc
т
=630 об/мин,

Тогда фактическая скорость резанья

Минутная подача

Sм6
= 0,33 × 630 = 208 мм/мин

Определяем основное время

мин.

L = l + l1
+ l2

где l – длинна обрабатываемой поверхности

l1
+ l2
- врезание и перебег инструмента

Переход 1.

мм мин.

мм мин.

мм мин.

Переход 2.

мм мин.

мм мин.

мм мин.

Переход 3.

мин.

Суммарное основное время автоматической работы станка:

ΣТо
= 0,006 + 0,118 + 0,24 + 0,065 + 0,28 + 0,3 + 0,03=1,093 мин

Определяем время автоматического цикла (время автоматической работы станка по программе)

Тц.а
= ΣТо
+ Тм.в,

Тц.а
- время автоматической работы станка

Тм.в
– машинно-вспомогательное время [прил.46]

Тм.в
= 1,46 мин

Тц.а
= 1,093 + 1,46 = 2,55 мин

Вспомогательное время на установку и снятие детали

Туст
= 0,17 мин [к.3, стр.52]

Время связанное с операцией

Топ
= 0,18 мин [к.14, стр.79]

Время на контрольные измерения

Тизм
= 0,08 + 0,06 + 0,05 + 0,06 = 0,25 мин [к.15, стр.80]

Суммарное

Тв
= 0,17 + 0,18 + 0,25 = 0,60 мин

Время на оргтехобслуживание и отдых [к.16, стр.90]

атех
+ аорг
+ аотл
= 8%

Штучное время

, мин

мин

Подготовительно-заготовительное время [к.21, стр.96]

- на получение документации и оснастки 9 мин

- на ознакомление с чертежом 2 мин

- инструктаж мастера 2 мин

- установка патрона 4 мин

- установка кулачков 8 мин

- установка инструмента 0,8×3=2,4 мин

- ввод программы с пульта 0,4×12=4,8 мин

- настройка подачи СОЖ 0,1 мин

- на пробную обработку детали Тца
+ 9,211,7 мин

Тпз
= 9 + 2 + 2 + 4 + 8 + 2,4 + 4,8 + 0,1 + 11,7 = 44 мин

Штучно калькуляционное время

, мин

Часовая тарифная ставка рабочего-станочника 3 разряда составляет 97 коп.

Расценка на операцию

грн

3.6.2.2 Определение режимов резанья, норм времени и расценок для операции

020 Зубофрезерная

Операция выполняется на станке 53А50.

Паспортные данные станка:

Наибольший наружный диаметр колеса - 500 мм

Наибольший модуль нарезаемого колеса - 8 мм

Мощность двигателя - 8 кВт

КПД станка - 0,65

Частота вращения шпинделя, об/мин:

40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 240; 315; 405

Вертикальные подачи суппорта за один оборот заготовки, мм/об:

0,75; 0,92; 1,1; 1,4; 1,7; 2,0; 2,2; 2,5; 2,8; 3,1; 3,4; 3,7; 4,0; 5,1; 6,2; 7,5

Радиальные подачи, мм/об:

0,22; 0,27; 0,33; 0,4; 0,48; 0,55; 0,66; 0,75; 0,84; 1,0; 1,2; 1,53; 1,8; 2,25

Режущий инструмент: червячная модульная фреза, цельная, двухзаходовая.

Материал фрезы Р6М5.

Модуль фрезы mфр
=3,5 мм, наружный диаметр Дфр
= 65 мм,

число зубьев Zфр
=10.

Период стойкости Т=240 мин.

Нарезаем на колесе 28 зубьев m=3,5 мм, ширина венца в
=20 мм. Для повышения производительности труда одновременно обрабатываются два колеса.

Глубина резанья

t = h = 2,2m = 2,2 × 3,5 = 7,7 мм

Подача на один оборот колеса [к.3,стр.27]

S = 2,0... 2,4 мм/об

Поправочные коэффициенты

КSm
= 0,7; КSβ
= 1

Тогда S = 2,4 × 0,7 = 1,68 мм/об

Корректируем по паспорту станка Sст
=1,7 мм/об
Определяем скорость резанья [ к.5,стр.30 ]

v = 34 м/мин (найдено интерполированием)

Поправочные коэффициенты

КVM
= 0,6; КVβ
= 1; КVω
= 1;

Тогда v = 34 × 0,6 = 20,4 м/мин

Частота вращения фрезы

Корректируем nст
= 100 об/мин

Vф
=20 м/мин

Мощность, затрачиваемая на резанье [ к.5 стр.30 ]

Nрез
= 1,6 кВт

Мощность привода станка

Nшп
= Nd
× η = 7,5 × 0,65 = 4,9 кВт

Nрез
< Nшп,
значит, обработка возможна.

Основное время

мин.

где L – длинна прохода фрезы L = b + l1

l1
- врезание и перебег, по примеру 4, [cтр.168]

l1
= 34 мм

L = 2в + l1
= 2 × 20 + 34 = 74 мм

Время на две детали

мин

Основное время на одну деталь

мин

Вспомогательное время [к.7,с.40; к.63,с.152] на установку и снятие двух деталей Тв.уст
= 0,57 мин, время на операцию для двух деталей Тв.оп
= 0,68 мин, время на контрольное измерение перекрываемое основным

Тв.2
= 0,57 + 0,68 = 1,25 мин, на одну деталь

Тв.
= 1,25/2 = 0,63 мин,

Время на оргтехобслуживание [к.84, стр.154]

атех
+ аобс
= 4,5%

Время отдыха и личных потребностей [к.88, стр.202]

аотл
= 4%

Штучное время

, мин

мин

Тпз
= 30 + 3 + 7 = 40 мин

Штучно калькуляционное время

, мин

Часовая тарифная ставка рабочего-станочника 4 разряда составляет 1,09 грн.

Расценка на операцию

грн

3.6.2.3 Определение режимов резанья, норм времени и расценок на операцию

045 Зубошлифовальная

Операция выполняется на станке 5В833.

Паспортные данные станка:

Диаметр обрабатываемого колеса - 40... 320 мм

Модуль обрабатываемого колеса - 0,5... 4 мм

Наибольшая длинна шлифуемого зуба - 150 мм

Число зубьев обрабатываемого колеса - 12... 200

Частота вращения шлифовального круга - 1500 об/мин:

Вертикальная подача суппорта - 3,78... 165 мм/мин

Радиальная подача шпиндельной бабки за один ход - 0,02... 0,08

Мощность двигателя главного движения - 4 кВт

Шлифуются 28 зубьев зубчатого колеса, модулем m = 3,5 мм.

Ширина зубчатого венца в
=20 мм.

Степень точности 7-С, шероховатость Ra
=0,8 мкм.

После закалки.

Инструмент – шлифовальный круг червячный, двухзаходовый.

Определяем припуск на шлифование [табл.26,с.607]

a = 0,15... 0,25 мм, принимаем

a = 0,2 мм,

Полная величина радиального врезания

Р = 1,462 × а = 1,462 × 0,2 = 0,29 мм

При черновом шлифовании удаляется 80% припуска, остальное – при чистовом.

hчерн
= 0,29 × 0,8 = 0,23 мм

hчист
= 0,29 - 0,23 = 0,06 мм

Радиальная подача круга:

черновое -Sр.черн
= 0,05... 0,08 мм/раб. ход

принимаем Sр.черн
= 0,08 мм/раб. ход

чистовое-Sр.чист
= 0,01... 0,02 мм/раб. ход

принимаем Sр.чист
= 0,02 мм/раб. ход

Вертикальная подача круга:

черновое -Sв.черн
= 1,5... 3,0 мм/об

принимаем Sв.черн
= 3,0 мм/об

чистовое-Sв.чист
= 0,2... 0,3 мм/об

принимаем Sр.чист
= 0,3 мм/об

Количество проходов:

при черновом шлифовании

прохода

при чистовом шлифовании

прохода

Длинна рабочего хода суппорта

L = в + (2... 3) мм

L = 20 + 3 = 23 мм

Основное время

мин,

где Z – число зубьев колеса, Z = 28

Z0
- число зубьев круга, Z0
= 2

мин.

Вспомогательное время: на установку и снятие детали Тв.уст
= 0,42 мин, время на операцию Тв.оп
= 0,8 мин, время на контрольное измерение перекрываемое основным

Тв
= 0,42 + 0,8 = 1,22 мин,

Время на обслуживание рабочего места

аобс
= 12%

Время отдыха и личных потребностей

аотл
= 4%

Штучное время

, мин

мин

Подготовительно-заключительное время

Тпз
= 19 + 4 + 5 = 28 мин

Штучно калькуляционное время

, мин

Часовая тарифная ставка рабочего-станочника 4 разряда

составляет 1,21 грн.

Расценка на операцию

грн

3.6.3 Техника безопасности при работе на сверлильных станках

Перед началом работы на сверлильных станках

1. Ознакомиться с предстоящей работой, проверить наличие и исправность инструментов и приспособлений, расположить чертежи и техническую документацию удобно для пользования положении.

2. Убрать со станка все посторонние предметы.

3. Осмотреть заготовки и проверить наличие внешних дефектов.

4. Проверить исправность станка и достаточность освещения, наличие и исправность ограждений, заземлений, тисков и кондукторов.

5. Убедиться в надёжности действия приспособлений для пуска и остановки станка и прочности фиксации рукояток для включения и переключения.

6. Проверить исправность устройств вертикально – сверлильных и радиально – сверлильных станков, предупреждающих самовольное опускание траверсы, хобота, кронштейна.

7. Наметить места для складирования обработанных и необработанных деталей.

8. При наличие неисправностей в станке или инструменте к работе не приступать и доложить мастеру.

При работе на сверлильных станках.

1. Крепление заготовки производить в местах, имеющих сплошные опоры, чтобы исключалась возможность деформации и срыва заготовки в процессе обработки.

2. В качестве крепёжных элементов необходимо применять высокие гайки, опорная поверхность которых закалена. Гайки со смятыми поверхностями не применять.

3. Жестко и прочно крепить режущий и вспомогательный инструмент. Следить за тем, чтобы хвостовики инструментов и оправок были тщательно пригнаны к конусу шпинделя. Перед установкой инструмента осмотреть и промерить посадочные поверхности, забоины на этих поверхностях не допускаются.

4. При закреплении осевого инструмента в сверлильном патроне конец его хвостовика должен упираться в дно гнезда патрона.

5. После настройки радиально – сверлильного станка надёжно зафиксировать его траверсу в требуемом положении.

6. Установку инструмента производить при полном останове станка, остерегаясь порезов рук о режущие кромки. Внимательно следить за надёжностью и прочностью крепления, а также центровки. Смену инструмента на ходу станка разрешается производить только при наличии специального быстросменного патрона.

7. По возможности не применять при работе патронов и приспособлений с выступающими частями. Если они есть, то необходимо оградить.

8. Режущий инструмент надо плавно подводить к обрабатываемой детали.

9. При заедании сверла, особенно при выходе его из отверстия, следует сокращать подачу и не делать сильны нажимов.

10. Не допускать попадания охлаждающей эмульсии на лицо и руки.

11. При обработке хрупких металлов применять защитные экраны или очки.

12. Не наклоняться близко к вращающемуся шпинделю для наблюдения за ходом обработки.

13. Во время работы станка проверять рукой остроту режущих кромок инструмента, глубину отверстия и выход сверла из детали, охлаждать свёрла мокрыми концами или тряпкой запрещено.

14. При сверлении полых заготовок или заготовок, у которых поверхность на выходе сверла расположена под углом к оси его вращения, применять автоматическую подачу и использовать фигурные подкладки.

15. При сверлении отверстий подачу врезания осуществлять в ручную, а механическую подачу включать после полного входа в материал режущих кромок сверла.

16. Сверление глубоких отверстий выполнять в два приёма: в начале отверстие сверлить на глубину 5 – 6 диаметров обычным сверлом, затем на заданную глубину – удлиненным.

17. При обработке глубоких отверстий периодически выводить режущий инструмент из отверстия и очищать его кисточкой или щёткой от стружки.

18. Сверлить отверстия в вязких металлах следует спиральными свёрлами со стружкодолбильными каналами.

19. В случае заедания инструмента в обрабатываемой детали или при проворачивания её на столе вместе с инструментом следует немедленно остановить станок.

20. При обработке отверстий в тонких пластинах и полосах их в обязательном порядке необходимо закреплять в специальных приспособлениях.

21. Запрещается во время работы подводить трубопровод эмульсионного охлаждения к инструменту или производить его крепление.

22. При затуплении инструмента или его поломки, а также при выкрашивании кромок у твёрдосплавных режущих пластин остановить станок и заменить инструмент.

23. Перед остановом станка обязательно отвести инструмент от обрабатываемой детали.

24. Запрещается останавливать шпиндель станка руками или предметами.

25. Не допускается наматывание стружки на сверло – остановить станок убрать её.

26. Удалять стружку из обрабатываемого отверстия следует только после остановки станка и отвода инструмента. Для удаления мелкой стружки из глухих отверстий и полых деталей следует применять специальные магнитные или пневматические стружкоудаляющие устройства. Использование сжатого воздуха для выдувания стружки запрещено.

27. При перемещении шпиндельной бабки по траверсе радиально – сверлильного станка сильно не разгонять её.

28. При снятии инструмента выбивать его только клином, специально предназначенным для этой цели и соответствующим по размеру конуса. Для выбивания применять латунные, медные или незакалённые стальные молотки, чтобы предотвратить образования осколков, которые могут травмировать.

29. После снятия со станка обработанной детали или приспособления вынуть все болты из пазов стола и убрать их в установленное место.

30. Работать на сверлильных станках в рукавицах запрещается. Установка и снятие крупногабаритных деталей должны производиться в рукавицах только после остановки станка.

4. Расчет экономической части дипломного проекта

4.1 Расчет партии деталей

Тп.з.
- подготовительно-заключительное время на партию (мин)

Тшт.
- штучное время (мин) где - наибольшее по основной операции

Кс.
- коэффициент, показывающий отношение подготовительно-заключительного времени ко времени работы оборудования в течении которого на нем будет обрабатываться данная партия деталей Кс
=(0,03 – 0,10).

шт

Принимаю n=300 шт.

4.2 Расчет штучно-калькуляционной нормы времени на обработку одной детали

, мин

где n – размер партии деталей (шт).

SТшт.к.
=3,54+3,04+6,25+4,12+1,76+1,82+1,24+4,24 = 26,01 мин

4.3 Расчет потребного количества оборудования

; шт.

где N – годовая программа деталей N=12000 шт.

SТшт.к
- норма времени на обработку деталей (мин)

Кз
– коэффициент загрузки

Кн
– коэффициент учитывающий переработку норм 1,1 – 1,15

Fд
– действительный годовой фонд времени работы оборудования (час)

Fд
= (Дк
- ( Дв
+ Дпр
)) · 2 · 8 · 0,95

где Дк
– календарные дни в плановом периоде (год)

Дв
- кол-во выходных дней (год)

Дпр
- кол-во праздничных дней (год)

2 - кол-во смен

8 - продолжительность смены (час)

0,95 – коэфф., учитывающий простои оборудования в ремонте

На 2003 год действительный фонд времени составляет:

Fд
= (365 - ( 102 + 8 )) · 2 · 8 · 0,95 = 3876 (час).

4.4 Расчет стоимости основных материалов

Стоимость материалов на одну деталь

Мо
=m · P – m1
· P1
грн.

где m – черновой вес заготовки (кг) mзаг
=2,05 кг

Р – стоимость одного килограмма заготовки в грн. Р=1,68 грн.

m1
– вес отходов (кг) m1
= mзаг
-mдет
= 2,05 – 1,5 = 0,55 кг.

Р1
– стоимость одного килограмма отходов в грн. Р1
= 0,18грн.

Мо
=2,05 · 1,68 – 0,55 · 0,18 = 3,43 грн.

4.5 Определение величины затрат по прямой заработной плате

;

где Сч
= 1,37 (грн) – среднечасовая тарифная ставка рабочих, занятых обработкой детали

грн.

4.6 Определение косвенных затрат

Расчет дополнительной заработной платы и отчислений на социальное страхование рабочих рассчитывается по формуле:

Зд
= Зо
· Кд
· Кдоп
· Ксоц
- Зо

где Кдоп
= 1,2 – коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату в размере 20% от основной зарплаты;

Кд
= 1,1 – коэффициент, учитывающий сумму доплат к прямой заработной плате;

Ксоц
= 1,367 – коэффициент, учитывающий отчисления в соцстрах;

Зд
= 0,593 · 1,1 · 1,2 · 1,367 – 0,593 = 0,477 грн.

4.7 Определение стоимости вспомогательных материалов

Вспомогательные материалы составляют в среднем 5-8% от стоимости основных материалов

грн.

грн.

4.8 Заработная плата вспомогательных рабочих (наладчиков)

где Сч
=1,41 грн. – часовая тарифная ставка наладчика 4-го разряда;

Кр
– кол-во наладчиков (принимаем из расчета обслуживания одним наладчиком пяти станков);

Ксоц
= 1,367 – коэффициент, учитывающий отчисления в соцстрах;

Fд
– фонд времени одного рабочего в год;

N – годовая программа;

Fд
= (365 – 104) · 8 · 0,88 = 1837,44 (час)

4.9 Амортизационные отчисления и затраты на ремонт и содержание оборудования

где N – годовая программа деталей N=12000 шт.

На
- норма годовых амортизационных отчислений 12%

Коб
= 0,1 - коэффициент, учитывающий годовые затраты на текущий ремонт и обслуживание оборудования

Кмонт
=1,15 – коэффициент, учитывающий затраты на монтаж оборудования

Ко
– стоимость оборудования

4.10 Затраты на силовую электроэнергию

где Nуст
– установленная мощность эл.двигателей оборудования (кВт).

Кз
= 0,85 - коэффициент загрузки двигателей

Кв
= 0,7 – коэффициент одновременной работы оборудования

ηдв
= 0,9 – К.П.Д. двигателя

ηq
= 0,95 – коэффициент потерь эл.энергии в сети

ΣТшт.к.
– продолжительной операции в час

Цэ
=0,236 – стоимость эл.энергии (кВт/час)

4.11 Затраты на инструмент и приспособление

Стоимость инструмента (Кинстр
) принимается в размере 5% балансовой стоимости оборудования Кинстр
= 0,05.

Стоимость приспособления (Кприсп
) составляет в среднем 1% от балансовой стоимости оборудования Кприсп
= 0,01.

Расходы на амортизацию, ремонт и восстановление инструмента и приспособлений, приходящиеся на 1 деталь в год определяется по формуле

где 0,4 – коэффициент, учитывающий расходы на амортизацию, ремонт и восстановление инструмента и приспособлений.

Ко
- балансовая стоимость оборудования

Кинстр
= 0,05 Кприсп
= 0,01

N = 12000 годовая программа деталей (шт.)

грн.

4.12 Затраты на содержание и амортизацию производственной площади

Площадь на принятое количество оборудования определяется по формуле

Ру
= Рпр
+ Рвсп
(м2
)

где Рпр
- производственная площадь на один станок: (для средних станков – 8 м2
) (для тяжелых станков – 14 м2
) Рвсп
- вспомогательная площадь на один станок: (для средних станков – 4 м2
) (для тяжелых станков – 6 м2
) Ру
= 8 + 4 = 12 м2

Затраты на одну деталь составляют:

грн.

4.13 Прочие цеховые расходы

К прочим цеховым расходам относятся зарплата ИТР, СКП, затраты на новую технику, расходы на содержание транспорта, по рационализации, охране труда и т.д.

Эти расходы принимаются в размере 20-30% к прямой заработной плате производственных рабочих. (Кпр.р.
=0,2...0,3)

Зпр
= 0,593 0,3 = 0,177

Итого косвенные затраты:

Кз.ц.
= Зд
+ Мв
+ Звсп
+ Со
+ Зз
+ Сп
+ Зп.у.
+ Зпр

Кз.ц.
=0,477+0,24+0,354+1,518+0,783+0,144+0,01+0,177=3,7

Процент цеховых косвенных затрат определяется по формуле:

Цеховая себестоимость одной детали определяется по формуле

Сц
= Мо
+ Зо
+ Кз.ц.
(грн.)

Сц
= 3,43 + 0,593 + 3,7 = 7,723 грн.

Общезаводские косвенные затраты на предприятие машиностроения и станкостроения обычно составляют до 110% от прямой заработной платы производственных рабочих

Производственная себестоимость одной детали определяется по формуле:

Спр
= Сц
+ Козр
(грн.)

Спр
= 7,723 + 0,563 = 8,286 грн.

Внепроизводственные расходы принимаются 20% от производственной себестоимости

грн.

Всего полная себестоимость одной детали составляет:

Сп,с
= Спр
+ Рв.р
(грн.)

Сп.с
= 8,286 + 1,657 = 9,943 грн.

Список используемой литературы

1. Поковки стальные штампованные: Допуски, припуски, кузнечные напуски ГОСТ 7505-89-1990 г.

2. Панов А.А. Справочник технолога машиностроителя. Машиностроение 2005.

3. Нефедов И.И. Дипломное проектирование в машиностроительных техникумах. Машиностроение 2007.

4. Гельфчат А.Ф. Сборник задач по технологии машиностроения.

5. Машиностроительные нормативы времени и режимов резания на работах, выполняемых на металлорежущих станках с программным управлением. Часть I. Экономика 2007 г. Часть II. Экономика 2008 г.

6. Общемашиностроительные нормативы вспомогательного времени на обслуживание рабочего места и подготовительно-заключительного времени.

7. Общемашиностроительные нормативы режимов резания. Часть 2. Общемашиностроительные нормативы режимов резания и норм времени для технического нормирования работ на шлифовальных станках.