Технологический процесс изготовления шпинделя токарного станка Министерство образования Российской Федерации Тольяттинский Государственный Университет Факультет Машиностроительный Кафедра «Технология машиностроения» Дипломный проект На тему: Технологический процесс изготовления Шпинделя токарного станка Тольятти 200 г. ВВЕДЕНИЕ Научно-технический прогресс в машиностроение в значительной степени определяет развитие и совершенствование всех остальных отраслей. Важнейшими условиями ускорения научно-технического процесса являются рост производительности труда, повышение конкурентоспособности и улучшению качества. Совершенствование технологических методов изготовления машин имеет при этом первостепенное значение. Качество машины, надежность, долговечность и экономичность в эксплуатации зависят не только от совершенства ее конструкции, но и от технологии производства. Применение прогрессивных высокопроизводительных методов обработки, обеспечивающих высокую точность и качество поверхностей деталей машины, методов упрочнения рабочих поверхностей, повышающих ресурс работы деталей и машины в целом - все это направлено на решение главных задач: повышения эффективности производства, конкурентоспособности и качества продукции. Целью дипломного проекта является: разработка технологического процесса обработки детали “Шпиндель” в условиях среднесерийного производства. 1.АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА 1.1 Анализ служебного назначения детали Деталь – шпиндель входит в состав шпиндельного узла токарного станка Афток 10Д. Основное служебное назначение шпинделя токарного станка Афток 10Д – сообщать обрабатываемой заготовке вращательное движение с определенной угловой скоростью или крутящим моментом. На рисунке 1.1 представлен фрагмент шпиндельного узла токарного станка. На шпиндель 1 напрессованы подшипники качения 2, которые в свою очередь, запрессованы в переднюю бабку 3. Натяг подшипников осуществляется стопорными гайками 4 и 5. С помощью шпонки 6 и стопорной гайки 7 на конце шпинделя 1 устанавливается шкив 8. В процессе работы со шкива 8 на шпиндель 1 ,через шпонку 6, передается вращательное движение, которое получает заготовка, закрепляемая в патроне. Патрон устанавливается на шпиндель спереди, базируясь по наружному конусу. Шпиндельный узел токарного станка Афток 10Д Рис. 1.1. Шпиндель изготовляется из легированной конструкционной стали 12ХН3А ГОСТ 4543-71. Область применения стали 12ХН3А: сильно нагружаемые детали с высокой поверхностной твердостью, износоустойчивостью и вязкой сердцевиной, работающие при больших скоростях и ударных нагрузках – шпиндели, валы в подшипниках качения, шестерни сложной конфигурации и т.д. Химический состав и механические свойства стали 12ХН3А представлены в табл. 1.1. Таблица 1.1. Химический состав и механические свойства стали12ХН3А Марка стали Химический состав, % Механические свойства 12ХН3А C Mn Cr Ni Si S P sВ sТ d j НВ НRCэ 0.09… 0,16 0,3… 0,6 0,6… 0,9 2,75… 3,15 0,17… 0,37 <0,035 <0,035 ³85 ³70 10 50 260 58… 62 На рисунках 1.2. и 1.3. представлена схема кодировки поверхностей и размеров детали, а в табл. 1.2. – классификация поверхностей по служебному назначению. Обоснование технических требований к поверхностям шпинделя, исходя из его служебного назначения сведено в таблицу 1.3. Таблица 1.2 Классификация поверхностей по служебному назначению № Вид поверхности № поверхности 1 Исполнительные 17,18 2 Основные конструкторские базы 3,4,11,14 3 Вспомогательные конструкторские базы 2,3,4,6,8,9,10,11,13,14,17,18,21… 33 4 Свободные поверхности 6,7,12,15,16,19,20,34,35 Таблица 1.3. Обоснование технических требований к поверхностям шпинделя, исходя из их служебного назначения Поверхность Техническое Требование Причина Назначения Плоскость крепления патрона Ra 0,63, Ñ 0,005 Ý 0,003 Плотное прилегание патрона Обеспечение минимального биения патрона относительно оси шпинделя Наружный конус шпинделя Ra 0,63, Ð0,003 Ý 0,005 Плотная посадка патрона Обеспечение минимального биения патрона относительно оси шпинделя Опорные шейки шпинделя Ra 0,08,Ó0,002 Ø 0,003 Обеспечение стабильности оси шпинделя Опорные торцы под подшипники Ra 0,63, Ý 0,002 Ý 0,006 Сохранение неизменности положения шпинделя в осевом направлении Опорная шейка и торец под шкив Ra 0,63, 1,25 Ý 0,025 Обеспечение минимального биения шкива относительно оси шпинделя Поверхность Техническое Требование Причина Назначения Шпоночный паз Ra 2,5 Ù0,035 Õ0,02 Равномерное распределение нагрузки на шпоночный паз Внутренний конус Ra 0,63, Ý 0,005 Точность положения детали или режущего инструмента относительно оси шпинделя Резьбовые отверстия на фланце Ra 1,25 Ú0,15 Точность крепления патрона 1.2 Анализ технологичности детали К не технологичности детали – шпиндель можно отнести следующие элементы: - достаточно большая длина детали L/D > 8, что снижает жесткость и повышает возможность коробления шпинделя во время механической и термической обработки; - глубокое отверстие, требует при изготовлении шпинделя применение специального инструмента; - закрытые шпоночный паз и пазы под стопорные многолапчатые шайбы; - наличие точных конусных поверхностей; - близко расположенные резьбовые отверстия на фланце шпинделя; - наличие маслоотводных канавок требует применение специального инструмента – фасонного резца; В целом конструкцию можно считать технологичной и доступной для обработки. Кодировка поверхностей детали Рис. 1.2. Кодировка размеров детали Рис. 1.3. 1.3 Определение типа производства и стратегия разработки технологического процесса Выбор типа производства проводим исходя из массы детали и ее годового объема выпуска по [2, с.24, табл.3.1]. Масса детали 16,8 кг, годовой объем выпуска – 10 тысяч штук, следовательно, тип производства – среднесерийный. На основании выбранного типа производства разрабатываем стратегию технологического процесса и сводим ее в табл. 1.4. Таблица 1.4. Стратегия ТП для изготовления детали в условиях среднесерийного производства. Показатель ТП Характеристика для серийного производства 1. Форма организации ТП Переменно-поточная 2. Повторяемость выпуска Периодически повторяется, партиями 3. Вид ТП Единичный 4. Заготовка Поковка 5. Вид припуска Расчетный (частично табличный) 6. Оборудование Универсальное, специальное, станки с ЧПУ 7. Загрузка оборудования Периодическая смена различных деталей 8. Коэффициент закрепления операции (Кз.о. ) ; Кз.о. =10-20 9. Расстановка оборудования По ходу ТП 10. Оснастка УСПО, частично специальная 11. Подробность разработки документации Маршрутные, операционные карты и карты эскизов 1.4 Анализ базового технологического процесса Данная деталь – шпиндель по базовому ТП изготовляется в единичном производстве. Используемое оборудование и оснастка – универсальное. Заготовка на обработку поступает в виде проката, это увеличивает время обработки и отхода металла в стружку. Базовый технологический процесс приведен в табл. 1.5. Таблица 1.5. Содержание базового технологического процесса № опер. Наименование операции Содержание операции 000 Заготовительная (прокат) Отрезать заготовку 010 Токарная Подрезка и зацентровка торцов, предварительное обтачивание всех ступеней, подрезка фланца 020 Токарная Обтачивание шеек под люнеты 030 Токарная Сверление центрального отверстия насквозь с переустановкой заготовки 040 Токарная Подрезка торцов, окончательное растачивание конусов с обеих сторон 050 Токарная Обтачивание всех ступеней под шлифование, прорезка канавок при установке на центровые пробки 060 Фрезерная Фрезерование шпоночного паза и пазов под стопорные многолапчатые шайбы 070 Термическая (цементация) 080 Токарная Обточка ступеней под резьбу и нарезать резьбу 090 Сверлильная Сверление фланцевых отверстий и нарезание в них резьбы 100 Термическая (закалка, отпуск) 110 Шлифовальная Шлифование внутренних конусов под центровые пробки 120 Шлифовальная Шлифование цилиндрических ступеней предварительно 130 Шлифовальная Шлифование наружного конуса предварительно 140 Термическая (стабилизирующий отпуск) 150 Шлифовальная Получистовое шлифование переднего Морзе и заднего конуса 160 Шлифовальная Получистовое шлифование шеек и торцов под подшипники, шлифование остальных ступеней окончательно 170 Шлифовальная Чистовое шлифование шеек и торцов под подшипники 180 Шлифовальная Шлифование конуса под патрон окончательно 190 Шлифовальная Шлифование внутреннего конуса Морзе окончательно 200 Токарная Полирование шеек под подшипники 210 Контрольная Проведя анализ базового технологического процесса, был выявлен ряд недостатков (табл. 1.6.), пути и способы, устранения которых рассмотрены в данном дипломном проекте при проектировании технологического процесса обработки детали «Шпиндель» при переходе на среднесерийное производство. Таблица 1.6. Анализ недостатков базового технологического процесса и пути их устранения Объект совершенствование Применяемое техническое решение (недостатки) Усовершенствованное техническое решение (предложения) Технический и другие виды эффектов Технологический процесс Разделена черновая и получистовая токарная обработка на отдельные операции Совместить черновые и получистовые переходы в одну операцию Повышение производительности и точности взаимного расположения обрабатываемых поверхностей. Чистовые и отделочные операции обработки опорных шеек и соосных с ними наружных поверхностей шпинделя производят на специальных пробках устанавливаемых с обеих сторон в конические отверстия. Пробки служат технологическими базами. Вместо пробок в качестве технологических баз использовать центровые фаски, выполненные с обеих сторон шпинделя. Уменьшается количество звеньев в технологической размерной цепи, погрешность установки. Повышается точность положения исполнительной поверхности центрального отверстия относительно поверхностей опорных шеек. На окончательной операции для достижения заданного параметра шероховатости применяется полирование. Применить суперфинишную обработку. Данный способ обработки обеспечивает малую шероховатость поверхности, уменьшает погрешности формы. Благоприятно влияет на износостойкость и усталостную прочность детали, упрочняя поверхностный слой металла. Объект совершенствование Применяемое техническое решение (недостатки) Усовершенствованное техническое решение (предложения) Технический и другие виды эффектов Режущий инструмент Сверление центрального отверстия производится перовым сверлом из быстрорежущей стали. Подобрать сверло для глубокого сверления из твердого сплава с использованием специального оборудования. Повышение производительности, качества и точности обработки. 2. ВЫБОР И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАГОТОВКИ 2.1 Выбор оптимального варианта получения заготовки Для сравнения рассмотрим три способа получения заготовки для детали шпиндель: - прокат ( по базовому ТП); - поковка; - литьё в песчаные формы. 2.1.1 Расчет заготовки из проката За основу расчета промежуточных припусков принимаем наружный диаметр детали мм. Устанавливаем предварительный маршрутный технологический процесс обработки поверхности детали мм: Операция 10 Токарная черновая Операция 20 Токарная чистовая Операция 30 Термическая HRCЭ 59…63 Операция 40 Шлифовальная. Определяем расчетный размер заготовки: Dр.з =Dн +2z10 +2z20 +2z40 , мм (2.1.) где, Dн =133мм - номинальный размер; 2z10 = 9,0 мм, 2z20 = 3,0мм, 2z40 = 0,9мм – припуски на диаметр на операциях 10, 20, 40 [2, с. 41, табл.3.13]. Dр.з =133+9,0+3,0+0,9=145,9 мм. По расчетным данным выбираем размер горячекатаного проката обычной точности Æ150 мм по ГОСТ 2590-71 [2, с.43, табл. 3.14] Круг Нормальная длина проката 7 м. Общая длина заготовки: Lз =Lд +2zподр , мм (2.2.) где, Lд = 660 мм – номинальная длина детали; 2zподр = 3,0 мм – припуск на подрезку торцевых поверхностей [2, с. 40, табл.3.12]. Lз =660+3,0=663 мм. Объем заготовки: , мм (2.3.) мм2 . Масса заготовки: mз =r. Vз , кг (2.4.) где, r = 7,85 кг/м3 – плотность стали; mз =7,85. 11,72=92,0 кг. Неоднократность в зависимости от принятой длины проката: Lнк =Lпр - lзаж - lот -x. (Lз +lр ), мм (2. 5.) где, Lпр =7м – длина выбранного проката; lзаж =100 мм – минимальная длина зажимного конца; lот – длина торцевого обрезка проката, мм; lот = 0,3. dз ,мм (2.6.) Lз – длина заготовки, мм; lр = 6 мм – ширина реза [2, с. 37]; х – число заготовок, изготовляемых из принятой длины проката, шт; , шт (2.7.) lот = 0,3. 150 = 45 мм; шт. Принимаем х = 10 шт. Lнк =7000 – 45 –100 –10. (663+6) = 165 мм. Общие потери материала к длине выбранного проката: Пп.о =Пнк +Пот +Пзаж +Пр , % (2.8.) где, Пнк – потери материала на неоднократность, % ; (2.9.) Пот – потери на торцевую обрезку проката, % ; (2.10.) Пзаж – потери при выбранной длине зажима, % ; (2.11.) Пр –потери на отрезку заготовки, % . (2.12.) % ; %; %; %; Пп.о =2,36 + 0,64 + 1,43 + 0,09 = 4,52 %. Расход материала на одну деталь с учетом всех технологических потерь: , кг (2.13.) кг Коэффициент использования материала: (2.14.) . 2.1.2 Расчет заготовки поковки 2.1.2.1 Вид заготовки Выбираем заготовку – поковку полученную на кривошипном горячештамповом прессе в открытом штампе. Нагрев индукционный. 2.1.2.2 Расчетная масса поковки mз р = mд . Кр , кг (2.15.) где, mд = 16,8 кг – масса детали; Кр = 1,5 – расчетный коэффициент [3, прил. 3, табл. 20]; mз р =16,8. 1,5 = 25,2 кг. 2.1.2.3 Класс точности поковки Класс точности выбираем по [3, прил. 4, табл. 19]. Исходя из способа получения заготовки – на кривошипном горячештамповом прессе – Т4. 2.1.2.4 Группа стали Выбираем по [3, с. 8, табл.1]. Сталь 12ХН3А – группа стали М2. 2.1.2.5 Степень сложности Размеры описывающей заготовку фигуры (цилиндр): D = 133. 1,05 = 139,6 мм; H = 660. 1,05 = 693 мм. Масса описывающей фигуры: mр = 83,2 кг. mз р / mр = 25,2/83,2 = 0,3 – следовательно степень сложности С3 (mз р /mр = 0,16…0,32) [3, с. 30, прил. 2]. Конфигурация поверхности разъёма штампа – плоская П [3, с. 8] 2.1.2.6 Исходный индекс Исходный индекс – 17 [3, с. 10, табл.2]. 2.1.2.7 Основные припуски на обработку, размеры поковки Припуски на обработку определяем по [3, с. 12, табл.3], допуски по [3, с. 17, табл.8] и сводим в табл. 2.1. Дополнительные припуски учитывающие: - смещение по поверхности разъёма штампа – 0,5 мм [3, с. 14, табл.4]; - отклонение от прямолинейности – 1,0 мм [3, с. 14, табл.5]. Таблица 2.1. Припуски и размеры поковки Размер детали, мм Припуск на размер, мм Размер поковки, мм 35 4,3+2,7+2. 0,5 43 22 2,5+2,7+2. 0,5 28 44,2-0,1 2. 2,7+2. 0,5 50,5 124 4,3-3,3+0,5 125,5 660 2. 4,3+2. 0,5 669,5 Æ 62-0,019 2. 3,0+2. (1+0,5) Æ 71 Æ 75 2. 3,0+2. (1+0,5) Æ 84 Æ 90-0,14 2. 2,7+2. (1+0,5) Æ 98,5 Æ 133 2. 3,3+2. (1+0,5) Æ 142,5 Æ 82,363+0,01 2. 3,0+2. (1+0,5) Æ 91,5 2.1.2.8 Масса поковки , кг (2.16.) где, r = 7,85 кг/м3 – плотность стали; Vi – объёмы элементарных фигур, на которые можно разбить поковку. mз пок = 30,3 кг. 2.1.2.9 Объём требующегося материала V = Vпок +Vу +Vо , мм3 (2.17.) где, - объём поковки; Vпок = 3,863. 106 мм3 . Vу - объём материала теряемого на угар при нагреве, мм3 , мм3 (2.18.) мм3 ; Vо – объём материала теряемого на облой, мм3 Vо = x. Fм . (Pп + x. p. l) , мм3 (2.19.) где, x =1,5 - коэффициент изменения сечения облоя; Pп = 1624 мм – периметр поковки; Fм – площадь поперечного мостика, мм2 Fм =l. hо , мм2 (2.20.) где, l = 6 мм – длина мостика; hо - толщина мостика, мм hо = 0,015. ,мм (2.21.) где, Fпок.п. = 56698,5 мм2 – площадь проекции поковки на плоскость разъёма; hо = 0,015. = 3,57 мм ; Fм = 3,57. 6 = 21,42 мм2 ; Vо =1,5. 21,42. (1624+ 1,5. 3,14. 6) = 0,053. 106 мм3 ; V =(3,863+0,019+0,053). 106 = 3,935. 106 мм3 . 2.1.2.10 Коэффициент использования материала mи.з. = r. V, кг – масса исходной заготовки; mи.з. =7,85. 3,935 = 30,89 кг, . 2.1.3 Расчет заготовки отливки 2.1.3.1 Вид заготовки Выбираем заготовку – отливку, полученную литьём в песчано-глинистые сырые формы из низковлажных (до 2,8%) высокопрочных (более 160 кПа) смесей с высоким и однородным уплотнением до твердости не менее 90 единиц. 2.1.3.2 Класс размерной точности Выбираем по [4, прил. 1, табл. 9]. Исходя из способа получения заготовки и наибольшего габаритного размера отливки класс размерной точности 9-13. Принимаем 11 класс размерной точности. 2.1.3.3 Степень коробления элементов Выбираем по [4, прил. 2, табл. 10], исходя из отношения d/l » 0,2. Степень коробления 4-7. Принимаем 6 степень коробления. 2.1.3.4 Степень точности поверхностей Выбираем по [4, прил. 3, табл. 11] –13 –19. Принимаем степень точности поверхностей 16, что соответствует шероховатости Rа = 63 мкм [4, прил. 4, табл. 12]. 2.1.3.5 Класс точности массы Определяем по [4, прил. 5, табл. 13], исходя из номинальной массы отливки (m = 10…100кг) и способа получения отливки, степень точности массы отливки 7-15. Принимаем 11. Допуск массы отливки не более 16% от массы отливки [4, с. 9, табл. 4]. 2.1.3.6 Ряд припусков на обработку Согласно [4, прил. 6, табл. 14] 16 степени точности поверхности соответствуют 7-10 ряды припусков на обработку. Принимаем 8 ряд припусков. 2.1.3.7 Допуск размеров, формы и расположения элементов отливки Допуски размеров [4, с.2, табл. 1], формы и расположения элементов отливки [4, с. 5, табл. 2] назначаем на каждую поверхность отливки отдельно и сводим в табл. 2.2. Таблица 2.2. Допуски на размеры отливки Размер детали, мм Допуск на размер, мм Допуски формы и расположения поверхностей, мм 13 2,8 0,4 22 3,2 0,4 44,2-0,1 4,0 0,4 124 5,0 0,4 660 8,0 2,4 Æ 62-0,019 4,0 0,4 Æ 75 4,4 0,4 Æ 90-0,14 4,4 0,4 Æ 133 5,0 0,5 Æ 82,363+0,01 4,4 0,4 Допуск неровностей поверхности отливки не должен превышать 1,6 мм. [4, с. 6, табл. 3]. 2.1.3.8 Общие допуски Общие допуски элементов отливки, учитывающие совместное влияние допуска размера и допусков формы и расположения поверхностей выбираем по [4, прил. 8, табл. 16] и сводим в табл. 2.3. Таблица 2.3. Общие допуски Размер детали, мм Общий допуск, мм Размер детали, мм Общий допуск, мм 13 3,2 Æ 62-0,019 4,0 22 3,2 Æ 75 5,0 44,2-0,1 4,0 Æ 90-0,14 5,0 124 5,0 Æ 133 5,0 660 9,0 Æ 82,363+0,01 5,0 2.1.3.9 Припуски на обработку, размеры отливки Припуски на обработку определяем по [4, с. 10, табл. 6]. Таблица 2.4. Припуски и размеры поковки Размер детали, мм Припуск на размер, мм Размер отливки, мм 13 9,8-4,8 18±0,8 22 2 . 4,8 31,5±0,8 44,2-0,1 5,8+4,8 55±2,0 124 9,8-6,7 127±2,5 660 2 . 9,8 679,5±4,5 Æ 62-0,019 2 . 5,8 Æ 73,5±2,0 Æ 75 2 . 6,7 Æ 88,5±2,5 Æ 90-0,14 2 . 6,7 Æ 103,5±2,5 Æ 133 2 . 6,7 Æ 146,5±2,5 Æ 82,363+0,01 2 . 6,7 Æ 96±2,5 2.1.3.10 Масса отливки = 7,85 . 4,345 = 34,11 кг 2.1.3.11 Коэффициент использования материала = 0,49 2.2 Технико-экономическое сравнение методов получения заготовки Себестоимость детали: Сдет =Сз + Смо - Сотх , руб (2.22.) где, Сз – стоимость заготовки, руб; Смо – стоимость механической обработки, руб; Сотх – стоимость отходов, руб. Для заготовки полученной из проката: Сз пр = Сб . mз , руб (2.23.) Для заготовки из полученной штамповкой или отливкой: Сз = Сб . mз . Кт . Ксл . Кв . Км . Кп , руб (2.24.) где, Сб – базовая стоимость кг заготовки; mз – масса заготовки; Кт – коэффициент точности; Ксл – коэффициент сложности; Кв – коэффициент массы; Км – коэффициент марки материала; Кп – коэффициент объема производства. Для заготовки полученной из проката: Сб пр = 13 руб/кг mз = 96,2 кг Сз пр =13 . 96,2 = 1250,6 руб Для заготовки – поковки полученной на кривошипном горячештамповом прессе: Сб шт = 16,36 руб/кг Кт = 0,8 [5, с.39] Ксл = 0,9 [5, с.40, табл. 15] Кв = 0,75 [5, с.40, табл. 15] Км = 1,98 [5, с.39] Кп = 1,0 [5, с.39] Сз пок = 16,38 . 30,89 . 0,8 . 0,9 . 0,75 . 1,98 . 1,0 = 540,99 руб./шт. Для заготовки полученной литьём в песчаную форму: Сб шт = 15,07 руб/кг Кт = 1,03 [5, с.34] Ксл = 0,7 [5, с.34, табл. 11] Кв = 0,82 [5, с.39, табл. 11] Км = 2,4 [5, с.34] Кп = 0,77 [5, с.34, табл. 11] Сз пф = 15,07 . 34,11 . 1,03 . 0,7 . 0,82 . 2,4 . 0,77 = 561,62 руб./шт. Смо = Суд . (mз -mд ) , руб (2.25.) где, Суд – удельные затраты на снятие 1 кг стружки, руб. Суд = Сс +Ен . Ск , руб (2.26.) где, Сс = 11,3 руб/кг – текущие затраты [6, с.9 , табл. 3.2]; Ск = 32,84 руб/кг – капитальные затраты [6, с.9 , табл. 3.2]; Ен = 0,33 - нормативный коэф. эффективности капитальных вложений. Смо пр = (11,3 + 0,33 . 32,84) . (96,2- 16,8) = 1757,69 руб/кг. Смо пок = (11,3 + 0,33 . 32,84) . (30,89- 16,8) = 311,91 руб/кг. Смо пф = (11,3 + 0,33 . 32,84) . (34,11- 16,8) = 389,19 руб/кг. Сотх = Суд отх . (mз -mд ) , руб (2.27.) где, Суд отх – удельная себестоимость 1 кг отходов, руб. Суд отх = 0,1 . Сб , руб/кг (2.28.) Суд отх пр = 0,1 . 13 = 1,3 руб/кг. Суд отх пок = 0,1 . 16,36 = 1,64 руб/кг. Суд отх пф = 0,1 . 15,07 = 1,51 руб/кг. С отх пр = 1,3 . (96,2-16,8) = 103,22 руб. С отх пок = 1,64 . (30,89-16,8) = 23,11 руб. С отх пф = 1,51 . (34,11-16,8) = 26,14 руб. Сдет пр = 1250,6 + 1757,69 – 103,22 = 2905,07 руб. Сдет пок = 540,99 + 311,91 – 23,11 = 829,79 руб. Сдет пф = 561,62 + 389,19 – 26,14 = 924,67 руб. Экономический эффект: Э = Сдет б – Сдет м , руб./шт (2.29.) Э = 2905,07 – 924,67 = 1980,4 руб./шт. Э = 2905,07 – 829,79 = 2075,28 руб./шт. Проведенные расчеты показывают экономически целесообразно в качестве заготовки для детали – шпиндель использовать заготовки полученные штамповкой на КГШП. 3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МАРШРУТА, СХЕМ БАЗИРОВАНИЯ И ПЛАНА ИЗГОТОВЛЕНИЯ 3.1 Технологический маршрут и план изготовления. Технологический маршрут изготовления детали представлен в табл.3.1. При составлении технологического маршрута были использованы рекомендации приведенные в [14,15,16]. Таблица 3.1. Технологический маршрут изготовления шпинделя № оп Наименование оборудования Наименование операции Содержание операции № обрабатываемых поверхностей 000 КГШП Заготовительная - все 010 Фрезерно-центровальный п/а МР-73М Фрезерно-центровальная Фрезеровать торцы. Сверлить центровочные отверстия. 1,7 020 Токарный станок с ЧПУ 16К20Ф305 Токарная Обточить наружные поверхности предварительно. Обточить наружные поверхности окончательно. Проточить канавки под выход инструмента. Проточить маслоотводные канавки. 8,9,2,10,11,3,12,13,14,4,15,5 9,2,11,3,12,14,4,15,5 030 Горизонтальный станок для глубокого сверления ОС-5222 Сверлильная Сверлить центральное отверстие насквозь. 20 040 Токарный станок с ЧПУ 16К20Ф305 Токарная 1 установ: Проточить торец окончательно, расточить центровую фаску. 2 установ: Обточить наружные поверхности предварительно. 1,34 7,17,6,16 Расточить отверстие под конус Морзе предварительно. Обточить наружные поверхности и проточить торец окончательно. Расточить отверстие под конус Морзе окончательно, расточить центровую фаску. 18,19 17,6,16,7 18,35 050 Вертикально-фрезерный консольный станок с ЧПУ 6Р13РФ3 Фрезерная Фрезеровать шпоночный паз и пазы под стопорные многолапчатые шайбы. 21,22,23,24, 25,26 060 Термическая (стабилизирующий отпуск) - все 070 Токарный станок с ЧПУ 16К20Ф305 Токарная Обточить ступени под резьбу для снятия цементируемого слоя. Нарезать резьбу окончательно. 8,10,13 080 Горизонтальный сверлильно-фрезерно-расточной станок с ЧПУ 6906ВФ3 Многоцелевая Сверлить отверстия во фланце. Зенкеровать. Нарезать резьбу. 27,28,29,30, 31,32,33 090 Термическая (закалка, отпуск, цементация) - все 100 Горизонтально-доводочный п/а 3925Р Шлифовальная Шлифовать центровые фаски. 34,35 110 Круглошлифо-вальный станок с ЧПУ 3М163Ф2Н1В Шлифовальная Шлифовать шейки и прилегающие торцы предварительно и фланец окончательно. 9,2,11,3,14,4, 16 120 Торцекругло-шлифовальный станок 3Т161 Торцекругло-шлифовальная Шлифовать наружный конус и прилегающий торец фланца предварительно. 6,17 130 Внутришлифовальный станок 3А227 Внутришлифовальная Шлифовать внутренний конус Морзе предварительно. 18 140 Термическая (стабилизирующий отпуск) - все 150 Горизонтально-доводочный п/а 3925Р Шлифовальная Шлифовать центровые фаски. 34,35 160 Круглошлифо-вальный станок с ЧПУ 3М163Ф2Н1В Шлифовальная Шлифовать шейки и прилегающие торцы шпинделя окончательно. 9,2,11,3, 14,4 170 Суперфинишный центровой станок 3871К Суперфинишная Обработать шейки шпинделя окончательно. 11,14 180 Торцекругло-шлифовальный станок ХШ4-11П Торцекругло-шлифовальная Шлифовать наружный конус и прилегающий торец фланца окончательно. 6,17 190 Внутришлифовальный станок СШ-37 Внутришлифовальная Шлифовать внутренний конус Морзе окончательно. 18 План изготовления детали выборочно представлен на чертеже № 03.М.15.421.09.000. Технические требования к изготовлению детали включают в себя требования к шероховатости, точности размеров, формы и взаимного расположения обработанных поверхностей. На эти параметры назначают технологические допуски из условия: Таi ³ wAст i , мм (3.1.) где, Таi - допуск на параметр А, задаваемый на операции; wАст i - величина погрешности параметра А, которая может возникнуть на данной операции при нормальном состоянии технологической системы (статистическая погрешность). Величины технологических допусков на шероховатость обрабатываемых поверхностей определяем, используя статистические данные возможностей методов обработки, и указываем соответствующие обозначения на операционном эскизе. Допуски на размеры исходной заготовки, а также шероховатость ее поверхности определяем по ГОСТ 7505-89 [3]. На шероховатость обработанных поверхностей оказывают влияние метод обработки, тип оборудования, число рабочих ходов и в зависимости от этих данных определяются по [7, c. 234-241]. Операционные допуски на диаметральные размеры при обработке замкнутой поверхности определяем из условия: ТAi = wAст i , мм (3.2.) wАст i выбираем по таблице допусков в зависимости от квалитета точности и номинального размера. Квалитет точности, получаемый на данной операции, зависит от типа технологического оборудования, способа обеспечения точности настройки инструмента, характера обработки и выбирается по [7, прил.1]. При назначении операционного допуска на линейный размер, связывающий измерительную и обработанную поверхность, используют формулу: Таi = wAст i +Dпр и +eб , мм (3.3.) где, Dпр и - пространственное отклонение измерительной базы; eб - погрешность базирования от несовпадения установочной и измерительной баз. Значение eб определяется с учетом выбранной схемы базирования по [8], Dпр и определяем по [7, табл. 5]. Допуски формы и взаимного расположения выбираем по [7,с.242]. 3.2 Обоснование выбора баз. Выбор технологических баз по операциям приведен в табл. 3.2. Выбор технологических баз Таблица 3.2. № оп. №№ опорных точек Наименование технологической базы Характер проявления Реализация № поверхности, используемой как база явная скрытая естественная искусственная 010, 080 1,2, 3,4 5 6 ДН О О + + + + + + 14 5 14 020 1,2, 3,4 5 6 ДН О О + + + + + + центровые отверстия 1 16 030, 040(Б) 1,2, 3,4 5 6 ДН О О + + + + + + 11,14 1 9 040(А) 1,2, 3,4 5 6 ДН О О + + + + + + 14,11 7 16 050 1,2, 3,4 5 6 ДН О О + + + + + + 9,14 1 14 070 1,2, 3,4 5 6 ДН О О + + + + + + 34,35 7 16 100, 150 1,2, 3,4 5 6 ДН О О + + + + + + 11,14 7 9 110, 160 1,2, 3,4 5 6 ДН О О + + + + + + 34,35 вершина конуса п.35 30 120, 180 1,2, 3,4 5 6 ДН О О + + + + + + 34,35 вершина конуса п.34 9 130, 190 1,2, 3,4 5 6 ДН О О + + + + + + 11,14 1 9 170 1,2, 3,4 5 6 ДН О О + + + + + + 34,35 вершина конуса п.35 9 Основными базами детали «шпиндель» являются поверхности его подшипниковых шеек 11,14. Однако использовать их ввиду сложности профиля шпинделя не удается и при обработке на различных операциях происходит смена баз, поэтому на операции 20 за технологические базы принимаем поверхности центровых отверстий, а на последующих поверхности центровых фасок 34,35. Для максимального сокращения отклонения от соосности исполнительных поверхностей – наружного конуса 17 и внутреннего конуса Морзе 18 относительно оси вращения шпинделя на заключительных операциях в качестве баз используем окончательно обработанные поверхности подшипниковых шеек 11,14. 4. ВЫБОР СРЕДСТВ ТЕХНИЧЕСКОГО ОСНАЩЕНИЯ Для проектного варианта выбираем универсальный инструмент, а также специально изготовленный для станков с ЧПУ по ОСТ и ТУ [12,16,22]. Выбранный режущий инструмент сводим в табл. 4.1. Станочные приспособления выбраны по [22,25] и приведены в таб.4.2. Таблица 4.1. Режущий инструмент № оп. № и содержание перехода Режущий инструмент Наименование ГОСТ, ОСТ, ТУ Основные размеры Материал режущей части 010 1. Фрезеровать торцы Фреза торцовая ГОСТ 22085-76 Æ125, z=8 Т15К6 2.Сверлить центровые отверстия Сверло центровочное, тип А ГОСТ 14952-75 Æ5 Р6М5 020 1.Обточить наружные поверхности предварительно. Резец токарный сборный проходной с механическим креплением пластины ГОСТ 21151-75 Н´В 20´20 j=95 Т14К8 2.Обточить наружные поверхности окончательно. Резец токарный сборный копировальный с механическим креплением пластины ГОСТ 20872-80 Н´В 20´20 j=93 Т15К6 3.Проточить зарезьбовые канавки. Резец токарный для обработки зарезьбовых канавок ОСТ 2И10-7-84 Н´В 20´20 Т14К8 4.Проточить канавки под выход инструмента. Резец токарный для обработки угловых канавок ОСТ 2И10-7-84 Н´В 20´20 Т14К8 5.Проточить маслоотводные канавки. Резец фасонный специальный Н´В 20´20 Р6М5 030 Сверлить центральное отверстие насквозь. Сверло для глубокого сверления специальное Æ38 Т15К12 040 1 установ: 1.Проточить торец окончательно Резец токарный сборный проходной с механическим креплением пластины ГОСТ 21151-75 Н´В 20´20 j=95 Т14К8 2.Расточить центровую фаску. Резец расточной ТУ 2-035-1040-86 L=200 Æ25 j=95 Т15К6 2 установ: 1.Обточить наружные поверхности предварительно. Резец токарный сборный проходной с механическим креплением пластины ГОСТ 21151-75 Н´В 20´20 j=95 Т14К8 2.Расточить отверстие под конус Морзе предварительно. Резец расточной ТУ 2-035-1040-86 L=200 Æ25 j=75 Т30К4 3.Обточить наружные поверхности и проточить торец окончательно Резец токарный сборный копировальный с механическим креплением пластины ГОСТ 20872-80 Н´В 20´20 j=93 Т15К6 4.Проточить канавки под выход инструмента. Резец токарный для обработки угловых канавок ОСТ 2И10-7-84 Н´В 20´20 Т14К8 5.Проточить маслоотводные канавки. Резец фасонный специальный Н´В 20´20 Р6М5 6.Расточить отверстие под конус Морзе окончательно, расточить центровую фаску Резец расточной ТУ 2-035-1040-86 L=200 Æ25 j=95 Т30К4 050 1.Фрезеровать шпоночный паз Фреза шпоночная ГОСТ 9140-79 Æ14 ВК8 2.Фрезеровать пазы под стопорные многолапчатые шайбы Фреза шпоночная ГОСТ 9140-79 Æ10 Р6М5 70 1.Обтачивание ступеней под резьбу для снятия цементируемого слоя Резец токарный проходной ТУ 2-095-892-82 Н´В 20´20 j=93 Т15К6 2.Нарезать резьбу окончательно Резец токарный резьбовой с механическим креплением пластин ОСТ 2И10-9-84 Н´В 20´20 j=60 Т15К6 80 1.Сверлить Сверло спиральное ступенчатое спец. - Æ9,5 Р6М5 2.Зенкеровать Зенкер ТУ 2-035-926-83 Æ10,2 Р6М5 3.Нарезать резьбу Метчик машинный ОСТ 2452-1-74 М12´1,25 Р6М5 100 150 Шлифовать центровые фаски. Головки шлифовальные ГОСТ 2447-83 ГК 32´50´6 25А20ПС2К1 110 Шлифовать шейки и прилегающие торцы шпинделя предварительно и фланец окончательно. Шлифовальный круг ГОСТ 2447-83 ПВК 500´50´ 203 23А40С2К8 120 Шлифовать наружный конус и прилегающий торец фланца предварительно. Шлифовальный круг ГОСТ 2447-83 ЗП 500´32´ 203 91А25СМ27Б5 130 Шлифовать внутренний конус Морзе предварительно Шлифовальный круг ГОСТ 2447-83 ПВ 32´63´16 25А25С1К8 160 Шлифовать шейки и прилегающие торцы шпинделя окончательно. Шлифовальный круг ГОСТ 2447-83 ПВК 500´50´32 25А25СМ2К8 170 Обработать шейки шпинделя окончательно. Бруски ГОСТ 2456-83 БКВ 20´80 63СМ20К 180 Шлифовать наружный конус и прилегающий торец фланца окончательно. Шлифовальный круг ГОСТ 2447-83 ПВ 500´32´ 203 25А20СМ1К5 190 Шлифовать внутренний конус Морзе окончательно. Шлифовальный круг ГОСТ 2447-83 ПВ 32´63´16 25А16С2К8 Таблица 4.2. Станочные приспособления № оп. Название операции Наименование приспособления 010 Фрезерно-центровальная Приспособление специальное самоцентрирующее 020 040 070 Токарная с ЧПУ Патрон трехкулачковый поводковый Центр вращающийся ХМИЗ 7032-4002 030 Сверлильная Патрон трехкулачковый поводковый Люнет самоцентрирующий 050 Фрезерная с ЧПУ Приспособление фрезерное специальное 080 Многоцелевая Приспособление специальное Самоцентрирующее 100 150 Шлифовальная Поводок специальный Люнет самоцентрирующий 110 160 Шлифовальная Центр ГОСТ 13214-79 Подвижный центр ГОСТ 18260-72 Поводок специальный 120 180 Торцекруглошлифовальная Центр ГОСТ 13214-79 Подвижный центр ГОСТ 18260-72 130 190 Внутришлифовальная Патрон поводковый Люнет самоцентрирующий 170 Суперфинишная Патрон поводковый Центр вращающийся Контрольный инструмент выбран по [16,26] и приведен в табл.4.3. Таблица 4.3. Контрольный инструмент № оп. Название операции Наименование инструмента 010 Фрезерно-центровальная Штангенциркуль ШЦ-III-240-710-0,05 ГОСТ 166-80 Калибр-втулка конусная с индикатором 020 Токарная с ЧПУ Штангенциркуль ШЦ-III-240-710-0,05 ГОСТ 166-80 ШЦ-II-250-0,05 ГОСТ 166-80 Скобы индикаторные СИ ГОСТ 11098-75 030 Сверлильная Калибр пробка 040 Токарная с ЧПУ Штангенциркуль ШЦ-III-240-710-0,05 ГОСТ 166-80 ШЦ-II-250-0,05 ГОСТ 166-80 Скобы индикаторные СИ ГОСТ 11098-75 Калибр пробка ГОСТ 2849-77 Штангенглубиномер ШГ 0-250 ГОСТ 162-80 050 Фрезерная с ЧПУ Штангенциркуль ШЦ-III-240-710-0,05 ГОСТ 166-80 ШЦ-II-250-0,05 ГОСТ 166-80 Калибр пробка 070 Токарная с ЧПУ Кольцо ПР 8211-0142 по ГОСТ 17763-72 Кольцо НЕ 8211-0142 по ГОСТ 17764-72 080 Многоцелевая Пробка резьбовая 100 150 Шлифовальная Калибр-втулка конусная с индикатором 110 160 Шлифовальная Скобы рычажные СР ГОСТ 11098-75 Микрометр 120 180 Торцекруглошлифовальная Скобы рычажные СР ГОСТ 11098-75 Микрометр 130 190 Внутришлифовальная Калибр по ГОСТ 2849-77 170 Суперфинишная Скобы рычажные СР ГОСТ 11098-75 Состав технологического оборудования определяем по [5,20,21] и сводим в табл. 4.4. Таблица 4.4. Технологическое станочное оборудование № оп Название Модель станка Техническая характеристика n, мин-1 S, мм/об мм/мин* N, кВт Размеры обрабатываемой детали, мм Габаритные размеры LхВхН , мм D L 010 Фрезерно-центровальная Фрезерно-центровальный п/а МР-73М фр. 125-712 св. 238-1125 фр. 20-400* св. 20-300* 16 25-125 500-1250 3790х1630х1740 020 040 070 Токарная с ЧПУ Токарный станок с ЧПУ 16К20Ф305 3,5-1600 Поп.1-600 Пр.1-1200 10 200 1000 3300х1710х1600 030 Сверлильная Горизонтальный станок для глубокого сверления ОС-5222 20-2000 4-300* 7,5 Отв.40 800 5320х2165х1700 050 Фрезерная с ЧПУ Вертикально-фрезерный консольный станок с ЧПУ 6Р13РФ3 40-2000 7,5-600* 7,5 Стол 400 х 1600 2350х3200х2360 080 Многоцелевая Горизонтальный сверлильно-фрезерно-расточной станок с ЧПУ 6906ВФ3 Инстр. 32-1600 8-160* 8 Стол 630 х 800 3100х2500х2500 100 150 Шлифовальная Горизонтально-доводочный п/а 3925Р 50-1250 - 0,6х2 6-200 50-1000 2250х880х1200 110 160 Шлифовальная Круглошлифо-вальный станок с ЧПУ 3М163Ф2Н1В 40-400 Поп. 0,02-1,2* 14 150 120 5900х2950х220 120 Торцекругло-шлифовальная Торцекругло-шлифовальный станок 3Т161 63-400 Поп. 0,1-2* 14 250 650 3060х2460х1730 130 Внутришлифовальная Внутришлифовальный станок 3А227 180-1200 инстр. 6250-18250 Поп. 0,3-0,9* 3 Отв. 20-100 Длина отв. 125 2500х1460х1650 170 Суперфинишная Суперфинишный центровой станок 3871К 30-120 3 280 1400 3120х1460х1875 180 Торцекругло-шлифовальная Торцекругло-шлифовальный станок ХШ4-11П 53-400 Поп. 5мкм 13 400 1200 4610х2245х1727 190 Внутришлифовальная Внутришлифовальный станок СШ-37 50-100 инст. 8000-24000 Поп. 1-5мкм 6,2 Отв. 20-100 Длина отв.200 4000х2050х1600 5. РАЗМЕРНЫЙ АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 5.1 Расчет диаметральных размеров 5.1.1 Расчет замыкающих звеньев На основании плана изготовления детали “Шпиндель” строим схему для радиальных размеров (см. чертеж 03.М.15.421.08.000). По данной схеме составляем следующие уравнения для замыкающих звеньев: [Z9 ]20-1 =Е0 +Е90 140 +Е3610 140 +Е920-1 3610 -Е20-1 ; [Z14 ]20-1 =И0 +Е3610 140 +Е1420-1 3610 -И20-1 ; [Z15 ]20-1 =К0 +Е150 140 +Е3610 140 +Е1520-1 3610 -К20-1 ; [Z9 ]20-2 =Е20-1 +Е920-1 3610 +Е920-2 3610 -Е20-2 ; [Z12 ]20-2 =Ч20-1 +Е1220-1 3610 +Е1220-2 3610 -Ч20-2 ; [Z14 ]20-2 =И20-1 +Е1420-1 3610 +Е1420-2 3610 -И20-2 ; [Z15 ]20-2 =К20-1 +Е1520-1 3610 +Е1520-2 3610 -К20-2 ; [Z11 ]20-2 =Х20-1 +Е1120-1 3610 +Е1120-2 3610 -Х20-2 ; [Z16 ]40-1 =М0 +Е160 140 +Е3610 140 +Е1120-2 3610 +Е1640-1 (1120 1420 )-М40-1 ; [Z17 ]40-1 /соs7o 7’30”=Л0 +Е170 140 +Е3610 140 +Е1120-2 3610 +Е1740-1 (1120 1420 )-Л40-1 ; [Z16 ]40-2 =М40-1 +Е1640-1 (1120 1420 )+Е1640-2 (1120 1420 )-М40-2 ; [Z17 ]40-2 /соs7o 7’30”= Л40-1 +Е1740-1 (1120 1420 )+Е1740-2 (1120 1420 )-Л40-2 ; [Z18 ]40-2 /соs1o 30’= -Ы40-1 -Е1840-1 (1120 1420 )-Е1840-2 (1120 1420 )+Ы40-2 ; [Z8 ]70 =Я20 +Е820 3610 +Е1120-2 3610 +Е3440 (1120 1420 )+Е870 (3440 3540 )-Я70 ; [Z10 ]70 =Ю20 +Е1020 3610 +Е1120-2 3610 +Е3440 (1120 1420 )+Е1070 (3440 3540 )-Ю70 ; [Z13 ]70 = Ф20 +Е1320 3610 +Е1120-2 3610 +Е3440 (1120 1420 )+Е1370 (3440 3540 )-Ф70 ; [Z9 ]110 =Е20-2 +Е920-2 3610 +Е1120-2 3610 +Е(34100 35100 )(1120 1420 )+Е9110 (34100 35100 )-Е110 ; [Z11 ]110 =Х20-2 +Е(34100 35100 )(1120 1420 )+Е11110 (34100 35100 )-Х110 ; [Z14 ]110 = И20-2 +Е(34100 35100 )(1120 1420 )+Е14110 (34100 35100 )-И110 ; [Z16 ]110 = М40-2 +Е1640-2 (1120 1420 )+Е(34100 35100 )(1120 1420 )+Е16110 (34100 35100 )-М110 ; [a16 ]110 =М110 +Е16110 (34100 35100 )+Е(34100 35100 )(1120 1420 )+Е1640-2 (1120 1420 )-М40-2 +a16 60 ; [Z17 ]120 /соs7o 7’30”=Л40-2 +Е1740-2 (1120 1420 )+Е(34100 35100 )(1120 1420 )+Е17120 (11110 14110 )--Л120 ; [Z18 ]130 /соs1o 30’=-Ы40-2 -Е1840-2 (1120 1420 )-Е(34100 35100 )(1120 1420 )-Е18130 (11110 14110 )+Ы130 ; [Z9 ]160 =Е110 +Е9110 (34100 34100 )+Е11110 (34100 35100 )+Е(34150 35150 )(11110 14110 )+ +Е9160 (34150 35150 )-Е160 ; [Z11 ]160 =Х110 +Е(34150 35150 )(11110 14110 )+Е11160 (34150 35150 )-Х160 ; [Z14 ]160 =И110 +Е(34150 35150 )(11110 14110 )+Е14160 (34150 35150 )-И160 ; [a9 ]160 =Е160 +Е9160 (34150 35150 )+Е(34150 35150 )(11110 14110 )+Е11110 (34100 35100 )+ +Е(34100 35100 )(1120 1420 )+Е1120-2 3610 +Е920-2 3610 +Е20-2 +a9 60 ; [Z11 ]170 =Х160 +Е11170 11160 -Х170 ; [Z14 ]170 = И160 +Е14170 14160 -И170 ; [a11 ]170 = a11 60 -Х20-2 +Е(34100 35100