Nшп – мощность на шпинделе станка ,кВт ;
Nд – мощность двигателя станка , кВт ;
h- КПД привода главного движения = 0,8 ;
так как Nэ = PzЧV / 60Ч1020 ,
Pz = 10Cp*tx(100So)y*Kp(100)-y, где Pz – главная составляющая силы резания , Н ,
То после подстановки и решения относительно n,So и t получается
(1+n)X1 + yX2 + xX3Јb2 , где b2 = ln
;
Кмр = (600/750)0,75= 0,85 ; (1, с. 264)
Кр = КмрКjрКgрКlрКrр =0,85*1*1,1*1*0,93 = 0,8 ;
Ср = 300 (1 , с.273) ; Dз = 95 мм , n = -0.15 , Nд = 10 кВт ,
b2 = ln (10*0,8*60*1020*(318)1-0,15*1000,75/ 10*300*951-0,15*0,8 = 9,8;
Я
2. (0.85)X1 + 0.75X2 +X3 Ј 9.8
1.3 Ограничение по наименьшей частоте вращения шпинделя станка.
Частота вращения шпинделя не может быть меньше минимальной по технической характеристике станка :
nіn ст.min ,где n ст.min – наименьшая частота вращения шпинделя
станка , мин-1;
b3 = ln n ст.min = ln12.5 = 2.5 ;
3. X1 і 2.5
1.4 Ограничение по наибольшей частоте вращения шпинделя станка.
nіn ст.max ;b4 = ln n ст.max = ln 2000 =7.6
4. X1 Ј 7.6
1.5 Ограничение по наименьшей подаче станка.
VsіVs ст.min , b5 = ln Vs ст.min = ln150 =5;
5. X1 + X2 і 5
1.6 Ограничение по наибольшей подаче станка.
VsЈVs ст.max , b6 = ln Vs ст.max =ln60000 =11;
6. X1 + X2 Ј 11
1.7 Ограничение по прочности державки резца.
Если составляющая Pz силы резания будет больше допустимой величины , то державка резца может согнуться или сломаться. При этом изгибающий момент зависит от величины Pz и вылета державки lд относительно опорной поверхности резцодержателя.
nX1 + yX2 + xX3Јb7 , где b7 =
;
lд = 24мм , В = 16мм, Н = 16мм , Кзп = 2.5 , [sи] = 200мПа ; n =-0.15;
b7 = ln ( 200*318-0.15*16*162*1000.75/ 60*2.5*24*300*95-0.15*0.8 ) = =3.2;
7. –0.15X1 + 0.75X2 + X3 Ј 3.2
7.1 Ограничение по жесткости державки резца.
Ограничивается стрела прогиба вершины резца f под воздействием
Pz для обеспечения виброустойчивости.
fЈ[f] , [f] = 0. 1мм , f = PzЧlд3/ 3EI ;
[f] – допустимая стрела прогиба ;
Е – модуль упругости державки ;
I – полярный момент сечения державки ;
I = BH3/ 12; E = 2.1Ч105H/mm2;
nn( 100So)ytxЈ
;
b8 = ln
=
= ln(0. 1*16*163*2.1*105*318-0.15*1000.75/ 40*300*95-0.15*0.8*243) =
= 5.6;
8. –0.15X1 + 0.75X2 + X3 Ј 5.6
1.9 Ограничение по прочности механизма подач станка.
Сопоставляется осевая составляющая силы резания Px с силой Psст, максимально допустимой прочностью механизма подач станка :
PxЈPsст, или ограничивается мощность , расходуемая на движение подачи , мощностью двигателя привода подачи Ns :
PxЧVs / 60Ч1020Ч1000ЈNs , Vs = nЧSo;
Px = 10Cp*tx*(100So)y*Vn*Kp*100-y;
nn(100So)yЧtx
;
b10 = ln
=
= ln (5.6*60*1000*1020*318-0.15*1001.75/ 10*300*95-0.15*0.8) =
= 19.75 ;
9 . –0.15X1 + 0.75X2 + X3 Ј 19.75
1.10 Ограничение по допустимой шероховатости.
Проверяется величина допустимой подачи , обеспечивающей шероховатость поверхности , не превышающую заданного предельного значения Rz :
100SoЈ100So max доп. ;
So max доп. – подача , обеспечивающая допустимую величину Rz;
So max доп. =
, где
rb– радиус вершины резца ,мм ,
j,j1– главный и вспомогательный углы в плане ,
Cs,x,y,q – коэффициент и показатели степени [ 3,c.305];
Cs = 0.045,x = 0.25,y = 1.25,z = 0.5,q = 0.75, rb= 1.6 ,j= 48°,j1=92°;
100So*txЈ
;
b11 = ln
= ln (0.045*201.25*1.60.75*100 / (48*92)0.25) =
= 3.5;
10. X2 + 0.25X3 Ј 3.5
1.11Ограничение по прочности пластины из твердого сплава.
Составляющая силы резания Рх не должна превышать допустимую
нагрузку на пластину твердого сплава, чтобы не произошла ее поломка :
PzЈPпл. max ,
где Pпл.мax – максимально допустимая нагрузка на твердосплавную пластину :
Pпл.мax = 10*34*t0.77*C1.35*(sin60°/sinj)0.8;
C – толщина пластинки твердого сплав,мм ,
j- главный угол резца в плане .
Т.о. nn(100So)yЧtx-0.77
;
b12 = ln
=
ln (34*6.351.35*1.14*1000.75*318-0.15/ 300*0.8*95-0.15) = 3.94;
11. – 0.15X1 + 0.75X2 + 0.23X3 Ј 3.94
1.12 Ограничение по допустимой глубине резания.
Глубина резания t не может превышать припуска h на сторону для выбранного метода обработки.
tЈh ;
b13 = ln h = ln0.5 = -0.7 ;
12. X3 Ј -0.7
1.13Ограничение по жесткости системы СПИД.
Ограничивается стрела прогиба заготовки fзаг под воздействием радиальной составляющей Py в зависимости от способа крепления заготовки:
fзагЈ[fзаг] , где fзаг = Py*lз3/ A*Eз*Iз ;
где [fзаг] – максимально допустимая стрела прогиба заготовки, мм,
lз – длина заготовки , мм,
А – коэффициент , зависящий от от схемы закрепления заготовки,
А=30; (крепление консольно в патроне).
Iз – полярный момент инерции заготовки = 0,05Dз4= 4072531;
Py = 10Cp*tx*(100So)y*Vn*Kp*100-y;
b13 = ln
=
= ln (0.3*30*1.2*105*0.05*954+0.15*318-015*1000.75/ 10*300*0.8*413)==13.5;
13. –015X1 + 0.75X2 + X3 Ј 13.5
Из всех ограничений составляется система уравнений:
1.X1 + 0.35X2 +0.15X3Ј7.9
2. 0.85X1 + 0.75X2 + X3Ј9.8
3. X1і2.5
4. X1Ј7.6
5. X1 + X2і5
6. X1 + X2Ј11
7. –0.15X1 + 0.75X2 + X3Ј3.2
8. –0.15X1 + 0.75X2 + X3Ј5.6
9. –0.15X1 + 0.75X2 + X3Ј19.75
10. X2 + 0.25X3Ј3.5
11. –0.15X1 + 0.75X2 + 0.23X3Ј3.94
12. X3Ј-0.7
13. –0.15X1 + 0.75X2 + X3Ј13.5
X1 + X2 + X3Юmax , отсюда Х3 = -0,7;
X1 + 0.35X2Ј8
1.13X1 + X2Ј14
X1і2.5
X1Ј7.6
X1 + X2і5
X1 + X2Ј11
-X1 + 5X2Ј22
-X1 + 5X2Ј38
-X1 + 5X2Ј132.4
X2Ј3.7
-X1 + 5X2Ј4.1
-X1 + 5X2Ј14.2
X1 + 0.35X2Ј8
1.13X1 + X2Ј14
X1і2.5
X1Ј7.6
X1 + X2і5
X1 + X2Ј11
X2Ј3.7
-X1 + 5X2Ј4.1
Для того , чтобы построить графики уравнений , преобразуем выражения:
x1 = 8 – 0.35x2; x1 =7.6; x1 = 5 – x2;
x2 = 14 – 1.13x1; x1 = 11 – x2;
x1 = 2.5; x2 = 3.7 ; x2 = 0.8 + x1/5 ;
Оптимальную точку находим, используя Microsoft Excel.
Х1 = 6,7 , n = e x1 = 812 мин -1 ;
Х2 = 3,7 , So = ex2/100 = 0.4 мм/об ;
t = ex3=0.5 мм .
j = 1.26 , n действ. = 800 мин-1.
9.3 Режимы резания.
|
Операция и
Переход
|
Глубина резания, t,мм |
Подача S,мм/об |
Частотавращения шпинделя n, мин-1 |
Операция 005 , установ А
Переход 2 . Подрезка торца |
2 |
1 |
635 |
Переход 3. Черновое точение наружнего диаметра. |
2 |
1 |
635 |
Установ Б. Переход 5 Подрезка торца |
2 |
1 |
635 |
Переход 6. Черновое точение наружнего диаметра. |
2 |
1 |
635 |
Переход 7. Сверление центрального отверстия. |
19 |
0.5 |
635 |
Операция 015
Переход 2 . Проточка канавки и получение фасок. |
12 |
0.1 |
400 |
Переход 3,7 . Чистовая обработка торца и наружнего диаметра. |
0.5 |
0.1 |
800 |
Переход 4,8 |
0.5-1 |
0,2 |
800 |
Переход 5,6,9 |
1,9 |
0.1 |
400 |
10. Выбор марки материала и конструкции режущего инструмента.
В технологическом процессе обработки ролика применим резцы с механическим креплением твердосплавных пластин.
На операции 005применим проходной отогнутый резец с треугольной пластиной из сплава Т5К10, и сверло38 из быстрорежущей стали.
На операции 015 при обработке наружного диаметра и торцов применим проходной отогнутый резец с треугольной пластиной из сплава Т15К6 , на расточных операциях – расточной с углом в плане 45 гр.
При получении канавок применим канавочные резцы с напаянными пластинами из твердого сплава.
Сменные многогранные пластины из прочных твердых сплавов с тонкими покрытиями характеризуются высокой твердостью , износостойкостью , прочностью , химической устойчивостью при высоких температурах . В качестве материала для покрытия используют карбид титана. Это приводит к уменьшению сил резания на 15%.
11. Техническое нормирование.
Операция 005 , токарная.
1. Расчет основного времени на обработку.
а) Переход 2 . Подрезать торецЖ100мм.
То = L/nS , где
L – длина прохода режущего инструмента в направлении подачи,
S – подача инструмента , S = 1мм/об,
n - частота вращения шпинделя , n = 635 мин-1,
L = l + y +D, где
l – длина обрабатываемой поверхности , l = 50мм,
y = t*ctgj- величина врезания ,
D- 1…2 мм – выход резца ,
y = 2* ctg45°= 2*1 = 2,
t – глубина резания , t = 2мм ,
L = 50 + 2 + 1 = 53мм,
То = 53 / 635*1 = 0,08мин.
б) Переход 3. Проточить наружний диаметр на длину 33мм;
t = 2мм , n = 635 мин-1, S = 1мм/об,
L = 33 + 2*1 + 1 = 36мм,
То = 36 / 635*1 = 0,06 мин,
в) Переход 5. Аналогичен переходу 2.
То = 0,08 мин.
г) Переход 6. Аналогичен переходу 3 на длине 10 мм.
L = 10 + 3 = 13 мм,
То = 13/635 = 0,02 мин.
д) Переход 7. Сверлить отверстиеЖ38 мм.
L = 41 + 2 мм,
S = 0.5 мм/об,
То = 43/0,5*635 = 0,13мин.
Тообщ= 0,08+0,06+0,08+0,02+0,13 = 0,37 мин.
2. Определение норм штучно – калькуляционного времени.
Тшт.к. = Тпз /n + Тшт.
Тшт. – норма штучного времени,
Тпз – подготовительно – заключительное время,
Тшт. = То + Тв + Тоб + Тот.,
То – основное время,
Тв – вспомогательное время,
Тоб – время на техническое обслуживание рабочего места,
Тот – время перерывов на отдых и личные надобности,
Тв = Ту.с. + Тз.о + Туп. + Тиз.,
Ту.с. – время на установку и снятие детали,
Тз.о – время на закрепление и открепление детали,
Туп – время на приемы управления,
Тиз – время измерения детали.
Ту.с. + Тз.о = 0,5 мин,
Туп = 0,2 мин,
Тиз = 0,3 мин,
Тв = 0,5 + 0,2 + 0,3 = 1 мин;
Топ = То + Тв = 1,37 мин – оперативное время,
Тоб + Тот = 10%от Топ = 0,14 мин,
Тшт = 1,37 + 0,14 = 1,51 мин,
Тпз = 3мин,
Тшт.к. = 3 / 1 + 1,51 = 4,51 мин,
Тшт.к.действ= 4,51 * 1,6 = 7,1 мин.
12.Анализ точности обработки.
1.Расчет суммарной погрешности обработки.
Все погрешности , определяющие точность изготовления деталей машин на металлорежущих станках , могут быть разделены на три категории :
-погрешность установки заготовки Еу,
-погрешность настройки станкаDн,
-погрешности , вызываемые непосредственно процессом обработки, к котрым относятся:
- погрешности, вызываемые размерным износом режущих инструментовDи,
- погрешности , вызываемые упругими деформациями технологической системы под влиянием силы резанияDу,
- погрешности обработки , возникающие вследствие геометрических неточностей станка,
- погрешности обработки , вызываемые температурными деформациями технологической системыSDт.
Суммарная погрешность обработки заготовок на настроенных станках для диаметральных размеров определяют по уравнению:
DS=
;
После определения погрешностиDSпроверяется возможность обработки без брака:
DSЈTd , где
Td – допуск на операционный размер.
Определим суммарную погрешность обработки на чистовое точение
Ж95-0,1 мм по IT9 на станке 16К20Ф3.
Материал ролика – сталь 45 (sв= 650 МПа).
Предшествующая операция – черновое точение по IT12.
Резец с пластиной из твердого сплава Т15К6 ,
Минимальный припуск – 0,5 мм на сторону , подача S = 0.1 мм/об , скорость резания V = 239 м/мин.
1.Определим величину погрешностиDи (на радиус) , вызванную размерным износом инструмента :
Dи = L*Ио /1000 ,
где L – длина пути резания при обработке партии деталей N:
L =pSd*l * N / 1000S ,
где d – диаметр ступени , l –длина ,
L = 40*95*p*10/1000*0.1 = 1193.2 м,
Ио – интенсивность изнашивания.
Для сплава Т15К6 Ио = 10 мкм/км ,
Dи = 1193,2*10/1000 = 11,932 мкм.
2.Определим колебания отжатий системы при обработкеDу вследствие изменения силы Ру из-за непостоянной глубины резания и податливости системы при обработке.
Dу = WmaxPymax – WminPymin.
Где Wmax, Wmin – наибольшая и наименьшая податливости системы;
Pymax, Pymin – наибольшее и наименьшее значение составляющей
силы резания , совпадающей с направлением выдерживаемого размера.
Для станка 16К20Ф3 нормальной точности наибольшее и
наименьшее допустимые перемещения продольного суппорта под нагрузкой Р = 40 кН составляют соответственно 1000 и 630 мкм.
При установке детали в патроне минимальная податливость системы будет приположении резца в конце обработки , т.е. у передней бабки станка . Исходя из этого можно принять Wmin = 630/40 = 15.75 мкм/кН.
Приближенно можно считать , что максимальную податливость система имеет при расположении резца вначале ролика , когда его прогиб под действием силы Ру максимален.
Поэтому Wmax = Wстmax + Wзаг.max,
Wстmax = (Wmin + Wmax) / 2P = (630+1000) / 80 =20,38 мкм/кН – наибольшая податливость станка;
При консольной установке детали наибольшая податливость заготовки Wзаг.max =
=32*403/954= 0,025 мкм / кН.
Максимальная податливость системы Wmax = 20,38+0,025 = 20,4 мкм/кН.
Наибольшая и наименьшая нормальные составляющие силы резания определяются по формуле:
Py =10Cp*tx*Sy*Vn*Kp ,где
Cp = 300,x=1,y=0.75,n=-0.15;
На предшествующей операции (черновое точение) заготовка обраьотана по IT12 , т.е. возможно колебание припуска на величину IT12 , что дляЖ95 составляет 0,175 , а колебание глубины резания
tmin = zmin = 0.5 мм ;
tmax = zmin + 0.175 = 0.675 мм.
В этом случае
Pymax = 3*0.6751*0.10.75*239-0.15*0.8= 0.13 кН,
Pymin = 3*0,5*0.10.75*239-0.15*0.8 = 0,09 кН.
Dу = 20,4*0,13 – 15,75*0,09 = 1,23 мкм.
3. Определим погрешность , вызванную геометрическими неточностями станка:
SDст = C*l /L ,где
С – допустимое отклонение от параллельности оси шпинделя направляющим станины в плоскости выдерживаемого размера на длине L,
l – длина обрабатываемой поверхности,
Для токарных станков нормальной точности при наибольшем диаметре обрабатываемой поверхности 450 мм С = 25 на длине L=300мм ,
При длине обработки 40 мм ,
SDст = 25*40/300 = 3,3 мкм.
4. Определим погрешность настройки :
Dн =
, где
Dр – погрешность регулирования положения резца;
Кр и Ки – коэффициенты , учитывающие отклонения закона распределения величинDн иDизм от нормального закона распределения;
Dизм – погрешность измерения размера детали.
Для заданных условий обработкиDр = 10мкм ,Dизм = 25мкм , Кр=1,15 и Ки=1.
ТогдаDн = 16,98 мкм.
5. Определим температурные деформации технологической
системы, приняв их 15% от суммы остальных погрешностей :
SDт = 0,15DS= 0,15(11,932+1,23+3,3+16,98) = 5мкм
6. Определим суммарную погрешность обработки:
DS=
= 28,6мкм;
Она не превышает величину допуска наЖ95-0,1 , т.е не требуется особых мероприятий для уменьшения суммарной погрешности обработки.
15. Выбор марки материала и
конструкции режущих инструментов.
В технологическом процессе обработки применяются резцы с механическим креплением пластин.
На операции 005 применяется проходной отогнутый резец с треугольной пластиной из твердого сплава Т15К10, и сверлоЖ38 из быстрорежущей стали.
На операции 015 при обработке наружного диаметра и торцев применяется проходной отогнутый резец с треугольной пластиной из твердого сплава Т15К6, на расточных операциях - расточной с углом а плане 45°.
При получении канавок применяем канавочные резцы с напайными пластинами из твердого сплава.
