Лабораторная работа №11

Проектирование технологической операции механической обработки, практическое освоение её выполнения и анализ точности и качества.

1. Теоретические положения.

Технические условия. При использовании современных технологи­ческих методов изготовления валов технические условия на готовые детали назначают в пределах, указан­ных в табл. 1.

Как видно из этой таблицы, точ­ность обработки по показателям радиального биения, соосности и шеро­ховатости поверхности колеблется в широких пределах и зависит от на­значения вала и применяемых техно­логических методов.

Заготовки для валов изготовляют различными способами. В боль­шинстве случаев для валов, диаметры ступеней которых отличаются мало, заготовки отрезают из проката. Для валов, диа­метры ступеней которых отличаются больше, чем на 10 мм, заготовки отрезают из проката и затем куют под молотами либо штампуют в под­кладных или закрытых штампах. Иногда заготовки обжимают на ротационно-ковочных машинах, а потом обрабатывают на станках. В ря­де случаев (при длинных гладких валах) целесообразно применять валы из холоднотянутой стали, хотя эта сталь стоит на 50% дороже горячекатаной.

Главные требования к заготовкам для валов — хорошая прямоли­нейность и наименьший припуск на обработку. При непрямолинейной заготовке припуск будет сниматься неравномерно, что может вызвать вибрации. Непрямолинейность заготовки не должна выходить за пределы 0,5 мм на 1 м длины.

При правке на специальных правильно-калибровочных станках отклонение от прямолинейности может быть достигнуто до 0,05 мм на 1 м длины.

Припуски на обработку. При изготовлении валов из проката об­щий припуск дается с учетом всех межоперационных припусков и до­пускаемой кривизны прутков. Размер заготовки округляют до бли­жайшего размера прокатного прутка по сортаменту (ГОСТ 2590-57) или ограниченного сортамента, применяемого на заводе. Например, для деталей с наибольшим диаметром 10—20 мм дается припуск 2 мм нa диаметр, для деталей диаметром 21—25 мм — припуск 3 мм, но для детали диаметром 26 мм дается припуск 4 мм, так как в сортаменте есть только размеры прутков 28 и 30 мм. Если диаметр прутка 28 мм, припуск получается 2 мм, что уже недостаточно для обработки, по этому приходится брать пруток диаметром 30 мм в соответствии с сортаментом прутков. По тем же соображениям деталям диаметрами 17; 35; 42; 45 мм дается припуск 3 мм, а деталям диаметрами 34; 36; 58; 44 мм и больше — припуск 4 мм и т. д. С увеличением длин и диаметров деталей величины припусков увеличиваются.

Таблица 1

Технические условия на изготовление валов

Условия	Квалитет	Шероховатость Ra
Точность диаметральных размеров шеек при обработке резцом на токарном станке с ручным управлением	9	2,5-1,25
при обработке на таком же станке с обкаткой роли­ком	8	0,63
при обработке на токарном станке с автоматическим управлением	10	1,25
при обработке на шлифовальном станке	6-7	0,63-0,32
при обработке на станке с головкой для суперфиниша	5	0,32-0,16
Точность предельных размеров при обработке на токарном станке с ручным управлением	Допускаемые отклонения, мм ±0,1  ±0,3
при обработке на токарном станке с автоматическим управлением	±0,08  ±0,2
при обработке на шлифовальном станке по методу «врезания»	±0,05  ±0,12
при продольном шлифовании	±0,06  ±0,15
Радиальное биение шеек	0,02 до 0,04
Торцовое биение опорных торцов	0,02—0,03 на радиусе 50 мм
Несоосность резьб с осью вала	±0,02 по среднему диа­метру
Непараллельность шпоночных пазов оси шпинделя	0,03 на длине 100 мм
Смещение оси шпоночного паза относительно оси вала	0,02—0,03 мм

Технологические базы. В качестве черновых баз принимают необработанные наружные поверхности. Чистовые базы — преимуществен­но вспомогательные (центровые отверстия по ГОСТ 14034—68, центро­вые фаски для пустотелых валов). В некоторых случаях при обработке точных пустотелых валов и шпинделей ведется обработка на специ­альных центровых пробках (базой служат точно обработанные внутрен­ние конусные или цилиндрические отверстия).

При фрезерных, шпоночно-фрезерных, сверлильных операциях, при установке вала на призмах в качестве базовых поверхности используют опорные шейки под подшипники или шейки под насаживаемые на вал зубчатые колеса, муфты, шкивы и т. п.

Основные операции при обработке гладких и ступенчатых валов — это центрование, обточка на токарных станках, шлифование посадоч­ных поверхностей, доводка (притирка, суперфиниш) точных шеек под подшипники, фрезерование шлицов и шпоночных пазов. Для пустоте­лых точных валов и шпинделей выполняют дополнительные операции: растачивание центрального отверстия и внутреннее шлифование по­садочных поверхностей.

Второстепенные операции: сверление смазочных отверстий, свер­ление и нарезание мелких отверстий, фрезерование лысок, скосов, снятие фасок, прорезание канавок и т. п.

Погрешности установки. При установке на центрах возможен пере­кос заготовки и снятие неравномерного припуска вследствие неточного центрирования и получающегося несовпадения осей центровых отверстий. При фрезеровании на призмах возможны отклонения размера фрезеруемой площади вследствие колебаний фактических размеров вала в пределах допуска.

Погрешности обработки возникают в результате износа, затупле­ния и деформаций режущих инструментов, неравномерности припу­сков, неравномерной твердости заготовок, деформаций частей суппор­та и станка, температурных деформаций заготовки и инструментов.

Оптимальные режимы обработки рассчитывают или выби­рают по общемашиностроительным нормативам режимов резания.

Таблица 2. Средние режимы обработки деталей класса «круглые стержни»

Переход	Скорость ре­зания, м/мин	Подача, мм/об
Разрезание проката дисковой пилой	15—30	92 мм /мин
Отрезание заготовки резцом	40	0,1
Подрезание торцов черновое, резцом	70	0,5
Подрезание торцов чистовое, резцом	175	0,4
Обтачивание черновое	105	0,4
Обтачивание чистовое	120	0 15
Шлифование грубое на центрах с продольной подачей	24*	14
Шлифование чистовое на центрах с продольной подачей	30*	10

^Окружная скорость вращения детали, м/мин. Скорость вращения шлифовально­го круга принимают 25—50 м/сек.

Обработка гладких и ступенчатых валов. В общем случае обработку валов можно разделить на черновую, чистовую и отделочную. Валы можно обрабатывать по принципу дифференциации и по принципу концентрации операций. Гладкие длинные валы обрабатывают по прин­ципу дифференциации. Единичные экземпляры обрабатывают после­довательно по всем операциям; партии валов — последовательно по всем операциям, но при обработке на каждой операции всей партии деталей. Для сокращения цикла обработки партии валов различные операции можно выполнять одновременно на различных станках.

При изготовлении гладких валов приме­няют следующий маршрут обработки:

1. Правка прутка на правильно-калибровоч­ных станках;

2. Разрезание прутка на заготовки заданной длины;

3. Подрезка торцев.

4. Сверление центровых отверстий на токар­ном станке;

5. Черновая токарная обработка;

6. Чистовая токарная обработка;

7. Фрезерование шпоночных канавок и других элементов;

8. Шлифование на бесцентрово- или круглошлифовальном станке.

Вместо многорезцовой токарной обработки можно применять об­точку на гидрокопировальных станках. В этом случае про­изводится обточка по копиру одним резцом, но времени на гидроко­пировальную обработку затрачивается столько же, сколько и на многорезцовую обточку. Обработку можно также производить на токарном станке с ЧПУ, токарно-револьверном станке и т.д.

Расчет межпереходных размеров и припусков на обработку.

В тех случаях, когда заготовки должны проходить через несколько технологических систем СПИД для получения годных деталей, возникает необходимость расчета межпереходных раз­меров и допусков. Межпереходным размером называется про­межуточный размер каждой из поверхностей детали, образу­ющийся после выполнения каждого перехода, необходимого для его получения. Исключением является последний переход, когда получается окончательный размер, требуемый служебным назна­чением детали в машине.

Все межпереходные размеры, будучи связаны один с другими, образуют технологические размерные цепи.

Н а рис. 1 видно, что размер заготовки валика L_заг связан с требуемым размером готовой детали L_д рядом межпереходных размеров и размерами припусков на обработку Z, снимаемых при выполнении каждого из переходов. Все они обра­зуют технологическую размерную цепь

L_заг – Z₁ - Z₂ - Z₃ - Z₄ - L_д = 0,

где Z₁ = L_заг – L₁; Z₂ = L₁ - L₂; Z₃ = L₂ - L₃; Z₄ = L₃ – L_д (при получении линейных размеров) и

D_заг - 2Z₁ - 2Z₂ - D_д = 0,

где 2Z₁ = D_заг – D₁ ; 2Z₂ – D₁ – D_д (при получении требуемого диаметрального размера D_д).

Рис. 1. Схема образования межпереходных размеров в технологических размерных цепях

Размеры, входящие в качестве звеньев, являются расчетными (но­минальными). Для того чтобы иметь возмож­ность рассчитать межпереходные размеры, как видно из технологи­ческих размерных цепей, необхо­димо знать или уметь рассчитывать припуски на обработку Z.

Припуском на обработку принято называть слой материала, удаляемый с поверхности, образующейся в результате обработки детали. Слой материала, удаляемый с поверхности, образующийся в результате выполнения каждого перехода, называется промежуточным припуском на обработку или, точнее, межпереходным. Межпереходный припуск определяется как разность размеров, полученных на детали на предшествующем (L₁) и данном (L₂) переходах, т. е. Z₁ = L₁ - L₂.

Слой материала удаляемый с поверхности готовой детали в результате выполнения всех переходов технологического процесса, называется общим припуском на обработку. Общий припуск на обработку определяется разностью размеров заготовки и готовой детали, измеренных от одной базы.

Необходимо различать расчетный, или номинальный, размер припуска, устанавливаемый расчетом, действительный размер припуска, т.е. величину слоя материала, фактически удаляе­мого при обработке деталей, и измеренный размер припуска, полученный путем измерения.

Из изложенного следует, что для компенсации всех рассмотрен­ных погрешностей, оказывающих влияние на качество поверхности детали, получаемой на данном переходе, необходимо оставлять наименьший припуск Z^нм, для расчета которого может служить формула

Z^нм = Н^нб + Т + П + Ф + У,

где Н^нб - высота микронеровностей, установленная для поверхности детали, получаемой на предыдущем переходе; Т - глубина дефектного поверхностного слоя, получаемого на предыдущем переходе; П - величина погрешности относительных поворотов поверхности детали, получаемой на предыдущем переходе; Ф - величина погрешности формы поверхности детали, получаемой на предыдущем переходе; У - величина погрешности установки детали на данном переходе.

Все перечисленные погрешности можно рассматривать как независимые или малозависимые величины. При выполнении технологических процессов часть этих погрешностей, естественно, может взаимно компенсироваться.

При расчете минимально необходимой величины припуска на обработку следует всегда учитывать конкретные условия протекания технологического процесса, так как в зависимости от этого в ряде случаев часть слагаемых будет не нужна. Благо­даря этому можно существенно уменьшить величину минималь­ного припуска на обработку, сэкономив материал и расходы, затрачиваемые на его удаление при обработке. Например, при выполнении некоторых технологических процессов дефектный слой настолько незначителен, что он легко удаляется за счет других составляющих припуска на обработку и для его компенса­ции специально оставлять слой материала нет необходимости.

Зная минимальный межпереходный припуск на обработку, можно рассчитать и его максимальную величину

Z^нб = б_п + Z^нм + б_д,

где б_п — допуск на расстояние или размер поверхности, установленный для предыдущего перехода; Z^нм - наименьший расчет­ный припуск, установленный для данного перехода; б_д - допуск на расстояние или размер поверхности, установленный для данного перехода.

Взаимосвязи между межпереходными припусками на обра­ботку и полями их колебаний показаны на рис. 2.

Используя схему, можно рассчитать межпереходные средние предельные размеры. Для этого необходимо выбрать начало отсчета. Если, например, за начало отсчета принять наибольший из допустимых размеров готового вала, то предельные межпере­ходные размеры (рис. 2) для последнего перехода

D₁^нб = D + Z₁^нб + ₁; D₁^нм = D + Z₁^нм,

а для предыдущего перехода

D₂^нб = D₁^нб + Z₂^нб + ₂; D₂^нм = D₁^нб + Z₂^нм.

Предельные межпереходные размеры устанавливаются в зависимости от выбранной системы отсчета, т.е. системы расположения поля устанавливаемого допуска относительно номинальной величины размера.

Рис. 2. Схема связей между межпереходными размерами, припусками на об­работку и допуски

2. Цель проведения работы.

Спроектировать технологическую операцию обработки ступенчатого валика, назначить режимы обработки и проконтролировать точность изготовления.

3. Технологическое оснащение.

1. Токарный станок, приспособления и инструмент.

2. Чертеж детали.

3. Штангенциркуль, микрометр, прибор для измерения биения поверхностей.

4. Содержание работы.

Порядок выполнения работы:

1. По чертежу детали и заданным параметрам составить схему обработки поверхностей.

2. Определить припуски на обработку.

3. Назначить режимы обработки.

4. Составить структуру технологической операции чернового точения (переходы, рабочие и вспомогательные ходы и т.д.).

5. Произвести черновую токарную обработку.

6. Произвести контроль:

   • линейных и диаметральных размеров;

   • отклонений формы и расположения поверхностей.

7. Составить отчёт по проделанной работе.