Технологический процесс изготовления шпинделя 4-хшпиндельной комбинированной головки (стр. 2 из 20)
1.4 Определение типа производства
В соответствии с заданной программой выпуска 2000 деталей в год и массой детали 2,5 кг рассчитаем относительный объем выпуска изделия N0 по формуле:
где N – годовой объем выпуска изделия;
m – масса детали;
КТ – коэффициент трудоемкости, при средней степени сложности изготовления детали он равен 1,35, тогда
N0 = 2000 × 2,50.7× 1,35 = 5128
2300<5128<10000, а значит, при данном годовом выпуске шпинделя 4-хшпиндельной головки производство считается среднесерийным, что также подтверждается по таблице серийности [1], следовательно, принимаем среднесерийный тип машиностроительного производства.
1.5 Задачи проекта
Основной задачей проекта является получение годового экономического эффекта от модернизации технологического процесса изготовления детали.
1. Спроектировать заготовку с максимальным коэффициентом использования материала и с минимальной себестоимостью.
2. Разработать технологический процесс обработки шпинделя с использованием новейших достижений науки и техники, отвечающий требованиям технологичности (экономичности, точности, качества и т.д.) и в условиях среднесерийного производства.
3. Составить оптимальную схему обработки.
При решении этих задач необходимо, прежде всего, руководствоваться целесообразностью вводимых изменений с экономической точки зрения.
1.6 Проблемы и возможные пути их устранения
Шпиндель – деталь, испытывающая постоянно действующую одно-направленную циклическую нагрузку, которая разрушительно действует на боковые поверхности шлицев, а также истирают поверхности глухого отверстия.
Избежать эти нагрузки невозможно, поскольку рабочее состояние исследуемой детали определено движением смежных деталей, которые должны работать с определенным тактом перемещения. Постоянно действующие и однонаправленные усилия разрушают конструкцию детали.
Поэтому необходимо рассмотреть следующие вопросы:
1) основных причин поломок зубьев;
2) выявление рамок и границ допустимых нагрузок;
3) поиск возможных методов упрочнения концентраторов напряжений и при этом сохранив максимальную пластичность;
Наиболее часто происходящие поломки:
1) разрушение зубьев шлица;
2) истирание шеек шпинделя.
Эти две основные проблемы наводят на ряд обширных вопросов:
1) выборка оптимальных режимов обработки маложестких деталей;
2) разработка поддерживающих приспособлений для предотвращения изгиба во время изготовления;
3) снятие внутренних напряжений после этапной обработки;
4) регламентирование допустимых нагрузок;
5) разработка возможных методов профилактики.
2. Аналитические исследования процесса шлицеобработки
2.1 Анализ процесса нарезания зубьев фрезами с различными схемами резания
Червячные фрезы с вершинонагруженной и прогрессивными схемами резания имеют высокую стойкость по сравнению со стойкостью стандартной фрезы. Но нельзя считать основным условием целесообразности применения фрез с той или иной схемой только повышенную стойкость или скорость резания. Нужно учитывать совокупность факторов, влияющих на производительность. Машинное время и производительность при зубофрезеровнаии зависят как от скорости резания, так и от подачи. Но выбор подачи ограничивается требуемой шероховатостью поверхности профиля зубьев, а при нарезании под дальнейшую обработку: чистовое фрезерование или шлифование также и жесткостью системы СПИД.
Если при работе червячных фрез с новыми схемами резания возникают большие усилия, чем силы у стандартных фрез, то при одинаково допустимой нагрузке на станок придется работать со значительно меньшими подачами, и может оказаться нецелесообразным применение таких фрез. Если же наблюдается обратная картина, то применение фрез с новыми схемами резания оправдано не только высокой стойкостью, но и возможностью работать с повышенными подачами. Таким образом, для того чтобы оценить эффективность применения червячных фрез с той или иной схемой, необходимо, кроме стойкостных зависимостей знать силы резания.
Силовые закономерности нужны и для оценки влияния схемы резания на точность обрабатываемых зубьев, ибо такой параметр нормы плавности зацепления, как погрешность профиля зависит в значительной мере от величины колебания силы резания за один оборот фрезы. Кроме того, под действие силы резания происходит изгиб оправки, на которой крепится деталь, и опрокидывание всего стола, что вызывает погрешность направления зуба.
Червячные фрезы с прогрессивной схемой резания предназначены для зубофрезерования под дальнейшую обработку и не могут служить финишной операцией. Точность зубьев после чистовой обработки зависит от точности, достигнутой на предварительной операции. Погрешность зубьев, нарезанных на зубофрезерных станках, зависит от ряда факторов: погрешности заготовки и ее базирования относительно оси стола станка, погрешности червячной фрезы, станка и жесткости системы СПИД. Последняя оказывает значительное влияние на точность профиля зуба.
Проведённые исследования [4] показывают, что при зубодолблении колес на станке 514 до 75% погрешность колебания профиля на одном зубе колеса образуется только за счет отжатия заготовки от долбяка под действие переменной силы резания. То же происходит и при зубофрезеровании. Под действием переменной силы за оборот фрезы изменяется “межосевое расстояние” фреза – заготовка, происходит рассогласование вращения фрезы и заготовки, что вызывает радиальное биение нарезаемого колеса и погрешность профиля зуба. Чем больше колебание силы, тем больше погрешность.
При работе фрез с прогрессивной схемой резания колебание силы резания меньше, чем при фрезеровании стандартными фрезами, что должно благоприятно сказываться на точности профиля нарезаемых зубьев. Но это было бы так, если бы в оформлении профиля зуба участвовало такое же число режущих кромок, как и при работе стандартной фрезы. В действительности же число профилирующих резцов при обработке фрезой с прогрессивной схемой уменьшается в 2 раза, что приводит к большей величине огранки.
В связи с выше указанными причинами, требуется установить, какой из двух факторов окажет превалирующее влияние на погрешность профиля зубьев. Необходимо также установить, не вызовет ли применение фрез с прогрессивной схемой увеличение припуска на последующую обработку.
При зубофрезеровании на поверхности зубьев возникают неровности: волнистость hв – в результате перемещения фрезы вдоль оси заготовки на величину подачи; огранка hог – в связи с прерывистостью огибания эвольвентного профиля зуба детали режущими кромка фрезы: риски и надрывы hш – как следствие работы нароста и деформации поверхностного слоя. Общая высота неровностей:
hоб = hв + hог + hш (2.1)
Часть припуска на толщину зуба, оставляемого под последующую обработку составляет 2hоб. В связи с применением червячных фрез с вершинонагруженной и прогрессивной схемами резания невольно возникает вопрос о величине hоб, не будет ли она боль, чем при зубофрезеровании стандартными фрезами, и не повлечет ли применение фрез с новыми схемами к увеличению припуска на дальнейшую обработку.
Рассмотрим влияние схемы резания на каждое слагаемое выражения (2.1).
Огранка вызывает погрешность профиля. Влияние схемы резания на погрешность профиля рассмотрено в [5] и установлено, что, несмотря на увеличение значения огранки при работе фрез с прогрессивной схемой, суммарная погрешность профиля меньше, чем при работе стандартными фрезами. Волнистость в основном зависит от диаметра фрезы и подачи, и схема резания не влияет на ее величину.
Влияние на микрогеометрию обработанной поверхности происходит за счет резания фрезами, зубья которой чередуются через один, срезают слои удвоенной толщины. Увеличение толщины среза, особенно в зоне низких скоростей резания, обычных для процесса зубофрезерования, вызывает образование нароста и, следовательно ухудшает микрогеометрию обработанной поверхности. Микронеровности возникают также и в результате надрывов, вызванных растягивающими напряжениями в поверхностном слое детали. Пластическая деформация при работе фрез с прогрессивной схемой резания должна быть значительно меньше, и это благополучно скажется на шероховатости поверхности. При зубофрезерова-нии в результате переменности силы резания возникают вибрации, которые оказывают вредное влияние на параметры шероховатости. Применение фрез с прогрессивной схемой резания, где колебание сил меньше, чем при работе стандартных, также должно привести к снижению высоты микронеров-ностей.
После проведения экспериментальных исследований [5] по изучению влияния схемы резания на величину шероховатости обработанных поверхностей при черновом зубофрезеровании. Из анализа экспериментальных данных можно сделать следующие выводы.
1. Высота неровностей профиля зубьев, нарезанных червячными фрезами со всеми схемами резания, значительна и колеблется в пределах 10…30мкм, что соответствует 11–13 квалитету.
2. С увеличением высоты зуба шлица высота микронеровностей быстро растет. Такая закономерность наблюдается при работе фрезами со всеми схемами резания как со встречной, так и при попутной подачами. Объясняется это тем, что с увеличением высоты зуба профилирующие зубья фрез срезают более толстые слои. Толщина возрастает пропорционально модулю. Рост толщины приводит к увеличению нароста и увеличению микронеровностей.
Большое влияние на шероховатость поверхности оказывают вибрации, возникающие при резании. Увеличение модуля нарезаемого колеса приводит к значительному повышению силы резания и амплитуды её колебания. Последняя вызывает большую вибрацию и высоту микронеровностей.