Оренбургский государственный университет
 Скачать 1.89 Mb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет» К. Н. Абрамов КУРСОВОЕ И ДИПЛОМНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПО ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ Рекомендовано Ученым советом федерального государственного бюджетного обра- зовательного учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский Государственный университет» в качестве учебного пособия для студентов, обу- чающихся по программам высшего профессионального образования по направле- нию подготовки 151900.62 Конструкторско-технологическое обеспечение машино- строительных производств Оренбург 2011 2 УДК 621 (075) ББК 34.5 я7 А 16 Рецензент – канд. техн. наук А. И. Сергеев Абрамов, К. Н. А 16 Курсовое и дипломное проектирование по технологии машино- строения: учебное пособие / К. Н. Абрамов; Оренбургский гос. ун-т. – Оренбург : ОГУ, 2011. - 256 с. ISBN В учебном пособии представлены основные методические материалы для курсового проектирования по технологии машиностроения. Рассматриваются вопросы анализа конструкции детали, отработки ее конструкции на технологичность, выбора технологических баз, определения видов обработки, формирования маршрута обработки детали. Содержатся основные справочные материалы. Учебное пособие предназначено для студентов высших учебных заведе- ний, обучающихся по направлению подготовки 151900.62 Конструкторско- технологическое обеспечение машиностроительных производств. УДК 621 (075) ББК 34.5 я7 ISBN © Абрамов К.Н., 2011 © ОГУ, 2011 3 Содержание Введение………………………………………………………………………... 4 1 Содержание курсового проекта…………………………………………….. 5 2 Анализ конструкции детали и требований к ее изготовлению……….…... 7 3 Определение типа производства……………………………………….…… 18 4 Отработка конструкции детали на технологичность…………………….... 24 5 Выбор исходной заготовки………………………………………………….. 32 6 Выбор технологических баз…………………………………………………. 50 7 Выбор методов и количества необходимых переходов обработки………. 60 8 Формирование маршрутного технологического процесса изготовления детали………………………………………………..…………………………. 67 9 Выбор средств технологического оснащения операций…………………... 73 10 Расчет припусков и операционных размеров..........……………………… 77 11 Определение режимов резания…………………………………………….. 103 12 Нормирование технологического процесса………………………………. 108 13 Проектирование схем технологических наладок…………………………. 115 14 Оформление технологической документации……………………………. 118 Список использованных источников…………………………………………. 140 Приложение А Допуски исходных заготовок…………………………........... 142 Приложение Б Средняя экономическая точность обработки заготовок, по- лучаемая различными методами………………..…………………..………… 160 Приложение В Допуски размеров……….….…………………………............ 166 Приложение Г Металлорежущие станки………………………………........... 167 Приложение Д Режущий инструмент……………………………………........ 194 Приложение Е Номинальные припуски на механическую обработку........... 208 Приложение Ж Режимы резания…………………………………………........ 229 Приложение И Данные для определения норм времени…………………….. 244 4 Введение В жизненном цикле изделий машиностроения особое место занимает подго- товка производства. Это объясняется ее значительной трудоемкостью и сложно- стью. Сроки подготовки производства превышают сроки разработки конструкции изделия от 1,8 до 5 раз, в зависимости от вида и сложности изделий. При освоении производства новых машин решаются разнообразные задачи - от проектирования технологических процессов до разработки специальных средств технологического оснащения. Проектирование технологических процессов механической обработки и контроля деталей является одним из наиболее распространенных видов деятельно- сти инженера машиностроителя. При технологическом проектировании решаются две основные задачи: обеспечение требуемого качества изделий, получение мини- мальной себестоимости технологического процесса. Данное учебное пособие предназначено для оказания помощи студентам в курсовом и дипломном проектировании по технологии машиностроения. В нем при- водится общая последовательность технологического проектирования. Приводится методика выполнения каждого из этапов проектирования. В методическом пособии содержатся требования к выполнению основных разделов курсового проекта (тех- нологической части дипломного проекта), примеры их выполнения, имеется боль- шой объем справочных данных. Курсовое и дипломное проектирование должно производиться на основе но- вейших технологических решений, прогрессивных форм организации производства, при высоком уровне механизации и автоматизации технологических процессов. Вы- полнение курсового проекта (работы) необходимо производить в строгом соответст- вии с требованиями единой системы конструкторской и технологической докумен- тации (ЕСКД, ЕСТД), государственных и отраслевых стандартов. 5 1 Содержание курсового проекта Курсовой проект выполняется в следующем объеме: пояснительная записка (ПЗ) 45 -60 страниц и 4-х листов графических материалов формата А1. ПЗ содержит структурные элементы: - титульный лист; - задание на курсовой проект (выдается перед прохождением конструкторско- технологической практики); - аннотация; - содержание; - введение; 1 Разработка технологического процесса изготовления детали. 1.1 Анализ конструкции детали и требований к ее изготовлению. 1.2 Определение типа производства. 1.3 Отработка конструкции детали на технологичность. 1.4 Анализ существующего (базового) технологического процесса. 1.5 Выбор исходной заготовки. 1.5.1 Определение вида исходной заготовки. 1.5.2 Выбор метода изготовления исходной заготовки. 1.5.3 Обоснование выбора исходной заготовки. 1.6 Проектирование технологического маршрута обработки. 1.6.1 Выбор и обоснование технологических баз. 1.6.2 Выбор методов и количества необходимых переходов обработки. 1.6.3 Определение последовательности обработки. 1.6.4 Формирование технологических операций. 1.6.5 Выбор средств технологического оснащения. 1.7 Проектирование технологических операций. 1.7.1 Выбор структуры операции. 1.7.2 Выбор средств технологического оснащения операции. 1.7.3 Расчет припусков и операционных размеров. 6 1.8 Назначение режимов обработки. 1.9 Нормирование технологического процесса. - заключение; - список использованных источников; - приложения (спецификации, технологические карты). Изложение материала в ПЗ должно быть кратким, логичным, последователь- ным. Все принимаемые решения должны быть обоснованными. В ПЗ должны быть приведены все необходимые расчеты, схемы, рисунки, графики, поясняющие со- держание записки. Не следует включать в ПЗ общеизвестные теоретические поло- жения. Большой объем числового материала следует сводить в таблицы. Оформле- ние материала ПЗ должно соответствовать требованиям СТО 02069024 - 101 – 2010 [1]. 7 2 Анализ конструкции детали и требований к ее изготовлению Качественное проектирование технологического процесса невозможно без учета служебного назначения изделия. Это определяет необходимость его формули- ровки в начале разработки технологического процесса. При этом должны быть от- ражены функции, которые надлежит выполнять детали (самой или совместно с дру- гими) в работающем изделии, и даны количественные характеристики, уточняющие требования к выполнению этих функций. Кроме того, необходимо выявить условия работы конкретной детали. При формулировании служебного назначения также следует выявить функ- циональное назначение поверхностей детали (исполнительные поверхности, основ- ные и вспомогательные конструкторские базы, и свободные поверхности). Испол- нительные поверхности (ИП) - поверхности детали, с помощью которых деталь ис- полняет свое служебное назначение. Основные конструкторские базы (ОКБ) - по- верхности детали, с помощью которых определяется положение данной детали в сборочной единице. Вспомогательные конструкторские базы (ВКБ) - поверхности детали, относительно которых определяется положение других деталей и сборочных единиц, присоединяемых к данной детали. Свободные поверхности (СП) – поверх- ности детали, не контактирующие с какими-либо другими деталями (обычно служат для образования замкнутого тела, ограничивающего объем детали). Полная и правильная формулировка служебного назначения детали и выявле- ние функционального назначения поверхностей могут быть выполнены только при наличии конструкторской документации на машину, в которую входит данная де- таль. При отсутствии полной информации следует сформулировать служебное на- значение детали, исходя из общих представлений о функциях той или иной детали. Например, вал (рисунок 2.1) служит для передачи крутящего момента и для опреде- ления положения устанавливаемых на нем деталей, его ИП являются: боковые по- верхности шпоночного паза и посадочная шейка, ОКБ – опорные шейки, ВКБ – по- садочная шейка. СП – крайние торцы вала. 8 Рисунок 2.1 – Функциональное назначение поверхностей вала Корпус (рисунок 2.2) служит для определения положения деталей, которые монтируются в нем. Его ИП являются главные отверстия, в которых монтируются подшипники, торцы, и резьбовые поверхности. Те же поверхности являются одно- временно и ВКБ, что следует из служебного назначения корпуса. ОКБ корпуса – плоскость основания и отверстия под штифты. СП – наружные и внутренние по- верхности корпуса. Рисунок 2.2 – Функциональное назначение поверхностей корпуса 9 Для зубчатого колеса (рисунок 2.3) ИП являются боковые поверхности зубьев, ОКБ - поверхности центрального отверстия, шпоночного паза и опорного торца. ВКБ – поверхность противоположного торца. СП – наружная поверхность ступицы и торец зубчатого венца. Рисунок 2.3 – Поверхности зубчатого колеса Вторым этапом анализа конструкции детали является технологический кон- троль чертежа. Он заключается в проверке полноты информации о детали, содер- жащейся в ее чертеже. При этом необходимо выяснить: 1) достаточно ли видов, разрезов, сечений, необходимых для получения одно- значного представления о конфигурации данной детали; 2) все ли необходимые и достаточные размеры указаны на чертеже (достаточ- но ли их для однозначного представления о конструкции детали и не имеется ли "лишних" размеров); 3) указана ли шероховатость поверхностей; 4) оговорены ли чертежом детали нормы точности, в большинстве случаев указывается точность наиболее ответственных поверхностей, допуски свободных размеров оговариваются техническими требованиями, а неуказанные отклонения формы и расположения лежат в пределах соответствующих допусков; 10 5) содержатся ли все необходимые сведения о материале детали, термической обработке, применяемых защитных и декоративных покрытиях, массе детали и др. В необходимых случаях чертеж детали должен быть дополнен соответствую- щей информацией по согласованию с руководителем проекта. Анализ требований к изготовлению детали необходим для проверки соответ- ствия норм точности служебному назначению детали. Выполнение данного этапа позволит исключить ошибки, допущенные при проектировании детали. В некоторых случаях обоснованное уточнение допусков приводит к их расширению и, следова- тельно, к уменьшению себестоимости. Это определяет важность выполнения данно- го этапа технологического проектирования. Наиболее качественное обоснование норм точности производится на основе размерного анализа конструкции в следую- щей последовательности: а) формулировка (уточнение) служебного назначения машины (сборочной единицы), при этом необходимо рассматривать такие параметры служебного назна- чения, на исполнение которых влияют нормы точности данной детали; б) выявление исполнительных поверхностей машины; в) определение всех видов связей между исполнительными поверхностями, необходимыми для выполнения служебного назначения; г) обоснование параметров связей всех видов и их допускаемых отклонений; д) переход в номиналах и допусках от всех видов связей к размерным; е) формирование конструкторских размерных цепей, замыкающими звеньями которых являются размерные связи между исполнительными поверхностями; ж) определение норм точности детали путем решения прямой задачи расчета размерных цепей. Уточнение норм точности детали рассмотрим на примере, чертеж детали при- веден на рисунке 2.4. 11 Рисунок 2.4 – Чертеж детали Коническое зубчатое колесо входит в сборочную единицу (рисунок 2.5). На ступице колеса 1 установлены цилиндрические колеса 2 и 3, зафиксированные в осевом направлении стопорным кольцом 4. Одним из требований служебного назначения, предъявляемых к данной сбо- рочной единице, является обеспечение легкого вращения зубчатых колес 2,3 отно- сительно ступицы конического колеса 1. Это достигается выбором посадки с зазо- ром по цилиндрическим поверхностям, а также наличием осевого зазора между тор- цом колеса 3 и стопорным кольцом 4. Исполнительными поверхностями при этом являются: правый торец колеса 4 и левый торец стопорного кольца 4. Величина осе- вого зазора ограничивается значениями от 0,1 до 0,5 мм. Минимальное значение оп- ределяется тепловыми условиями работы сборочной единицы, максимальное – ве- личиной возможного смещения цилиндрических колес. Размерная цепь, замыкаю- щим звеном которой является размерная связь между исполнительными поверхно- стями, представлена на рисунке 2.5. Номинал и предельные отклонения замыкаю- щего звена - 1 , 0 5 , 0 0 + + Δ = A 12 Рисунок 2.5 – Сборочная единица Определим составляющие звенья из решения прямой задачи расчета размер- ной цепи (рисунок 2.5). Номиналы звеньев заданы конструктором и не уточняются при решении задачи. Поскольку в размерной цепи содержится небольшое число звеньев, то для достижения требуемой точности замыкающего звена выбираем метод полной взаи- мозаменяемости. Средний допуск составляющего звена составит 1 − = Δ m T T A сред , где Δ A T - допуск замыкающего звена; m – общее число звеньев размерной цепи. 13 1 , 0 4 4 , 0 = = сред T мм, Назначим допуски и предельные отклонения всех составляющих звеньев за исключением размера от торцовой упорной поверхности конического колеса до края канавки - 4 A . Допуск на ширину кольца оговорен стандартом ГОСТ 13940-86 и ра- вен 0,12 мм, 12 , 0 3 5 , 2 − = A . Ширина колеса 2 со ступицей - 062 , 0 1 40 − = A , ширина ко- леса 3 - 062 , 0 2 32 − = A Допуск звена 4 A равен ) ( 3 2 1 4 A A A A A T T T T T + + − = Δ , 156 , 0 ) 12 , 0 062 , 0 062 , 0 ( 4 , 0 4 = + + − = A T мм. Координата середины поля допуска звена 4 A 4 3 2 1 ) ( 3 2 1 4 ξ ξ ξ ξ ⋅ + ⋅ + ⋅ − = Δ A A A A A EC EC EC EC EC , где − Δ A EC координата середины поля допуска замыкающего звена; − i A EC координаты середин полей допусков составляющих звеньев; − i A ξ коэффициенты передачи составляющих звеньев. 178 , 0 1 )] 1 ( ) 06 , 0 ( ) 1 ( ) 031 , 0 ( ) 1 ( ) 031 , 0 [( 3 , 0 = − ⋅ − + − ⋅ − + − ⋅ − − = Δ A EC мм. Верхнее предельное отклонение звена 4 A 2 4 4 4 A A A T EC ES + = , 256 , 0 2 156 , 0 178 , 0 4 = + = A ES мм. Нижнее предельное отклонение звена 4 A 14 , 2 4 4 4 A A A T EC EI − = 1 , 0 2 156 , 0 178 , 0 4 = − = A EI мм. Таким образом, для исполнения сборочной единицей своего служебного на- значения размер 4 A конического колеса 1 должен быть равным 256 , 0 1 , 0 75 + + . Соответст- вующие изменения необходимо внести в чертеж детали. При отсутствии данных о конструкции машины, о ее служебном назначении уточнение параметров точности производится исходя из требований, предъявляе- мых к типовым деталям. Такие требования содержатся в рекомендациях по проекти- рованию деталей [2]. Некоторые данные по точности поверхностей типовых деталей приведены в таблице 2.1. Таблица 2.1 – Параметры точности некоторых деталей машин Детали Точность размера, ква- литет Отклонения расположе- ния, степень точности Отклонения формы, сте- пень точно- сти Шерохова- тость, Ra, мкм 1 2 3 4 5 Направляющие, столы станков высокой и повы- шенной точности, испол- нительные поверхности плунжерных и золотни- ковых пар, посадочные поверхности подшипни- ков качения, шейки шпинделей станков по- вышенной точности 4 – 5 1 - 4 1 – 4 0,4 – 0,8 15 Продолжение таблицы 2.1 1 2 3 4 5 Направляющие, столы станков нормальной точ- ности, поверхности, предназначенные для точного базирования (опорные и посадочные шейки валов, плоскости разъема, основания и главные отверстия кор- пусных деталей, цен- тральные отверстия зуб- чатых колес и т.п.) 6 - 7 3 - 6 3 – 6 0,8 – 1,6 Поверхности, предна- значенные для базирова- ния неответственных де- талей (поверхности, кон- тактирующие через про- кладки, торцовые поверх- ности фланцев, втулок зубчатых колес и т.п.) 8 – 9 5 – 8 5 – 8 3,2 – 6,3 Примечание - Большие значения степеней точности соответствуют нор- мальной относительной геометрической точности А, средние – повышенной от- носительной геометрической точности, В, меньшие – высокой относительной геометрической точности, С. Формулировка требований по допускаемым отклонениям расположения должна отражать служебное назначение детали и функциональное назначение ее поверхностей. Например, положение исполнительных поверхностей, вспомогатель- ных конструкторских баз детали должно быть задано относительно ее основных конструкторских баз. Для правильного выбора методов обработки, выбора средств технологическо- го оснащения необходимо привести в соответствие отдельные параметры точности. Уточнению подлежит соответствие допусков размеров допускам формы и располо- жения поверхностей. Примерные соотношения между допусками размеров и допус- ками формы и расположения поверхностей приведены в таблице 2.2. 16 Таблица 2.2 – Значения допусков формы и расположе- ния поверхностей в процентах от допуска размера для уровней относительной геометрической точности Уровень относительной геометрической точно- сти Допуск фор- мы, % Допуск от- клонения рас- положения, % А 30 60 В 20 40 С 12 25 В некоторых случаях допуски отклонений расположения и формы поверхно- стей составляют меньшую часть допуска соответствующего размера. При этом до- пуски расположения и формы обусловлены служебным назначением детали, но предполагается, что требуемая точность размеров обеспечивается методами регули- рования или пригонки. Пример несогласованности отдельных параметров точности приведен на рисунке 2.6. Рисунок 2.6 – Несоответствие допуска размера допуску отклонения располо- жения и шероховатости поверхностей Для приведения в соответствие отдельных параметров точности в данном слу- чае необходимо ужесточить допуск размера 28h14. При этом следует выбрать уро- вень относительной геометрической точности (А, В, С), а затем определить допуск 17 размера исходя из примерных соотношений между допуском размера и допусками формы и расположения (таблица 2.2). Значения допусков размеров приведены в приложении В. Принимаем уровень относительной геометрической точности – В. Исходя из того, что допуск расположения должен составлять примерно 40 процен- тов от допуска размера, определим допуск размера 28 (рисунок 2.6). 4 0 п T T = , где п T - допуск отклонения от параллельности, 05 , 0 4 , 0 02 , 0 = = T мм. Значение допуска примерно соответствует 9 квалитету - 28 h9 (-0,52) Требует уточнения также информация о соответствии допусков размеров и шероховатости поверхностей. Значения шероховатости поверхности в зависимости от квалитета точности размера и от уровня относительной геометрической точности приведены в таблице 2.3. На рисунке 2.6 поверхности, связанные размером 28, имеют шероховатость 1,6 мкм. Такая шероховатость поверхности задана из условий работы детали. Для обеспечения этой шероховатости необходимо использовать один из отделочных ме- тодов обработки. При широких допусках, оговоренных чертежом детали, будут иметь место значительные колебания припусков при чистовой обработке, что при- ведет к увеличению трудоемкости. В данном случае следует ужесточить допуск размера, приведя его в соответствие с шероховатостью поверхностей. В соответст- вии с таблицей 2.3 размер 28 должен иметь допуск по 8 квалитету точности. Поэто- му при проектировании технологического процесса следует ориентироваться на обеспечение размера 28 h8 (-0,033) 18 Таблица 2.3 - Значения шероховатости поверхности в зависимости от квалите- та точности размера и от уровня относительной геометрической точности Уровни относительной геометрической точности при номинальных разме- рах, мм Квалитеты допуска размера 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 До 18 Св. 18до 50 Св. 50 до 120 Св.12 0 до 500 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 и13 14 и 15 16 и 17 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 С - 0,8 0,8 1,6 -В С- -С 0,05 0,1 0,1 0,2 0,4 0,4 1,6 1,6 1,6- 6,3 12,5 25 3,2 В С 0,1 0,2 0,2 0,4 0,8 0,8 3,2 3,2 3,2 6,3 12,5 25 А- -В 0,1 0,2 0,2- 0,4 0,8 0,8- 3,2 3,2 6,3 12,5 12,5 - 25- 0,4 1,6 25 30 * 0,2 0,4 0,4 0,8 1,6 1,6 3,2 3,2 6,3 12,5 12,5 25 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 -А В- 0,2 0,4 0,4 0,8 1,6 1,6 6,3- 6,3 6,3- 25 25- 50- 3,2 12,5 50 100 * 0,4 0,8 0,8 1,6 3,2 3,2 3,2 6,3 6,3 12,5 25 50 А- -А 0,2- 0,4- 0,8 0,8- 1,6- 3,2 6,3 6,3 12,5 25 50 100 *- -* 0,4 0,8 1,6 3,2 0,4- 0,8- 1,6 1,6- 3,2 3,2 6,3 6,3 12,5 25 50 100 0,8 1,6 3,2 Примечание – знак * означает, что рассматривается случай, когда допуски формы не указаны на чертеже, т. е. допуски формы ограничиваются полем до- пуска размера. Знак (-) перед или после обозначения уровня относительной точ- ности означает, что следует назначать величину Ra, указанную в таблице отно- сительно знака (-). Например, по 11-му квалитету для -В и -С принимают Ra = 3,2 мкм; для С- принимают Ra=1,6 мкм. |