Технологичность конструкций. Технологичность конструкций
 Скачать 1.88 Mb.
|
|
3.2.2. Рычаги, шатуны, кронштейны, серьги, вилки Для обеспечения точного взаимного расположения рабочих поверхностей и точности посадочных мест при проектировании де- талей этого типа необходимо выполнять следующие технологиче- ские требования: - избегать ступенчатого расположения обрабатываемых по- верхностей (рис. 9). Расположение их в одной плоскости допускает обработку на проход; Рис. 9. Взаимное расположение обрабатываемых поверхностей 28 - предусматривать в конструкции детали опорные поверхно- сти (базы), обеспечивающие надежное закрепление заготовки при обработке; - предусматривать минимально необходимый объем обработки резанием. Конструктивные формы деталей должны быть по воз- можности прямыми без изгибов. 3.2.3. Втулки, диски, кольца Технологически рациональны конструкции, заготовками ко- торых является прокат, в частности, трубы. В крупносерийном и массовом производствах целесообразно применение заготовок из порошковых материалов. К деталям данного типа предъявляют следующие требования: - конструкция втулки должна допускать обработку всех внут- ренних поверхностей с одной стороны при одной установке. Это позволяет обеспечить соосность внутренних поверхностей втулки; - соосные глухие отверстия, располагаемые с двух сторон де- тали, нежелательны. Если отверстия глухие и должны выполняться с высокой точностью, для выхода режущего инструмента следует предусматривать канавки (рис. 10). Наличие таких канавок обяза- тельно, если деталь термически обрабатывается; Рис. 10. Канавка во втулке с глухим отверстием - в конструкции втулки, имеющей фланец, последний по воз- можности должен иметь круглую форму; - поверхности, обрабатываемые на различных операциях, должны быть четко разграничены; 29 - внутренние выточки, особенно если их необходимо выпол- нять с высокой точностью, нежелательны. Втулки целесообразно конструировать со сквозными отверстиями (рис. 11); Рис. 11. Втулки - втулку, закрепляемую в гнезде корпуса, необходимо концен- трировать по ее поверхностям, расположенным возможно дальше одна от другой. При этом конструкция втулки должна допускать обработку центрирующих поверхностей при одной установке дета- ли на станке; - образование фланцев в глухих отверстиях затруднено. Же- лательно отверстия со шлицами предусматривать открытыми, так это позволяет применять протягивание. Если применение сквозных шлицевых отверстий невозможно, следует обязательно предусмат- ривать канавки для выхода режущего инструмента (рис. 12). Рис. 12. Канавки для выхода долбяка во втулке с закрытым зубчатым венцом 30 3.2.4. Валы и оси К изготовлению деталей этого типа предъявляются следующие технологические требования: - изготовленный вал должен иметь центровые отверстия, что упрощает его контроль и ремонт; - гладкие валы и оси небольших диаметров и длин целесооб- разно изготавливать из чистого калиброванного проката. Для сту- пенчатых валов, особенно большой длины, применение такого про- ката не всегда оправдано, так как получение прямолинейной гео- метрической оси без дополнительной обработки (рихтовки, упроч- няющей обработки и т. п.) технологически затруднено; - ступенчатые валы и оси должны иметь небольшие перепады диаметров, при этом на разных ступенях желательно иметь одина- ковые перепады. Это особенно важно, если деталь будет обрабаты- ваться на многорезцовых станках. Длины ступеней должны быть одинаковыми или кратными; размеры длин следует выбирать из ря- дов нормальных чисел; - в мелкосерийном производстве для более эффективного ис- пользования гидросуппортов на операциях токарной обработки це- лесообразно применять групповую обработку, т. е. выполнять об- работку валов нескольких наименований, различающихся по раз- мерам в пределах группы, на одном станке с минимальной перена- ладкой. Наиболее целесообразна при групповой технологии про- становка линейных размеров по координатному методу, от единой базы (рис. 13); Рис. 13. Простановка линейных размеров на валу по координатному методу Б 5 Б 1 Б 2 Б 4 Б 3 Б 6 31 - на поверхности детали следует избегать наличия гребней и шпоночных пазов. Если это не представляется возможным, поверх- ности, обрабатываемые на разных операциях, должны быть четко разграничены; - при конструировании валов и осей со шпоночными пазами по возможности следует отдавать предпочтение пазам, образуемым дисковой фрезой, так как обработка пазов пальцевой фрезой хотя и более точная, но менее производительная (рис. 14). При наличии на поверхности вала шпоночной канавки предпочтительная про- становка размера согласно рис. 15 (схема а – обеспечивает более точное получение размера m, схема б – размера h); Рис. 14. Образование шпоночного паза: а – дисковой фрезой; б – пальцевой фрезой Рис. 15. Базирование вала при фрезеровании шпоночного паза 32 - необходимо избегать отверстий, пересекающих закаленную зону (особенно закаливаемую ТВЧ). Такие отверстия чаще всего являются причинами появления трещин и оплавления кромок. 3.2.5. Колеса зубчатые конические При проектировании зубчатых конических колес должны вы- полняться следующие технологические требования: - на точность элементов зубчатого венца оказывает влияние положение обрабатываемой поверхности относительно базовой. Для этого необходимо на чертеже указать размер К от опорного торца до зубчатого венца (рис. 16); допуски на этот размер состав- ляют: – 0,05 мм для колес с модулем до 10 мм и 0,10 мм для колес с модулем свыше 10 мм. При несоблюдении данного требования за- готовки при их базировании по торцу А будут устанавливаться с различной точностью, что приведет к значительным погрешностям элементов зубчатого венца; - изготовление больших плоских колес как одно целое со сту- пицей нецелесообразно, так как при этом нерационально использу- ется дорогостоящий металл. В необходимых случаях у цельных ко- лес со ступицей следует предусматривать опорную кольцевую по- верхность В (рис. 17) для использования ее в качестве вспомога- тельной базы. - рациональнее изготавливать подобные колеса в виде колец, прикрепляемых к ступице. Обычно проектируют как одно целое со ступицей зубчатые колеса диаметром менее 180 мм; - переднюю и заднюю ступицу колеса (рис. 18) следует распо- лагать ниже продолжения образующих внутреннего конуса; - число и длина зубьев должны быть технологически рацио- нальными. При большом числе зубьев их профили имеют малую кривизну, что приводит даже при незначительных погрешностях изготовления к смещению пятна контакта на кромку и, как следст- вие, к повышенному шуму при работе. Если зубчатые колеса под- вергают притирке, то числа их зубьев не должны иметь общих множителей; - шестерни, выполненные как одно целое с валом, должны иметь концевую часть с резьбой (рис. 19) или резьбовым отверстием для закрепления. При массовом производстве допускается отступать от этого правила, так как в этом случае крепление осуществляют цанговым 33 Рис. 16. Постановка размера ™Кž на чертеже конического зубчатого колеса Рис. 17. Опорная кольцевая поверхность ™Вž зажимом; в конструкции конического зубчатого колеса, имеющего внутренние шлицы, следует предусматривать цилиндрическую центрирующую поверхность. Шлицы должны служить только для передачи вращения при зубообработке, но не для центрирования. Располагать их следует вблизи от зубчатого венца. Если конструк- тивно необходимо центрирование по внутреннему диаметру имен- но по шлицам, то при закаленных шлицах лучше применять цен- трирование по внутреннему диаметру, а при незакаленных – по на- ружному диаметру. Для открытых шлицевых отверстий максималь- но допускаемое отношение длины шлицев к их диаметру с точки ВВ 34 зрения осуществления рационального процесса протягивания на проход должно находиться в пределах (1,7-1,5)d. Нижний предел относится к углеродистым сталям, верхний – к легированным. Рис. 18. Форма конических колес с круговыми зубьями, у ко- торых поверхности отдельных элементов перерезаются рез- цовой головкой: а – базовой шейкой детали; б – ступицы ко- леса и поверхности венца Рис. 19. Типовое исполнение резьбового конца вала- шестерни, позволяющее обеспечить надежное крепление дета- ли при обработке При проектировании колес с круговыми зубьями параметры 35 зубчатого венца следует согласовывать с параметрами стандартного режущего инструмента. Обязательно должна производиться про- верка нарезаемого зуба на вторичное резание и повреждение рез- цами инструмента, выходящими из обрабатываемой впадины (рис. 20). Пример. Проверить возможность вторичного резания (рис. 20) при изготовлении конической ортогональной передачи с круговым зубом. Геометрическим расчетом установлены следующие значе- ния параметров колеса: угол спирали р = 40¼; средняя длина обра- зующей L = 159,2 мм; диаметр резцовой головки d i = 315 мм; число зубьев плоского колеса Z c = 41,23; угол начального конуса f = 75¼58'. По левому графику при β = 40¼ и К i = 159,2/315 = 0,505 находим, что θ = 0,58. При Z c = 41,23 и f = 75¼58' графику черновой обработки θ' = 47, по графику чистовой обработки θ" = 34. Так как 47 < 58 и 34 < 58, вторичное резание будет отсутст- вовать как при чистовом, так и при черновом резании. Если вторичное резание возникает при черновой обработке, то данное колесо можно изготовить только методом врезания. Ес- ли же оно имеет место и при чистовой обработке, то колесо можно нарезать только строганием одним резцом. Рис. 20. График для проверки возможности вторичного резания (по В.Н. Кедринскому) 3.2.6. Колеса зубчатые цилиндрические 36 При проектировании цилиндрических зубчатых колес должны быть учтены быть учтены следующие технологические требования: - конструкция детали должна обеспечивать надежное ее бази- рование при зубонарезании (рис. 21). Торцевая поверхность, яв- ляющаяся базой, должна быть перпендикулярной к оси отверстия. Рис. 21. Базирование цилиндрических зубчатых колес при зубонарезании на станке с вертикальной осью стола (а – при фрезеровании; б – при зубодолблении) и на станке с горизон- тальной осью стола (в – при шевинговании; г – при зубошлифова- нии) Биение торца относительно оси отверстия может быть рассчитано по формуле F m = 0,5(d/b)F β ; где d – диаметр делительной окружности; b – ширина зубчатого венца; F β – допуск на направление зуба. - для узких колес, устанавливаемых на станке пакетом, зна- чение радиального биения, получаемое расчетом по приведенной формуле, следует уменьшать в 2 раза; - все взаимосвязанные обрабатываемые поверхности зубчато- го колеса следует располагать таким образом, чтобы была возмож- ность их обработки за одну установку. Например, боковые поверх- ности ступицы и обода следует располагать не в одной плоскости, что позволит вести обработку этих поверхностей одновременно (рис. 22); а б в г 37 - проектирование зубчатых колес как одно целое с валом или втулкой целесообразно для условий крупносерийного или массово- го типов производства. В мелкосерийном и единичном производст- ве для сокращения расхода металла и уменьшения объема обработ- ки резанием этого делать не следует; необходимо избегать приме- нения блоков, затрудняющих выход режущего инструмента (шеве- ра, долбяка, фрезы, шлифовального круга). Это достигается приме- нением составной конструкции, соединяемой, например, электрон- но-лучевой сваркой (рис. 23); - закрытые венцы, обрабатываемые низкопроизводительны- ми и точными методами, применяют только в исключительных случаях. Обработка закрытых венцов зубодолблением с канавками для выхода инструмента шириной, менее указанной, невозможна (табл. 3); - проектирование зубчатых колес, точность которых может быть обеспечена только зубошлифованием, допустимо лишь при невозможности другого конструктивного решения; для улучшения условий обработку и обеспечения возможности применения много- заходных червячных фрез на чистовой обработке под шевингова- ние без потери точности следует стремиться, чтобы число зубь- ев детали не имело общих множителей с числом заходов фрез, а тем более было кратным последнему; - для повышения точности обработки зубчатого колеса с внутренними венцами и стойкости инструмента число зубьев дол- бяка следует выбирать максимально возможным, так как при огра- ниченном числе зубьев долбяка увеличение числа зубьев колеса Z к может привести к срезу вершин зубьев нарезаемого колеса. Мини- мальное число зубьев Z к может быть определено по графику, приве- денному на рис. 24. Таблица 3 Минимальная ширина канавки для выхода инструмента при обработке закрытых венцов зубодолблением Модуль, мм до 1,5 2-3 3,5-4,5 5-6 7 Минимальная ширина ка- навки, мм 5 6 7 8 9 38 Продолжение табл. 3 Модуль, мм 8 10 12 14-20 св. 20 Минимальная ширина ка- навки, мм 10 11 12 15 18 Рис. 22. Схема токарной обработки зубчатого колеса с утопающим торцом ступицы Рис. 23. Соединение деталей сваркой I I 15 4,5 0,3½45 ˚ 0 ,6 39 Рис. 24. График ориентировочного выбора числа зубьев нарезаемых колес Z к в зависимости от числа зубьев долбяка Z n Во всех возможных случаях, особенно для колес из цементуе- мых или закаливаемых сталей, следует применять шлицевые со- единения с центрированием по внутреннему диаметру. 3.2.7. Звездочки При проектировании звездочек необходимо учитывать сле- дующие технологические требования: - для одновременного нарезания зубьев в нескольких деталях с наибольшей производительностью следует торцы ступицы рас- полагать в одной плоскости с венцом или проектировать деталь та- ким образом, чтобы торец венца выступал над торцом ступицы. В тех случаях, когда ступица должна иметь ширину большую, чем венец, ее следует смещать относительно венца, чтобы максимально сблизить венцы двух деталей, устанавливаемых для одновременной обработки зубьев; - при конструировании звездочек применительно к условиям массового и крупносерийного производства следует исключать не- обходимость формообразования зубьев обработкой резанием, в том числе и такими совершенными методами, как обкатка (огибание), предпочитая накатку и радиальную штамповку. Z к 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Z n Высота головки нарезаемого зу- ба: 1 – 0,8 m; 2 – 1,0 m 2 1 40 3.2.8. Шкивы При проектировании шкивов необходимо учитывать следую- щие технологические требования: - конструктивное исполнение шкива следует определять в за- висимости от материала, из которого он изготовлен. Шкивы из лег- ких сплавов и пластмасс следует применять при жестких требова- ниях к массе детали, при этом ступицы шкива должны быть арми- рованы. Ступица шкива приведена на рис. 25, а размеры втулки и ступицы – в табл. 4; - для обеспечения возможности обработки шкивов клиноре- менных передач на многошпиндельных токарных автоматах по дну канавки необходимо предусматривать углубление (рис. 26). Это вызывается тем, что вследствие погрешностей обработки весьма затруднительно получать впадину цилиндрической формы. Обычно ∆h = 0,5 мм (рис. 26); Таблица 4 Основные размеры втулки и ступицы шкива, мм d 1 d 2 d 3 d 1 d 2 d 3 18-22 1,8d 1 d 2 +16 45-65 1,6d 1 d 2 +20 22-35 36-42 1,7d 1 d 2 +20 70-100 1,5d 1 d 2 +30 - следует по возможности предпочитать балансировку, вы- полняемую клепкой, балансировке, выполняемой со снятием струж- ки; следует балансировку сверлением предпочитать балансировке другими методами обработки резанием; - применение шлицевых поверхностей в посадочных местах шкивов нерационально вследствие повышенного изнашивания шкивов при их эксплуатации; - при необходимости обработки наружных поверхностей сту- пицы нужно обеспечивать свободный доступ режущего инструмента. 41 Рис. 25. Армирование ступицы шкива из сплавов на основе алюминия Рис. 26. Канавка шкива с углублением во впадине 3.2.9. Пружины При проектировании пружин следует стремиться к тому, чтобы обработка резанием была исключена. Если обработка резанием не- обходима, учитывают следующие технологические требования: Вариант 1 d 3 d 2 d 1 d l l/3 l/3 Вариант 2 42 - концевые витки пружин сжатия, обрабатываемые резанием, должны быть осаждены до соприкосновения друг с другом (рис. 27). Утоненный конец осаженного витка следует удалять на дуге 90¼ от конца витка (рис. 28); Рис. 27. Концевые витки пружины для их обработки резанием - для правильной заправки торца витка пружины сжатия с не- го снимают фаски на внутренней или наружной стороне пружины в зависимости от способа ее центрирования (рис. 29); Рис. 28. Концевой виток пружины - тарельчатые пружины даже при небольших деформациях воспринимают значительные силы, поэтому они должны обладать А 0 ,2 5 d Вид А 90 о 43 Рис. 29. Фаски на концевых витках пружины высокими упругими свойствами, что обеспечивается применением для их изготовления специальной высокоуглеродистой стали, тер- мической обработкой (закалка + отпуск, специальная закалка без отпуска или с низкотемпературным отпуском) и обязательной об- работкой резанием абразивным инструментом для снятия обезугле- роженного слоя, толщина которого по существу является припуском на обработку и поэтому должна строго регламентироваться черте- жом. Снятие при шлифовании большего слоя недопустимо, так как это нарушит основные характеристики пружины. 4. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ В табл. 5 и 6 приведены некоторые способы повышения тех- нологичности механической обработки деталей. Важным условием технологичности является исключение обработки торцов, канавок и других поверхностей внутри корпу- са. В схемах II табл. 5 рис. 1, а и в это выполнено за счет ис- пользования уже обработанных стаканов 1 и 2; в схеме I рис. 1, б 90 о 90 о 44 Таблица 5 Технологичность механической обработки 45 Продолжение табл. 5 46 сложная обработка проточки под упругое колесо (радиальным пе- ремещением резца) заменена обработкой выточки 1 на торце кор- пуса (схема II). Расчленение деталей (схемы II, рис. 2, а и б) суще- ственно облегчает получение труднообрабатываемых, например, наружных цилиндрических поверхностей в корпусах (схема I, рис. 2, а), сложных отверстий для обеспечения соосности (схема I, рис. 2, б). Четкое разграничение обрабатываемых поверхностей (схема II, рис. 3, а и в) улучшает условия резания, повышает стойкость инст- румента и точность по сравнению со схемами I. Обеспечение базирования, особенно неудобных для обработ- ки деталей, предусмотрение специальных приливов 1 и 2 (схемы I и II, рис. 4) является необходимым условием получения высокока- чественной поверхности. Здесь важно обеспечить условия об- работки за один установ (схема II), работу на проход и т. п. По- вышение жесткости протяженных деталей типа крышек, коро- бок важно для создания нормальных условий при резании. В схеме II рис. 5, а это обеспечивается за счет ребер I в крышке; в конструкции крупногабаритной планшайбы жесткое крепление двух половин 1 и 2 планшайбы (рис. 5, б) за счет использования клина 3 и хорошего доступа к болтам крепления гарантирует точность обработки и ее сохранение при монтаже. При обработке точных поверхностей крупногабаритных деталей, таких как планшайб, стоек и т. п., а также весьма сложных поверхностей типа червячных реек, винтов хорошие результаты дает использование самотвердеющих пластмасс. В схеме I рис. 6 эпоксидный помпаунд 4 наносится на рабочую поверхность планшайбы 1, после чего для окончательного формирования рабочей плоскости планшайбы на ней устанав- ливают на компенсаторах 2 груз 3 (или сопряженную деталь, например, основание). После затвердения смеси получаются го- товые круговые направляющие планшайбы. В схеме II форми- рование рабочих профилей реек 1 происходит аналогично с помощью эталонного червяка 2 и эпоксидного помпаунда 3. При обработке корпусных деталей важной стороной тех- нологичности является рациональное размещение отверстий. Следует избегать отверстий, длина которых превышает диа- метр в 8-10 раз; в соосных отверстиях их диаметры (d 1 , d 3 , d 2 , 47 схема I, рис. 7, а) должны уменьшаться в одном направлении (схема II). Более технологична (обработка без поворота стола) кор- пусная деталь, в которой d 11 > d 12 и d 21 > d 22 (рис. 7, б), т.е. диа- метры уменьшаются в одном направлении. При получении резьбовых отверстий важно обеспечить правильный выход ин- струмента (схема II, рис. 7, 8), исключить обработку в наклон- ных и труднодоступных поверхностях. Совместная обработка нескольких деталей (схема I, рис. 7, г) в собранном виде ис- ключает взаимозаменяемость и ухудшает ремонтопригодность и ее желательно исключить (схема II). Сокращение числа и уменьшение размеров обрабатываемых поверхностей улучшает технологичность. В схемах II, рис. 8, а и б, это достигается за счет литейного углубления 1. Технологичность механической обработки сильно зависит от оборудования, на котором изготавли- ваются детали. При обработке на станках с ЧПУ параметры, харак- теризующие технологичность, существенно отличаются от пара- метров, характерных для станков с ЧПУ: усложнение формы дета- ли предпочтительнее увеличения числа инструментов, требуемых для ее обработки. Расположение бобышек на одном уровне (табл. 6, схемы II, рис. 1, а и б) уменьшает количество позиционируемых перемеще- ний и повышает технологичность. Важным является исключение обработки с двух сторон, на- пример, резьбовых отверстий по схеме I рис. 2, а и отверстий по схеме I рис. 2, б. В конструкциях по схеме II обработка возможна с одной стороны. Уменьшение числа инструментов расширяет номенклатуру деталей, получаемых на данном станке с ЧПУ. Например, предпоч- тительно иметь несоосное отверстие (схема II, рис. 3, а), но с оди- наковыми резьбовыми отверстиями d 1 , чем соосные отверстия и разные резьбовые и (d 1 и d 2 ) – схема I. При обработке зубчатых ко- лес предпочтительной является форма обода, получение которой обеспечивается тем же самым инструментом, что и других поверх- ностей колеса (схема II, рис. 3, б); увеличение величины сбега резьбы 1 (схема II, рис. 3, в) позволяет отказаться от выточки (схе- ма I) и уменьшить количество инструментов. Расположение отверстий во внешних стенках (схема II, рис. 4, а) позволяет применять короткий инструмент, что повышает же- 48 Таблица 6 Технологичность механической обработки 49 Продолжение табл. 6 50 сткость и точность. Этой же цели служит изменение конструкции детали с таким расчетом, чтобы труднообрабатываемое отверстие d l можно было обработать достаточно жестким инструментом (схе- ма II, рис. 4, б). Разграничение отверстий во внешних стенках (схема II, рис. 5, а и б), доступ инструмента (схема II, рис. 5, в), создание условий для свободного выхода инструмента (схема II, рис. 5, г) являются необходимыми условиями процесса изготовления точных поверх- ностей. Обработка за один установ (схема II, рис. 6, а и б) является важным условием для повышения точности и эффективности ис- пользования оборудования. Уменьшение расхода металла за счет рациональной конструк- ции (схема II, рис. 7, а-в) является составной и важной частью по- вышения технологичности механической обработки. Этому служит также упрощение механической обработки (схемы I, II, рис. 8, а и схема II, рис. 8, б). Симметричность конст- рукций, простановка точных размеров от основных технологиче- ских баз, выбор методов центрирования и формы центрующих от- верстий и другие меры для снижения затрат направлены на повы- шение технологичности. |