Размерный анализ технологических процессов изготовления вала-шестерни

Министерство образования и науки Российской Федерации

Тольяттинский государственный университет

Кафедра «Технология машиностроения»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Технология машиностроения»

на тему

«Размерный анализ технологических процессов изготовления вала-шестерни»

Выполнил:

Группа:

Преподаватель: Михайлов А.В.

Тольятти, 2005

УДК 621.965.015.22

Аннотация

Зарипов М.Р. размерный анализ технологического процесса изготовления детали вал-шестерня.

К.р. – Тольятти.: ТГУ, 2005.

Выполнен размерный анализ технологического процесса изготовления детали вал-шестерня в продольном и радиальном направлении. Рассчитаны припуски и операционные размеры. Проведено сравнение результатов операционных диаметральных размеров, полученных расчетно-аналитическим способом и методом размерного анализа с использованием операционных размерных цепей.

Расчетно-пояснительная записка на 23стр.

Графическая часть – 4 чертежей.

    Чертеж детали – А3.

    Размерная схема в осевом направлении – А2.

    Размерная схема в диаметральном направлении – А2.

    Размерная схема в диаметральном направлении продолжение – А3.

Содержание

    Технологический маршрут и план изготовления детали

      Технологический маршрут и его обоснование

      План изготовления детали

      Обоснование выбора технологических баз, классификация технологических баз

      Обоснование простановки операционных размеров

      Назначение операционных требований

    Размерный анализ технологического процесса в осевом направлении

      Размерные цепи и их уравнения

      Проверка условий точности изготовления детали

      Расчет припусков продольных размеров

      Расчет операционных размеров

    Размерный анализ технологического процесса в диаметральном направлении

      Радиальные размерные цепи и их уравнения

      Проверка условий точности изготовления детали

      Расчет припусков радиальных размеров

      Расчет операционных диаметральных размеров

    Сравнительный анализ результатов расчетов операционных размеров

      Расчет диаметральных размеров расчетно-аналитическим методом

      Сравнение результатов расчета

Литература

Приложения

    Технологический маршрут и план изготовления детали

      Технологический маршрут и его обоснование

В данном разделе опишем основные положения, использованные при формировании технологического маршрута детали.

Тип производства – среднесерийный.

Способ получения заготовки – штамповка на ГКШП.

При разработке технологического маршрута используем следующие положения:

    Обработку разделяем на черновую и чистовую, повышая производительность (снятие больших припусков на черновых операциях) и обеспечивая заданную точность (обработка на чистовых операциях)

    Черновая обработка связана со снятием больших припусков, что ведет к износу станка и снижению его точности, поэтому черновую и чистовую обработку будем вести на разных операциях с применением различного оборудования

    Для обеспечения требуемой твердости детали введем ТО (закалка и высокий отпуск, шейки под подшипники - цементация)

    Лезвийную обработку, нарезку зубьев и шпоночного паза произведем перед ТО, а после ТО абразивная обработка

    Для обеспечения требуемой точности создаем искусственные технологические базы, используемые на последующих операциях – центровые отверстия

    Более точные поверхности будем обрабатывать в конце ТП

    Для обеспечения точности размеров детали будем использовать специализированные и универсальные станки, станки с ЧПУ, нормализованные и специальные режущие инструменты и приспособления

Для простоты составления плана изготовления закодируем поверхности рис.1.1 и размеры детали и приведем сведения о требуемой точности размеров:

ТА2 = 0,039(>–0,039>)

Т2Б = 0,016()

Т2В = 0,1(+0,1)

Т2Г = 0,74(+0,74)

Т2Д = 0,74(+0,74)

Т2Е = 0,016()

ТЖ = 1,15(>–1,15>)

ТИ = 0,43(>–0,43>)

ТК = 0,22(>–0,22>)

ТЛ = 0,43(>–0,43>)

ТМ = 0,52(>–0,52>)

ТН = 0,036()

ТП = 0,2(>-0,2>)

Рис. 1.1

Технологический маршрут оформим в виде таблицы:

Таблица 1.1

Технологический маршрут изготовления детали

№ операции

Наименование

операции

Оборудование (тип, модель)

Содержание операции

000

Заготовительная

ГКШП

Штамповать заготовку

010

Фрезерно-центровальная

Фрезерно-центровальный

МР-71М

Фрезеровать торцы 1,4; сверлить центровальные отверстия

020

Токарная

Токарный п/а 1719

Точить поверхности

2, 5, 6, 7; 8, 3

030

Токарная с ЧПУ

Токарный с ЧПУ 1719ф3

Точить поверхности 2, 5, 6; 3, 8

040

Шпоночно-фрезерная

Шпоночно-фрезерный 6Д91

Фрезеровать паз 9, 10

050

Зубофрезерная

Зубофрезерный 5В370

Фрезеровать зубья 11, 12

060

Зубофасочная

Зубофасочный СТ 1481

Снять фаску с зубьев

070

Зубошевинго­вальная

Зубошевинговальный 5701

Шевинговать зубья 12

075

ТО

Закалка, высокий отпуск, правка, цементация

080

Центродоводочная

Центродоводочный 3922

Зачистиь центровочные отверстия

090

Круглошлифовальная

Круглошлифовальный 3М163ф2Н1В

Шлифовать поверхности 5, 6, 8

100

Торцекругло­шлифовальная

Торцекруглошлифовальный 3М166ф2Н1В

Шлифовать поверхности 2, 6; 3, 8

110

Зубошлифовальная

Зубошлифовальный 5А830

Шлифовать зубья

12

      План изготовления детали

Приведем в виде таблицы 1.2 план изготовления детали, оформленный в соответствие с требованиями [5]:

Таблица 1.2

План изготовления детали вал-шестерня

      Обоснование выбора технологических баз, классификация технологических баз

На фрезерно-центровальной операции в качестве черновых технологических баз выбираем общую ось шеек 6 и 8, и торец 3 – как будущими основными конструкторскими базами.

На черновом точении за технологические базы принимаем полученную на предыдущей операции ось 13 (используем центры) и обработанные на предыдущей операции торцы 1 и 4.

При чистовом точении используем в качестве технологических баз ось 13, а опорная точка лежит на поверхности центровых отверстий – используем принцип постоянства баз и исключаем погрешность неперпендикулярности, как составляющую погрешности выполнения осевого размера.

Таблица 1.3

Технологические базы

№ операции

№ опорных точек

Наименование базы

Характер проявления
Реализация

№ обрабатывае­мых поверхностей

Операционные размеры

Единство баз

Постоянство баз

Явная

скрытая

Естественная

Искусственная

Станочные приспособления

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

010

1- 4

5

6

ДН

О

О

-

+

+

+

-

-

-

+

+

+

-

-

13

1

4-

020-А

1- 4

5

6

ДН

О

О

-

+

+

+

-

-

-

+

+

+

-

-

Жесткий и плавающий центры,

поводковый патрон

5

6

7

2

-

2А

2Б

2Г

Т

-

+

+

+

+

-

-

-

-

-

-

020-Б

1- 4

5

6

ДН

О

О

-

+

+

+

-

-

-

+

+

+

-

-

8

3

-

2Е

У

-

+

-

-

+

-

-

030-А

1- 4

5

6

ДН

О

О

-

+

+

+

-

-

-

-

+

+

+

-

5

6

2

-

2А

2Б

Ф

-

+

+

-

-

+

+

-

-

030-Б

1- 4

5

6

ДН

О

О

-

+

+

+

-

-

-

-

+

+

+

-

8

3

-

2Е

Х

-

+

-

-

+

-

-

040

1- 4

5

6

ДН

О

О

-

+

+

+

-

-

-

+

+

+

-

-

10

9

-

П

Н

Ц

-

+

+

+

-

+

-

-

-

050

1- 4

5

6

ДН

О

О

-

+

+

+

-

-

-

+

+

+

-

-

11

12

-

-

2Д

2В

-

-

+

+

-

-

+

+

-

-

070

1- 4

5

6

ДН

О

О

-

+

+

+

-

-

-

+

+

+

-

-

12

-

-

2В

-

-

+

-

-

+

-

-

090-А

1- 4

5

6

ДН

О

О

-

+

+

+

-

-

-

-

+

+

+

-

5

6

-

-

2А

2Б

-

-

+

+

-

-

+

+

-

-

090-Б

1- 4

5

6

ДН

О

О

-

+

+

+

-

-

-

-

+

+

+

-

8

-

-

2Е

-

-

+

-

-

+

-

-

100-А

1- 4

5

6

ДН

О

О

-

+

+

+

-

-

-

-

+

+

+

-

6

2

-

2Б

Ф

-

+

-

-

+

+

-

100-Б

1- 4

5

6

ДН

О

О

-

+

+

+

-

-

-

-

+

+

+

-

8

3

-

2Е

Х

-

+

-

-

+

+

-

110

1- 4

5

6

ДН

О

О

-

+

+

+

-

-

-

+

+

+

-

-

12

-

-

2В

-

-

+

-

-

+

-

-

На зубообрабатывающих операциях используем ось 13 и опорную точку на центровом отверстии, соблюдая принцип постоянства баз (относительно шеек подшипников), ибо, являясь исполнительной поверхностью, зубчатый венец должен быть точно выполнен относительно шеек подшипников.

Для фрезерования шпоночного паза в качестве технологических баз используем ось 13 и торец 2.

В сводной таблице приводим классификацию технологических баз, указываем их целевую принадлежность, выполнение правила единства и постоянства баз.

      Обоснование простановки операционных размеров

Способ простановки размеров зависит в первую очередь от метода достижения точности. Так как размерный анализ имеет большую трудоемкость выполнения, то применять его целесообразно при использовании метода достижения точности размеров с помощью настроенного оборудования.

Особую важность представляет способ простановки продольных размеров (осевых для тел вращения).

На черновой токарной операции мы можем применить схемы простановки размеров «а» и «б» рис.4.1[1].

На чистовой токарной и шлифовальных операциях применяем схему «г» рис.4.1[1].

      Назначение операционных технических требований

Операционные технические требования назначаем по методике [5]. Технические требования на изготовление заготовки (допуски на размеры, смещение штампа) назначаем по ГОСТ 7505-89. Допуски на размеры определяем по приложению 1 [1], шероховатость – по приложению 4 [1], величины пространственных отклонений (отклонения от соосности и перпендикулярности) – по приложению 2 [1].

Для заготовки отклонения от соосности определим по методике [1].

Определим средний диаметр вала

, (1.1)

где d>i> – диаметр i-ой ступени вала;

l>i> – длина i-ой ступени вала;

l – общая длина вала.

d>ср>=38,5мм. По приложению 5[1] определим р>к> – удельная величина изогнутости. Величины изогнутости оси вала для различных участков определим по следующей формуле:

, (1.2)

где L>i> – расстояние наиболее удаленной точки i-ой поверхности до измерительной базы;

L – длина детали, мм;

Δ>max>=0,5·р>к>·L – максимальный прогиб оси вала в результате коробления;

– радиус кривизны детали, мм; (1.3)

Аналогично рассчитываем отклонения от соосности при термообработке. Данные для их определения также приведены в приложении 5[1].

После расчетов получаем

    Размерный анализ технологического процесса в осевом направлении

      Размерные цепи и их уравнения

Составим уравнения размерных цепей в виде уравнений номиналов.

      Проверка условий точности изготовления детали

Проверку условий точности выполняем, чтоб убедиться в обеспечении требуемой точности размеров. Условие точности ТА>черт>≥ω[А],

где ТА>черт> – допуск по чертежу размера;

ω[А] – погрешность этого же параметра возникающая в ходе выполнения технологического процесса.

Погрешность замыкающего звена найдем по уравнению (2.1)

Из расчетов видно, что погрешность размер К больше допуска. А это значит, что мы должны корректировать план изготовления.

Для обеспечения точности размера [К]:

на 100-ой операции обработаем с одного установа поверхности 2 и 3, тем самым уберем из размерной цепи размера [К] звенья С10, Ж10 и Р10, «заменив» их на звено Ч100(ωЧ=0,10).

После внесения в план изготовления данных коррективов, получаем следующие уравнения размерных цепей, погрешность которых равна:

В итоге получаем 100% качество

      Расчет припусков продольных размеров

Расчет припусков продольных размеров будем вести в следующем порядке.

Напишем уравнения размерных цепей, замыкающим размером которых будут припуски. Посчитаем минимальный припуск на обработку по формуле

, (2.2)

где - суммарная погрешность пространственных отклонений поверхности на предыдущем переходе;

- высоты неровностей и дефектный слой, образовавшиеся на поверхности при предыдущей обработке.

Рассчитаем величины колебаний операционных припусков по уравнениям погрешностей замыкающих звеньев-припусков

(2.1)

(2.2)

Расчет ведут по формуле (2.2) если количество составляющих звеньев припуска больше четырех.

Находим значения максимальных и средних припусков по соответствующим формулам

, (2.3)

(2.4)

результаты занесем в таблицу 2.1

      Расчет операционных размеров

Определим величины номинальных и предельных значений операционных размеров в осевом направлении по методу средних значений

Исходя из уравнений, составленных в пунктах 2.2 и 2.3, найдем средние значения операционных размеров

запишем значения в удобной для производства форме

    Размерный анализ технологического процесса в диаметральном направлении

      Радиальные размерные цепи и их уравнения

Составим уравнения размерных цепей с замыкающими звеньями-припусками, т.к. почти все размеры в радиальном направлении получаются явно (см. п.3.2)

      Проверка условий точности изготовления детали

Получаем 100% качество.

      Расчет припусков радиальных размеров

Расчет припусков радиальных размеров будем вести аналогично расчету припусков продольных размеров, но расчет минимальных припусков будем вести по следующей формуле

(3.1)

Результаты заносим в таблицу 3.1

      Расчет операционных диаметральных размеров

Определим величины номинальных и предельных значений операционных размеров в радиальном направлении по методу координат средин полей допусков.

Исходя из уравнений, составленных в пунктах 3.1 и 3.2, найдем средние значения операционных размеров

Определим координату средин полей допусков искомых звеньев по формуле

(3.2)

Сложив полученные величины с половиной допуска, запишем значения в удобной для производства форме

    Сравнительный анализ результатов расчетов операционных размеров

      Расчет диаметральных размеров расчетно-аналитическим методом

Рассчитаем припуски для поверхности 8 по методике В.М. Кована [7].

Полученные результаты заносим в таблицу 4.1

      Сравнение результатов расчета

Посчитаем общие припуски по формулам

(4.1)

(4.2)

Посчитаем номинальный припуск для вала

(4.3)

Результаты расчетов номинальных припусков сводим в таблицу 4.2

Таблица 4.2

Сравнение общих припусков

Метод расчета

z>0min>

z>0>>max>

z>0ном>

Расчетно-аналитический

2,780

5,174

3,977

Расчет операционных цепей

1,426

8,958

7,387

Найдем данные по изменению припусков

(4.4)

Мы получили разницу припусков в 86%, вследствие неучета при расчете методом Кована следующих моментов: особенностей простановки размеров на операции, погрешности выполняемых размеров, влияющих на величину погрешности припуска и др.

Литература

    Размерный анализ технологических процессов изготовления деталей машин: Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Теория Технологии»/ Михайлов А.В. – Тольятти,: ТолПИ, 2001. 34с.

    Размерный анализ технологических процессов/ В.В. Матвеев, М. М. Тверской, Ф. И. Бойков и др. – М.: Машиностроение, 1982. – 264 с.

    Специальные металлорежущие станки общемашиностроительного применения: Справочник/ В.Б. Дьячков, Н.Ф. Кабатов, М.У. Носинов. – М.: Машиностроение. 1983. – 288 с., ил.

    Допуски и посадки. Справочник. В 2-х ч./ В. Д. Мягков, М. А. Палей, А. Б. Романов, В.А. Брагинский. – 6-е изд., перераб. и доп. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние , 1983. Ч. 2. 448 с., ил.

    Михайлов А.В. План изготовления детали: Методические указания к выполнению курсовых и дипломных проектов. – Тольятти: ТолПИ, 1994. – 22с.

    Михайлов А.В. Базирование и технологические базы: Методические указания к выполнению курсовых и дипломных проектов. – Тольятти: ТолПИ, 1994. – 30с.

    Справочник технолога-машиностроителя. Т.1/под. ред А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – М.:Машиностроение, 1985. – 656с.