Технологический процесс изготовления шпинделя токарного станка (стр. 1 из 22)
Министерство образования Российской Федерации
Тольяттинский Государственный Университет
Факультет Машиностроительный
Кафедра «Технология машиностроения»
Дипломный проект
На тему:
Технологический процесс изготовления Шпинделя токарного станка
Тольятти 200 г.
ВВЕДЕНИЕ
Научно-технический прогресс в машиностроение в значительной степени определяет развитие и совершенствование всех остальных отраслей. Важнейшими условиями ускорения научно-технического процесса являются рост производительности труда, повышение конкурентоспособности и улучшению качества.
Совершенствование технологических методов изготовления машин имеет при этом первостепенное значение. Качество машины, надежность, долговечность и экономичность в эксплуатации зависят не только от совершенства ее конструкции, но и от технологии производства. Применение прогрессивных высокопроизводительных методов обработки, обеспечивающих высокую точность и качество поверхностей деталей машины, методов упрочнения рабочих поверхностей, повышающих ресурс работы деталей и машины в целом - все это направлено на решение главных задач: повышения эффективности производства, конкурентоспособности и качества продукции.
Целью дипломного проекта является: разработка технологического процесса обработки детали “Шпиндель” в условиях среднесерийного производства.
1.АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА
1.1 Анализ служебного назначения детали
Деталь – шпиндель входит в состав шпиндельного узла токарного станка Афток 10Д.
Основное служебное назначение шпинделя токарного станка Афток 10Д – сообщать обрабатываемой заготовке вращательное движение с определенной угловой скоростью или крутящим моментом.
На рисунке 1.1 представлен фрагмент шпиндельного узла токарного станка. На шпиндель 1 напрессованы подшипники качения 2, которые в свою очередь, запрессованы в переднюю бабку 3. Натяг подшипников осуществляется стопорными гайками 4 и 5. С помощью шпонки 6 и стопорной гайки 7 на конце шпинделя 1 устанавливается шкив 8.
В процессе работы со шкива 8 на шпиндель 1 ,через шпонку 6, передается вращательное движение, которое получает заготовка, закрепляемая в патроне. Патрон устанавливается на шпиндель спереди, базируясь по наружному конусу.
Шпиндельный узел токарного станка Афток 10Д
Рис. 1.1.Шпиндель изготовляется из легированной конструкционной стали 12ХН3А ГОСТ 4543-71. Область применения стали 12ХН3А: сильно нагружаемые детали с высокой поверхностной твердостью, износоустойчивостью и вязкой сердцевиной, работающие при больших скоростях и ударных нагрузках – шпиндели, валы в подшипниках качения, шестерни сложной конфигурации и т.д.
Химический состав и механические свойства стали 12ХН3А представлены в табл. 1.1.
Таблица 1.1.
Химический состав и механические свойства стали12ХН3А
| Марка стали | Химический состав, % | Механические свойства | |||||||||||
| 12ХН3А | C | Mn | Cr | Ni | Si | S | P | sВ | sТ | d | j | НВ | НRCэ |
| 0.09… 0,16 | 0,3… 0,6 | 0,6… 0,9 | 2,75… 3,15 | 0,17… 0,37 | <0,035 | <0,035 | ³85 | ³70 | 10 | 50 | 260 | 58… 62 | |
На рисунках 1.2. и 1.3. представлена схема кодировки поверхностей и размеров детали, а в табл. 1.2. – классификация поверхностей по служебному назначению. Обоснование технических требований к поверхностям шпинделя,
исходя из его служебного назначения сведено в таблицу 1.3.
Таблица 1.2
Классификация поверхностей по служебному назначению
| № | Вид поверхности | № поверхности |
| 1 | Исполнительные | 17,18 |
| 2 | Основные конструкторские базы | 3,4,11,14 |
| 3 | Вспомогательные конструкторские базы | 2,3,4,6,8,9,10,11,13,14,17,18,21… 33 |
| 4 | Свободные поверхности | 6,7,12,15,16,19,20,34,35 |
Таблица 1.3.
Обоснование технических требований к поверхностям шпинделя, исходя из их служебного назначения
| Поверхность | Техническое Требование | Причина Назначения |
| Плоскость крепления патрона | Ra 0,63, Ñ 0,005Ý 0,003 | Плотное прилегание патрона Обеспечение минимального биения патрона относительно оси шпинделя |
| Наружный конус шпинделя | Ra 0,63, Ð0,003 Ý 0,005 | Плотная посадка патрона Обеспечение минимального биения патрона относительно оси шпинделя |
| Опорные шейки шпинделя | Ra 0,08,Ó0,002 Ø 0,003 | Обеспечение стабильности оси шпинделя |
| Опорные торцы под подшипники | Ra 0,63, Ý 0,002 Ý 0,006 | Сохранение неизменности положения шпинделя в осевом направлении |
| Опорная шейка и торец под шкив | Ra 0,63, 1,25 Ý 0,025 | Обеспечение минимального биения шкива относительно оси шпинделя |
| Поверхность | Техническое Требование | Причина Назначения |
| Шпоночный паз | Ra 2,5 Ù0,035 Õ0,02 | Равномерное распределение нагрузки на шпоночный паз |
| Внутренний конус | Ra 0,63, Ý 0,005 | Точность положения детали или режущего инструмента относительно оси шпинделя |
| Резьбовые отверстия на фланце | Ra 1,25 Ú0,15 | Точность крепления патрона |
1.2 Анализ технологичности детали
К не технологичности детали – шпиндель можно отнести следующие элементы:
- достаточно большая длина детали L/D > 8, что снижает жесткость и повышает возможность коробления шпинделя во время механической и термической обработки;
- глубокое отверстие, требует при изготовлении шпинделя применение специального инструмента;
- закрытые шпоночный паз и пазы под стопорные многолапчатые шайбы;
- наличие точных конусных поверхностей;
- близко расположенные резьбовые отверстия на фланце шпинделя;
- наличие маслоотводных канавок требует применение специального инструмента – фасонного резца;
В целом конструкцию можно считать технологичной и доступной для обработки.
Кодировка поверхностей детали
Рис. 1.2.
Кодировка размеров детали
Рис. 1.3.
1.3 Определение типа производства и стратегия разработки
технологического процесса
Выбор типа производства проводим исходя из массы детали и ее годового объема выпуска по [2, с.24, табл.3.1].
Масса детали 16,8 кг, годовой объем выпуска – 10 тысяч штук, следовательно, тип производства – среднесерийный.
На основании выбранного типа производства разрабатываем стратегию технологического процесса и сводим ее в табл. 1.4.
Таблица 1.4.
Стратегия ТП для изготовления детали в условиях среднесерийного производства.
| Показатель ТП | Характеристика для серийного производства |
| 1. Форма организации ТП | Переменно-поточная |
| 2. Повторяемость выпуска | Периодически повторяется, партиями |
| 3. Вид ТП | Единичный |
| 4. Заготовка | Поковка |
| 5. Вид припуска | Расчетный (частично табличный) |
| 6. Оборудование | Универсальное, специальное, станки с ЧПУ |
| 7. Загрузка оборудования | Периодическая смена различных деталей |
| 8. Коэффициент закрепления операции (Кз.о.) |  ; Кз.о.=10-20 |
| 9. Расстановка оборудования | По ходу ТП |
| 10. Оснастка | УСПО, частично специальная |
| 11. Подробность разработки документации | Маршрутные, операционные карты и карты эскизов |
1.4 Анализ базового технологического процесса
Данная деталь – шпиндель по базовому ТП изготовляется в единичном производстве. Используемое оборудование и оснастка – универсальное. Заготовка на обработку поступает в виде проката, это увеличивает время обработки и отхода металла в стружку.
Базовый технологический процесс приведен в табл. 1.5.
Таблица 1.5.
Содержание базового технологического процесса
| № опер. | Наименование операции | Содержание операции |
| 000 | Заготовительная (прокат) | Отрезать заготовку |
| 010 | Токарная | Подрезка и зацентровка торцов, предварительное обтачивание всех ступеней, подрезка фланца |
| 020 | Токарная | Обтачивание шеек под люнеты |
| 030 | Токарная | Сверление центрального отверстия насквозь с переустановкой заготовки |
| 040 | Токарная | Подрезка торцов, окончательное растачивание конусов с обеих сторон |
| 050 | Токарная | Обтачивание всех ступеней под шлифование, прорезка канавок при установке на центровые пробки |
| 060 | Фрезерная | Фрезерование шпоночного паза и пазов под стопорные многолапчатые шайбы |
| 070 | Термическая (цементация) | |
| 080 | Токарная | Обточка ступеней под резьбу и нарезать резьбу |
| 090 | Сверлильная | Сверление фланцевых отверстий и нарезание в них резьбы |
| 100 | Термическая (закалка, отпуск) | |
| 110 | Шлифовальная | Шлифование внутренних конусов под центровые пробки |
| 120 | Шлифовальная | Шлифование цилиндрических ступеней предварительно |
| 130 | Шлифовальная | Шлифование наружного конуса предварительно |
| 140 | Термическая (стабилизирующий отпуск) | |
| 150 | Шлифовальная | Получистовое шлифование переднего Морзе и заднего конуса |
| 160 | Шлифовальная | Получистовое шлифование шеек и торцов под подшипники, шлифование остальных ступеней окончательно |
| 170 | Шлифовальная | Чистовое шлифование шеек и торцов под подшипники |
| 180 | Шлифовальная | Шлифование конуса под патрон окончательно |
| 190 | Шлифовальная | Шлифование внутреннего конуса Морзе окончательно |
| 200 | Токарная | Полирование шеек под подшипники |
| 210 | Контрольная | |
Проведя анализ базового технологического процесса, был выявлен ряд недостатков (табл. 1.6.), пути и способы, устранения которых рассмотрены в данном дипломном проекте при проектировании технологического процесса обработки детали «Шпиндель» при переходе на среднесерийное производство.