Проектирование станочного приспособления

6

Содержание:

Введение 3

1. Проектирование станочного приспособления 5

1.1. Техническое задание 5

1.2. Анализ исходных данных и формулирование служебного назначения приспособления 5

2. Выбор способа установки заготовки в станочном приспособлении 7

2.1 Выбор схемы базирования и описание работы приспособления 7

2.2 Погрешность базирования при установке вала на призму 8

3 Силовой расчёт приспособления 10

3.1 Составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета зажимного усилия 10

3.2. Определение сил и моментов резания 10

3.3. Выбор коэффициента трения заготовки с опорными и зажимными элементами. 12

3.4. Составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета зажимного усилия Рз 12

3.5 Расчет коэффициента надежности закрепления К 13

3.6 Составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета исходного усилия Ри 15

4 Расчет приводов зажимных устройств. 17

5. Расчет приспособления на точность 18

Литература 20



ВВЕДЕНИЕ

Интенсификация производства в машиностроении неразрывно связана с техническим перевооружением и модернизацией средств производства на базе применения новейших достижений науки и техники. Техническое перевооружение, подготовка производства новых видов продукции машиностроения и модернизация средств производства неизбежно включают процессы проектирования средств технологического оснащения и их изготовления.

В общем объеме средств технологического оснащения примерно 50% составляют станочные приспособления. Применение станочных приспособлений позволяет:

1. надежно базировать и закреплять обрабатываемую деталь с сохранением ее жесткости в процессе обработки;

2. стабильно обеспечивать высокое качество обрабатываемых деталей при минимальной зависимости качества от квалификации рабочего;

3. повысить производительность и облегчить условия труда рабочего в результате механизации приспособлений;

4. расширить технологические возможности используемого оборудования.

В зависимости от вида производства технический уровень и структура станочных приспособлений различны. Для массового и крупносерийного производства в большинстве случаев применяют специальные станочные приспособления. Специальные станочные приспособления имеют одноцелевое назначение для выполнения определенных операций механической обработки конкретной детали. Эти приспособления наиболее трудоемки и дороги при исполнении. В условиях единичного и мелкосерийного производства широкое распространение получила система универсально-сборных приспособлений (УСП), основанная на использовании стандартных деталей и узлов. Этот вид приспособлений более мобилен в части подготовки производства и не требует значительных затрат.

Создание любого вида станочных приспособлений, отвечающих требованиям производства, неизбежно сопряжено с применением квалифицированного труда. В последнее время в области проектирования, станочных приспособлений достигнуты значительные успехи. Разработаны методики расчета точности обработки деталей в станочных приспособлениях, созданы прецизионные патроны и оправки, улучшены зажимные механизмы и усовершенствована методика их расчета, разработаны различные приводы с элементами, повысившими их эксплуатационную надежность.



I Конструкторская часть

1. Проектирование станочного приспособления

1.1 Техническое задание

Спроектировать установочно-зажимное приспособление под детали типа "Вал" для операции фрезерования шпоночного паза в условиях серийного производства;

- геометрические параметры:

диаметр зажимаемой детали D = 40мм;

- точность выполняемой операции в мм:

длина паза 60H15(+0,62), остальное - см. рис.1;

Способ обеспечения заданной точности по предварительной настройке станка. Годовая программа выпуска всех типоразмеров Nг = 5000шт.

Рисунок 1 - Исполнительные размеры

1.2 Анализ исходных данных и формулирование служебного назначения приспособления

В качестве исходных данных приспособление должно иметь: чертеж заготовки и детали с техническими требованиями их приемки; операционные чертежи на предшествующую и выполняемую операции; операционные карты технологического процесса обработки данной детали.

В результате анализа исходных данных выявляют: последовательность и содержание операций; принятое базирование; используемое оборудование и инструмент; режимы резания; запроектированную производительность с учетом времени на установку, закрепление и снятие обработанной детали; размеры, допуски, шероховатость обрабатываемых поверхностей деталей; марку и вид термической обработки материала.

Служебное назначение приспособления - это максимально уточненная и четко сформулированная задача, для решения которой оно предназначено.

При формулировании служебного назначения необходимо учитывать данные о закрепляемой детали (количество, форма, размеры, качество поверхностей, материал, вид термообработки), точности изготовления, производительности, характеристике привода, окружающей среде (температуре, влажности, запыленности, виде энергии и т.д.), о внешнем виде, технике безопасности, степени автоматизации и т.д.



2. Выбор способа установки заготовки в станочном приспособлении

2.1 Выбор схемы базирования и описание работы приспособления

Анализируя техническое задание, эскиз детали под выполняемую операцию из ГОСТ 21495-76 выбираем теоретическую схему базирования и из ГОСТ3.1107-81 возможные схемы практической реализации.

Практическая схема базирования детали "Вал-шестерня" для операции ''фрезерование''.

Рисунок 2 - Схема закрепления

Конструкция приспособления представляет собой тиски с пневматическим приводом.

К плите 1 болтами 22 прикреплены планка 2 и плита, на которой установлены пневматическое зажимное устройство и губки 11 и 12.

Пневматическое зажимное устройство включает в себя диафрагму 4, закреплённую между крышкой 6 и кольцом 5, грибок 7, перемещающийся во втулке 13.

Крышка 6 и кольцо 5 скреплены восемью болтами.

Заготовки деталей устанавливают между неподвижной 12 и подвижной 11 губками, на которых установлены призмы 29.

Обрабатываемые детали закрепляют призмой 29, получающей движение от углового рычага 8. Рычаг перемещается под действием грибка 7 при его поступательном движении вместе с рабочей частью диафрагмы 4.

После окончания операции рычаг возвращается в исходное положение пружиной 17, которая с одной стороны прикреплена винтом 27 к неподвижной губке, а другой - к рычагу.

Рычаг поворачивается на валике 9, закреплённом в скобе 10.

Подвижная губка перемещается по планкам 14.

Для предохранения передающего механизма от попадания стружки на губке закрепляется четырьмя винтами планка 16.

Конструкция приспособления разработана для крупносерийного и массового производства.

2.2 Погрешность базирования при установке вала на призму

При обработке вала в призме могут быть могут быть следующие измерительные базы для размера h.

Рисунок 3 - Измерительные базы при обработке вала в призме

На рисунке представлена схема установки вала на призму для обработки в размер h (h₁; h₂; h₃).

В нашем случае угол призмы равен 90 градусов, схема измерения 2, следовательно, погрешность базирования определяется по формуле:



(1)



3 Силовой расчёт приспособления

3.1 Составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета зажимного усилия

Силовой расчет станочных приспособлений можно разбить на следующие этапы:

- определение сил и моментов резания.

- выбор коэффициента трения f заготовки с опорными и зажимными элементами.

- составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета зажимного усилия Р_з.

- расчет коэффициента надежности закрепления К.

- составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета исходного усилия Р_и.

- расчет диаметров силовых цилиндров пневмо- и гидроприводов.

3.2 Определение сил и моментов резания

Действующие на заготовку силы и моменты резания можно рассчитать по формулам, приводимым в справочниках и нормативах по режимам резания применительно к определенному виду обработки.

Действующие на заготовку силы и моменты резания определяются по формулам:

Величина окружной силы резания при фрезеровании определяется по формуле:

(2)

где t=7,5 - снимаемый припуск, мм;

С_р=68 - постоянная величина;

s=0,2 - подача при врезании, мм/об;

B =20 - ширина фрезерования, мм;

D=8 - диаметр фрезы, мм,

x=0.86 - постоянный коэффициент;

y=0.74 - постоянный коэффициент;

q_p=-0,86 - постоянный коэффициент.

160 Н.

Сила резания при врезании определяется по формуле:

, (3)

где t=7,5 - снимаемый припуск, мм;

С_р=68 - постоянная величина;

s=0,02 - подача при врезании, мм/об;

B =20 - ширина фрезерования, мм;

D=8 - диаметр фрезы, мм,

x=0.86 - постоянный коэффициент;

y=0.74 - постоянный коэффициент.

Суммарное значение сил резания определяется по формуле:

. (4)

.



3.3 Выбор коэффициента трения заготовки с опорными и зажимными элементами

В приспособлениях силы трения возникают на поверхностях контакта заготовки с опорными и зажимными элементами. Величина коэффициента трения (зависит от многих факторов. При использовании приспособлений его определение связано с определенными трудностями. В приспособлениях встречается много различных сочетаний контактных поверхностей, различающихся по форме, состоянию поверхности, твердости и т.д. Принимаем коэффициент трения f=0.1.

3.4 Составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета зажимного усилия Р_з

Величину необходимого зажимного усилия определяют на основе решения задачи статики, рассматривая равновесие заготовки под действием приложенных к ней сил. Для этого необходимо составить расчетную схему, то есть изобразить на схеме базирования заготовки все действующие на нее силы: силы и моменты резания, зажимные усилия, реакции опор и силы трения в местах контакта заготовки с опорными и зажимными элементами.

Расчетную схему следует составлять для наиболее неблагоприятного местоположения режущего инструмента по длине обрабатываемой поверхности. По расчетной схеме необходимо установить направления возможного перемещения или поворота заготовки под действием сил и моментов резания, определить величину проекций всех сил на направление перемещения и составить уравнения сил и моментов:

(5)



Введем коэффициент надежности закрепления К:

Тогда сила зажима при данной схеме закрепления определяется по формуле:

(6)

Заготовка может переместиться лишь под действием силы Р.

Рисунок 3 - Действие сил на заготовку при обработке

3.5 Расчет коэффициента надежности закрепления К

Так как в производственных условиях могут иметь место отступления от тех условий, применительно к которым рассчитывались по нормативам силы и моменты резания, возможное увеличение их следует учесть путем введения коэффициента надежности (запаса) закрепления К и умножения на него сил и моментов, входящих в составленные уравнения статики.

Значение коэффициента надежности К следует выбирать дифференцированно в зависимости от конкретных условий выполнения операции и способа закрепления заготовки. Его величину можно представить как произведение частных коэффициентов, каждый из которых отражает влияние определенного фактора:



(7)

К₀ - гарантированный коэффициент запаса надежности закрепления, К₀ = 1,5;

К₁ - коэффициент, учитывающий увеличение силы резания из-за случайных неровностей на заготовках;

К₁ = 1,2 - для черновой обработки;

К₁ = 1,0 - для чистовой обработки;

К₂ - коэффициент, учитывающий увеличение силы резания вследствие затупления инструмента, К₂=1,15;

К₃ - коэффициент, учитывающий увеличение силы резания при прерывистом резании, К₃ = 1,2;

К₄ - учитывает непостоянство зажимного усилия;

К₄ = 1,3 - для ручных зажимов;

К₄ = 1,0 - для пневматических и гидравлических зажимов;

К₅ - учитывает степень удобства расположения рукояток в ручных зажимах;

· К₅ = 1,2 - при диапазоне угла отклонения рукоятки 90⁰;

· К₅ = 1,0 - при удобном расположении и малой длине рукоятки;

К₆ - учитывает неопределенность из-за неровностей места контакта заготовки с опорными элементами, имеющими большую опорную поверхность (учитывается только при наличии крутящего момента, стремящегося повернуть заготовку);

· К₆ = 1,0 - для опорного элемента, имеющего ограниченную поверхность контакта с заготовкой;

· К₆ = 1,5 - для опорного элемента с большой площадью контакта.

Величина К может колебаться в пределах 1,5…8,0. Если К < 2,5, то при расчете надежности закрепления ее следует принять равной К = 2,5 (согласно ГОСТ 12.2.029-77).

Таким образом, К=1?1,15?1,2?1,3?1?1,5=2,7.

Окончательно принимаем К=2,7.

Тогда:

3.6 Составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета исходного усилия Р_и

Силовые механизмы обычно выполняют роль усилителя. Его основной характеристикой является коэффициент усиления i (передаточное отношение сил).

. (8)

Наряду с изменением величины исходного усилия силовой механизм может также изменять его направление, разлагать на составляющие и совместно с контактными элементами обеспечивать приложение зажимного усилия к заданной точке. Иногда силовые механизмы выполняют роль самотормозящего элемента, препятствуя раскреплению заготовки при внезапном выходе из строя привода.

Силовые механизмы делятся на простые и комбинированные. Простые состоят из одного элементарного механизма - винтового, эксцентрикового, клинового, рычажного.

Комбинированные представляют собой комбинацию нескольких простых: рычажного и винтового, рычажного и эксцентрикового, рычажного и клинового и т.д.

Силовые механизмы используются в приспособлениях с зажимными устройствами как первой, так и второй групп. Для приспособлений с зажимными устройствами первой группы силовой механизм следует выбирать совместно с приводом, чтобы можно было рационально согласовать силовые возможности механизма (коэффициент усиления i) с силовыми данными привода.

Выбор конструктивной схемы силового механизма производится также с учетом конкретных условий компоновки приспособления.

Для выбранного силового механизма необходимо определить коэффициент усиления i и исходное усилие Р_и, которое должно быть приложено к силовому механизму приводом или рабочим.

Расчетная формула для нахождения Р_и может быть получена на основе решения задачи статики - рассмотрения равновесия силового механизма под действием приложенных к нему сил.

Рисунок 4 - Схема закрепления

Равенство моментов определяется по формуле:

Р_иL₁=P_зL₂ (9) или .



4 Расчет приводов зажимных устройств

Как указывалось в предыдущих главах, приводы используются в приспособлениях с зажимными устройствами первой и третьей групп. В зажимных устройствах первой группы применяются пневматические, гидравлические, механогидравлические и другие приводы. В третьей группе - вакуумные, магнитные и др. Для пневмокамер одностороннего действия

(10) или (м); (11)

где D - рабочий диаметр мембраны, мм;

d - диаметр штока, мм;

р. - давление рабочее в пневмосистеме, МПа.

Тогда получаем:

.

Принимаем диаметр мембраны 250мм, тем самым обеспечиваем запас по усилию сжатия заготовки. Определим максимальное усилие на штоке при выбранном диаметре мембраны по формуле (10):

Н.

Максимальное зажимное усилие, развиваемое приспособлением:

; (12) Н.



5 Расчет приспособления на точность

В данном случае необходимо обеспечить:

- параллельность оси шпоночного паза относительно общей оси детали 0,02 мм;

- симметричность оси шпоночного паза относительно общей оси детали 0,02 мм.

- глубину шпоночного паза 31,2_-0,62

При анализе выполняемых размеров, схем базирования и установки, можно установить, что допуск параллельности обрабатываемой поверхности относительно оси детали может быть в пределах допуска. Положение заготовки будет определяться положением рабочих поверхностей установочных элементов относительно поверхностей, контактирующих с поверхностями стола станка и определяющих положение приспособления на станке

Симметричность оси шпоночного паза определяется предварительной настройкой инструмента на станке.

Допуск параллельности оси шпоночного паза относительно базовых поверхностей заготовки определяется выставкой заготовки в призмах.

В качестве расчетного здесь следует брать параметр:

- допуск глубины шпоночного паза 31,2_-0,62 мм;

Выявим составляющие погрешности:

_с в данном случае вызвана непараллельностью рабочей поверхности стола направлению его перемещения. Для фрезерных станков с ходом стола до 600 мм непараллельность указанных поверхностей на всей длине хода допускается не более 0,015мм. Следовательно, _с=0,015.

_рп =0, так как расположение приспособления на столе станка не влияет на точность получаемого размера;

погрешность _п.о=0,005 мм, потому что допуск параллельности установочных плоскостей составляет 0,01 на 100 мм длины, а длина обработки составляет 48 мм;

погрешность _б.и.б=0,15мм, так как заготовка закреплена в призмах:

погрешность _з=0 (принята без расчёта);

погрешность _п.н. =0,1мм;

Погрешность _и и _ри примем равными нулю, так как их влияние устраняется настройкой фрезы на размер;

погрешность _д=0.01 (принята без расчёта);

погрешность _из=0.01 - износ фрезы.

Суммирование составляющих погрешностей рассчитаем по формуле:

(13)

Результирующая погрешность 0,18 меньше допуска 0,62. Приспособление обеспечит требуемую точность.



Литература

1. А.Г. Косилова и Р.К. Мещерякова "Справочник технолога-машиностроителя" в 2-х томах, изд. Москва "Машиностроение" 1986г.

2. Б.Г. Зайцев "Справочник молодого токаря'" изд. Москва "Высшая школа" 1977г.

3. М.А. Ансеров "Приспособление для металлорежущих станков'' изд. Москва ''Машиностроение'' 1975г.

4. Б.Н. Вардашкин и А.А. Шапилова "Станочные приспособления "в 2-х томах, изд. Москва "Машиностроение 1984г.

5. В.В. Данилевский "Технология машиностроения" изд. Москва "Высшая школа" 1984г.

6. Н.Ф. Мельников "Технология машиностроения" изд. Москва "Машиностроение" 1977г.

7. А.А. Маталин "Технология машиностроения" изд. Москва "Машиностроение" 1985г.