Технологическая оснастка производства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Институт Энергетики и Машиностроения

ДГТУ

Кафедра «Информационное обеспечение

автоматизированного производства»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Технологическая оснастка»

Выполнил студент гр. ТУ3-3 Казачанский С.Г.

Консультант Лесняк С.В.

г. Ростов-на-Дону

2010 г.



Содержание

Введение

1. Проектирование приспособления для сверления отверстий

1.1 Описание работы приспособления

1.2 Силовой расчет приспособления

1.3 Расчет параметров силового привода

1.4 Расчет приспособления на точность получаемых размеров

1.5 Технико-экономическое обоснование

2. Проектирование приспособления для фрезерования шпоночного паза

2.1 Описание работы приспособления

2.2 Силовой расчет приспособления

2.3 Расчет параметров силового привода

2.4 Расчет приспособления на точность получаемых размеров

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Строительство материально-технической базы современного общества и необходимость непрерывного повышения производительности труда на основе современных средств производства ставит перед машиностроением весьма ответственные задачи. К их числу относятся повышение качества машин, снижение их материалоемкости, трудоемкости и себестоимости изготовления, нормализация и унификация их элементов, внедрение поточных методов производства, его механизация и автоматизация, а также сокращение сроков подготовки производства новых объектов. Решение указанных задач обеспечивается улучшением конструкции машин, совершенствованием технологии их изготовления, применением прогрессивных средств и методов производства. Большое значение в совершенствовании производства машин имеют различного рода приспособления.

Использование приспособлений способствует повышению производительности и точности обработки, сборки и контроля; облегчению условий труда, сокращению количества и снижению необходимой квалификации рабочих; строгой регламентации длительности выполняемых операций; расширению технологических возможностей оборудования; повышению безопасности работы и снижению аварийности.

При разработке приспособлений имеются широкие возможности для проявления творческой инициативы по созданию конструкций, обеспечивающих наибольшую эффективность и рентабельность производства, по снижению стоимости приспособлений и сокращению сроков их изготовления. Приспособления должны быть удобными и безопасными в работе, быстродействующими, достаточно жесткими для обеспечения заданной точности обработки, удобными для быстрой установки на станок, что особенно важно при периодической смене приспособлений в серийном производстве, простыми и дешевыми в изготовлении, доступными для ремонта и замены изношенных деталей.

1. Проектирование приспособления для сверления отверстий

Требуется спроектировать установочно-зажимное приспособление для операции сверления отверстия на глубину 20 мм на вертикально-сверлильном станке модели 2Н135 в условиях серийного производства.

1.1 Описание работы приспособления

Приспособление состоит из основания 1, которое устанавливается на стол станка и корпуса 2, соединенного с основанием винтами 16. Внутри корпуса расположен пневмоцилиндр 3. Перемещение поршня пневмоцилиндра при зажиме заготовки производится сжатым воздухом, который подводится к пневмоцилиндру через штуцер 4. Возврат поршня в исходное положение осуществляется предварительно сжатой пружиной 6.

Приспособление работает следующим образом. Обрабатываемая заготовка надевается на шток 5 и входит в быстросъемную втулку 7, расположенную на плите 8. Быстросъемная втулка позволяет поворачивать заготовку. Плита закрепляется к корпусу с помощью резьбовых соединений 17. Чтобы оси просверливаемых отверстий расположились вертикально и соответствовали направлению рабочей подачи сверла, в приспособлении имеется опора 9, соединенная с направляющей планкой 10.

После базирования в таком положении на шток надевают откидную шайбу 11 и закрепляют её с помощью гайки 19. Откидная шайба сделана поворотной, что позволяет значительно сократить время на снятие и установку заготовки в приспособлении. Сжатый воздух из магистрали подаётся в пневмоцилиндр, поршень движется вниз и зажимает заготовку. Обратный ход поршня осуществляется пружиной.

Таким образом, при использовании данного приспособления достигается максимальный эффект обработки отверстий.



1.2 Силовой расчет приспособления

Глубина резания при сверлении .

Подачу при сверлении отверстий без ограничивающих факторов выбираем максимально допустимую по прочности сверла подачу

.

Скорость резания при сверлении определяем по формуле:

Значения коэффициента и показателей степени для сверления берём из табл. 28 [1, стр.278].

Общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактические условия резания

где

- коэффициент на обрабатываемый материал из табл. 1-4 [1];

- коэффициент на инструментальный материал из табл. 6 [1];

- коэффициент, учитывающий глубину сверления из табл. 31 [1].

Крутящий момент и осевую силу рассчитываем по формулам:

Значения коэффициентов , и показатели степени берём из табл. 32 [1, стр.281].

Коэффициент, учитывающий фактические условия обработки, в данном случае зависит только от материала обрабатываемой заготовки и определяется выражением .

Значение коэффициента для чугуна берём из табл. 9 [1, стр. 264].

Мощность резания определяем по формуле:

где частота вращения инструмента

Скорректируем полученное значение по паспорту станка:

Мощность станка составляет , КПД станка . Поэтому мощность резания удовлетворяет условию , т.е.

При конструировании нового станочного приспособления силу закрепления находим из условия равновесия заготовки под действием сил резания, тяжести, инерции, трения, реакции в опорах. Полученное значение силы закрепления проверяем из условия точности выполнения операции. В случае необходимости изменяем схему установки, режимы резания и другие условия выполнения операций. При расчетах силы закрепления учитываем упругую характеристику зажимного механизма.

Силовой расчет учитывает коэффициент запаса - , поскольку при обработке заготовки возникают неизбежные колебания сил и моментов резания. В общем случае величина этого коэффициента находится в пределах от 2…3,5, в зависимости от конкретных условий обработки.

Значение коэффициента 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:

- гарантированный коэффициент запаса;

- коэффициент, зависящий от состояния поверхностного слоя заготовок;

- коэффициент, учитывающий увеличение сил резания вследствие затупления режущего инструмента. Принимаем в зависимости от обрабатываемого материала и метода обработки.

- коэффициент, учитывающий прерывистость резания;

- коэффициент, характеризующий постоянство силы развиваемой зажимным механизмом.

- коэффициент, характеризующий эргономику зажимного механизма.

- коэффициент, характеризующий установку заготовки (учитывается только при наличии крутящего момента, стремящегося повернуть заготовку).

Если , то при расчете надежности закрепления ее следует принять равной .

Так как в результате расчета , то принимаем .

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

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:

Рис.1. Условная расчетная схема сверлильного приспособления.

где

- осевая сила;

W - усилие зажима;

- коэффициент трения;

- реакция осевой силы;

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

; ; ;

Необходимую силу закрепления при сверлении рассчитываем по формуле:

Так как действительная сила зажима больше необходимой, то расчет выполнен верно.

1.3 Расчет параметров силового привода

Необходимая сила зажима в пневмоприводе создается с помощью пневмоцилиндра. Необходимый диаметр цилиндра для получения нужной силы зажима находим по формуле:

где

- давление сжатого воздуха;

- КПД пневмоцилиндра.

В качестве привода сверлильного приспособления выбираем пневмоцилиндр по ГОСТ 15608-81 с диаметром цилиндра 175 мм.

К преимуществам пневмоприводов относятся: быстродействие, простота управления, надежность и стабильность работы, нечувствительность к изменению температуры окружающей среды. Недостатками являются ударное действие привода и создание шума.

1.4 Расчет приспособления на точность получаемых размеров

Особенностью обработки отверстий на сверлильных станках является наличие в конструкции приспособлений элементов для направления режущих инструментов, ориентация которых осуществляется непосредственно по режущей части. Погрешность обработки заготовок во многом зависит от погрешности положения направляющих элементов относительно установочных элементов приспособления.

Для обеспечения необходимой точности приспособления при получении размера необходимо выполнение условия:

где

- погрешность приспособления;

- допустимая погрешность на размер по чертежу.

Расчет рекомендуется выполнять по формуле:

где

- коэффициент, учитывающий закон распределения составляющих погрешности (). Принимаем .

- погрешность базирования, ;

- погрешность направляющих элементов относительно опоры элементов приспособления,

- погрешность настройки, .

Так как , т.е. - спроектированное приспособление обеспечивает требуемую точность получения отверстий .

1.5 Технико-экономическое обоснование

Существует целый комплекс факторов, которые иногда трудно принимать во внимание при выборе и оценке вариантов конструкции оснастки, поэтому можно рекомендовать следующий порядок оценки: вначале необходимо обосновать выбор оснастки на основе анализа технической, затем организационной и, наконец, экономической целесообразности.

Техническая целесообразность применения различных приспособлений определяется возможностью достижения требований к точности и качеству обрабатываемых поверхностей заготовки, заданных чертежом.

Организационная целесообразность применения той или иной конструкции и системы оснастки определяется согласованием продолжительности выполнения операции с заданным тактом выпуска деталей. Далее возможностью обеспечения обработки в принятой конструкции приспособления всех закреплённых за данным станком заготовок минимальной переналадкой.

Экономическая целесообразность применения оснастки является одним из решающих критериев при окончательном выборе той или иной конструкции. Высокопроизводительные конструкции оснастки могут оказаться примером торжества техники над здравым смыслом.

Наиболее распространённым в практике заводов критерием оценки при выборе вариантов оснастки является расчёт величины годового экономического эффекта.

Определение экономического эффекта производят по приведённым затратам, т.е. по сумме приведённых изменяющихся текущих затрат (технологической себестоимости) и капитальных вложений:

где

- приведённые затраты по i-му варианту технических решений;

- текущие затраты (технологическая себестоимость) по i-му варианту;

- нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений (равный 0,15-0,35);

- удельные капитальные вложения по i-му варианту, вложенные на единицу продукции.

Годовой экономический эффект определяется по формуле:

где

- технологическая себестоимость единицы продукции, производимой по двум сравниваемым вариантам (заводскому базовому и предложенным студентом);

- удельные капитальные вложения по двум сравниваемым вариантам;

- годовой выпуск деталей.

Капитальные вложения с достаточной точностью можно определить по формуле:

где

- балансовая стоимость оборудования, включая транспортные расходы, монтаж и модернизацию;

- стоимость оснастки, включая затраты на её проектирование;

- стоимость специального режущего инструмента.

Балансовая стоимость оборудования определяется по формуле:

где

Ц - оптовая цена станка, руб.;

- коэффициент, учитывающий затраты на доставку и установку станка, часто принимают ;

- принятое число станков.

Наиболее точные данные балансовой стоимости оборудования можно брать по бухгалтерскому учёту на заводе.

Стоимость приспособления определяется по формуле:

где

- стоимость одного экземпляра приспособления;

- число экземпляров приспособлений;

- стоимость одного экземпляра проектирования оснастки.

Оценка выбора вариантов выполняется сравнением технологической себестоимости по формуле:

- заработная плата соответственно станочника и наладчика, приходящаяся на одну деталь-операцию;

- амортизационные отчисления от стоимости оборудования на полное восстановление;

- амортизационные отчисления от технического оснащения;

- затраты на ремонт, включая капитальный, и техническое обслуживание оборудования;

- затраты на инструмент;

- затраты на электроэнергию;

- затраты на амортизацию и содержание производственной площади занимаемой оборудованием;

- затраты на подготовку и эксплуатацию управляющих программ (для станков ЧПУ).

Заработную плату станочника с учётом всех видов доплат определяют по формуле:

где

- часовая тарифная ставка станочника соответствующего разряда, руб/час;

- штучно-калькуляционное время за операцию, мин;

- коэффициент, учитывающий дополнительную оплату (К1,8-2,5), а также оплату при многостаночном обслуживании, который определяют в зависимости от числа обслуживаемых станков.

Амортизационные отчисления от стоимости технологического оснащения, приходящиеся на одну деталь - операцию при сроке службы оснастки 2 года и с учётом ремонта, определяют по формуле:

где

- стоимость технологического оснащения, руб.;

- годовая программа выпуска деталей, шт.;

Амортизационные отчисления от стоимости оборудования на полное восстановление определяются по формуле:

где

Ф - балансовая стоимость оборудования, руб., определяется как произведение оптовой цены и коэффициента 1,122-1,3 учитывающего затраты на транспортирование и установку станка;

- общая норма амортизационных отчислений, %.

Затраты на ремонт, включая капитальный ремонт, и техническое обслуживание оборудования:



где

- нормативы годовых затрат на ремонт соответственно механической и электрической частей оборудования, руб/год;

- категория ремонтной сложности соответственно механической и электрической частей оборудования;

- коэффициент, зависящий от класса точности оборудования;

Затраты на режущий инструмент, отнесённые к одной деталь - операции:

где

1,4 - коэффициент, учитывающий затраты на повторную заточку инструмента;

- цена единицы инструмента, руб.;

- коэффициент машинного времени;

- срок службы инструмента до полного износа, мин.

Затраты на технологическую электроэнергию, руб.:

где

- установленная мощность электродвигателей станка, кВт;

- общий коэффициент загрузки электродвигателей;

Затраты на содержание и амортизацию производственной площади, занимаемой оборудованием:



где

- норматив издержек, приходящихся на производственной площади, ;

- площадь, занимаемая станком умноженная на коэффициент, учитывающий добавочную площадь.



2. Проектирование приспособления для фрезерования

шпоночного паза

Исходные данные.

Материал заготовки - Сталь 45 ГОСТ 1050-88. Металлорежущий станок выбираем в зависимости от схемы установки заготовки. В свою очередь схема установки определяется величиной погрешности базирования , которая не должна превышать половины допуска на размер , т.е. величину 0,1 мм.

Погрешность базирования определяем по формуле:

где - допуск диаметра, которым вал базируется на призму.

- половина рабочего угла призмы. Т.к. рабочий угол стандартной призмы составляет 90°, то . Получаем:

Так как , следовательно, применяем вертикальную схему обработки на вертикально-фрезерном станке 6Р13.



Технические характеристики вертикально-фрезерного станка 6Р13 [1]

Размеры рабочей части стола, мм	Частота вращения шпинделя, об/мин	Число подач стола	Вертикальная подача стола, мм/мин	Мощность электродвигателя привода главного движения, кВт
		18		11

Режущий инструмент выбираем по необходимой точности обработки. При допуске на ширину шпоночных пазов 0,033 мм выбираем фрезу шпоночную цилиндрическую фрезу ГОСТ 9140-78 [1], изготовленную из быстрорежущей стали Р6М5.

Подача на зуб

Глубина резания

Вспомогательный инструмент: патрон цанговый 191113050

ТУ 2-035-986-85 [2].

2.1 Описание работы приспособления

Приспособление - специализированное универсально-безналадочное с гидроприводом предназначено для базирования и крепления заготовок валов при фрезеровании шпоночных пазов на вертикально-фрезерном станке 6Р13.

Приспособление содержит корпус 1, к которому с помощью болтов 18 жестко прикреплена призма 2. По бокам призмы расположены прихваты 9, к которым с помощью винтов 21 прикреплены прижимы 3. На нижней части корпуса закрепляются направляющие шпонки 12, с помощью которых приспособление базируется на столе станка. Закрепление приспособления на столе осуществляется с помощью болтов 15.

Приспособление работает следующим образом. Заготовку устанавливают на призму 2 и крепят прихватами 9. При подаче масла под давлением в полость гидроцилиндра 4, поршень вместе со штоком 7 движется вправо, давят на правый прихват, который прижимает с необходимым усилием заготовку к призме. Усилие крепления на правый прихват передается от шток-поршня гидроцилиндра через проушину 11 и ось 10. Таким образом, осуществляется зажим заготовки. Для разжима давление масла уменьшается, толкатель отходит назад, тянет за собой прихват и отжимает вал.

2.2 Силовой расчет приспособления

Рассчитываем скорость резания по формуле:

где

D - диаметр фрезы;

Т - период стойкости;

t - глубина фрезерования;

S_z - подача на зуб;

В - ширина фрезерования;

Z - число зубьев фрезы;

- общий поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания, находим по формуле:

где

- коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала [1];

- коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;

- коэффициент, учитывающий материал инструмента.

Используя табл. 1, 5, 6 [1, стр. 262-263] получим:

Используя табл. 39 и 40 [1, стр.286-290] найдём значения коэффициентов и показатели степени в формуле:

Частоту вращения фрезы найдём по формуле:

Ближайшая стандартная частота по паспорту станка , поэтому скорректируем значение скорости:

Определим окружную силу при фрезеровании по формуле:

По табл. 9 [1, стр. 264] определим, что .

Используя табл. 41 [1, стр. 291] найдем значения коэффициентов и показатели степени в формуле:

Величины остальных составляющих силы резания найдем через окружную силу, используя табл. 42.

Горизонтальная сила (подачи) .

Вертикальная сила .

Радиальная сила

Осевая сила .



2.3 Расчет параметров силового привода

Для закрепления заготовки используется зажимной механизм. В зажимных механизмах обычно применяются пневматические, гидравлические и смешанные типы приводов.

Пневматический привод при своей простоте и удобстве эксплуатации имеет ряд недостатков: во-первых, воздух сжимаем и при переменных нагрузках пневмопривод не обеспечит достаточной жёсткости закрепления. Во-вторых, данный вид привода развивает меньшее усилие, нежели гидропривод; и в третьих, из-за мгновенного срабатывания пневмопривода прижим будет резко ударять по детали, что отрицательно скажется и на заготовке, и на зажимном механизме, и на условиях труда рабочего. Соответственно, в нашем приспособлении применим гидравлический привод. сверлильный станок зажим привод

Составим схему зажимного механизма.

Необходимую силу крепления заготовки определяем по уравнению:



где

- необходимая сила крепления заготовки при учете силы резания , создающая момент резания;

- необходимая сила закрепления заготовки при учете силы резания , смещающая заготовку в направлении подачи.

Силу и определяем из условия статического равновесия заготовки, находящейся под действием моментов от сил , , и .

Так как то с учетом коэффициента запаса

Аналогично получаем

Полная сила крепления заготовки:

Принимаем по табл. 3 [10 стр. 384] - коэффициенты трения в местах контакта заготовки с опорами и зажимным механизмом соответственно.

В свою очередь коэффициент запаса, учитывающий нестабильность силовых воздействий на заготовку, находим по формуле:

где

- гарантированный коэффициент запаса;

- коэффициент, учитывающий вид технологической базы;

- коэффициент, учитывающий увеличение сил резания вследствие затупления режущего инструмента;

- коэффициент, учитывающий прерывистость резания;

- коэффициент, характеризующий постоянство силы развиваемой зажимным механизмом.

- коэффициент, характеризующий эргономику зажимного механизма.

- коэффициент, характеризующий установку заготовки.

Так как в результате расчета , то принимаем .

Из условия статического равновесия прихватов .

Сила силового цилиндра, необходимая для закрепления заготовки, равна , тогда диаметр поршня цилиндра может быть рассчитан по формуле:



Решая это уравнение относительно , получаем:

где - рабочее давление масла, принимаемое в расчетах равным 1 МПа;

- КПД.

Определяем диаметр поршня гидроцилиндра:

В качестве привода фрезерного приспособления выбираем гидроцилиндр по ГОСТ 19899-74 с диаметром поршня 125 мм.

Т.к. действительная сила зажима превышает необходимую силу крепления заготовки, то расчет выполнен верно.

2.4 Расчет приспособления на точность получаемых размеров

Сборка шпоночных соединений производится по методу полной взаимозаменяемости без дополнительной доработки шпонки или паза.

Точность паза определяется точностью размеров.

При работе на настроенном оборудовании точность размеров и зависит от точности настройки режущего инструмента и от точности выполнения элементов приспособления.

Точность элементов приспособления в направлении размера рассчитываем по формуле:

где

- операционный допуск на размер , ;

- коэффициент, учитывающий отклонение рассеяния значений составляющих величин от закона нормального распределения, ;

- коэффициент, учитывающий уменьшение погрешности базирования при работе на настроенном оборудовании,;

- погрешность базирования в направлении операционного размера;

- погрешность закрепления;

- погрешность, зависящая от точности изготовления установочного элемента (призмы);

- погрешность износа установочного элемента;

- экономическая точность обработки, ;

- коэффициент, учитывающий долю погрешности обработки в суммарной погрешности метода, вызываемой факторами, не зависящими от приспособления,.

При установке в призму нарушается принцип единства баз и по размеру появляется погрешность:

Величину рассчитываем по формуле:

где

- поправочный коэффициент, учитывающий вид материала заготовки, для стали .

- непостоянство силы зажима определяем, используя формулу:

Учитывая, что определяем погрешность по формуле:



Погрешность износа установочного элемента рассчитываем по формуле:

где

- средний износ установочного элемента при базовом числе установок . ;

- коэффициент, учитывающий влияние материала заготовки, ;

- коэффициент, учитывающий вид оборудования, ;

- коэффициент, учитывающий условия обработки, ;

- коэффициент, учитывающий число установок заготовки , отличающееся от принятого N, .

Определяем погрешность:

Так как , т.е. - спроектированное приспособление обеспечивает требуемую точность получения заданного размера.



Заключение

В результате проделанной работы разработаны приспособления для сверления отверстий на сверлильном станке 2Н135 и обработки шпоночных пазов на вертикально-фрезерном станке 6Р13. Простота конструкции, применение типовых и стандартных деталей и узлов существенно облегчает изготовление приспособлений, а использование пневматического и гидравлического силового привода облегчает труд рабочего, уменьшает вспомогательное время и увеличивает точность изготовления детали. Применение специализированных приспособлений позволяет снизить брак на 5…10%, снизить трудоемкость на 40%, а также повысить стабильность точностных параметров операции. В совокупности всё это приводит к снижению себестоимости изготовления детали при повышении её качества.



Список использованной литературы.

Справочник технолога-машиностроителя. Том 2 \ под ред. А.Г. Косиловой и др. - М.: Машиностроение, 1985 г. - 496 с.

Станочные приспособления: Справочник. В 2-х томах. - Том 1 \ под ред. Б.Н. Вардашкина и др. - М.: Машиностроение, 1984 г. - 592 с.

Сборник задач и примеров по резанию металлов и режущему инструменту. Нефедов Н.А., Осипов К.А. - М.: Машиностроение, 1990 г. - 448 с.

Технологическая оснастка: вопросы и ответы. Косов Н.П., Исаев А.Н., Схиртладзе А.Г. - М.: Машиностроение, 2005 г. - 304 с.

Обработка металлов резанием: Справочник технолога \ А.А. Панов и др. - М.: Машиностроение, 1988 г. - 736 с.

Размещено на Allbest.ru