Конструирование станочного приспособления

Содержание

 

1	Проектирование технологического процесса механической обработки детали
1.1	Описание конструкции детали
1.2	Выбор заготовки и метода ее получения
1.3	Выбор технологического маршрута механической обработки
1.4	Выбор оборудования, режущего и измерительного инструмента
1.5	Определение припусков на механическую обработку
1.6	Расчет технологических  режимов механической обработки
1.7	Расчет нормы времени
1.8	Разработка карт технологического процесса механической обработки детали
1.9	Определение технико-экономических показателей технологического процесса
2	Исследование точности технологического процесса получения размера
2.1	Графико-статистический метод
2.2	Статистический метод
3	Конструирование станочного приспособления
3.1	Общие положения
3.2	Расчет производительности приспособления
3.3	Описание устройства и работы приспособления
3.4	Расчет силы резания, усилия зажима детали в приспособлении
3.5	Расчет приспособления на точность
3.6	Экономическое обоснование  выбора приспособления
	Заключение
	Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Часть 1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ

 

Проектирование технологического процесса изготовления детали является одним из важнейших этапов технической  подготовки производства.

Основная задача при проектировании технологического процесса состоит  в том , чтобы обеспечить изготовление детали в соответствии с заданной чертежом и техническими условиями точностью при минимально возможной ее себестоимости. Сложность решения этой задачи заключается в том что процессы изготовления деталей зависят от многих факторов, основными из которых являются:

1) конструкция детали;

2) материал, назначенный  конструктором для изготовлении детали;

3) технические требования к детали;

4) программа выпуска деталей;

5) технико-экономические  условия производства (наличие средств производства, условия кооперирования и т.д.).

       Принципиальное значение для выбора технологического процесса имеет программа выпуска деталей. Технологический процесс, рациональный для изготовления деталей в небольших количествах в условиях единичного производства, будет совершенно не пригоден для выпуска деталей при массовом производстве и наоборот.

 

1. Описание конструкции детали

Деталь представляет собой  ось диаметром 50_-0,05 мм в котором имеется осевое отверстие диаметром 30±1 мм с одной стороны оси на расстоянии 15±0,5 мм от торца просверлено поперечное сквозное отверстие диаметром 6^+0,2 мм, по по центру детали, перпендикулярно ее оси расположены два симметричных паза, шириной 26^+0,5мм , с торцов ось имеет фаски, шириной 2 мм и углом 45º. Вал изготовлен из стали 45. Остальные требования чертежа сводим в таблицу 1.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.1.

№ п/п	Размер, мм	Допуск, мкм	Квалитет	Допуски формы, расположения поверхностей, шероховатость, мкм
1	220	2000	14	Rz=40
2	Ø 50	50	8	Ra=0,63, шлифовать 0 0,02 = 0,05
3	Ø 30	2000	14	Rz=80
4	Ø 6	200	13	Rz=40
5	26	500	13	Rz=20
6	40	100	10	Rz=20
7	2	300	14	Rz=20

      

Химические и механические свойства Стали 45 ГОСТ 1050-88

Сталь 45 - качественная, конструкционная.

Таблица 1.2 - Химические свойства в, %

Марка	C	Si	Mn	Cr
Сталь 45	0,42-0,50	0,17-0,37	0,50-0,80	0,25

где C- углерод;

 Si- кремний;

 Mn- марганец;

 Cr- хром.

Таблица 1.3 - Механические свойства

Марка	σт	σв	б	Ψ	KCU	HB
Сталь 45	355	600	16	40	49	146...207

где  σ_т- предел текучести, МПа;

σ_в- временное сопротивление, МПа;

Б- относительное удлинение после разреза, %;

Ψ- относительное сужение после  разреза;

KCU - ударная вязкость, кг м/см²;

HB- твердость по Бринеллю.

 

1.2 Выбор заготовки 

Для изготовлении детали валика выбираем следующую заготовку: прокат стальной горячекатаный круглый диаметром 56 мм 

1.3 Выбор технологического  маршрута механической обработки.

005 – вертикально сверлильная

010 – токарная

015 – вертикально сверлильная

020 – фрезерная

025 – кругошлифовальная

1.4 Выбор оборудования  режущего и измерительного инструмента 

Все выбранное оборудование, режущий и измерительный инструмент заносим в таблицу 1.2

Таблица 1.2

Размер, мм	Допуск, мкм	Квалитет	Модель станка	Режущий инструмент, марка материала	Предельные погрешности измерений    ±σ, мкм	Предельные погрешности инструмента  ±Δ lim, мкм	Инструмент измерительный
Ø30	200	12	Вертикально сверлильный станок 2Н135Л	Сверло Р6М5	50	20	Нутрометр индикаторный с осчетом 0,01
Ø50	50	8	Токарно-винторезный  станок 16К20	Резец расточной, Т15К6	12	6,5	Нутрометр индикаторный с осчетом 0,001
Ø6	2000	14	Вертикально сверлильный станок 2Н135Л	Сверло Р6М5	80	15	Нутрометр индикаторный с осчетом 0,01
26	500	13	Горизонтально-фрезерный станок 6Р80Г	Фреза дисковая Р6М5	140	100	Штангенциркуль с отсчетом по нониусу 0,05
Ø50	50	8	Круглошифовальный станок 3А-151	Круг шлифовальный	12	10	Скоба рычажная с отсчетом  0,002

 

1.5 Определение  припуска на механическую обработку

Таблица 1.3 - Припуски переходов и операций

№ п/п	Размер, мм	Название перехода, операции	Припуск перехода операции, мм на диаметр	Суммарный припуск операции, мм на диаметр
025	Ø50.4	круглошлифовальная	0,4	6
010	Ø52	Токарная чистовая	1,6
010	Ø56	Токарная черновая	4,0

 

1.6 Расчет технологических режимов механической обработки.

1.6.1 Расчет режима резания  при токарной операции (черновое  точение)

 

1 Глубина резания 

, мм

Где Z₀ –припуск на диаметр

 

2 Подача S₀, мм/об;

Для черного точения подача выбирается согласно таблицы 1.9 [4]

S₀=0,5 мм/об

Уточняем подачу по паспорту станка S=0,57 мм/об

3 Скорость резания 

,

Где t – глубина резания, мм

S_o – подача, мм/об;

T – стойкость инструмента, мин

С_v – коэффициент;

x, y, m – показатели степени.

 – общий поправочный  коэффициент на скорость резания,  учитывающий фактические условия  резания

  K_MV - коэффициент, учитывающий обрабатываемый материал

  К_пу - коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;

  K_uv - 1.

                1.25

 

Значения T, С_v, x, y, m выбираем из таблицы 1.12 [4]

С_v=350

T=60 мин

X=0,15

y=0,35

m=0,2

 

 

 

Частота вращения шпинделя

 

где   - 3,14

  D – диаметр заготовки, мм

 

По паспорту станка принимаем 

Определить фактическую скорость резания.

 

 

Чистовая:

1 глубина резания 

 

2 подача 

Для чистового точения  подача выбирается согласно таблицы 1.9 [4]

S₀=0,24 мм/об

3 скорость резания

Значения T, С_v, x, y, m выбираем из таблицы 1.12 [4]

С_v=350

T=60 мин

X=0,15

y=0,35

m=0,2

 

Частота вращения шпинделя

 

По паспорту станка принимаем 

Определить фактическую скорость резания по формуле.

 

1.6.2. Расчет режима резания при сверлении.

1. Глубина резания.

При сверлении в сплошном материале

 

t=3мм

2. Подача. При сквозном сверлении нужно выбирать максимально допустимую по прочности сверла подачу(S₀=0.2мм/об)
3. Скорость резания.

 

Где: D – диаметр сверла в мм;

S₀ – подача в мм/об;

t – глубина резания мм;

K_v – поправочный коэффициент, учитывающий фактическое условия резания

 

 

Определяем частоту вращения сверла

 

 

Выбираем фактическую  частоту вращения по паспорту станка n_ф=1080

Определяем фактическую  скорость сверления

 

1.6.2 Расчет режимов резания при  фрезеровании

1. Фрезеровать 2 паза шириной  26^+0,5 мм, выдерживая глубину 5 мм

Исходные данные:

Инструмент – фреза;

D – диаметр фрезы, D = 130 мм;

Z – количество зубьев, Z = 22;

t – глубина фрезерования, t = 5 мм

В – ширина фрезерования, В =26 мм;

S –подача на зуб фрезы, Sz =0,1 мм/зуб.

Скорость резания

       

где Cv – коэффициент, зависящий от материала детали

 q, m, x, y, u, p - показатели степеней;

 Т - стойкость фрезы;

D - диаметр фрезы;

 t- глубина резания;

 Sz - подача на зуб фрезы;

 В - ширина фрезерования;

Z - число зубьев фрезы;

 Кv - поправочный коэффициент на скорость резания;

         

где К_мv- коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала;

 К_nv - коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;

 К_uv - коэффициент, учитывающий материал инструмента.

         

где Kr = 1 - коэффициент, характеризующий группу стали;

 nv = 1 - показатель степени.

      

К_nv=1; К_uv=1

Т =120 мин; С_v =68,5; q=0,25; x = 0,3; y = 0,2; u = 0,1; p = 0,1; m = 0,2.

 м/мин

Определяем число оборотов по формуле:

Число оборотов фрезы по паспорту станка n_д= 125 об/мин.

Определяем действительную скорость резанья 

 

1.7 Расчет нормы времени

 

Рассчитаем норму времени Т_н для фрезерования 2 пазов шириной 26^+0,5 мм, выдерживая глубину 5 мм

 

Норма времени Т_н определяется по формуле:

         

где Т_шт – штучное время, мин;

  t_пз – подготовительно-заключительное время, мин, t_пз =8,4;

  N - количество деталей в партии, шт, N=16

         

где t_оп – операционное время, мин;

 t_отд – время на личные потребности, мин, ;

  t_обсл – время обслуживания рабочего места, затраченное на поддержание рабочего места в состоянии готовности для выполнения заданной работы, t_обсл =3,5%.

          

где t_о – основное (машинное) время, мин;

  t_в – вспомогательное время на установку и снятие деталей со станка, пуск и остановку станка, подвод и отвод режущего инструмента, измерение размеров, мин, t_в =0,60 мин.

          

где L – расчетная длина обработки, мм;

n – частота вращения шпинделя, об/мм;

Sм – подача, мм/мин;

i – число проходов инструмента.

L = l + l₁+ l₂          

где l – длина обрабатываемой поверхности, мм; l = 50 мм;

l₁ – длина врезания инструмента, мм, l₁ =26 мм;

l₁ – длина перебега инструмента, мм, l₂=2…5 мм.

L =50+26+5=81 мм      

,          

 мм/мин

     

 мин    

 мин     

 мин     

 мин    

 мин     

 

 

 

 

1.8. Разработка карт технологического процесса механической обработки детали.

 

На основе выше приведенных результатов  расчета составляем маршрутную карту, операционную карту и карту эскизов, которые начерчены на листе А1.

 

1.9. Расчет технико-экономических  показателей технологического процесса фрезерования.

 

1.9.1. Себестоимость обработки детали на операции можно определить приближенно по формуле:

 

где:  - полная заработная плата рабочего, руб.;

   - начисления на полную заработную плату, руб.;

   - основная заработная плата рабочего, руб. ;

  Н - процент накладных расходов (400...450), %.

 

Полная заработная плата рабочего

 

где:  - дополнительная заработная плата, руб.

 

где:  Т_шт - штучное время операции, ч;

   - часовая тарифная ставка первого разряда рабочего, руб.

 - тарифный коэффициент, выбирается из табл. 1.25 в зависимости от разряда рабочего (устанавливается студентом).

 

Часовая тарифная ставка первого разряда рабочего

 

где:  С_м - минимальная заработная плата, руб. (4900 руб.)

   - месячный фонд рабочего времени, ч (~ 170ч);

 

Таблица 1.4 - Разрядные коэффициенты часовых тарифных ставок сдельщиков

Разряд рабочего	1	2	3	4	5	6
Коэффициент	1	2,39	3,69	4,04	5,31	6,61

 

Дополнительную заработную плату  рабочему устанавливают за непроработанное время (очередной отпуск, повышение квалификации, выполнение государственных и общественных обязанностей и др.):

 

 

На полную заработную плату производственных рабочих делаются начисления (на социальное и медицинское страхование, пенсионный фонд и др.):

 

где:  - установленный государством коэффициент начислений (39%).

 

1.9.2. - коэффициент использования станков по основному времени, характеризующий, степень механизации механической обработки:

 

 

1.9.3. Коэффициент  использования материала определяется отношением массы готовой детали q к массе заготовки Q:

 

 

 

Часть 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ РАЗМЕРА

 

Качество машин зависит не только от совершенства их конструкции, но и  в большей степени от уровня технологии их производства. Важным составляющим элементом понятия качества является точность. Ее технологическое обеспечение  в производственных условиях - главнейшая задача технолога.

Следует иметь в виду, что повышение  точности размеров деталей приводит к повышению точности сборки узлов  и машины в целом. В результате машина становится более работоспособной, надежной и долговечной.

В связи с изложенным, исследовательская  часть курсового проекта посвящается  методике определения точности технологического процесса получения размера детали и, при необходимости, разработки производственных рекомендаций для достижения требуемой точности. Такие расчёты проводятся при серийном и массовом производствах при получении размера на предварительно настроенных станках.

2.1 Графико-статистический метод

Исходные данные:

Гильза цилиндров двигателя  СМД - 14. Размер по чертежу диаметр 120^+0,02 . Измерительный инструмент - индикаторный нутромер с точностью отсчета индикатора 0,001 м

Таблица 2.1 – Результаты измерений, мм

119,990	120,005	120,015	120,015	120,025
119,995	120,005	120,015	120,020	120,025
119,995	120,010	120,015	120,020	120,030
120,000	120,010	120,015	120,020	120,035
120,005	120,010	120,015	120,025	120,040

 

Полученные при измерении действительные размеры D_д или действительные размеры индивидуального задания расположить в таблице по возрастанию их значения

Определить значение рассеяния  действительных размеров V:

         

где Dmax – максимальный действительный размер, мм;

 Dmin – минимальный действительный размер, мм.

 мм

Разбить действительные размеры детали на n интервалов. Для определения количества интервалов n можно воспользоваться формулой:

          

где N– количество измеренных деталей.

Определить значения интервала

         

Значение интервала должно быть несколько больше цены деления шкалы  измерительного устройств

Определить предельные размеры  каждого интервала

Для первого интервала:

;

119,990 мм; 119,990+0,01=120,000 мм

Для второго интервала:

;

120,000 мм; 120,000 +0,01=120,010 мм

Для третьего интервала:

;

120,010 мм; 120,010 +0,01=120,020 мм

Для четвертого интервала:

;

120,020 мм; 120,020 +0,01=120,030 мм

Для пятого интервала:

;

120,030 мм; 120,030 +0,01=120,040 мм

 

Распределить действительные размеры  по интервалам. В 1-м интервале окажется m₁ – размеров деталей, во 2-м – m₂; в i-м – m_i.

где m_i - частота попадания действительных размеров в i-м интервале.

Граничные значения действительных размеров соседних интервалов можно делить пополам.

Определить опытную вероятность (частость) попадания размеров в каждый интервал:

          

Определить накопленную вероятность  интервалов , которая определяется как сумма опытных вероятностей предыдущих интервалов плюс опытная вероятность определяемого интервала. Накопленная вероятность последнего интервала должна равняться единице.

Результаты вычислений свести в  таблицу 2.2.

 

 

Таблица 2.2 – Результаты исследования точности технологического процесса

Показатели	Интервалы размеров, мм
	Dmin1…Dmax1	Dmin2…Dmax2	Dmin3…Dmax3	Dmin4…Dmax4	Dmin5…Dmax5
Частота mi	3,5	5	9	5	2,5
Опытная вероятность Рi	0,14	0,20	0,36	0,20	0,10
Накопительная опытная вероятность	0,14	0,34	0,70	0,90	1

 

Определить процент исправимого  и неисправимого брака, учитывая форму размера (внутренний или наружный). В нашем случае вероятность получения  бракованных деталей составит: деталей  с размерами меньше наименьшего  предельного размера Р=0,14 – т.е. 14 %, брак исправимый т.к. минимальный размер по чертежу не совпадает с минимальным действительным размером; больше наибольшего предельного размера — Р=1-0,70 = 0,30; т. е. 30% от 25 шт. - брак неисправимый.

Вывод: полученные результаты характеризуют  неустойчивый, не налаженный технологический  процесс, т.к. замеры деталей выходят  из зоны допусков.

Полученные результаты зависят  от износа режущего инструмента, при  износе режущего инструмента размер обрабатываемой заготовки изменяется, увеличиваясь или уменьшаясь.

Для получения точных размеров надо произвести настройку режущего инструмента.

Для настройки режущего инструмента  на расточных станках применяется  стойка для индикатора специальная, индикатор типа 1 МИГ с ценой  деления, специальная оправка. Индикатор  на индикаторной стойке устанавливают  на специальную оправку и выставляют индикатор, чтобы было "0". После  настройки индикатора, индикаторную стойку с индикатором устанавливают  на борштангу и выставляют резцы  по настроенному индикатору.

 

 

2.2 Статистический метод

Определить среднее арифметическое значение действительных размеров заготовок:

         

Определить среднее квадратичное отклонение:

        

Как показали исследования, при механической обработке заготовок с наиболее часто встречающейся в с.-х. машиностроении точностью 8 квалитета и грубее, справедлив закон нормального распределения  размеров (закон Гаусса). Кривая распределения  имеет симметричную шатрообразную форму.

Величина σ, являющаяся мерой точности, характеризует форму кривой распределения. При больших значениях σ кривая получается пологой и поле рассеяния растет. При малых значениях σ точность исследуемого метода повышается и кривая получается сильно вытянутой вверх с малым полем рассеяния.

Вычислив по данным наблюдений значение а, можно охарактеризовать точность исследуемого технологического процесса зоной рассеяния, равной 6σ. Правило  «шести сигм» является достаточно простым, удобным и точным для практического  использования.

Точность технологического процесса получения размера детали удовлетворительна, если поле в 6σ не выходит за границы  поля допуска на получаемый размер.

В нашем случае поле в 6σ выходит за границы поля допуска на получаемый размер. Следовательно, точность технологического процесса получения размера детали неудовлетворительна.

Вывод: полученные результаты характеризуют  неустойчивый, не налаженный технологический  процесс.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Часть 3 КОНСТРУИРОВАНИЕ СТАНОЧНОГО ПРИСПОСОБЛЕНИЯ

3.1 Общие положения

Станочные приспособления, используемые при обработке деталей на металлорежущих станках, расширяют технологические  возможности станков, повышают производительность труда при обработке деталей, облегчают условия труда рабочих  и повышают культуру производства на предприятии. В процессе проектирования станочного приспособления необходимо соблюдать правила: выбора баз, стабильного  положения заготовки относительно режущего инструмента, удобство установки  и снятия детали со станка, свободное  удаление стружки, удобство управления приспособлением и станком, соблюдение норм и правил охраны труда. При проектировании станочного приспособления применяю стандартизированные  узлы и детали. При выборе размерных  цепей отдают предпочтение числам из нормального ряда предпочтительных чисел. При назначении посадок применяю предпочтительные посадки систем отверстия  и вала.

 

3.2 Расчет производительности  приспособления

1. Определяем такт выпуска деталей  на данной операции по формуле:

          

где N_г – годовая программа выпуска деталей, шт., N_г =33000;

 Ф_г – годовой фонд времени одного производственного рабочего, ч, Ф_г =2100.

       

2. Полученный такт выпуска τ сравнивается с нормой выработки N, являющейся обратной величиной нормы времени Т_н.

          

       

Т.к. норма выработки получилась меньше такта N<τ, то приспособление будет двухместное.

 

3.3 Описание устройства  и работы приспособления

Спроектированное приспособление двухместное с ручным винтовым зажимом  и предназначено для фрезерования паза шириной 26^+0,5 мм на горизонтально-фрезерном станке 6Р80Г.

Приспособление состоит из основания, двух призм, двух упоров, двух штифтов, двух винтов крепления. Детали устанавливаются  в призмы так, чтобы штифты в пазах  призм вошли в боковые сверления  деталей, затем ставится упор и при  помощи винтов происходит крепление  деталей.