Пректирование станочного приспособления для обработки вала

 

Содержание.

 

 Введение…………………………………………………………………………2

1.Описание принципа работы приспособления……………………………….3

2.Силовой расчет приспособления……………………………………………..3

3.Точностной расчет приспособления…………………………………………7

4.Расчет технологической себестоимости обработки заготовки в приспособлении……...........................................................................................12

Заключение……………………………………………………………………   13

Литература………………………………………………………………………14

 

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.

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.

 

1. Описание принципа работы приспособления

Приспособление предназначено  для закрепления деталей в  процессе сверления сквозного отверстия  диаметром 10 мм, выдерживая расстояние от торца детали до центра отверстия 70 мм.

Приспособление  крепится к столу станка при помощи четырех винтов, вставляемых в "Т" - образные пазы стола и пазы корпуса (1). На призму (14) устанавливается заготовка, до упора (12), который расположен на корпусе (1). Упор (12) закреплен на корпусе (1) с помощью винтов (26) и штифтов (34). Заготовка фиксируется под  действием силы давления пневмоцилиндра, встроенного в корпус кондуктора, и опор (17), которые установлены в расточку плиты кондукторной (2).

В кондукторную плиту (2) запрессована кондукторная втулка (16), которая направляет сверло во время сверления.

 

 

2.Силовой  расчет приспособления

 

Для силового расчета необходимо назначить станок и инструмент для сверления и  рассчитать режимы резания.

Сверление будет  производиться на вертикально-сверлильном  станке 2Н125.

Сверлятся 1 отверстие Ø 10 мм, выдерживая размер от торца детали 70H14 мм.

При обработке  используется спиральное сверло из быстрорежущей  стали Ø10 мм с коническим хвостовиком ГОСТ 10903 – 77.

Диаметр сверла, D=10 мм 

Длина сверла, L=168 мм

Длина рабочей  части, l=87 мм

Конус Морзе 1

Геометрические  параметры:

 α=12º ;  ψ = 40º ;  2φ = 118º .

 

Расчет режимов  резания.

 

Глубину резания  t принимаем равной половине диаметра отверстия:

Подачу принимаем  в соответствии с рекомендациями в [1, табл. 35] в зависимости от диаметра сверла и твердости обрабатываемого  материала:

Скорость  резания рассчитываем по эмпирической формуле:

,

где Т – среднее значение стойкости инструмента, мин.;

s – подача, мм/об;

D – диаметр  сверла, мм;

Kv – коэффициент, учитывающий условия обработки.

Значения  коэффициентов Cv, показателей степени q, y и m принимаем из   [1, табл. 38]: Cv=7,0, q=0,4, y=0,7 и m=0,2.

Коэффициент Kv представляет собой:

,

где K_lv – коэффициент, учитывающий глубину сверления, K_lv=1 [1, табл. 41];

K_иv – коэффициент, учитывающий материал инструмента, K_иv=1 [1, табл. 6];

K_мv – коэффициент, учитывающий влияние материала заготовки:

,

где n_v=0,9 [1, табл. 2];

Тогда скорость резания по формуле:

Частоту вращения шпинделя определим по формуле:

Для вертикально-сверлильного станка принимаем частоту вращения шпинделя равную n_пр=650 мин-1.

Тогда скорость резания по формуле:

Крутящий  момент и осевую силу рассчитаем по формулам:

,

,

где Kp – поправочный коэффициент:

Поправочный коэффициент Kмр:

Значения  коэффициентов Cм, показателей степени q и y принимаем из          [1, табл. 32]: Cм=0,0345, q=2, y=0,8.

Значения  коэффициентов Cр, показателей степени q и y принимаем из         [1, табл. 42]: Cр=68, q=1,0, y=0,7.

 

 

Мощность  резания:

Основное  время на обработку:

,

где – длина обрабатываемой поверхности, мм;

    – величина врезания инструмента, мм;

      -  величина перебега инструмента, мм.

Принимаем величину перебега мм.

 

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

Силовой расчет учитывает коэффициент запаса - К, 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.

Величина  .

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:

- гарантированный коэффициент  запаса надежности закрепления, ;

- коэффициент, учитывающий наличие  случайных неровностей на заготовке;

- для предварительно обработанных;

  - коэффициент, учитывающий увеличение силы резания при пригрессирующем затуплении инструмента в зависимости от метода обработки;

- в зависимости от обрабатываемого  материала и метода обработки;

- коэффициент, учитывающий увеличение  силы резания при прерывистой  обработке, 

- коэффициент, учитывающий изменение  зажимного усилия прикладываемого  к заготовке;

- для пневматического зажимов;

- коэффициент, учитывающий степень  удобства расположения рукояток  в ручных зажимах;

- при удобном расположении  и малой длине рукоятки;

- коэффициент, учитывающий наличие  момента, стремящегося повернуть  заготовку на опорах.

- для опорного элемента, имеющего  ограниченную поверхность контакта  с заготовкой;

Выполним  расчет:

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.

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:

Рисунок 2.1 - Схема установки  детали. Расчетная схема сверлильного приспособления.

Цилиндрическая заготовка  закреплена в призме с углом α  и находится под действием  момента обработки М_кр и осевой силы Р₀. Создаваемые силы и

моменты трения противодействуют сдвигу вдоль оси и повороту заготовки. Тогда расчетная формула имеет вид:

,

где  М_кр- крутящий момент на сверле, Н·м. Мкр=8,1Н·м;

К-коэффициент запаса, К=2,52;

f- коэффициент трения на рабочих поверхностях зажимов, f=0,16;

d- диаметр заготовки, мм.

 

В качестве силового механизма выступает  кондукторная плита с установленными в нее прижимными опорами и пневмоцилиндр.

Фактическая сила зажима, развиваемая пневмоцилиндром определяется по формуле:

,

 

где р- давление в пневмосистеме предприятия, Р=0,4-1,6 МПа.

      η- КПД пневмоцилиндра, η=0,95.

 

Тогда

 Н.

 

Данный  зажим вполне удовлетворяет всем требованиям и

обеспечивает  необходимую зажимную силу, которая  превосходит силы резания.

 

3. Точностной расчет приспособления

 

Особенностью  обработки отверстий на сверлильных  станках является наличие в конструкции  приспособлений элементов для направления  режущих элементов (кондукторных втулок)  направление и ориентация инструментов осуществляется непосредственно по режущей части.

Погрешность обработки заготовок на кондукторах  во многом зависит от погрешности  положения направляющих элементов  относительно установочных элементов  приспособления. В то же время погрешности  связанные с установкой кондуктора на станке не оказывают влияния на точность координатного расположения обрабатываемых отверстий. Элементы для  ориентации приспособления на станке в большинстве случаев отсутствуют, положение кондуктора определяется свободным вхождением инструмента  в направляющий элемент, т.е. начало координат таких технологических систем материализуются в элементах для направления инструмента.

Погрешность настройки инструмента равна  наибольшему возможному смещению оси  обрабатываемого отверстия, вызванному перекосом инструмента во втулке. Возможность такого перекоса обусловлена  зазором между инструментом и  отверстием кондукторной втулки. Причинами  перекоса инструмента относительно номинального положения могут быть:

- биение  режущей части при вращении;

- несимметричность  заточки;

    - неоднородность материала заготовки  (пятнистая структура);

- неравномерности  поверхности в месте входа  инструмента с осью отверстия  направляющего инструмента.

При расчете  приспособлений на точность суммарная  погрешность  при обработке детали не должна превышать величину допуска Т размера .

Суммарная погрешность  зависит от ряда факторов и в общем случае может быть представлена выражением

 

,

где - погрешность установки детали в приспособлении;

 – погрешность обработки  детали;

 – расчетная погрешность  приспособления.

Погрешность установки представляет собой отклонение фактического положения закрепленной детали в приспособлении от требуемого теоретического. Погрешность установки включает погрешности: базирования , закрепления и положения детали в приспособлении :

 

.

 

Погрешность положения ε_п детали в приспособлении состоит из погрешностей: изготовления приспособления по выбранному параметру ε'_пр, установки приспособления на станке ε_у и положения детали из-за износа элементов приспособления ε_и:

 

Для расчета  точности  приспособления используем упрощенную формулу:

 

,

где Т – допуск выполняемого размера, Ø10^+0,43;

      – соответственно погрешности: базирования, закрепления установки приспособления на станке, положения детали из-за износа установочных элементов приспособления и от перекоса инструмента; ω – экономическая точность обработки, k_т=1…1,2 – коэффициент, учитывающий отклонение рассеяния значений составляющих величин от закона нормального распределения; k_т1=0,8…0,85 – коэффициент, учитывающий уменьшение предельного значения погрешности базирования при работе на настроенных станках; k_т2=0,6…0,8 – коэффициент, учитывающий долю погрешности обработки в суммарной погрешности, вызываемой факторами, не зависящими от приспособления.

Погрешность базирования рассчитаем по формуле  [1, с.152, табл.74]:

,

где β=0 – угол обработки отверстия  к оси симметрии призмы;

      α=90/2=45°- угол призмы;

      Т_D- допуск по диаметру 50мм по Н14,  Т_D =0,74мм.

Тогда 

мм.

Погрешность закрепления [1, с.165, табл.76]:

мм, для закрепления в призме пневматическим зажимом по предварительно обработанной поверхности.

           Погрешность мм, так как обеспечен надежный контакт приспособления со столом станка, а обработка производится без переустановок приспособления.

Погрешность положения детали из-за износа элементов  приспособления определяем по следующей формуле [1, с.186, табл.80]:

,

где U – значение приближенного износа установочных элементов;

 

            ,

где – средний износ установочных элементов для чугунной заготовки при усилии зажима Р₀=10 кН и базовом числе установок N=100000; U₀=0,115 – для призмы из стали 40Х [1,с.169, табл.81];

     - соответственно коэффициенты, учитывающие влияние материала заготовки, оборудования, условий обработки и числа установок заготовки, отличающиеся от принятых при определении U₀ [1, с.176, табл.82].

 при обработке незакаленных  сталей;

          для обработки на универсальном станке;

          для сверления стали с охлаждением;

          для N=20x10³.

.

 

.

Экономическая точность обработки  для сверления по кондуктору по 4 классу точности.

При применении подвижной кондукторной плиты суммарная  погрешность смещения инструмента относительно обрабатываемой детали определяется по формуле:

,

где – погрешность смещения инструмента от зазоров в направляющих элементах кондукторной плиты;

      – погрешность смещения инструмента от погрешностей установки кондукторной плиты относительно приспособления.

,

где h – расстояние от поверхности заготовки до кондукторной втулки; m=5мм;

       l – длина кондукторной втулки, l =20мм;

      l₁ – длина обрабатываемого отверстия, l₁=20мм;

      s – максимальный диаметральный зазор между кондукторной втулкой и инструментом.

,

где - максимальный зазор между кондукторной втулкой и сверлом;

- максимальный зазор  между кондукторной втулкой и  кондукторной плитой.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.1 -Увод сверла

 

Исполнительный  диаметр сверла зависит от установочного  допуска на обрабатываемое отверстие  и определяется с учетом разделения этого допуска запасом на износ. Обычно принимают:

,

где – номинальный диаметр обрабатываемого отверстия.

мм

 

Рисунок 3.2 – Кондукторная втулка

 

Назначив  допуск на сверло по посадке h6, получим исполнительный размер сверла Ø10,05_-0,09.

Назначив  допуск для кондукторной втулки F7, получим исполнительный размер кондукторной втулки .

В этом случае .

       Назначив посадку  кондукторной втулки в кондукторную  плиту  и приняв посадочный диаметр равным 15, получим .

        Тогда Σs_max=0,124+0,029=0,153.

 Отсюда

.

,

где – допуск на координаты расположения направляющих скалок 110±0,01, определяющих положение кондукторной плиты относительно приспособления;

- сумма максимальных зазоров  в сопряжении:

- направляющих скалок с приспособлением при посадке направляющей скалки Ø25 во втулку корпуса по посадке , максимальный зазор будет равен 0,063, для двух скалок ;

- штока пневмоцилиндра с приспособлением при посадке штока Ø25 во втулку корпуса по посадке , максимальный зазор будет равен 0,12мм.

Тогда .

.

Тогда

                                                   .

Допустимая  погрешность изготовления приспособления:

мм

 

  То есть допустимая непараллельность кондукторной плиты основанию скальчатого кондуктора не более 0,04мм.

 

 

 

4. Расчет технологической себестоимости обработки заготовки в приспособлении

 

Расчет проведем по следующей формуле [2]:

 

,

 

где - основная заработная плата производственных рабочих;

     t_шт - штучное время на обработку заготовки;

    руб. - часовая тарифная ставка рабочего 1-го разряда;

      - тарифный  коэффициент 3-го разряда;

         z - процент цеховых накладных расходов; принимаем Z = 180 %.;

А - себестоимость  изготовления приспособления;

q_a - коэффициент проектирования данного приспособления, который выражается отношением расходов на проектирование и отладку приспособления и себестоимости его изготовления; принимаем q_n= 0,5;

  q_э - коэффициент эксплуатации данного приспособления, который выражается отношением расходов на эксплуатацию (ремонт и уход) за год к себестоимости изготовления приспособления; принимаем q₃ = 0,25;

        N - объем выпуска деталей в год,  N=200 000шт.;

       i_с - срок службы приспособления; принимаем i_c = 5 лет;

 

 

Основная  зарплата на выполнение операций в  приспособлении определяется по формуле: 

 руб.;

 

Себестоимость А изготовления приспособления можно приближенно определить в зависимости от сложности конструкции по формуле:

 

,

 

где - количество деталей в приспособлении, шт.;

      - удельная себестоимость.

Разработанный скальчатый кондуктор имеет  оригинальных деталей.

Удельная  себестоимость принимается в  зависимости от группы сложности  приспособления по табл. 6.1 [2]. руб.

 

 руб.

Тогда технологическая  себестоимость обработки заготовки  в приспособлении составит:

 

 руб.

Заключение

 

В ходе выполнения контрольной работы по курсу “Технологическая оснастка” мною было разработано  приспособление для сверления отверстия  Ø10 мм в детали «Палец». Были закреплены навыки по базированию заготовки, разработке приспособления, расчету экономической эффективности и основных характеристик силового механизма.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

 

1. Справочник технолога-машиностроителя. Т. 2. Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. Москва, “Машиностроение”, 1986.

2.В. А. Горохов. Проектирование и расчёт приспособлений. Минск, “ Вышэйшая школа”, 1986.

3. В. С. Корсаков. Основы конструирования приспособлений. Москва, “Машиностроение”, 1983.
4. Чемесов Б. П. , Найдёнышев Е. М.  Методические указания к практическим занятиям по курсу “Технологическая оснастка” Новополоцк , 2001.
5. Курмаз Л.В. Детали машин. Проектирование: учебное пособие. Мн: УП “Технопром”, 2002.