Проектирование фрезерного приспособления, технологической оснастки

Введение

 

Затраты на изготовление, приобретение и эксплуатацию разнообразной технологической  оснастки составляют до 20% от стоимости  оборудования, а себестоимость и  сроки подготовки производства в  основном определяются величиной затраты  труда и времени на проектирование и изготовление технологической  оснастки.

Наибольший  удельный вес в общей массе  оснастки имеют станочные приспособления, с помощью которых решаются три  основные задачи:

1. базирование обрабатываемых деталей на станках с выверкой по проверочным базам заменяется базированием без выверки, что ускоряет процесс базирования и обеспечивает возможность автоматического получения размеров на настроенных станках;
2. повышается производительность, и облегчаются условия труда рабочих за счёт применения многоместной, позиционной и непрерывной обработки;
3. расширяются технологические возможности станков, что позволяет на обычных станках выполнять такую обработку или получать такую точность, для которых эти  станки не предназначены.

В современном  машиностроении всё большее распространение получает технологическая оснастка, скомпонованная из стандартных деталей и узлов, а также стандартные конструкции приспособлений, изготавливаемых на специализированных заводах. Однако в ряде случаев для оригинальных и сложных в изготовлении деталей, а также при смене объекта производства заводам приходится своими силами конструировать и изготавливать технологическую оснастку для обеспечения заданной точности и высокопроизводительной обработки.

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 приспособления имеют одноцелевое назначение для выполнения определённых операций механической обработки конкретной детали. Эти приспособления наиболее трудоёмки 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. Особенности конструкций приспособлений для фрезерных станков

 

Особенность конструкции приспособлений для фрезерных станков заключается в том, что для зажима заготовок в приспособлении необходимы большие зажимные усилия, т.к. при обработке на фрезерных станках возникают большие силы резания по сравнению с обработкой на других станках. В связи с этим в приспособлениях в большинстве случаев необходимо применение пневматических, гидравлических и др. силовых механизмов.

Также при фрезерной обработке 38…48% времени тратится на выполнение вспомогательных приёмов. Из этой суммы вспомогательного времени на приёмы, связанные с установкой и закреплением заготовки затрачивается 39…40%. Поэтому в приспособлениях для фрезерных станков ручные зажимы заменяются быстродействующими пневматическими и гидравлическими приводами, повышающими производительность и облегчающими труд рабочих. Также широко внедряются:

1) непрерывное  фрезерование на вращающихся  круглых столах и барабанах,

2) многоместные  приспособления со сменными кассетами,

3) двухпозиционные поворотные столы и т.п.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Сведения о технологической операции

1. Краткое содержание операции

2.1.1 В процессе  изготовления полумуфты в условиях  мелкосерийного и серийного производства  необходимо выполнить фрезерованием  кулачки, требования к которым  приведены в соответствии с  (Рис.1)

На  данной операции необходимо выдержать следующие параметры

-размер 8±0.1 мм

-размер 25^+0.52 мм

- размер 42_-0,62 мм

- размер 45±_0.52^0.74 мм

- точность расположения  кулачков относительно плоскости  симметрии поверхности диаметром  30H7. Допуск расположения составляет 0.12 мм

 

2.1.2 Производится  фрезерование кулачков полумуфты  трехсторонней дисковой фрезой  диаметром 125 мм ГОСТ 2240-0475 на горизонтально-фрезерном станке модели 6М82Г

 

2.1.3 Тип производства - мелкосерийное

Рисунок 1. Изображение  обрабатываемой детали.

   

2. Краткая характеристика станка

 

2.2.1 В таблице 1 приведены основные  параметры фрезерного станка  модели 6М82Г на котором предусматривается  устанавливать разрабатываемое  приспособление, принятое для выполнения  технологической операции, содержание  которой приведено в пункте 2.1

Наименование  параметров	Числовые  значения
1) Размеры  поверхности стола - ширина, мм - длина, мм	320 1250
2) Расстояние  от оси шпинделя - до стола, мм - до хобота, мм	30-450 155
3) Наибольшее  расстояние оси вертикальных  направляющих до задней кромки стола, мм	300
4) Количество  Т-образных пазов, шт	3
5) Расстояние  между Т-образными пазами, мм	70
6) Ширина  Т-образного  паза, мм	18H8
7) Наибольшее  продольное перемещение стола,  мм	700
8) Число  ступеней шпинделя	18
9) Число  оборотов шпинделя в минуту	31,5-1600
10) Число  подач стола	18
11) Продольная  подача стола м/мин	25-1250
12) Мощность  главного электродвигателя, кВт	7,5
13) Габаритные  размеры - длина,  мм - ширина, мм - высота, мм	2260 1745 1660
14) Масса,  кг	2700

1. Установка заготовки в приспособлении

1. Выбор баз

3.1.1 Согласно заданным исходным параметрам (в соответствии с рисунком 1) для установки заготовки в приспособлении, в качестве баз выбираем следующие поверхности.

- поверхность А, относительно оси которой необходимо выдержать размеры 8±0.1 мм,

25 _+0,52 мм, и допуск расположения кулачков не более 0.12 мм

- поверхность  Б, относительно которой необходимо  выдержать размеры

42h14(_-0,62) мм , 45^+0,74_-0,52  мм.

- поверхность  В, предотвращает вращение детали.

 

3.1.2 Назначение опорных точек.

На  поверхности А – 4 опорные точки, как длинный цилиндр.

На  поверхности Б и В по одной  опорной точке.

В качестве главной выбираем поверхность А, как несущую наибольшее количество опорных точек.

Для установки заготовки в приспособление используются все три базы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Схема базирования и закрепления.

 

3.2.1 Составляется схема базирования  и закрепления, добиваясь относительного  расположения опорных элементов  заготовки, точки приложения и  направления зажимного усилия. При  этом учитывается жесткость заготовки. Схема изображена на (Рис. 2)

Рисунок 2. Схема базирования и закрепления.

3.2.2 Выбранная схема базирования и закрепления предусматривает все условия закрепления заготовки с наименьшей, но достаточной силой закрепления Q, что ведет к разработке более компактного зажимного устройства в целом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Способы базирования. Погрешности базирования

3.3.1 Согласно правилу базирования  заготовок группой баз, базирование  начинается с главной базы, несущей  наибольшее количество опорных точек.

 

3.3.2 Для выбранных  баз (см. п. 3.1) удобно выбрать следующие  способы базирования:

- поверхность  A - на длинный цилиндрический палец, лишающий заготовку четырех степеней свободы.

- поверхность Б - упирается в буртик длинного цилиндрического пальца, при этом заготовка лишается еще одной степени свободы.

- поверхность  В - с помощью штифта, при этом заготовка лишается еще одной степени свободы.

 

3.3.3 Для базирования поверхности А используют длинный цилиндрический палец. Заготовка на него становится устойчиво, базирование устойчивое и производительное.

 

3.3.4 Погрешности базирования на длинный цилиндрический палец. Для удобства и производительности заготовка устанавливается на палец с гарантированным зазором. Так как отверстие диаметром 30H7^(+0,021) , принимается палец диаметром 30g7^(+0,007_-0,028). При этом погрешность базирования будет равна наибольшему зазору:

мм

- При  базировании на буртик цилиндрического  пальца, погрешность базирования  близко равна , так как не  влияет на размеры выдерживаемых  параметров

- При  базировании с помощью штифта  диаметром 8g7(^+0,005_-0,02) шпоночного паза шириной 8H7(^+0,015), погрешность базирования равна наибольшему зазору:

мм

 

 

 

 

 

 

4. Расчет зажимного устройства

 

3.4.1 Расчет режимов резания.

1. Глубина фрезерования:     t =25 мм;
2. Ширина фрезерования:     В =25 мм;

 

3. Подача при черновом фрезеровании:

S_z=0.03 мм/зуб;

4. Частота вращения фрезы:

n =560 об/мин.

5. Сила резания:

,

где С_р = 261; x = 0,9; y = 0,8; n = 1,1; q = 1,1;w = 0,1 – коэффициент степени в формуле силы резания (табл. 41),

- коэффициент, учитывающий качество  обрабатываемого материала (табл. 9, стр. 264),

,

,

.

 

5. Расчётная схема, уравнение равновесия и расчёт зажимного усилия

Рисунок 3

Уравнение равновесия имеет вид:

,

тогда

,

где ¦=0,25 - коэффициент трения,

а = 40мм - расстояние

в =17,5мм - расстояние,

С учетом коэффициента надёжности закрепления к, уравнение примет вид:

где,       ,

при этом k₀=1,5 - гарантированный коэффициент запаса;

           k₁=1,2 - коэффициент, учитывающий увеличение силы резания из-за случайных неровностей на заготовке;

k₂=1,2 - коэффициент, учитывающий увеличение сил резания вследствие затупления режущего инструмента;

k₃=1,3 - коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при прерывистом фрезеровании;

k₄=1,2 - коэффициент, характеризующий непостоянство непостоянство зажимного усилия для ручных зажимных устройств;

k₅=1 - коэффициент, учитывающий эргономику немеханизированного зажимного механизма при удобном расположении и малой длине рукоятки;

k₆=1 – коэффициент для опорного элемента, имеющего ограниченную поверхность контакта с заготовкой;

;

Подставляя  полученные данные в формулу, получим:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Выбор зажимного устройства

 

Зажимное  устройство состоит из ручного привода и силового механизма. В качестве привода выбираем резьбовую кинематическую пару, которую приводит в действие рабочий. В качестве силового механизма используются Г-образные прихваты.

7. Определение исходного усилия:

 Сила закрепления прихватом в данном случае рассчитывается по формуле.

где Н =28 расстояние от опоры до силового механизма;

     L =25 расстояние от силового механизма до заготовки (Рис.4).

     f=0,1- коэффициент трения

Так как в приспособлении используется для зажима три Г-образных прихвата, силы закрепления на каждый прихват распределяются равномерно.

Н

Так как при зажиме заготовки на болт действуют не только сила зажима, но и пружина, то необходимо учесть и силу зажима пружины.

Так как расчетная сила зажима больше чем 30H, то необходимо использовать гаечный ключ

 

 

Рисунок 4. Схема определения исходного усилия.

8. Расчёт болта.

 

Исходя  из равнопрочности стандартизованных резьбовых изделий работающих при статической нагрузке, можно ограничиться расчетом по основному критерию работоспособности-прочности стержня при совместном действии растяжения и кручения.

Болт  нагружен растягивающей силой F=1780 Н (Рис. 5) . Расчет сводится к определению расчетного диаметра d_Р резьбы, из условия прочности на растяжение:

 

 

откуда:

Выбираем  болт М16.

 

 

Рисунок 5. Схема расчета прочности болта.

1. Элементы координации инструмента

1. Особенности конструкции

 

4.1.1 .На данной операции необходимо  скоординировать положение фрезы  в двух направлениях: для получения  глубины обрабатываемых пазов  и расположения их относительно  оси симметрии детали.

4.1.2 Для настройки фрезы используются  специальный угловой установ. Установ крепится и фиксируются на корпусе.

Размер  паза B₁ установа определяется с учетом использования щупа толщиной 3 мм по ГОСТ 8925-68.

В₁ = 25 + 3 = 28±0,13 мм

Размер  паза В₂ установа определяется с учетом использования щупа толщиной 3 мм

В₂ = 8 + 3 = 11±0,05 мм

4.1.3 Точность ширины пазов В₁ и В₂ (Рис. 6) определяется с учетом точности размеров фрезы и щупов. Допуск размеров В₁ и В₂ определяется допуском обрабатываемых пазов, уменьшенных в два раза.

4.1.4 После изображения установа на компоновке приспособления устанавливаются контрольные параметры, связанные с настройкой фрезы с использованием плоских щупов толщиной 3 мм по ГОСТ 8925-68. Непосредственное соприкосновение фрезы с установом не допускается во избежание их повреждения. Установ на корпусе устанавливается с учётом врезания инструмента, т.е. чтобы при наладке не произошло врезание инструмента в заготовку.

Рисунок 6. Параметры настройки фрезы.

2. Погрешности, связанные с настройкой инструмента (фрезы) , относительно приспособления

 

4.2.1 Фрезу необходимо располагать  точно относительно опорных элементов  (цилиндрического пальца). При этом  определяется погрешность расположения  рабочих поверхностей установа  относительно опоры  _п.н. , и погрешность настройки _н.   , которая связана с погрешностью расположения фрезы относительно установа. Для этого на сборочном чертеже приспособления проставляются контрольные параметры, которые должны ориентировать фрезу.

4.2.2 При определении положения рабочей поверхности ( по глубине) паза установа при настройке фрезы по щуп толщиной 3 мм по ГОСТ 8925-68. Рабочие поверхности установа ориентируются относительно оси и буртика цилиндрического пальца.

Размер  от рабочих поверхностей установа до поверхности опоры в виде буртика цилиндрического пальца указаны на сборочном чертеже с принятыми предельными отклонениями.

Погрешности контрольных параметров – размеров от рабочих поверхностей установа до опор приняты в зависимости от погрешностей размеров выдержить при обработке ( даны в разделе 2.1)

Согласно  вышеизложенного определяются погрешности  расположения рабочих поверхностей установа относительно опор:

- в направлении размера 42 мм              _п.н.1 = 0,32 мм

- в  направлении размера 45 мм              _п.н.2 = 0,42 мм

- в  направлении размера 25 мм              _п.н.3 = 0,26 мм

- в  направлении размера 8 мм                _п.н.4 = 0,1 мм

Погрешность настройки фрезы относительно установа:

н.2 = _щ + _у.ф.

где _щ. = 0,006 мм - погрешность изготовления щупа, _у.ф. = 0,01 мм – погрешность настройки фрезы по установу с использованием щупов, принятое условно, так как эта погрешность зависит от человеческого фактора – квалификации рабочего, осуществляющего настройку.

н.1 = 0,006 + 0,01 = 0,016 мм

1. Делительное устройство.

5.1.1 Для обработки трех кулачков, равнорасположенных относительно друг друга в приспособлении предусматривается делительное устройство, позволяющее без снятия заготовки повернуть ее на требуемый угол. При этом уменьшается время на переустановку и следовательно повышается производительность.

 

5.2 Погрешность деления

дел. = + ₁ + + ₀

где – погрешность, связанная с зазором между пальцем фиксатора диаметром 10g7(_-0,018^-0,009) мм и гнездом делительного элемента диаметром 10H7(^+0.015) мм

= 0,33 мм

₁ – зазор между направляющей частью пальца фиксатора диаметром 18H7(^+0,015) мм и его втулкой диаметром 18g7(_-0.018^-0.009) мм

1 = 0,033 мм

– эксцентриситет втулок по ГОСТу    = 0,01 мм

₀ – погрешность расположения гнезд в делительном элементе (позиционный допуск).

0 = 0,01 мм.

Подставляя  полученные значения в формулу получим:

дел. = 0,033 + 0,033 + 0,01 + 0,01 = 0,086 мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Установка приспособления на станок

1. Способ установки

 

Предлагаемое  приспособление предполагается установить на горизонтально-фрезерном станке модели 6М82Г.

Согласно  характеристике станка (см. п. 2.2) приспособление должно контактировать со столом, на котором  имеются три Т-образных паза шириной 18Н8 и расстоянием между пазами 70 мм.

Учитывая  разработанную компоновку, корпус приспособления небольшой по габаритам в плане  и невысокий. Поэтому для уменьшения погрешности по плоскости нижней поверхности корпуса, целесообразно  выполнить небольшую выемку, совмещенную  с пазами под направляющие шпонки. Этим обеспечивается технологичность конструкции выемки и пазов под щпонки.

Для точной ориентировки приспособления применены  две призматические шпонки, обеспечивающие меньший разворот приспособления за счет зазора между пазом стола  и шпонками.

Для крепления приспособления к столу  станка в корпусе выполняются  проушины, как наиболее удобные в  использовании. По известной ширине пазов стола станка и силе резания, стремящейся оторвать приспособление от стола станка, определено  ,что  необходимы 2 болта (см. расчет п. 8.2). Соответственно достаточно выполнить в корпусе две проушины. Выполнять эти проушины следует вдоль обрабатываемого паза (поближе к силам резания) – см. сборочный чертеж. Но из-за габаритов корпуса, по причине возникновения вибраций в процессе обработки, предлагается выполнение еще двух проушин, т. е. крепление приспособления к столу станка четырьмя болтами, расположенными симметрично обрабатываемого паза.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Погрешности, связанные с установкой приспособления на станок

 

Погрешность установки на станок, т.е. погрешность расположения посадочных поверхностей приспособления относительно посадочных мест станка _Р.П., определяется точностью контакта нижней плоскости корпуса приспособления и плоскостью стола станка, а так же зазором между направляющими шпонками и пазом стола станка

Погрешность установки, связанная с точностью  контакта корпуса приспособления со столом станка практически незначительно  будет влиять на размеры 8 мм и 25 мм, из-за небольшой погрешности по плоскости нижней поверхности корпуса приспособления. Погрешность, возникающая вследствие зазора между шпонками и пазом стола станка, не влияет на глубину обрабатываемого паза, так как инструмент устанавливается по установу и ход обработки небольшой.

Согласно вышеизложенному,, погрешность установки приспособления на станок принимаем условно: 

Р.П., = 0,01 мм

На  точность обработки может влиять и точность взаимного расположения опорных элементов и посадочных поверхностей приспособления _П.О.,.   Определяется указанной на сборочном чертеже приспособления точностью расположения опорного элемента – длинного цилиндрического пальца. Относительно посадочных поверхностей приспособления (смотри на сборочном чертеже требование «Допуск перпендикулярности плоскости симметрии цилиндрического пальца относительно общей плоскости симметрии направляющих шпонок не более 0,01 мм).

Погрешность, возникающая вследствие неперпендикулярности оси цилиндрического пальца относительно посадочных поверхностей приспособления не влияет на ширину обрабатываемого паза, следовательно принимаем ее рамной нулю.

П.О., = 0 мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Обоснование целесообразности разработанного приспособления

7.1.  Соответствие назначению.

Разработанное приспособление можно считать как  производительное согласно принятому  типу производства (мелкосерийное и  серийное)

Приспособление  позволяет устанавливать заготовку  без выверки, что уменьшает вспомогательное  время на выполнение технологической операции. Базирование без выверки исключает из тех процесса дорогостоящую операцию – разметку.

Применение  настроечного элемента – установа и соответствующий расчет на точность обработки, позволяет автоматическое обеспечение параметров, что дает возможность исключить контроль качества изготовления детали.

7.2. Эксплуатационные удобства и  безопасность в работе

Конструктивные  особенности приспособления и их соответствие требованиям безопасности, позволяют обеспечить безопасную и  удобную работу рабочего, обслуживающего предлагаемое приспособление.

Установка заготовки и монтаж приспособления на станок просты и удобны

Приспособление  соответствует требованиям по ГОСТ 12.2.029-88

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.4. Обеспечение точности обработки

Расчет  на точность обработки детали, изображенной на (Рис. 1), предусматривает проверку обеспечения (выдерживаемых на операции, выполняемых с использованием разработанного приспособления) следующих размеров:

-размер 8±0.1 мм

-размер 25^+0.52 мм

- размер 42_-0,62 мм

- размер 45±_0.52^0.74 мм

- допуск  расположения кулачков относительно  плоскости симметрии поверхности  диаметром 30H7. Допуск расположения составляет 0.12 мм

Обеспечение указанных параметров проверяется  определением  ожидаемой величины результирующей погрешности  , которая включает суммирование всех составляющих погрешностей, влияющих на точность проверяемого параметра.

Результирующую  погрешность  следует сопоставлять с погрешностью (допуском) проверяемого параметра e_ДЕТ . При этом обеспечение соответствующей точности обработки определяется условием

На  стадии проектирования (разработки) приспособления, составляющие погрешности следует  отнести к разделу случайных. При этом ожидаемая величина результирующей (суммарной) погрешности определяется суммированием максимальных значений всех составляющих погрешностей, которые влияют на точность проверяемого параметра по следующей формуле:

,

 

Расчет  приведен в подразделе 7.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.5. Расчет суммарной погрешности.

Проверку  осуществляется с параметра, выдерживаемого на данной операции, имеющего меньший  допуск, т.е. допуск расположения.

e_ДЕТ = 0,12 мм

Далее приведены составляющие погрешности, которые влияют на точность проверяемого параметра. При этом указаны максимальные значения каждой из составляющих погрешностей.

 

e_с - погрешность станка, вызванная не параллельностью боковых сторон паза стола станка направлению его продольного перемещения. Для фрезерных станков с ходом до 300 мм данное отклонение равно 0,015 мм (согласно норм точности по ГОСТ 17734-88).