Проектирование технологической оснастки

     Министерство  образования и науки Украины

     Харьковский национальный автомобильно-дорожный

     университет 
 

     Кафедра ТМ и РМ 
 
 
 
 

     КУРСОВАЯ   РАБОТА

     по  дисциплине: «Проектирование технологической оснастки" 
 
 
 
 
 
 
 

                                           Выполнил:

                                                                                     Проверил:  
 
 
 

     2011 
 

     СОДЕРЖАНИЕ

  Введение                                                                                                                 4                                                                                                                        

        1. Общий анализ приспособления.                                                                       6

        1.1 Анализ приспособления                                                                                  6                                                                        

        1.2 Анализ работы приспособления                                                                     7          

       2. Силовой расчет приспособления                                                                       8                                         

  2.1 Расчетные факторы для определения силы закрепления                             11           

        2.2 Условия статического равновесия объекта во время исполнения

         операций  технического процесса                                                                       12

        3. Определение основних характеристик силового механизма 

         приспособления                                                                                                     13

  4. Конструирование расчет гидравлического привода                                       18

  4.1 Краткие теоретические сведения                                                                    18

  4.2 Расчет  гидравлического привода                                                                   18

  Приложение  А                                                                                                        22

  Выводы                                                                                                                    23      

  Список литературы                                                                                              24        

     ВВЕДЕНИЕ

     На  автопредприятиях, ремонтных заводах, станциях технического обслуживания принимают  технические решения для усовершенствования конструкций приспособления, выполняют расчет на прочность элементов приспособлений и их приводов, исходя из условий закрепления и режимов механической обработки заготовок деталей согласно разработанным новым технологическим процессам.

     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 затрат 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:

     -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;

     -повышается  производительность, и облегчаются  условия труда рабочих мест  за счет механизации приспособлений, а так же за счет применения  многоместной, позиционной и непрерывной обработки;

     -расширяются  технологические возможности станков,  что позволяет на обычных станках  выполнять такую обработку или  получать такую точность, для  которой эти станки предназначены.  За последнее время значительно  повысился уровень механизации и автоматизации приспособлений, проведена также большая работа по стандартизации их деталей, узлов и отдельных конструкций. Широкая механизация и автоматизация приспособлений в условиях мелкосерийного производства стала возможной на базе применения двух современных принципов в конструкции:

     а) создание переналаживаемых (групповых, универсальных) приспособлений с индивидуальным механизированным трудом;

     б) создание универсальных силовых  приводов для последовательного  обслуживания ряда специальных приспособлений. 

     Одновременно  в единичном и мелкосерийном  производстве широкое применение получила система универсально-сборных приспособлений. Она основана на принципе многократного  использования определенной совокупности деталей и узлов, из которых в  течение нескольких часов компонуются разнообразные приспособления. В ней начинают использовать пневмо и гидросиловые узлы для закрепления заготовок.

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

     Для устранения негативных факторов и для  обеспечения низкого уровня на первом этапе стали совершенствовать специализацию  ремонта, создавать узкоспециализированные предприятия с высокой концентрацией производства и прогрессивных технологий. 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. ОБЩИЙ АНАЛИЗ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ

1. Анализ  приспособления

     На  (рис.1.1) представлено приспособление, которое применяется при сверлении и развертывании отверстий в заготовке, и предназначено для базирования  плоскостью, внутренней цилиндрической поверхностью, опорной скрытой базой и для закрепления заготовки одновременно рассосредоточеными силами, направленными по нормали к установочной базе. 

     Рис.1.1  Приспособление для базирования  заготовки плоскостью и внутренней цилиндрической.

     Заготовку устанавливают отверстием на цилиндрическую оправку 1 и доводят до контакта с торцовой поверхностью оправки, играющей роль установочной поверхности опорной пластины. На шток 2 устанавливают шайбу 3,  и поворотом маховика 4 с помощью винта 5 закрепляет заготовку. Для обработки режущий инструмент направляют в отверстие кондукторной втулки 7. После обработки одного отверстия заготовку поворачивают на 1/8 часть окружности. Для этого поворотом рукоятки 8 отводят стопор 9 и вращают диск 10 с помощью рукоятки 11.Диск вращают до тех пор, пока стопор 9 под действием пружины 12не войдет в новое делительное отверстие, зафиксировав диск и заготовку в требуемом положении.

     1.2 Анализ работы приспособления 

     В приспособлении (рис.1.1) заготовка опирается  установочной базой на опорную пластину (опорные точки 1, 2, 3 на рис. 1.2), двойной  опорной базой – на цилиндрическую оправку 1 (опорные точки 4, 5 на рис. 1.2). Закрепление заготовки силами Р , Р , ….. , Р (рис 1.2) осуществляется с помощью съёмной разрезной шайбы 3 и ручного винтового привода. Приспособление снабжено кондукторной плитой 6 , кондукторной втулкой  7, и делительным и поворотным механизмами, позволяющими обработать восемь отверстий.

     Заготовку устанавливают отверстием на цилиндрическую оправку 1 и доводят до контакта с  торцовой поверхностью оправки, играющей роль установочной поверхности опорной пластины. На шток 2 устанавливают шайбу 3,  и поворотом маховика 4 с помощью винта 5 закрепляет заготовку. Для обработки режущий инструмент направляют в отверстие кондукторной втулки 7. После обработки одного отверстия заготовку поворачивают на 1/8 часть окружности. Для этого поворотом рукоятки 8 отводят стопор 9 и вращают диск 10 с помощью рукоятки 11.Диск вращают до тех пор, пока стопор 9 под действием пружины 12 не войдет в новое делительное отверстие, зафиксировав диск и заготовку в требуемом положении.  

                                       Рис.1.2.Заготовка

     Основные  технические требования к расположению условных элементов.

     1. Отклонение от перпендикулярности  поверхности А относительно поверхности  Б не более Т на длине l .

     2. Отклонение от параллельности  поверхности А относительно поверхности  Б не более Т на длине l .

      3. Отклонение от параллельности  оси кондукторной втулки относительно поверхности А не более Т на длине l .

     4. Отклонение от перпендикулярности  оси поверхности Г относительно  поверхности А не более Т на длине l .

                               2 СИЛОВОЙ РАСЧЕТ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ. 
 

     Для расчета силы закрепления необходимо знать величины и направления  действий сил обработки и моменты  от них, которые действуют на объект во время обработки, схемы размещения установочных и зажимных элементов. Во время расчета силы закрепления относительно схемы базирования и принятой схемы передачи усилия от привода к зажимным элементам  определяют величины реакций в точках контакта объекта с установочными и зажимными элементами. Значения реакций определяют из условия статистического равновесия.

       Во время фрезерования (рис.1, ) на  заготовку действуют две составляющие  силы резания: P1,P2. Сила P1 сдвигает заготовку вдоль установочной базы, сила P2 придавливает заготовку к установочной базе. Действие сил воспринимает цилиндрический штырь 1. Действие силы P1 воспринимают все установочные элементы 1, 2, 3. Поскольку штырь отличается небольшой жесткостью, а его износ влияет непосредственно на точность обработки заготовки, то его надо разгрузить. Силы P1 и W образуют силы трения, что противодействуют сдвигу.

     Поэтому сила закрепления W должна быть больше чем сумма сил, что сдвигают объект, и одновременно образовывать момент трения, больше чем момент сдвига.

                Для этого в уравнение статики  вводят коэффициент запаса силы закрепления.

       Уравнение равновесия объекта  во время действия активных  сил и моментов от них имеют  общий вид 

                           ,                                           (2.1)

                                                                   (2.2)

     где  k – коэффициент запаса сил закрепления;

       P_i, F_i – i – я активная сила (составная силы обработки), которая смещает объект, и сила трения, что противодействует смещению, соответственно;

       M_a M_Fi – i-й активный момент сил (момент от составной силы обработки), что вращают объект, и момент сил, что противодействуют вращению объекта, соответственно;

     n- количество активных сил (моментов);   

     m- количество противодействующих сил (моментов);

     Расчет  необходимой силы закрепления, когда в приспособлении используется силовой механизм типу 1 и составляющая силы обработки  совпадает по направлению действия с силой закрепления, следует ввести по условию равновесия объекта с учетом перераспределения реакций в установочных и зажимных элементах.

          Коэффициент k запаса силы закрепления  определяется по формуле [1] 

                                  ,                                          (2.3) 

       где      k₀=1,5 - гарантированный коэффициент запаса;

         k₁ – коэффициент, который учитывает увеличение силы обработки от неравномерности припуска на обрабатываемой поверхности объекта и качества базовой поверхности (для черновой обработки k₁=1,2; для чистовой – k₁=1,0 [2, табл.4.1, с.118])

     k₂ – коэффициент, который учитывает увеличение силы обработки в следствии притупления режущего инструмента (k₂= 1,0 – 1,7 [1, табл.12,с. 84;]; табл. A. 1);

       k₃ – коэффициент, который учитывает увеличение силы резания во время обработки нецелостных поверхностей объекта (для обработки нецелостных поверхностей k₃= 1,2; для целостных – k₃=1,0);

       k₄ – коэффициент, который учитывает постоянство силы закрепления, что образуется силовым приводом приспособления (k₄=1,3 – для пневмо-и гидроцилиндров одностороннего действия; k₄=1,2 – с использованием пневмокамер, пневморычажных систем, приспособлений с пружинными элементами ( мембраны, гидропластмассы); k₄=1,0 – для пневматических и гидравлических, пневмогидравлических приспособлений двухстороннего действия, а также магнитных и вакуумных приводов);

     k₅ – коэффициент, который характеризует контакт с опорными элементами приспособления (k₅=1,5 – точки контакта размещены неравномерно или неопределенно; k₅=1,0 – точки контакта размещены равномерно);

     k₆ – коэффициент, который характеризует тип силового механизма в приспособлении (k₆=1,2 – для типа 2, k₆=1,0 – для типа1); 

     k= k₁*k₂*k₃*k₄*k₅*k₆=1,2*1,5*1*1,3*1*1,2=2,8 

1. Расчетные факторы для определения  силы закрепления          

     Для определения силы закрепления объекта  необходимо знать жесткость системы установоч6ных и зажимных элементов приспособления  в перпендикулярном и тангенциальном направлениях, значения коэффициентов трения в местах контактов с объектов.

     Жесткость j_i системы зажимных элементов в перпендикулярном направлении можно определить как  

                                                                                (2.4) 

     где  j₁₂ – жесткость сжатия зажимной элемент – объект;

          j_11i – жесткость i – го сжатия в системе зажимных элементов приспособления;

               n – количество сжатий в системе зажимных элементов.

     Во  время расчета приспособлений с  силовым механизмом  типа 1 рекомендуется  принимать [1]. 

     2.2 Условия статического равновесия объекта во время исполнения операций технологического процесса 

     Условиями статического равновесия объекта, закрепленного  в приспособлении, во время исполнения операций технологического процесса является отсутствие его линейного и углового смещения на установочной плоскости  и углового смещения вокруг оси, параллельной базовой плоскости (опрокидывания).

       Рассмотрим  условия статического  равновесия заготовки, закрепленной  в шарнирно – рычажном приспособлении, во время фрезерования (рис.1).

       Первое условие: устранение линейного  смешения относительно оси Оx от действия силы P1

     Исходя  из уравнения (2.1) получим 

                                        k*P₁=F₁+F₂=F₃                                                  (2.5) 

     где    F₂, F₁ F₃ – силы трения в опорных элементах;

              P₁ – горизонтальная составляющая силы резания (P₁=500 H);

     Силы  трения в опорных элементах определяются так 

                                           F₁=T₁*f₁,                                                     (2.6) 

                                                               F₂=T₂*f₁,                                                 (2.7) 

       где T₁,T₂ – вертикальные реакции в местах закрепления зажимной элемент – заготовка;

            f₁ – сила трения (табл.2), для случая трения сталь – сталь (f₁=0.15);

     При использовании силового механизма  типа 1 в приспособлении равнодействующие вертикальных реакций 

                                                                                     (2.8) 

                                         ,                                                       (2.9) 

     Тогда согласно с (2.8) и (2.9) силы трения(2.9) 

                                                                               (2.10) 

       После подстановки (2.10) и (2.11) в  (2.5) получим 

                                      .                                           (2.11) 

     Вторым  условием сбережением равновесия является устранение углового смещения относительно оси  

                                     k*(P₁*H+P₂+H)=F₁*l₂,                                        (2.12) 

     где P₂ – вертикальная составляющая силы резания (P₂=700 H);

          l₁ и l₂ – геометрические параметры объекта (l₁=20 мм, l₂=40 мм).

     После подстановки (2.10) в (2.15) и значений k,l₁,l₂,P₁,P₂ получим. 

     Третьим условием  сохранения равновесия является устранение линейного смещения заготовки вдоль оси ОZ от действия силы P₂

                                               k*P₂=T₁,                                                (2.13) 

       После подстановки (2.10) и значения P₂ в (2.16) получим 

                                                   W=2,8*P₂=1960 H. 

       Для дальнейших расчетов принимаем  наибольшее из полученных значений  силы закрепления, определенных  из условий равновесия.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИЛОВОГО    МЕХАНИЗМА ПРИСПОСОБЛЕНИЯ

       По классификации силовые механизмы  приспособления делят на простые  и комбинированные.

     Простой механизм характеризируется передаточным отношением сил, передаточным отношением перемещений, коэффициентом полезного действия, запасом самоторможения и запасом хода. Запасом самоторможения характеризируются клиновые, эксцентриковые и винтовые механизмы. Запас самоторможения определяется отношением силы трения, которая держит механизм в заторможенном состоянии (при отсутствии действия привода), к силе обратного действия.

     Передаточное  отношение сил 

                                               ,                                                   (3.1) 

     где Q - сила, которая прикладывается на ведущем элементе механизма (сила привода).

     Передаточное  отношение перемещений  

                                                ,                                                (3.2) 

     где      S_W – перемещение ведомого элемента механизма;

     S_Q – перемещение ведущего элемента механизма (см. рис.2).    

     Запасом хода S механизма является перемещение ведомого элемента в двух граничных точках, которые определяют его выходное положение и возможное крайнее (нерабочее).

         Коэффициент полезного действия  

                                             ,                                               (3.3) 

     где   i_ig – передаточное отношение сил идеального механизма (не  учитывая силу трения) 

4. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРИВОДА

1. Краткие теоретические ведомости

     Гидравлические  приводы по принципу действия не отличаются от пневматических, но конструктивно  имеют существенную разницу. Они  работают при давлении жидкости до 20 МПа, что позволяет значительно уменьшить их габаритные размеры по сравнению с пневматическими. Приводы с гидравликой используются для зажатия одного объекта в нескольких точках или несколько объектов одновременно (в многоместном приспособлении).

       Гидравлические приводы имеют индивидуальную или групповую насосную установку, которая образует в системе давление 5 – 8 МПа и приводит рабочие гидроцилиндры, которые монтируются в корпусах приспособлений или устанавливаются на шпинделях верстаков. Гидропривод компонуется из стандартных насосов, узлов и деталей. Классификацию насосов подано в ГОСТ 17398-72. Основные параметры насосов приведены в ГОСТ 8753-71. 

2. Расчет  гидравлического  привода

     Исходными данными для расчета гидравлического  привода является необходимая приводная сила Q (Q=5570.7 H), и давление рабочей жидкости  p_p (p_p=6,4 МПа).                   

     Диаметр цилиндра определяем по формуле (4.1), подставляя =0,9-0,97 [4] 

                                                  ,                                       (4.1) 

                                              мм

     Продуктивность  насоса определяется по формуле 

                                                     ,                                           (4.2) 

     где    S – ход поршня (S=10 мм);

     t – время закрепления ( срабатывание гидропривода);

      =0,95 – 0,97 – коэффициент объемных  потерь гидроцилиндра [1].

     Мощность, которая затрачивается на привод насоса 

                                                      ,                                          (4.3) 

     где   =0,85 – 0,9 – механический коэффициент полезного действия насоса [1].

     Внутренний  диаметр трубопровода определяется по эмпирической зависимости [1], мм 

     где    Q_ном – номинальная продуктивность насоса, дм³/мин;

         V=1,5 – 4 – скорость движения рабочей жидкости в трубопроводе 

                                                        ,                                          (4.5) 

     Используя условие непрерывности потока жидкости в гидросистеме 

                                                        ,                                        (4.6)  

      ,                                           (4.7)