Разработка сверлильного приспособления

Оглавление

Введение 2

1.Анализ конструкции детали и операционного эскиза 3

2. Краткое описание выполняемой в приспособлении операции, применяемого инструмента, оборудования и режимов резания 6

3. Анализ существующих конструкций приспособлений и обоснование выбранных решений. 11

4.Описание выбранной конструкции и принципа действия приспособления. 15

5. Силовой расчет приспособления 16

5.1. Расчет силы зажима детали. 16

5.2 Выбор и расчет силового привода. 18

Список использованной литературы 21

 

 

 

Введение

Приспособлениями  в машиностроении называют вспомогательные  устройства, используемые при механической обработке, сборке и контроле изделий. Приспособления, рабочие и контрольные  инструменты вместе взятые называют технологической оснасткой, причем приспособления являются наиболее сложной  и трудоемкой ее частью.

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.

В зависимости от вида производства технический  уровень и структура станочных  приспособлений различны. Для массового  и крупносерийного производства в большинстве случаев применяют  специальные станочные приспособления.

Целью данного курсового проекта является повышение производительности и  точности обработки, а также улучшение  качества детали.                                

В результате выполнения курсового проекта  было разработано сверлильное приспособление, позволяющее обрабатывать отверстия  с погрешностями, не превышающими допуски на выполняемые размеры, а также произведен расчет силового привода, подтверждающий, что с помощью данного приспособления может быть достигнута требуемая сила прижима.

 

1.Анализ  конструкции детали и операционного  эскиза

 

Рассматриваемая в данном курсовом проекте деталь «Стакан» предназначена для базирования деталей в узле.

На рис.1.1 представлен эскиз детали с указанием основных поверхностей.

Рис.  1.1 - Эскиз детали «Стакан»

Для изготовления детали используется сталь 45 ГОСТ 1050-88. В табл.1.1 и табл. 1.2 приведены соответственно химический состав и механические свойства стали 45.

 Таблица 1.1 Химический состав стали 45

С	Si	Mn	S	P	Ni	Cr
			не более
0,48-0,51	0,17-0,33	0,17-0,28	0,018	0,025	0,12	0,12

Таблица 1.2 Механические свойства стали 45

sт, МПа	sвр, МПа	d5, %	f, %	aн, Дж/см2	HB (не более)
не менее					горячекатаной	Отожженной
530	880	9	40	50	241	197

В результате анализа чертежа детали можно предложить следующий маршрут  изготовления изделия (см. рис 1.1):

1. 005 заготовительная
2. 010  токарная – обработка поверхности 9
3. 015  токарная – обработка поверхностей 3
4. 020  токарная – обработка поверхности 2

Переход 1 – начерно

Переход 2 - начисто

5. 025  токарная – обработка поверхности 1

Переход 1 – начерно

Переход 2 - начисто

6. 030  токарная – обработка поверхности 4

Переход 1 – начерно

Переход 2 - начисто

 

7. 035  фрезерная – обработка паза 5
8. 040  сверлильная – обработка отверстий 6 одновременно
9. 045 сверлильная – обработка отверстия 7
10. 050 фрезерная – обработка паза 8
11. 055 термическая
12. 060 шлифовальная – обработка поверхности 4
13. 065 шлифовальная – обработка поверхности 1
14. 065 шлифовальная – обработка поверхности 2
15. 070 нанесение покрытия

 

Конфигурация  детали достаточно технологична для  обработки резанием. Стакан не имеет закрытых и труднодоступных полостей. Все поверхности детали хорошо приспособлены для обработки режущим инструментом.

Таблица 1.3 - Характеристики поверхностей

№	Поверхность	Степень точности	Шероховатость
1	Отверстие	7 квалитет	Ra 3,2
2	Отверстие	8 квалитет	Ra 3,2
3	Отверстие	14 квалитет	Ra 6,3
4	Отверстие	7 квалитет	Ra 1,25
5	Паз	14 квалитет	Ra 6,3
6	Отверстие	14 квалитет	Ra 6,3
7	Отверстие	10 квалитет	Ra 6,3
8	Паз	14 квалитет	Ra 6,3
9	Наружный  цилиндр	14 квалитет	Ra 6,3

Вывод: Рассмотренные поверхности детали имеют легкий доступ инструмента. Деталь жесткая, что не ограничивает режимы резания.

Т.к. в данном курсовом проекте необходимо разработать приспособление для  одновременного сверления трех отверстий 6 (см. рис. 1.1), то рассмотрим более подробно сверлильную операцию 040 (см. ПСКП 210140.001ЭО). Базировать деталь на данной операции следует по цилиндрической поверхности на  цилиндрический палец и плоскость. При этом поверхность является чистовой базой. С целью обеспечения собираемости сопрягаемых в конструкции прибора деталей необходимо обеспечить точность взаимного расположения просверливаемых отверстий относительно оси детали (несоосность осей обрабатываемых отверстий с осью отверстия, в которое устанавливается цилиндрический палец). Анализируя операционный эскиз на данную операцию, можно установить, что конструкторской базой при выполнении не указанного на рабочем чертеже детали допуска несоосности является ось детали, а технологической базой – поверхность цилиндрического пальца. Т.к. обработка отверстий осуществляется с применением трехшпиндельной сверлильной головки, то положения опорных точек в процессе обработки отверстий не изменяются, а, следовательно, исключается погрешность базирования при выполнении размера .

Зажим заготовки осуществляется в  двух точках кондукторной плитой сверху по поверхности 1 (рис 1.1) с применением плавающего прижима. Данное направление силы зажима исключает погрешность, обусловленную смещением заготовки в процессе зажима, т.к. сила зажима направлена перепендикулярно выдерживаемым размерам.

На рис. 1.2 представлена схема базирования  детали с указанием числа степеней свободы, лишаемых установочными элементами.

При базировании на высокий цилиндрический палец (отношение длины пальца к диаметру пальца L/d = 48/35 = 1,37 > 1)  поверхность А (рис 1.2) является основной базой и лишает заготовку четырех степени свободы (перемещений вдоль осей X,Y и вращение вокруг осей X и Y).

На рис. 1.2 представлена схема базирования  детали с указанием числа степеней свободы, лишаемых установочными элементами.

Рис 1.2 – Схема базирования детали

Поверхность Б является двойной опорной базой и лишает заготовку двух степени свободы (перемещение вдоль оси Z и вращения вокруг оси Z).

Базирование заготовки является полным, т.к. данная схема базирования лишает заготовку шести степеней свободы.

 

2. Краткое описание  выполняемой в приспособлении  операции, применяемого инструмента,  оборудования и режимов резания

 

На данной рассматриваемой  операции (операция 040 Сверлильная Переход 1) осуществляется одновременное сверление  трех сквозных отверстий Ø2,5^+0,25 с применением трехшпиндельной сверлильной головки. Большое межосевой расстояние отверстий ( мм) позволяет применить многошпиндельную головку. Применение многошпиндельной сверлильной головки позволяет исключить погрешность базирования при выполнении размера вследствие того, что обработка отверстий осуществляется за одну установку детали и положение опорных точек остается неизменным.

В данном разделе  пояснительной записки произведем описание применяемого металлорежущего  инструмента и оборудования, а  также произведем расчет режимов  резания на данную операцию.

В качестве металлорежущего инструмента на рассматриваемой операции сверления применяется спиральное сверло с цилиндрическим хвостовиком по ГОСТ 886-77, изготовленное из быстрорежущей стали Р6М5 [1].

На рис. 2.1 представлен эскиз  металлорежущего инструмента.

 

Рисунок 2.1 –  Эскиз металлорежущего инструмента

 

В качестве металлорежущего оборудования применяется вертикально-сверлильный  станок 2Н125 со следующими техническими характеристиками [2, стр.20]:

• наибольший  условный диаметр сверления  25 мм.
• размеры рабочей поверхности стола  400х450 мм.

• максимальное расстояние от торца шпинделя до поверхности стола  650 мм.

        - ход шпинделя 250 мм.

• конус Морзе отверстия шпинделя – 3
• число ступеней оборотов шпинделя – 12
• число оборотов шпинделя в минуту  45¸2000 об/мин.
• мощность главного электродвигателя – 2,2 кВт.
• габаритные размеры:

длина   1130 мм.

ширина   805 мм.

высота   2080 мм.

На рис. 2.2 приведен эскиз вертикально-сверлильного станка 2Н125.

 

Б = 250 мм; В = 5…700 мм; Г = 14 мм; Д = 200 мм.

 

Рисунок 2.2 – Эскиз вертикально-сверлильного станка 2Н125

 

Произведем расчет режимов резания [2, стр.276].

 

Глубина сверления 

Подача    на   оборот   инструмента:

 [2, стр.277].

Принимаем

Скорость резания:

 

где    постоянная   и показатели степени ( ) [2, стр.278];

период стойкости инструмента (для сверла Ø2,5 из быстрорежущей стали при обработке стали ) [2, стр.279];

 общий поправочный коэффициент  на скорость резания, учитывающий отличные от табличных условия резания.

 

 

где   коэффициент на качество обрабатываемого материала;

коэффициент на инструментальный материал (при обработке стали и марки  режущего материала Р6М5 );

 коэффициент, учитывающий  глубину просверливаемого отверстия ( при l/D £ 3,6).

Поправочный коэффициент    для стали:

 

 

где  фактический параметр, характеризующий обрабатываемый материал (для стали 45 );

 показатель степени ( 0,9 при обработке стали сверлом из быстрорежущей стали);

 коэффициент ( при обработке стали сверлом из быстрорежущей стали);

Следовательно:

Тогда:

Частота вращения шпинделя станка:

 

Уточним частоту вращения шпинделя станка [3, стр.81]:

Следовательно:

Длина рабочего хода шпинделя станка:

Основное машинное временя обработки:

.

Штучное время на данную операцию [9, стр.101]:

 

 

где основное машинное время на обработку, мин;

       время на установку и снятие детали, мин;

       на закрепление и открепление детали, мин;

       время на приемы управления, мин;

       время на измерение детали, мин;

       время на тех. обслуживание рабочего места, мин;

       время на организацию, мин;

       время на отдых, мин.

 

_{Время на установку  и снятие детали (при  установке детали на гладкий палец  без крепления  и массе заготовки  до 0,5 кг):}

_{Время на закрепление  и открепление  детали (при зажиме детали рукояткой  пневматического  зажима и массе  заготовки до 1 кг):}

_{Время на приемы управления (установить инструмент в быстросъемный  патрон + включить станок + подвести инструмент + отвести инструмент +  выключить станок):}

Время на измерение детали (измерение калибр-пробками) отверстий):

Время на техническое обслуживание рабочего места (время на смену режущего инструмента):

Время на организационное обслуживание рабочего места (в процентах от оперативного времени):

_{Время на отдых (в процентах  от оперативного):}

_{Следовательно:}

Машинная подача:

Крутящий момент и осевая сила резания:

где  [2, стр.281] – постоянная и показатели степени;

 поправочный коэффициент.

Следовательно:

где  [2, стр.281] – постоянная и показатели степени;

 поправочный коэффициент.

 

Следовательно:

Мощность резания:

Т.к. мощность резания  меньше мощности электродвигателя привода  станка (), то, следовательно, станок 2Н125 подходит по мощности.

Исходя из годовой  программы выпуска изделий    определим необходимое количество металлорежущих станков для выполнения заданной годовой программы выпуска деталей.

Количество станков, необходимое для обеспечения  выпуска изделий в год определим  по следующей формуле [9]:

где  такт выпуска, мин.

где 4029 ч – фонд времени работы оборудования в планируемый период.

Следовательно:

Тогда:

Следовательно, для  обеспечения выпуска годовой  программы деталей достаточно применить  один станок.

3. Анализ  существующих конструкций приспособлений  и обоснование выбранных решений.

Разрабатываемое в данном курсовом проекте приспособление относится к группе сверлильных  приспособлений. Поэтому рассмотрим несколько существующих конструкций  сверлильных кондукторов, на основе которых будет осуществляться проектирование специализированного приспособления.

На рис. 3.1 показано приспособление к многошпиндельной сверлильной головке для обработки  отверстий в деталях крышек и  фланцев [7, стр.163]. Заготовка 2 крепится при помощи прижима 3 со сферой и  пружин 5, которые установлены на колонках головки. Заготовка вставляется  в отверстие опоры 1 и ориентируется  подпружиненной вилкой 8 до того, как  будет закреплена качающимся прижимом 3. Вилка перемещается к установленной  детали пружинами 7 и разворачивает  ее на оси опоры 1 до тех пор, пока оба ушка не упрутся в вилку 8. В исходное положение вилка отводится  клином 6 при ходе головки с кондукторной плитой 4 вверх.

Простота конструкции  является его достоинством.

 

Рисунок 3.1 -  Приспособление к многошпиндельной сверлильной  головке для обработки отверстий  в деталях крышек и фланцев

На рис. 3.2 показано приспособление к многошпиндельной головке для обработки отверстий  в деталях типа крышек [7, стр. 163]. В нем заготовка 4 становится в  отверстие стакана 5 и крепится пяткой 3. Сила закрепления зависит от параметров пружин 1, установленных на колонках головки. В кондукторной плите 2 предусмотрено  отверстие под заготовку 4, а прижимная пятка 3 крепится в П-образном приливе кондукторной плиты. Перед креплением заготовка разворачивается двумя призмами 8 до совмещения осей квадратного фланца с осями кондукторных втулок. Пружины 7, перемещающие призмы 8, выбирают в зависимости от веса заготовки и коэффициента трения. В исходное положение призмы 8 возвращаются клином 6 при  ходе кондукторной плиты 2 вверх. 

Простота конструкции  является его достоинством.

 

Рисунок 3.2 -  Приспособление к многошпиндельной головке для  обработки отверстий в деталях  типа крышек

 

На рис. 3.3 представлены несколько кондукторов, предназначенных  для сверления отверстий без  пневматического привода [4, стр.458]. Связь многошпиндельных головок  с приспособлениями необходима для  точного совмещения осей рабочих  шпинделей головки с осями  кондукторных втулок и обрабатываемых отверстий. Кондукторная плита выполняется  за одно целое с приспособлением  или выполняется подвесной.

В первом случае (позиция а) две направляющие колонки закрепляются в корпусе 1 приспособления, а в корпусе сверлильной головки предусматриваются приливы К с точными отверстиями для направления по колонкам. Во втором случае (позиция б) кондукторная плита 3 связана с головкой при помощи колонок 6, закрепленных в кондукторной плите гайками 2. В свою очередь кондукторная плита 3 с втулками 4 направляется по пальцам 5, закрепленным в корпусе 1 приспособления. Применение подвесных плит облегчает установку и снятие обрабатываемой детали.

 

Рисунок 3.3 – Связь многошпиндельных головок с приспособлением

 

На рис. 3.4 показан  пример конструкции с пружинным  механизмом [4, стр. 144]. В данной конструкции  зажим автоматически осуществляется при опускании гильзы 1 шпинделя сверлильного станка. На гильзе закреплена поперечина 2, несущая колонки 3 с  пружинами. На колонках, которые для  повышения жесткости направляются втулками 5, подвешена кондукторная плита 4. Перед началом сверления  кондукторная плита зажимает деталь 6 с силой, достаточной, чтобы удержать деталь в начале обработки. Для этого  при сборке пружины сообщается соответствующая  начальная осадка f_н. По мере подачи сверла усадка увеличивается и в конце обработки достигает значения, близкого к f_к. Чтобы не было большой разницы в силе зажима в начале и в конце обработки, длину пружины Н в свободном состоянии и осадку f_к берут как можно бóльшими.

 

 

Рисунок 3.4 – Типовая конструкция  пружинного механизма

 

За основу разрабатываемой  в данном курсовом проекте принята  конструкция приспособления, приведенная  на рис. 3.3, б. Схема базирования, используемая в конструкции выбранного  механизма,  соответствует схеме базирования на операционном эскизе, т.е. базирование детали осуществляется на цилиндрический палец с упором на плоскость. Направление силы зажима соответствует принятой, т.е. перпендикулярно опорной поверхности приспособления. В разрабатываемом в данном курсовом проекте приспособлении базировать деталь необходимо по обработанной цилиндрической поверхности  Æ20Н7 с упором в торец детали. В качестве установочного элемента выбираем цилиндрический сменный палец. При этом обеспечивается точное центрирование заготовки. Для направления режущего инструмента применяем две сменные кондукторные втулки, установленные на кондукторной плите. Зажим заготовки необходимо осуществлять кондукторной плитой сверху. В качестве силового привода, для упрощения конструкции приспособления, применим пружинный механизм.

 

4.Описание выбранной  конструкции и принципа действия приспособления.

Разработанное  в данном курсовом проекте сверлильное  приспособление состоит из основания 27 (см. ПСКП 210116.000 ВО), на котором с помощью шайбы прикреплен цилиндрический сменный палец 12, а также с помощью гаек 9 прикреплены две скалки 25, предназначены для направления кондукторной плиты 28. Скалки 25 перемещаются во втулках 22, запрессованных в кондукторной плите 28. Торцовой поверхностью деталь устанавливается на опорную шайбу 18, которая крепится к основанию 27 с помощью двух винтов 3. На кондукторной плите в промежуточных втулках 7 установлены две сменные кондукторные втулки 6, предназначенные для направления режущего инструмента. Для зажима заготовки служит цилиндрические опора 10, запрессованная в прижим 11, установленный на оси 4. Для связи кондукторной плиты 28 и сверлильной головки служат две скалки 23, которые прикреплены к кондукторной плите 28 с помощью гаек 14. Необходимое усилие прижима заготовки обеспечивается с помощью двух пружин 24. Шайбы 21 служат для поднятия кондукторной плиты 28 во время раскрепления заготовки и установления хода сверлильной головки. На столе станка приспособление крепится с помощью двух прихватов 13.

Приспособление  работает следующим образом. В исходном положении сверлильная головка  вместе с кондукторной плитой 28 подняты вверх. Деталь устанавливается на палец 12 до упора в шайбу 18. При движении сверлильной головки вниз, кондукторная плита 28 также перемещается вниз и с помощью усилия сжатия пружин 24 и опоры 10 прижимает обрабатываемую деталь к опорным поверхностям приспособления. После обработки отверстий сверлильная головка перемещается вверх и за счет шайб 21 перемещает кондукторную плиту вверх, разжимая обрабатываемую деталь.

 

 

5. Силовой расчет приспособления

5.1. Расчет силы зажима детали.

 

Дано:

Вес заготовки учитывать не будем  из-за незначительности ее величины по сравнению с другими силами.

Рисунок 5.1.1 – Схема к расчету силы зажима

 

С учетом условия равновесия заготовки  в процессе обработки составим следующую  систему уравнений:

 

Подставим численные значения в систему уравнений

 

R1      R2      R3       W

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проверка: подставим значения в  уравнение 3

 

0=0

Так как сила зажима отрицательна, пересчитаем примем ее значение равной 30% от силы резания

 

При расчете силы зажима вводят коэффициент К, гарантирующий надежное закрепление заготовки в процессе обработки.

где  - гарантированный коэффициент запаса;

- при черновой обработке;

- при сверлении;

- при непрерывном резании;

- при использовании механизированного  привода;

 в данном случае не учитывается,  т.к. применяется  механизированный  привод;

- при установке заготовки  на установочный палец.

Следовательно:

Тогда

5.2 Выбор и  расчет силового привода.

В разрабатываемом  приспособлении применяется пружинный  силовой механизм. Поэтому в данном разделе пояснительной записки  произведем расчет цилиндрической пружины  сжатия. Вследствие того, что прижим детали осуществляется двумя пружинами, то произведем расчет одной из пружин.

При расчете силового привода (цилиндрической пружины сжатия) необходимо учесть потери на трение, возникающие  в результате трения направляющих скалок поз. 25 (см. чертеж общего вида) о направляющие втулки поз. 22. Это возможно в случае перекоса кондукторной плиты поз. 28 при зажиме заготовки. На рис. 5.2 приведена схема, поясняющая расчет.

 

Для определения Q составим следующую систему уравнений:

 

 

Рисунок 5.2.1 – Схема к расчету силового привода приспособления

Преобразуем данную систему уравнений:

 

 

 

Из уравнения (3) следует:

 

    (5)

 

Подставив уравнение (5) в уравнение (4), получим:

 

 

 

 

Подставив численные  значения, получим:

 

 

Расчет пружины  сводится к определению диаметра d проволоки, среднего диаметра D_ср пружины, числа рабочих витков n, а также к построению характеристики пружины, т.е. графической зависимости между нагрузкой и деформацией [4, стр.147].

Вместо трудоемкого  расчета по формулам, параметры пружины  можно быстро подобрать по табл. 22 [4, стр.150].

Исходные данные: требуется подобрать пружину  сжатия, которая при нагрузке имеет длину Н_к = 56 мм. Также известно: рабочий ход пружины h = 15 мм; наружный диаметр пружины D 20 мм. Заданная нагрузка не совпадает с нагрузкой, имеющейся в таблице.

По табл. 22 [4, стр.151] находим d = 3 мм, D = 22 мм; t_к = 4,5 мм; t = 5 мм.

Определим нагрузку пружины Р_пр при сжатии ее до соприкосновения витков:

 

В данной формуле 

 

Определяем шаг t_к пружины при нагрузке :

 

 

Определим число  рабочих витков:

 

 

Определим длину  пружины в свободном состоянии:

 

 

Принимаем Н = 80 мм.

Определим деформацию пружины при нагрузке :

 

 

Определим деформацию пружины при нагрузке :

 

 

Определим нагрузку в начале рабочего хода:

 

 

Список использованной литературы

1. ГОСТ 886-77. Сверла спиральные с цилиндрическим хвостовиком.

2.  Справочник  технолога-машиностроителя. В 2-х  т. Т.2 / Под ред. А.Г.Косиловой  и Р.К.Мещерякова - М.: Машиностроение, 1986, 496 с.

3. Добрыднев И.С. Курсовое проектирование по предмету «Технология машиностроения». – М.: Машиностроение, 1985. 184 с.

4. Ансеров М.А.  Приспособления  для  металлорежущих  станков. Л.: Машиностроение, Ленинградское  отделение, 1975, 654 с.

5. Станочные приспособления. Справочник. Под ред. Б.Н.Вардашкина и А.А.Шатиловой. В 2-х т. М.: Машиностроение, 1984, Т.1  592 с.; Т.2  656 с.

6. Корсаков В.С.  Основы конструирования приспособлений: Учебник для вузов. – М.: Машиностроение, 1982. – 277 с.

7. Косов Н.П. Станочные  приспособления. М.: Машиностроение, 1968, 216 с.

8. Антонюк В.Е.  Конструктору станочных приспособлений. Мн.: Беларусь, 1991. – 400 с.

9. Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: Мн.: Высшая школа, 1983, 256 с.