Разработка технологической оснастки

Введение

В современных условиях развития машиностроительного  производства, главнейшими задачами являются повышение качества выпускаемой продукции и снижения ее себестоимости, и, как следствие повышение конкурентоспособности выпускаемой продукции.

Уровень развития машиностроения влияет на развитие различных отраслей техники, поэтому развитию машиностроения предается  большое внимание. Одним из основных факторов, обеспечивающих высокий уровень производительности предприятия, является технология и в целом техническая подготовка.

Уровень технической подготовки производства влияет на эффективность производства и обеспечивает высокие технико-экономические  показатели.

Поэтому для повышения эффективности  производства необходимо совершенствовать организацию производства, использовать современное высокопроизводительное технологическое оборудование, станки с числовым программным управлением, гибкие производственные системы, гибкие производственные модули, автоматические линии, что позволит снизить себестоимость продукции за счет снижения количества обслуживающего персонала, и позволит повысить производительность за счет снижения величины вспомогательного времени. Снижение расходов материала, использование комбинированного инструмента а также использование высоко производительной оснастки окажет влияет на эффективность производства.

Большую роль в повышении производительности труда должно сыграть сокращение доли ручного труда за счет внедрения в производство механизированной технологической оснастки .

С учетом вышесказанного, данный курсовая работа, является этапом обучения, который должен обучить студента технической, конструкторской подготовки производства.

1. Описание и анализ оснащаемой технологической операции

Согласно заданию на курсовое проектирования рассматриваемой деталью является “Переходник”.

Изделие “Переходник” имеет форму, представленную на рабочем чертеже детали.

Рисунок 1 - Рабочий  чертеж детали

В зависимости  от служебного назначения все поверхности  детали по ГОСТ 21495-76 подразделяются на основные, вспомогательные, исполнительные и свободные.

Основные поверхности  – это поверхности, с помощью  которых определяют положение  данной детали  в изделии (Ф75).

Вспомогательные поверхности – это поверхности, определяющие положение всех присоединяемых деталей относительно данной (торцы детали).

Исполнительные  поверхности - это поверхности, выполняющие  служебное назначение детали (уступ на детали).

Свободные поверхности - это поверхности, не соприкасающиеся  с поверхностями других деталей и предназначенные для соединения основных, вспомогательных и исполнительных поверхностей между собой с образованием совместно необходимой для конструкции формы детали (все остальные поверхности.

Оснащаемой операцией  является сверление отверстия Ф40 на диаметральной поверхности Ф75 мм. Операция представлена на рисунке.

На данной операции должны формироваться  одно отверстие Ф40 для установки в отверстие оси диаметром Ф40.

Отверстие располагается на расстоянии 60 мм и 60 мм от торца детали. Эти размеры и допуски на них поставлены без допусков. Берем его из технических требований по 14 квалитету из ГОСТ 25346-82. Для L=60 мм Т=420 мкм.

Шероховатость Ra под это отверстие 6,3 мкм.

Точность формы

Поскольку допуск цилиндричности и круглости не оговорен в технических требованиях и на чертеже, то он может быть установлен в пределах допуска на размер по ГОСТ 25346-82:

Т=Т_Ф40*0,3=0,62=0,0186 мм

Точность расположения поверхностей

На чертеже точность расположения обрабатываемых отверстий не оговорена, поэтому рассмотрим перпендикулярность осей данных отверстий к оси Ф75_-0,1 (база В).

Для отверстия Ф40 имеем длину 100 мм, тогда

Т_┴=0,6*Т₁₂=0,6*100=60мкм

Степень шероховатости обрабатываемых поверхностей

Из чертежа детали видно, что  параметры шероховатости отверстия  следующие:

Ф40 мм- Ra=6,3 мкм.

Рисунок 2 - Операционный эскиз оснащаемой операции.

Базирование детали осуществляют для  обеспечения ее однозначного положения  при выполнении операции.

Для придания заготовке ориентированного положения базируем ее в горизонтальной плоскости на поверхность Ф60, лишая, при этом, трех степеней свободы. и при помощи зажима болтом по наружной цилиндрической поверхности Ф75 лишают еще одной степени свободы. При этом происходит самоцентрирование деталей, что повышает точность их обработки. Поскольку ориентации заготовки вокруг вертикальной оси несущественна, то для обеспечения точности обработки достаточно лишить заготовку пяти степеней свободы.

Рисунок 3 Схема базирования  детали при обработке.

Определение основных и вспомогательных  баз:

Деталь базируется по базе А (Ф60) и Б (Ф60)и по на поверхность В (Ф75).

000-Заготовительная

005-Токарная (Установ А и Б)

010-Сверлильная

015-Контрольная

2. Классификация проектируемого  станочного приспособления и  выбор металлорежущего станка

2.1 Классификация проектируемого станочного приспособления

Классификация проектируемого станочного приспособления

Наиболее часто классификация  производиться по двум основным критериям: по группам станков и степени специализации.

Классификация по группам станков.

В нашем случае приспособление которое проектируется относиться к группе станков сверлильно-расточных так как предполагается обработка на данных станках.

Классификация степени специализации.

По этому же признаку приспособления можно разделить на следующие пять групп: уневерсально-безналадочные; универсально-нададочное; универсально-сборные и сборно-разорнык; специализированные наладочные и неразборные специальные. Это наименования соответствуют наименованиям систем технологической оснастки по ГОСТ 14.305-73. Приспособления последней пятой группы часто называют специальными приспособлениями.

По степени специализации наше приспособление относится к неразборным специальным приспособлениям. Оно дает возможность повысить производительность труда и снизить разряд работы. Однако оно обладает недостатками, к которым относится то, что их надо проектировать и изготовлять для каждой новой детали, это удлиняет сроки подготовки производства и повышает себестоимость детали. Кроме того, при изменении чертежа детали или снятии изделия с производства приспособление подлежит ликвидации. Однако при крупносерийном производстве указанные недостатки мало отражаются на себестоимости продукции это именно как в нашем случае.

2.2 Выбор металлорежущего станка

Вертикально-сверлильный  станок 2Н150 ипользуется  на предприятиях с единичным и мелкосерийным выпуском продукции и предназначен для сверления, рассверливания, зенкования, зенкерования, развертывания и подрезки торцев ножами. Наличие на станке механической подачи шпинделя, при ручном управлении циклами работы, допускает обработку деталей в широком диапазоне размеров из различных материалов с использованием инструмента из высокоуглеродистых и быстрорежущих сталей  и твердых сплавов. Установленное на станке электрическое устройство реверсирования двигателя главного движения, позволяет производить нарезание резьбы машинными метчиками при ручной подаче шпинделя.

Технические характеристики вертикально-сверлильного станка 2Н150.

Рисунок 4 - Вертикально-сверлильный станок 2Н150

3 Выбор и обоснование  применяемого режущего инструмента.

Отверстия в детали должны быть выполнены  по 14 квалитету с шероховатостью Ra 6,3 мкм. Наиболее целесообразно в данном случае использовать спиральное сверло с цилиндрическим хвостовиком, поскольку эти требования достигаются при однократном (черновом) сверлении. А именно 11... 14 квалитет точности и шероховатость Ra 6.3... 12.5 мкм

Режущий инструмент выбираем, исходя из условия, чтобы за один раз посверлить отверстие на всю глубину.

Сверлить будем сверлом 2300-8466 ГОСТ 22735-77

Таблица 1 Основные параметры сверла

Сверла спиральные с коническим хвостовиком применяются для  создания отверстий в различных  деталях при помощи стационарных станков. ГОСТ 10903-77 предусматривает  выпуск сверл с коническим хвостовиком  от 5 до 80 мм. Благодаря коническому хвостовику увеличивается площадь поверхности контакта сверла со сверлильной головкой, что позволяет увеличить точность и повышает надежность крепления.

В качестве СОЖ применяются 10%-ные  эмульсии типа ЭТ-2, "Аквол-6", "Укринол-1", возможно применение масляных СОЖ. Расход СОЖ составляет 5-15 л/мин, давление 0,2-0,5 МПа.

Режимы резания: скорость для стали 40-60 м/мин, для чугуна 60-80 м/мин, подача для стали 0,16-0,25 мм/об, для чугуна 0,4-0,6 мм/об.

4 Расчет необходимой  точности и выбор базирующих  и координирующих устройств.

При расчете точности необходимо определить погрешности изготовления и сборки элементов приспособления в зависимости  от параметров, заданных в чертеже  детали, а именно:

• Допуск на размер 0.4 мм от плоскости торца детали до центра отверстия согласно ±t₂/2 составит ±0,05;
• Отклонение от перпендикулярности плоскостей торца отверстию не более 0,05/100

Для выполнения точностных расчетов составим схему базирования ,на котором покажем элементы определяющие положение и направление движения инструмента, кондукторную втулку.

Допуски на диаметры отверстий кондукторных втулок для прохода сверла по посадке  f7 системы вала. В нашем случае допуск на отверстие втулок для сверла f7( ).

Определим допустимую погрешность  изготовления кондуктора обеспечивающую получение размера.

Половине допуска на это расстояние δ, при условии, что середины полей  допусков в деталях и кондукторной плите совпадают, определяется по формуле:δ=δ+S, где δ₁- допуск на расстояние от торца детали до центра отверстия (δ₁₌0,21);

S-максимальный радиальный зазор между постоянной втулкой и инструментом.

Рисунок 5 Схема полей допусков сверла и отверстия кондукторной втулки.

Принимаем наибольшее отклонение от номинала сверла как сумму максимальной величины разбивки и допуска на неточность изготовления, равную полю допуска  соответствующего отверстия.

Таким образом,

.

Тогда

.

Следовательно, допуск на расстояние от торца детали до отверстия под  постоянную втулку в кондукторной плите  составит ±0,05.

Расчет погрешности  базирования

Исходя из рабочего чертежа детали, а также на основе данной схемы  находи погрешность базирования.

(Н₂)=0,51T_d(1/sina+1)

Поэтому погрешность базирования  составит

=0,5 0,1(1/sin90-1)=0.0061(мм)

5 Расчет сил резания. 

Исходные данные:

1. Обрабатываемый материал – 20 Х ГОСТ 4543-87
2. Твёрдость HB 170 – 229 кгс/мм².

Предельная прочность  = 600МПа.

Предельная текучесть  = 720 МПа.

3. Режущий инструмент выбираем в пункте 1.3

1. Сверлить будем за один подход. Следовательно, глубина сверления будет равняться l = 100 мм.

Подача S = 0.22 мм/об

Глубину сверления принимаем по формуле

t=0.5d=40 0.5=20,0 мм.

Скорость резания рассчитывается по эмпирическим формулам

,          

К_v=К_мv×К_иv×К_Lv=1×1×1=1,        

где К_мv - поправочный коэффициент, учитывающий влияние физико-механических свойств обрабатываемого материала на скорость резания. В нашем случае данный коэффициент составит К_мv=1

К _иv =1 (без корки) поправочный коэффициент учитывающий влияние состояния поверхности заготовки на скорость резания.

К_Lv=1 - поправочный коэффициент учитывающий глубину обрабатываемого отверстии

Коэффициенты и показатели степени  в формуле скорости резания

С_v=7; q=0,4; у=0,7; m=0,2;Т=60 мин;

Принимаем n = 315 об/мин.

Фактическая скорость:

Значение коэффициента Ср и показатели степени - Таблица 32 [1, с.281]

Кр - поправочный коэффициент, учитывающий материал заготовки.

Кр = Кмр - Таблица 9 [1,с.264] для чугуна и стали.

P₀=166x40^0.4x0.22^0.7x0.96x70=1487.39H

крутящий момент

М_КР = 10С_МD^qS^yK_P.        

Коэффициенты и показатели степени  в формуле скорости резания С_М=0,03; q=2; у=0,8;

К_Р = 0,96  

М_КР = 10×0,03×40²×0,22^0,8×0,96 = 56,7 Н×м

Мощность резания

Что намного меньше действительной мощности применяемого станка.

Нормирование технологической  операции и определение типа производства

Зная основное время Т₀,мин и особенности компоновки проектируемого приспособления, рассчитываем вспомогательное время на выполнение операции. [4,с.197]

Нормирование вспомогательных  технологических переходов и  приемов сводим таблицу.

Таблица 2. Расчет вспомогательного времени

6. Расчет сил зажима при обработке на сверлильных станках.

Для обеспечения надёжного закрепления  детали при обработке необходимо, чтобы с помощью зажимных элементов  и устройств базовые поверхности  детали были прижаты к опорным  элементам.

При выполнении сверления будет  возникать крутящий момент, который  будет стремиться повернуть заготовку  относительно оси обрабатываемого  отверстия. Определяем крутящий момент и осевую силу для сверления отверстия  диаметром 40 мм.

Момент кручения находим по формуле: [9. с.277]

М_КР = 10С_МD^qS^yK_P.        

Коэффициенты и показатели степени  в формуле скорости резания С_М=0,03; q=2; у=0,8;

К_Р = 0,96  

М_КР = 10×0,03×40²×0,22^0,8×0,96 = 56,7 Н×м

Рассчитываем силу зажима детали, для чего составим уравнение:

где – коэффициент запаса.

;

K₀=1,5;

K₁=1,2;

K₂=1;

K₃=1;

K₄=1,3;

K₅=1.

;

Механизм может обеспечить силу зажима в 3300 Н, что больше расчётного значения и поэтому удовлетворяет условию.

Расчет детали на прочность

Рассчитываю на прочность деталь болт, на которую который удерживает деталь в закрепленном виде. Диаметр штока  М16мм. Для того чтобы проверить  выдержит ли болт нагрузку, произведем расчет штока смятие резьбы. Материал штока - Сталь 45, предел прочности [s] = 16 кН/см ².

Для того, чтобы при работе резьбу на штоке не сорвало, необходимо выполнение условия:

  s_р £ [s]_р   

Предел текучести для Стали 45 равен s_т=300 МПа [2].

  [s]_р=0,6s_т 

[s]_р=0,6×300 = 180 (МПа).

Опасным является сечение, ослабленное  нарезкой.

Расчетный диаметр резьбы определяется по формуле:

 d_р=d – 0,94×p   

где: d – внешний диаметр резьбы, мм;

p – шаг резьбы, мм.

d_р=16 – 0,94×2 = 14,12 (мм).

где: F–максимальная осевая сила, действующая на растягивание болт,Н.

Условие  выполняется (9,43 < 180), следовательно, резьба на болте выдержит нагрузку.

7 Расчет погрешности закрепления

Суммарная погрешность закрепления 

,         

где e_3Y - погрешность, вызванная контактными перемещениями в стыке заготовка – опора;

       e₃₀ – основная составляющая погрешности закрепления.

В нашем приспособление погрешность закрепления для горизонтальных размеров будет равна нулю. Так как соблюдается следующее условие при приложение силы закрепления размер, который необходимо выдержать будет перемещаться в той же плоскости, в которой будет действовать сила закрепления.

8. Разработка конструктивного исполнения технологической оснастки.

Эксплуатация приспособления

1. Установить и закрепить приспособление на столе станке, установка происходит с помощью шпонки.
2. Подготовить базовые поверхности к установке заготовки.
3. Установить заготовку, закрепить заготовку болтом.
4. Обработать заготовку (просверлить отверстия Æ40 мм)
5. Поворотом болта открепить заготовку.
6. Подготовить базовые поверхности приспособления к установке следующей заготовки.
7. В процессе эксплуатации приспособления выполнять пункты 1 - 7 технических требований. Приспособление хранить на деревянном основании. Воздействие атмосферных осадков и агрессивных сред недопустимо.

Основные узлы приспособления. Приспособления необходимы для закрепления заготовки на станке и обеспечения при этом требуемого на данной операции взаимного расположения станка, заготовки и режущего инструмента. Приспособление которое проектируется для нашей детали требуется просверлить с одной установки на вертикально-сверлильном станке одно отверстие. Для обеспечения заданных требований необходимо:

- придать заготовке  относительно горизонтальной плоскости  стола положение при котором в процессе обработки отверстия будет получен необходимые размеры

расположить заготовку  на станке относительно оси шпинделя (сверла) таким образом, чтобы при сверлении отверстия его оси пересекала ось отверстия на заданном расстоянии от торца;

- закрепить заготовку.

Все эти требования могут  быть обеспечены с помощью приспособления, предназначенного для данной операции. Заготовка базируется главной базой – цилиндрической поверхностью в призмы и фиксируется от поворота на нем прижимом расположенным в кондукторной плите. Точность получения отверстий обеспечивается кондукторной плитой, которая накладывается на деталь. Корпус кондукторной плиты запрессована кондукторная втулка, которая координирует и направляет сверло при сверлении, она расположена так, чтобы получить заданный размер заготовки.

Итак, данное приспособление обеспечивает: базирование заготовки, ее закрепление, координацию и направление режущего инструмента.

Таким образом, в зависимости  от конкретных условий, определяемых требованиями чертежа и технологического процесса, с помощью   приспособления можно одновременно решать несколько различных задач. Для этого в нем предусмотрены детали и узлы с соответствующим целевым назначением. В самом общем случае приспособление может иметь следующие детали и узлы: корпус, опорные элементы, зажимные устройства, элементы для координации и направления инструмента, элементы, обеспечивающие точное расположение приспособления на станке, делительное устройство. Рассмотрим эти детали и узлы более подробно.

Корпус. Каждое приспособление имеет корпус, на котором монтируются все остальные элементы. Конструктивное оформление корпусов весьма разнообразно. Корпус имеет поверхности, с помощью которых приспособление устанавливается на станок.

Опорные элементы. Своими базами заготовка соприкасается  с поверхностями приспособления, которые называют опорными. Чаще всего они выполняются не на корпусе, а на отдельных элементах, закрепляемых на корпусе. Такие элементы также называются опорными. Их делают сменными (для удобства замены при износе) и размещают на корпусе приспособления в фиксированном положении. От точности расположения их на корпусе зависит точность обработки.

Опорные поверхности элементов  должны обладать большом износостойкостью, поэтому их обычно изготовляют из стали марок 15, 20 и 20Х с цементацией на глубину 0,8...1,2 мм и последующей закалкой до твердости HRC 50...55. Большинство опорных элементов стандартизовано.

Зажимные устройства. Закрепление  заготовки в приспособлении осуществляют с помощью зажимных устройств, которые приводятся в действие либо вручную.

Элементы для координации  и направления инструмента. Необходимое взаимное расположение режущего инструмента и заготовки достигается с помощью элементов, предназначенных для координации и направления инструмента. В качестве таких элементов используются кондукторные и направляющие втулки.

9. Расчет погрешности установки

Погрешность установки e_У

В общем случае

          ,   

где e_Б – погрешность базирования;

      e₃ – погрешность закрепления;

      e_3И – погрешность формы поверхности контакта установочного элемента в результате износа;

  e_И – погрешность, определяемая прогрессирующим изнашиванием установочных элементов;

e_УС – погрешность изготовления и сборки приспособления;

e_С – погрешность установки и фиксации приспособления на станке.

e_ПР = e_УС + e_С + e_И

e_ПР - погрешность положения заготовки

Если систематические погрешности e_УС и e_С, можно полностью устранить, то

.        

Если погрешности  e_И и e_3И, зависящие от износа, можно регулярно компенсировать поднастройкой инструмента, то  

Погрешность положения заготовки возникает в результате погрешностей изготовления приспособления , погрешность установки и фиксации приспособления на станке и износа опор :

.                                             

Точность изготовления опор и других стандартных деталей  приспособления. Допуски ответственных размеров нестандартных деталей приспособления обычно составляет 10 – 30 % допуска на соответствующий размер обрабатываемой детали. Как правило,

0,01-0,005 мм.

Составляющая  возникает в результате перемещений и перекосов корпуса приспособления на столе, планшайбе или шпинделя станка. При рациональных условиях схемы приспособления и при правильном выборе зазоров в сопряжениях величину можно снизить до 0,01..0,02 мм.

Тогда общая погрешность составит:

,                                   

где - погрешность базирования,

- погрешность закрепления,

- погрешность формы поверхности  контакта установочного элемента  в результате износа,

- погрешность, определяемая прогрессирующим  изнашиванием установочного элемента,

- погрешность изготовления и  сборки приспособления,

- погрешность установки и фиксации  приспособления на станке.

,                                      

где - погрешность положения.

Тогда погрешность установки  составит:

,                                                         

(мм).

В результате можно сделалать заключение, что приспособление, используемое при обработке будет обеспечивать требуемую точность.

Список используемых источников.

1. Справочник технолога-машиностроителя:  В 2 т. / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1985. -Т.1.-656 с.

2. Справочник технолога-машиностроителя:  В 2 т. / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1985. -Т.2. - 496 с.

3. Взаимозаменяемость, стандартизация  и технические измерения: Учеб. / А.И. Якушев, Л.Н. Воронцов, Н.М. Федотов. - М.: Машиностроение, 1987. - 352 с.

4. Ансеров М.А. Приспособления  для металлорежущих станков.Л.: Машиностроение, 1966. - 652 с.

5. А.Горошкин А/С Приспособления для металлорежущих станков: Справ. - М.: Машиностроение, 1979. - 303 с.

6. Справочник конструктора инструментальщика; / Под ред. В.И. Баранчикова. - М.: Машиностроение, 1994. - 560 с.

7. Справочник инструментальщика / Под ред. И.А. Ординар-цева. - Л.: Машиностроение: Ленингр. отд-ние, 1987. - 846 с.