Станочные приспособления
Грунина И.И. Курсовой проект по технологической оснастке. – Арзамас: АПИ НГТУ, 2011. – 26 с.
В данном курсовом проекте разработано приспособление для обработки детали «Гильза». Рассчитаны режимы резания, произведен выбор схемы базирования, произведена разработка, сравнение и выбор возможных вариантов конструкции приспособления, рассчитано усилие зажима, произведен расчет деталей приспособления на прочность, произведено обоснование выбора материала деталей в приспособлении.
Илл. 3; Табл. 1; Список лит.: 11 назв.
Содержание
Введение ……………………………………………………………………………. ………………………………………………………………...... |
1 Анализ объекта производства
…………………………………………………...6 |
1.1 Служебное назначение
детали …………………………………………….…..6 |
1.2 Технологичность конструкции детали…………………………………..……..6 детали…………………………………….. |
1.3 Соответствие чертежа
требованиям ЕСКД и ЕСТД….………….……………6 ЕСТД……………………… |
2 Проектная часть……………………………………… |
2.1 Описание технологической
операции………………………………..………...7 операции……………………………………... |
2.2 Разработка схемы базирования
заготовки………………………………..……7 заготовки……………………………………… |
2.3 Анализ возможных вариантов
конструкции приспособления……….…..…..8 |
2.4 Составление конструктивной и расчетной схемы приспособления ……..….8 рррпневмоцилиндра.……….. |
2.5 Расчет режимов резания
и модели станка………………………………..…..10 |
2.6 Расчет сил зажима
………………………………………………………......... |
2.7 Расчет приспособления
на точность………………………………………..... тоточность……………………………………….. |
2.8 Описание служебного назначения приспособления и принцип |
действия приспособления…………………………………………
приспособления………………………………………… |
3 Конструкторская часть………………………………………………………….. приспособления………………………....... |
3.1 Разработка технических
требований на приспособление.. |
3.2 Обоснование выбора материалов деталей приспособления …………….….19 |
3.3 Расчет элементов |
Заключение…………………………………………………… |
Список литературы…………………………………....... |
Нормативные ссылки………………………………………………………….. сылки………….……………………………………………….. |
Приложение А – Спецификация станочного приспособления …………….......24 23……................ |
Введение
Современные требования по обеспечению высокого и стабильного качества изделий, повышению производительности труда и снижению себестоимости в машиностроении определяют необходимость повышения уровня оснащенности технологических процессов приспособлениями.
Станочными приспособлениями называются дополнительные устройства к металлорежущим станкам, позволяющие наиболее экономично в заданных производственных условиях обеспечивать заложенные в конструкции детали требования к точности размеров, формы и взаимного положения обрабатываемых поверхностей деталей.
Приспособления являются неотъемлемой составной частью технологического процесса изготовления, сборки и регулировки изделия, следовательно, качество и точность изделия в определенной мере зависят от точности приспособления.
Применение приспособлений дает также возможность шире использовать обычные универсальные станки.
Правильность установки обрабатываемых деталей в приспособлении достигается применением специальных установочных элементов. Однако определившееся установочными элементами положение детали может быть нарушено в процессе обработки под действием сил резания. Чтобы этого не произошло, производят крепление детали в приспособлении с помощью специальных зажимных устройств. Но и правильно поставленная и надежно закрепленная деталь может быть обработана неточно, если не обеспечить неизменность ее положения относительно режущего инструмента в течение всего времени данной операции. Это достигается согласованием рабочих движений обрабатываемой детали инструмента с помощью специальных направляющих элементов, упоров, ограничителей, переключателей и так далее.
1 Анализ исходных данных
1.1 Служебное назначение детали
Деталь «Гильза» входит в состав пневмо- и гидроцилиндров и предназначена для направления штока. Имеется шесть отверстий для крепления данной детали в корпусе цилиндра.
1.2 Технологичность конструкции детали
В целом деталь является технологичной, деталь имеет форму вращения, все поверхности доступны для обработки.
1.3 Соответствие чертежа требованиям ЕСКД и ЕСТД
Основные требования, предъявляемые к чертежу детали, заключаются в следующем:
1) Чертёж детали должен
полно и ясно отражать форму,
размеры и другие технические
требования к чертежу детали,
имея при этом минимально
2) Содержать все размеры
и технические требования, необходимые
для качественного изготовления
детали, проставленные чётко и
технически грамотно в
3) Содержать соответствующие
конструкторские и
Чертеж детали – «Гильза» соответствует требованиям ЕСКД и ЕСТД, т. е. дает полное представление о конструкции детали и форме её поверхностей. Размеры, допуски на размеры и шероховатость обрабатываемых поверхностей обозначены в соответствии с требованиями ЕСКД и ЕСТД.
2 Проектная часть
2.1 Описание технологической операции
По заданию необходимо обработать шесть отверстий диаметром Ø3,5 мм последовательно. Режущий инструмент – сверло Ø 3,5 мм, материал режущей части ВК8.
2.2 Разработка схемы базирования заготовки на технологической операции
На характер технологического процесса влияет выбор технологических баз, то есть баз, используемых для определения положения детали в изделии. От их выбора зависит точность обработки и конструкция приспособления. Наибольшей точности обработки можно достигнуть при использовании принципа единства баз. Так же рекомендуется соблюдать принцип совмещения баз, согласно которому в качестве технологических баз используется конструкторские и измерительные базы. Деталь «Гильза» относится к деталям типа «диск». Комплект баз для деталей данного типа следующий:
-установочная, точки 1,2 и 3 ;
-двойная опорная, точки 4 и 5;
-опорная, точка 6.
Схема базирования представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Схема базирования заготовки
2.3 Анализ возможных вариантов конструкции приспособления
Операция сверление производится на станке сверлильной группы. Для обработки отверстий на сверлильных станках проектируется и изготавливается много видов различной оснастки: скальчатые, накладные и другие типы кондукторов, различные поворотные столы и стойки, многошпиндельные и револьверные головки и различный вспомогательный инструмент.
Основное приспособление, применяемое на сверлильных станках – кондукторы.
В данном случае приспособление состоит из следующих основных элементов:
– установочного (базирующего), который определяет положение детали в процессе обработки (установочный палец);
– зажимного, осуществляющего закрепление и освобождение заготовки (подвижная призма);
– направляющего, служащего для правильной ориентации инструмента в процессе обработки отверстия (кондукторные втулки, закрепленные в кондукторной плите).
Закрепление заготовки можно производить при помощи винтового или эксцентрикового зажимов, а также при помощи механизированного зажима (пневматического, гидравлического, пневмогидравлического, электро-магнитного и других).
Так как заданием предусмотрено, что производство среднесерийное, то выбирается специальное приспособление с пневматическим приводом.
2.4 Составление конструктивной
и расчетной схемы
Заготовка устанавливается нижним основанием на установочный палец 5, который закреплен в основании приспособления 4, и лишается трех степеней свободы (точки 1, 2 и 3) и наружной цилиндрической поверхностью диаметром 30 мм на неподвижную призму 13 и лишается еще двух степеней свободы (точки 4 и 5). Призма 13 закрепляется на стойке 1, которая крепится винтами на опору 6. Зажим заготовки осуществляется подвижной призмой 12, которая соединена со штоком 10 через пластину 11. Воздух в пневмоцилиндр 7 поступает в бесштоковую полость через штуцер 8. Поршень 9 со штоком 10 движутся влево, и происходит зажим заготовки, вследствие чего заготовка лишается еще одной степени свободы (точка 6). Сверление шести отверстий проходит через быстросменные втулки 3, которые крепятся на кондукторной плите 2. Кондукторная плита закрепляется на стойке 1 (см. рисунок 2).
Рисунок 2 – Конструктивная схема приспособления
Приложенные к заготовке силы должны предотвратить возможный отрыв заготовки, сдвиг или поворот ее под действием сил резания и обеспечить надежное закрепление заготовки в течение всего времени обработки.
Сила зажима и сила подачи действуют перпендикулярно друг другу, прижимая заготовку к установочным поверхностям приспособления.
Исходными данными при расчете сил зажима является схема установки (рисунок 3).
Рисунок 3 – Расчетная схема усилия зажима
2.5 Расчет режимов резания
Сверление шести отверстий Ø 3,5 мм. Сверло Ø 3,5 мм, материал режущей части ВК8, период стойкости инструмента Т=8 мин, подача S=0,08 мм/об.
Глубина резания определяется по формуле
t=0,5D,
t=0,5×3,5=1,75 мм.
Скорость резания определяется по формуле
где Т- период стойкости инструмента, мин;
СV – эмпирический коэффициент;
КV – поправочный коэффициент;
S – подача, мм/об;
D – диаметр сверления, мм;
m, y, q, - показатели степени.
Поправочный коэффициент для скорости резания, определяется по формуле
где KИV – коэффициент, учитывающий свойства инструментального материала;
KlV – коэффициент, учитывающий глубину сверления.
KMV – коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого материала, который определяется по формуле
,
где Кr – коэффициент, характеризующий группу стали по обрабатываемости, Кr=0,8;
σВ – предел прочности обрабатываемого материала, σВ=2300 МПа;
nV – показатель степени, nV=0,9.
По таблицам [2] определяется СV = 7, q = 0,4, y = 0,7, m = 0,2, KИV=0,74, KlV=1.
.
Частота вращения шпинделя определяется по формуле
,
об/мин.
Расчетное значение частоты вращения шпинделя корректируется, принимается n =900 об/мин. Тогда фактическая величина скорости резания определяется по формуле:
,
м/мин.
Крутящий момент и осевая сила рассчитываются по формулам
, (2.7)
, (2.8)
где и – постоянные силы резания;
q и у – показатели степени.
Поправочный коэффициент КР, учитывающий фактические условия обработки, в данном случае зависит только от обрабатываемой заготовки и определяется по формуле
При сверлении Сталь Х12М для расчета крутящего момента См=0,0345, q=2,0, y=0,8 [2]; для расчета осевой силы СP=68, q=1,0, y=0,7 [2]. Тогда
Н.
Мощность резания при сверлении определяется по формуле
Основное время обработки определяется по формуле:
(2.11)
где L – общая длина обработки, мм;
i – число проходов, i = 6;
n – частота вращения, об/мин;
s – подача, мм/об.
, (2.12)
где l – рабочая длина резания, мм;
l1 – длина врезания, мм;
l2 – длина перебега инструмента, мм.
По таблице определяется суммарная величина врезания и перебега инструмента: при сверлении отверстия сверлом Ø 3,5 мм l1+l2=2 мм [6] .
Тогда
Результаты режимов резания сведены в таблицу 1.
Таблица 1 – Результаты режимов резания.
Наименование перехода |
Матер. реж. части |
t, мм |
s, мм/об |
V, м/мин |
Мкр, Н×м |
Pz, H |
n, об/мин |
N, кВт |
i |
То, мин |
Сверление |
ВК8 |
1,75 |
0,08 |
9,89 |
1,29 |
938,3 |
900 |
0,12 |
6 |
0,625 |
На основании полученных расчетов выбирается радиально- сверлильный станок 2М55. Техническая характеристика станка:
Наибольший условный диаметр сверления в стали, мм..........................50
Вылет шпинделя,
мм............................
Расстояние от торца
шпинделя до рабочей поверхности
плиты, мм............................
Наибольшее перемещение, мм
вертикальное, рукава
по колонне.......................
горизонтальное,
сверлильной головки по рукаву........................
Конус Морзе отверстия
шпинделя......................
Число скоростей
шпинделя......................
Частота вращения
шпинделя, об/мин........................
Подача шпинделя......................
Мощность электродвигателя привода главного движения , кВт........5,5
Габаритные размеры, мм
длина ........................
ширина........................
высота........................
Масса, кг............................
2.6 Расчет сил зажима
Сила зажима определяется по формуле [4]
,
где К – коэффициент гарантируемого запаса;
Мкр – крутящий момент, Н×м;
D – диаметр детали, установленный в призму, D=30 мм;
f – коэффициент трения, f=0,25;
α – угол призмы, α=90°.
Коэффициент гарантируемого запаса определяется по формуле:
, (2.14)
где К0 – постоянный коэффициент запаса, учитывающий неточность расчетов. При всех случаях механической обработки К0=1,5;
К1 – коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки (обрабатываемая или необрабатываемая), К1 = 1;
К2 – коэффициент, учитывающий увеличение сил резания от прогрессирующего затупления режущего инструмента, К2 = 1;
К3 – коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при обработке прерывистых поверхностей на заготовке, К3=1;
К4 – коэффициент, учитывающий постоянство зажимной силы, развиваемой приводом, К4 = 1;
К5 – коэффициент, учитывающий удобство расположения рукояток в ручных зажимных устройствах, К5 = 1;
К6 – коэффициент, учитывающий при наличии моментов, стремящихся повернуть обрабатываемую заготовку вокруг оси, К6 = 1,5.
По ГОСТ 12.2.029-88 принимается К=2,5.
В результате сила зажима равна:
Определяется диаметр пневматического цилиндра двустороннего действия. Поскольку подача воздуха осуществляется в бесштоковую полость, то диаметр пневмоцилиндра определяется по формуле:
, (2.15)
где р – давление в сети, р = 0,4 МПа;
Q – сила зажима, Q=W=238,4 Н.
По ГОСТ 15608-81 принимается пневмоцилиндр с параметрами: диаметр пневмоцилиндра D=40 мм, диаметр штока d=14 мм.
Сила на штоке для пневмоцилиндров двустороннего действия при подаче воздуха в бесштоковую полость определяется по формуле:
,
где D – диаметр пневмоцилиндра, мм;
р – давление в сети , МПа;
η – КПД пневмоцилиндра, η=0,9.
Отсюда видно, что усилия пневмоцилиндра будет достаточно для зажима детали.
2.7 Расчет приспособления на точность
Расчет приспособления на точность ведется согласно рекомендациям источника [7].
Под точностью приспособления понимается свойство его конструкции обеспечивать в процессе эксплуатации заданную точность обрабатываемой детали.
Заданная точность обрабатываемой детали будет обеспечена, если суммарная погрешность обработки меньше допуска на получаемый размер на 10-15%, то есть должно соблюдаться следующее условие
∑ε < ТН, (2.17)
где ∑ε – суммарная погрешность обработки;
ТН – допуск на межосевое расстояние между отверстиями 38±0,1 мм; ТН = 0,2мм.
Суммарная погрешность обработки является следствием различных
факторов и определяется по формуле [9]:
, (2.18)
где δс – погрешность станка в ненагруженном состоянии, вызываемая погрешностями изготовления и сборки его деталей и узлов, по таблицам δс=0,02 [9];
δр.п. – погрешность расположения приспособления на станке. Для кондукторов она обычно не учитывается, так как совмещение оси сверла с осью кондукторной втулки достигается путем настройки, δр.п.= 0;
δн – погрешность настройки, связанная с погрешностью расположения инструмента относительно направляющих элементов приспособления. Она определяется зазором между сменной втулкой и сверлом, потому что положение кондуктора на столе станка достигается путем совмещения оси сверла с ось кондукторной втулки. Сверление производится сверлом диаметром 3,5-0,03 мм. Диаметр отверстия в сменной втулке мм.
Максимальный зазор между втулкой и сверлом будет составлять:
δн =Smax= 0,012 + 0,03 = 0,042 мм.
δб – погрешность базирования заготовки в приспособлении, определяется максимальным зазором между посадочным отверстием детали Ø18Н7(+0,018)мм и поверхностью установочного пальца Ø18f7
Smax= 0,018 + 0,034 = 0,052 мм.
Следовательно, δб = 0,052 мм.
δз – погрешность, вызываемая закреплением заготовки в приспособлении. Определяется дополнительным смещением заготовки при ее закреплении; по таблицам δз = 0,02 мм [9];
δп.н. – погрешность расположения направляющих элементов относительно опорных элементов приспособления. Для кондуктора со сменной втулкой она возникает вследствие зазора между промежуточной и сменной втулками δs , а также вследствие биения внутреннего диаметра сменной втулки относительно наружного δвт; сменная втулка устанавливается в промежуточную по посадке мм.
По таблицам δвт=0,004 мм.
Тогда
δs. = 0,015+0,014 = 0,029 мм.
δп.н. = 0,004+0,029 = 0,034 мм.
δп.о. – погрешность расположения опорных поверхностей относительно посадочных поверхностей приспособления. Она определяется отклонением от параллельности установочной поверхности для детали относительно нижней поверхности корпуса кондуктора, которой он устанавливается на стол станка; δп.о. = 0,03 мм;
δи – погрешность инструмента, порождаемая погрешностью его изготовления, δи = 0;
δр.и. – погрешность расположения инструмента на станке, δр.и. = 0;
δд. – погрешность, возникающая вследствие деформации технологической системы СПИД, δд. = 0;
δиз – погрешность, вызываемая износом режущего инструмента, δиз = 0;
К – коэффициент, учитывающий закон распределения составляющих погрешностей; К = 1.
Суммарная погрешность обработки
Так как результирующая погрешность меньше допуска на межосевое расстояние отверстий, то приспособление будет обеспечивать заданную точность.
2.8 Описание служебного назначения и принцип действия приспособления
Приспособление применяется для обработки шести отверстий Ø 3,5 мм
в детали «Гильза» в среднесерийном производстве. Заготовка устанавливается основанием на установочный палец и наружной цилиндрической поверхностью на призму . Зажим заготовки осуществляется подвижной призмой, которая соединена со штоком через пластину. Воздух в пневмоцилиндр поступает в бесштоковую полость через штуцер . Поршень со штоком движутся влево, и происходит зажим заготовки. При подаче воздуха в штоковую полость поршень со штоком движутся вправо, и происходит разжим заготовки. Сверление шести отверстий проходит последовательно через быстросменные втулки, которые крепятся на кондукторной плите. Кондукторная плита закрепляется на стойке с помощью штифта Ø 3 мм и фиксатора (см. КП 04.00.04 СБ).
3 Конструкторская часть
3.1 Разработка технических требований на приспособление
Спроектированное приспособление должно отвечать следующим требованиям: иметь достаточную жёсткость для обеспечения требуемой точности обработки, иметь невысокую стоимость и малую трудоёмкость при изготовлении, быть не сложным по конструкции, удобным в обслуживании, ремонтопригодным и травмобезопасным в процессе эксплуатации.
К приспособлению предъявляются следующие требования:
-Цилиндр должен быть герметичен и не пропускать сжатый воздух при давлении 0,4 МПа;
-Усилие зажима Q=452 Н.
3.2 Обоснование выбора
материала деталей
При выборе материалов деталей станочного приспособления необходимо учитывать их свойства, условия работы деталей и конструкций, характер нагрузок и возникающих напряжений.