Проектирование станочного приспособления

Содержание.

 

Введение

1. Описание принципа работы приспособления.
2. Силовой расчет приспособления.
3. Точностный расчет приспособления.
4. Расчет технологической себестоимости обработки в приспособлении

Заключение

Литература.

 

Введение

 

Интенсификация производства в машиностроении неразрывно связана с техническим    перевооружением и модернизацией средств производства на базе применения новейших достижений науки и техники. Техническое перевооружение, подготовка производства новых    видов продукции машиностроения и модернизация средств производства неизбежно  включают процессы проектирования средств технологического оснащения и их изготовления.

Применение станочных приспособлений позволяет:

1. Надежно базировать и закреплять  обрабатываемую деталь с сохранением  ее жесткости   в  процессе обработки;

2. Стабильно обеспечивать высокое  качество обрабатываемых деталей  при  минимальной зависимости  качества от квалификации рабочего;

3. Повысить производительность  и облегчить условия труда  рабочего в результате  механизации  приспособлений;

4. Расширить технологические возможности  используемого оборудования.

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 станочные приспособления  имеют одноцелевое назначение для выполнения определенных операций механической обработки  конкретной детали. Эти приспособления наиболее трудоемки 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. Описание принципа работы приспособления

 

Приспособление предназначено для закрепления деталей в процессе сверления  сквозного отверстия диаметром 10 мм, выдерживая расстояние до центра отверстия 70±0,095  мм.

 Приспособление крепится к столу станка при помощи четырех винтов, вставляемых в “Т” – образные паз стола и отверстия плиты (5). На призму (11) устанавливается заготовка, до опоры (4), которая

расположена на кронштейне (2). Кронштейн (2) закреплена на плите (5) с помощью винтов (7) и штифтов (16). Заготовка фиксируют при помощи прижима (6),который находится на шпильке (14) в месте с пружиной (12). В кронштейне (1) запрессована кондукторная втулка (3), которая направляет сверло во время сверления.

 

2. Силовой расчет приспособления

 

Для силового расчета необходимо назначить станок и инструмент для сверления и рассчитать режимы резания.

Сверление будет производиться на вертикально-сверлильном станке 2Н125.

Заготовка устанавливается при помощи приспособления «072».

Сверлятся 1 отверстие Ø 10 мм, выдерживая диаметр 70±0,095  мм.

При обработке используется спиральное сверло из быстрорежущей стали 

Ø10 мм с коническим хвостовиком ГОСТ 10903 – 77.

Диаметр сверла, D=10 мм 

Длина сверла, L=168 мм

Длина рабочей части, l=87 мм

Конус Морзе 1

Геометрические параметры:

 α=12º ;  ψ = 40º ;  2φ = 118º ;

Расчет режимов резания.

 

Глубину резания t принимаем равной половине диаметра отверстия:

Подачу принимаем в соответствии с рекомендациями в [1, табл. 35] в зависимости от диаметра сверла и твердости обрабатываемого материала:

Скорость резания рассчитываем по эмпирической формуле:

,

где Т – среднее значение стойкости инструмента, мин.;

s – подача, мм/об;

D – диаметр сверла, мм;

Kv – коэффициент, учитывающий условия обработки.

Значения коэффициентов Cv, показателей степени q, y и m принимаем из [1, табл. 38]: Cv=7,0, q=0,4, y=0,7 и m=0,2.

Коэффициент Kv представляет собой:

,

где Klv – коэффициент, учитывающий глубину сверления, Klv=1 [1, табл. 41];

Kиv – коэффициент, учитывающий материал инструмента, Kиv=1 [1, табл. 6];

Kмv – коэффициент, учитывающий влияние материала заготовки:

,

где nv=0,9 [1, табл. 2];

Тогда скорость резания по формуле:

Частоту вращения шпинделя определим по формуле:

Для вертикально-сверлильного станка принимаем частоту вращения шпинделя равную nпр=650 мин-1.

Тогда скорость резания по формуле:

Крутящий момент и осевую силу рассчитаем по формулам:

,

,

где Kp – поправочный коэффициент:

Поправочный коэффициент Kмр:

Значения коэффициентов Cм, показателей степени q и y принимаем из [1, табл. 32]: Cм=0,0345, q=2, y=0,8.

Значения коэффициентов Cр, показателей степени q и y принимаем из [1, табл. 42]: Cр=68, q=1,0, y=0,7.

Мощность резания:

Основное время на обработку:

,

где – длина обрабатываемой поверхности, мм;

– величина врезания инструмента, мм;

-  величина перебега инструмента, мм.

Принимаем величину перебега мм.

При конструировании нового станочного приспособления силу закрепления находят из условия равновесия заготовки под действием сил резания, тяжести инерции, трения, реакции в опорах и собственно силы закрепления. Полученное значение силы закрепления проверяют из условия точности выполнения операции. В случае необходимости изменяют схему установки, режимы резания и другие условия выполнения операций. При расчетах силы закрепления учитывают упругую характеристику зажимного механизма.

Силовой расчет учитывает коэффициент запаса - К, поскольку при обработке заготовки возникают неизбежные колебания сил и моментов резания. В общем случае величина этого коэффициента находится в пределах от 2…3,5, в зависимости от конкретных условий обработки.

Величина .

Значение коэффициента надежности К следует выбирать дифференцированно в зависимости от конкретных условий выполнения операции и способа закрепления заготовки. Его величину можно представить как произведение частных коэффициентов, каждый из которых отражает влияние определенного фактора:

 - гарантированный коэффициент запаса надежности закрепления, ;

 - коэффициент, учитывающий наличие случайных неровностей на заготовке;

- для предварительно обработанных;

  - коэффициент, учитывающий увеличение силы резания при пригрессирующем затуплении инструмента в зависимости от метода обработки;

- в зависимости от обрабатываемого  материала и метода обработки;

- коэффициент, учитывающий увеличение  силы резания при прерывистой обработке,

 - коэффициент, учитывающий изменение зажимного усилия прикладываемого к заготовке;

- для ручных зажимов;

 - коэффициент, учитывающий степень удобства расположения рукояток в ручных зажимах;

- при удобном расположении  и малой длине рукоятки;

- коэффициент, учитывающий наличие момента, стремящегося повернуть заготовку на опорах.

- для опорного элемента, имеющего  ограниченную поверхность контакта  с заготовкой;

Выполним расчет:

Величину необходимого зажимного усилия определяют на основе решения задачи статики, рассматривая равновесие заготовки под действием приложенных к ней сил. Для этого необходимо составить расчетную схему, то есть изобразить на схеме базирования заготовки все действующие на нее силы: силы и моменты резания, зажимные усилия, реакции опор и силы трения в местах контакта заготовки с опорными и зажимными элементами.

По расчетной схеме необходимо установить направления возможного перемещения или поворота заготовки под действием сил и моментов резания, определить величину проекций всех сил на направление перемещения и составить уравнения сил и моментов:

Схема установки детали.

Расчетная схема сверлильного приспособления.

Цилиндрическая заготовка закреплена в призме с углом α и находиться под действием момента обработки и осевой силы . Создаваемые силы и моменты трения противодействуют сдвигу вдоль оси и повороту заготовки.

Тогда расчетная формула имеет вид:

где

f1 и f2 – коэффициент трения в контакте заготовки с зажимными и установочными элементами ;

Н.

Принимаем большое значение W, т.е. H.

 

В качестве силового механизма выбираем рычажный зажим, имеющий прихват  (рычаг) с плечами l1=45 и l2=61.

Размеры сечения прихвата (прихват изготовлен из стали 45) можно определить из формулы:

,

где - напряжение при изгибе (допускаемое напряжение для стали 45 после нормализации МПа);

W – обеспечиваемая сила зажима;

l1 – плечо рычага;

- ширина опасного сечения  прихвата, мм;

- высота сечения прихвата (принимаем  мм);

Z – момент сопротивления прихвата: , мм3.

Решая приведенное уравнение, определяем ширину сечения:

По выявленным данным выбирается прихват передвижной шарнирный по ГОСТ 4735-69 из стали 45 с размерами: длина мм; ширина мм; высота мм. Прихват дорабатываем с целью получения рабочего зажимного элемента в виде вилки.

Далее осуществляем расчет зажимного механизма.

Данный зажимной механизм состоит из двух механизмов: рычажный и винтовой механизм.

Для которого:

Основной характеристикой механизма является передаточное отношение сил, которое для рычажного механизма определяем как:

,

для винтового механизма:

Расчет рычажных механизмов сводится к выявлению соотношению сил зажима W и привода Q:

H.

Расчет винтовых зажимных устройств:

- определяем номинальный (наружный) диаметр резьбы винта по формуле

 принимаем 

где C – коэффициент, для основной метрической резьбы C=1,4;

Q – потребная сила зажима;

- допускаемое напряжение растяжения (сжатия), для винтов из стали 45 с учетом износа резьбы можно  принять  МПа.

- определяем момент М, который нужно развить на винте для обеспечения заданной зажимной силы Q:

где - средний радиус резьбы (можно принять );

- угол подъема резьбы;

- угол трения в резьбе;

- момент трения на опорном  торце гайки.

При средних значениях ; ; ; можно пользоваться приближенным расчетом М:

H·мм.

- момент открепления винтового  зажимного устройства:

После преобразований получим:

- рассчитываем длину рукоятки (ключа) l по заданной силе воздействия (при ручном зажиме  ) из условия равновесия гайки (винта):

Отсюда:

мм.

Расчёт на прочность.

Наиболее нагруженным элементом приспособления можно считать шпильку, которая является опорой рычага и на которую действует растягивающая сила W+Q. Её опасным сечением является внутренний диаметр резьбы, который определяется:

,

где с – коэффициент (для метрических резьб С=1,4); [ ]=175 МПа – допускаемое напряжение при растяжении.

 мм.

Принимаем шпильку М12 80 из стали 40Х.

 

3. Точностный расчет приспособления.

 

Особенностью обработки отверстий на сверлильных станках является наличие в конструкции приспособлений элементов для направления режущих элементов (кондукторных втулок)  направление и ориентация инструментов осуществляется непосредственно по режущей части.

Погрешность обработки заготовок на кондукторах во многом зависит от погрешности положения направляющих элементов относительно установочных элементов приспособления. В то же время погрешности связанные с установкой кондуктора на станке не оказывают влияния на точность координатного расположения обрабатываемых отверстий. Элементы для ориентации приспособления на станке в большинстве случаев отсутствуют, положение кондуктора определяется свободным вхождением инструмента в направляющий элемент, т.е. начало координат таких технологических систем материализуются в элементах для направления инструмента.

Погрешность настройки инструмента равна наибольшему возможному смещению оси обрабатываемого отверстия, вызванному перекосом инструмента во втулке. Возможность такого перекоса обусловлена зазором между инструментом и отверстием кондукторной втулки. Причинами перекоса инструмента относительно номинального положения могут быть:

- биение режущей части при  вращении;

- несимметричность заточки;

    - неоднородность материала  заготовки (пятнистая структура);

- неравномерности поверхности  в месте входа инструмента  с осью отверстия направляющего  инструмента.

 

Расчет рекомендуется выполнять по формуле:

,

где - коэффициент, учитывающий долю статической составляющей в общей погрешности.

При сверлении .

Указание диаметров

 

Диаметр сверла 10h6(-0,009);

- диаметр под сверло;

  ;

- диаметр сопряжения быстросъемной  втулки c отверстием плиты;

    ;  (мм);

Суммарная погрешность приспособления :

   (мм).

   ;

 

Смещение положения оси отверстия

, мм;

где L - высота посадочного отверстия, мм;

l - глубина обрабатываемой заготовки, мм;

h - расстояние между торцом втулки и поверхностью заготовки, мм;

  , мм;

а - величина неперпендикулярности на базовой длине;

Увод сверла

Погрешность настройки инструмента :

, мм;

где - максимальный зазор в сопряжении инструмента с отверстием кондукторной втулки;

l - глубина обрабатываемой заготовки, мм;

h - расстояние между торцом втулки  и поверхностью заготовки, мм;

H - высота втулки, мм. 

, мм.

(мм).

Погрешность установки заготовки :

(мм.)

(мм).

(мм).

Заданные параметры конструктивных элементов приспособления для получения отверстий обеспечиваются.