Проектирование установочно - зажимного приспособления для обработки заготовок

Обозначаем составляющие силы резания Р_z и Р_y в четырёх позициях инструмента (точки 1, 2, 3 и 4). Обозначаем силу зажима заготовки W с двух сторон детали.

Рассматриваем расчётную  схему, учитывая соотношение между  составляющими силы резания Р_z = 3094,88 Н и Р_y = 1694,85 Н. Условно представляем себе, что заготовка в приспособлении не зажата, а процесс резания заготовки начинается.

 

Рис. 6 - Расчётная схема для определения силы зажима заготовки со стороны главного вида детали.

 

Точка 1. Составляющая силы резания Р_z стремится сместить заготовку вправо. Смещению заготовки препятствует сила трения между заготовкой и опорной пластиной F_тр. Составляющая силы резания Р_y в этой точке стремится приподнять заготовку вверх. Смещению заготовки препятствует сила зажима заготовки W. На рис. 6 мы условно приводим её к оси симметрии детали – она проходит через точку 3.

 

Точка 2. Составляющая силы резания Р_y смещает заготовку вправо. Но числовое значение составляющей силы резания Р_y меньше, чем числовое значение Р_z, поэтому уравнение сил для предотвращения смещения заготовки под действием составляющей силы резания Р_y рассматривать не нужно. Составляющая силы резания Р_z прижимает заготовку вниз. Смещения заготовки под действием этой силы не происходит.

 

Точка 3. Составляющая силы резания Р_z стремится сместить заготовку влево. Но мы рассматривали уже вероятность смещения заготовки под действием этой составляющей силы резания в точке 1. Направление составляющей силы резани Р_z в точках 1 и 3 разное, но сила зажима для предотвращения смещения заготовки будет одна и та же. Составляющая силы резания Р_y прижимает заготовку к установочным элементам. Её влияние мы не учитываем.

 

Точка 4. Составляющая силы резания Р_z стремится сместить заготовку вверх. Этому смещению препятствует сила зажима заготовки W, приведённая к оси симметрии детали. Составляющая силы резания Р_y стремится сместить заготовку влево. Но числовое значение этой составляющей меньше, чем Р_z. Поэтому уравнение сил будем составлять для составляющей силы резания Р_z.

Таким образом, для предотвращения смещения заготовки под действием составляющих силы резания Р_z и Р_y в точках 1, 2, 3, и 4 составляем следующие уравнения равновесия сил.

 

Точка 1. Определяем силу зажима W₁ заготовки для предотвращения смещения заготовки под действием составляющей силы резания Р_z.

K·P_z = F_тр1,      (3)

где: где: K – коэффициент запаса для обеспечения надежного закрепления заготовки (стр. 117 [3]).

F_тр1  - сила трения между зажимным элементом и заготовкой, Н.

К = К₀ ·К₁ ·К₂ ·К₃ ·К₄ ·К₅ ·К₆     (стр. 117, [3]).

где: К₀ – коэффициент гарантированного запаса. К₀ =1,5.

Коэффициент К₁ – учитывает увеличение силы резания из-за случайных неровностей на обрабатываемых поверхностях. При черновой обработке К₁ =1,2.

Коэффициент К₂ – характеризует увеличение силы резания вследствие затупления режущего инструмента (табл. 11, стр. 117 [3]). К₂ =1.

Коэффициент К₃ – учитывает увеличение силы резания при прерывистом резании. В нашем случае прерывистого резания нет. К₃ = 1.

Коэффициент К₄ – характеризует постоянство силы закрепления в зажимном механизме. При использовании пневмо- и гидроцилиндров двойного действия  К₄ = 1,0.

Коэффициент К₅ – характеризует эргономику ручных  зажимных устройств. При механизированном приводе  К₅ =1,0.

Коэффициент К₆ – учитывается только при наличии моментов, стремящихся повернуть заготовку, установленную плоской поверхностью на постоянные опоры.  К₆ = 1,0

К = 1,5· 1,2· 1· 1· 1,0· 1,0· 1,0 = 1,8

Принимаем К = 1,8.

Сила трения между  зажимным элементом приспособления и заготовкой

F_тр1 = 2W₁·f_тр1 ,

где W₁ – сила зажима заготовки для предотвращения её смещения под  действием составляющей силы резания P_z;

f_тр1 – коэффициент трения в месте контакта зажимного элемента и детали.

f_тр1 = 0,2 – 0,25 (стр. 118, табл. 12 [3]). Принимаем f_тр1 = 0,25 (для необработанной поверхности заготовки).

Подставляем полученные значения в уравнение (3) для расчёта  силы зажима W₁.

К·P_z = F_тр1 ; F_тр1 = W₁· f_тр1.

Отсюда: Н

 

Точка 4. Определяем силу зажима W₂  для предотвращения смещения заготовки вверх под действием составляющей силы резания P_z.

Уравнение равновесия сил  в этом случае имеет вид:

K·P_z =2 W₂      (4)

где: K – коэффициент запаса. K = 1,8.

Подставляем известные  значения в зависимость (4).

W₂  = 1,8·3094,88/2 = 2785,4 H

 

Рассмотрим вероятность  опрокидывания заготовки в процессе резания.

Наибольший опрокидывающий момент относительно точки A на расчётной схеме (рис. 6) составляющие силы резания P_z  и P_y создают в точке 1, так как в этой точке у этих сил наибольшие плечи действия a и b (рис. 6). В остальных точках на расчётной схеме (точки 2, 3, 4) опрокидывающий момент можно не рассчитывать, так как плечи действия сил в этих точках значительно меньше, чем в точке 1.

Составим уравнение  моментов всех сил относительно точки A. Точка A является общей точкой для заготовки и установочного элемента – опорной пластины. На самом деле это не точка, а линия. У детали это ребро боковой стороны детали. У опорной пластины это тоже ребро - часть фаски на поверхности пластины. Уравнение моментов всех сил, действующих на заготовку, относительно точки A имеет следующий вид:

K·P_y·a  +K·P_z ·b – W₃/2c – W₃/2d = 0

 

После преобразования зависимость  имеет вид:

      (5)

 

В нашем примере (рис. 5) а = 95 мм, в = 90 мм , с = 14,65 мм, d = 165.3 мм. Подставляем известные значения в уравнение (5):

Н

 

 

Расчётная схема для  сечения детали  на рис. 5

Рассматриваем расчётную схему на рис. 7.

 

Рис. 7 - Расчётная схема для определения силы зажима заготовки

(сечение А - А)

 

Обозначаем составляющие силы резания Р_x и Р_y на расчётной схеме в точке 1, так как мы уже знаем, что именно в этой точке составляющие силы резания создают наибольший опрокидывающий момент. В данном случае опрокидывание заготовки может произойти относительно точки C. Силу зажима заготовки W обозначаем на оси симметрии детали.

Анализируем расчётную  схему.

Если представить себе, что заготовка не зажата, а процесс  резания детали уже начался, то составляющая силы резания Р_x стремится сместить заготовку влево. Смещению заготовки препятствует сила трения между заготовкой и зажимным элементом. Но численное значения составляющей силы резания  
Р_x = 483 H значительно меньше, чем численное значение составляющей силы резания Р_z = 3094,88 H. А мы уже рассчитывали силу зажима заготовки в приспособлении при воздействии на заготовку составляющей силы резания Р_z (уравнение равновесия сил 3). Поэтому уравнение сил для определения силы зажима заготовки с составляющей силы резания Р_x использовать  не нужно.

Составляющая силы резания Р_y стремится сместить заготовку вверх. Заготовку удерживает от смещения сила зажима W. Но численное значение составляющей силы резания Р_y = 1694,85 H меньше, чем численное значение составляющей силы резания Р_z = 3094,88 Н. Мы уже рассчитывали силу зажима заготовки для предотвращения смещения заготовки под действием составляющей силы резания Р_z (уравнение равновесия сил 4). Значит, уравнения сил с участием составляющей силы резания Р_z использовать не нужно.

Определим силу зажима заготовки для предотвращения её опрокидывания относительно точки В. Для этого составим уравнение моментов всех сил, действующих не заготовку, относительно точки В:

-K·P_y·m – K·P_x·n + 2W₄·q = 0

 Из этого выражения:

 Н    (6)

В нашем случае: s = 80 мм,  r = 95 мм, t = 36 мм.

Подставляем известные  значения в зависимость (6):

Н

Таким образом, в результате расчётов получили:

W₁ = 11141,57 Н

W₂ = 5570,78 Н

W₃ = 8788,57 Н

W₄ = 5040.56 Н

 

Для дальнейших расчётов принимаем W = 11141,57 Н.

 

 

Задание №3. «Точностной расчет».

 

3.1.Точностной расчет проектируемого приспособления.

Проверяем возможность  получения заданной точности при  обработке рассматриваемой детали в размер ф72^+,03 мм. То есть ξ_ф ≤ ξ_доп.

где: ξ_ф – фактическая погрешность установки заготовки в приспособление;

ξ_б – погрешность базирования заготовки в приспособлении;

ξ_з – погрешность закрепления заготовки в приспособлении.

При установке корпуса  подшипника в проектируемом приспособлении конструкторская база 1 совпадает с технологической (измерительной) базой 2. Погрешность базирования заготовки в приспособлении ξ_б будет равна 0.

Погрешность закрепления  ξ_з, если направление зажима совпадает с направлением выполняемого в приспособлении размера, при использовании механизированного привода можно также принять равной 0, если считать, что механизированный привод находится в хорошем состоянии и сила зажима заготовок постоянна

Отсюда фактическая  погрешность установки заготовки  в приспособлении ξ_ф будет равна 0.

Расчет допускаемой  погрешности установки заготовки  в приспособление ξ_доп не требуется.

Фактическая погрешность  будет определятся погрешностью станка равной 0,08 мм [14],  что меньше допустимой погрешности равной 0,3 мм. 

Задание №4. «Силовой расчет приспособления».

 

4.1. Расчёт гидроцилиндра проектируемого приспособления

 

При расчёте, силы зажима при растачивания отверстия ф72Н7 в корпусе подшипника W равна 11141,57 Н. Рассчитаем комбинированный зажим для этого значения силы зажима и выберем привод приспособления.

Для чего был произведен предварительный расчет усилия зажима,  усилия штока и выбран диаметр гидроцилиндра равный 50 мм.

В процессе выполнения чертежа  приспособления было произведено уточнение  параметров приспособления и теперь необходимо произвести точный расчет выбранной схемы приспособления.

 

 

Рис.8 Схема для расчета  усилия на штоке гидроцилиндра.

 

Расчёт производим согласно расчётной схеме (рис. 8).

 

Силу зажима создаваемую  прихватами обозначим Qп. Силу прижима создаваемую эксцентриком обозначим как Qэ. Усилие создаваемое штоком гидроцилиндра на рычаге эксцентрика Qшт. 

Давление рабочего тела – масла в гидроцилиндре рекомендуется в диапазоне 1-80 МПа.

 

Усилие на прихватах Qп, необходимое для создания силы зажима W рассчитываем по формуле:

 

Qп=

где:l-расстояние от оси прихвата до точки приложения силы зажима;   f-коэффициент трения в прихвате (f=0.25);

g-жесткость пружины (g=154 Н/мм) ().

 

Qп= =15781,74 Н

 

Усилие создаваемое  эксцентриком равно:

 

Qштl=

 

 

где: Qэ=2Qп=31563,48 Н;

l-длинна рычага эксцентрика (l=80 мм);

α=4⁰-средний угол подьема эксцентрика;

ρ=21,435 мм-среднее значение радиуса эксцентрика;

φ1, φ2=5,5⁰-углы трения скольжения в точке зажима и на оси эксцентрика ().

Но т.к. усилие штока приложено под углом к рычагу эксцентрика, по этому усилие на штоке необходимо разделить на синус угла между штоком и рычагом. В крайнем положении механизма угол минимален и равен 45⁰.

 

Qшт/sin45= /l

 

Qшт= =1576,5 Н

 

Для закрепления детали рабочее тело поступает в бесштоковую полость цилиндра, поэтому соотношение между силой на штоке привода приспособления, давлением рабочего тела в цилиндре привода приспособления и главными размерными параметрами цилиндра выражается следующей зависимостью:

Qшт Н     (1)

где: Qшт – рассчитанная сила на штоке привода приспособления, Н;

Рм – давление рабочего тела в цилиндре, МПа; D – диаметр поршня цилиндра, см; η-к.п.д. привода=0,8.

 

 

Отсюда:

 

Рв= = =1МПа

 

Расчетное давление в гидроцилиндре равно 1 МПа, что соответствует заданным характеристикам. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2. Описание работы спроектированного приспособления.

 

 

 

 

 

 

При поступлении рабочего тела (масла) в бесштоковую полость гидроцилиндра 11, шток гидроцилиндра 10 начинает выдвигаться и создает усилие Qшт на рычаге 9 эксцентрика 8. Рычаг поворачивается вокруг оси 12 вместе с эксцентриком. Эксцентрик при повороте создает усилие Qэ на планке 7 перемещая ее вниз. Планка тянет за собой шпильки 4 и 5 закрепленных на планке гайками 6. Шпильки ввернуты в г-образные захваты 2 и 3, которые перемещаясь вместе со шпильками создают зажимное усилие W на обрабатываемой заготовке 1.

При установке и снятии заготовки прихваты, в верхнем положении, поворачиваются на 90⁰.      

 

Выводы.

 

В процессе выполнения данной курсовой работы мною было спроектировано: маршрутный технологический процесс  на обработку заготовки с указанием  обрабатываемых поверхностей и баз. Операционный эскиз на операцию расточки отверстия ф72Н7.

Выбраны инструмент и  станок для обработки отверстия.

Произведены расчеты: режимов  и сил резания, требуемого усилия зажима заготовки, требуемого давления рабочего тела в гидроцилиндре и  произведен точностной расчет приспособления. А так же выбран аналог приспособления, по которому мною было спроектировано установочно-зажимное приспособление. В ходе выполнения данной курсовой работы мною рассматривалось несколько схем базирования и закрепления. Данная схема базирования и закрепления была выбрана по причине: