Станочное приспособление
Министерство Образования Российской Федерации
Рязанская Государственная Радиотехническая Академия
Кафедра ТРЭА
Станочное приспособление
Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу
"Проектирование технологической оснастки"
Содержание
Введение
1. Исходные данные для проектирования
2. Описание устройства и работы приспособления
3. Базирование заготовки
4. Закрепление заготовки
5. Расчет надежности закрепления
5.1 Расчетная схема воздействия сил
5.2 Расчет нагрузок, создаваемых силами резания
5.3 Расчет усилий зажима
5.4 Расчет размеров элементов зажима
Заключение
Список литературы
Введение
В промышленности в текущее время эксплуатируется более 25 млн. станочных приспособлений. Затраты на изготовление технологической оснастки при этом приближаются к затратам на производство самих металлорежущих станков.
Важность технологической оснастки определяется тем, что она повышает производительность труда и создает предпосылки для механизации и автоматизации производства.
Повышение производительности труда при применении технологической оснастки обеспечивается следующим:
– сокращением вспомогательного времени на установку и закрепление заготовки;
– интенсификацией режимов резания за счет увеличения жесткости и виброустойчивости системы СПИД;
– сокращением пригоночно-слесарных работ при сборке изделия;
– расширением многостаночного обслуживания;
– устранением разметки заготовок перед обработкой;
– повышением точности изготовления и т.д.
Целью данного курсового проекта является разработка технологической оснастки (станочного приспособления) для операции сверления отверстий в детали ХХХ (заводской номер 741158). Деталь является составной частью кронштейна и участвует в сборке, как показано на рис. 1.
До обработки в данном приспособлении заготовка получается литьем, обрабатываются боковые поверхности 1 (см. Приложение, лист 1), чистовой обработке подвергаются поверхности 2 и 3. В данном приспособлении обработка производится в два этапа, по числу высверливаемых отверстий (соответственно, перемещений инструмента). Таким образом, основным элементом данного приспособления является кондуктор, устраняющий необходимость предварительной разметки заготовки.
Деталь ХХХ изготавливается в серийном производстве, годовой объем выпуска – партия … штук.
Таким образом, проектируемое приспособление является простейшим ручным специальным приспособлением, применяемым для выполнения одной определенной операции над конкретной деталью в составе ТП, и содержит:
– установочные эл-ты;
– зажимные эл-ты;
– эл-ты для направления режущего инструмента;
– корпус.
1. Исходные данные для проектирования
Деталь ХХХ (741158):
– материал – сталь …, …, твердость обрабатываемой поверхности HRC
– обрабатываемая поверхность:
– масса заготовки …г, размеры …x…x… (см. Приложение, лист 2).
Заготовка:
– предшествующие операции: обработка поверхностей 1, 2 и 3; в приспособлении производится сверление отверстий 4.
– базы
– припуск в отверстии снимается на всю толщину заготовки.
2. Описание устройства и работы приспособления
Проектируемая оснастка является специальным станочным приспособлением. Корпус приспособления 1 имеет выполненное под режущий инструмент окно, исключающее возможность повреждения корпуса и облегчающее удаление металлической стружки. На корпусе неподвижно закреплены 6 опорных штырей 2, лишающие заготовку всех степеней свободы. В состав приспособления входит кондуктор 3, укладываемый на заготовку и исключающий ее предварительную разметку. Фиксирование заготовки с кондуктором производится тремя винтовыми зажимами 4, 5 и 6, являющимися элементарными зажимами со сферической точкой контакта с заготовкой.
На наружной поверхности корпуса имеются два отверстия М… для закрепления болтами на рабочем столе станка.
Приспособление функционирует следующим образом. Корпус приспособления 1 с помощью двух болтов М… крепится к рабочему столу сверлильного станка. Винтовые зажимы 4,5,6 предварительно отводятся в крайнее открытое положение, и заготовка подводится вручную до полного соприкосновения базовых поверхностей с опорными штырями 2. Заготовка фиксируется зажимами 4,5 в горизонтальной плоскости. Затем на заготовку накладывается кондуктор 3 и фиксируется вместе с заготовкой в вертикальной плоскости зажимом 6.
Снятие заготовки производится, соответственно, в обратной последовательности.
Для демонтажа приспособления необходимо отвернуть болты М…, закрепляющие корпус на столе станка.
Для правильной работы приспособления необходимо:
– убедиться в отсутствии посторонних предметов и загрязнений между корпусом приспособления и станком;
– убедиться в отсутствии посторонних предметов и загрязнений в рабочем окне корпуса приспособления;
– убедиться в отсутствии зазора и свободного хода приспособления относительно рабочего стола сверлильного станка.
3. Базирование заготовки
Установку заготовки выполняют, осуществляя плотный контакт базовых поверхностей с установочными элементами приспособления, жестко закрепленными в его корпусе. Это обеспечивается приложением к заготовке соответствующих сил закрепления. Для полной ориентации заготовки число и положение опор должно быть таким, чтобы при соблюдении условия неотрывности баз от опор заготовка не могла сдвигаться и поворачиваться относительно координатных осей. При выполнении условия неотрывности заготовка лишается всех степеней свободы.
Число опор (точек), на которые устанавливается заготовка, не должно быть больше шести (правило шести точек). Для обеспечения устойчивого положения заготовки в приспособлении расстояние между опорами следует выбрать возможно большим; при установке заготовки на опоры не должен возникать опрокидывающий момент. С увеличением расстояния между опорами уменьшается влияние погрешностей формы базовых поверхностей на положение заготовки в приспособлении. Основные опоры жестко связаны с корпусом приспособления.
В данном случае применяется схема установки заготовки по внешнему контуру. В качестве баз используются три поверхности заготовки: нижняя 2, боковые 1 – без скоса и со скосом. В данном варианте базирования заготовки нижняя поверхность является технологической базой, боковые – конструкторскими, т. к. определяют положение отверстий в детали и, соответственно, положение всей детали в сборке (см. Приложение). Все выбранные базы чистовые.
Таким образом, в основании корпуса закреплены неподвижно три установочных штыря, базирующие заготовку по нижней плоскости и лишающие ее трех степеней свободы (перемещения по оси OZ, вращения вокруг оси OX, вращения вокруг оси OY). В задней стенке корпуса располагаются два установочных штыря, базирующие заготовку по одной из конструкторских баз и лишающие ее двух степеней свободы (перемещения по оси OY, вращения вокруг оси OZ). В боковой стенке корпуса закреплен один установочный элемент, базирующий заготовку по второй конструкторской базе и лишающий ее одной степени свободы (перемещения по оси OX).
4. Закрепление заготовки
Закрепление заготовки осуществляется с помощью трех элементарных винтовых зажимов (см. Приложение). После фиксации заготовки зажимами вручную исключается какое-либо ее перемещение относительно корпуса приспособления. Винтовые зажимы имеют сферическую рабочую поверхность, закаленную до твердости HRC 48 – 52. За счет такой формы рабочих поверхностей уменьшается площадь соприкосновения зажимного элемента с заготовкой, увеличиваются контактные нагрузки в месте стыка.
Наиболее действенным способом уменьшения деформаций заготовки под воздействием усилий закрепления является направление усилий, если возможно, на опору. Это избавляет заготовку от воздействия изгибающих моментов.
В данном случае использование кондуктора позволяет применить это правило при фиксации заготовки двумя зажимами 4 и 6 (см. Приложение) и получить равномерное распределение усилий зажима при базировании по технологической и одной из конструкторских баз. Особенность формы заготовки не позволяет выполнить вышеприведенное условие для зажима 5. При этом необходимо помнить о некоторых путях уменьшения возможных деформаций: например, не стоит прилагать большее усилие, чем необходимо для надежной фиксации заготовки.
станочное приспособление заготовка зажим
5. Расчет надежности закрепления
5.1 Расчетная схема воздействия сил
Для расчета сил закрепления при конструировании нового приспособления необходимо знать условия проектируемой обработки – величину, направление и место приложения сил, сдвигающих заготовку, а также схему ее установки и закрепления. Расчет сил закрепления может быть сведен к задаче статики на равновесие заготовки под действием приложенных к ней внешних сил.
К обрабатываемой заготовке приложены силы, возникающие в процессе обработки, искомые силы закрепления и реакции опор. Под действием этих сил заготовка должна находиться в равновесии. Сила закрепления Q должна быть достаточной для предупреждения смещения установленной в приспособление заготовки.
5.2 Расчет нагрузок, создаваемых силами резания
При работе осевым инструментом (сверло, зенкер) на заготовку действуют крутящий момент М>кр> и осевая сила Р>о>. Их величины могут быть вычислены на основе компьютерных расчетов или по справочникам. Связь между мощностью N в кВт и моментом М>кр> в кН*м выражается следующей зависимостью:
где n – частота вращения инструмента, об/мин.
Отсюда:
Связь между мощностью и осевой силой Р>о >– соотношением:
где v – скорость резания, м/мин.
Отсюда:
5.3 Расчет усилий зажима
Исходя из схемы I, сила P, возникающая в процессе обработки, и сила закрепления Q>1> прижимают заготовку к опорам приспособления. При постоянном значении P сила Q>1> = 0. Т. к. в данном случае сила P может быть нестабильной, выбираем Q>1 >> 0 для предупреждения вибраций, зазоров в системе и для повышения ее жесткости.
где k>з> – коэффициент запаса;
P – сила, расчитанная в п. 5.2.
Исходя из схемы II закрепления заготовки в горизонтальной плоскости, момент M, возникающий в процессе обработки, стремится повернуть заготовку вокруг оси высверливаемого отверстия. Отсюда:
где k>з> – коэффициент запаса;
M – момент, расчитанный в п. 5.2;
L – расстояние от центра масс заготовки до предполагаемого отверстия;
f>1 >– коэффициент трения в зоне контакта прижим – заготовка;
f>2 >– коэффициент трения в зоне контакта опора – заготовка;
– угол между
базовыми поверхностями.
Примем
Коэффициент запаса k>з >учитывает неточность расчетов, непостоянство условий установки заготовки и обработки. Он равен произведению шести первичных коэффициентов запаса k>1> – k>6>:
где – k>1 >– коэффициент неточности расчета (1.5 – 2.0), примем k>1 >= 1.5;
– k>2 >– коэффициент случайных неровностей на поверхности заготовки, при чистовой обработке k>2 >= 1.0;
– k>3 >– коэффициент затупления и выкрашивания режущей кромки инструмента, см. табл. 1;
– k>4 >– коэффициент прерывистости резания (1.0 – 1.2), примем k>4 >= 1.1;
– k>5 >– коэффициент нестабильности усилия, при ручном зажиме k>5 >= 1.2;
– k>6 >– коэффициент крутящего момента, примем k>6 >= 1.5.
Таблица 1.
|
Метод обработки |
Силовые компоненты резания |
Коэффициент k>з> |
Материал заготовки |
|
Сверление |
M>кр > P>0> |
0.15 1.0 |
Чугун |
|
Зенкерование |
M>кр > P>0> |
1.3 1.2 |
– <> – |
|
Предварительное точение |
P>x> P>y> P>z> |
1.0 1.0 1.4 (1.1) 1.2 (1.4) 1.6 (1.0) 1.25 (1.3) |
Сталь Чугун Сталь Чугун Сталь Чугун |
|
Фрезерование |
P>z> |
1.7 1.3 |
Сталь Чугун |
|
Шлифование |
P>z> |
1.2 |
– |
|
Протягивание |
P>z> |
1.5 |
– |
Соответственно, k>31> = 1.0; k>32 >=0.15.
Таким образом:
5.4 Расчет размеров элементов зажима
В винтовых зажимах определяют наружный диаметр винта, обеспечивающего необходимое усилие зажима Q.
где
– допускаемое напряжение на растяжение
(сжатие) материла винта с учетом износа
резьбы.
Диаметр округлим до ближайшего большего стандартного значения (из ряда М8 – М42).
При ручных приводах усилие рабочего составляет 140 – 200 Н. Винтовой зажим со сферической точкой контакта с заготовкой развивает усилие W при приложении на рукоятке усилия Q:
где l – длина рукоятки зажима;
r>ср> – средний радиус резьбы винта;
– угол подъема резьбы винта, < 6030';
>пр> – приведенный угол трения в резьбовой паре, >пр> = 6040'.
Выберем Q = 160 H и выразим l:
Заключение
В результате выполнения данного курсового проекта были изучены методы проектирования и разработки технологической оснастки в соответствии с данными технического задания. Был произведен анализ работы приспособления, схемы базирования и закрепления заготовки, расчет параметров зажимного устройства.
В ходе курсового проектирования была проведена конструкторская разработка станочного приспособления. Для моделирования был использован пакет инженерной графики AutoCAD 2000.
Список литературы
1. Корсаков В.С. Основы конструирования приспособлений. Учебник для вузов. – М.: Машиностроение, 1983.
2. Альбом по проектированию приспособлений: Учеб. пособие для студентов машиностроительных специальностей вузов / Б.М. Базров, А.И. Сорокин, В.А. Губарь. М.: Машиностроение, 1991. 121 с.
3. Корсаков В.С. Основы конструирования приспособлений: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1983. 431 с.
4. Станочные приспособления: Справочник. В 2 т. М.: Машиностроение, 1983.
5. Технологическая оснастка машиностроительных производств: Учеб. пособие: В 2 ч. / Сост. А.Г. Схиртладзе. М.:МГТУ СТАНКИН, 1998.