Разработка конструкции специализированного сверлильного приспособления для обработки сквозного отверстия в детали
Содержание
Введение
. Анализ конструкции детали и операционного эскиза
. Краткое описание выполняемой в приспособлении операции,
применяемого инструмента, оборудования и режимов резания
. Анализ существующих конструкций приспособлений и
обоснование выбранных решений
. Описание конструкции и принципа действия приспособления
. Силовой расчет приспособления
. Расчет погрешности механической обработки детали в
приспособлении
Выводы
Литература
Введение
Основную группу технологической оснастки составляют приспособления,
предназначенные для установки и закрепления деталей в процессе механической
обработки.
Применение приспособлений позволяет:
устранить разметку заготовок перед обработкой, повысить ее точность;
увеличить производительность труда на операции;
снизить себестоимость продукции;
облегчить условия работы и обеспечить ее безопасность;
расширить технологические возможности оборудования;
организовать многостаночное обслуживание;
применить технически обоснованные нормы времени и сократить число рабочих,
необходимых для выпуска продукции.
Частая смена объектов производства, связанная с нарастанием темпов
технического прогресса, требует создания конструкций приспособлений, методов их
расчета, проектирования и изготовления, обеспечивающих неуклонное сокращение
сроков подготовки производства.
Затраты на изготовление технологической оснастки составляют 15... 20% от
затрат на оборудование для технологического процесса обработки деталей машин
или 10-24 % от стоимости машины. Станочные приспособления занимают наибольший
удельный вес по стоимости и трудоемкости изготовления в общем количестве
различных типов технологической оснастки.
Для массового производства характерны специальные приспособления. С
помощью таких приспособлений на станках постоянно выполняются одни и те же
операции.
Основной задачей курсового проекта является разработка конструкции
специализированного сверлильного приспособления для обработки сквозного
отверстия в детали. Цели, достигаемые при применении разработанного
приспособления: повышение производительности труда, за счет исключения операции
разметки и выверки, и обеспечение заданной точности механической обработки
детали на заданной операции.
В результате выполнения проекта было разработано специальное сверлильное
приспособление, отвечающее всем требованиям технического задания и
обеспечивающее надежное закрепление детали в процессе сверления отверстия.
Соответствующие расчеты, приведенные в данной пояснительной записке,
подтверждают работоспособность разработанного приспособления с точки зрения
обеспечения необходимой точности обработки отверстия.
1.
Анализ конструкции детали и операционного эскиза
Рассматриваемая в данном курсовом проекте деталь «Кронштейн» (см.
ПСКП.219149.001) является направляющим элементом прибора. Для изготовления
детали используется материал - Сталь 35 ГОСТ 1050-88.
На рис.1.1 представлен эскиз детали с указанием основных поверхностей.
Рисунок 1.1 - Эскиз детали «Кронштейн»
В табл. 1.1 приведены основные требования, предъявляемые к
рассматриваемым поверхностям.
Таблица 1.1 Данные о поверхностях детали
№ поверхности
|
Наименование поверхности
|
Требование к точности,
квалитет
|
Требование к шероховатости
Ra, мкм
|
1
|
Торец
|
14
|
6,3
|
2
|
Плоскость
|
14
|
6,3
|
3
|
Плоскость
|
14
|
6,3
|
4
|
Плоскость
|
14
|
6,3
|
5
|
Фаска
|
14
|
6,3
|
6
|
Цилиндрическая поверхность
|
14
|
6,3
|
7
|
Плоскость
|
14
|
6,3
|
8
|
Фаска
|
14
|
6,3
|
9
|
Отверстие
|
7
|
0,4
|
10
|
Торец
|
14
|
6,3
|
11
|
Плоскость
|
14
|
6,3
|
12
|
Отверстие
|
7
|
0,4
|
13
|
Фаска
|
14
|
6,3
|
14
|
Плоскость
|
14
|
6,3
|
15
|
Плоскость
|
14
|
6,3
|
16
|
Отверстие
|
14
|
6,3
|
17
|
Торец
|
14
|
6,3
|
18
|
Плоскость
|
14
|
6,3
|
19
|
Плоскость
|
14
|
6,3
|
20
|
Плоскость
|
14
|
6,3
|
21
|
Плоскость
|
14
|
6,3
|
22
|
Плоскость
|
14
|
6,3
|
23
|
Резьбовое отверстие
|
6 степень точности
|
6,3
|
24
|
Плоскость
|
14
|
6,3
|
25
|
Т-образный паз
|
7
|
0,4
|
26
|
Плоскость
|
14
|
6,3
|
27
|
Канавка под выход шлифовального
паза
|
14
|
6,3
|
28
|
Плоскость
|
14
|
6,3
|
29
|
Плоскость
|
14
|
6,3
|
30
|
Плоскость
|
14
|
6,3
|
31
|
Плоскость
|
14
|
6,3
|
32
|
Плоскость
|
14
|
6,3
|
33
|
Плоскость
|
14
|
6,3
|
В результате анализа чертежа детали можно предложить следующий маршрут
механической обработки детали:
- Операция 005 - Заготовительная - резка на штучные заготовки из
листового проката.
- Операция 010 - Фрезерная - фрезерование контура кронштейна.
- Операция 012 - Фрезерная - фрезерование паза 15 (см. рис. 1.1).
Операция 015 - Сверлильная - сверление отверстия 16 (см.
рис.1.1).
Операция 020 - Сверлильная - обработка резьбовых отверстий 23
(см. рис.1.1).
В целом деталь является малотехнологичной, т.к. имеет много
обрабатываемых поверхностей, отверстия 9 и 13 являются глухими и требуют точной
обработки.
Основными конструкторскими базами детали являются: поверхности 22, 18,
резьбовые отверстия 23, отверстие 16; вспомогательными - поверхность 25 и
отверстия 9 и 13.
Т.к. в данном курсовом проекте необходимо разработать приспособление для
сверления отверстия Ø8,2 (поверхность №16 на рис. 1.1), то рассмотрим более
подробно сверлильную операцию 015.
На рис. 1.2 представлена схема базирования детали на операции сверления с
указанием числа степеней свободы, лишаемых установочными элементами.
При данной схеме базирования поверхность А является основной базирующей
поверхностью и лишает заготовку трех степеней свободы.
Поверхность Б является направляющей базой и лишает заготовку двух
степеней свободы.
Рисунок 1.2 -
Схема базирования детали на операции сверления отверстия
Поверхность В является опорной базой и лишает заготовку одной степень
свободы.
Базирование заготовки является полным, т.к. при данной схеме базированию
лишаются шесть степеней свободы.
Анализируя чертеж детали, можно установить, что конструкторской базой при
выполнении размера 7±0,2 является плоскость 21 (см. рис.1.1), технологической -
плоскость 21 (см. рис. 1.1); конструкторской базой при выполнении размера 9±0,2
является плоскость 24 (см. рис.1.1), технологической - плоскость 24 (см. рис.
1.1)
2. Краткое описание выполняемой в приспособлении операции, применяемого
инструмента, оборудования и режимов резания
Рассмотрим операцию - 015 Сверлильная. Операция сверления производится на
вертикально-сверлильном станке 2Н118.
В качестве инструмента на рассматриваемой операции сверления применяется
спиральное сверло с коническим хвостовиком по ГОСТ 10903-77, изготовленное из
быстрорежущей стали Р6М5 [6]. Основные параметры сверла: d = 8,2 мм, L = 156 мм, l = 75
мм. Эскиз сверла представлен на рис. 2.1.
Рисунок 2.1 - Эскиз сверла
В качестве металлорежущего оборудования применяется
вертикально-сверлильный станок 2Н118 со следующими техническими
характеристиками [6, стр.20]:
наибольшее усилие подачи - 5600 Н;
- наибольший условный диаметр сверления 18 мм.
- размеры рабочей поверхности стола 320х360 мм.
расстояние от торца шпинделя до поверхности стола 50…650 мм.
расстояние от центра шпинделя до вертикальных направляющих 200
мм.
- наибольшее вертикальное перемещение шпинделя 150 мм.
конус Морзе отверстия шпинделя - 2
- подача 0,1÷0,56 мм/об.
число ступеней оборотов шпинделя - 9
число оборотов шпинделя в минуту 180¸2800 об/мин.
мощность главного электродвигателя - 1,5 кВт.
- число Т-образных пазов - 2
расстояние между пазами - 160 мм.
На рис. 2.1 приведен эскиз стола вертикально-сверлильного станка 2Н118.
Рисунок 2.2 - Эскиз стола станка 2Н118
Произведем расчет режимов резания [6, стр.276].
Глубина
сверления
Подача
на оборот инструмента:
[6,
стр.277].
Скорость резания:
где
постоянная и показатели степени ( ) [6, стр.278];
период
стойкости инструмента (для сверла из быстрорежущей стали при обработке
конструкционной стали ) [6, стр.279];
общий
поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий отличные от табличных
условия резания.
где
коэффициент, учитывающий влияние физико-механических
свойств обрабатываемого материала на скорость резания
коэффициент
на инструментальный материал (при обработке стали и марки режущего материала
Р6М5 );
коэффициент,
учитывающий глубину просверливаемого отверстия ( при l/D £ 3).
где
коэффициент, характеризующий группу стали по
обрабатываемости.
Таким
образом,
Следовательно:
Тогда:
Частота вращения шпинделя станка:
Уточним частоту вращения шпинделя станка [8, стр.81]:
n = 1040 об/мин.
Определим
ступень скорости станка:
Определим
диапазон регулирования по формуле 3.50 [8, стр.80]:
По
табл. 3.30 [8, стр.81] определим ближайшее меньшее табличное значение (), что соответствует стандартному знаменателю
Определим
диапазон регулирования для расчетной частоты вращения шпинделя станка
Находим
ближайшее значение (меньшее) диапазона регулирования по табл. 3.30 [8, стр.81]:
где
Определим
частоту вращения шпинделя станка:
Следовательно:
Длина рабочего хода шпинделя станка:
Основное машинное временя обработки:
.
Минутная подача:
Крутящий
момент:
где [6, стр.281] - постоянная и показатели степени (при
обработке конструкционной стали);
поправочный
коэффициент.
Следовательно:
Осевая
сила резания:
где [6, стр.281] - постоянная и показатели степени;
поправочный
коэффициент.
Следовательно:
Мощность
резания:
Т.к. мощность резания меньше мощности электродвигателя привода станка
(0,56 кВт < 2,20 кВт), то, следовательно, станок 2Н118 подходит по мощности.
. Анализ существующих конструкций приспособлений и обоснование выбранных
решений
Рассмотрим несколько конструкций сверлильных приспособлений, на основании
которых будет осуществлено проектирование специализированного приспособления.
На рис. 3.1, а показан переналаживаемый кондуктор [3, т.2, стр.443],
предназначенный для сверления отверстий в планках на радиально-сверлильных
станках. Он состоит из базовой части - корпуса 8, устанавливаемого на стол 12 с
пневматическим приводом, и сменных наладок. Наладочными элементами являются
планки 4, устанавливаемые в требуемое положение по пазу посредством сухарей 5 и
винтов 3, и планки - упоры 1. Сменные кондукторные плиты 2 закрепляются на
верхней плоскости корпуса 8.
Закрепление обрабатываемых деталей осуществляется прихватом 6, усилие
зажима которому передается от пневмопривода стола через шпильку 10, гайку 11,
рычаг 9 и болт 7.
На рис. 3.1, б изображена одна из деталей, обрабатываемых на этом
кондукторе, и наладка для сверления в ней четырех отверстий. Обрабатываемая деталь
4 в этой компоновке устанавливается на опоры 6 до упора в планку 7,
прикрепленную к кондукторной плите 3. Зажим детали осуществляется прихватом 5.
Кондукторная плита 3 с четырьмя втулками 2 закреплена болтами 1 на корпусе 8.
Универсальность кондуктора, простота его конструкции являются основными
достоинствами приспособления.
Рисунок 3.1 - Переналаживаемый кондуктор для сверления отверстий в
планках на радиально-сверлильных станках
На рис. 3.2 показано специализированное безналадочное приспособление -
переналаживаемый кондуктор с наладкой для сверления радиально расположенных
отверстий в деталях типа валов [3, т.2, стр.407].
Кондуктор состоит из плиты 1, на которой смонтирован корпус 14,
кондукторной плиты 17, колодки 8 с призмой 10 и упора 4. Обрабатываемая деталь
устанавливается на призму 15 до упора 4, смонтированного в кронштейне 3.
Колодка 8 с призмой 10 имеет возможность перемещаться вдоль паза плиты 1. С
помощью гайки 9 она может устанавливаться на нужную высоту и является
дополнительной опорой обрабатываемой детали. Закрепление и раскрепление
обрабатываемой детали осуществляется пневмоприводом, перемещающим кондукторную
плиту 17, закрепленную на скалках гайками 7 и прижимными элементами 18.
Рисунок 3.2 - Переналаживаемый скальчатый кондуктор для сверления
радиально расположенных отверстий в деталях типа валов
Наладка по заданной координате обрабатываемого отверстия осуществляется
перемещением корпуса 14 вдоль плиты 1. При этом отсчет размера производится по
линейке 19 и нониусу 2.
Помимо основной кондукторной плиты со втулками 16 в кондукторе
предусмотрена еще планка - колодка 5 с кондукторной втулкой 6, которая может
перемещаться на расстояние 20 мм вправо и влево от продольной оси вала, что
дает возможность сверлить отверстия, смещенные от оси вала. Отсчет перемещений
в этом случае ведется по линейке 22.
Пневмопривод приспособления состоит из корпуса 14, в котором запрессована
втулка 12, поршня 11 и штока 13. Сжатый воздух подается из цеховой магистрали
через штуцер 21.Управление подачей воздуха осуществляется краном 20 . Усилие
зажима при давлении воздуха в сети 0,5 МПа равно 900 Н.
Кондуктор снабжен комплектом сменных втулок. Других наладочных элементов
не потребуется, т.к. необходимая переналадка обеспечивается регулированием
специально предусмотренных узлов приспособления. Приспособление используется
для обработки деталей с широким диапазоном как по длине, так и по диаметру.
Наибольший диаметр сверления 12 мм.
Основное достоинство рассматриваемого кондуктора - его универсальность и
быстродействие вследствие наличия пневмопривода. Основной недостаток - наличие
регулируемой призмы 10, которую необходимо закреплять с помощью болтов.
На рис. 3.3 показан зажим костылем [7, стр.176]. Конструкция зажима
допускает отвод костыля на значительную величину. Байонетный паз обеспечивает
автоматический поворот костыля. Зажим состоит из литого корпуса 11, в котором
смонтирован пневмопривод приспособления, состоящий из составного поршня 4,
штока 12, крышки 1 и уплотнительной втулки 5. Крышка 1 к корпусу приспособления
крепится с помощью винтов 2. Поршень 4 к штоку 12 крепится с помощью гайки 3. К
штоку 12 с помощью гайки 9 прикреплен костыль 8, который перемещается в
отверстие кронштейна 6 и благодаря байонетному пазу и направляющего винта 10
поворачивается на 90° при раскреплении заготовки. Заготовка 7 устанавливается
плоскими поверхностями на опорные поверхности кронштейна 6.
Наличие пневмопривода, обеспечивающего высокую производительность зажима
можно отнести к достоинствам зажима. К достоинствам также следует отнести
значительный отвод костыля и автоматический его поворот в процессе отжима и
зажима заготовки.
Рисунок 3.3 - Зажим костылем
На рис. 3.4 изображен скальчатый кондуктор консольного типа с
пневматическим приводом [1, стр.384].
Рисунок 3.4 - Скальчатый кондуктор консольного типа с пневматическим
приводом
В корпус 1 кондуктора встроен цилиндр 2, в котором перемещается поршень
со штоком 3, заменяющим собой одну из трех скалок. На скалках установлена плита
4, в которой непосредственно или в прикрепляемой к ней сменной плите
монтируются кондукторные втулки. Сменная подставка для установки обрабатываемых
деталей базируется по плоскости корпуса и двум установочным штифтам 6; сменная
кондукторная плита базируется по нижней плоскости плиты 4 и двум установочным
штифтам 5. Сжатый воздух поступает в цилиндр через штуцеры 7.
Основное достоинство рассматриваемого кондуктора - его универсальность и
быстродействие вследствие наличия пневмопривода.
За основу силового механизма разрабатываемого приспособления взята
конструкция скальчатого кондуктора, приведенного на рис. 3.2. В качестве схемы
базирования детали взята схема с приспособления, приведенного на рис. 3.1.
Схема базирования, используемая в конструкции кондуктора на рис. 3.1,
соответствует схеме базирования на операционном эскизе, т.е. базирование детали
осуществляется на плоскость с одновременным упором в боковые грани детали.
Направление силы зажима, приведенной на рис 3.2 соответствует принятой, т.к. в
данном приспособлении зажим детали осуществляется сверху. Т.к. по условию на
курсовое проектирование привод приспособления должен быть механизированным
(пневматический), то в разрабатываемом в данном курсовом проекте сверлильном
приспособлении применим привод, используемый в конструкции скальчатого
кондуктора, приведенного на рис. 3.2. Данный тип привода обеспечивает высокую
производительность и надежное закрепление заготовки в процессе обработки
детали. При этом зажим заготовки будет осуществляться в двух точках сверху
детали с помощью кондукторной плиты.
В качестве установочных элементов выбираем опорные пластины и плоские
опорные поверхности приспособления. При этом обеспечивается точное базирование
заготовки в процессе обработки. Для направления режущего инструмента применяем
кондукторную сменную втулку, установленную в кондукторную плиту. Зажим
заготовки осуществляется кондукторной плитой сверху в двух точках с помощью
качающегося на оси прижима.
В качестве силового привода для механизации и автоматизации станочного
приспособления по условию задания выбираем пневмопривод, в котором сжатый
воздух подается в объемный пневмодвигатель от пневмолинии цеховой сети. Давление
сжатого воздуха 0,4 МПа. При этом пневмопривод имеет следующие преимущества:
отсутствие специальных источников давления, так как линии сжатого воздуха
имеются на большинстве заводов; нет возвратных трубопроводов; простые
аппаратура и арматура. Применение мембранного пневмоцилиндра нецелесообразно
из-за больших размеров и малого хода штока такого привода и, кроме того,
нелинейности зависимости силы зажима заготовки от перемещения штока. Поэтому в
данном приспособлении применим поршневой привод двухстороннего действия, так
как для обеспечения процесса отжима заготовки необходим большой ход штока
пневмопривода.
Для обеспечения подвода сжатого воздуха в рабочие камеры пневмопривода
при зажиме и отжиме заготовки применим крановый пневмоаппарат управления, предназначенный
для управления пневмоприводами двустороннего действия.
Исходя
из годовой программы выпуска изделий определим
тип приспособления - одно- или многоместное.
Штучное
время на данную операцию определим по следующему выражению:
где
машинное время на данную операцию, мин;
коэффициент,
учитывающий тип операции и тип производства (для массового производства и для
сверлильной операции 1,51).
Следовательно:
Количество
станков, необходимое для обеспечения выпуска изделий в год определим по
следующей формуле:
где
такт выпуска, мин.
где
4029 ч - фонд времени работы оборудования в планируемый
период.
Следовательно:
Тогда:
Следовательно,
для обеспечения выпуска годовой программы деталей достаточно применить один
станок с одноместным приспособлением.
4. Описание конструкции и принципа действия приспособления
Разработанное в данном курсовом проекте сверлильное приспособление (см.
ПСКП.219149.000 ВО) состоит из литого корпуса 35. В корпусе приспособления 35
смонтирован пневмопривод приспособления, состоящий из штока 37, поршня 43 и
крышки 42. Крышка 42 к корпусу приспособления прикреплена с помощью шести
винтов 7 и штифта 31. Поршень 43 к штоку 37 прикреплен с помощью гайки 13. В
качестве уплотнения пневмопривода применяются стандартизованные кольца 15, 16,
17 и 18. Для исключения удара поршня 43 о корпус приспособления, на поршне
установлен амортизатор 41. Шток пневмопривода приспособления направляется с
помощью втулки 36. К штоку 37 с помощью гайки 13 прикреплена кондукторная плита
48, которая направляется двумя скалками 46. Скалки перемещаются во втулках 45,
которые запрессованы в кондукторной плите 48. Для подвода сжатого воздуха в
рабочие полости пневмопривода приспособления служит распределительный кран 19,
прикрепленный к корпусу приспособления с помощью четырех винтов 6. В
приспособлении деталь устанавливается на опорную поверхность шайбы 23, которая
установлена на кронштейне 47, до упора в опорные пластины 20 и 21.
Дополнительно в вертикальной плоскости деталь поддерживается с помощью механизма,
состоящего из пружины 51, которая прикреплена к кронштейну 47 с помощью двух
винтов 4 и пластины 52. Опорная пластина 20 к кронштейну 47 крепится с помощью
двух винтов 2; опорная пластина 21 к кронштейну 47 крепится с помощью двух
винтов 3, а опорная шайба 23 - с помощью винта 3. Кронштейн 47, в свою очередь,
к корпусу приспособления 35 крепится с помощью четырех винтов 8 и двух штифтов
32. Для направления режущего инструмента служит сменная кондукторная втулка 10,
которая устанавливается в промежуточную втулку 11, запрессованную в
кондукторную плиту 48. Кондукторная втулка 10 фиксируется с помощью винта 9.
Прижим заготовки осуществляется сверху с помощью специального прижима 39,
который качается на оси-винте 38, обеспечивая при этом прижим заготовки к опорной
поверхности приспособления в двух точках с помощью двух цилиндрических опор 50.
Приспособление работает следующим образом. В исходном положении
кондукторная плита 48 поднята вверх. Обрабатываемая деталь устанавливается на
опорную поверхность шайбы 23, до упора в опорные пластины 20 и 21. При подаче
сжатого воздуха в верхнюю рабочую полость пневмопривода, поршень со штоком и
кондукторной плитой переместятся вниз, а качающийся прижим 39 прижмет
обрабатываемую деталь к опорной поверхности приспособления. После обработки
отверстия и поворота рукоятки распределительного крана 19, сжатый воздух
подается в нижнюю полость пневмопривода приспособления, при этом поршень со
штоком и кондукторной плитой 48 переместится вверх, отжимая обрабатываемую
деталь и обеспечивая при этом беспрепятственное снятие заготовки с опорных
поверхностей приспособления. После этого процесс обработки повторятся.
. Силовой расчет приспособления
Расчет силы зажима детали
Расчет сил зажима может быть сведен к решению задачи статики на равновесие
твердого тела (заготовки) под действием системы внешних сил.
Силы трения при выводе сверла, вес заготовки не учитываются из-за
незначительности их величины по сравнению с другими силами.
На рис. 5.1 приведена схема базирования детали на операции сверления
отверстия с указанием сил, действующих на заготовку во время обработки.
Смещающее воздействие на заготовку при обработке оказывает момент резания Мо и
осевая сила резания Ро. Необходимо определить силу зажима заготовки.
С учетом условий равновесия заготовки в процессе обработки составим
следующую систему уравнений:
С учетом равновесия заготовки в процессе обработки составим следующую
систему уравнений:
Преобразуем
данную систему уравнений:
В
данной системе уравнений:
(m =
0,27 кг - масса детали).
Подставив
численные значения, получим:
Рисунок
5.1 - Схема к расчету силы зажима заготовки
Решим данную систему уравнений с помощью определителей матрицы:
Проверка
правильности расчета:
Следовательно,
система решена верно.
При расчете силы зажима вводят коэффициент К, гарантирующий надежное
закрепление заготовки в процессе обработки.
где
- гарантированный коэффициент запаса;
- при
черновой обработке;
- при
сверлении;
- при
непрерывном резании;
- при
использовании механизированного привода;
в данном
случае не учитывается, т.к. применяется механизированный привод;
- при
установке заготовки на плоские опоры.
С
учетом коэффициента запаса сила зажима W:
Выбор и расчет силового привода
Основным назначением силового привода в приспособлении является создание
исходной силы тяги Q, необходимой для
зажима заготовки силой W.
Наиболее широко при механизации процессов закрепления-открепления заготовки в
приспособлениях применяются пневматические приводы благодаря их быстродействию
(скорость срабатывания - доли секунды), простоте конструкции, легкости и
простоте управления, надежности и стабильности в работе.
В разрабатываемом приспособлении применяется пневмоцилиндр двухстороннего
действия.
Определим необходимую силу на штоке пневмоцилиндра с учетом особенности
конструкции зажимного механизма приспособления.
На рис. 5.2 и 5.3. представлены схемы для расчета силы на штоке
пневмоцилиндра.
Рисунок 5.2 - Схема для расчета усилия на штоке пневмоцилиндра (схема 1)
Рассмотрим схему на рис. 5.2. Как видно из рисунка:
где КПД, учитывающий потери на трение в шарнире.
Следовательно:
Рассмотрим
схему на рис. 5.3.
Для
расчета силы Q составим следующую систему уравнений:
Из
уравнения (1) следует:
(3)
Подставив
уравнение (3) в уравнение (2), получим:
Рисунок 5.3 - Схема для расчета усилия на штоке пневмоцилиндра (схема 2)
В приспособлениях применяют зажимные механизмы двух типов. К первому типу
относятся самотормозящие зажимные механизмы (винтовые, клиновые, эксцентриковые
и т.д.). В этих устройствах величина упругого отжима прямо пропорционально
приложенным силам. К устройствам второго типа относятся пневматические,
гидравлические механизмы прямого действия. В этих устройствах без
самоторможения величина отжима зажимного элемента сначала меняется по линейному
закону из-за упругих деформаций звеньев, а затем при определенном значении
прилагаемой силы элемент может резко переместиться на значительную величину.
Отношение сил Р1 и Р2, соответствующих моменту отрыва заготовки от опор
приспособления с зажимным устройством первого и второго типов, можно определить
по формуле [9, стр. 68]:
Где
жесткость зажимных и установочных элементов
приспособления.
Из
вышеприведенной формулы следует:
Для
расчета силового привода можно брать приближенно [9, стр. 81]:
Следовательно:
Сила
на штоке поршневого пневмоцилиндра (тянущая сила):
где
- давление воздуха в сети;
D - диаметр
поршня;
d - диаметр
штока (принимают );
h = 0,85¸0,90 - КПД цилиндра.
Следовательно:
Отсюда:
Принимаем
из рекомендуемого ряда D = 0,1 м.
6. Расчет погрешности механической обработки детали в приспособлении
Цель проверочного точностного расчета заключается в оценке возможности
получения при обработке заготовки в разработанном приспособлении точности
размеров и взаимного расположения поверхностей, заданных в чертеже детали.
В основу расчета положено необходимое условие обеспечения точности при
обработке на настроенных станках:
где Т - допуск на выдерживаемый в данной операции размер заготовки или
требование к точности взаимного положения обрабатываемой поверхности заготовки
относительно необрабатываемой;
Då - суммарная погрешность обработки заготовки в
приспособлении.
В общем случае суммарная погрешность Då складывается из первичных погрешностей, обусловленных
влиянием многочисленных факторов, и может быть определена по формуле:
где К - коэффициент, характеризующий отклонение действительных кривых
распределения погрешностей от кривых нормального закона распределения (при
обработке на настроенных станках К = 1,2);
eу - погрешность установки заготовки в приспособлении;
Dн - погрешность настройки станка;
Dобр. - погрешность данного метода обработки;
åDф - суммарная погрешность формы обрабатываемой поверхности в
результате геометрических неточностей станка и деформаций заготовки при ее
закреплении.
Погрешность установки заготовки в приспособление:
где eб - погрешность
базирования;
eз - погрешность закрепления;
eпр - погрешность положения заготовки, вызываемая неточностью изготовления
приспособления.
Погрешность положения заготовки:
где погрешность при изготовлении и сборке установочных
элементов;
погрешность,
обусловленная износом установочных элементов приспособления.
погрешность
установки приспособления на станке.
При наличии в приспособлении кондукторной втулки погрешность настройки
станка определяется по формуле:
где
Dн1 - допуск на размер, соединяющий опорную поверхность
приспособления и ось кондукторной втулки;
Dн2 - увод режущего
инструмента;
Dн3 - максимальный зазор
между сменной втулкой и промежуточной втулкой;
Dн4 - эксцентриситет
сменной втулки.
Величина увода режущего инструмента определяется по формуле:
где S - максимальный зазор между
инструментом и кондукторной втулкой;
h -
высота кондукторной втулки (h = 26
мм.);
а - зазор между торцом кондукторной втулки и заготовкой (а = 8 мм);
b -
глубина сверления (b = 5 мм.).
В общем случае:
где s - среднее
квадратичное отклонение, характеризующее точность данного метода обработки (s = 0,02…0,0002 мм).
Суммарная погрешность формы обрабатываемой поверхности åDф определяется геометрическими
неточностями станка и деформацией заготовки при ее закреплении. К
геометрическим неточностям сверлильных станков относятся - биение шпинделя,
неперпендикулярность оси вращения шпинделя плоскости станка (åDг = 0,015…0,020 мм).
Расчет погрешности выполнения размера 7±0,2 (размер 2)
Погрешность установки заготовки в приспособлении
Т.к. конструкторская и технологическая базы совпадают, то погрешность
базирования равна нулю:
Погрешность
закрепления eз = 0, т.к. сила закрепления направлена
перпендикулярно выполняемому размеру.
Погрешность
при изготовлении и сборке установочных элементов в данном случае определяется
допуском на размер, соединяющим опорную поверхность (опорная пластина поз. 20)
и ось направляющей скалки поз. 46 - размер 40,5±0,05 - см. ПСКП.219149.000 ВО:
Погрешность
установки приспособления на столе станка определяется максимальным зазором
между отверстием кондукторной втулки и специальной оправкой, предназначенной
для установки приспособления на столе вертикально-сверлильного станка.
Предельные
отклонения диаметра отверстия кондукторной втулки [3, т.1, стр. 564]:
Æ.
Предельные
отклонения диаметра оправки Ø8,2h6:
Æ
Следовательно:
Погрешность,
возникающая вследствие износа установочных элементов приспособления eи [3, т.1, стр. 534]:
- твердость рабочей поверхности опоры поз.20 (см. ПСКП.219149.000
ВО) HV 470-615;
- критерий износостойкости с учетом материала заготовки и опоры
П1= 0,97 (для стальной незакаленной заготовки и материала опоры - Сталь 20Х);
сила, действующая по нормали на опору R3 = 179,98 Н;
номинальная площадь касания с базой заготовки F = 320 мм2;
критерий нагружения опор П2 = R2/(F×HV) =
179,98/(320×470) = 0,0012;
износостойкость опор С = m - m1×П1 - m2×П2 = 6832 - 4287×0,97 - 293750×0,0012 = 2321 установка/мкм;
поправочный коэффициент:
К = Кt×KL×Kу,
где Кt -
коэффициент, учитывающий время неподвижного контакта заготовки с опорами (машинное время обработки);
KL -
коэффициент, учитывающий влияние длины L пути
скольжения заготовки по опорам в момент базирования (при L ≤ 25 мм KL =
1,0);
Kу -
коэффициент, учитывающий условия обработки (при сверлении с охлаждением Kу =
0,94).
Следовательно:
- фактическая износостойкость Сф = C/К = 2321/0,074 = 31364 установки/мкм;
- погрешность
от износа опоры = Nгод/Сф = 80000/31364 = 2,6 мкм = 0,0026 мм.
Таким образом:
Следовательно:
Погрешность настройки станка
Допуск на размер, определяющий положение установочной поверхности
относительно оси кондукторной втулки (размер 7±0,02 см. БНТУ ПСКП.219149.000
ВО) Dн1 = 0,04 мм.
Увод инструмента. Произведем расчет максимального зазора между
кондукторной втулкой и инструментом.
Предельные отклонения диаметра инструмента (для сверла нормальной
точности) [3, т.1, стр. 563]:
Æ
Следовательно:
Предельные
отклонения диаметра отверстия кондукторной втулки (для сверла нормальной
точности) [3, т.1, стр. 564]:
Æ.
Следовательно:
Максимальный
зазор между кондукторной втулкой и промежуточной втулкой:
диаметр
кондукторной втулки d = 14g6;
диаметр
промежуточной втулки D = 14Н7;
- максимальный зазор Dн3 = Smax = Dmax - dmin =
14,018 - 13,983 = 0,035 мм.
Эксцентриситет специальной втулки [3, т.1, стр.275]:
Следовательно:
Погрешность метода обработки
При использовании кондукторной втулки для направления режущего
инструмента:
Суммарная погрешность формы обрабатываемой поверхности в результате
геометрических неточностей станка (биение шпинделя станка)
åDг 0,015· мм.
Суммарная
погрешность
Следовательно, условие обеспечение точности выполняется (0,204 мм< <0,400 мм).
Расчет погрешности выполнения размера 9±0,2 (размер 3)
Погрешность установки заготовки в приспособлении
Т.к. конструкторская и технологическая базы совпадают, то погрешность
базирования равна нулю:
Погрешность
закрепления eз = 0, т.к. сила закрепления направлена
перпендикулярно выполняемому размеру.
Погрешность
при изготовлении и сборке установочных элементов в данном случае определяется
допуском на размер, соединяющим опорную поверхность (опорная пластина поз. 21)
и ось направляющей скалки поз. 46 - размер 33±0,04 - см. ПСКП.219149.000 ВО:
Погрешность
установки приспособления на столе станка определяется максимальным зазором
между отверстием кондукторной втулки и специальной оправкой, предназначенной
для установки приспособления на столе вертикально-сверлильного станка.
Предельные
отклонения диаметра отверстия кондукторной втулки [3, т.1, стр. 564]:
Æ.
Предельные
отклонения диаметра оправки Ø8,2h6:
Æ
Следовательно:
Погрешность,
возникающая вследствие износа установочных элементов приспособления eи [3, т.1, стр. 534]:
- твердость рабочей поверхности опоры поз.21 (см. ПСКП.219149.000
ВО) HV 470-615;
- критерий износостойкости с учетом материала заготовки и опоры
П1= 0,97 (для стальной незакаленной заготовки и материала опоры - Сталь 20Х);
сила, действующая по нормали на опору R2 = 484,78 Н;
номинальная площадь касания с базой заготовки F = 480 мм2;
критерий нагружения опор П2 = R2/(F×HV) =
484,78/(480×470) = 0,0021;
износостойкость опор С = m - m1×П1 - m2×П2 = 6832 - 4287×0,97 - 293750×0,0021 = 2056 установок/мкм;
поправочный коэффициент:
К = Кt×KL×Kу,
где Кt -
коэффициент, учитывающий время неподвижного контакта заготовки с опорами (машинное время обработки);
KL -
коэффициент, учитывающий влияние длины L пути
скольжения заготовки по опорам в момент базирования (при L ≤ 25 мм KL =
1,0);
Kу -
коэффициент, учитывающий условия обработки (при сверлении с охлаждением Kу =
0,94).
Следовательно:
- фактическая износостойкость Сф = C/К = 2056/0,074 = 27783 установки/мкм;
- погрешность
от износа опоры = Nгод/Сф = 80000/27783 = 2,9 мкм = 0,0029 мм.
Таким образом:
Следовательно:
Погрешность настройки станка
Допуск на размер, определяющий положение установочной поверхности относительно
оси кондукторной втулки (размер 9±0,025 см. ПСКП.219149.000 ВО) Dн1 = 0,05 мм.
Увод инструмента. Произведем расчет максимального зазора между
кондукторной втулкой и инструментом.
Предельные отклонения диаметра инструмента (для сверла нормальной
точности) [3, т.1, стр. 563]:
Æ
Следовательно:
Предельные
отклонения диаметра отверстия кондукторной втулки (для сверла нормальной
точности) [3, т.1, стр. 564]:
Æ.
Следовательно:
Максимальный
зазор между кондукторной втулкой и промежуточной втулкой:
диаметр
кондукторной втулки d = 14g6;
диаметр
промежуточной втулки D = 14Н7;
- максимальный зазор Dн3 = Smax = Dmax - dmin =
14,018 - 13,983 = 0,035 мм.
Эксцентриситет специальной втулки [3, т.1, стр.275]:
Следовательно:
Погрешность
метода обработки
При
использовании кондукторной втулки для направления режущего инструмента:
Суммарная погрешность формы обрабатываемой поверхности в результате
геометрических неточностей станка (биение шпинделя станка)
åDг 0,015· мм.
Суммарная
погрешность
Следовательно, условие обеспечение точности выполняется (0,187 мм< <0,400 мм).
Данные о расчете погрешностей сведены в табл. 6.1.
Таблица 6.1 Данные о погрешностях выполнения размеров
№ п/п
|
Наименование погрешности
|
Расчетная формула
|
Выполняемый размер, мм
|
|
|
|
7±0,2
|
9±0,2
|
1.
|
Погрешность установки:
|
0,1440,124
|
|
|
1.1.
|
погрешность базирования (см. п.п. 6.1.1, 6.2.1)00
|
|
|
|
1.2.
|
погрешность закрепления (см. п.п. 6.1.1, 6.2.1)00
|
|
|
|
1.3.
|
погрешность положения
заготовки в приспособлении (см.
п.п. 6.1.1, 6.2.1)
|
|
|
|
|
|
0,00260,0029
|
|
|
|
|
0,0440,044
|
|
|
|
|
0,10,08
|
|
|
|
|
0,1440,124
|
|
|
2.
|
Погрешность настройки
станка:
|
0,0890,094
|
|
|
2.1.
|
допуск на размер,
соединяющий опорную поверхность приспособления и ось кондукторной втулки по чертежу общего вида0,040,05
|
|
|
|
2.2.
|
увод инструмента 0,0710,071
|
|
|
|
2.3.
|
максимальный зазор между
сменной втулкой и кондукторной плитой(см.
п.п. 6.1.2, 6.2.2)
|
0,035
|
0,035
|
|
2.4.
|
эксцентриситет сменной
втулки (см. п.п. 6.1.2, 6.2.2)0,010,01
|
|
|
|
3.
|
Погрешность метода
обработки 00
|
|
|
|
4.
|
Геометрические неточности
станка (см. п.п. 6.1.4, 6.2.4)0,00070,0007
|
|
|
|
5.
|
Суммарная погрешность 0,2040,187
|
|
|
|
Выводы
В результате выполнения курсового проекта было разработано специальное
сверлильное приспособление, предназначенное для сверления сквозного отверстия в
детали «Кронштейн». В ходе выполнения курсового проекта была разработана
техническая документация на данное приспособление, включающее в себя: чертеж
детали, операционный эскиз на данную операцию и данный переход, принципиальная
кинематическая схема приспособления, чертеж общего вида приспособления и
рабочие чертежи отдельных деталей в количестве пяти штук.
Разработка приспособления велась на основании существующих
приспособлений, анализ которых приведен в пункте 3. Также в пояснительной
записке приведены соответствующие силовые расчеты и расчеты на точность.
Таким образом, разработанное в данном курсовом проекте приспособление
является работоспособным и отвечает всем требованиям технического задания и
требованиям по точности выполнения размеров.
Литература
сверлильный
приспособление отверстие обработка
1. Ансеров М.А. Приспособления для металлорежущих станков.
Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1975, 654 с.
2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В
3-х т. М.: Машиностроение, 1980, Т.1 728 с.; Т.2 560 с.; Т.3 560 с.
3. Станочные приспособления. Справочник. Под ред.
Б.Н.Вардашкина и А.А.Шатиловой. В 2-х т. М.: Машиностроение, 1984, Т.1 592 с.;
Т.2 656 с.
. Косов Н.П. Станочные приспособления. М.: Машиностроение,
1968, 216 с.
5. Горошкин А.К. Приспособления для металлорежущих станков.
Справочник. М.: Машиностроение, 1979, 304 с.
6. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2 / Под
ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова - М.: Машиностроение, 1986, 496 с.
. Горошкин А.К. Приспособления для металлорежущих станков.
Справочник. М.: Машиностроение, 1965, 460 с.
8. Добрыднев И.С. Курсовое проектирование по предмету
«Технология машиностроения». - М.: Машиностроение, 1985. 184 с.
9. Корсаков В.С. Основы конструирования приспособлений:
Учебник для вузов. - М.: Машиностроение, 1982. - 277 с.