Кондуктор для сверления двух отверстий 14 мм
Курсовая работа
Кондуктор для сверления двух отверстий Ø14 мм
1.
Определение конструктивных характеристик детали и расчёт её массы
конструкция
делать станочный приспособление
Конструктивные характеристики
зубчатого колеса.
Наибольший наружный диаметр (для тел
вращения) - 135мм.
Диаметр центрального отверстия -
70мм.
Модуль зубчатого венца - 4,5
Длинна - 60мм.
Для расчёта массы разбиваем деталь
на элементарные геометрические фигуры и рассчитываем объем каждой полученной
части детали. При расчёте Материал детали - сталь 40Х ГОСТ 4543-71.
Рисунок 1.1- Эскиз детали
При расчёте массы заготовки
пренебрегаем: фасками и зубчатым венцом колеса.
Разбиваем заготовку на элементарные
геометрические фигуры.
) Определим объем цилиндра
радиусом 55,5мм. По формуле в соответствии с (рисунком 1.2).
V1=p·r2h=3.14×55.52×60=580319.1 мм3
Рисунок 1.2 - Цилиндр радиусом
55.5мм
)Определим объем цилиндра радиусом
35мм. (Посадочное отверстие зубчатого колеса). По формуле в соответствии с
(рисунком 1.3).
V2=p·r2h =3.14×352×60=230790 мм3
Рисунок 1.3 - Цилиндр радиусом 35
мм.
)Определим объем двух соосных
отверстий в ступице колеса, как объем цилиндра с радиусом 7мм. По формуле в
соответствии с (рисунком 1.4).
V3=(p·r2h) ×2 =(3.14×72×20)×2=6308.26 мм3
Рисунок 1.4 - Отверстие в ступице
заготовки
Объем заготовки найдем по формуле:
Vзаг=V1-V2-V3
Vобщ=0,5803191 - 0,230790 -
0,630826 =0,343220 м3
Чтобы найти массу заготовки
воспользуемся формулой:
m=V*ρ, где ρ-плотность стали 40Х ГОСТ4543-71.
Плотность ρ=7.83кг/м3.
Таким образом масса детали:
m=V*ρ=0,343220 *7.83=2,700 кг
2. Разработка содержания
технологической операции
.1 Определение метода
обработки
Исходя из точности отверстия Ø14Н14, шероховатости
поверхности Ra12,5мкм и согласно таблицам экономической точности, обработка
поверхности осуществляется сверлением отверстия
Ø14мм.
.2 Выбор оборудования,
режущего и вспомогательного инструмента
Согласно техническому заданию,
необходимо обработать два соосных отверстия Ø14Н14 в данном случае нет необходимости перемещать либо кондуктор с
деталью под шпинделем станка либо шпиндель над кондуктором. Поэтому обработка
будет вестись на вертикально-сверлильном станке, модель 2Н118. Выбор данной
модели станка обусловлен тем, что максимальный диаметр обработки по стали на
станке равен 18 мм, а так же, учитывая, что годовая программа 20000 штук,
необходима механическая подача шпинделя.
Находим рекомендуемый режущий
инструмент для обработки отверстия Ø14Н14: сверло спиральное удлиненное с цилиндрическим хвостовиком,
конусом Морзе №1 диаметром 14 мм. Условное обозначение: сверло2301-0416 ГОСТ
2092-77. Установка данного осевого инструмента в шпиндель станка требует
использования вспомогательного инструмента т.к конус Морзе присоединительной
поверхности шпинделя и сверла не совпадают. Сверло устанавливается в шпиндель
станка при помощи переходной втулки 6100-0141 ГОСТ13598-85.
2.3Обоснование и
разработка теоретической схемы базирования
Схема базирования
детали в приспособлении должна обеспечивать выполнение заданных чертежом
размеров. По чертежу необходимо выдержать размер 17±0,1.
С целью придания заготовке совершенно
определенного положения в пространстве ее необходимо лишить шести степеней
свободы, т.е. возможности перемещения вдоль трех осей координат, а также
поворота вокруг этих осей. С этой целью необходимо и достаточно ориентировать
заготовку по шести опорным точкам(рисунок 2.3.1).
Рисунок 2.3.1. - Схема базирования
заготовки
Для данной заготовки базирование
осуществим плоскости А и отверстию ВØ70H7. Три координаты,
определяющие положение детали относительно плоскости XOY, лишает ее трех
степеней свободы - возможности перемещаться в направлении оси OZ и вращаться вокруг осей
OY
и OX
(1,2,3). Базируя заготовку по плоскости А она тем самым лишается трех степеней
свободы, а именно перемещения вдоль оси OY и вращения вдоль осей OZ, OX. Базируя по отверстию Б
заготовка устанавливается на цилиндрической оправке, что лишает ее двух
степеней свободы, а именно перемещения вдоль осей OZ и OX. Чтобы лишить заготовку
шестой степени свободы (вращения вдоль OY) применим винтовой
зажим.
2.4 Расчет режимов
резания
Исходные данные:
1) Обрабатываемый материал -
Сталь 40Х
Твёрдость 170-229HB кгс/мм2.
Предельная прочность 
=
600МПа.
Предельная текучесть 
=720
МПа.
2) Режущий инструмент
определяем в пункте 2.2. пояснительной записки.
Рассчитаем режимы резания и
произведем нормирование технологических переходов по обработке отверстия.
В связи с тем, что расчет режимов
резания и основного времени для всех технологических переходов будет
аналогичным, его целесообразно выполнить в форме таблицы 3.
Предварительно определим
характеристику рядов подач и чисел частот вращения шпинделя
вертикально-сверлильного станка.
Для станка 2Н118 пределы подач
0.1…0.56 мм/об, число подач- 6 (по паспорту станка).
Определим глубину резания по
формуле:
t=0.5*D
где D - диаметр обработки
t=7мм
[3, с 252]
- показатель
знаменательного ряда,
= 0,1 мм/об
= 0,56 мм/об
По источнику [7 с,104] 
=
1,41.
Рассчитаем Sоn подачу на оборот нормативную [7 с, 126]он = 0,3
*1,3=0,39мм/об (при стали HB<229
умножают на1,3).
Где Somin- минимальное значение ряда подач,
мм/об;
Sон-
нормативная подача на оборот при сверлении, мм/об.
Принятое значение подачи
[3, с 252]
Принимаем значение Sо
=0.28мм/об.
Определение периода
стойкости инструмента по нормативам T,
мин.
По карте С - 3 [7]
период стойкости сверла определяется по формуле:
T=Tм×λ
Где: Тм -
период стойкости в минутах машинной работы станка, Тм=30 мин.
λ - коэффициент
времени резания каждого инструмента, равный отношению длины резания Lрез. этого инструмента к длине рабочего хода Lр.х
λ=40/118=0,33
Т=30×0,33=10,2
мин
Рассчитываем длину
рабочего хода
Lрх=Lрез+Y+Lдоп, мм, [7 с,104]
где Lрез -
длина резания, мм,
Lрез=20*2=40мм
по рисунке (2.4.1)- величина врезания и перебега, мм. [7 с,303]
Y=y1+y2, где y1 и
y2 величина врезания и перебега соответственно.
y1=4мм;
y2=4мм=8мм.
Исходя из рисунка
(2.4.1) Lдоп=70мм.
Согласно рисунку 2.4.1длина
рабочего хода при сверлении составит
Тогда Lрх =
40 + 8+70 = 118 мм.
Рисунок 2.4.1 - Схема
для определения длинны рабочего хода
Определяем скорость
резания по формуле
Скорость резания для
сверления определяется по формуле
[7 с.105],
где 
-
табличные значения скорости,
= 24,5 м/мин.
- коэффициент, зависящий
от обрабатываемого материала, = 0,9,
- коэффициент, зависящий
от стойкости инструмента, =
1,25
- коэффициент, зависящий
от отношения длины резания к диаметру,=1.
Тогда скорость 
м/мин.
Определяем ряд чисел
частот вращения шпинделя
Число ступеней скоростей
=9
[3 с, 252]
Определим частоту
вращения шпинделя станка 
,
об/мин.
, об/мин.
Пользуясь знаменателем ,
получим ряд чисел частоты вращения шпинделя: 180; 253,8; 357,86; 504,58;
711,46; 1003,16; 1414,46; 1994,38; 2800.
Из полученного ряда
выбираем ближайшее меньшее значение частоты вращения шпинделя 
мин
-1.
Определяем основное
время Т0
, мин. [7 с,122],
где 
-
длина рабочего хода, мм;
- подача на оборот
принятая, мм/об.;
- принятая частота
вращения шпинделя, мин-1.
T0=118/(504,58*0,28)=0,83
мин.
Проверим правильность
выбора станка по мощности резания и по осевой силе. Проверку производим для
операции сверления отверстия диаметром 14 мм.
Осевая сила
, [7 с, 125]
где 
-
табличное значение осевой силы, Н;
при S0 = 0,141 мм/об = 410 Н.
- коэффициент,
зависящий от обрабатываемого материала, = 1;
Н
Наибольшее усилие подачи
станка равно 5600 Н.
Мощность резания 
,
кВт [7 с,126]
где 
-
значение мощности резания, кВт
= 1,9 кВт;
- коэффициент,
зависящий от обрабатываемого материала,
= 1;
,кВТ
Наибольшая мощность
станка 
=2,2
кВт.
Станок подходит для
данной операции.
2.5 Нормирование
технологической операции и определение типа производства
Нормирование
вспомогательных технологических переходов оформляем в виде таблицы 2.5.1 по
методике, изложенной в литературе [3].
В таблице не учтено
время на измерение детали, входящее в состав вспомогательного времени. В данном
случае время на измерение, учитывая, что периодичность перекрывается основным
машинным временем.
Время на технологическое
обслуживание рабочего места определяется временем, необходимым для замены
режущего инструмента - сверла. Время смены сверла - 0.3 мин.
Определим время на
организационное обслуживание. Это время определяется в процентах от
оперативного времени.
Тоо= То+Тв∕100
мин.
Время перерывов на отдых
и личные надобности рабочих устанавливаются в процентах от оперативного
времени.
Тотд
мин.
|
Содержание технологического перехода
|
Тв, мин
|
|
1. Взять деталь, установить на оправке с креплением гайкой с
быстросменной шайбой
|
0,2
|
|
2. Закрепить заготовку гаечным зажимом с быстросъемной шайбой
при помощи гаечного ключа.
|
0,1
|
|
3. Установить сверло диаметром 14 мм с переходной втулкой, в
шпиндель станка, снять
|
0,5
|
|
4. Подвести сверло в вертикальном направлении
|
0,01
|
|
5. Установить частоту вращения рукояткой
|
0,02
|
|
6. Установить подачу рукояткой
|
0,02
|
|
7. Включить станок кнопкой
|
0,01
|
|
8. Отключить подачу рукояткой
|
0,01
|
|
9. Сверлить отверстие диаметром 14 мм на глубину 110 мм.
|
-
|
|
10. Выключить подачу рукояткой
|
0,02
|
|
11. Вывести сверло из отверстия на расстояние 200 мм
|
0,015
|
|
12. Выключить станок кнопкой
|
0,01
|
|
13. Очистить приспособление от стружки щеткой
|
0,05
|
|
Итого
|
1,035
|
Определим штучное время:
Tшт=To+ Tв+Tоо+Tотд
Tшт
мин
Принятый порядок
последовательности обработки отверстия на вертикально-сверлильном станке
определяет условия серийного производства с концентрацией обработки на одном
рабочем месте.
Для уточнения типа
производства, а следственно, и выбора конструкции приспособления необходимо
сравнить штучное время с тактом выпуска.
Определяем такт выпуска 
мин/шт
где 
-
годовой располагаемый фонд времени станка, ч;
- программа выпуска,
шт.
tв
мин/шт
Штучное время не
превышает такт выпуска, следовательно, для обеспечения годовой программы
производства достаточно одного станка.
Значит фактический
коэффициент загрузки оборудования 
[4].
На рабочем месте
выполняется одна операция. Коэффициент закрепления операций Kзо=1,
что соответствует для массового производства, согласно ГОСТ 14004-74.
3. Разработка
конструкции станочного приспособления
Разработку конструкции
станочного приспособления необходимо производить исходя из того, что приспособление
должно удовлетворять следующим условиям:
обеспечивать
ориентированное положение заготовки по отношению к режущему инструменту или
рабочим органам станка;
обеспечивать достаточное
усилие зажима заготовки, способное воспринимать силы резания, силы инерции,
силы от массы заготовки;
обеспечивать заданную
точность обработки отверстия;
простоту обслуживания;
обеспечить быструю смену
заготовки в приспособлении;
зажимные устройства не
должны мешать выходу стружки и давать возможность очистки приспособления после
каждого цикла работы и др.
Для придания заготовке
ориентировочного положения относительно режущего инструмента или рабочих
органов станка была разработана схема базирования (рисунок 2.3.1). В точках,
которыми деталь должна опираться на установочные элементы, вычерчиваем
выбранные установочные и опорные элементы - в данном случае оправка
(запрессованная в угольник).
В точках приложения
зажимных усилий, выбранных при силовом расчете, вычерчиваем зажимные элементы
приспособления. В качестве зажимного устройства используется быстросменная
шайба 7019-0501 ГОСТ 4087-69 и гайкаМ20-6H ГОСТ 15522-70. Данное зажимное
устройство позволяет свободно снимать деталь. Деталь зажимается вручную. При
проектировании зажимного устройства использовались стандартные изделия.
Для направления режущего
инструмента проектируется кондукторная плита со сменной и постоянной
кондукторными втулками. Кондукторная плита крепится винтом, А.М 8-6g x 25
ГОСТ149108084 и для обеспечения точности двумя штифтами 2.8 x 30 ГОСТ 3128-70, к
угольнику.
Для кондукторов,
устанавливаемых на столах сверлильных станков, нет необходимости применение
элементов, обеспечивающих точную координацию при перемещении стола, так как
стол неподвижен. В нашем случае совмещение осей инструментов и кондукторных
втулок обеспечивается перемещающимся в горизонтальном направлении шпинделем.
Для вертикально-сверлильного станка при установке приспособления на стол
необходимо лишь совместить ось инструмента с осью кондукторной втулки. Так как
отверстие, которое подлежит обработке диаметра 14 мм, то существует
необходимости крепить кондуктор к столу, станочными болтами 7002-0353 ГОСТ
12201-66. Так как программа выпуска превышает 15000 шт выбираем постоянную и
сменную кондукторную втулку. Кондукторные втулки вычерчиваем на расстоянии
(0,3-1) dотв. от отверстия. В данном случае принимаем значение 1dотв т.к обрабатываемый материал сталь 30Х.
Важным условием
работоспособности приспособления является возможность лёгкого удаления стружки
из зоны резания и установки детали. Особенно тщательно следует очищать
поверхности установочных элементов, так как к ним должен быть обеспечен
свободный доступ. В нашем случае это предусмотрено.
4. Расчет станочного
приспособления на точность
Для выполнения
точностных расчетов составим схему (рисунок 4.1), на которой показаны элементы,
определяющие положение и направление движения инструментов - кондукторные
втулки. Расчет произведем по выбранной втулке для сверления.
При расчете точности
необходимо определить погрешности изготовления и сборки элементов
приспособления в зависимости от параметров, заданных в чертеже детали, а
именно:
Допуск на размер 17 мм
от плоскости торца детали до центра отверстия Ø14
мм.
Отклонение от
перпендикулярности плоскостей торца отверстию не более 0,05/100мм.
Рисунок 4.1 - Схема для расчёта
точности приспособления
Определим допустимую погрешность
изготовления кондуктора обеспечивающую получение размера 17±0,2 (допуск
на линейный размер 17 на чертеже не указан. Выбираем по 14 квалитету согласно
таблицам точности ±IT14/2).
δ≤[δ1 - (∑S+∑e)]
где δ1 - допуск на размер
заданный в детали, мм;
δ1=0,4.
∑S - суммарный радиальный зазор.
∑ t - суммарный эксцентриситет.
∑S= S1+ S2+ S3
где S1 и S2 - соответственно
максимальные зазоры между сменной и постоянной втулкой, между сменной втулкой и
инструментом, мм; S3 - максимальный
радиальный зазор между сменной втулкой установленной в оправке и инструментом,
мм.
Определим максимальный радиальный
зазор между сменной кондукторной втулкой и постоянной кондукторной втулкой. Для
определения построим схему полей допусков.
Рис.4.2 Схема полей допусков сменной
и постоянной кондукторных втулок
S1=0,021+0,013=0,034мм
Допуски на диаметры
отверстий кондукторных втулок для прохода сверла по посадке f7 системы вала. В нашем случае допуск на отверстие втулок для
сверла Ø14F8(
),
а для режущего инструмента (сверла) допуск на неточность изготовления сверла Ø14
мм составит -0,028 мм (ГОСТ 13779-77).
Определим максимальный
радиальный зазор между сверлом и отверстием сменной кондукторной втулки. Для
определения построим схему полей допусков.
Рис.4.3 - Схема полей
допусков сменной кондукторной втулки и сверла.
S2=0,028+0,043=0,071мм
Принимаем максимальный
радиальный зазор S2=S3 т.к поле допуска кондукторной втулки установленной в оправке
совпадает с полем допуска сменной кондукторной втулки.
S3=0,071мм
Таким образом:
∑S=S1+S2+S3
∑S=0.034+0.071+0.071=0.176мм
Необходимо определить
суммарный допустимый эксцентриситет:
где Е1 -
допустимый эксцентриситет сменой втулки;
Е2 -
допустимый эксцентриситет постоянной втулки.
E3
- допустимый эксцентриситет втулки запрессованной в оправку.
По ГОСТ 18435-73
радиальное биение поверхности d
относительно D для втулок с
полем допуска по g6 определяется по IV степени точности.
ГОСТ 24643-81
Для Æ20e1=0,008мм
Для Æ28e2=0,008мм
Для Æ20e3=0,008мм
∑e=0.008+0.008+0.008=0,024мм
Следовательно, допуск на
расстояние от торца детали до отверстия под постоянную втулку в кондукторной
плите составит:
δ≤[δ1
- (∑S+∑e)]
δ=[0,4-(0,176+0,024)]=0,2.
На чертеже следует
указать отклонение размера 17±0,1.
Данный допуск
свидетельствует о том, что разработанный кондуктор обеспечивает необходимую
точность обработки отверстий.
5. Расчет усилия зажима
Для обеспечения
надёжного закрепления детали при обработке необходимо, чтобы с помощью зажимных
элементов и устройств базовые поверхности детали были прижаты к опорным
элементам.
В процессе обработки
из-за погрешностей заточки сверла, т.е. смещения перемычки от оси вращения
сверла, будет возникать усилия, приводящие к сдвигу детали в момент начала
сверления. Кроме того, если деталь при обработке не будет закреплена усилием,
приложенным к поверхности, которая не обрабатывается, то крутящий момент от сил
резания приведет к вращению детали вместе с обрабатывающим инструментом.
При выполнении сверления
будет возникать крутящий момент, который будет стремиться повернуть заготовку
относительно оси обрабатываемого отверстия. Определяем крутящий момент и осевую
силу для сверления отверстия диаметром 14 мм.
Момент кручения находим
по формуле:
[1 с,266]
где Cm=0.0345; q=2;
y=0,8; Kp =0,85
Рисунок 5.1 - Схема воздействия на
заготовку моментов, сил зажима
Мкр
Н*м
Описание сил возникающих
при сверлении.
Во время сверления
отверстия возникают следующие силы: осевая силаP0,
сила резания Pz, а также крутящий момент Mкр которая стремится провернуть заготовку. Для данной конструкции
самой не благоприятной является сила Pz направленная навстречу усилию зажима W.
Осевая сила P0 возникающая во время резания прижимает заготовку к плоскости
оправки, тем самым благоприятно сказывается на процесс обработки. Вследствие
чего P0 в расчётах не учитывается.
Рассчитываем силу зажима
детали, для чего составим уравнение:
K*Pz=W. [1 c, 315]
Так как для нашего
случая Pz=Mкр./r, то
Pz=11,9/0,007=1700Н*м
,
где 
-
коэффициент запаса, учитывающий нестабильность силовых воздействий на
заготовку.
;
K0=1,5
- гарантированный коэффициент запаса;
K1=1,2-
коэффициент, учитывающий увеличение сил резания из-за случайных неровностей на
обрабатываемых поверхностях заготовок.;
K2=1-
коэффициент, учитывающий увеличение сил резания вследствие затупления режущего
инструмента;
K3=1-
коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при прерывистом резании;
K4=1,3-
коэффициент, характеризующий постоянство силы, развиваемой З.М.;
K5=1-
коэффициент, характеризующий эргономику немеханизированного З.М.
;
Н
[W] =1000кгс=10000 Н - допускаемая
сила зажима, создаваемая винтовым механизмом с метрической резьбой 2М20(по ГОСТ
9150-59) [1 с, 21].
Сравним расчетное
значение силы зажима с допускаемым, должно выполняться следующее условие: W < [W].
В нашем случае 3978 Н < 10000 Н,
таким образом, данный зажимной механизм пригоден для использования закрепления
детали при обработке.
Список использованной
литературы
1. Антонюк, В. Е. Конструктору станочных приспособлений: справ.
пособие / В. Е Антонюк. - Минск: Беларусь, 1991. - 400 с.
. Анурьев, В. И. Справочник конструктора - машиностроителя: в 3
кн. / В. И. Анурьев. - М.: Машиностроение, 1980. - 728 с.
. Горбацевич, А. Ф. Курсовое проектирование по технологии
машиностроения / А. Ф. Горбацевич, В. А. Шкред - 4-е изд., испр. и доп.; под
ред. А. Ф. Горбацевича. - Минск.: Вышэйшая школа, 1983. - 256 с.
. Жданович, В. В. Оформление документов и курсовых проектов / В.
В. Жданович, А. Ф. Горбацевич. - Минск: УП «Технопринт», 2002. - 99 с.: ил.
. Технологическая оснастка: метод. указания по выполнению
курсового проекта по дисциплине «Технологическая оснастка» для студентов
специальности 08.01.01 «Профессиональное обучение», направление 08.01.01 - 01
«Машиностроение» / сост. А. Ф. Горбацевич [и др.] - Минск.: БНТУ, 2007 - 84 с.
. Поливанов, П. М. Таблицы для подсчета массы деталей и
материалов: Справочник / П. М. Поливанов, Е. П. Поливанова. - 10-е изд., испр.
и доп. - М.: Машиностроение, 1975. - 304 с.
. Барановский Ю. В. Режимы резания металлов: Справочник / под ред.
Ю. В. Барановского. - М.: Машиностроение, 1972. - 407 с.
. Косилова, А. Г. Справочник технолога-машиностроителя: в 2 кн. /
А. Г. Косилова, Р. К. Мещеряков - 4-е изд., испр. и доп.; под ред. А. Г.
Косиловой, Р. К. Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1985. - 1 кн.
. Вардашкин Б. Н. Станочные приспособления: в 2 кн. / Б. Н.
Вардашкин, А. А. Шатилов; под ред. Б. Н. Вардашкина, А. А. Шатилова. - М.:
Машиностроение, 1984, - 1 кн.
. Вардашкин Б. Н. Станочные приспособления: в 2 кн. / Б. Н.
Вардашкин, А. А. Шатилов; под ред. Б. Н. Вардашкина, А. А. Шатилова. - М.:
Машиностроение, 1984, - 2 кн.