Проектирование приспособления для фрезерования шпоночного паза

Проектирование приспособления для фрезерования шпоночного паза

Содержание

Введение

. Техническое задание

. Назначение, устройство, принцип работы приспособления

. Разработка технических требований на приспособление

. Назначение режимов резания, определение сил резания

. Расчет усилия закрепления детали

.1 Расчет зажимного усилия

.2 Крутящий момент

.3 Коэффициент надёжности закрепления

. Расчет исходного усилия зажимного устройства

.1 Расчёт исходного усилия Q

. Расчет пневматического привода

.1 Диаметр пневмоцилиндра

.2 Тянущая сила

.3 Проверка диаметра штока на прочность и устойчивость

. Расчет приспособления на точность

8.1 Расчет приспособления на точность

8.2 Погрешность базирования заготовки

.3 Необходимо соблюдение условия на точность

. Расчет экономической эффективности приспособления

.1 Годовая технологическая себестоимость

.2 Стоимость приспособления

.3 Годовая экономия при применении приспособления

.4 Срок окупаемости приспособления

Заключение

Литература

Введение

Станочное приспособление - это вспомогательное орудие производства для установки заготовок с целью обработки на металлорежущих станках.

В зависимости от типа станка станочные приспособления подразделяются на токарные, сверлильные, фрезерные, расточные, шлифовальные и т.д. В общем объеме средств технологической оснастки примерно 50% составляют станочные приспособления.

С помощью станочных приспособлений можно решить 3 основные задачи: - базирование обрабатываемых деталей на станках производится без выверки, что ускоряет процесс установки и обеспечивает возможность автоматического получения размеров на настроенных станках;

повышается производительность, и облегчаются условия труда рабочих на счет применения многоместной, многопозиционной и непрерывной обработки;

расширяются технологические возможности станков, что позволяет на обычных станках выполнять такую обработку или получать такую точность, для которой эти станки не предназначены.

Приспособления выбираются в зависимости от типа производства. В массовом и крупносерийном производстве в основном применяются специальные приспособления. В условиях серийного производства применяются агрегатированные приспособления. В мелкосерийном производстве широко распространены универсальные приспособления.

Проектирование приспособлений находится в зависимости не только от типа производства, но и от технологического процесса изготовления детали, что обеспечивает на производстве тесную связь между технологом и конструктором. Темой данного курсового проекта является разработка станочного приспособления для обработки детали «Винт» на шпоночно-фрезерной операции.

1. Техническое задание

Таблица 1 - Техническое задание

2. Назначение, устройство, принцип работы приспособления

Рисунок 1- Приспособление для фрезерования шпоночного паза

Приспособление с пневматическим зажимом для фрезерования шпоночного паза детали вал-шестерня шпоночной фрезой устанавливается на столе фрезерного станка и закрепляется винтом. При переключении распределительного крана сжатый воздух через штуцер поступает в полость пневмоцилиндра, встроенного в корпусе поз.1 приспособления, и перемещает поршень со штоком и тягой вверх. При этом тяга верхним концом давит на прихват , который зажимает заготовку. После фрезерования шпоночного паза на винте пружина перемещает поршень со штоком и тягой вниз. Верхний конец тяги опускается и прихват освобождает заготовку от зажима.

3. Разработка технических требований на приспособление

Отклонение от параллельности оси контрольного валика, установленного в призму, относительно поверхности стола станка.

Отклонение от перпендикулярности оси контрольного валика, установленного в призму, относительно поверхности направляющей шпонки.

4. Назначение режимов резания, определение сил резания

приспособление фрезерование шпоночный шпиндель

Требуется фрезеровать шпоночный паз на валу шириной 10мм и глубиной 5мм, твердость HRC 24, предел прочности  = 600 МПа.

Выбор фрезы

«Фреза шпоночная Р6М5 D102234-0355» диаметр D равен 10мм, число зубьев Z фрезы равно 2 ГОСТ 9140-78

Глубина резания t определяется по диаметру фрезы и равна 5 мм

Подача на зуб фрезы S определяется по таблице и равна 0,02 мм/зуб

Период стойкости фрезы Т определяется по таблице и равен 60 мин

Определение расчетной скорости резания

, (1)

где Z - число зубьев фрезы;

С_v - коэффициент, характеризующий материал заготовки и фрезы;

Т - стойкость инструмента, мин ;

q, y, x, u, m, p - показатели степени;

t - глубина резания, мм;

K_v - общий поправочный коэффициент на изменённые условия обработки.

Общий поправочный коэффициент

 , (2)

где  - коэффициент, учитывающий физико-механические свойства обрабатываемого материала;

 - коэффициент, учитывающий инструментальный материал;

 - коэффициент, учитывающий состояние поверхностного слоя заготовки.

Определение расчетной частоты вращения шпинделя станка

 , (3)

гдеV - скорость резания, мм/мин;

D - наружный диаметр фрезы, мм.

Фактическая частота вращения шпинделя n_ф определяется по паспортным данным станка и равна 315 об/мин

Определение фактической скорости резания

 , (4)

где D - наружный диаметр фрезы, мм;

n_ф - фактическая частота вращения шпинделя, об/мин.

Определение минутной подачи

 , (5)

где S - подача на зуб, мм/зуб;

Z - число зубьев фрезы;

n_ф - фактическая частота вращения шпинделя, об/мин.

Определение фактической подачи на зуб

 , (6)

где Z - число зубьев фрезы;

S_m - минутная подача, мм/мин;

n_ф - фактическая частота вращения шпинделя, об/мин.

Определение силы резания при фрезеровании шпоночного паза

Рисунок 2 - Схема составляющих силы резания

, (7)

где C_p - коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал и другие условия;

Z - число зубьев фрезы;

t - глубина резания, мм;

S - подача на зуб, мм/зуб;- ширина фрезерования, мм;

q, y, x, u, m, p - показатели степени;

D - наружный диаметр фрезы, мм;

n_ф - фактическая частота вращения шпинделя, об/мин;_p - общий поправочный коэффициент.

Общий поправочный коэффициент

, (8)

где K_мр - коэффициент, учитывающий свойства материала обрабатываемой заготовки; K_vр - коэффициент, учитывающий скорость резания; Kg_р - коэффициент, учитывающий величину переднего угла

Определение мощности, затрачиваемой на резание

 , (9)

где P_z - сила резания, Н; V_ф - фактическая скорость резания, мм/мин.

Проверяется условие возможности обработки

Необходимо, чтобы

, (10)

, (11)

,

.

Условие выполнено для станка 65А90Ф4.

5. Расчет усилия закрепления детали

При вычислении силы зажима W для обеспечения надёжного закрепления вводится коэффициент запаса К, который учитывает нестабильность силовых воздействий на заготовку.

.1 Расчет зажимного усилия

(12)

где К - коэффициент надёжности закрепления;

f₁ = 0,2 - коэффициент трения между заготовкой и зажимом;

f₂= 0,10 - коэффициент трения между заготовкой и установочными элементами;

M_k - крутящий момент, Н·м;

d - диаметр фрезы, мм.

 (13)

где - сила резания, Н

r - радиус фрезы, м.

5.3 Коэффициент надёжности закрепления

(14)

гдеК₀ = 1,5 - гарантированный коэффициент запаса;

К₁ = 1,0 - коэффициент, учитывающий увеличение сил резания из-за случайных неровностей на обрабатываемой поверхности заготовки;

К₂ = 1,2 - коэффициент, учитывающий увеличения сил резания вследствие затупления режущего инструмента;

К₃ = 1,0 - коэффициент, учитывающий изменение сил резания при прерывистом резании;

К₄ = 1,0 - коэффициент, учитывающий непостоянство зажимного усилия;

К₅ = 1,0 - коэффициент, учитывающий удобство расположения рукояток у ручных зажимов;

К₆ = 1,0 - коэффициент, учитывающий определенность расположения опорных точек при смещении заготовки моментом сил.

6. Расчет исходного усилия зажимного устройства

Рисунок 3 - Схема для определения силы зажима

.1 Расчёт исходного усилия Q

, (15)

где W - сила зажима, Н;

η = 0,85 - КПД силового пневмопривода.

7. Расчет пневматического привода

.1 Диаметр пневмоцилиндра

(16)

где р = 0,4 - давление воздуха в пневмосистеме, МПа;

Q - исходное усилие, Н;

q = 45 - сопротивление возвратной пружины, Н;

η = 0,85 - КПД силового пневмопривода.

По ГОСТ 15608-81 диаметр пневмоцилиндра D_Ц принимается равным 125мм, диаметр штока d равным 32мм

.2 Тянущая сила

 (17)

где D - диаметр цилиндра, мм;

d - диаметр штока, мм;

р = 0,4 - давление воздуха в пневмосистеме, МПа;

η = 0,85 - КПД силового пневмопривода;

q = 45 - сопротивление возвратной пружины, Н.

По ГОСТ 15608-81 тянущая сила Q_шт принимается равной 4000 Н

7.3 Проверка диаметра штока на прочность и устойчивость

 (18)

где [σ] = 340 - допустимое напряжение материала штока на растяжение (сжатие), МПа.

Q_шт - тянущая сила, Н.

≥ 30

Диаметр штока d удовлетворяет условию прочности и устойчивости, так как диаметр штока больше минимально возможного диаметра штока.

8. Расчёт приспособления на точность

8.1 Расчет приспособления на точность

Приспособление устанавливается на стол станка и выверяется по техническим требованиям:

отклонение от параллельности оси контрольного валика, установленного в призму, относительно поверхности стола станка не более 0,005 мм;

отклонение от перпендикулярности оси контрольного валика, установленного в призму, относительно поверхности направляющей шпонки 0,01 мм.

 (19)

где К = 1,2 - коэффициент зависящий от случайных погрешностей;

б_с= 0 - погрешность станка в ненагруженном состоянии вызываемая погрешностями изготовления и сборки, мм;

б_пр = 0,005 - погрешность расположения на станке посадочных поверхностей, мм; б_оп= 0,01 - погрешность расположения опорных поверхностей относительно посадочных поверхностей приспособления, мм;

б_dиd - погрешность базирования заготовки в приспособлении, мм;

б_з = 0 - погрешность вызываемая закреплением заготовки, мм;

б_и = 0 - погрешность изготовления инструмента, мм;

б_ри = 0 - погрешность расположения инструмента на станке, мм;

б_д= 0 - погрешность вызываемая деформацией при обработке, под действием сил резания, мм;

б_из = 0 - погрешность вызываемая износом инструмента, мм.

8.2 Погрешность базирования заготовки

 (20)

где d1= 0,04 - допуск на размер, мм.

,

8.3 Необходимо соблюдение условия на точность

 (21)

Где а = 0,08 - допуск на симметричность паза, мм

Условие выполняется.

9. Расчет экономичности на точность

.1 Годовая технологичность себестоимости

 , (22)

где  - себестоимость в станках часа y.e;

- штучное время, мин;

N - объем партии, шт;

Н - накладные расходы, %;

- стоимость приспособления, y.e;

А - срок амортизации, год;

g - годовые расходы связанные с эксплуатацией, %.

9.2 Стоимость приспособления, y.e

 (23)

где k - стоимость одной детали приспособления,y.e;

g - количество деталей в приспособлении, шт;

Данные по вариантам

По проектируемому приспособлению

По существующему приспособлению

.

.3 Годовая экономия при применении приспособления

,

С₁- годовая технологическая себестоимость по проектируемому приспособлению, ;

С₂- годовая технологическая себестоимость по существующему приспособлению,

.4 Срок окупаемости приспособления

 год,

Применения приспособления к станку считается экономичным, если:

Заключение

В данном курсовом проекте разработано приспособление для фрезерования шпоночного паза. Выполнен расчёт на точность в зависимости от конструкции приспособления, применяемого инструмента и оборудования. Приведён расчёт усилия закрепления обрабатываемой детали в приспособлении, расчёт пневмопривода и его штока на прочность, расчёт режимов резания для фрезерования шпоночного паза детали «винт». Разработаны технические требования на приспособление, устройство и принцип его работы.

Приспособление удовлетворяет требованиям точности базирования и закрепления.

Литература

1. Н. П. Косов. Станочные приспособления. «Машиностроение» , 1977г.

.М. А. Ансеров. Приспособления для металлорежущих станков. «Машиностроение» ,1975 г.

. Ю. И. Кузнецов. Справочник. Оснастка для станков с ЧПУ. Москва. «Машиностроение» ,1990 г..

. А. К. Горошкин. Справочник. Приспособления для металлорежущих станков. Москва. «Машиностроение» , 1979 г.

. В.С. Корсаков. Основы конструирования приспособлений в машиностроении .М., «Машиностроение», 1983 г.

. А.П. Белоусов. Проектирование станочных приспособлений. М., В.ш. 1980 г.

. Б. Н. Вардашкин , В. В. Данилевский. Справочник. Станочные приспособления. 1; 2 том. Москва . «Машиностроение» 1984 г.

. Б. И. Черпаков . Технологическая оснастка. Москва. ACADEMA 2005г.

. В. А. Ванин, А. Н. Преображенский. Приспособления для металлорежущих станков.

. С. М. Зонненберг, А.С. Лебедев. Пневматические зажимные приспособления ,1953 г.

. Г. Г. Овумян ,Я. И. Адам. Справочник зубореза. Москва. «Машиностроение», 1983 г.