Станочные приспособления
ВВЕДЕНИЕ
Станочные приспособления применяют для установки заготовок на
металлорежущие станки при их обработке.
Обоснованное применение станочного приспособления позволяет получать
высокие технико-экономические показатели. Трудоемкость и длительность цикла
технологической подготовки производства, себестоимость продукции можно
уменьшить за счет применения стандартных систем станочных приспособлений,
сократив трудоемкость, сроки и затраты на проектирование. Производительность
труда значительно возрастает (на десятки - сотни процентов) за счет применения
станочные приспособления: быстродействующих с механизированным приводом,
многоместных, автоматизированных, предназначенных для работы в сочетании с
автооператором или технологическим роботом.
Точность обработки деталей по параметрам отклонений размеров, формы и
расположения поверхностей увеличивается (в среднем 20 - 40 %) за счет
применения станочные приспособления точных, надежных, обладающих достаточной
собственной и контактной жесткостью, с уменьшенными деформациями заготовок и
стабильными силами их закрепления. Применение станочные приспособления
позволяет обоснованно снизить требования к квалификации станочников основного
производства (в среднем на разряд), объективно регламентировать длительность
выполняемых операций и расценки, расширить технологические возможности
оборудования.
Учитывая актуальность проблемы в данной курсовой работе рассматривается
приспособление для сверления отверстия Ф8 в головке винта механизма блокировки,
расчет усилий зажима и точности базирования.
1. АНАЛИЗ
ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
1.1 Описание детали
Винт механизма блокировки относится к деталям типа «тел вращения». Исходя
из особенностей конфигурации и вида материала, из которого изготовлен винт,
делаем вывод, что конструкция исключает сварной вариант. Габаритные размеры
винта: диаметр резьбы 22 мм, диаметр хвостовика 21 мм, диаметр шейки 38 мм,
ширина шейки 8 мм, длина винта 280 мм.
Рабочим элементом винта является резьба трапецеидальная Tr22x5.
На хвостовике просверлено отверстие диаметр 8 мм. Длина хвостовика
составляет 30 мм. Центр отверстия находится на средине хвостовика.
На конце резьбы снимаются 2 фаски 2,5×45°.
Материалом для изготовления винта механизма блокировки служит сталь 40Х
ГОСТ 1050-88.
Выбор материала для винта определяются типом станка и условиями работы
данной детали. Винт, работающий в блокировочном механизме, должен обладать не
только высокой прочностью и жёсткостью, но и высокой износостойкостью.
По заданию деталь винт изготовлена из стали 40 Х ГОСТ 4543-75. Химический
состав, механические, физические и технологические свойства стали приведены в
таблице 1.1.
Таблица 1.1 Химический состав в % низколегированной углеродистой
качественной конструкционной стали марки 40Х ГОСТ 4543-75
|
С
|
Si
|
Mn
|
Cr
|
S
|
P
|
Ni
|
|
|
|
не более
|
|
|
0,36 - 0,44
|
0,17 -0,37
|
0,5 - 0,8
|
0.8 -1.1
|
0,035
|
0,035
|
0,3
|
Табл. 1.2- Механические свойства стали 40Х.
|
Твердость поверхности
|
Предел прочности, МПа
|
Предел текучести, МПа
|
Термообработка
|
|
НВ 217-552
|
980
|
785
|
Нормализация
|
Деталь имеет сравнительно простую форму - состоит из цилиндрических
поверхностей. Большинство конструктивных элементов унифицировано, что не
потребует использования специальных инструментов или методов обработки и
позволит использовать режимы резания, обеспечивающие высокую производительность.
Предусмотрены канавки для выхода режущего инструмента. Все поверхности в
большинстве своем расположены удобно для обработки на обычных универсальных
станках с помощью стандартного режущего инструмента. В большинстве случаев
возможна обработка на проход. Все поверхности имеют удобный доступ для
обработки и контроля. Контроль большинства размеров детали возможен стандартным
измерительным инструментом. Поверхности детали имеют квалитеты, степени
точности и шероховатости, соответствующие их служебному назначению.
Вычерчиваем чертеж винта механизма блокировки на листе формата А3.
1.2 Определение типа производства, его характеристика
В зависимости от типа производства определим общие подходы к выбору
организации технологического процесса, виду заготовки, назначению припусков.
Так как различные типы производства характеризуются различной величиной
коэффициента закрепления операций, который рассчитывается в зависимости от
трудоёмкости изготовления детали, последовательности обработки и количества
станков.
Исходя из массы винта 0,850 кг и годовой программы 60000 шт., принимаем
среднесерийное производство (см. таблицу 1.3)
Табл. 1.3- Определение типа производства
|
Масса
|
Величина годовой программы,
шт.
|
|
детали, кг
|
Единичное (до)
|
Мелкосерийное
|
Средне-серийное
|
Крупно-серийное
|
Масссовое (свыше)
|
|
до 1,0
|
10
|
10...1500
|
1500...75000
|
75000...200000
|
200000
|
|
1,0...2,5
|
10
|
10...1000
|
1000...50000
|
50000...100000
|
100000
|
|
2,5...5,0
|
10
|
10...500
|
500...35000
|
35000...75000
|
75000
|
|
5,0...10,0
|
10
|
300...25000
|
25000...50000
|
50000
|
|
10 и более
|
10
|
10...200
|
200...10000
|
10000...25000
|
25000
|
Для среднесерийного производства определяем партию запускаемых деталей по
формуле:
запуска =N× q
/253, (1.1)
где n запуска - партия запускаемых деталей;- годовая программа;
- число рабочих дней в году;- число дней запаса, в течение которых должны
быть заготовлены детали. Эта величина колеблется в пределах 5...8 дней.запуска
= 60000×5/253 = 1185 шт., при q =5 дням.
Такт выпуска определим по формуле:
(1.2)
где F=2030 ч/см - действительный годовой фонд времени работы
оборудования;
2.
КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ
зажим сверление
блокировка
2.1 Разработка схемы базирования
Проведем обоснование выбора технологических баз на сверлильной операции
технологического процесса изготовления винта.
При определении технологических баз стремимся к выполнению следующих
принципов технологического базирования:
правило шести точек;
правило единства (совмещения) баз;
принцип постоянства баз.
Выполняем анализ технологических баз (рисунок 2.1).
Поверхность А (1,2,3,4) является двойной направляющей базой и лишает винт
четырех степеней свободы; поверхность Б (5) - установочная база, лишает одной
степени свободы; поверхность В (6) - опорная база, лишает одной степени
свободы.
Основное назначение зажимного механизма станочного приспособления состоит
в надёжном закреплении, которое предупреждает вибрации при обработке, а так же
смещение заготовки относительно опор приспособления.
Рис.1. Схема базирования
2.2 Расчет усилия зажима
На
данной операции выполняется сквозное сверление отверстия Ф8 расположенного на
шейке Ф21. Длина обработки lдет составляет 21мм. Отверстие сверлится в сплошном
материале без рассверливания, диаметр сверла совпадает с диаметром отверстия: 
8 мм.
Глубина
резания t равна радиусу сверла и составляет
мм
а
подача на оборот S в соответствии с данными справочника [3, табл. 35,
стр. 381] находится в диапазоне 0,15-0,2 мм/об. Принимаем S
=0,18 мм/об.
Для
расчёта скорости резания согласно [3, стр. 382] используется следующая
зависимость:
(2.1)
где
- коэффициент [3, табл. 38, стр.
383];
-
диаметр сверла (отверстия), мм;
-
стойкость сверла, мин [3, табл. 40, стр. 384];
- подача
на оборот, мм/об;
-
поправочный коэффициент, равный:
(2.2)
Где
- коэффициент, учитывающий качество материала, [3,
табл. 4, стр. 360];
-
коэффициент, учитывающий материал инструмента, [3, табл. 6, стр. 361].
- коэффициент, учитывающий глубину сверления, [3,
табл. 41, стр. 385];
Показатели
степеней определяются по [4, табл. 38, стр. 383].
=7,0 
=0,4 
=0,2 
=0,7 =20 мин
Тогда
29,3
м/мин
Частота
вращения шпинделя определяется по следующей зависимости:
(2.3)
Подставим
числовые значения: 
об/мин
Выбираем
обороты: 
1150 об/мин. Тогда действительная скорость резания,
определяемая по следующей зависимости:
, (2.4)
Составит
м/мин
Осевая
сила резания:
(2.5)
Где
- коэффициент [3, табл. 42, стр. 386];
-
диаметр сверла (отверстия), мм;
- подача
на оборот, мм/об;
-
поправочный коэффициент, равный
Где
- поправочный коэффициент учитывающий качество
обрабатываемого материала [3, табл. 10, стр. 362].
Показатели
степеней определяются по [4, табл. 42, стр. 386].
=68 =1,0 =0,7 
=1,0
Тогда
окружная сила: 
Нм
Сила
резания создает силу, которая стремится оторвать заготовку, чему препятствует
сила трения (сила закрепления заготовки Р3).
Тогда
формула для расчета силы закрепления заготовки примет вид:
(2.6)
Где 
- коэффициент запаса, учитывающий нестабильность силовых
воздействий на заготовку, вводимый при вычислении силы Р3 для обеспечения
надежного закрепления;
и 
- жесткости зажимного механизма и опор соответственно, если
неизвестны, то принимаем 
.
Определим коэффициент запаса по формуле:
Где 
- гарантированный коэффициент запаса;
- коэффициент, учитывающий увеличение сил резания из-за
случайных неровностей на обрабатываемых поверхностях заготовок при чистовой
обработке;
- коэффициент, учитывающий увеличение сил резания в
следствие затупления режущего инструмента;
- коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при
прерывистом резании (в данном случае резание не является прерывистым);
- коэффициент, характеризующий постоянство силы, развиваемой
ЗМ с немеханизированным приводом;
- коэффициент, характеризующий эргономику немеханизированного
ЗМ при удобном расположении рукоятки и малом и малом угле ее поворота;
- коэффициент, учитывающийся только при наличии моментов,
стремящихся повернуть заготовку.
Таким образом, коэффициент запаса составляет
Теперь мы можем определить силу закрепления заготовки Р3:
2.3 Выбор конструкции приспособления
Зажимными устройствами называют механизмы, устраняющие возможность
вибрации или смещения заготовки относительно установочных элементов
приспособления под действием собственного веса или сил, возникающих в процессе
обработки. Принцип работы зажимных устройств заключается в том, чтобы
выработать и приложить к заготовке требуемую силу закрепления, величина которой
была определена по результатам силовых расчетов.
Рисунок 2.2 - Структурная схема закрепления заготовки:
Q - требуемая сила закрепления,
которую вырабатывает зажимное устройство; N исходная сила закрепления, которую
вырабатывает силовой узел; i -
передаточное отношение зажимного устройства (/ = QIN)
На основании этого разрабатываем техническое задание для данного
приспособления. Для удобства анализа факторов составляем таблицу 2.1.
Табл. 2.1 - Выбор конструкции приспособления
|
Раздел
|
Содержание раздела
|
|
Наименование и область
применения
|
Приспособление для
закрепления винта с базированием по наружному диаметру 21 мм
|
|
Цель и назначение
разработки
|
Проектируемое
приспособление должно обеспечить: - точную установку и надежное закрепление
заготовки, а также постоянное во времени положение заготовки относительно
стола станка и режущего инструмента с целью получения необходимой точности
размеров отверстия; - удобство установки, закрепления и снятия заготовки; -
время установки заготовки не должно превышать 0,05 мин;
|
|
Документация, используемая
при разработке
|
ЕСТПП. Правила выбора
технологической оснастки. ГОСТ 14.305 - 73. ЕСТПП. Общие правила обеспечения
технологичности конструкций изделий. ГОСТ 14.201 - 83
|
|
Документация, подлежащая
разработке
|
Чертеж общего вида
приспособления для сверлильной операции; спецификация
|
На основании расчетов составляем компоновочную схему приспособления
зажима.
Установочные элементы (опоры) приспособлений служат для установки на них
базовыми поверхностями обрабатываемой заготовки.
Число и расположение установочных элементов должно обеспечивать
необходимую ориентацию заготовки согласно принятой в технологическом процессе
схеме базирования.
Заготовка будет базироваться в приспособлении по наружной цилиндрической
поверхности. Следовательно, установочными элементами в данном приспособлении
будут призма. Материал призмы - сталь 20Х ГОСТ 4543-71; твердость рабочих
поверхностей HRC 55 - 60; цементация на глубину 0,8 - 1,2 мм.
2.4 Расчет погрешности установки в приспособлении
Общая погрешность находится по формуле
(2.8)
Находим погрешность базирования
(2.9)
где х - радиальное биение, в нашем случае примем равным 0, так как не
задано по условию.
Находим
погрешность закрепления
(2.10)
где 
- погрешность закрепления из-за непостоянства силы зажима;
- погрешность закрепления из-за неоднородности шероховатости
и твердости поверхностного слоя заготовки;
- дополнительная составляющая погрешность закрепления из-за
смещения заготовки.
и являются функциями зажимной силы.
А т.к. при использовании ручных зажимных механизмов прямого действия
колебания зажимной силы незначительны, то в данном случае + можно принять равным нулю.
Пусть качество базовых поверхностей заготовок однородно.
Тогда = 0, а значит εз = 0
Находим погрешность положения заготовки по формуле:
(2.11)
где εУС - погрешность при изготовлении и сборке приспособления.
Т.к. приспособление одно, то εУС = 0 - устраняется настройкой
станка;
εИ - погрешность, вызванная износом
установочных элементов приспособления;
εИ = 
(2.12)
где β - постоянная, зависящая от вида опор и условий контакта, β = 0,3÷0,8. Примем β = 0,8.- количество контактов
заготовки с опорой.
εИ = 
εС - погрешность установки приспособления на станок, εс =0,1÷0,2
мм. Примем εС = 0,02 мм = 20 мкм
Тогда
погрешность положения заготовки 
Общая
погрешность 
.
Так
как технологический допуск на выполняемый размер равен 360 мкм и существенно
больше общей погрешности εдоп > ε , т.е 360мкм > 269мкм -приспособление обеспечивает требуемую
точность сверления отверстия Ф8(+0,36)мм.
2.5 Определение силы закрепления
Расчёт силы зажима будем производить по осевой силе Ро=1637,9 Н.
К - коэффициент запаса. Принимаем К = 2,5
Ро × К - Fтр = 0 (2.13)
Сила трения рассчитывается по формуле:
тр = W×f (2.14)
- коэффициент трения, торцевых поверхностей. Принимаем f = 0,75
Тогда сила закрепления
2.6 Выбор и расчет зажимного устройства
В качестве силового привода используем винт со сферическим опорным торцом
М20х1,25 и с наконечником, длина ключа l=140 мм, шаг резьбы S=1,25.
Рассчитываем усилие на рукоятке ключа:
(2.15)
ср - средний радиус резьбы. Для М20 - rср = 9,188 мм
m - коэффициент трения на плоском торце. Принимаем m = 0,1
R -
радиус сферы винта. Принимаем R = 10
мм.
β - угол конусного углубления наконечника.
Принимаем β = 130°.
2.6.1 Расчёт на прочность деталей приспособления
Проверяем прижимной болт (поз.6) на срез и смятие по осевой силе
Ро=1637,9 Н. Материал пальцев болта сталь У7А.
Удельный вес: 7830 кг/м3
Твердость материала: HB 10 -1 = 187 МПа
Температура критических точек: Ac1 = 730 , Ac3(Acm) = 770 , Ar1 = 700 ,
Mn = 280
Температура ковки, °С: начала 1180, конца 800. Сечения до 100 мм
охлаждаются на воздухе, 101-300 мм в яме.
Обрабатываемость резанием: в отожженом состоянии при HB 187, σв=620 МПа, К υ тв. спл=1,2 и Кυ б.ст=1,1.
Свариваемость материала: не применяется для сварных конструкций.
Флокеночувствительность: не чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости: не склонна.
Допускаемое напряжение на срез и смятие для стали У7А [τ]ср = 0,2…0,3[σ]в= 124… 186МПа.
Условие прочности болта на срез и смятие:
(2.16)
где F - площадь ослабленного сечения
болта, находится по формуле:
Условие
для нашего случая выполняется, поэтому среза и смятия
не произойдёт.
2.7 Описание работы приспособления
Приспособление специальное служит для надежного закрепления винта при сверлении
отверстия Ф8 на вертикально-сверлильном станке 2Н135. Состоит из станины 1,
нижней призмы 2, верхней призмы 4, прижимного болта 6, пружины 7,
регулировочного болта 9, крепежного винта 10 и стандартных деталей.
Станина крепится на стол с Т-образными пазами, на него крепится нижняя
призма при помощи винтов, верхняя призма устанавливается на болт прижимной и
вкручивается в станину, для фиксации прихвата применяют регулировочный болт,
крепящуюся в плиту. Деталь закрепляют прихватом, который закручивают механическим
способом.
Рис. 2.3 - Общий вид приспособления для сверления
На основании проведенных расчетов вычерчиваем на листе формата А1
приспособление со спецификацией.
2.8 Расчет и проектирование средства технического контроля
В качестве контроля просверленного отверстия применим калибр-пробку.
Калибрами называются такие измерительные инструменты, которыми проверяются
правильность размеров и формы изделий и при помощи которых можно установить,
что изготовленные изделия соберутся друг с другом в сборке и что это соединение
изделий будет нужного качества.
Взаимозаменяемость гладких изделий зависит от единства размеров, допусков
и отклонений калибров и применяемых типов калибров.
Стандарты на допуски гладких калибров (ГОСТ 24853-81 и ГОСТ 24852-81)
распространяются на предельные гладкие калибры-пробки, служащие для контроля
отверстий с номинальными размерами до 3150 мм и допусками IT6-ITM (ГОСТ
25346-89), а также на контрольные калибры. Допуски калибров для контроля деталей,
допуски которых отличаются от стандартных, но лежат в диапазоне IТ6-IТМ,
следует определять по квалитету, допуск которого является ближайшим к
нестандартному допуску изделия.
. Исходные данные для расчета калибра-пробки: номинальный размеры для калибра-пробки
D=8H14.
. По ГОСТ 25347-82 выписываем предельные отклонения для заданных полей
допусков отверстия, а также строим схему его расположения.
Ф8H14
(
)
.
Производим расчет калибра-пробки для отверстия D= 30H7 (
).
Определяем
наибольший и наименьший предельные размеры:
=D+ES=8+0,36=8,36мм.=D+EI=8+0=8мм.
.
Определяем допуски отверстия (мм):
=
D max - D min; TD = 8,36 - 8,00 = 0,36мм.
. Определяем предельные зазоры или натяги (мм):
max = D max - D min; S max = 8,36 - 8,00 = 0,36мм.
По табл. ГОСТ 24853-81 для данного квалитета и находим данные для
определения размеров необходимых калибров:=0,0035 мм - отклонение середины поля
допуска на изготовление проходного калибра для отверстия относительно
наименьшего предельного размера изделия;=0,003 мм - допустимый выход размера
изношенного проходного калибра для отверстия за границу поля допуска
изделия;=0,004 мм - допуск на изготовление калибров для отверстия.
Определяем размеры калибр-пробки:
Проходная сторона:
Р-ПРmax= Dmin+Z+H/2=8+0,0035+0,004/2=8,0055
мм.
Р-ПРmin= Dmin+Z - H/2=8+0,0035 -
0,004/2=8,0015 мм.
Р-ПРизн= Dmin - Y=8 -
0,003=7,997 мм.
Непроходная сторона:
Р-НЕmax= Dmax+H/2=8,360+0,004/2=8,362 мм.
Р-НЕmin= Dmax - H/2=8,360 - 0,004/2=8,358 мм.
По полученным данным вычерчиваем эскиз калибра-пробки с указанием
использованных размеров, шероховатости рабочих поверхностей и маркировки.
Рис. 2.3 - Схема полей допусков и эскиз калибра-пробки.
Заключение
В ходе выполнения курсовой работы спроектировали приспособление для
сверления отверстия Ф8 в головке винта механизма блокировки.
Провели анализ исходных данных, рассмотрели служебное назначение винта
механизма блокировки, определили тип производства.
В конструкторском разделе разработали схему базирования детали в
приспособлении, рассчитали усилие зажима, выбрали подходящую схему закрепления,
определили погрешность при установке, а так же спроектировали и рассчитали
калибр-пробку для контроля отверстия.
Список использованной литературы
1. Аверченков
В.И., Гордиленко О.А. и др. Сборник задач и упражнений по технологии
машиностроения. М: Машиностроение, 1988. 192 с.
2. Справочник технолога-машиностроителя. Т. 1. /А.Г. Косилова, Р.К.
Мещеряков. М.: Машиностроение. 1986. 656 с.
3. Справочник
технолога-машиностроителя. Т. 2. /А.Г. Косилова, Р.К. Мещеряков. М.:
Машиностроение. 1986. 496 с.
4. Гельфгат Ю.И. Сборник задач и упражнений по технологии машиностроения.
М.: Высшая школа. 1986. 271 с.
. Справочник контролёра машиностроительного завода. Допуски, посадки,
линейные измерения/ А.Н. Виноградов, Ю.А. Воробьёв, Л.Н. Воронцов. М.:
Машиностроение. 1980. 527 с.