Разработка приспособления для фрезерования шпоночного паза в детали "Вал"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка приспособления для фрезерования шпоночного паза в детали "Вал"

Введение

В машиностроении заданные формы и размеры деталей с требуемой точностью их параметров и необходимости качеством поверхностного слоя обеспечивается в основном путём механической обработки.

Для выполнения механической обработки любой детали необходимы:

?Технологическое оборудование - металлорежущие станки;

?Технологическая оснастка, включающая в себя:

- Режущие и вспомогательные инструменты;

- Приспособления для установки и закрепления обрабатываемых деталей;

- контрольно-измерительные средства.

Применение приспособлений позволяет:

- устранить разметку заготовок перед обработкой; возвысить её точность;

- увеличить производительность труда на операции;

- снизить себестоимость продукции;

- облегчить условия и обеспечить её безопасность;

- расширить технологические возможности оборудования;

- применить технически обоснованные нормы времени и cтратить число рабочих, необходимых для выпуска продукции.

Частая смена объектов производства, связанная с нарастанием темпов технического прогресса, требует создания конструкций приспособлений, методов их расчёта, проектирования и изготовления, обеспечивающих неуклонное сокращение сроков подготовки производства.

В моём проекте проектируется приспособление для фрезерования шпоночного паза детали «вал». Я анализирую базирование заготовки приспособления, рассчитываю погрешность закрепления, возвожу выбор оборудования и тех оснастки для разработки шпоночного паза, рассчитываю режимы резания и экономическую эффективность разработанную мною спец приспособления на обработку детали с партией 3000 в год.

1. Общий раздел.

1.1 Анализ и обоснование выбора схемы базирования заготовки в приспособлении

Приспособление применяется при фрезеровании валов и предназначено для базирования заготовки наружной цилиндрической поверхностью и для закрепления заготовки силами и одновременно.

Для обеспечения обработки необходимо:

- установить деталь относительно горизонтальной плоскости станка в-положение, при котором в процессе обработки кaнавки будет получено его пространственное расположение;

- расположить деталь на станке станка относительно шпинделя таким образом, чтобы при фрезеровании канавки её ось симметрии была параллельно оси симметрии вала;

- закрепить деталь для обработки.

Исходными данными являются чертежи станочного приспособления и обрабатываемой детали.

Обрабатываемый вал жёсткий т. к.

Для фрезерования выбран вертикально-фрезерный станок модели

6Р13

- размеры прямоугольного стола

- размеры паза:

В приспособлении заготовка двойной направляющей базой устанавливается на две призмы 1 и упирается торцом в торцовую поверхность призмы. Опорная база реализуется после закрепления заготовки.

Под действием давления сжатого воздуха, подаваемого в межпоршневое пространство цилиндра, поршни со штоками одновременно расходятся, поворачивая рычаги и осуществляя зажим заготовки.

Приспособление компонуется на столе станка из двух одинаковых узлов, каждый из которых состоит из корпуса, установочных призм, спаренного пневмоцилиндра, выполненного в корпусе приспособления, двух штоков и двух рычагов осуществляющих заготовки.

1.2 Проектирование приспособления для фрезерования шпоночного паза

Исходные данные.

Материал заготовки - Сталь 45 ГОСТ 1050-94. Металлорежущий станок выбираем в зависимости от типа обработки заготовки. Схема установки определяется величиной погрешности базирования , которая не должна превышать половины допуска на размер , т.е. величину 0,1 мм.

Причиной базирования погрешности является несовпадение технологической измерительных баз. При совпадении технологической и измерительной базы погрешность базирования равна нулю.

Технологическая база детали в горизонтальном направлении совпадает с плоскостью симметрии призмы проходящей через ось, поэтому для размеров, проставленных от вертикального диаметра, погрешность базирования равна нулю.

Погрешность базирования увеличивается по мере удаления измерительной базы от технологической. Расчёт величины погрешности базирования на призму от положения измерительной базы (Еиб) для вертикальных размеров необходимо вести по формулам.

По вертикали:

где

По горизонтале:

Так как , следовательно, применяем вертикальную схему обработки на вертикально-фрезерном станке 6Р13.

Технические характеристики вертикально-фрезерного станка 6Р13

Размеры рабочей части стола, мм	Частота вращения шпинделя, об/мин	Число подач стола	Вертикальная подача стола, мм/мин	Мощность электродвигателя привода главного движения, кВт
		18		11

Режущий инструмент выбираем по необходимой точности обработки. При допуске на ширину шпоночных пазов 0,033 мм выбираем фрезу шпоночную цилиндрическую фрезу 12 ГОСТ 9140-78, изготовленную из быстрорежущей стали Р6М5.

Подача на зуб

Глубина резания

Вспомогательный инструмент: патрон цанговый 191113050

ТУ 2-035-986-85.

1.3 Описание работы приспособления

Приспособление - специализированное универсально-безналадочное с гидроприводом предназначено для базирования и крепления заготовок валов при фрезеровании шпоночных пазов на вертикально-фрезерном станке 6Р13.

Приспособление содержит корпус 1, к которому с помощью болтов 18 жестко прикреплена призма 2. По бокам призмы расположены прихваты 9, к которым с помощью винтов 21 прикреплены прижимы 3. На нижней части корпуса закрепляются направляющие шпонки 12, с помощью которых приспособление базируется на столе станка. Закрепление приспособления на столе осуществляется с помощью болтов 15.

Приспособление работает следующим образом. Заготовку устанавливают на призму 2 и крепят прихватами 9. При подаче масла под давлением в полость гидроцилиндра 4, поршень вместе со штоком 7 движется вправо, давят на правый прихват, который прижимает с необходимым усилием заготовку к призме. Усилие крепления на правый прихват передается от шток-поршня гидроцилиндра через проушину 11 и ось 10. Таким образом, осуществляется зажим заготовки. Для разжима давление масла уменьшается, толкатель отходит назад, тянет за собой прихват и отжимает вал.

2. Технологический раздел

2.1 Расчёт силы резания при фрезеровании шпоночного паза

Рассчитываем скорость резания по формуле:

где

D - диаметр фрезы;

Т - период стойкости;

t - глубина фрезерования;

S_z - подача на зуб;

В-ширина фрезерования;

Z - число зубьев фрезы;

- общий поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания, находим по формуле:

где

- коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала [1];

- коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;

- коэффициент, учитывающий материал инструмента.

Используя табл. 1, 5, 6 получим:

Используя табл. 39 и 40 найдём значения коэффициентов и показатели степени в формуле:

Частоту вращения фрезы найдём по формуле:

n

Ближайшая стандартная частота по паспорту станка n=800 об/мин, поэтому скорректируем значение скорости:

v=

Определим окружную силу при фрезеровании по формуле:

По табл. 9 определим, что .

Используя табл. 41 найдем значения коэффициентов и показатели степени в формуле:

Величины остальных составляющих силы резания найдем через окружную силу, используя табл. 42.

Горизонтальная сила (подачи)

Вертикальная сила

Радиальная сила

3. Конструкторский раздел

3.1 Расчет параметров силового привода

Для закрепления заготовки используется зажимной механизм. В зажимных механизмах обычно применяются пневматические, гидравлические и смешанные типы приводов.

Пневматический привод при своей простоте и удобстве эксплуатации имеет ряд недостатков: во-первых, воздух сжимаем и при переменных нагрузках пневмопривод не обеспечит достаточной жёсткости закрепления. Во-вторых, данный вид привода развивает меньшее усилие, нежели гидропривод; и в третьих, из-за мгновенного срабатывания пневмопривода прижим будет резко ударять по детали, что отрицательно скажется и на заготовке, и на зажимном механизме, и на условиях труда рабочего. Соответственно, в нашем приспособлении применим гидравлический привод.

Необходимую силу крепления заготовки определяем по уравнению:

где

- необходимая сила крепления заготовки при учете силы резания , создающая момент резания;

- необходимая сила закрепления заготовки при учете силы резания , смещающая заготовку в направлении подачи.

Силу и определяем из условия статического равновесия заготовки, находящейся под действием моментов от сил , , и .



Так как то с учетом Учитывая, что определяем погрешность по формуле:

Погрешность износа установочного элемента рассчитываем по формуле:

где

- средний износ установочного элемента при базовом числе установок . ;

- коэффициент, учитывающий влияние материала заготовки, ;

- коэффициент, учитывающий вид оборудования, ;

- коэффициент, учитывающий условия обработки, ;

- коэффициент, учитывающий число установок заготовки , отличающееся от принятого N, .

Определяем погрешность:

Так как , т.е. - спроектированное приспособление обеспечивает требуемую точность получения заданного размера.

Коэффициента запаса

Аналогично получаем

Полная сила крепления заготовки:

Принимаем по табл. 3 [10 стр. 384] - коэффициенты трения в местах контакта заготовки с опорами и зажимным механизмом соответственно.

В свою очередь коэффициент запаса, учитывающий нестабильность силовых воздействий на заготовку, находим по формуле:

где

- гарантированный коэффициент запаса;

- коэффициент, учитывающий вид технологической базы;

- коэффициент, учитывающий увеличение сил резания вследствие затупления режущего инструмента;

- коэффициент, учитывающий прерывистость резания;

- коэффициент, характеризующий постоянство силы развиваемой зажимным механизмом.

- коэффициент, характеризующий эргономику зажимного механизма.

- коэффициент, характеризующий установку заготовки.

Так как в результате расчета , то принимаем . Учитывая, что определяем погрешность по формуле:

Погрешность износа установочного элемента рассчитываем по формуле:

где

- средний износ установочного элемента при базовом числе установок . ;

- коэффициент, учитывающий влияние материала заготовки, ;

- коэффициент, учитывающий вид оборудования, ;

- коэффициент, учитывающий условия обработки, ;

- коэффициент, учитывающий число установок заготовки , отличающееся от принятого N, .

Определяем погрешность:

Так как , т.е. - спроектированное приспособление обеспечивает требуемую точность получения заданного размера.

Из условия статического равновесия прихватов .

Сила силового цилиндра, необходимая для закрепления заготовки, равна , тогда диаметр поршня цилиндра может быть рассчитан по формуле:

Решая это уравнение относительно , получаем:

где - рабочее давление масла, принимаемое в расчетах равным 1 МПа;

- КПД.

Определяем диаметр поршня гидроцилиндра:

В качестве привода фрезерного приспособления выбираем гидроцилиндр по ГОСТ 19899-74 с диаметром поршня 125 мм.

Т.к. действительная сила зажима превышает необходимую силу крепления заготовки, то расчет выполнен верно.

3.2 Расчет точности приспособления

Сборка шпоночных соединений производится по методу полной взаимозаменяемости без дополнительной доработки шпонки или паза.

Точность паза определяется точностью размеров.

При работе на настроенном оборудовании точность размеров и зависит от точности настройки режущего инструмента и от точности выполнения элементов приспособления.

Точность элементов приспособления в направлении размера рассчитываем по формуле:

где

- операционный допуск на размер , ;

- коэффициент, учитывающий отклонение рассеяния значений составляющих величин от закона нормального распределения, ;

- коэффициент, учитывающий уменьшение погрешности базирования при работе на настроенном оборудовании,;

- погрешность базирования в направлении операционного размера;

- погрешность закрепления;

- погрешность, зависящая от точности изготовления установочного элемента (призмы);

- погрешность износа установочного элемента;

- экономическая точность обработки, ;

- коэффициент, учитывающий долю погрешности обработки в суммарной погрешности метода, вызываемой факторами, не зависящими от приспособления,.

При установке в призму нарушается принцип единства баз и по размеру появляется погрешность:

Величину рассчитываем по формуле:

где

- поправочный коэффициент, учитывающий вид материала заготовки, для стали .

- непостоянство силы зажима определяем, используя формулу:

Учитывая, что определяем погрешность по формуле:

Погрешность износа установочного элемента рассчитываем по формуле:

где

- средний износ установочного элемента при базовом числе установок . ;

- коэффициент, учитывающий влияние материала заготовки, ;

- коэффициент, учитывающий вид оборудования, ;

- коэффициент, учитывающий условия обработки, ;

- коэффициент, учитывающий число установок заготовки , отличающееся от принятого N, .

Определяем погрешность:

Так как , т.е. - спроектированное приспособление обеспечивает требуемую точность получения заданного размера.

4. Экономический раздел.

4.1 Технико-экономическая эффективность применения приспособления

Экономическое обоснование применения приспособления сводится к оценке экономической эффективности его применения. Эффективность основывается на сопоставлении затрат и экономии, возникающих при его использовании в течение года. Приспособление считается рентабельным, если годовая экономия, получаемая от применения приспособления больше связанных с ним затрат.

Расчет основал на сопоставлении затрат и получаемой экономики. Приспособление эффективно если:

Эn>/P

Где: Эn - годовая экономия, руб.

Р - годовые расходы на приспособление, руб.

Эn = (Tшт - Тштn)*Год*N, руб.

Где: Тшт = 65 мин. - время обработки в универсальном приспособлении;

Тштn = 50 мин. - время обработки детали в проектированном приспособлении;

N = 1800 шт. - годовая программа

Год - часовые затраты по эксплуатации рабочего места.

Год = Баз*Km, коп/час

Где: Баз = 95 коп - практически скорректированные часовые затраты на базовом рабочем месте:

Km = 0.7*машинокоэффициент, показывающий, во сколько раз затраты связанные с работой данной установки больше чем у базовой.

Год = 95*0.7 = 66.5 коп/час

Эn = (65-50)*66.5*1800=299,9

Готовые затраты на приспособление

P=Snp*(A+B)

Где: Snp=300 руб., - стоимость приспособления

А=0,5 - коэффициент амортизации при окупаемости в 2 года:

В=0,1/0,2 - коэффициент учитывающий ремонт и хранение приспособления

Р=300 (0,5+0,2)=210 руб.

Эn>Р

4156>210

Приспособление экономически эффективно.

Заключение

В результате проделанной работы разработаны приспособления для обработки шпоночных пазов на вертикально-фрезерном станке 6Р13. Простота конструкции, применение типовых и стандартных деталей и узлов существенно облегчает изготовление приспособлений, а использование пневматического и гидравлического силового привода облегчает труд рабочего, уменьшает вспомогательное время и увеличивает точность изготовления детали. Применение специализированных приспособлений позволяет снизить брак на 5…10%, снизить трудоемкость на 40%, а также повысить стабильность точностных параметров операции. В совокупности всё это приводит к снижению себестоимости изготовления детали при повышении её качества.

Список литературы

Справочник технолога-машиностроителя. Том 2 \ под ред. А.Г. Косиловой и др. - М.: Машиностроение, 1985 г. - 496 с.

Станочные приспособления: Справочник. В 2-х томах. - Том 1 \ под ред. Б.Н. Вардашкина и др. - М.: Машиностроение, 1984 г. - 592 с.

Сборник задач и примеров по резанию металлов и режущему инструменту. Нефедов Н.А., Осипов К.А. - М.: Машиностроение, 1990 г. - 448 с.

Технологическая оснастка: вопросы и ответы. Косов Н.П., Исаев А.Н., Схиртладзе А.Г. - М.: Машиностроение, 2005 г. - 304 с.

Обработка металлов резанием: Справочник технолога \ А.А. Панов и др. - М.: Машиностроение, 1988 г. - 736 с.

привод фрезерование шпоночный паз

Размещено на Allbest.ru

...