Проектирование сверлильного станочного приспособления для выполнения вертикально-сверлильной операции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Интенсификация производства в машиностроении неразрывно связана с техническим перевооружением и модернизацией средств производства на базе применения новейших достижений науки и техники. Техническое перевооружение, подготовка производства новых видов продукции машиностроения и модернизация средств производства неизбежно включают процессы проектирования средств технологического оснащения и их изготовления.

В общем объеме средств технологического оснащения примерно 50% составляют станочные приспособления. Применение станочных приспособлений позволяет:

1. надежно базировать и закреплять обрабатываемую деталь с сохранением ее жесткости в процессе обработки;

2. стабильно обеспечивать высокое качество обрабатываемых деталей при минимальной зависимости качества от квалификации рабочего;

3. повысить производительность и облегчить условия труда рабочего в результате механизации приспособлений;

4. расширить технологические возможности используемого оборудования.

В зависимости от вида производства технический уровень и структура станочных приспособлений различны. Для массового и крупносерийного производства в большинстве случаев применяют специальные станочные приспособления. Специальные станочные приспособления имеют одноцелевое назначение для выполнения определенных операций механической обработки конкретной детали. Эти приспособления наиболее трудоемки и дороги при исполнении. В условиях единичного и мелкосерийного производства широкое распространение получила система универсально-сборных приспособлений (УСП), основанная на использовании стандартных деталей и узлов. Этот вид приспособлений более мобилен в части подготовки производства и не требует значительных затрат.

Создание любого вида станочных приспособлений, отвечающих требованиям производства, неизбежно сопряжено с применением квалифицированного труда.

В последнее время в области проектирования, станочных приспособлений достигнуты значительные успехи. Разработаны методики расчета точности обработки деталей в станочных приспособлениях, созданы прецизионные патроны и оправки, улучшены зажимные механизмы и усовершенствована методика их расчета, разработаны различные приводы с элементами, повысившими их эксплуатационную надежность.

1. ОБЩИЙ РАЗДЕЛ

1.1 Назначение, устройство и принцип работы СП

Проектируемое станочное приспособление предназначено для установки, базирования и зажима заготовки, детали «Ступица» на вертикально - сверлильном станке 2Н118.

На станке выполняется вертикально - сверлильная операция механической обработки: сверлится отверстие Ш8 мм.

В соответствии с заданным среднесерийным типом производства проектируемое СП - механизированное и относится к типу - специальных станочных. По степени специализации СП - неразборное специальное. С учетом требования среднесерийного производства конструкция механизированная.

Конструкция СП состоит из следующих элементов:

Корпусным элементом служит корпус (п.1), который собой представляет сборно-сварную конструкцию коробчатой формы. Он служит для установки и закрепления СП на столе станка. Корпус состоит из: кондукторной плиты - Сталь 45 ГОСТ 1050-74, к которому приварена стойка, ребра.

Установочными элементами служит цилиндрическая оправка - Сталь 45 ГОСТ 1050-74, которая вставляется в отверстие Ш40, и деталь упирается в основание оправки. Цилиндрическая оправка конструктивно простая, позволяет вести многоместную обработку, но не обеспечивает точного центрирования. Оправка цилиндрическая Ш40f7, длина оправки 520 мм. Диаметр опорной поверхности 90 мм.

В конструкции СП используется зажимной механизм - рычажный одноопорный. Конструкция зажимного механизма состоит из следующих элементов: прижим (п.4), который соединен со штоком пневмоцилиндра с помощью штифта (п.29).

К крепежным элементам СП относятся: болт (п.16) - ГОСТ 7805-70; винт (п.17)-ГОСТ 11738-84; винт (п.19…21) - ГОСТ 11738-84; винт (п.24) - ГОСТ 17473-80; гайка (п.25) - ГОСТ 15523-70; шайба (п.27) - ГОСТ 11371-78; шпилька (п.28) - ГОСТ 22042-76; штифты (п.29…31) - ГОСТ 3128-70; штифт (п.32) - ГОСТ 12207-79; болт (п.35) - ГОСТ 13152-67; винт (п.36) - ГОСТ 9052-69; втулка (п.37)

ГОСТ 18431 - 73; втулка (п.37) - ГОСТ 18431-73; втулка (п.38) - ГОСТ 18433-73; гайка (п.40) - ГОСТ 4088-69; клапан (п.41) - ГОСТ 21324-83; пневмоцилиндр (п.43) - ГОСТ 15608 - 70, которые служат для соединения и сборки конструктивных элементов СП в единую конструкцию.

1.2 Принцип работы проектируемого СП

Деталь «Ступица» - сталь 45 ГОСТ 1050-88 устанавливается в кондукторе на цилиндрическую оправку. Зажим детали происходит с помощью прижима. Прижим имеет Г-образную форму. Данный элемент приспособления соединен со штоком пневмоцилиндра с помощью штифта. Для зажима заготовки необходимо в бесштоковой полости пневмоцилиндра создать рабочее давление сжатого воздуха, который из пнемосети поочередно подается в бесштоковую и штоковую полость при зажиме и разжиме заготовок.

После обработки деталей воздух поступает в штоковую полость пневмокамеры и перемщает диафрагму со штоком влево в исходное положение и детали разжимаются.

1.3 Расчёт СП на точность

Принципиальная схема конструирования СП

При расчёте проектируемого СП на точность суммарная погрешность Е_пр при обработке детали не должна превышать величины наименьшего допуска Т, обеспечиваемых при обработке размеров.

Е_пр < Т_min (1)

Для расчёта точности приспособления Е_пр используется формула:

Е_пр ? , мм (2)

где Т_min допуск выполняемого размера, мм

Т = Т_min = 0,015 мм.

К_т1 - коэффициент учитывающий уменьшения погрешности базирования

при работе на настроенных станках;

К_т1 = 0,8...0,85 [1с.151] Принимаем К_т1 = 0,8

К_т - коэффициент учитывающий отклонение рассеивания, значения

составляет величину от закона нормального распределения;

К_т = 1...1,2 [1с.151] Принимаем К_т = 1

Е_з- погрешность закрепления заготовки, мм;

Е_з = 30 мкм = 0,03 мм, так как установка на цилиндрическую оправку,

D>60 мм, заготовка - литье, Таблица 75[1с.163].

Е_у- погрешность установки, мм;

Е_у = 0,02...0,1мм Принимаем Е_у = 0,02 мм

Е_б - погрешность базирования.

Е_б = 05 · Т_б, мм,

где Т_б = 0,16 мм, так как D_б = Ш60

Е_б = 05 · 0,16 = 0,08 мм,

К_Т2- коэффициент учитывающий долю погрешности обработки в

суммарной погрешности, вызываемая факторами не зависящими

от СП;

К_Т2 = 0,6...0,8 [1с.152] Принимаем К_Т2 = 0,6.

Е_nu - погрешность положения детали из-за износа установочных элементов приспособления и от перекоса инструмента.

Е_nu = , мм [1, c. 183] (3)

S_max = D_{max вт} - d_{min сверла} (4)

Диаметр сверла Ш 8h9 (_-0,036) [1,c.178]

d_{min сверла} = 8- 0,036 = 7,964 мм

Диаметр отверстия кондукторной втулки Ш 8F8 [1, c.180]

D_{max вт} = 8 + 0,035 = 8,0,35 мм.

1.4 Расчёт усилия зажима заготовки в СП. Схема сил действующих на заготовку в СП

В проектируемом СП зажимным элементом является плита кондукторная.

К зажимному механизму проектируемого СП предъявляются следующие требования:

- при зажиме не должно изменятся первоначальное заданное положение обрабатываемой детали в приспособлении;

- сила зажима должна обеспечивать надежность закрепления детали и не допускать сдвига, поворота и вибрации детали при обработке на станке.

Необходимое усилие зажима рассчитывается по формуле:

Q_необх = , Н (7)

где К_заж - коэффициент запаса;

Р_o - осевая сила резания, Н;

Р_o = 180,2 Н. Величина Р_о определена при расчете режимов резания аналитическим методом. Смотри приложение 1.

f - коэффициент трения;

f = 0,1 [1с.207], так как деталь базируется обработанной ТБ.

М_кр - крутящий момент сил сопротивления.

М_кр = 4,5 кН · м

D_дет - диаметр детали.

d_опр - диаметр оправки.

К_зап = К₀К₁К₂К₃К₄К₅ К₆ (8)

где К_о =1,5 - гарантированный коэффициент запаса.

К₁ = 1,0 - коэффициент, учитывающий состояние поверхности для чистовой обработки.

К₂ = 1,2 - коэффициент, учитывающий увеличение сил резания от прогрессирующего затупления инструмента.

К₃ = 1,2 - коэффициент, учитывающий увеличение силы резания при прерывистом резании.

К₄ =1,0 - характеризует зажимное устройство с точки зрения постоянства, развиваемой им силы, для пневматических, гидравлических и др. приводов.

К₅ = 1,0 - коэффициент, характеризующий устройства, приводимые в действие мускульной силой. При наличии удобного положения рукоятки и малого диапазона угла ее отклонения.

К₆ = 1,0 - коэффициент, учитывающий только при наличии крутящих моментов, стремящихся повернуть обрабатываемую деталь.

К_зап = 1,5·1,0·1,2·1,2·1,0·1,0·1,0 = 2,16

Q_необх = = 1129 Н

1.5 Расчет основных параметров зажимного механизма

сверлильный станочный приспособление деталь

В проектируемом станочном приспособлении зажим с пневмоприводом. Привод состоит из: пневмодвигателя, пневматической аппаратуры и воздухопровода.

Пневмопривод работает с помощью сжатого воздуха. Замена в станочных приспособлениях ручных зажимов пневматическими дает большие преимущества:

-- постоянство силы зажима детали в приспособлении;

-- простота управления зажимными устройствами приспособлений;

-- возможность регулирования силы зажима детали;

-- бесперебойность работы пневмопривода при изменениях температуры воздуха в цехе.

Недостатки пневматического привода:

-- нестабильная плавность перемещения рабочих элементов из-за

сжимаемости воздуха, особенно при переменной нагрузке;

-- относительно большие размеры пневмоприводов для получения

значительных сил на штоке пневмопривода.

Принцип работы пневмопривода основан на применении сжатого воздуха диафрагменной камере двухстороннего действия. Для зажима заготовки сжатый воздух подается в бесштоковую полость пневмокамеры. Создаваемое сжатым воздухом «толкающее» усилие оказывает воздействие на диафрагму камеры и вынуждает при этом шток перемещается вправо. Шток конструктивно связан с двухскосым клином, который при толкающим перемещении воздействует на два ролика. Ролики установлены в двух штоках(левом и правом). В свою очередь штоки передают усилие на зажимные рычаги - левый и правый. Для разжима заготовки подача сжатого воздуха переключается на штоковую полость пневмокамеры. При этом зажимной механизм срабатывает в обратном направлении.

По рассчитанному Q_необх принимаем камеру с плоской резиновой D_к = 250 мм, так как Q_необх = 11128,98 Н. Таблица 139 [1с.323].

Усилие зажима рассчитывается по формуле:

Q_заж = , Н (9)

где с = 0,4 МПа - давление сжатого воздуха, МПа.

Q_заж = 0,785 · 60² · 0,4 = 1130,4 Н

Диаметр опорной шайбы рассчитывается по формуле:

d = D - 2h - 4, мм (10)

где h = 8 мм - толщина диафрагмы, мм.

d = 60 - 2 · 8 - 4 = 40 мм

Вывод: Так как Q_необх < Q_заж , то деталь в проектируемом СП закрепляется надежно.

1.6 Прочностные расчёты деталей в СП

Деталь «Оправка» в конструкции сверлильного СП служит направляющим элементом. Деталь изготавливается из материала - сталь 45

ГОСТ 1050-74; Ra 6,3. Для обеспечения износостойкости «Оправка»

подвергается химико-термической обработке для достижения твёрдости 42...47 НRСэ; [у] = 2400 Таблица 15 [2с.86]. При работе СП деталь «Оправка» воспринимает статистическую нагрузку, испытывает нормальное напряжение и вид деформации - смятие.

Расчёт на прочность при смятии рассчитывается по формуле:

у_см = ? [у_см] [7с.20] (11)

где F - усилие, вызывающее смятие, кгс;

A_см - площадь смятия, она определяется по формуле:

A_см = d · l, (12)

где d - диаметр сминаемой детали;

l - длина контакта с заготовкой;

A_см = 10 ·52 = 2080 мм²

у_см = = 741 кгс/см²

у_см ? [у] 741 ? 2400

Вывод: Расчёты показали, что рассчитываемая деталь обеспечивает надёжную прочность в проектируемом СП.

Масса рассчитывается по формуле:

m = V · с, кг (13)

где m - масса элемента, кг

V - суммарный объём металла для снижения металлоёмкости, мм³

с - удельная плотность металла,

с = 7,76 ·10^-6 - для стали.

V = V₁ -V₂, мм³ (14)

V₁= a₁ - в₁ - h, мм³ (15)

где V₁ - объем прямоугольника 1, мм³

а₁ = 260 мм - длина;

b₁= 145 мм - ширина;

h = 2 мм - высота изменения толщины листового материала.

V₁ = 260 · 145 · 2 = 75400 мм³

V₂ = а₂ · в₂ · h, мм³ (16)

где V₂ - объем прямоугольника 2, мм³;

а₂ = 10 мм - длина;

b₂ = 20 мм - ширина;

h = 2 мм - высота изменения толщины листового материала.

V₂= · 10 · 20 ·2 = 200 мм³

Т.к. снижение металлоемкости производимым путем уменьшения толщины и срезания 4-х углов основания, то объем получаемого основания равен:

V = V₁ - 4 V₂

V = 75400 - (4 · 200) = 74600 мм³

m = 74600 · 7,76 · 10^-6 = 0,5 кг

Вывод: Проектируемое СП позволяет снизить металлоёмкость и сэкономить 0,5 кг металла в сравнении с базовым вариантом конструкции СП.

С_т.х.год = 1100 · 0,8 · 2000+ 33579= 5295110,55 руб.

С_{т.х.годб} = 1100 · 0,8 · 2000+ 46683= 549007,35 руб.

Размер годовой экономии рассчитывается по формуле:

Э = С_{т.х.годб} - С_т.х.год, руб. (20)

Э = 549007,35 - 5295110,55 = -4746103,2 руб.

Срок окупаемости приспособления рассчитывается по формуле:

Т_ок = (21)

Т_ок = = 0,06 год

Т_ок<А, 0,06<5

Вывод: Расчёты показали, что технологическая себестоимость проектируемого СП ниже по сравнению с базовым вариантом. Размер годовой экономии равен

4746103,2 руб. На основании этого, проектируемое СП экономически целесообразно для применения на производстве.

Выводы по курсовому проекту

В курсовом проекте в соответствии с заданием спроектировано сверлильное станочное приспособление для выполнения вертикально-сверлильной операции.

На предприятии применялось базовое механизированное станочное приспособление на вертикально-сверлильном станке 2Н118.

В соответствии с типом производства, конструкция проектируемого станочного приспособления механизированная. По назначению станочное приспособление относится к типу станочных. По степени специализации - специальное неразборное.

При проектировании зажимного механизма учтены требования:

- сила зажима обеспечивает надежное закрепление детали и не допускает сдвига, поворота и вибрации детали при обработке на станке;

- изменяется направление передаваемого зажимного усилия.

В курсовом проекте проведен конструкторский анализ баз и разработана условная схема базирования.

В проектируемом станочном приспособлении заготовка при обработке должна быть неподвижна. Конструкция станочного приспособления обеспечивает требуемые условия.

В курсовом проекте проведен расчет станочного приспособления на точность, который показал, что проектное приспособление обеспечивает точность выполняемого размера, так как Е_пр = -1,2 мм.

При проектировании станочного приспособления обеспечено снижение металлоемкости конструкции на 0,5 кг, по сравнению с базовым вариантом. Силовой расчет показал, что конструкция расчетного приспособления обеспечивает надлежащий зажим заготовки.

Расчет экономической эффективности показал, что использование проектируемого приспособления по сравнению с базовым вариантом позволяет получить экономический эффект в размере руб.

На основании вышесказанного конструкция проектируемого станочного приспособления более прогрессивна по сравнению с базовым вариантом.

Размещено на Allbest.ru

...