Проектирование станочного приспособления механической обработки детали "Ось"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Общий раздел

1.1 Назначение, устройство и принцип работы проектируемого приспособления

1.2 Проверка условия лишения возможности перемещения заготовки в приспособлении

2. Расчетно-конструкторский раздел

2.1 Расчет приспособления на точность обработки

2.1.1 Расчет погрешности установки

2.1.2 Расчет погрешности базирования

2.1.3 Расчет погрешности закрепления

2.1.4 Расчет погрешности положения

2.1.5 Расчеты допусков и посадок приспособления

2.2 Расчет усилий закрепления детали в приспособлении

2.3 Прочностной расчет ответственных деталей

приспособления

3. Анализ применения проектируемого приспособления

Список использованных источников

Введение

механический деталь ось

Введение должно содержать:

- Цель курсового проекта;

- Задачи развития машиностроения;

- Область применения высокопроизводительного оборудования и технологической оснастки.

Составляя «Введение» студент должен использовать материалы периодической печати.

В структуре «Введения» должна быть указана цель курсового проекта и тема проекта. Сформулировать главные задачи машиностроительного производства: рост его эффективности, повышения качества продукции, усиление режима экономии. Далее необходимо раскрыть задачи курсового проекта и содержание разделов курсового проекта.

1 Общий раздел

1.1 Назначение, устройство и принцип работы проектируемого приспособления

Проектируемое приспособление предназначено для (указывается выполняемая операция) в детали «название детали по заданию» на (тип станка) станке модели (указывается модель).

Приводится назначение станка и его технические характеристики

Приспособление сверлильное (кондуктор), фрезерное, токарное - выбираем согласно задания предназначено для установки заготовки для (сверления, фрезерования, точения).

Приспособление представлено на рисунке 1.1.

Приспособление состоит (рисунок 1.1): (согласно спецификации)

поз. 1 -;

поз. 2 -;

поз. 3 -; ……

Описываем принцип работы и устройство спроектированного приспособления

Пример: Проектируемое фрезерное приспособление предназначено для фрезерования пазов в детали «Диск». Операция выполняется на фрезерном станке с ЧПУ ГФ 21-71

В качестве зажимного механизма наиболее применим рычажный, который отличается простотой конструкции, значительным выигрышем в силе, постоянством силы зажима, возможностью закрепления детали в труднодоступном месте, удобством эксплуатации, надежностью.

Приспособление устанавливается на столе станка, ориентируется по пазам при помощи шпонок 12.

Деталь «Диск» устанавливается на базу 2, закрепленную на плоскости плиты 1, и зажимается тремя прихватами 3. Поворот прихватов и зажим заготовки производится вручную. Под действием затяжки гайки конец прихвата опускается, поворачиваясь на оси, при этом середина прихвата при его повороте опускается вниз до контакта с заготовкой и прижимает ее к установочным поверхностям плиты. При ослаблении гайки, прихват возвращается в исходное положение и освобождает заготовку.

Приспособление имеет значительную массу, поэтому его транспортировку целесообразно осуществлять при помощи цеховых кран-балки, тельфера или электротали. Для крепления крючьев подъемно-транспортного оборудования в плиту ввернуты рым-болты 9.

преимущества и эффект от его внедрения.

Пример: Приспособление вполне пригодно для базирования и закрепления широкой номенклатуры заготовок, имеющих цилиндрические шейки. Для каждой заготовки необходимо изготовить базу для установки по торцу и по шейке требуемого диаметра и длины. Фактически максимальный диаметр закрепляемой шейки определяется расстоянием от оси заготовки до прихватов.

Рисунок 1.1. Приспособление фрезерное

Технические требования на приспособление - с чертежа общего вида

- точность установочных элементов приспособления, образующих комплект баз для базирования объекта и комплект баз, которыми устанавливается само приспособление;

- точность относительного положения комплектов баз;

- точность положения направляющих втулок, кинематических элементов и их относительного положения.

1.2 Проверка условия лишения возможности перемещения заготовки в приспособлении

Деталь «Диск» относится к деталям класса «Втулки», имеет форму тела вращения. В качестве базовых поверхностей при установке детали в приспособлении с учетом технических требований чертежа целесообразно использовать торцевую плоскость втулки (3 опорные точки), внутреннюю цилиндрическую поверхность 80 (2 опорные точки). В результате деталь будет лишена пяти степеней свободы (смотри рисунок 1.2).

Рисунок 1.2. Схема базирования детали

2. Расчетно-конструкторский раздел

2.1 Расчет приспособления на точность обработки

2.1.1 Расчет погрешности установки

Точность обработки оценивается сопоставлением ожидаемой (расчетной) погрешности с заданной (допустимой).

, (2.1)

где - величина допустимого отклонения исходного размера от номинала,

- суммарная производственная погрешность.

Если все эти погрешности сложить, то получим условие обеспечения заданной точности координирующего размера

? = е_у + ?_н +?_обр, (2.2)

где _y - погрешность установки;

?_н - погрешность настройки;

?_обр - погрешность обработки.

Погрешность установки _y есть отклонение фактически достигнутого положения заготовки при установке в специальное приспособление от требуемого. Она возникает вследствие не совмещения измерительных и технологических баз, неоднородности качества поверхностей заготовок, неточности изготовления и износа опор специального приспособления, нестабильности сил закрепления и др. _у вычисляют по погрешностям: базирования _б, закрепления _з и положения _пр.

Погрешность базирования _б является случайной погрешностью; погрешность закрепления _з содержит как случайные составляющие погрешности, объединяемые в основную _з.о, так и закономерно изменяющуюся систематическую погрешность _з.и, связанную с изменением формы поверхности контакта установочного элемента в результате его износа; погрешность положения _пр включает закономерно изменяющуюся систематическую погрешность _и, определяемую прогрессирующим изнашиванием установочных элементов, а также постоянные систематические погрешности _у.с, определяемые погрешностями изготовления и сборки опор специального приспособления, и _с, определяемые погрешностями установки и фиксации специального приспособления на станке.

В данном случае погрешность установки будет определяться из погрешностей базирования, закрепления и положения:

. (2.3)

Погрешность настройки ?_н возникает в процессе установки режущего инструмента на размер или регулировки упоров и копиров для автоматического получения заданных размеров на станке.

Погрешность обработки ?_обр возникает в процессе непосредственной обработки и вызывается:

1) геометрической неточностью станка в ненагруженном состоянии;

2) деформацией упругой технологической системы СПИД под нагрузкой;

3) износом и температурными деформациями режущего инструмента и другими причинами.

2.1.2 Расчет погрешности базирования

В общем случае погрешность базирования следует определять исходя из пространственной схемы расположения заготовки. Однако для упрощения расчетов обычно ограничиваются рассмотрением смещений только в одной плоскости.

Пример: При выполнении операции необходимо обеспечить следующее:

1) получить 3 ступенчатых отверстия диаметром 9 мм и 14 мм;

2) обеспечить координаты расположения отверстий относительно оси детали 60 ±0,2 мм.

Для обеспечения первого условия необходимо выполнить сверление и зенкерование, размер обеспечивается инструментом.

Выполнение второго условия обеспечивается программой.

Назначаю на диаметр установочной поверхности базы поле допуска . Исполнительные размеры диаметра установочной поверхности базы:

Максимальный зазор между базой и отверстием:

Погрешность базирования заготовки (мм), вычисляют по формуле:

, (2.4)

где - максимальный зазор между заготовкой и базовой поверхностью приспособления,

- назначенный допуск на износ. Износ установочной поверхности приспособления приводит к увеличению погрешности _б, поэтому целесообразно назначать допуск на износ этой поверхности и учитывать его при расчете погрешности установки заготовки, .

мм

2.1.3 Расчет погрешности закрепления

Погрешность закрепления _з - это разность между наибольшей и наименьшей величинами проекций смещения измерительной базы на направление выполняемого размера в результате приложения к заготовке силы закрепления. В основном возникает в связи с изменением контактных перемещений в стыке «заготовка - опоры приспособления».

Деформациями жестких заготовок и корпуса приспособления под действием сил закрепления обычно пренебрегают.

Можно принять, что е_з = 0, так как проекция смещения измерительной базы на направление выполняемого размера и направление приложения к заготовке силы закрепления перпендикулярны.

2.1.4 Расчет погрешности положения

Погрешность положения е_пр [2] заготовки возникает в результате погрешностей изготовления приспособления, погрешностей установки и фиксации приспособления па станке и износа опор приспособления.

Пример: При выполнении операции необходимо обеспечить следующие параметры заготовки:

- диаметр отверстия .

- размер 17 ± 0,125 мм.

Для обеспечения первого условия необходимо выполнить сверление, вследствие чего потребуется использовать кондукторную втулку .

Вычислим значение размера D_п, определяющего положение оси втулки-гнезда. Номинал совпадает с номиналом размера 17 ± 0,125 мм заготовки.

Отклонение на размер D_п, мм принимают в диапазоне:

, (2.4)

мм;

D_п= 17 ± 0,05 мм.

Проверка обеспечения размера D_п= 17 ± 0,05 мм.

Для выполнения расчета используют зависимость:

, (2.5)

где - допустимая погрешность обработки;

- коэффициент, учитывающий долю статистической составляющей в общей погрешности;

- для сверления в кондукторе;

- погрешность заготовки (погрешность положения технологической базы относительно исходной), мм;

- погрешность установки заготовки в приспособлении, мм;

- погрешность приспособления (погрешность взаимного расположения элементов приспособления);

- погрешность режущего инструмента (погрешность положения вершины или образующей инструмента относительно элемента для базирования на станке), мм.

Структурные связи между компонентами технологической системы, включающей в себя элементы для направления режущего инструмента, показаны на рисунке 2.2.



Рисунок 2.2. Структура связи

Начало координат для такой технологической системы материализуется в элементе для направления инструмента.

Погрешность заготовки представляет собой отклонение технологической базы относительно исходной базы. В данном случае , так как исходная и технологическая базы заготовки совпадают.

Погрешность приспособления рассчитывают по формуле:

, (2.6)

где - погрешность координатного положения оси отверстия кондукторной втулки относительно элемента для базирования заготовки (поверхности плиты), находят по формуле:

, (2.7)

где - предельное отклонение размера заготовки, соответствующего рассматриваемому размеру приспособления;

мм;

- погрешность, вызванная неперпендикулярностью оси отверстия втулки-гнезда к плоскости, определяющей положение заготовки, как показано на рисунке 3.

Рисунок 2.3. Схема расчета погрешности

Погрешность, вызванная неперпендикулярностью оси отверстия втулки-гнезда к плоскости базирования заготовки, определяют по формуле:

, (2.8)

где - величина неперпендикулярности (непараллельности), заданная на длине ;

l+h=6,5 мм - расстояние от кондукторной втулки до плоскости сверления отверстия.

мм;

- погрешность равная возможному наибольшему смещению оси быстросменной кондукторной втулки относительно втулки-гнезда за счет зазора в сопряжении, равна 0;

мм - погрешность, равная эксцентриситету быстро-изнашивающейся втулки.

Таким образом, погрешность приспособления равна

Погрешность положения вершины или образующей режущего инструмента рассчитывают как наибольшее возможное смещение оси обрабатываемого отверстия, вызванное перекосом инструмента во втулке.

Возможность такого перекоса обусловлена зазором между инструментом и отверстием кондукторной втулки.

Причинами перекоса инструмента относительно номинального положения могут быть:

- биение режущих кромок инструмента;

- несимметричность его заточки;

- неоднородность материала заготовки;

- неровности поверхности в месте входа инструмента в заготовку;

- несовпадение оси инструмента с осью отверстия направляющего элемента.

Погрешность определяют на основе схемы, показанной на рисунке 2.4, по формуле:

, (2.9)

где - максимальный зазор в сопряжении инструмента с отверстием кондукторной втулки, мм, определяют по формуле (2.10);

;

Н = 9,5 мм - высота направляющей части втулки.

, (2.10)

где мм - наибольший диаметр отверстия кондукторной втулки

Рисунок 2.4. Схема расчета погрешности

- наименьший диаметр сверла для обработки отверстия;

мм - максимальный допуск на износ втулки и сверла.

= 6,028 - 5,986 + 0,02 = 0,062 мм;

мм;

мм;

Поскольку неравенство справедливо, то кондуктор автоматически обеспечит заданную точность расположения обрабатываемого отверстия.

2.1.5 Расчеты допусков и посадок приспособления

Свободные размеры (например, габаритные размеры корпуса приспособления), которые не влияют на точность обработки заготовок. Их назначают из конструктивных соображений с учетом стандартов на заготовки деталей приспособлений и действующих сортаментов материалов, а также с учетом необходимости уменьшать габаритные размеры, металлоемкость и трудоемкость изготовления.

Размеры деталей и сборочных единиц станочного приспособления, не влияющие непосредственно на точность обработки заготовок (например, диаметры отверстий под запрессованные штифты и т.п.). Эти размеры и допуски на них назначают с учетом соответствующих стандартов на детали и сборочные единицы станочного приспособления или на основе производственного опыта.

Допуски на координирующие и установочные размеры

Допуски на диаметры отверстий и координаты кондукторных втулок [3] назначают в зависимости от исполнительных размеров режущего инструмента, точности обрабатываемых отверстий и точности расстоянии между их осями.

Диаметр кондукторной втулки под сверло определяют в соответствии с рекомендациями.

При обработке детали в кондукторе применяется постоянная кондукторная втулка для сверления.

Принимаем диаметр отверстия кондукторной втулки .

Для диаметра отверстия под постоянную кондукторную втулку принимаем поле допуска по Н7.

Допуск на координату кондукторной втулки составляет [6]:

ITL_П = (0,2 0,5) ITL_Д, (2.11)

где ITL_Д - допуск на расстояние между обрабатываемым отверстием и осью детали.

ITL_П = (0,2 0,5) 0,25 = 0,05…0,125 мм.

Тогда точность составит 17±0,05 мм.

Диаметр отверстия под палец в заготовке равен . Расстояние между осями отверстий с допуском Допустимые смещения: боковое и угловое . Допуск расположения обработанной поверхности независимый. Определить исполнительные размеры диаметров пальцев, допуск на расстояние между осями пальцев и ширину b ленточки срезанного пальца рассмотрено на рисунке 2.5, 2.6.

Рисунок 2.5. Расчетные схемы

Рисунок 2.6. Определение максимального бокового смещения заготовки

Назначают на диаметре пальца поле допуска . Исполнительные размеры приспособления при установке по цилиндрической поверхности: отверстия - D = 14 H14= 14^+0,43 мм, цилиндрического пальца - d =14мм. Максимальный зазор между заготовкой и отверстием: мм.

Для срезанного пальца: диаметр отверстия заготовки , диаметра пальца - Максимальный зазор между пальцем и отверстием: мм.

Максимальное боковое смещение заготовки вдоль и по нормали к линии центров заготовки и отверстия приспособления

Максимальное угловое смещение (мм), вычисляют по формуле 2.22:

(2.12)

условие выполняется.

Расчетный диаметр (мм), срезанного пальца вычисляют по формуле:

(2.13)

Расчетный диаметр (мм), отверстия под срезанный палец вычисляют по формуле:

(2.14)

где и - допуски на диаметры срезанного пальца и отверстия под него.

мм

Допуск на расстояние между осями пальцев для установки заготовки (мм), вычисляют по формуле:

(2.15)

Расчетное смещение оси (мм), срезанного пальца вычисляют по формуле:

(2.16)

По ГОСТ 12210-66 для пальцев диаметром 5 мм щирина ленточки b = 1,6 мм. Проверяют выполнение условий 2.17:

(2.17)

мм условие 2.17 выполняется.

Назначение допусков и посадок на остальные сопрягаемые детали назначаем по справочникам с учетом характера соединения и условий применения.

2.2 Расчет усилий закрепления детали в приспособлении

Силовой расчет направлен на определение силы зажима, которая обеспечивает надежное закрепление детали и не допускает сдвига, поворота или вибрации детали при обработке на станке.

Пример: Исходными данными для расчета являются:

- силы, действующие на заготовку со стороны инструмента:

= 2951,09 Н - при фрезеровании 4-х пазов;

- крутящие моменты , передаваемые режущим инструментом на заготовку:

= 206,581 Н•м - при фрезеровании 4-х пазов

На рисунке 3.2 представлена расчетная схема с обозначенными силами резания и зажима при фрезеровании четырех пазов.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3.2. Схема установки и закрепления заготовки при фрезеровании

Проанализировав расчетную схему можно сделать выводы о том, что в момент фрезерования 4-х пазов на заготовку, усилие резания, возникающее при фрезеровании паза, стремится сдвинуть заготовку относительно установочных элементов приспособления. Перемещению заготовки препятствуют силы трения F_тр, являющиеся результатом действия зажимных усилий Р_заж, создаваемых тремя прихватами.

Силу закрепления Р_заж определяют из условия равновесия силовых факторов, действующих на заготовку. При расчетах Р_заж учитывают силы резания, реакции опор, силы трения.

При установке заготовки на плоскость, по внутренней цилиндрической поверхности, отрыв (опрокидывание) заготовки под действием силы резания Р_z или момента резания М_кр предупреждается силой зажима Р_заж, равномерно распределенной на три прихвата.

В местах контакта заготовки с опорами и зажимным механизмом учитываются коэффициенты трения f₁ и f₂.

f₁ = f₂ = 0,15 [1]

Составим уравнение моментов относительно опорной точки 0:

0 = f₂Р_зажR₂ + Kf₁Р_z R₁ (3.2)

где R₂ - расстояние до точки приложения силы зажима прихватов;

R₁ - расстояние от центра отверстия до точки приложения силы резания;

К - коэффициент запаса.

Необходимая сила зажима Р_заж

(3.3)

K = 1,5 1,2 1,5 1,2 1 1 1 = 3,21

Расчет силы зажима производим для фрезерования. Подставив значения в формулу (3.3), получим:

Зажим заготовки осуществляется тремя прихватами. Схема зажима прихватом приведена на рис. 3.3

Рисунок 3.3. Г-образный прихват

По найденному наибольшему значению исходной силы рассчитываем усилие, передаваемое прихватом.

Необходимое усилие Q для получения расчетной силы зажима Р_заж для принятой схемы зажима можно рассчитать по следующей формуле ([60],):

, (3.4)

где l - плечо рычажного механизма (см. рис. 3.3), мм;

Н - высота прихвата, мм.

Берутся с чертежа прихвата; l = 30 мм, Н = 55 мм.

Выразим из формулы (3.4) усилие 1 прихвата, получим:

; (3.5)

Подставив значения в формулу (3.5) получим:

Q = = 1376,25 (Н).

Необходимо получить усилие от одного прихвата Q = 1376,25 Н.

Рассчитаем номинальный диаметр шпильки по формуле

D = , (3.6)

где - допускаемое напряжение на растяжение материала шпильки при переменной нагрузке, МПА, = 58…98.

D = = 8 мм.

Примем ближайший больший стандартный размер шпильки М 16.

2.3 Прочностной расчет ответственных деталей приспособления

Пример: Резьбовые соединения [4] работают с предварительной затяжкой. В результате затяжки в поперечном сечении шпильки возникают продольная сила и крутящий момент. Таким образом, стержень шпильки испытывает растяжение и кручение, а резьба болта - срез и смятие. Расчет стержня резьбового штифта на растяжение производится по формуле:

, (2.34)

где К_зат - коэффициент затяжки;

К - коэффициент переменной нагрузки;

F_з - допускаемая сила затяжки, Н;

_р - допускаемое напряжение на растяжение материала резьбового штифта, МПа;

d_р - расчетный диаметр резьбовой части шпильки М8, рассчитывается по формуле:

d_p = d - 0,9Р, мм (2.35)

где d = 8 номинальный диаметр резьбовой части шпильки, мм;

Р = 1,25 шаг резьбы, в мм;

По формуле 2.35:

d_p = 8 - 0,9 1,25 = 6,875 мм.

По формуле 2.34 рассчитываем напряжение растяжения в данной винтовой паре:

Допускаемое напряжение материала резьбовой шпильки [1, 4] принимается равным 98 МПа. Условие _Р [_Р] выполняется

Условие прочности при кручении:

, (2.37)

где W_P - полярный момент сопротивления, рассчитывается по формуле:

, мм³ (2.38)

где d - номинальный диаметр резьбовой шпильки, мм;

[_К] - допускаемое напряжение кручения для валов, МПа;

М_К - максимальный допустимый крутящий момент, рассчитывается по формуле:

, Н/мм (2.39)

где G - модуль сдвига для стали [4], G=2,06·10⁵ МПа;

[₀] - приведенный угол трения, в рад/мм;

l_P - полярный момент инерции, для круга рассчитывается по формуле:

, мм⁴ (2.40)

По формуле 2.40 рассчитываем полярный момент инерции:

мм⁴.

По формуле 2.39 рассчитываем максимальный допустимый крутящий момент:

М_к = 2,0610⁵ 402,120,15 = 124,26 Н/мм.

По формуле 2.38 рассчитываем полярный момент сопротивления:

мм³.

По формуле 2.37 рассчитываем напряжение, возникающее при кручении:

МПа.

[_К] = 40 50 МПа - допускаемое напряжение при кручении для вала из стали 45 [4]. Так как напряжение, возникающее при кручении меньше допускаемого, то условие прочности соблюдается.

Условие прочности при срезе:

, МПа (2.41)

где А_ср - площадь среза для круга рассчитывается по формуле:

, мм² (2.42)

где Q - сила резьбового зажима, Н;

[_ср] - допускаемое напряжение при срезе, МПа.

По формуле 2.42 рассчитываем площадь среза:

мм².

По формуле 2.41 рассчитываем напряжение, возникающее при срезе

МПа.

[_ср] = 16 18 МПа - допускаемое напряжение при срезе [4].

Условие прочности соблюдается.

3. Анализ применения спроектированного приспособления

Использование механизированного зажима в спроектированном приспособлении обеспечивает надежное закрепление детали и сокращает вспомогательное время.

Для определения экономичности обычно сопоставляют себестоимость обработки детали на данной операции при использовании приспособления. Принимая одинаковые расходы на режущий инструмент, амортизацию станка и электроэнергию, себестоимость обработки, зависящую от конструкции приспособления, можно определить по формуле

С = З (1 + ) + , (3.1)

где З - зарплата станочника, отнесенная к одной детали, руб.;

Н_ц - цеховые накладные расходы на заработную плату, % (обычно составляет 200-259%);

З_пр - затраты на изготовление приспособления, руб.;

П_д - годовая программа выпуска деталей, шт.;

А_пр - амортизация приспособления, лет;

Р_пр - расходы, связанные с применением приспособления (ремонт, содержание, регулировка), %. Принимается Р_пр = 20%.

Зарплата станочника определяется по формуле

З = Т С К, (3.2)

где Т - штучно-калькуляционное время, ч.;

С - часовая ставка рабочего первого разряда, руб./час;

К - тарифный коэффициент.

З = 0,12 85 1,35 = 13,77 руб.

Затраты на изготовление приспособления можно определить приближенно по формуле

З_пр = mК₁, (3.3)

где m - число деталей в приспособлении (без крепежа);

К₁ - постоянная, зависящая от сложности приспособления (для приспособлений средней сложности К₁ = 350.

З_пр = 10 350 = 3500 руб.

Срок амортизации для приспособлений средней сложности составляет от 2 до 3 лет.

Подставив значения в формулу (3.1) получим

С = 13,77(1 + ) + руб.

Себестоимость обработки с применением проектируемого приспособления составит 16,9 рубля.

Заключение

В курсовом проекте: «Проектирование станочного приспособления механической обработки детали «Крышка» рассмотрены следующие вопросы: разработано специальное приспособление - кондуктор и описан принцип его работы, приведен расчет погрешности базирования, по которому определена возможность обработки детали на данном приспособлении; рассчитаны силы зажима детали, а также приведен расчет ответственных деталей (указываем каких) приспособления на прочность.

Себестоимость обработки с применением проектируемого приспособления составит 16,9 рубля.

Размещено на Allbest.ru

...