Патрон для токарной обработки детали «Цапфа поворотная переднего моста»

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Машиностроение - вид производственной деятельности производственных и сервисных предприятий, специализирующихся на проектировании, изготовлении, обслуживании и утилизации всех видов машин, технологического оборудования и их частей. Машиностроение является ведущей отраслью народного хозяйства, определяющей дальнейшее ускорение и развитие научно-технического процесса в других отраслях. Основными задачами машиностроения являются постоянное повышение качества машин и оборудования, повышение темпов роста производительности труда на предприятиях.

Основную группу технологического оборудования составляют приспособления для производства детали.Приспособлениями в машиностроении называют вспомогательные устройства технологических объектов, используемые при механообрабатывающих, сборочных и контрольных операциях. Использование приспособлений способствует повышению производительности и точности обработки, сборки и контроля; сокращение количества и необходимой квалификации рабочих; строгая регламентация продолжительности выполняемых операций; расширение технологических возможностей оборудования. Такжеприменение приспособлений исключает необходимость маркировки заготовок, расширяет технологические возможности универсальных обрабатывающих станков, повышает производительность труда, повышает точность обработки и качество изделий, создает условия для механизации и автоматизации производственных процессов, снижает себестоимость продукции, улучшает условия труда и повысить безопасность труда.

Актуальность темызаключается в том, что цапфа переднего моста изготавливается в настоящее время на автозаводе “УРАЛ”, где применяется в колесной части автомобилей“УРАЛ”.

Целью курсового проекта являетсяпроектирование СП или его модернизация. зажимное устройство конструкция деталь

Для выполнения поставленной цели понадобится выполнить следующий ряд задач. В первую очередь, изучить конструкции кулачкового патрона, также разобраться в методике проектирования станочного приспособления, следует понимать, как работает объект, и с чего стоит начать перед непосредственным конструирование. Выполнить по заданному варианту необходимые расчёты для проектирования патрона и силового привода к нему. Разработать конструкцию токарного кулачкового самоцентрирующего патрона с механизированным приводом. В итоге, оформить результаты расчётов и конструирования в виде пояснительной записки и рабочего чертежа патрона с силовым приводом.



1. Общий раздел

1.1 Описание конструкций и служебного назначения изготовляемой детали в проектируемом приспособлении

Цапфа - часть вала или оси (обычно шлифованная), соприкасающаяся с подшипником и непосредственно воспринимающая нагрузку, передаваемую последним. Поворотная цапфа (устройство, на котором вращается переднее колесо автомобиля).

Деталь цапфа относится к классу валов и предназначена для передачи крутящего момента через муфту от двигателя на винт. Цапфа соединяется с винтом с помощью прессовой посадки.

В случае жестких осей цапфа обеспечивает фиксацию опорного подшипника и вала на месте, так что нагрузка на ось минимальна. На передних колесах эта деталь объединяет элементы ходовой части, подвески и тормозной системы. При этом шкворень (или поворотный кулак) позволяет одновременно жестко зафиксировать опорный подшипник ступицы, и в то же время не препятствовать вращению колес.

Поворотная цапфа переднего моста на базе автомобиля УРАЛ 4320 имеет некоторые конструктивные отличия от поворотных цапф, применяемых в дорожном строительстве, в которых передний мост не принимает на себя тягу и является лишь рулевым органом. В этом случае крутящий момент передается на ступицу автомобиля через полуоси. Из-за необходимости управлять колесом, т. е. чтобы колесо могло вращаться, цапфа была разделена на две отдельные части: шаровой шарнир и цапфа. Так шаровая опора закрывает внутреннюю полость от пыли, обеспечивая при этом возможность вращения; он также имеет внутреннюю полость, в которой расположен шарнир равных угловых скоростей.Штифт крепится к шаровому шарниру в восьми точках и поэтому является связующим звеном между ступицей колеса и шаровым шарниром.

Так как цапфа находится под постоянным напряжением, даже когда машина стоит, она должна быть изготовлена ??из самого высокого качества и прочного материала. Для изготовления этой детали нельзя использовать чугун, так как этот металл крепкий, но хрупкий. Цапфа изготовлена из стали типа 35ХГСА методом литья. В таблице 1представленхимический состав стали 35ХГСА

Расшифровка 35ХГСА:

35 - 0,35% углеродаC; Х- 1,5% хрома Cr; Г- 1,5% марганцаMn; С- 1,5% кремнияSi; А- высококачественная сталь.

Таблица 1 - Химический состав стали 35ХГСА

C,%	Si, %	Mn, %	Cr, %	S,%	P,%	Cu, %	Ni, %	As, %
0.37-0.45	0.17-0.37	0.5-0.8	0.25	0.04	0.035	0.25	0.25	0.08

1 - ступица; 2 - шланг подвода воздуха; 3 - подшипник; 4 - поворотная цапфа; 5 - блок манжет подвода воздуха; 6 - передняя полуось; 7 - контргайка;8 - штифт; 9 - замочная шайба; 10 - внутренняя гайка цапфы; 11 - колесный тормозной цилиндр; 12 - тормозной барабан; 13 - манжета; 14 - разжимная втулка; 15 - пресс-масленка; 16 - рычаг поворотного кулака; 17 - шкворень; 18 - корпус поворотного кулака; 19 - диск шарнира; 20 - шаровая опора; 21 - упорная шайба полуоси; 22, 30 - втулки; 23 - внутренняя полуось;24 - кулак шарнира; 25 - вилка наружной полуоси; 26 - сальник шаровой опоры в сборе; 27 - регулировочные прокладки; 28 - крышка подшипника; 29 - опорная шайба; 31 - шпилька; а - резьбовое отверстие для съемника полуоси; б - канал в цапфе для подвода воздуха.

Рисунок 1 - Колесная часть и поворотная цапфа.

1.2 Анализ приспособления - аналога

Токарная обработка -- это механическая обработка путем нарезания наружных и внутренних поверхностей вращения, в том числе цилиндрических и конических поверхностей, торцевания, отрезки, снятия фасок, обработки скруглений, проточки, нарезания внутренней и наружной резьбы на токарных станках.

Точение, наиболее распространенный метод изготовления деталей типа тел вращения (валов, дисков, осей, пальцев, цапф, фланцев, колец, втулок, гаек, муфт и др.) на токарных станках.

Разновидности точения:

· Обтачивание-- обработка наружных поверхностей.

· Растачивание-- обработка внутренних поверхностей.

· Подрезание-- обработка плоских торцевых поверхностей.

· Резка-- разделение заготовки на части или отделение готовой детали от заготовки.

Разрабатываемое приспособление предназначено для торцевания поверхности, точения наружной поверхности, растачивания внутренней поверхности, нарезание резьбы М115X2-6g, скругления. Натокарно-винторезном станке1К282.

Обозначение модели 1К282,где 1 - группа токарная; К - модернизирован; 2 -- автоматы и полуавтоматы многошпиндельные; 82 - высота центров над станиной

Устройство и принцип работы трехкулачкового патрона

Трехкулачковые патроны оснащаются тяговым (зажимные элементы связаны с гидро- или пневмоприводом) или встроенным приводом. На зажим заготовки во время работы тратится до тридцати процентов вспомогательного времени, поэтому приспособления механизируют и сокращают время на установку изделия. Самое широкое распространение в крупносерийном и массовом производствах получили механизированные кулачковые патроны с пневмоприводом. Гидропривод используют редко и применяют в ситуациях, когда необходимо сохранить малые габариты конструкции. Основное преимущество механизированных агрегатов - быстродействие и постоянное зажимное усилие на кулачках.

Патроны с встроенным пневматическим приводом (рис. 2) имеют встроенный цилиндр с поршнем. Ползуны с зажимными кулачками имеют выступы, которые входят в пазы поршня. Угол наклона пазов составляет 30°, что обеспечивает условия самоторможения. При подаче воздуха по каналам и в левую или правую полость цилиндра ползуны производят разжим или зажим заготовки.

Рисунок 2-Трехкулачковый патрон

2. Специальный раздел

2.1 Разработка технического процесса

Исходными данными для технического задания на проектирование приспособления является: рабочий чертеж обрабатываемой детали со всеми техническими условиями на изготовление; альбом применяемых на заводе нормализованных конструкции приспособлении; паспортные данные станка, котором производится операция.

1	Наименование, назначение и краткая характеристика проектируемого оборудования, средства механизации и автоматизации или разрабатываемого технологического процесса: А) габаритные размеры (в пределах); Б) вес (примерно)	Приспособление длярастачивания отверстия диаметром 82 мм и длиной 93 мм. Деталь: цапфа поворотная переднего моста, масса 17,1 кг, габаритные размеры 237ммX270мм А) 430мм Б) -
2	Требования к условиям работы проектируемого оборудования, средства механизации и автоматизации (техпроцессу)	Обеспечить безопасный доступ к заготовке после срабатывания режимного механизма
3	Содержание операции, подлежащих выполнению на проектируемом оборудовании и средства механизации и автоматизации (или по разрабатываемому техпроцессу)	Операция 020 - Вертикально-токарная. Растачивать внутреннею поверхность, выдерживая диаметр 82±0,2 мм. Инструмент: расточной резец Т15К6.Приспособление трехкулачковый патрон.
4	Краткая техническая характеристика объекта по которому проводятся работы (технические требования к приводам оборудования, описание и порядок технологических операционных переходов)	Оборудование: 1К282 станок токарный восьмишпиндельный вертикальный полуавтомат. Производитель и разработчик -Московский станкостроительный завод "Красный пролетарий" им. А.И. Ефремова, основанный в 1857 году.
5	Требуемая производительность (количество шт. за год)	17400шт/год
6	Особые условия (помещение, требования техники безопасности, приемки)	Обеспечить безопасность, охрану здоровья рабочих и охрану окружающей среды, внешний вид ресурсосбережения
7	Ожидаемый экономический эффект и сроки окупаемости	Увеличение производительности, либо уменьшение штучного времени
8	Приложения к заданию (планировки, чертежи, эскизы, схемы, фото, техпроцессы ит.д.)	Чертеж детали и технологический процесс изготовления
9	Разработать чертежи: - конструкция; -гидросхему; - пневмосхему и др.	Общий вид приспособления, схема базирования, чертеж детали, чертеж приспособления
10	Прочие данные	-

2.2 Разработка схемы базирования

Базирующими элементами приспособлений являются детали и механизмы, обеспечивающие правильное и равномерное размещение заготовок относительно инструмента.

База - поверхность или заменяющая ее совокупность поверхностей, ось, точка, принадлежащая заготовке или изделию и предназначенная для придания изделию или детали необходимого положения в пространстве относительно выбранной системы отсчета. Процесс придания изделию или детали нужного положения в пространстве называется базированием.



Рисунок 3-Теоретическая схема базирования

В приспособлении заготовка установочной базой опирается на три установочные поверхности (опорные точки 1, 2, 3). Двойная опорная база (опорные точки 4, 5, 6) реализуется за счет крепления до упора в заготовку с необходимыи усилием.

Базирование - полное

- кулачки



- базовое кольцо

Рисунок 4-Схема практической реализации базирования

2.3 Выбор вида установочных элементов

Установочныеэлементы в приспособлениях -- это детали и механизмы, обеспечивающие правильное и последовательное размещение заготовок относительно инструмента. Положение детали в приспособлении определяется опорами, на которые устанавливается заготовка, а затем прижимаются при фиксации. Установочным элементами приспособления для растачивания являются кулачки для закрепления поворотной цапфы переднего моста. Кулачки расположены на патроне.

Кулачковые патроны могут оснащаться механизированным приводом - тяговым или встроенным. Патроны с тяговым приводом имеют зажимные элементы, связанные цельными или пустотелыми тягами с пневмо- или гидроцилиндром.

Любой токарный патрон имеет в своей конструкции несколько кулачков, представляющих собой специальные зажимы для удержания и центрирования обрабатываемой заготовки. Их может быть 2, 3, 4 или 6 штук в зависимости от конструкции и размеров патрона. Кулачки изготавливаются из легированных высокопрочных сталей и предназначены для центрирования и фиксации заготовки в рабочей зоне.

Кулачки бывают следующих видов:

· прямые;

· обратные;

· мягкие или «сырые кулачки»;

· сборные.

К установочным эементам приспособлений предявляются следующие требования:

1. рабочие поверхности установочных элементов должны быть небольших размеров;

2. установочные элементы не должны портить технологические базы заготовки при установке по обработанным поверхностям, поэтому нельзя сводить контакт заготовки с опорой к точке;

3. установочные элементы должны быть жесткими и обеспечивать жесткое сопряжение их с корпусом;

4. конструкции установочных элементов должны обеспечивать быструю их замену при износе или повреждении;

5. рабочие поверхности установочных элементов должны обладать высокой износостойкостью.

1 - кулачок; 2 - тяга; 3 - деталь.

Рисунок 5 - Установочный элемент приспособления



2.4 Выбор направляющих элементов приспособляени

Направляющие элементы приспособлений -- кондукторные втулки для направления сверл, зенкеров, развёрток; специальные втулки для направления борштанг, a также копиры и элементы, ориентирующие положение режущего инструмента. Так как растачивание внутренней поверхности производится на вертикально - токарном станке расточным резцом, то направляющие элементы приспособления отсутствуют.

2.5 Расчет необходимого усилия закрепления заготовки в приспособления

Расчет сил зажима может быть сведен к решению задачи статики на равновесие заготовки под действием внешних сил.

С одной стороны, заготовка подвергается действию силы тяжести и сил, возникающих при обработке, а с другой - нужным силам зажима и опорным реакциям. Под действием этих сил заготовка должна сохранять равновесие. Расчет должен основываться на таком времени воздействия боковых сил и моментов, при котором силы зажима максимальны.

Исходными данными для расчета сил зажима являются: схема базирования заготовки; величина, направление и место приложения сил, возникающих при обработке; схема закрепления заготовки,т. е. направление и точка приложения зажимной силы.

Режущие силы по величине, направлению и точке атаки различны. В переходном режиме изменяется величина сил резания. В установившемся режиме их величина также подвержена колебаниям из-за изменения припуска и физико-механических свойств материала заготовок, затупления инструмента и других причин. В некоторых видах обработки силы резания представляют собой нагрузку ударного характера.

Схема силы закрепления установки заготовки приведен на рисунке 6.

Черновое растачивание посадочного места во втулке под вилку полуоси будет происходить на следующих режимах:

1. Глубина резания

Согласно [с. 265] принимаем t=1,5 мм.

2. Подача

Согласно [с. 265] принимаем S=0,11 мм/об.

3. Скорость резания [с. 265], м/мин

,(1)

где Т - среднее значение стойкости при одноинструментальной обработке, мин. Согласно [1, с. 268] принимаем Т=60 мин.K_V - коэффициент, значение которого принимаем согласно ?1, с. 268? C_V=420._V-коэффициент, который определяется перемножением коэффициентов согласно ?1, ???табл.с. 269??

K_V=K_mv?K_uv?K_?v?K_rv?K_nv,(2)

где K_mv - коэффициент, который учитывает влияние материала заготовки. Согласно [1,1 табл. с. 261]

K_mv=К_Г,(3)

где К_Г - коэффициент, который согласно ?1, ??табл.?с. 262?? принимаем К_Г=1.- показатель степени. Учитывая ???табл.? с. 262? принимаем n =1.

?_В - граница прочности при растяжении, МПа. Принимаем?_В =1160 МПа [1, 3 табл. с. 262].

K_mv=

По формуле (3) K_mv=0,647.

K_uv- коэффициент, который учитывает влияние материала инструмента на скорость резания. Принимаем K_uv=1,15 ?1,??табл.?с. 263?. _?v и K_rv - коэффициенты, которые учитывают влияние параметров резца на скорость резания. Принимаем K_?v =1,2; K_rv=1,0.

K_nv-коэффициент, который учитывает материал поверхности заготовки. Согласно ?1,??табл.?с. 263? принимаем K_nv=1,0.

К_V=0,647*1,15*1,2*1*1=0,893

По формуле (2) К_V=0.893.

V=

4. Составляющая силы резания находится по формуле, Н

_Pz=10C_Pt^xS^yVⁿK_p,(5)

где - C_P - постоянная для расчетных условий обработки. Учитывая [1,22табл. с. 273] х=1,0; в=0,75; n=0,15._p - поправочный коэффициент

_Kp=К_mpK_?pK_?pK_?pK_rp, (6)

гдеК_mp - коэффициент который учитывает влияние обрабатываемого материала на силу резания. Согласно [1,9табл. с. 264]

К_mp= ,(7)

при n=0,75 и?_В=1160 МПа.

К_mp=

Согласно формуле (7) К_mp= 1,39.

К_mp, K_?p, K_?p, K_?p, K_rp - поправочные коэффициенты которые учитывают влияние геометрических параметров режущей части инструмента на составляющую силы резания P_Z. Учитывая рекомендации ?1,??табл.?с. 275? принимаем K_?p=1,08; K_?p=1,0; K_?p=1,0; K_rp=1,0.

_{Kp=1,39*1,08*1*1*1=1,5}

По формуле (6) К_Р=1,5.

_Pz=10*300*1,5¹*0,11^0,75*241,1^-0,15=566H

5. Мощность резания, кВт [1,с. 271]

, (8)

N=

Согласно формуле (8) N=2,3 КВт.

6 Частота вращения

n=, (9)

n=

Технологическое (машинное) время

T_маш=, (10)

где l - длина обрабатываемой поверхности;

l₁= t*ctg?- величина врезания резца, мм;

t - глубина резания, мм; ctg??главный угол в плане резца;

l₂= 1-3 мм - выход (перебег) резца.

T_маш=

2.6 Выбор конструкции зажимного устройства и расчет его основных параметров

Рисунок 6 - Зажимное устройство с пневмоприводом

Определим силу, передаваемую штоком пневмоцилиндра,

, (11)

где W_к- сила зажима на одном кулачке, Н; n_к- число кулачков; К_тр- коэффициент, учитывающий дополнительные силы трения в патроне (К_тр= 1,05); а_к- вылет кулачка от его опоры до центра приложения силы зажима (конструктивно а_к= 40 мм); h_к- длина направляющей части кулачка, мм; f_к- коэффициент трения в направляющих кулачках, f_к= 0,1; ?₁и ?_к- плечи рычага привода, мм (конструктивно ?₁= 20 мм и ?_к= 100 мм до оси штока).

Сила зажима на каждом кулачке



, (12)

где D_о.п- диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм; где n_к- число кулачков в патроне, n_к= 3 шт; f_т.п- коэффициент трения на рабочих поверхностях кулачков, с гладкой поверхностью f_т.п= 0,25; D_п.к- диаметр зажимаемой поверхности детали, мм; К_зап- коэффициент запаса.

Определим коэффициент запаса для самоцентрирующегося трехкулачкового патрона с пневматическим приводом зажима

К_зап= К₀• К₁• К₂• К₃• К₄• К₅• К₆, (13)

К_зап= 1,5 • 1 • 1,2 • 1 • 1 • 1 • 1,5 = 2,7.

W_K=

Q_П=

Передаваемая штоком сила в пневмоцилиндрах двустороннего действия

, (14)

где D_ц- диаметр поршня пневмоцилиндра, мм;р - давление сжатого воздуха, МПа, р = 0,39 Мпа;з_ц- коэффициент полезного действия пневмопривода, з_ц= 0,85.

Диаметр поршня пневмоцилиндра

, (15)



D_п=

Пневмоцилиндрывыпускаются диаметром 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160 и 200 мм. Принимаем диаметр пневмоцилиндраD_ц= 32 мм.

Q_шт=

Время срабатывания пневмоцилиндра

, (16)

где ?_х- длина хода поршня, мм (для диаметра D_ц= 32 мм ?_х= 300 мм); рекомендуется d_в= 8 ... 10 мм, d_в= 10 мм; v_в- скорость перемещения сжатого воздуха, мм/с, v_в= 15000 - 25000 мм/с; принимаем v_в= 20000 мм/с.

Т_с=



Заключение

В результате выполнения данного курсового проекта были рассмотрены подробно все этапы проектирования приспособления. Разработанный объект представляет собой приспособление для растачивания внутренней поверхности на детали “Цапфа поворотная переднего моста”

Расчет усилий в приспособлении позволил определить необходимое усилие зажима. В результате силового расчета было установлено, что сила зажима W_K=204,9 Н.

Автоматизация данного приспособления может быть осуществлена с помощью применения пневмопривода, внутренний диаметр которогоD_п=32 мм, а толкающее усилиеQ_шт=266,5 Н.



Список использованных источников

1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х томах. Т.2 под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова Издательство: Машиностроение Год:1985 - 496 с.

2. Косилова А.Г. Справочник технолога машиностроителя. - Г.: Машиностроение, 1985. - 496с.

3. Ансеров Н.А. Приспособление для металлорежущих станков. - Ленинград: Машиностроение, 1975. - 654с.

4. Станочные приспособления: Справочник в 2-х томах/ред. Совет: Б.Н. Вардашкина и др. - М. Машиностроение, 1984 - (под редакцией Б.Н. Вардашкина, А.А. Шатилова), 1984 - 592 с., ил.

5. Белоусов А.П. Проектирование станочных приспособлении: Учебное пособие для учащихся техникумов. - 3-е изд., перераб. И доп. - М.: Высшая школа, 1980. - 240 с., ил.

6. Мясников Ю.И., Мясников В.Ю. Станочные приспособления для металлорежущих станков. Справочник в 2-х томах /под редакцией В.И. Гузеева М: Машиностроение, 2010.

7. Клепиков В.В., Бодров А.Н. Технологическая оснастка. Учебное пособие - М: Форум, 2011 - 608 с.

Размещено на Allbest.ru

...