Спроектировать станочное приспособление для фрезерования шпоночного паза на валу

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ АДМИНИСТРАЦИИ ВЛАДИМИРСКОЙ ОБЛАСТИ

ГБОУ СПО ВО «Владимирский политехнический колледж»

Специальность 15.02.08 «Технология машиностроения»

Курсовой проект

по дисциплине: Технологическая оснастка

Тема: Спроектировать станочное приспособление для фрезерования шпоночного паза на валу

Выполнил студент Миловский М.М.

Содержание

Введение

1. Техническое задание

2. Общий раздел

2.1 Назначение устройства и принцип работы проектируемого приспособления

2.2 Разработка схемы базирования детали в приспособлении

2.3 Обоснование выбора баз и точечных опор в соответствии с правилом 6-ти точек

2.4 Выбор места приложения и направления усилия зажима

2.5 Расчет погрешности базирования

2.6 Расчет усилия зажима заготовки в приспособлении

2.7 Расчет основных параметров силового привода и зажимного механизма

3. Требования безопасности к приспособлению

Заключение

Литература

Приложения А

Введение

Станочное приспособление -- это вспомогательное орудие производства для установки заготовок с целью обработки на металлорежущих станках.

В зависимости от типа станка станочные приспособления подразделяются на токарные, сверлильные, фрезерные, расточные, шлифовальные и т.д.

В общем объеме средств технологической оснастки примерно 50% составляют станочные приспособления.

С помощью станочных приспособлений можно решить 3 основные задачи:

- базирование обрабатываемых деталей на станках производится без выверки, что ускоряет процесс установки и обеспечивает возможность автоматического получения размеров на настроенных станках;

- повышается производительность, и облегчаются условия труда рабочих на счет применения многоместной, многопозиционной и непрерывной обработки;

- расширяются технологические возможности станков, что позволяет на обычных станках выполнять такую обработку или получать такую точность, для которой эти станки не предназначены.

Приспособления выбираются в зависимости от типа производства. В массовом и крупносерийном производстве в основном применяются специальные приспособления.

В условиях серийного производства применяются агрегатированные приспособления. В мелкосерийном производстве широко распространены универсальные приспособления.

Проектирование приспособлений находится в зависимости не только от типа производства, но и от технологического процесса изготовления детали, что обеспечивает на производстве тесную связь между технологом и конструктором.

Темой данного курсового проекта является разработка станочного приспособления для фрезерования шпоночного паза на валу.

1. Техническое задание

Таблица 1 Техническое задание на проектирование.

Раздел	Содержание раздела
Наименование и область применения	Наименование ТО приспособление для фрезерования шпоночного паза на валу. Закрепление деталей на осях и валах
Обоснование для разработки	Операционная карта технологического процесса механической обработки детали «паза на валу».
Цель и назначение обработки	Шпоночные соединения применяют для передачи вращающего момента между валом и ступицей (например, ступицей зубчатого колеса, шкива, маховика и т. п.) с помощью специальной детали -- шпонки. Шпоночные соединения подразделяют на ненапряженные, осуществляемые призматическими или сегментными шпонками, и напряженные, осуществляемые клиновыми шпонками.
Технические требования	Ширина шпоночного паза должна быть выполнена по 2-му или 3-му классу точности: по глубине шпоночный паз должен быть выполнен по 5-му классу точности; длина паза под шпонку -- по 8-му классу точности. Невыполнение этих требований при фрезеровании шпоночных пазов влечет за собой трудоемкие пригоночные работы при сборке -- припиливание шпонок или других сопрягаемых деталей. Кроме указанных выше требований, в отношении точности к шпоночному пазу предъявляется также требование в отношении точности его расположения и шероховатости поверхности. Боковые грани шпоночного паза должны быть расположены симметрично относительно плоскости, проходящей через ось вала; шероховатость поверхности боковых стенок должна находиться в пределах 5-го класса шероховатости, а иногда и выше.
Документация используемая при разработке	Общее положение по выбору, проектированию и применению средств технического оснащения Р50-54-11-87 ЕСТПП Общие правила обеспечения технологичности конструкций изделий ГОСТ 8543--71, ГОСТ 9140-78.
Документация подлежащая разработке	Пояснительная записка, чертеж общего вида приспособления, спецификация.
Экономические показатели	Срок окупаемости затрат на разработку и освоение производительности продукции 3 года.

2. Общий раздел

2.1 Назначение устройства и принцип работы проектируемого приспособления

Приспособление с пневматическим зажимом для фрезерования шпоночного паза детали вал-шестерня шпоночной фрезой устанавливается на столе фрезерного станка и закрепляется винтом. При переключении распределительного крана сжатый воздух через штуцер поступает в полость пневмоцилиндра, встроенного в корпусе поз.1 приспособления, и перемещает поршень со штоком и тягой вверх. При этом тяга верхним концом давит на прихват , который зажимает заготовку. После фрезерования шпоночного паза на винте пружина перемещает поршень со штоком и тягой вниз. Верхний конец тяги опускается и прихват освобождает заготовку от зажима. (Рис. 1).

Рисунок 1. Приспособление для фрезерования шпоночного паза.

2.2 Разработка схемы базирования детали в приспособлении

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. (рис. 2)

Рисунок 2. Схема установки.

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.

2.3 Обоснование выбора баз и точечных опор в соответствии с правилом 6-ти точек

Любое тело в природе имеет 6 степеней свободы в системе пространственных координат. Для лишения детали всех 6-ти степеней свободы необходимо чтобы в приспособлении было 6 неподвижных точек, каждая из которых связывает одну степень свободы при условии приложения к детали 3-х взаимно перпендикулярных сил зажима.

Правило 6-и точек используется для создания условий неподвижности обрабатываемой детали в процессе нейтрализации возникающих сил резания.

Для лишения детали степеней свободы необходимо, чтобы в приспособлении было 6-ь неподвижных точек, при условии действия сил зажима W₁, W₂, W₃ прижимающих деталь или заготовку к этим опорам.

2.4 Выбор места приложения и направления усилия зажима

Рисунок 3 - Расчетная схема действующих на заготовку сил.

1) Определение нажимного усилия. Силе Рr, действующей вдоль оси, противодействуют силы трения между заготовкой и рабочими поверхностями призм. Сила трения между заготовкой и нажимным элементом не учитывается, т.к. в направлении параллельном оси вала нажимной элемент, прихват, может практически беспрепятственно развёртываться вокруг стержня, на котором он находится. Тогда, в соответствие с условием неподвижности заготовки по направлению оси, уравнение статики запишется тремя слагаемыми:

Рr =2F^а_тр+2F^б_тр ,

где F^а_тр и F^б_тр - силы трения (с коэффициентом трения, f) соответственно на рабочей плоскости левой и правой призмы;

F^а_тр=fN^а и F^б_тр=fN^б или (с учётом соотношения между нажимной составляющей, действующей в плоскости симметрии призмы, и нормальной составляющей) F^а_тр=f Q^н б/(а+б)/2Sinб и F^б_тр=f Q_н а/(а+б)/2Sinб;

после сложения сил трения получим: Рr = f Q_н/Sinб.

Это выражение не содержит геометрических параметров, отражающих местоположение полного нажимного усилия Q^н . Следовательно, для обеспечения неподвижности вала вдоль оси не имеет значения положение точки приложения усилия (но, она должна находиться между опорами, в данном случае - между призмами). Тогда, получаем: Q^н=(Рr Sinб)/f.

Силе Рr, действующей вдоль оси вала и силе P_Z, создающей крутящий момент поворота вала вокруг его оси относительно рабочих поверхностей призм (М=P_ZD/2), противодействуют одни и те же силы трения. Поэтому на левой и правой призме возникают соответствующие моменты сопротивления от сил трения: М^а= F^а_тр d/2;

М^б= F^б_тр d/2 или М^а= [f Q^н б/(а+б)/2Sinб]d/2 и М^б =[f Q^н а/(а+б)/2Sinб]d/2.

Тогда статическая неподвижность обрабатываемого вала вокруг его оси обеспечивается равенством крутящих моментов от сил резания и сил трения:

P_ZD/2= 2М^а+2М^б; после сложения крутящих моментов получим:

P_ZD=fQ^нd/Sinб или P_ZD=fQ^нd/Sinб, откуда имеем: Q^н=(D/d)(P_Z Sinб)/f.

Сравнивая два выражения для определения необходимого усилия нажима (Q^н) выбираем для дальнейшего расчёта привода З.У. большее из них: Q^н=(D/d)(P_ZSinб)/f.

Для определения численного значения нажимного усилия по данному выражению задаёмся коэффициентом трения f=0,16 (допуская масляные пятна на поверхностях контакта заготовки с призмами) и находим составляющую силы резания P_Z, соответствующую режимам обработки паза: D = 6,0 мм, S = 0,02 мм/об. Тогда получаем: P_z = 670 Н.

В этом случае для прямой призмы (2б=90⁰) получаем:

Q^н= (25/20)(670(Sin45))/0,16 = 3700 Н.

2) Определение расчётного нажимного усилия, Q^р. Условия, определяющие величину коэффициента запаса и соответствующий множитель: поверхность предварительно обработана, не имеет уступов, к₁=1,0; инструмент - концевая фреза, к₂=1,5; процесс резания при фрезеровании - прерывистый, поэтому к₃=1,2; привод З.У. - механизирован гидроцилиндром одностороннего действия, к₄=1,2; к₅=1,0, т.к. характеризует эргономику ручного привода; вал устанавливается на две «узкие» (двухопорные) призмы с направлением нажимного усилия между ними, т.е., опрокидывания заготовки при зажиме быть не может, поэтому к₆=1,0. Таким образом, общий коэффициент запаса определится произведением: к=1,5х1,0х1,5х1,2х1,2х1,0х1,0=3,24. Тогда, расчётное нажимное усилие: Q^р=3700•3,24 = 11988 Н.

2) Требуемый диаметр пневмоцилиндра:

D=,

где Q_р - требуемое усилие на штоке, Н;

р - давление воздуха в пневмопроводе, р = 630 Н/см²,

h=0,95 - КПД пневмоцилиндра.

D== 5,0 см.

По рассчитанному диаметру D подбираем стандартный цилиндр D=50мм.

2.5 Расчет погрешности базирования

Погрешность базирования (Еб) - это расстояние между предельными смещениями измерительной базы заготовки в направлении выдерживаемого размера относительно установленного на размер режущего инструмента. Погрешность базирования возникает при несовпадении измерительной и технологической базы заготовки. Технологической базой является поверхность, линия или точка, принадлежащая заготовке и определяющее ее положение на станке. Измерительной базой является поверхность, линия или точка, принадлежащая заготовке от которой выполняется измерение выполняемого размера. Причиной смещения измерительной базы заготовок при установке в приспособлении является колебание их размеров, связывающих технологическую и измерительную базы. Правила расчета Еб: величина погрешности базирования равна сумме допусков на размеры, связывающие технологическую и измерительную базы.

Базирование обрабатываемого вала производиться по призмам с углом б=90°. Размер глубины шпоночной канавки задан от верхней образующей 7,9±0,25 мм.

Рассматриваемая погрешность определяется по формуле:

Схема расчета погрешности базирования представлена в соответствии с рисунком 4.

Рисунок 4 - схема расчета погрешности базирования

В данном случае для размера шейки допуск равен 0,2 мм и погрешность:

Такая величина погрешности базирования по высоте укладывается в допуск размера , который составляет 0,5 мм.

Определяется правильное положение призм по высоте: ось обрабатываемого вала должна быть горизонтальна, а так как размеры шеек вала разные, то правая призма должна стоять выше левой на величину А, представленную в соответствии с рисунком 5.

Искомый размер можно определить следующим образом:

Разность толщины прокладок должна быть 3,535 мм.



Рисунок 5 - Определение правильного положения призм

2.6 Расчет усилия зажима заготовки в приспособлении

Необходимо определить надежность закрепления детали исходя из следующих соображений. При фрезеровании шпоночного паза дисковой трехсторонней фрезой возникает горизонтальная, действующая вдоль оси детали сдвигающая сила - окружная сила резания . Под действием силы зажима от прихвата возникают силы трения, удерживающие деталь, которые должны быть в 2-3 раза больше, чем .

На деталь, лежащую на призмах и находящуюся под действием силы зажима, действует три силы трения, составляющие общую силу трения.

Сила трения между деталью и призмой:

R = x sin б/2

После подстановки значений , приняв угол призмы б = 90, получаем:

Подстановка значения дает:

Окружная сила резания при фрезеровании паза определяется в зависимости от его размеров, материала вала, режимов резания и др.

Силы, действующие на деталь представлены в соответствии с рис. 5.



Рисунок 5 - Силы, действующие на деталь

2.7 Расчет основных параметров силового привода и зажимного механизма

Далее необходимо определить усилие основной пары и размеры винта. Рассмотрим схему сил, действующих на прихват, представленный в соответствии с рисунком 6.

Рисунок 6 - Усилие на прихвате

Момент сил относительно точки 0 будет равен:

Q x l =

Если передаточное число плеч прихвата 1:2, то L = 2l. Подставив значения, получим:

Это соответствует усилию, развиваемому винтом М16 с у_р=118МПа, который и принят для данной конструкции.

3. Требования безопасности к приспособлению

Перед установкой заготовки необходимо удалить стружку и масло с ее поверхности -- это необходимо для правильного размещения детали и надежного крепления. Фиксацию предпочтительнее осуществлять как можно ближе к обрабатываемому участку.

Обратите внимание и на другие рекомендации:

Для фиксации заготовки следует использовать тиски или специальные приспособления, губки которых оснащены насечкой (для повышения надежности крепления). При применении пневматики, гидравлики или электромагнитных держателей следует исключить возможность повреждения электропроводки и трубок, через которые поступает воздух или рабочая жидкость.

Подача детали всегда осуществляется к уже вращающейся фрезе. Чтобы измерить заготовку, фрезу необходимо разместить на безопасном расстоянии. Перед тем как вынимать готовую продукцию, станок необходимо остановить.

При установке нескольких фрез их зубья должны находиться в шахматном порядке.

Не допускается внезапное изменение параметров фрезеровки (скорости, глубины).

Руки не должны попадать в опасную зону, где велика вероятность повреждения вращающейся фрезой.

При наличии дефектов и повреждений на фрезе использовать ее категорически запрещается, в том числе при наличии трещин, раскрошенных участков и прижогов.

Следует своевременно удалять стружку, скопившуюся на оправке и фрезе.

Во время снятия фрезы нельзя касаться ее голыми руками; для этого обязательно нужно использовать эластичную прокладку.

Заключение

В курсовом проекте выполнены работы по анализу существующего приспособления.

По чертежам станочного приспособления и обрабатываемой детали были установлены назначение, устройство и работа.

Далее была выявлена схема базирования и рассчитана ее погрешность, а также погрешность установки приспособления на станке.

Затем были произведены расчеты зажимных элементов.

Расчеты подтвердили, что применяемое приспособление полностью соответствует своим задачам.

Проект выполнялся в системе автоматизированного проектирования «Компас 3D».

приспособление фрезерование привод заготовка

Библиографический список

1. Ансеров М.А. Приспособления для металлорежущих станков. Расчеты и конструкции. - М, Машиностроение, 1975. - 656с., ил.

2. Гжиров Р.И. Краткий справочник конструктора: Машиностроение, 1983. - 464 с. ил.

3. Горошкин А.К. Приспособления для металлорежущих станков. Справочник. М., Машиностроение. 1979. - 303с., ил.

4. Кузнецов В.С., Пономарев Б.А. Универсально-сборные приспособления в машиностроение. Альбом чертежей. 3-е издание дополненное и переработанное. М. Машиностроение, 1971. 170 с,ил.

5. Обработка материалов резанием. Справочник технолога. А.А.Панов, В.В. Аникин, Н.Г. Бойм и др. Под общ. ред. А.А. Панова - М. Машиностроение, 1988. - 736 с.,ил.

6. Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания для нормирования работ, выполняемых на универсальных многоцелевых станках с числовым программным управлением. Ч. 2 - Нормативы режимов резания. М. Экономика, 1990 - 480с. ил.

7. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Под ред. А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова - 5 изд., исправл. М., Машиностроение - 1. 2003. Т.1 - 912с., ил.

8. Справочник технолого-машиностроителя. В 2-х т. Под ред. изд., исправл. М., Машиностроение - 1. 2003. Т.2 - 944 с., ил.

Приложение

Размещено на Allbest.ru

...