Проектирование приспособления механизированного типа с гидроприводом одностороннего действия

Проектирование приспособления механизированного типа с гидроприводом одностороннего действия

Введение

Технологическая оснастка - важнейший фактор успешного осуществления технологического процесса в машиностроении. Она представляет собой совокупность рабочего, измерительного инструмента и приспособлений, используемых для базирования, закрепления и контроля обрабатываемых деталей на различном технологическом оборудовании: метало-, деревообрабатывающих станках, прессах, измерительных машинах и др. В зависимости от назначения технологического оборудования различается и его оснастка. Так, на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) к оснастке относят дополнительные устройства, не входящие в комплект станка, например устройства для размерной настройки инструмента вне станка.

Заимствование известных технических решений при создании оснастки - основной принцип при оснащении приспособлениями технологии изготовления изделия. Это обусловлено высоким удельным весом затрат, связанных с технологическим оснащением, в себестоимости продукции, поскольку проектирование и производство оснастки носит индивидуальный характер и зависит от конкретных конструктивно - технологических параметров каждого обрабатываемого изделия.

Технологическая оснастка является переменной частью технологического оснащения. Назначение технологической оснастки - обеспечивать, менять и расширять технологические возможности оборудования, поэтому срок ее службы на один порядок и более, ниже срока службы оборудования. В действующем производстве требуется постоянное обновление технологической оснастки, а при смене номенклатуры изделий или изменении требования к их изготовлению для заданного состава оборудования новые производственные условия обеспечиваются благодаря полной или частичной ее замене.

Разновидность систем технологической оснастки определяется типом производства. В массовом производстве приоритетным является применение специальной неразборной и безналадочной технологической оснастки; в серийном производстве - специализированной и унифицированной технологической оснастки, обладающей свойством обратимости; в единичном производстве - специальной неразборной и универсально-специальной неразборной и универсально-наладочной технологической оснастки.

Мне было выдано задание спроектировать приспособление для обработки детали на фрезерной операции, в связи с чем я поставил перед собой цель спроектировать приспособление механизированного типа с гидроприводом одностороннего действия, выбрать технологическую оснастку, режущий и вспомогательный инструмента для обработки данной детали, для обеспечения необходимой точности обработки.

1. Общая часть

.1 Основные требования к конструкциям приспособлений

Требования, предъявляемые к конструкциям станочных приспособлений (СП), зависят от вида производства.

В условиях крупносерийного и массового производства применяются специальные приспособления преимущественно с пневмоприводом. Основные требования, предъявляемые к приспособлениям: необходимая точность для изготовления детали, увеличения жесткости, компактность и простота конструкции, снижение веса и повышение прочности всей конструкции в целом, а также их износоустойчивость, точность размеров.

В условиях серийного производства также требуется обеспечение повышения производительности и облегчения работы, в связи, с чем здесь применяются специальные приспособления с быстродействующими приводами. Эти СП должны удовлетворять таким условиям, как сокращение сроков и стоимости подготовки производства, времени на переналадку оборудования, экономичность.

Станочные приспособления должны быть: удобными в эксплуатации, экономичными в изготовлении, безопасными в работе, быстродействующими, точными и жесткими - для обеспечения заданной точности обработки, виброустойчивыми, износостойкими, ремонтно-пригодными, технологичными в конструкции, удобными в переустановке на станке, иметь максимальное количество стандартных и нормализованных деталей и узлов, возможными к быстрой переналадки, иметь минимальный вес приспособления. И в конечном итоге такими, чтобы обеспечивалась максимальная производительность труда и безопасность рабочего, использующего данное станочное приспособление.

Эффективность использования станочных приспособлений в станках с ЧПУ обуславливает ряд специальных требований: приспособления должны обеспечивать расширение технологических возможностей в части обработки на трехкоординатных станках с ЧПУ заготовок, требующих четырех-, пяти координатной обработки.

Приспособления должны обеспечивать полное базирование заготовок. Необходимо строго определенное положение базирующих элементов приспособления относительно начала координат станка. Также необходимо полное базирование приспособлений на станке.

Приспособление должно обеспечивать полную инструментальную доступность, то есть возможность подхода инструмента ко всем обрабатываем поверхностям заготовки.

За счет механизации и автоматизации приспособления должны обеспечивать сокращение времени зажима - разжима заготовки.

Эффективно применять переналаживаемые приспособления на станках с ЧПУ для обработки широкой номенклатуры заготовок. Специальные приспособления целесообразно применять лишь в условиях крупносерийного производства. [8, c. 164]

.2 Описание конструкции детали

Деталь «Вал» СН16.40.046 массой 0,6кг, является телом вращения, наружная цилиндрическая поверхность с габаритными размерами 27х204 мм выполнена по 14 квалитету с шероховатостью Rа 6,3 мкм, имеет 11 ступеней. Первая ступень 20x30мм, шероховатостью Rа 0.8 мкм, имеет шпоночный паз размером 33х3мм шероховатостью 1.6мкм Ось этой ступени является базой А, слева ступень заканчивается канавкой. С правой стороны деталь имеет глухое. Деталь подвергается покрытию химическому оксидированию с пропиткой масла.

Закалка с последующим высоким отпуском называется улучшением.

Улучшенные стали обладают высокими показателями пределов текучести, выносливости и ударной вязкости.

Химическое оксидирование с пропиткой масла применяется для антикоррозионных свойств.

Деталь изготовлена из стали 45 ГОСТ 1050-88

Назначение стали 45 - оси, валы, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, зубчатые венцы, болты, полуоси, втулки и другие улучшаемые детали повышенной точности.

Таблица 1 - Химический состав стали 45 в %

Таблица 2 - Механические свойства стали 45

2. Проектирование оснастки

.1 Анализ технологической операции

В соответствии с рисунком 2, на данной технологической операции фрезеруется паз 8х3,5x60 мм. Обработка осуществляется на вертикально фрезерном станке. Обработка ведется двукратно, так как необходимо достигнуть шероховатость Ra 1.6 мкм. Для удобства обработки паза, деталь устанавливаем горизонтально в призмы с упором в торец. Сверху деталь зажимается прихватом.

Рисунок 2 - Межоперационный эскиз

2.1.1 Технические условия на изготовление детали и методы их обеспечения

Таблица 3 - Технические условия на изготовление детали

2.1.2 Обоснование схемы базирования детали

В любой технологической операции требуется полная ориентация детали, то есть число опор и их расположение должно быть таким, чтобы не возникало сдвигов или вращения заготовки относительно трех координатных осей. В этом случае заготовка лишается всех степеней свободы и положение ее баз в пространстве является определенным. Число опор, на которые устанавливают деталь, должно быть равно шести или максимально возможным для базирования обрабатываемой детали; их взаимное расположение должно обеспечить устойчивую установку детали в приспособлении.

В соответствии с рисунком 3, деталь лишается пяти степеней свободы, следовательно базирование детали является неполным.

Деталь “Плунжер”, обрабатывается на вертикально - фрезерном станке.

Ось шпинделя и инструмента имеют вертикальное расположение.

Поверхность А - обрабатываемая поверхность.

Поверхность З - опорная, явная база.

В качестве базирующих поверхностей принимают поверхность А - установочная база.

По выбранной схеме базирования поверхность А и З - опорная установочная база, деталь лишена 5 степеней свободы, тоесть базирование является неполным.

Рисунок 3 - Теоретическая схема базирования детали

.1.3 Выбор и обоснование технологического оборудования и технологической оснастки

Для выполнения данной технологической операции выбираем вертикально-фрезерный станок модели 6H10.

Станок предназначен для фрезерования деталей из стали, чугуна и цветных металлов торцовыми, пальцевыми и другими фрезами. Повышенная мощность и широкий диапазон скоростей и подач позволяют полностью использовать преимущества быстрорежущего и твердосплавного инструмента.

Основные данные станка модели 6H10.

Основные размеры:

Размеры рабочей поверхности стола (ширина x длину), мм 200 x 800

Расстояние от торца шпинделя до поверхности стола, мм 50 - 350

Расстояние от задней кромки до вертикальных направляющих, мм 80-240

Число Т-образных пазов   3

Ширина Т-образного паза, мм                                                     14

Конус отверстия шпинделя (ГОСТ 836-62)                                 №2

Наибольшее перемещение стола, мм

продольное                                                                                     00

поперечное                                                                                      160

вертикальное                                                                                   300

Число ступеней оборотов шпинделя                                             12

Число оборотов шпинделя в минуту  50-2240

Число ступеней подач стола                                                           12

Подача стола, мм/мин:

продольное    25-1120

поперечное    18-800

вертикальное    9-400

Скорость быстрого перемещения стола, мм/мин:

продольного    2,3

поперечного    1,6

вертикального    0,8

Выбор данного станка обоснован тем, что он позволяет обрабатывать детали данного типа, стол станка позволяет установить данную деталь, а также позволяет обработать заданный шпоночный паз и обеспечить требуемую точность исполнения.

Чтобы обработать шпоночный паз 8x3.5x60 на вертикально-фрезерном станке, выбираем режущий инструмент;

Фреза 2234-0363 Т15К6 ГОСТ 9140-78 (8,d₁=8 мм).

Инструмент выбираем по размерам обработки.

2.2 Расчет погрешности базирования приспособления

Чтобы приспособление обеспечило точность обработки размера необходимо выдержать следующее неравенство:

,   (1)

где Т_дет - допуск на размер детали, получаемый в данной операции;

Т_пр - допуск на неточность изготовление установочных элементов приспособления, влияющий на точность обработки, мм;

Е_обр - сумма погрешностей зависящая от принятого метода обработки;

Е_у - погрешность установки, мм;

Погрешность установки определяется по формуле:

,      (2)

где Е_б - погрешность базирования Е_б = 1,28 мм;[ c,]

Е_з - погрешность закрепления, принимаем Е_з = 0,01 мм; [Методич. указания]

Выполняем проверку размера 8^+0,21 в соответствии с рисунком 4

E_у = 1,28 + 0,01 = 1,29 мм

Т_пр = (0,1…0,5) ∙ Т_дет ,                                                            (3)

где обозначения прежние

Т_пр = 0,5 ∙ Т_дет = 0,5 ∙ 0,21 = 0,105 мм;

По формуле (1) определяем погрешность базирования:

;

,21 < 1,4

Равенство выполняется, следовательно, такая схема базирования возможна для данной обработки.

2.3 Определение режимов резания по эмпирическим формулам

Определение режимов резания

Глубина резания: t=h=3,5мм [4,с 282]

Подача на зуб: S_z=0,12 мм/зуб [4,с 282]

Скорость резания V, м/мин, определяется по формуле

,        (1)

где C, q, m, x, y, u, p - коэффициент и показатели степени, C_v=234, q=0,44, m=0,37, x=0,24, y=0,26, u=0,1, p=0,13. [4,с286]

D - диаметр фрезы, D= 8 мм;

Т-стойкость, Т=80 мин; [4,с 290]  

t - глубина резания, t=3,5 мм;

S - подача на зуб, S=0,12 мм/зуб;

В - ширина фрезерования, В=8 мм;

z - число зубьев фрезы, z=2;

К_v - поправочный коэффициент на скорость резания

К_v=К_м К_п К_и ,                                                                           (2)

где К_м - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала

К_п - коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки, К_п=1 [4,с 263] 

К_и - коэффициент, учитывающий материал инструмента, К_и=1,15;  [4,с 263]

К_м - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала определяется по формуле

   [ ,с261]

где К_{r -} коэффициент для расчёта коэффициента обрабатываемой стали;

К_r=0,95 [4,с262]

 - фактический параметр, характеризующий обрабатываемый материал,

= 980 МПа

п - показатель степени, n=1; [2, с 262]

По формуле (2)

К_v = 1∙1,15∙0,727 = 0,83

По формуле (1)

Частота вращения шпинделя п, мин^-1, определяется по формуле

п=,         (3)

где обозначения прежние

Корректируем частоту вращения шпинделя по паспортным данным станка п_д= 2250 об/мин [3,с422]

Действительная скорость V_д, м/мин, определяется по формуле

V_д=, (4)

где обозначения прежние

Минутная подача S_м, мм/мин, определяется по формуле

S_м=,         (5)

где обозначения прежние

Корректируем минутную подачу по паспортным данным станка

S_мд=540 м/мин [3,с422] 

Тогда используя формулу (5), действительная подача на зуб S_z, мм/зуб, определяется

Сила резания Р_z, Н, определяется по формуле

К_мр=,  (8)

n_v - показатель степени, п = 0,3  

Крутящий момент М_кр , , определяется по формуле

М_кр=, (9)

где обозначения прежние

Мощность резания N_рез ,кВт, определяется по формуле

N_рез =,      (10)

где Р_z - сила резания, Н

V_д - действительная скорость резания, м/мин

Мощность шпинделя станка N_шп, кВт, определяется по формуле

N_шп=,          (11)

где N_дв- мощность электродвигателя, кВт [ ,с422]; N_дв=7,5 кВт

-КПД,=0,8; [3, с422]

N_шп = = 6 кВт

>1,76

Так как условие N_шп N_рез выполняется, значит, обработка возможна.

Рисунок 5 - Схема усилий зажима детали в приспособлении

В соответствии с рисунком 5, составляем уравнение усилие зажима:

При зажиме заготовки в опоры возникают реакции.

Составим уравнение равновесия:

∑F_z = 0,

P_з+2R = 0,

P_з = 2R,

P_з = 2N ∙cos 45⁰,

 ,     (1)

где N - сила зажима

При обработке на заготовку действует сила резания P_v.

∑M₀ = 0

P_v a - F_тр1 ∙ b - 2 F_тр2 ∙ r = 0,                                                     (2)

где P_v - составляющая силы резания при фрезеровании паза, Н;

F_тр1 и F_тр2 - силы трения, возникающие в месте контакта заготовки с элементами приспособления при повороте заготовки, H;

а - расстояние от центра поворота до действия силы P_v,, является половиной диаметра цилиндра, на котором обрабатывается паз, мм;

b - расстояние от центра поворота до действия силы трения, является половиной диаметра цилиндров, по которым выполнена установка и закрепление заготовки, мм;

r - расстояние от центра поворота до призмы, мм

,

 ,     (3)

где и - коэффициенты трения.

остальные обозначения прежние 

Величина K определяется по формуле

К = К₀ · К₁ · К₂ · К₄ ,                                                               (4)

где К₀ - коэффициент гарантированного запаса, К₀ = 1,5

К₁- коэффициент, учитывающий увеличение сил резания из-за случайных неровностей; К₁= 1;

К₂ - коэффициент, характеризующийся увеличением сил резания вследствие затупления режущего инструмента, К₂ = 1,6

К₄ - коэффициент, учитывающий постоянство силы закрепления в зажимном механизме, К₄ = 1,3,

К = 1,5 · 1 · 1,6 ∙ 1,3 = 3,12

Подставляем в формулу (3):

2.5 Проектирование привода приспособления

В соответствии с рисунком 5 производим расчет привода

Рисунок 6 - Эскиз привода приспособления

Рассчитываем диаметр гидроцилиндра D, мм, исходя из формулы:

где D_ц - диаметр гидроцилиндра, мм;

ρ - давление в гидросети, ρ = 5 МПа;

η - КПД, η = 0,9;

Q_пр - усилия пружины; Q_пр = 98,100 Н - для пружины № 342 ГОСТ 13766-68

Q - усилие на штоке, H. Ведичина Q определяется по формуле (2) в соответствии с рисунком (6)

Из формулы (1) найдем D_ц

=59,89 мм

Принимаем стандартное значение диаметра цилиндра .

Принимаем диаметр штока d=18 мм. [3, с.426]

.6 Расчет элементов приспособления на прочность

Расчет на прочность при изгибе прихвата

Рассмотрим прихват в сечении 1 - 1,

W_x - осевой момент сопротивления прямоугольника.

,        (2)

где h - сторона прямоугольника, перпендикулярная оси, h = 19 мм.

b - ширина в сечении, b = 25 мм.

 мм³

Прихват выполнен из Стали 20.

Условие прочности выполнено.

Проверяем винт на разрыв и растяжение.

Напряжение в болте должно удовлетворять условие:

,4 ∙ 780 = 312

,49 < 312

Условие выполнено.

.7 Технологические требования к приспособлению

Отклонение от параметров оси контрольного валика, установленного на призму относительно поверхности Б ( или А или Б и А), не более…мм на длине…мм.

.8 Описание конструкции и работы приспособления

Приспособление - специальное фрезерное, предназначено для фрезерования паза в размер 8x3,5x60 мм в детали «Плунжер» СС206.40.40.047

Деталь устанавливается в призмы (поз.16), которые крепятся к корпусу (поз.16) штифтами (поз.24 )и винтами (поз.8). Слева деталь упирается в палец (поз.4), а справа зажимается прихватом (поз.5).

.9 Определение экономической эффективности разработанного приспособления

Произведем расчеты для подтверждения экономической целесообразности выбранного варианта конструкции специального приспособления, будет ли оно экономически эффективным.

Для этого необходимо выполнение неравенства:

,        (43)

где Т_шт - штучное время при обработке детали без приспособления или в универсальном приспособлении, мин

 - штучное время на операции после внедрения приспособления (спе-циального), мин

а_м - себестоимость одной станко-минуты, а_м=16 р/мин [15]

q - годовая программа, q=20000 шт. [9, с.24]

С_сп - стоимость специального приспособления, С_сп=25000 р. [15]

Определяем штучное время по формуле:

 ,    (44)

где  - основное время, мин

 - вспомогательное время, мин

 - время на обслуживание рабочего места, мин

 - время на отдых и личные надобности, мин

,       (45)

где L - расчетная длина, мм

S_м - минутная подача, S_м=540 мм/мин (см. пункт 2.3)

Определяем расчетную длину по формуле:

L=l+y+Δ,                                                                                  (46)

где l - длинна фрезерования, l=60 мм (принимаем по чертежу детали)

y - врезание, мм

Δ - перебег, Δ=3 мм [17, с.204]

Определяем величину врезания по формуле:

y=,         (47)

где D - диаметр фрезы, D=8 мм (см. пункт 2.3)

y==4 мм

По формуле (46) определяем:

L=60+4+3=67 мм

По формуле (45) определяем:

==0,124 мин

Определяем вспомогательное время по формуле:

,       (48)

где - время на установку и снятие детали, вручную, =0,09 мин [17,с.54]

 - время на переход, =0,14 мин [17, с.108]

 - время связанное с переходом на приемы, не вошедшие в комплекс, =0,10 мин [17, с.109]

 - время на контрольные измерения, =0,10 мин [17, с.191]

К_пер - коэффициент периодичности контроля, К_пер=0,3 [17, с.200]

К_в- поправочный коэффициент на вспомогательное время в зависимости от характера серийности работ

Определим оперативное время по формуле:

==0,09+0,14+0,10+0,10·0,3=0,36 мин (49)

Определяем число смен по формуле:

ч.с.= ,  (50)

где n - размер партии, шт.

остальные обозначения прежние.

n=,       (51)

где q - годовая программа, q=20000 шт. [9, с.24]

а - коэффициент закрепления операции, согласно ГОСТ 31108-74, для среднесерийного производства 11 ÷ 20, [15] принимаем а=15;

F - число рабочих дней, F=248 дней

n==1210 шт.

По формуле (50) определяем:

ч.с.= =1,22

По формуле (48) определяем, где К_в=1,0 [16, с.31]:

=0,36 мин

Определяем время на обслуживание рабочего места по формуле:

=,  (52)

где а₁ - процент от оперативного времени затрачиваемого на обслуживание рабочего места, а₁=3% [17, с.110]

==0,01 мин

Определяем время на отдых и личные надобности по формуле:

=, (53)

где а₂ - процент от оперативного времени затрачиваемого на отдых и личные надобности, а₂=6% [17, с.203]

==0,02 мин

По формуле (44) определяем:

=0,514 мин

Рассчитаем вспомогательное время с учетом времени на установку и снятие детали, с помощью пневматического зажим.

По формуле (49), где =0,04 мин [17, с.58]; остальные обозначения прежние, определяем:

=0,04+0,14+0,10+0,10·0,3=0,31 мин

По формуле (50), где обозначения прежние, определяем:

ч.с.= =1,09

По формуле (48) определяем, где К_в=1,0 [16, с.31]:, остальные обозначения прежние:

По формуле (52), где обозначения прежние, определяем:

==0,009 мин

По формуле (53), где обозначения прежние, определяем:

==0,018 мин

По формуле (44) определяем:

=0,461 мин

По формуле (43) определяем:

р. >15000 р.

Условие неравенства соблюдается. Следовательно, применение спроектированного специального приспособления экономически целесообразно.

приспособление фрезерование резание привод

Перечень использованной литературы

1. Андреев Г.Н., Новиков В.Ю. Проектирование технологической оснастки машиностроительного производства: Учебное пособие для специальных ву-зов. - М.: Высшая школа, 1999 - 415 с.

. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. - М.: Машиностроение, 1963. - 687 с.

. Баклунов Е.Д. Справочник металлиста, Т.3 - М.: Машиностроение,

. - 748 с.

. Батурин А.Т. Детали машин. - М: Машиностроение, 1970 - 467 с.

. Белоусов А.П. Проектирование станочных приспособлений. - М.: Высшая школа, 1980. - 240 с.

. Болотин Х.Л. Станочные приспособления. - М.: Машиностроение, 1973.- 344 с.

. Вардашкин Б.Н. Станочные приспособления. Т.1 - М.: Машиностроение, 1984. - 591 с.

. Горошкин А.К. Приспособления для металлорежущих станков.- М.: Машиностроение, 1979 - 303 с.

. Добрыднев И.С. Курсовое проектирование по предмету «Технология машиностроения». - М.: Машиностроение, 1985. - 183 с.

. Ицкович Г.М. Сопротивление материалов. - М: Высшая школа, 1987.- 352 с.

. Косилова А.Г., Мещеряков Р.К. Справочник технолога-машиностроителя, Т1. - М.: Машиностроение, 1986. - 496 с.

. Косилова А.Г., Мещеряков Р.К. Справочник технолога-машиностроителя, Т2. - М.: Машиностроение, 1986. - 496 с.

. Малов А.Н. Справочник металлиста. Т.3 - М.: Машиностроение, 1977 - 752 с.

. Монахов Г.А. Обработка металлов резанием. - М.: Машиностроение, 1974. - 598 с.

. Методические указания по выполнению курсового проекта.

. Нефедов Н.А. Сборник задач и примеров по резанию металлов и режущему инструменту. - М.: Машиностроение, 1984. - 399 с.

. Общемашиностроительные нормативы. - М: Машиностроение, 1974.- 423 с.

. Сорокин В.Т. Марочник стали и сплавов. - М.: Машиностроение, 1989. - 640 с.

. Черпаков Б.И. Технологическая оснастка. - М.: Машиностроение, 2003. - 288 с.

. Эрдеди А.А. Теоретическая механика. Сопротивление материалов. - М.: Высшая школа, 2002. - 318 с.