Проектирование приспособления для фрезерования

Оглавление

Введение

1. Общая часть

1.1 Разработка технического задания на проектирование приспособления

1.2 Основание для разработки приспособления

1.3 Цель и назначение разработки

1.4 Технические требования

1.5 Характеристика станка

1.6 Характеристика режущего инструмента

1.7 Назначение, устройство и принцип работы приспособления

2. Технологическая часть

2.1 Разработка схемы базирования детали в приспособлении

2.2 Обоснование выбора баз

2.3 Выбор установочных элементов

2.4 Расчет погрешности базирования заготовки в приспособлении

2.5 Расчёт усилия зажима заготовки в приспособлении

2.6 Разработка схемы приспособления

3. Конструкторская часть

3.1 Проектирование общего вида приспособления

3.2 Проектирование основания

4. Экономическая часть

4.1 Расчёт экономической эффективности от применения приспособления по сравнению с альтернативным вариантом

4.1.1 Определение годовой экономии

4.2 Определение экономического эффекта от применения приспособления

Заключение

Также был выполнен экономический анализ, при котором расчетным способом была определена экономическая эффективность данного приспособления.

Литература

Приложение А

Введение

Эффективность производства, его технический прогресс, качество выпускаемой продукции во многом зависит от опережающего развития производства нового оборудования, машин, станков, от всемирного внедрения методов технических вопросов и экономическую эффективность технологических и конструкторских разработок.

Курсовое проектирование закрепляет, углубляет и обобщает знания, полученные студентом во время лекционных и практических занятий.

В процессе курсового проектирования студент выполняет комплексную задачу по курсу, подготавливаясь к дипломному проектированию. Наряду с этим курсовое проектирование должно научить студента пользоваться справочной литературой, ГОСТами, таблицами, умело, сочетая справочные данные с теоретическими знаниями, полученными в процессе изучения курса.

1. Общая часть

1.1 Разработка технического задания на проектирование приспособления

Техническое задание на проектирование должно содержать требования к конструкции приспособления и его отдельным элементам, габаритные размеры, производительность, перечень деталей и сборочных единиц, условия подачи и удаления деталей и изделия, требования к управлению (расположение пульта, необходимость дистанционного управления), требования по технике безопасности, эргономические требования и пр.

Разработаем техническое задание на данный курсовой проект:

) Наименование: приспособление для фрезерования паза L=45 мм, t=4,5 мм концевой фрезой D=12 мм;

) Установочные и присоединительные размеры приспособления должны соответствовать вертикально-фрезерному станку 6Р12;

) Регулирование конструкции не допускается;

) Приспособление обслуживается фрезеровщиком 3-го разряда;

) Документация, используемая при разработке: общие положения по выбору проектированию и применению средств технологического оснащения Р50-54-11-87 ЕСТПП. Общие правила обеспечения технологичности конструкций изделий. ГОСТ 14.201-83. ГОСТ 14.205-83;

) Документация, подлежащая разработке:

пояснительная записка;

сборочный чертеж общего вида фрезерного приспособления и спецификация;

чертеж "основания”;

чертеж детали.

приспособление деталь станок фрезерование

1.2 Основание для разработки приспособления

Основанием для разработки является операционная карта технологического процесса механической обработки детали.

 

1.3 Цель и назначение разработки

Проектируемое приспособление должно обеспечивать точную установку и надежное закрепление заготовки во время процесса фрезерования паза, а также постоянное положение заготовки относительно стола станка и режущего инструмента с целью получения необходимой точности размеров.

 

1.4 Технические требования

Технические требования:

) Наружные диаметры для базирования Ø40 и Ø79,85 мм;

) Тип производства - среднесерийный;

) Программа выпуска, (N) - 7500 шт. в год.

 

1.5 Характеристика станка

Технические характеристики универсального станка 6Р12:

         частота работы шпинделя - от 40 до 2000 об/мин;

-        габариты рабочего стола - 125 на 32 см;

         вертикальные подачи (предельные значения) - 4,1-530 мм/мин;

         продольные и поперечные подачи (предельные значения) - 12,5-1600 мм/мин;

         скорости шпинделя (количество) - 18;

         масса (максимальная) детали для обработки - 250 кг;

         передвижение пиноли - 7 см;

         быстрые перемещения (величина скорости) - 4,1-330 м/мин;

         число подач (в любых рабочих направлениях) - 22;

         ход стола (допустимый) - 420, 250 и 800 мм (соответственно - вертикальный, поперечный и продольный).

Общий вид станка представлен на рис. 1.1

Рис. 1.1 - Общий вид станка 6Р12

 

1.6 Характеристика режущего инструмента

Фреза 2220-0271 ВК8 ГОСТ 18372-73. Диаметр концевой фрезы с цилиндрическим хвостовиком Ø12 мм, L=60 мм, l=25 мм, Z=4 (ГОСТ 18372-73).

 

1.7 Назначение, устройство и принцип работы приспособления

Разрабатываемое приспособление предназначено для фрезерования паза L=45 мм, t=4,5 мм концевой фрезой Ø12 мм.

Общий вид спроектированного приспособления представлен на сборочном чертеже формата А1.

Деталь типа "Вал" устанавливается на две призмы 3 и 4 диаметрами Ø40 и Ø79,95. Причем призма 4, на которую базируется наружная цилиндрическая поверхность Ø40 установлена на плиту 5 высотой 27,5 мм и прикреплена двумя винтами 15 (Винт М2,5-6gx35 ГОСТ 10336-80) к основанию 2 приспособления, что обеспечивает правильное положение заготовки в пространстве относительно оси X и Z.

Прижим заготовки осуществляется прихватом 1 (Прихват 7011-0567 ГОСТ 9058-69) посредством затягивания усиленного станочного болта с четырехгранной головкой 6 через пружину 12, которая в свою очередь обеспечивает защиту от случайного удара прихвата об поверхность детали.

Максимальное усилие зажатия детали 1,766кН.

2. Технологическая часть

2.1 Разработка схемы базирования детали в приспособлении

Разработаем схему базирования заготовки в приспособлении:

) Точки 1, 2, 3, 4 - упор в призму, лишает заготовку 4-х степеней свободы;

) Точка 5 - лишает заготовку одной степени свободы;

) Точка 6 - прижим, лишает последнюю, шестую степень свободы.

Схема базирования заготовки в приспособлении представлена на рисунке 2.1

Рис. 2.1 - Схема базирования заготовки в приспособлении

 

2.2 Обоснование выбора баз

Базирование заготовок в приспособлении может быть полным и неполным. При полном базировании заготовка лишается шести степеней свободы. Если заготовка лишается меньше шести степеней свободы, то такое базирование называется неполным. В нашем же случае, базирование является полным, так как число лишенных степеней свободы кратно 6-ти.

2.3 Выбор установочных элементов

Установочными элементами (опорами) называются детали и механизмы приспособления, обеспечивающие правильное и однообразное положение заготовки относительно инструмента или ориентирующего устройства сборочного исполнительного механизма.

Заготовка устанавливается на две призмы диаметрами Ø40 и Ø79,95. Причем призма, на которую базируется наружная цилиндрическая поверхность Ø40 установлена на плиту 5 высотой 27,5 мм и прикреплена двумя винтами 15 (Винт М2,5-6gx35 ГОСТ 10336-80) к основанию 2 приспособления, что обеспечивает правильное положение заготовки в пространстве относительно оси X и Z.

Для диаметра Ø40 мм используется стандартная призма - 7033-0036 ГОСТ 12195-66, а для Ø79,95 мм - 7033-0038 ГОСТ 12195-66, она предназначена для базирования заготовок с более крупным диаметром.

 

2.4 Расчет погрешности базирования заготовки в приспособлении

Материал заготовки - Сталь 25 ГОСТ 1050-88. Металлорежущий станок: вертикально - фрезерный 6Р12. В свою очередь схема установки определяется величиной погрешности базирования , которая не должна превышать половины допуска на размер 43,5_-0,25, т.е. величину 0,125 мм. Погрешность базирования рассчитывается:

 (2.1)

где Td - допуск диаметра, которым вал базируется на призму;  - половина рабочего угла призмы, т.к. рабочий угол стандартной призмы составляет 90°, .

Заготовка устанавливается на призмы шейками Ø40 и Ø79,95 мм, обработка ведётся при вертикально расположенной оси вращения фрезы.

) Допуск на Ø79,95 мм составляет Td=0,19 мм:

 

2) Допуск на Ø40 мм составляет Td=0,050мм:

 

Видим, что  меньше 0,125 мм, значит мы можем применить вертикальную схему обработки на вертикально - фрезерном станке.

 

2.5 Расчёт усилия зажима заготовки в приспособлении

Сила Q, необходимая для закрепления заготовки, должна предотвратить возможный отрыв заготовки от установочных элементов приспособления, сдвиг или поворот ее под действием сил резания и обеспечить надежное закрепление в процессе обработки.

Для схемы, приведенной на рис. 2.2 описание может быть следующим. При фрезеровании со стороны инструмента на заготовку воздействуют вертикальная и P_v горизонтальнаяP_hсоставляющие силы резания, а также составляющая силы резанияP_x. СилаP_v стремится сдвинуть заготовку относительно ее оси. Этому противодействуют две силы тренияF_тр.1 возникающие в местах контакта обрабатываемой детали с приспособлением и сила тренияF’_тр.1 возникающая в месте контакта зажимного устройства и заготовки. СилаP_v стремится повернуть обрабатываемую деталь относительно ее оси. Этому противодействуют моменты сил тренияF_тр.2 возникающих в местах контакта опор с заготовкой и момент силы тренияF’_тр.2, возникающий в месте приложения усилия Q. СилаP_x стремится прижать заготовку к приспособлению. Вследствие действия силыP_x и усилия закрепления Q будут возникать реакции в опорах R, в местах контакта заготовки и призмы. СилаP_xв данном случае, действует как составляющая усилия закрепления.

Рисунок 2.2 - Расчетная схема для определения усилий закрепления

Расчет усилия закрепления выполняется на основе составления уравнений равновесия заготовки. Число уравнений зависит от числа составляющих силы резания. Для каждой составляющей силы резания рассчитывается своя составляющая усилия закрепления. Так как в производственных условиях могут иметь место отступления от тех условий, применительно к которым рассчитывались по нормативам силы и моменты резания, возможное увеличение их следует учесть путем введения коэффициента надежности (запаса) закрепления К и умножения на него сил и моментов, входящих в составленные уравнения статики. Значение коэффициента надежности К следует выбирать дифференцированно в зависимости от конкретных условий выполнения операции и способа закрепления заготовки.

Его величину можно представить как произведение частных коэффициентов, каждый из которых отражает влияние определенного фактора:

, (2.2)

К₀ = 1,5 - гарантированный коэффициент запаса надежности закрепления; К₁ = 1,2 - коэффициент, учитывающий увеличение силы резания из-за случайных неровностей на заготовке; К₂ = 1 - коэффициент, увеличение силы резания вследствие затупления инструмента; К₃ = 1,2 - коэффициент, учитывающий увеличение силы резания при непрерывном резании; К₄ = 1 - коэффициент, учитывающий непостоянство зажимного усилия; К₅ = 1 - коэффициент, учитывающий удобство расположения рукояток при ручном закреплении заготовок; К₆ = 1,5 - коэффициент, учитывающий неопределенность контакта заготовки с установочными элементами.

Тогда коэффициент надежности равен:

К = 1,5 * 1,2 * 1 * 1,2 * 1 * 1 * 1,5 = 3,24

Для схемы, приведенной на рис. 2.1, уравнения равновесия заготовки под действием усилий резания будут иметь вид:

, (2.3)

, (2.4)

Выразим силы трения через соответствующие составляющие усилия закрепления:

где - реакция опоры; f - коэффициент трения заготовки об приспособление, f= 0,15.

Тогда уравнения (2.3) и (2.4) будут иметь вид:

, (2.3’)

, (2.4’)

Из уравнений (2.3’) и (2.4’) и выразим и :

, (2.5)

, (2.6)

Суммарное усилие закрепления:

, (2.7)

) Определяем силуPz (см. приложение А):

) Определяем :

) Составляющие усилия закрепления равны:

) Суммарное усилие закрепления равно:

2.6 Разработка схемы приспособления

Упрощенная схема приспособления представлена на рисунке 2.3

Рис. 2.3 - Упрощенная схема приспособления

3. Конструкторская часть

3.1 Проектирование общего вида приспособления

Общий вид приспособления представлен на рис. 3.1

Рис. 3.1 - Общий вид приспособления

3.2 Проектирование основания

Общий вид основания представлен на рис. 3.2

Рис. 3.2 - Общий вид основания

4. Экономическая часть

4.1 Расчёт экономической эффективности от применения приспособления по сравнению с альтернативным вариантом

Экономическое обоснование применения приспособления сводится к оценке экономической эффективности его применения. Эффективность основывается на сопоставлении затрат и экономии, возникающих при его использовании в течение года. Приспособление считается рентабельным, если годовая экономия, получаемая от применения приспособления больше связанных с ним затрат.

Эn>P, (4.1)

где Эn - годовая экономия, руб.; Р - годовые расходы на приспособление, руб.

Эn = (T_шт - Т_штn) * C_uz* N, руб., (4.2)

где Т_шт = 5 мин. - время обработки в универсальном приспособлении; Т_штn = 2 мин. - время обработки детали в проектированном приспособлении; N = 7500 шт. - годовая программа; C_uz - часовые затраты по эксплуатации рабочего места.

C_uz = C_bnz*K_m, (4.3)

где C_buz = 8 мин. - практически скорректированные часовые затраты на базовом рабочем месте; K_m = 0,7 - маш. коэффициент, показывающий, во сколько раз затраты связанные с работой данной установки больше чем у базовой.

C_uz = 95*0,7 = 66,5

Э_n = (5 - 2) *8* 7500 =180000 руб.

 

4.1.1 Определение годовой экономии

Готовые затраты на приспособление:

P=S_np* (A+B), (4.4)

Где S_np=3500 руб. - стоимость приспособления; А=0,5 - коэффициент амортизации при окупаемости в 2 года; В=0,1…0,2 - коэффициент учитывающий ремонт и хранение приспособления.

Р=3500 * (0,5+0,2) =2450 руб.

4.2 Определение экономического эффекта от применения приспособления

Эn>P

>2450

В результате расчёта получили, что экономическая эффективность от применения приспособление составляет 180000 руб. Рассчитанное приспособление эффективно.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

1) Общие требования безопасности к станочным приспособлениям:

         Наружные элементы конструкций приспособлений не должны иметь острых углов, кромок и других поверхностей с неровностями, представляющими источник опасности, если их наличие не определяется функциональным назначением. Радиусы скругления и размеры фасок наружных поверхностей должны быть не менее 1 мм, если их размеры не оговорены особо.

-        Элементы приспособлений не должны препятствовать работе станка, ограничивать доступ к органам управления, создавать опасность работе станочника.

         Конструкция приспособлений должна обеспечивать надежное и удобное соединение со станком и сменными наладочными элементами (при помощи болтов к станочным пазам, прижимных планок, винтов и т.п.). Способ соединения должен исключать возможность самопроизвольного ослабления крепления и смещения приспособлений и его элементов в процессе эксплуатации.

         Приспособления, устанавливаемые на оборудовании вручную без средств механизации, должны иметь устройства или поверхности, обеспечивающие безопасность и удобство их захвата, подъема, установки и снятия. Масса перемещаемого приспособления не должна превышать 16 кг. При использовании труда женщин, масса перемещаемого приспособления не должна превышать 15 кг, а при подъеме на высоту более 1,5 м - 10 кг.

         Масса приспособления (при эксплуатации), кантуемого вручную и кантуемого вручную совместно с закрепленной в нем заготовкой, должна быть указана в маркировке и не превышать 16 кг.

         В массу приспособления, кантуемого совместно с закрепленной в нем заготовкой, должна включаться масса заготовки.

         Приспособления, имеющие массу, превышающую указанную выше, должны иметь устройства (рым-болты, цапфы и т.д.), обеспечивающие механизацию их перемещения и кантования или замену кантования поворотом и сохранение устойчивости при механизированном перемещении.

         Конструкция приспособлений должна обеспечивать свободный выход стружки, сток смазочно-охлаждающей жидкости, а в случае необходимости, иметь устройства для их удаления и обеспечивать возможность подвода дополнительного отсоса загрязненного воздуха непосредственно от зоны обработки.

2) Требования к основным частям приспособлений:

         Базовые и опорные поверхности конструкций приспособлений должны располагаться против направления сил резания.

-        Усилия механизмов зажима заготовок должны быть направлены на опорные поверхности.

         Механизм зажима заготовок должен исключать самопроизвольный разжим заготовки при обработке.

         Расчетные усилия зажимных элементов приспособлений (если они не установлены стандартами, техническими условиями и эксплуатационной документацией) должны превышать максимальные силы резания не менее чем в 2,5 раза. В случае установления в стандартах (технических условиях) и (или) эксплуатационной документации значений усилия приводных частей зажимных элементов приспособлений, немеханизированный (ручной) зажим заготовок должен проводиться с использованием динамометрических ключей; Зажимные рукоятки не должны создавать опасность травмы при работе станка, в противном случае, их следует выполнять съемными, откидными и т.п. Усилия, прилагаемые к рукояткам ручного зажима, не должны быть направлены в зону обрабатывающего инструмента.

-        В винтовых зажимных устройствах рекомендуется применять высокие гайки (h ≥1,5d, где h - высота гайки, d - диаметр резьбы) для удобства захвата их ключом.

         Для предотвращения изгиба винтовых приводных устройств (болтов, шпилек и т.п.) при зажиме заготовок следует применять самоустанавливающиеся шайбы и другие элементы.

) Контроль выполнения требований безопасности

Контролю выполнения требований безопасности должны подвергаться вновь изготовленные, модернизированные и прошедшие ремонт приспособления в процессе приемочных, приемосдаточных, периодических испытаний по ГОСТ 15.001 и других видов испытаний.

На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 15.201-2000.

Определение видов испытаний - по ГОСТ 16504 и требованиям, указанным в конструкторской документации на оснастку.

Объем испытаний и контроля должен устанавливаться в стандартах и нормативно-технической документации на конкретный вид приспособления.

Заключение

В результате выполнения данной курсовой работы были рассмотрены подробно все этапы проектирования приспособления. Расчет на точность установил допуск на изготовление самого приспособления. Расчет усилий в приспособлении позволил определить необходимое усилие зажима.

Автоматизация данного приспособления может быть осуществлена с помощью применения управляемых пневмораспределителей и соответствующих датчиков положения и давления.

Также был выполнен экономический анализ, при котором расчетным способом была определена экономическая эффективность данного приспособления.

Литература

1. Горохов, В.А. Проектирование и расчет приспособлений: учеб. пособие /-Минск: Высшая школа, 1986. - 237 с.

. Горбацевич А.Ф. Курсовое проектирование по технологии машиностроения Текст: учеб. пособие для машиностроительных спец. ВУ3ов. /А.Ф. Горбацевич, В. A. Под ред. - 4-е издание, перераб. и доп. - Мн.: Высш. Школа, 1983 - 256 c.

. Горошкин А.К. Приспособления для металлорежущих станков Текст: справочник - 7-е изд., перераб. и доп. - М.: машиностроение, 1979. - 303 с.

Приложение А

 (1)

где t - глубина фрезерования, t = 4,5 мм;_z - подача на зуб, S_z = 0,05 мм/зуб;

В - ширина фрезерования, В = 45 мм;- число зубьев фрезы, z = 4;- диаметр фрезы, D = 12 мм;- частота вращения шпинделя, n = 400 об/мин.

Значение коэффициента Ср и показателей степени:

С_р = 234; х = 0,24; у = 0,26; q = 0,44; w = 0,37; n = 0,75.

К_mp - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала;

К_mp = (σ_в / 750) * n, (2)

где σ_в - предел прочности обрабатываемого материала, σ_в = 530МПа;- показатель степени, n = 0,3

К_mp = (530/750) * 0,3 = 0,9