Проектирование станочного приспособления для фрезерования шпоночного паза

Проектирование станочного приспособления для фрезерования шпоночного паза

Министерство образования и науки России

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина»

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по дисциплине «Технологическая оснастка»

на тему: «Проектирование станочного приспособления для фрезерования шпоночного паза»

Выполнил: Кутин А.В.

студент гр. 4-38

Принял: Полетаев В.А.

Иваново 2014 г.

Содержание

1. Анализ исходных данных и формулирование служебного назначения приспособления

. Выбор группы приспособления

. Разработка схемы базирования заготовки

.Определение направления действия сил и моментов резания при механической обработке деталей

.Определение вида опорных элементов и формы их рабочей поверхности

. Выбор места приложения зажимных усилий, вида и количества зажимных

. Разработка компоновки приспособления

.Силовой расчет станочных приспособлений

.1 Определение сил и моментов резания

.2 Выбор коэффициента трения заготовки с опорными и зажимными элементами

8.3 Составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета зажимного усилия

.4 Расчет коэффициента надежности закрепления

.5 Составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета исходного усилия Р_и

.6 Расчет приводов зажимных устройств

. Расчет приспособления на точность

.1 Выбор расчетных параметров

.2 Методика расчета приспособления на точность

.3 Определение расчетных факторов

Список литературы

1. Анализ исходных данных и формулирование служебного назначения приспособления

В качестве исходных данных используется:

чертёж детали с техническими требованиями;

оборудование - вертикально-фрезерный станок 65А60Ф1-11;

инструмент - фреза шпоночная ГОСТ Р 53003-2008

режимы резания: t=20 мм, s_z= 0,050 мм;

размеры, допуски, шероховатость обрабатываемых поверхностей;

марка материала - сталь 40Х;

вид термической обработки - улучшение.

В результате анализа исходных данных было сформулировано служебное назначение проектируемого приспособления. Приспособление предназначено для базирования и закрепления заготовок типа «Вал» при фрезеровании шпоночного паза на вертикально-фрезерном станке при условиях:

температура окружающей среды -40⁰…+40⁰С

влажность воздуха 40…90%

запыленность до 3 г/см³

перепады давления до 30 мм.рт.ст.

2. Выбор группы приспособления

Проектируемое приспособление относится к группе универсально-сборных приспособлений (УСП).

УСП включают приспособления, компонуемые из нормализованных деталей и узлов. Каждая компоновка УСП обладает всеми основными свойствами специального приспособления, предназначена для обработки конкретной детали на определенной операции и обеспечивает базирование заготовки без выверки и требуемую точность. По истечении надобности в таком приспособлении оно разбирается на составные детали и узлы, которые могут быть многократно использованы для компоновки других приспособлений. Отличительной особенностью УСП является крестообразное взаимно-перпендикулярное расположение на сопрягаемых поверхностях Т-образных и шпоночных пазов.

Основные детали и сборочные единицы, из которых компонуются УСП, условно подразделяются на семь групп:

базовые детали;

корпусные детали;

установочные детали;

прижимные детали;

крепежные детали;

разные детали;

сборочные единицы.

УСП применяют в единичном и мелкосерийном производстве. При использовании вместо ручных зажимов гидро- или пневмозажимов УСП можно применять и в крупносерийном производстве.

3. Разработка схемы базирования заготовки

Каждое приспособление должно обеспечивать выполнение всех функций, обусловленных операцией. Среди них главной является базирование заготовки, т.е. придание ей требуемого положения в приспособлении.

После базирования заготовку необходимо закрепить, чтобы она сохраняла при обработке неподвижность относительно приспособления.

Рис.1. Схема базирования детали.

4. Определение направления действия сил и моментов резания при механической обработке деталей

При обработке заготовки на неё действуют силы и моменты резания. Их величина, направление и место приложения могут меняться в процессе обработки одной поверхности, влияя на положение заготовки в приспособлении.

Кроме сил резания на заготовку действуют подъёмные силы: силы тяжести, центробежные, инерционные, второстепенные.

Рис.2. Схема действия сил и моментов резания при фрезеровании шпоночного паза вала.

5. Определение вида опорных элементов и формы их рабочей поверхности

В качестве основных опорных элементов выбираются две опорные призмы ГОСТ 7033-4732, и универсальная регулируемая опора СРП ГОСТ 7035-2211, устанавливаемые на прямоугольную плиту ГОСТ 7081-4172

Для увеличения жесткости применяется вспомогательная опора - регулируемая опора СРП ГОСТ 7035-2171

Рис.3. Схема закрепления детали.

Вал устанавливается опорными шейками на призмы (форма рабочей поверхности - призматическая). Правым торцом вал упирается в неподвижный опорный штырь со сферической головкой, снизу устанавливается регулируемая опора с плоской головкой.

Сверху вал прижимается зажимным элементом с плоской рабочей поверхностью.

6. Выбор места приложения зажимных усилий, вида и количества зажимных элементов

Для обеспечения контакта заготовки с опорными элементами и устранения её возможного сдвига при закреплении зажимное усилие следует направлять перпендикулярно к поверхности опорных элементов. В целях устранения деформации заготовки при закреплении точку приложения зажимного усилия надо выбирать так, чтобы линия его действия пересекала опорную поверхность установочного элемента.

7. Разработка компоновки приспособления

Разработку общего вида ведут методом последовательного нанесения отдельных элементов приспособления вокруг контуров заготовки. Сначала вычерчивают установочные детали, зажимные элементы, детали для направления режущего инструмента и вспомогательные устройства. После этого вычерчивают корпус приспособления, который объединяет все вышеперечисленные элементы.

Компоновка приспособления изображена на листе 1.

8. Силовой расчет станочных приспособлений

8.1 Определение сил и моментов резания

Сила, возникающая при фрезеровании, определяется по формуле[3]:

, где

 - глубина резания, мм;

 - подача на зуб фрезы, мм;

 - диаметр фрезы,мм;

- ширина фрезерования, мм;

- число зубьев фрезы, ;

- число оборотов,  об/мин.;

 - коэффициенты[3]:

;

;

;

;

;

;

- поправочный коэффициент, учитывающий влияние материала, =1,0.

 Н;

Крутящий момент определяется по формуле[3]:

;

8.2 Выбор коэффициента трения заготовки с опорными и зажимными элементами

Согласно [1] коэффициент трения при базировании цилиндрической обработанной поверхности на призму составляет .

Принимается .

.3 Составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета зажимного усилия

Согласно [1] исходное уравнение для определения силы зажима имеет вид:

, где

 - коэффициент надежности закрепления (см. п.8.4);

 - коэффициент трения опорных элементов (см. п.8.2);

- число прихватов, =1;

 - сила резания, Н;

- крутящий момент,

Н.

8.4 Расчет коэффициента надежности закрепления

Коэффициент надежности К представляет произведение частных коэффициентов, отражающих влияние определенных факторов:

 ;

 - гарантированный коэффициент запаса надежности закрепления, ;

- коэффициент, учитывающий увеличение силы резания из-за случайных неровностей на заготовках;

- для чистовой обработки;

 - коэффициент, учитывающий увеличение силы резания вследствие затупления инструмента, ;

 - коэффициент, учитывающий увеличение силы резания при прерывистом резании,

;

 - коэффициент, учитывающий непостоянство зажимного усилия, ;

- коэффициент, учитывающий степень удобства расположения рукояток в ручных зажимах;

 - коэффициент, учитывающий неопределенность из-за неровностей места контакта заготовки с опорными элементами, ;

.

8.5 Составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета исходного усилия Р_и

Рис.4. Схема для определения исходного усилия.

Уравнение расчета исходного усилия Р_и для данной схемы имеет вид:

, где

 - угол поворота эксцентрика от начального положения, ;

 - коэффициент трения опорных элементов, ;

;

- внутренний диаметр ролика, мм;

- наружный диаметр ролика, мм;

 - коэффициент трения опорных элементов, ;

=0,04;

мм;

мм;

- КПД;

8.6 Расчет приводов зажимных устройств

Выбранное зажимное устройство оснащено пневматическим приводом, который состоит из пневмодвигателя, воздухопроводов и пневматической аппаратуры различного назначения. Энергоносителем является сжатый воздух с давлением Р=0,4-0,6 МПа.

Для пневмоцилиндров одностороннего действия:

;

Диаметр поршня пневмоцилиндра:

, где

- сопротивление возвратной пружины, ;

МПа;

- КПД;

мм;

Из числового ряда диаметров поршня принимается мм.

9. Расчет приспособления на точность

.1 Выбор расчетных параметров

Приспособление для обработки заготовки является звеном системы СПИД. От точности его изготовления и установки на станке, износостойкости установочных элементов и жесткости зависит точность обработки заготовок.

Требуемую точность приспособления можно определить решением размерной цепи системы заготовка - приспособление - инструмент. При этом выявляется роль приспособления в достижении заданной точности выполняемого на заготовке размера.

Цель расчета на точность заключается в определении требуемой точности изготовления приспособления по выбранному параметру и заданий допусков размеров деталей и элементов приспособления

Рис.5.Схема обработки заготовки на фрезерном станке.

В приспособлении фрезой обрабатывается шпоночный паз А и С. Заготовка 2 устанавливается в призмы 3 опорными шейками. Приспособление опорной поверхностью В плиты 4 контактирует со столом 1 фрезерного станка. Так как направление расчетного параметра должно совпадать с направлением выполняемого при обработке заготовки размера и определять точность относительного положения рабочей поверхности установочных элементов и поверхности плиты, контактирующей со столом станка (поверхность В), в качестве расчетных параметров следует принять допуск конструктивно заданного размера приспособления между поверхностями А и В.

.2 Методика расчета приспособления на точность.

В связи со сложностью нахождения ряда величин, точность изготовления приспособления определяется, мкм:

, где

- коэффициент, учитывающий количество слагаемых, ;

- коэффициент, учитывающий уменьшение предельного значения погрешности базирования при работе на настроенных станках, ;

- коэффициент, учитывающий долю погрешности обработки в суммарной погрешности, вызываемой факторами, не зависящими от приспособления, ;

- экономическая точность обработки, мкм [1].

.3 Определение расчетных факторов

резание фрезерование шпоночный паз

Допуск δ_а: берется с чертежа детали (при окончательной обработке поверхностей), δ_а =0,740 мм

Погрешность базирования Е_б определяется в зависимости от схемы базирования по известным формулам. Е_б =0

Погрешность закрепления Е_з рассчитывается только в прецизионных приспособлениях. В большинстве случаев берется из таблиц. Е_з =0

Погрешность расположения Е_р.п приспособления возникает из-за зазоров между направляющими шпонками или установочными пальцами приспособления и Т-образными пазами или отверстиями стола станка. Определяется как расстояние между возможными крайними положениями посадочных поверхностей при установке приспособления, измеренное в направлении размера. Е_р.п =0

Погрешность от перекоса инструментов Е_п возникает только при обработке поверхностей в кондукторах и при расположении фрез с установом. Е_п =0

Погрешность положения установки Е_и характеризует изменение положения рабочих поверхностей установочных элементов в результате их изнашивания в процессе эксплуатации приспособления.

Износ установочных элементов приближенно можно определить по формулам:

а) для опор с малой поверхностью контакта Е_и = β₁*N;

б) для опор с развитой поверхностью контакт Е_и=β₂*N ; где И - размерный износ опоры, мкм;

β₁,β₂ - постоянные, зависящие от вида установочных элементов и условий контакта заготовок с опорой.

N - число контактов заготовок с опорой в год (число установок).

β = 0,001; N = 1000; Е_и=3 мкм

ω = 0,170 мм;

К_т1 = 0,85;

К_т2 = 0,7;

К_т =1,1;

Е_пр ≤ 0,74 -1,1 =0,609 мм

Допуск контролируемого размера между А и В 0,609/302 мм (0,2/100 мм).

Допуск параллельности боковой установочной поверхности вала к поверхности установочных шпонок не более 0,45/302 мм (0,15/100 мм).

Вывод: 1. Отклонение от параллельности установочной плоскости плиты относительно установочной поверхности вала-шестерни не более 0,2/100 мм.

. Отклонение от параллельности боковой установочной плоскости вала-шестерни к поверхности шпонок не более 0,15/100 мм.

Список литературы

1. Полетаев В.А. Технологическая оснастка: Учеб. пособие/ ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина» - Иваново, 2007г.- 84 с.

.Кузнецов В.С., Пономарев В.А. Универсально-сборные приспособления в машиностроении. Альбом чертежей.3-е издание, дополненное и переработанное. М.: Машиностроение. 1971г.

. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2 /Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп.-М.: Машиностроение, 1985. 496 с., ил.

.Станочные приспособления: Справочник. В 2-х т. /Ред. Совет: Б.Н. Вардашкин (пред.) и др. - М.: Машиностроение, 1984 г. - Т.1/ Под ред. Б.Н. Вардашкина, А.А. Шатилова, 1984 г. 592 с.,ил.

. Станочные приспособления: Справочник. В 2-х т. /Ред. Совет: Б.Н. Вардашкин (пред.) и др. - М.: Машиностроение, 1984 г. - Т.2/ Под ред. Б.Н. Вардашкина, А.А. Шатилова, 1984 г. 592 с.,ил.