Министерство образования Российской Федерации
Рязанская государственная радиотехническая академия
Кафедра технологии РЭА
Пояснительная записка
к курсовому проекту по дисциплине
«Проектирование технологической оснастки»
Выполнил: студент гр.152
Дубов А.В.
Проверил: доцент, канд. техн. наук
Коваленко В. В.
Рязань 2004
Содержание
1. Введение
2. Основные этапы проектирования приспособления
2.1 Анализ и сбор исходных данных
2.2 Формулирование служебного назначения приспособления
2.3 Разработка принципиальной схемы приспособления
2.3.1 Базирование заготовок в приспособлении
2.3.2 Определение схемы зажима объекта
2.4 Основные расчеты приспособления
2.4.1 Расчет сил зажима
2.4.2 Расчет приспособления наточность
3. Заключение
4. Библиографический список
/>/>1. Введение
Развитие производства вомногом определяется техническим прогрессом машиностроения. Увеличение выпускапродукции машиностроения осуществляется за счет интенсификации производства наоснове широкого использования достижений науки и техники, примененияпрогрессивных технологий.
Технологическаяоснастка является важнейшим фактором осуществления технического процесса вмашиностроении. В промышленности эксплуатируется более 25 миллионов специальныхстаночных приспособлений. Затраты на изготовление технологической оснасткиприблизились к затратам на изготовление металлорежущих станков.
Основнуюгруппу технологической оснастки составляют приспособления механосборочногопроизводства. Приспособлениями в машиностроении называются вспомогательныеустройства к технологическому оборудованию, используемые при выполненииопераций механической обработки, сборки и контроля.
Повышениережимов работы современных станков и механизмов, их качества, надежности идолговечности связано с ужесточением требований к точности деталей машин имеханизмов.
Точностьмеханической обработки в значительной степени зависит от станочной оснастки.При обработке заготовки методом пробных проходов точность детали зависит восновном от квалификации рабочих. Применение автоматического метода полученияразмеров и механизированного закрепления заготовок в приспособлении практическиполностью устраняет влияние уровня квалификации рабочего на точность обработки.Качество деталей, в этом случае, в значительной степени зависит от станочногоприспособления, его точности, способности сохранять ее в процессе обработки,места приложения и направления усилия зажима и т.д.
Применениеприспособлений позволяет: устранить разметку заготовок перед обработкой,повысить точность обработки, снизить себестоимость продукции, облегчить условияработы и обеспечить ее безопасность, расширить технологические возможностиоборудования, организовать станочное обслуживание, применить техническиобоснованные нормы времени, сократить число рабочих, необходимых для выпускапродукции.
/>/>2. Основные этапы проектирования приспособления/>/>2.1 Анализ и сбор исходных данных
Вданной работе требуется спроектировать приспособление для изготовленияотверстий в детали типа «РЫЧАГ», эскиз которой приведен в приложении.
Технологический переход: сверление отверстий d =8+0.3, выдерживая размер R = 20±0.2 и угловые меры равные 40°±1° и 25°±1°.
Вид и материал заготовки: Сталь 40. Она относится кгруппе среднеуглеродистых качественных сталей, которые применяются последополнительной обработки (нормализации, улучшения и поверхностной закалки) длясамых разнообразных деталей во всех отраслях машиностроения. Эти стали вотожженном состоянии хорошо обрабатываются резанием.
Сталь40 имеет следующие механические свойства:
σв = 58 кгс/мм2 =570 Мпа,
δ = 19 %.
Режущий инструмент: сверло спиральное ¢8х132 ГОСТ 886-77Р6М5.
Вспомогательный инструмент: патрон цанговый диаметром до 10 мм.
Тип станка: радиально-сверлильный станок 2525 с рабочимстолом 926х1710, с тремя Т-образными пазами, отстоящими на расстоянии 280 мм друг от друга (рис.2.1).
а б
/>
Рис.2.1. Т-образный паз (а) и рабочий стол (б) радиально-сверлильного станка 2525
Расстояниеот верхнего положения шпинделя до плиты 1300 мм, от нижнего положения — 530 мм. Ход шпинделя 300 мм. Наибольший диаметр сверления по стали 35 мм.
Режим резания: подача S = 0.14 мм/об.
/>/>2.2 Формулирование служебного назначения приспособления
Приспособлениепредназначено для установки одной заготовки рычага из стали 40, имеющейгабаритные размеры 55 х 124 х 12, в горизонтальной плоскости на трицилиндрических штыря и два установочных пальца с точностью по размеру R сдопуском 0.2 мм и допусками на угловые размеры 1°, с прижимом заготовки кустановочной базе силой не менее 500 Н./>/>2.3 Разработка принципиальной схемы приспособления/>/>2.3.1 Базирование заготовок в приспособлении
Базирующими элементамиприспособлений называются детали и механизмы, обеспечивающие правильное иоднообразное расположение заготовок относительно инструмента.
оснастка приспособление отверстие деталь
Исходяиз чертежа детали, для обеспечения заданной точности изготовления отверстийнеобходимо базировать заготовку по плоскости и двум отверстиям.
Таккак операция сверления, приспособление для осуществления которойразрабатывается в данном курсовом проекте, является заключительной приизготовлении данной детали, то ее установка на опоры производится обработаннойплоскостью, поэтому выбираем в качестве установочного элемента штыри с плоскойголовкой. Используем три штыря для установки заготовки в приспособлении. Располагаемих на максимально возможном расстоянии друг от друга для обеспечения наиболееустойчивого положения заготовки.
Базированиезаготовки будем осуществлять при помощи двух установочных пальцев: пальцаустановочного цилиндрического (ГОСТ 12209-66) и пальца установочногоромбического (ГОСТ 12325-69).
Притакой установке в приспособление заготовка оказывается лишенной пяти степенейсвободы: двух поступательных — вдоль осей OX и OY — и трех вращательных.Перемещение заготовки вдоль оси OZ будет исключено при приложении усилия зажима(рис.2.2).
Таккак обрабатываемая заготовка обладает достаточно большой жесткостью, топрименение дополнительных опор не требуется.
/>
Рис.2.2. Схема базирования заготовки в приспособлении
/>/>2.3.2 Определение схемы зажима объекта
Силовое замыкание длязакрепления заготовки в нашем случае должно быть направлено на горизонтальнуюустановочную плоскость.
Для надежного обеспеченияопределенности базирования объекта рекомендуется силовое замыкание направлятьна каждую из силовых опор. Однако для упрощения приспособления желательноприкладывать силы зажима на одну координатную плоскость, построенную наустановочной базе. Эту точку приложения силы выбираем равноудаленной от каждогоиз установочных элементов.
Таккак заготовка имеет небольшую массу и силы, возникающие при обработке, приводятк нарушению положения заготовки, то необходимо применить зажимное устройство.
Зажимное устройствопредназначено для устранения возможности вибрации или смещения заготовкиотносительно установочных элементов приспособления под действием собственноговеса и сил, возникающих в процессе обработки.
Используем в качествезажимного устройства комбинированный зажим с пневматическим приводом (рис.2.3).Принцип его действия таков. При подаче сжатого воздуха в нижнюю частьпневмокамеры мембрана 8 прогибается и шток 7, жестко связанный с мембраной,поворачивая рычаг-усилитель 6 на оси, правое его плечо поднимает, а левое — опускает. Рычаг 6 левым плечом опускает стержень 5 с планкой 4 и планка левымплечом зажимает заготовку 3, установленную на опорах 1. При подаче сжатого воздухав верхнюю часть пневмокамеры мембрана 8 прогибается вниз, и шток 7 поворачиваярычаг-усилитель 6 на оси, перемещает правое его плечо вниз, а левое — вверх. Вэтом случае рычаг левым плечом поднимает стержень 5, и он прекращает нажим напланку 4 и деталь освобождается. Пружина 2 поднимает прихват 4 и прижимает егок верхней головке стержня 5.
/>
Рис.2.3. Схема комбинированного зажима с пневматическим приводом
/>/>2.4 Основные расчеты приспособления
Основными расчетамиприспособления являются расчет сил зажима, определение параметров силовогопривода и расчеты точности.
/>/>2.4.1 Расчет сил зажима
Расчет сил зажима произведем,решив задачу статики на равновесие твердого тела (заготовки) под действиемсистемы внешних сил.
Дляэтого, во-первых, вычислим силы резания и их моменты, возникающие при сверлениидетали, по формулам теории резания металла.
Присверлении на деталь действует осевая сила P вдоль оси сверла и момент резания Мкр,которые рассчитаем по следующим эмпирическим формулам
Мкр= 10·См·D2·SY·Kр, Н·м
Р= 10·Ср·D·SY·Kр, Н,
гдеD = 8 мм — диаметр сверла,S = 0.14 мм/об — подача,
Kp= (σ/ 750) 0.76 = (570 / 750) 0.76 ≈ 0.8 — коэффициент,учитывающий прочностные свойства обрабатываемого материала,
Ср= 95 — поправочный коэффициент,
См= 0.038 — поправочный коэффициент,
Y= 0.75 — поправочный коэффициент.Получаем
Мкр= 10 · 0.038 · 82 · 0.140.75 · 0.8 ≈ 4.5 Н·м,
Р= 10 · 95 · 8 · 0.140.75 · 0.8 ≈ 1390 Н.
Найденноезначение сил резания для надежности зажима заготовки умножают на коэффициентзапаса К, величина которого зависит от условий обработки деталей на станке:
К= К0· К1 · К2 · К3, гдеК0= 1.5 — гарантированный коэффициент запаса,
К1= 1 — коэффициент, учитывающий величину силы резания в зависимости от обработки,
К2= 1.1 — коэффициент, учитывающий затупление инструмента,
К3= 1 — коэффициент, учитывающий прерывистость резания.ПолучаемК = 1.5 · 1 · 1.1 · 1 = 1.65.
/>
Рис. 2.4. К расчету силы зажима
Во-вторых,определим силу Q, необходимую для зажима заготовки, для чего составим уравнениестатического равновесия твердого тела. Расчет проведем для первого отверстия(рис.2.4). На тело действуют сила резания P и сила закрепления заготовки Q.Тело будет находиться в состоянии равновесия, если будет выполняться равенство
K· Mкр = f2 · P/3 · r1 + f2 · P/3 ·r2 + f2 · P/3 · r3 + f2 · Q/3 · r1+ f2 · Q/3 · r2 + f2 · Q/3 · r3 + f1· Q · r4
Откуда
Q= [K · Mкр — f2 · P/3 · (r1 + r2 +r3)] / [f2/3 · (r1 + r2 + r3)+ f1 · r4] (2.1)
гдеf1 = f2 = 0.1 — коэффициенты трения между поверхностямизаготовки и установочными и зажимными элементами;
r1,r2, r3, r4 — соответствующие длины плеч.
Для первого отверстия r1 = 33 мм, r2 = 21 мм, r3 = 79 мм, r4 = 46 мм, а значение силы зажима, рассчитанное по формуле 2.1, Q ≈ 140 H.
Для второго отверстия r1 = 13 мм, r2 = 36 мм, r3 = 52 мм, r4 = 22 мм, а значение силы зажима, рассчитанное по формуле 2.1, Q ≈ 493 H.
Поэтому для надежной фиксации заготовки в приспособлениинеобходимо приложить силу зажима Q = 500 H.
Длятого чтобы создать такое зажимное давление на заготовке, необходимо приложитьна шток пневмокамеры силу (рис.2.3)
W = Q·l3· (l1 + l) / (l2 ·l · η)
гдеη- коэффициент, учитывающий трение в шарнирных соединениях и в пневмокамере; l2и l3 — длины плеч рычага-усилителя;
l1и l — длины плеч прижимного рычага (планки).
Принимаемη= 1, l1 = 50 мм, l2 = 120 мм, l3 = 120 мм, l = 50 мм. Тогда
W = 500 · 120 · (50 + 50) / (120 · 50 · 1) = 1000 H.
/>/>2.4.2 Расчет приспособления на точность
Прирасчете приспособления на точность главной задачей является определениепогрешности установки εу, которая складывается изтрёх составляющих: погрешности базирования εб, погрешности закрепления εз и погрешности положенияобъекта εпр, обусловленной неточностьюустановки самого приспособления на технологическом оборудовании. Еслипредположить, что εб, εз и εпр представляют поля рассеянияслучайных величин, то εу может быть рассчитана как
εу = εб2 + εз2 + εпр2
Таккак установка осуществляется на жесткий палец с зазором, то погрешностьбазирования εб рассчитывается по формуле
εб = 2 · e — δ1 + δ2 + 2 · Δ
гдеe — эксцентриситет наружной поверхности относительно отверстия;
δ1 — допуск на диаметротверстия; δ2 — допуск на диаметр пальца;
Δ — минимальный радиальный зазор при посадкезаготовки на палец.
Внашем случае e = 0.01 мм, δ1 = 0.021 мм, δ2 = 0.061 мм, Δ = 0.040 мм. Тогда
εб = 2 · 0.01 — 0.021 + 0.061 +2 · 0.040 = 0.14 мм.
Погрешностьзакрепления εз может быть рассчитана поформуле
εз = (Ymax — Ymin)· cosα
гдеYmax и Ymin — соответственно максимальное и минимальноеотклонения положения заготовки под действием силы зажима;
α — угол между фиксируемымразмером и направлением действия силы.
В нашем случае εз = 0, так как дляфиксируемого размера измерительная база перемещается при зажиме заготовки всобственной плоскости (α = 90°).
Погрешностьположения объекта εпр зависит от точностиизготовления и степени износа базирующих и установочных элементов. Она можетбыть рассчитана как
εпр = T — KT (KT1· εб) 2 + εу2 + εз2 + εи2 + (KT2 · w) 2
гдеT = 0.2 — допуск операционного размера; KT = 1.1;
KT1= 0.85 — коэффициент, зависящий от качества настройки станка;
εб — погрешность базирования внаправлении операционного размера;
εз — погрешность закрепления внаправлении операционного размера;
εу = 0.02 мм — погрешность установки приспособления на рабочем столе. Определяется величиной зазора всопряжении шпонка — паз стола;
εи — погрешность износаустановочных элементов; рассчитывается по формуле
εи = U0· K1 · K2 · K3 · K4 · Кф / N
гдеU0= 0.05 мм — средний износ установочных элементов при усилии зажима10 кН и числе установок N = 100000;
K1,K2, K3, K4 — коэффициенты, учитывающие влияниематериала заготовки, оборудования, условий обработки и числа установокзаготовки. Значения коэффициентов выбираем из таблицы — K1 = 0.95, K2= 1.25, K3 = 1, K4 = 2.4
Kф= 1.5.
Тогдаεи = 0.05 · 0.95 · 1.25 · 1 ·2.4 · 1.5/100000 = 0.000002 мм.
KT2= 0.7;
w= 0.15 мм — экономическая точность обработки (при сверлении по кондуктору wсоответствует 12 квалитету по диаметру).
Тогда
εпр = 0.2 — 1.1 (0.85 · 0.14) 2+ 0.022 + 02 + 0.0000022 +
+(0.7 · 0.15) 2 = 0.083 мм.
Получаем,что
εу = 0.142 + 02+ 0.0832 = 0.163 мм
Следовательно,приспособление, сконструированное с данными элементами, обеспечит заданнуюточность установки заготовки.
/>/>3. Заключение
Входе выполнения данного курсового проекта было спроектировано приспособлениедля сверления отверстий в детали типа рычаг по размерам и с точностью,указанными в техническом задании.
Чертежиприспособления и деталировка оригинальных деталей были выполнены в системепараметрического автоматизированного проектирования и черчения T-FLEX CAD.
/>/>4. Библиографический список
1. Андреев Г.Н., Новиков В.Ю., Схиртладзе А.Г. Проектированиетехнологической оснастки машиностроительного производства: Учеб. пособие длямашиностроительных спец. вузов / Под ред. Ю.А. Соломенцева.2-е изд., испр. М.:Высш. шк., 1999.415 с.
2. Альбом по проектированию приспособлений: Учеб. пособие для студентовмашиностроительных специальностей вузов / Б.М. Базров, А.И. Сорокин, В.А.Губарь. М.: Машиностроение, 1991.121 с.
3. Корсаков В.С. Основы конструирования приспособлений: Учебник длявузов.2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1983.431 с.
4. Станочные приспособления: Справочник. В 2 т. М.: Машиностроение, 1983.
5. Технологическая оснастка машиностроительных производств: Учеб. пособие:В 2 ч. / Сост. А.Г. Схиртладзе. М.: МГТУ СТАНКИН, 1998.