Станочная оснастка для фрезерования шпоночных пазов вала редуктора в технологическом процессе изготовления детали-вала

Деталь вал.cdw

Технологические канавки имеют
Центровые отв. по ГОСТ 14034-74
Острые кромки притуплены
Не указанные предельные отклонения размеров

Пояснительная записка.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
Ивановский государственный энергетический университет
Кафедра технологии машиностроения
по дисциплине: «Технологическая оснастка
в машиностроительном производстве»
по теме: «Станочная оснастка для фрезерования шпоночных пазов вала
редуктора в технологическом процессе изготовления детали-вала»
К сквозной курсовой работе
Стр 24. Рис.7 Библ. 25 Прил.2.
СЛУЖЕЮНОЕ НАЗНАЕНИЕ ГРУППА ПРИСПОСОБЛЕНИЯ УСП СХЕМА БАЗИРОВАНИЯ СИЛЫ РЕЗАНИЯ ОПОРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КОМПОНОВКА РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ.
В работе представлена разработка компоновки приспособления.
1. Анализ исходных данных и формулирование служебного назначения приспособления6
2. Выбор группы приспособления8
3. Разработка схемы базирования заготовки9
4. Определение направления действий сил и моментов резания при механической обработки детали10
5.Выбор установочных зажимных и вспомогательных элементов приспособления10
6. Разработка компоновки приспособления принцип ее действия11
7. Силовой расчет станочных приспособлений12
7.1. Расчет зажимного усилия Рз.12
7.2. Определение исходной силы Ри14
8. Расчет приспособления на точность15
9. Прочностные расчеты деталей приспособления17
10. Расчет экономической эффективности применения приспособления18
Библиографический список22
Курсовая работа по дисциплине «Технологическая оснастка» предназначен для продолжения решения конструкторских задач.
Целью курсовой работы является: научиться работать с технической литературой применить теоретические знания полученные по данной дисциплине при решении практических задач конструирования приспособлений.
В курсовой работе необходимо решить следующие задачи:
Провести анализ исходных данных и сформировать служебное назначение станочного приспособления;
Сделать выбор группы приспособления;
Уточнить схему базирования заготовки согласно техническому процессу изготовления;
Определить направления действия сил и моментов резания при механической обработке выявить другие внешние силы;
Определить вид опорных элементов и установочных устройств выбрать формы рабочей поверхности опорных элементов;
Выбрать место приложения зажимных усилий определить количество точек зажима определить виды зажимных элементов выбрать формы рабочей поверхности зажима;
Разработать компоновку приспособления;
Составить расчетную схему и исходное уравнение для расчета зажимного усилия РЗ(W);
Выбрать тип зажимного устройства и силового механизма определить необходимое исходное усилие Рu (Q) рассчитать привод зажимного устройства;
Провести расчет точности сконструированного приспособления;
Рассчитать экономическую целесообразность применения сконструированного приспособления.
1.Анализ исходных данных и формулирование служебного назначения приспособления
Приспособление фрезерное для фрезерования шпоночных пазов вала.
редуктора в технологическом процессе изготовления детали-вала
Проектируемое приспособление предназначено для фрезерования пазов на вертикально-фрезерной операции на вертикально-фрезерном станке модели 6Р12
Расчет режимов резания для вертикально-фрезерной операции 025:
Исходные данные: Вертикально-фрезерный станок модель 6Р12;
Материал заготовки – Сталь 40Х ГОСТ 4543-71;
Диаметр фрезы 16 мм;
Глубина врезания 10 мм;
Определение скорости резания при фрезеровании:
Т-стойкость инструмента мин;
Kv-Общий поправочный коэффициент на скорость резания:
KМv - коэффициент учитывающий влияние физико-механических свойств обрабатываемого материала на скорость резания KМv=094;
KИv-поправочный коэффициент учитывающий влияние инструментального материала на скорость резания KИv = 1;
V=1450.2800.250.1 0.160.4 120.2 40=75.8 (ммин.) ;
Определение частоты вращения шпинделя при сверлении:
где V– скорость резания ммин.;
D – диаметр отверстия мм.;
Частота вращения шпинделя по паспорту: n1=2000 (обмин.)
Определение фактической скорости резания Vф (ммин):
Vф=Dn11000=73.56 (ммин);
Определение крутящего момента Mкр(Нм) и осевую силу Ро(Н):
Коэффициент Kp учитывающий фактические условия обработки в данном случае зависит только от материала обрабатываемой заготовки и определяется выражением Кр = Кмр=13;
См = 0012; y = 1; q = 14 - для определения крутящего момента;
Ср = 42; y = 075; q = 12 - для определения осевой силы;
Определение мощность резания Np (кВт):
NpNшп т.е. 23 525 кВт следовательно обработка возможна.
Определение основного времени То мин: Т0===018 (мин);
где L – длина рабочего хода инструмента мм.;
Длина рабочего хода мм равна: L=l+l1+l2
Чертеж детали и операционные карты технологического процесса см. Приложение 1.
2.Выбор группы приспособления
В данном случае мелкосерийное производство поэтому были выбраны универсально-сборочные приспособления(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 истечению надобности в таком приспособлении оно разбирается на составные детали и узлы которые могут быть многократны использованы для компоновки других приспособлений. Отличительной особенностью УСП является крестообразное взаимно-перпендикулярное расположение на сопрягаемых Т-образных и шпоночных пазов. Основные детали и сборочные единицы из которых компонуется УСП условно подразделяются на семь групп:
базовые детали (плиты прямоугольные и круглые угольники);
корпусные детали(опоры призмы подкладки и т.д.);
установочные делали(шпонки штыри пальцы и т.д.); 4) прижимные детали (прихваты планки);
крепежные детали (болты шпильки винты и т.д.)
разные детали (ушки вилки хомутики оси рукоятки и т.д.);
сборочные единицы (поворотные головки кронштейны центровые бабки и др.).
3.Разработка схемы базирования заготовки
Заготовка базируется по наружной цилиндрической поверхности и торцу. Для того чтобы точно определить положение обрабатываемой оси в пространстве необходимо задать пять жестких связей – координат которые лишат её шести степеней свободы. Схема базирования представлена на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1. Схема базирования детали в приспособлении
Принципиальная схема приспособления представлена на рисунке 3.2.:
Рисунок 3.2. Принципиальная схема приспособления.
Как видно из рисунка 3.2. деталь базируется на двух неподвижный призматических опорах со сферическим неподвижным упором торец с регулируемой плоской опорой и одиночным плоским ручным механическим зажимом. Установочными базами являются цилиндрические поверхности ø32 и ø40.
4.Определение направления действий сил и моментов резания при механической обработки детали
Эффективность зажима в значительной степени зависит от направления и места приложения силы.
Принципиальная схема сил действующих на деталь представлена на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1. Принципиальная схема сил действующих на деталь
5.Выбор установочных зажимных и вспомогательных элементов приспособления
В качестве установочных элементов приняты две призмы ГОСТ 12195-66. Зажимным элементом в данном приспособлении служит гайка и сборная конструкция состоящая из шпильки болта двух шайб двух установов и прихвата.
Элементы сборной конструкции см. в Спецификации (Приложение 2);
5.Разработка компоновки приспособления принцип ее действия
Приспособление предназначено для закрепления заготовки типа вал для последующей обработки.
Данное приспособление базируется на стол вертикально-фрезерного станка базируясь по Т-образному пазу с помощью шпонки которая крепится на столе при помощи привертных болтов.
Приспособление состоит из базовой плиты с установленными на нем призмами крепящиеся к плите с помощью болтов. Для зажима заготовки имеется прихват вращающийся на болте. С другой стороны прихват надевается на шпильку и фиксируется гайкой зажимая деталь.
Заготовка устанавливаются в призмы затем опускается прихват. Закручивая гайку по шпильке создается усилие которое опуская прижимную планку вниз закрепляет заготовки в призмах. После обработки Гайка откручивается освобождая заготовку.
Компоновка приспособления представлена в Приложении 1.
6.Силовой расчет станочных приспособлений
7.1. Расчет зажимного усилия Рз.
Схема для определения зажимного усилия Рз представлена на рис.7.1.
Рис.7.1.Схема для определения зажимного усилия Рз.
Где М-крутящий момент (резания) Нмм Рз-зажимающая силаН D-диаметр заготовки(наружный)мм R-радиусы мм α-угол град К-коэффициент надежности закрепления Р2-составляющая силы резания Н f1-коэффициент трения опорных элементов f2-коэффициент трения зажимных элементов.
Где Nрез – мощность резания; V- скорость резания;
Nрез=23 кВт; V=758 ммин.
При фрезеровании паза возникает сила резания Рz которая состоит из горизонтальной составляющей Рн сдвигающей заготовку в осевом направлении и вертикальной составляющей Рv опрокидывающей заготовку вокруг точки 0.
Уравнение надежности закрепления
а) действию силы Рн:
Условие надежности имеет вид:
От действия силы Рv заготовка может повернуться вокруг точки 0 так как на нее действует момент М=Р
Pz"=3642290140=7544 H
Определение коэффициента надежности закрепления К:
k=k0+k1+k2+k3+k4+k5+k6
где k0 – гарантированный коэффициент запаса k0=15;
k1 – коэффициент учитывающий степень затупления инструмента k1=12;
k2 – коэффициент учитывающий неравномерный припуск k2=12;
k3 – коэффициент учитывающий прерывистость резания k3=12;
k4 – коэффициент учитывающий непостоянство сил закрепления k4=13;
k5 – коэффициент учитывающий непостоянство сил закрепления при
ручном приводе k5=12;
k6 – коэффициент учитывающий непостоянство положения сил на поверхностях контакта установочных элементов с заготовкой k6=1.
Определение силы зажима Рз для надежного закрепления заготовки:
K= 15121212131210=404
Рз = Pz’+ Pz"=3035+ 7544=3789Н;
Рз=РзК=3789404=15309 Н;
7.2.Определение исходной силы Ри
Схема для определения исходного усилия на рис.7.2.
Рис.7.2.Схема для определения исходного усилия
Ри= rср tg(α+φ3)+13*f1*((ДН3- d103) (ДН2- d102))(l3*l4)+ (l5+l4)**Рз
Где rcр - средний радиус резьбы rcр=17; α3- угол подъема резьбы винта
α3=30°; φ3 приведенный угол трения в резьбе φ3=10°30’; - КПД = 085; f1-коэффицент трения опорных элементов Dн-наружный диаметр опорного торца или гайки мм; d10-диаметр резьбы винта мм; L4-расстояние от края детали до опоры мм; L5-плечомм Рз- сила зажима Н;
Ри = 17*10-3 tg(4+1030’)+13*((2083-123)(2082-122))104*62+(62+62)*095* 15309=846 Н ≤ 150 Н.
Так как равенство выполняется считаем усилие зажима достаточным.
8.Расчет приспособления на точность
Расчетным параметром точности приспособления является отклонение от параллельности оси симметрии призм относительно поверхности шпонки.
Схема установки заготовки в приспособлении представлена на рис.8.1.
Рис.8.1.Схема установки заготовки в приспособлении.
Определяем допуск на изготовление приспособления Тпр мм для обеспечения точности размера 18+0.05(ширина паза) по формуле:
Тпр=Т-КтKт1б)2+з2+у2+и2+п2+(Kт2-w)2
где Т – допуск на обработку мм;
Kт – коэффициент учитывающий отклонение рассеяния значений составляющих величин от закона нормального распределения Kт = 11;
Kт1 коэффициент учитывающий уменьшение предельного значения погрешности базирования при работе на настроенных станках Kт1 = 08;
Kт2 коэффициент учитывающий долю погрешности обработки в суммарной погрешности вызванной факторами не зависящими от приспособления Kт2= 07;
б погрешность базирования заготовки мм;
з погрешность закрепления мм;
у погрешность установки приспособления на станке мм;
и погрешность связанная с износом элементов приспособления мм;
п погрешность от перекоса режущего инструмента мм;
w экономическая точность обработки паза w = 025 мм.
Т. к. совмещены измерительная и установочная базы (оси симметрии заготовки и призмы) а погрешностями расположения и формы базовых поверхностей можно пренебречь.
Погрешность закрепления з=0 т.к. при закреплении не происходит смещения заготовки в направлении выдерживаемого размера.
Погрешность установки приспособления на станке:
где s – максимальный зазор между шпонкой и пазом стола при посадке N9h9 s=0043мм;
l – длина обрабатываемой детали.
у= (284*0043)277=004
Погрешность от смещения инструмента:
где Δн - точность деления шкалы механизма перемещения фрезы
Тщ - точность изготовления щупа Тщ = 0004 мм.
П=0005+0004=0009 мм.
Погрешность из-за износа установочных элементов приспособления:
и=0 т. к. паз располагается симметрично относительно изнашиваемой поверхности призмы.
Таким образом расчет допуска на изготовление приспособления
Тпр=05-11(08 0)+0+0042+00092+0+(07004)2=012 мм.
Таким образом для выбранного расчетного параметра допуском на приспособление является отклонение от параллельности оси симметрии призм относительно боковой поверхности шпонки равное 012 мм.
9.Прочностные расчеты деталей приспособления
Исходя из конструкции приспособления следует что наиболее нагруженными элементами являются рычаг и шпилька. Эти элементы следует рассчитать на прочность. Эскиз рычага см. рис.9.1.
Рис.9.1. Эскиз рычага
Размеры сечения прихвата (изготовленного из стали 45) можно определить из формулы
изг =Миз Z = 6Wl1 (bп*hп)
Где изг – напряжение при изгибе ( допускаемое напряжение для стали 45 после улучшения [изг] = 215МПа); W – обеспечиваемая сила зажима (W=33661 Н); bп – ширина опасного сечения прихвата мм; hп - высота сечения прихвата ( принимаем hп = 17 мм)
Определяем ширину сечения путем приравнивания изг = [изг]:
bп = 6Wl1 [изг] hп2 = 63366162215172 =21мм
Наиболее нагруженным элементом приспособления можно считать шпильку которая является опорой прихвата и на которую действует растягивающая сила равная 2Рз. Шпилька работает на растяжение. Ее опасным сечением является внутренний диаметр резьбы d’ который определяется по формуле:
где С – коэффициент (для метрических резьб С=14); [ρ] – допускаемое напряжение при растяжении (для стали 45 после улучшения при пульсирующей нагрузке [ρ]= 170МПа).
Определяем внутренний диаметр резьбы
d’ = 14√215309170 = 18 мм
По ГОСТ 22043-76 принимается шпилька Шпилька 2М10x125-6gx35 из стали 45 с внутренним диаметром резьбы d’ = 10 мм.
10.Расчет экономической эффективности применения приспособления
Создаваемое приспособление (вариант 2) призвано заменить применяемое (вариант1) подобной конструкции.
Штучное время обработки каждой заготовки составляют tшт1 = 1008мин = 0018ч. (tшт2 = 0671 мин = 00116 ч). Часовая ставка рабочего первого разряда s1= 0.418 руб. (повременная оплата труда); разряд работы – третий т.е. разрядный коэффициент m3 = 1203. Старое приспособление состояло из 23 деталей; новое приспособление состоит из 20 деталей т.е. zn1 =23 zn2 =20. Для старого приспособления Cn1=3руб. для нового Cn2=4руб. Для обоих приспособлений срок службы принимается равным трем годам т.е. коэффициент проектирования qп =05; коэффициент эксплуатации qэ = 025; годовой выпуск N=400Расчет ведется из принятого условия что оба приспособления надо проектировать и изготавливать.
Основная зарплата на выполнение операции в приспособлениях:
Lз1=tшт1s1m3=001804181203=00091руб;
Lз2= tшт2s1m3= 0011604181203=00068 руб.
Стоимость изготовления приспособления:
А1 = zn1 Cn1=233=69руб.;
А2= zn2 Cn2=334=132руб.
Технологическую стоимость обработки в старом (1 вариант) и новом (вариант 2) приспособлениях можно определить по формулам:
Вариант1 Ст1=Lз1(1+)++qэ=00091(1+)+(+025)=015=80 руб
Ст2=Lз2(1+)++qэ=00068(1+)+(+025)=035=14руб
Годовой объем выпуска деталей N при котором оба сопоставляемых варианта приспособления будут в экономическом отношении равноценны определяется по формуле:
Из расчетов следует что выгоднее с экономической точки зрения применение второго (более дорогого но более производительного) варианта приспособления.
Экономический эффект от применения нового приспособления в расчете на одну деталь составит:
Э = Ст2-Ст1 =03514-01580= 01934 руб
Годовой экономический эффект от применения приспособления на весь объем выпуска деталей определяется по формуле:
Эг=ЭN=01934400=7736 руб.
Срок окупаемости дополнительных затрат определяется по формуле:
Таким образом использование разрабатываемого приспособления экономически оправдано так как экономический эффект от его применения при заданном объеме выпуска деталей составит 01934 рублей в год. Дополнительные затраты на создание и использование нового приспособления окупаются менее чем за один месяц его эксплуатации.
В результате курсовой работы было спроектировано приспособление для вала а так же рассчитаны силы зажима исходного усилия произведен расчет на точность и прочность выявлена экономическая эффективность.
Библиографический список
Кузнецов Ю.И. Станочные приспособления для металлорежущих станков с ЧПУ Ю.И. Кузнецов [и др.]. – Киев 1984. – 156 с.
Корсаков В.С. Основы конструирования приспособлений В.С. Корсаков. – М.: Машиностроение 1983. – 227 с.
Справочник технолога машиностроителя: 2-х томах 3-е издание т. 2 под ред. А.Н. Малова. – М.: Машиностроение 1972. – 568 с.
Горохов В.А. Проектирование и расчет приспособлений: учеб. пособие для студентов вузов машиностроительных специальностей В.А. Горохов.–Минск высш. шк. 1986.–238 с.
Уткин Н.Ф. Приспособления для механической обработки: 2-е издание переработ. и доп. Н.Ф. Уткин. – Л.: Лениздат 1983. – 175 с.
Микитянский В.В. Точность приспособлений в машиностроении В.В. Микитянский. – М.: Машиностроение 1984. – 128 с.
Станочные приспособления: справочник. Т.1 под ред. Б.Н. Вардашкина [и др.]. – М.: Машиностроение1984.– 592 с.
Станочные приспособления: справ. Т.2 под ред. Б.Н. Вардашкина [и др.] – М.: Машиностроение 1984.– 656 с.
Кузнецов Ю.И. Оснастка для станков с ЧПУ: справочник Ю.И. Кузнецов [и др.].– М.: Машиностроение 1983.–350 с.
Полетаев В.А. Птуха Л.И. Технологическая оснастка: Учебное пособие В.А. Полетаев Л.И. ПтухаИГЭУ.– Иваново 2005. – (гриф УМО).–188 с.
Серебреницкий П.П. Краткий справочник технолога-машиностроителя П.П. Серебреницкий. – СПб: Политехника 2007. –951 с.
Горохов В.А. Проектирование и расчет приспособлений: учебник В.А. Горохов А.Г. Схиртладзе. –Старый Оскол: ТНТ 2008.–304 с.
Матвеев В.Н. Технологическая оснастка: учебное пособие В.Н. Матвеев А.П. Абызов Н.А. Чемборисов. – Старый Оскол: ТНТ 2012. – 232 с.
Схиртладзе А. Г. Технологическая оснастка машиностроительных производств: учебное пособие для вузов. Т. 1 А. Г. Схиртладзе В. П. Борискин. – 2-е изд. перераб. и доп. - Старый Оскол: ТНТ 2008. – 548 с.
Схиртладзе А. Г. Технологическая оснастка машиностроительных производств: учебное пособие для вузов. Т. 2 А. Г. Схиртладзе В. П. Борискин. – 2-е изд. перераб. и доп. – Старый Оскол: ТНТ 2008. – 520 с.
Схиртладзе А.Г. Технологическая оснастка машиностроительных производств: учебное пособие для вузов. Т. 3 А. Г. Схиртладзе В. П. Борискин. – 2-е изд. – Старый Оскол: ТНТ 2009. - 540 с.
Схиртладзе А.Г. Технологическая оснастка машиностроительных производств: учеб.пособие для вузов. Т. 5 А. Г. Схиртладзе С. Н. Григорьев В. П. Борискин. – Старый Оскол: ТНТ 2012. – 572 с.
Схиртладзе А.Г.. Технологическая оснастка машиностроительных производств: учебное пособие для вузов. Т. 4 А. Г. Схиртладзе С. Н. Григорьев В. П. Борискин. - Старый Оскол: ТНТ 2012. – 392 с.
Схиртладзе А. Г. .Технологическая оснастка машиностроительных производств: [учебное пособие для вузов]. Т. 6 А. Г. Схиртладзе С. Н. Григорьев В. П. Борискин. - Старый Оскол: ТНТ 2012. – 452 с.
Горохов В.А Проектирование технологической оснастки: учебник В.А. Горохов А.Г. Схиртладзе. – Старый Оскол: ТНТ 2013. – 432 с.
Тарабарин О.И. Абызов А.П. Ступко В.Б. Проектирование технологической оснастки в машиностроении: Учеб. пособие. 2-изд. испр. и доп. – СПб.: Издательство Лань2013.-304с.: ил. – (Учебники для вузов)
Полетаев В.А. Технологическая оснастка: Практикум ФГБОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В. И. Ленина».- Иваново 2013.-108 с.
Полетаев В.А. Технологическая оснастка: Учеб. Пособие ФГБОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В. И. Ленина».- Иваново 20007.-84 с.

Спецификация УСП.cdw

УСП для фрезерования
Шпонка 7031-0621 ГОСТ 14737-69
Плита прямоугольная ГОСТ 15188-70
Призма опорная ГОСТ 14446-69
Болт 2М6x20 ГОСТ 15589-70
Установ угловой (для
шпильки) ГОСТ 13445-74
станочных приспособлений
Прихват 7011-0601 ГОСТ 4736-69
Гайка М12 (S18) ГОСТ 15526-70
Болт М10x40 ГОСТ 15590-70
Шайба A 1.37 ГОСТ 10450-78

УСП на Вал.cdw

Технические требования
Непараллельность общей оси шпонок поз. 1
плоскости опор не более 0
Перед сборкой резьбовые соединения покрыть
слоем смазки И-20А ГОСТ 4454-85.
Требования к деталям УСП по ГОСТ 15636-70.
УСП для фрезерования