3D модель УСП приспособления для сверления + магистерская контрольная работа

приспособление УСП для сверления отв в головке болта.doc

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Отдел «Магистратура»
Заочная форма обучения
По дисциплине: «Современные системы технологической оснастки»
Кафедра: «Технологии производства авиационных комплексов специального назначения»
Выбрать систему и представить эскизный проект приспособления для установки винта нажимного (черт.9) при сверлении отверстия 5мм.
Период выпуска – полгода.
Штучное время выполнения операции - tШТ. = 5 мин.
Объем выпуска 10000шт. изделий в год.
Выбор системы приспособления .
Разработка теоретической схемы базирования ..
Выбор установочных элементов и разработка эскиза установки заготовки
Расчет погрешности обработки заготовки .
Разработка схемы действия сил и определение величины силы зажима заготовки .
Выбор конструкции зажимного механизма и расчет параметров силового привода
Разработка эскиза конструкции приспособления и описание его работы
Список использованной литературы
Выбор системы приспособления.
Выбор системы приспособления которая может быть взята за основу для оснащения технологической операции осуществляется в соответствии с ГОСТ 14305-73.
В соответствии с ГОСТ 14305-73 выбор системы технологической оснастки (станочных приспособлений) производится по коэффициенту загрузки приспособления операцией (Кз) и продолжительности эксплуатации по графику зон рентабельности систем технологической оснастки (рис. 1.).
Тшт.к – штучно-калькуляционное время мин
N – годовая программа деталей шт
F – годовой фонд времени работы оборудования ч.
Рис. 1 - График зон рентабельности систем приспособлений.
Исходные данные позволяют установить что станочное приспособление предназначено для оснащения нового технологического процесса. Тип производства в условиях которого будет проводиться обработка - серийное. Количество деталей обрабатываемое с одной наладки оборудования (размер партии) n = 80 шт.
Как следует из характеристики систем приспособлений в условиях серийного производства целесообразно использовать системы УНПСРПСНП и УСП. Для ориентировочного выбора системы определим коэффициент загрузки приспособления Кз.
Для серийного производства определим норму штучно-калькуляционного времени:
n – размер партии изделия
Тпз – подготовительно-заключительное время.
Штучно-калькуляционное Тшт определяет норму времени – время выполнения определённого объёма работ в конкретных производственных условиях одним или несколькими рабочими. В состав штучно-калькуляционного времени входит помимо штучного времени ещё и время на подготовку рабочих и средств производства к выполнению технологической операции и приведение их в первоначальное состояние после; её окончания – подготовительно-заключительное время Тпз. Это время необходимо для получения задания приспособлений оснастки инструмента установки их для наладки станка на выполнение операции снятие всех средств оснащения и сдачи принимаем Тпз =12 мин. В штучно-калькуляционное время подготовительно-заключительное время входит как доля его приходящаяся на одну заготовку. Чем большее число заготовок п обрабатывается с одной наладки станка (с одного установа в одной операции) тем меньшая часть подготовительно-заключительного времени входит в состав штучно-калькуляционного.
Определим коэффициент загрузки приспособления
По графику зон рентабельности систем приспособлений принимаем за основу системы УСП.
Разработка теоретической схемы базирования.
Решение задачи по разработке или уточнению теоретической схемы базирования сводится к определению:
- комплекта поверхностей заготовки используемых в качестве технологических баз;
- классификационных групп к которым относится каждая база (установочная направляющая и т.д.)
- количества и взаимного расположения опорных точек на каждой базе и степени свободы лишаемые каждой опорной точкой;
Разработанная теоретическая схема базирования представляется в виде отдельного эскиза заготовки.
Проанализировав чертеж детали и ее размерное описание приходим к выводу что в качестве технологических баз целесообразно использовать торец головки болта 12 мм со стороны резьбовой части т.к. она имеет наибольшие габаритные размеры она будет лишать деталь 3-х степеней свободы и называется установочной базой. Кольцевая поверхность в месте схода резьбы у головки болта с размерами М8 длиной 05мм (60-65-53) лишает деталь двух степеней свободы и будет являться двойной опорной базой.
На рис. 2 приведена теоретическая схема базирования винта нажимного.
Рис. 2 Теоретическая схема базирования.
Перемещения вдоль оси Х лишает точка 1 принадлежащая плоскости торца детали.
Вращения вокруг оси Z лишает точка 2 принадлежащая плоскости торца детали.
Вращения вокруг оси У лишает точка 3 принадлежащая плоскости торца детали.
Перемещения вдоль оси Z лишает точка 4 принадлежащая образующей цилиндрической поверхности М8 мм.
Перемещения вдоль оси У лишает точка принадлежащая образующей цилиндрической поверхности М8 мм.
Таким образом деталь лишена 5-ти степеней свободы и такая схема базирования является неполной. Все базы явные т.к. представлены реальными поверхностями.
Выбор установочных элементов и разработка эскиза установки заготовки.
Выбор установочных элементов для разработанной схемы базирования заготовки проводится по методическим указаниям кафедры «Реализация теоретической схемы базирования заготовок в приспособлении» [3].
Так как выбранный комплект баз состоит из цилиндрической поверхности и перпендикулярной к ее оси плоскости то по общему алгоритму находим что для такого комплекта баз разработан алгоритм "Б". По этому алгоритму выбираем ветвь в которой рассматривается комплект баз с наружней цилиндрической поверхностью. Так как цилиндрическая поверхность является двойной опорной базой и торцевая поверхность обработана то пройдя по блокам алгоритма находим что для данного случая рекомендуется применять установочные элементы в виде:
) три опоры с плоской головкой + узкая призма;
) втулка с опорным буртиком.
Выбираем 2) втулка с опорным буртиком так как масса и габаритные размеры заготовки невелики. На рис. 3 показана установка заготовки на выбранные установочные элементы.
Рис. 2 Реализация теоретической схемы базирования.
Рис. 3 Выбор установочных элементов.
Втулка с буртом – стандартный элемент набора УСП-12 ориентируется в с помощью наружной цилиндрической поверхности и торца буртика в отверстии элемента УСП-12 и закрепляется винтами через отверстие которые сделаны в планке.
Рис. 4 Планка 90×30×12 со втулкой.
Расчет погрешности обработки заготовки.
При проектировании сверлильных приспособлений следует учитывать что погрешности возникающие при обработке связаны не только с погрешностями базирования заготовки но и с погрешностями положения инструмента относительно установочных элементов. Поэтому в конструкцию приспособления вводятся кондукторные втулки назначением которых является определение положения и направление сверла.
Погрешности обработки определяются методом решения технологических размерных цепей. На рис. 5 6 показана размерная цепь.
Исходным звеном размерной цепи А0 является заданный размер от торца винта до оси обрабатываемого отверстия 9= 9±0180мм.
А1 - расстояние от торца втулки до оси отверстия в кондукторной планке;
А2 - расстояние от оси отверстия в кондукторной планке до оси наружного диаметра кондукторной втулки. Определяется как максимальный зазор в соединении кондукторная втулка-планка (посадка ) 12 ТА2=0029 мм.
А3 - расстояние от оси наружного диаметра кондукторной втулки до оси внутреннего диаметра отверстия под сверло. Эта несоосность допускается равной 0.005 мм для кондукторных втулок нормальной точности и 0.0025 мм для втулок повышенной точности;
А4 - расстояние от оси отверстия в кондукторной втулке до оси отверстия под сверло. Определяется как максимальный зазор между сверлом и отверстием по посадке () 5 ТА4=0014 мм.
Номинальные размеры допуски и координаты середин полей допусков на звенья А2; А3; А4 известны т.к. эти звенья принадлежат либо стандартным деталям (сверло кондукторная втулка) либо к стандартным соединениям.
Неизвестным являются номинал допуск и координата середины поля допуска звена А1 который необходим для настройки положения кондукторной планки относительно установочной втулки. Эти величины определяются по уравнениям теории размерных цепей
Рис. 6 Размерная цепь.
Из этих уравнений определяем
Звенья А2и А4 имеют значения номинальных размеров равные нулю поэтому А1=А0
Координаты середин полей допусков звеньев А2;и А4 также равны нулю т.к. смещение осей равновероятно в любую сторону поэтому
Уравнения (4) принимают вид
ТА1=ТА0-(ТА2+ТА3+ТА4)(5) [9]
Так как общая погрешность изготовления деталей складывается из большого числа элементарных погрешностей все из которых в данной работе не рассматриваются то следует сделать допущения что на долю погрешности статической настройки связанной с точностью изготовления приспособления мы можем отнести не более 50% допуска на изготовление соответствующего размера детали. Таким образом допуск на замыкающее звено будет равен
ТА0=05Т =05·(0180·2)=018мм.
ТА1=ТА0-(ТА2+ТА3+ТА4)=018-(0029+0005+0014)=0132мм.
Получается настроечный размер 9 ±0066мм.
Разработка схемы действия сил и определение величины силы зажима заготовки.
Расчет сил зажима может быть сведен к решению задачи статики на равновесие твердого тела (заготовки) под действием системы внешних и внутренних сил. К заготовке с одной стороны приложены масса заготовки и силы возникающие в процессе обработки с другой - зажимные силы и реакции опор. Под действием этих сил заготовка должна сохранить равновесие. При расчетах ориентироваться на положение сдвигавших сил и моментов при котором силы зажима получаются наибольшими.
При расчетах следует определить требуемую силу зажима с учетом коэффициента запаса К предусматривающего возможность увеличения силы и момента резания из-за ряда факторов.
Выбор направления точки приложения зажимной силы Q и построение схемы действия сил.
Исходными данными для определения силы зажима являются :
- схема установки заготовки разработана ранее;
- данные по режимам резания:
Разложение сил действующих на заготовку при сверлении отверстия.
По аналогии с точением силы возникающие при сверлении можно разложить на составляющие Рz Рy Рх каждая из которых может по-разному влиять на положение заготовки. Схема разложения сил показана на рис.7.
Рис. 7 Схема разложения силпри сверлении.
Эти силы приложенные к заготовке стремятся нарушить положение заготовки достигнутое при базировании. При правильной заточке сверла силы Ру уравновешивают друг друга и обычно в расчет не берутся. Поэтому осевая сила действующая на заготовку равна P0 = 2 Рх + Рп где Рп - сила на перемычке сверла а Рх - на режущих кромках. Силы Pzсоздают крутящий момент который стремится провернуть заготовку вокруг оси инструмента.
Определяем коэффициент запаса К.
Так как формула для расчета режимов резания не учитывает самых неблагоприятных моментов влияющих на величины сил и моментов резания то для обеспечения безопасности работы приспособления рассчитываем величину коэффициента запаса прочности К по формуле (6)
К = Ко×К1×К2×К3×К4×К5×К6 (6) [7]
Учитывая конкретные условия обработки принимаем:
Ко =2 - гарантированный коэффициент запаса
К1= 1 - чистовая база
К2 = 115 - учитывает затупление инструмента
К3 =12- учитывает ударную нагрузку на инструмент
К4 = 1 - учитывает стабильность механизированного привода
К5 =1 - характеризует удобство зажима (удобный зажим)
К6 =14 - учитывает определенность расположения опорных точек (неограни-
ченная зона контакта в пределах базы).
Следовательно К = 2×1×115×12×1×1×14 = 386
Согласно правил выбора направления силы Qсилу зажима направляем перпендикулярно установочной базе как имеющей наибольшую площадь контакта с установочным элементом - торцом втулки.
Так как заготовка представляет собой цилиндрическое монолитное тело то точку приложения сил зажима принимаем в одном месте расположенном по оси X (смотри рис.2) в точке "Г" проецирующиюся на опорный буртик установочного элемента.
Рис. 8 Схема действия сил для расчета силы зажима
На рис. 8 приведена схема действия сил на заготовку. Из схемы видно что осевая сила P0 действует на заготовку сверху-вниз стремясь опрокинуть ее относительно опорной точки буртика "А" (точка где кончается контакт базового торца заготовки с установочным элементом). Точка приложения силы P0 расположена симметрично по оси - I заготовки. Поэтому проворота заготовки относительно оси базового отверстия не будет. Момент Mкр. возникающий при сверлении стремится также опрокинуть заготовку но уже относительно точки "Б". Опрокидыванию заготовки под действием P0 и Мкр противодействуют моменты создаваемые силой зажима Q.
Составление уравнений равновесия.
Анализируя схему действия сил видим что в противодействии силам P0 и Мкр. участвует только сама сила зажима Q создавая сумму моментов относительно точек "А" и "Б". Составляем два уравнения равновесия из которых определяем величины сил зажима требуемых для обеспечения уравнений равновесия.
Силу зажима помещаем в центре заготовки.
Уравнения равновесия при действии силы Р0 [7]:
Уравнение равновесия при действии Мкр.
Для составления этого уравнения приводим Мкр. в точку "Б" (величина Мкр. при этом не меняется)
Q1Q2 – части силы зажима обеспечивающие равновесие уравнений.
Расчет величины силы зажима Q.
Для решения уравнения равновесия необходимо определить размеры плеч на которых действуют силы как опрокидывающие заготовку так и противодействующие опрокидыванию.
Из чертежа принимаем l2 = l3 = 6 мм (так как заготовка симметричная).
Таким образом подставляя Р0 и Мкр. получаем
Выбор конструкции зажимного механизма и расчет параметров силового привода.
Для выбора конструкции зажимного механизма учитывая используемое приспособление УСП что зажимной механизм должен выводиться из зоны установки заготовки за каждой деталью выбираем зажим от резьбового соединения с ручным приводом. При серийном производстве малых габаритных размерах небольших силах резания это самый подходящий привод. Кроме того конструкция зажимного механизма не требует большого хода прижима чтобы вывести заготовку из рабочей зоны. Т.к. приспособление УСП то используем стандартные элементы: прихват по ГОСТ 15367-70 7011-200 Болт М12×15 ГОСТ 15379-70 7002-2081 и 7002-2065. Основным параметром привода является болтовое соединение.
Рис. 9 Схема зажима заготовки.
Основание – планка соединительная
Маховик зажима – гайка с накаткой
Направляющая опора прижима – шпонка
Установочный элемент – втулка
Прокладка квадратная
Сила Q для надежного закрепления заготовки считается известной. Чтобы заготовка не сместилась при обработке вектор силы Q должен быть направлен перпендикулярно к
Опорным элементам приспособления и находиться в зоне многоугольника образованного отрезками прямых соединяющих точки контакта заготовки с опорами.
Пользуясь табл. 12 [4] по силе Q выбирают: номинальный внутренний и средний диаметры шаг резьбы Р а также находят возникающее в материале винта напряжение растяжения р.
Далее принимают для метрической резьбы угол при вершине =30º вычисляют угол подъема резьбы α=arctgQd и приведенный угол трения в резьбе φ=arctg (0.1 )= 6º40' (для метрической резьбы).
Исходя из условий закрепления заготовки выбирают конец нажимного винта или торец
По известным номинальному диаметру резьбы и шагу резьбы концу винта (торцу гайки) выбирают стандартный вид (гайку) выбирают стандартный винт (гайку). Для выбранного винта (гайки) определяют диаметр цилиндрического или радиус сферического конца винта; материал и твердость винта (гайки).
Вычисляют момент М который нужно приложить к винту (гайке) для создания силы закрепления.
По моменту М проверяют головку стандартного нажимного винта (гайку) на соответствие требованиям эргономики (табл. 14). Должно соблюдаться условие М≤Мэр. В противном случае следует использовать нажимные винты с шестигранной головкой (ГОСТ 13434 - 68 ГОСТ 13435 - 68) с шестигранным углублением «под ключ» (ГОСТ 9051 - 68 ) и стандартные шестигранные гайки (ГОСТ 5915 - 70 ГОСТ 15521 - 70 ГОСТ 5916-70 ГОСТ 15522 - 70 ГОСТ 15523 - 70).
Из ранее сделанных расчетов Q=1287Н затяжка контролируемая вмятины не допускаются нагрузка статическая.
По табл.[4] принимаем винт: М12 шаг резьбы: р = 15 мм d1(внутр.) = 10106мм d2(ср.)=10863 мм и р = 98Мпа;
Принимаем =30º φº=6º40’ и вычисляем
По табл. [4] вычисляем момент
М=1287[0.5×10.863×tg(2º30’+6º40’)+0.15×16×ctg118 º2]=30850 Нмм =30 8 Н·м.
Зная материал и твердость винта по табл. [4] находим [р] = 130 170 Мпа. Таким образом прочность винта на растяжение обеспечивается так как [р] = 130 170Мпа > 98Мпа.
(р – допустимое напряжение при растяжении; т - предел текучести – наименьшее напряжение при котором образец деформируется без заметного увеличения растягивающей нагрузки зависит от материала термообработки и вида нагрузки.
Разработка эскиза конструкции приспособления и описание его работы.
Приспособление собирается из стандартных элементов УСП-12.
Рис. 10. Общий вид приспособления УСП.
Гайка крепления кондукторной планки
После расчета и выбора всех элементов приспособления приступаем к проектированию общего вида приспособления.
Вначале вычерчивается в тонких линиях обрабатываемая деталь затем вычерчиваются установочные элементы (палец с буртом и опора) элемент для направления инструмента (кондукторная втулка) зажимной механизм (быстросменная шайба гайка и др.) и после этого оформляется корпус приспособления объединяющий все спроектированные элементы в единое целое приспособление. Остальные элементы могут быть собраны из стандартизированных заранее изготовленных элементов.
На общем виде приспособления проставляются все необходимые размеры
оформляются технические требования и составляется спецификация (Приложение
- чертеж приспособления).
Описание работы приспособления
Приспособление применяется для установки винта нажимного на вертикально-сверлильном станке при открытии отверстия 5мм.
В качестве установочных элементов применяются: втулка с внутренним отверстием 8мм. Торцем втулка соприкасается с торцем винта нажимного и лишает его трех степеней свободы является установочной базой. Внутренней цилиндрической поверхностью втулка лишает заготовку еще двух степеней свободы.
Установка приспособления на станок производится следующим образом.
Сверло или контрольный валик устанавливается и закрепляется в шпинделе сверлильного станка. В Т-образные пазы стола станка вводятся болты. Приспособление своим основанием в котором имеются отверстия одевается на два болта установленных в столе станка. Затем приспособление продвигается вдоль паза стола под шпиндель так чтобы сверло опустилось в кондукторную втулку. Это определяет положение приспособления относительно оси шпинделя. После этого затягиваются болты крепящие приспособление. Таким образом в установке приспособления на стол станка участвуют три базовые поверхности: нижняя плоскость горизонтальной плиты - установочная база отверстия для крепления приспособления - опорная база и отверстие кондукторной втулки – двойная опорная база.
Чтобы установить заготовку в приспособлении необходимо в ручную маховиком зажима ослабить болтовое соединение. Откинуть прихват передвижной в бок. Установить заготовку (винт нажимной) в установочную втулку до упора чтобы их торцы соприкоснулись. Установить прихват передвижной в вертикальное положение чтобы он касался второго торца заготовки (болта нажимного). Затянуть вручную маховик зажима моментом 308 Н·м.
Список использованной литературы.
С.А. Берберов Н.И. Берберова методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ» ДГТУ.
С.А. Берберов В.А. Лебедев Н.И. Берберова Выбор системы и проектирование технологической оснастки. Метод указания Ростов нД ДГТУ2015.
С.А. Берберов Н.И. Берберова. Реализация теоретической схемы базирования заготовок в приспособлениях. Метод. указания Ростов-на-Дону ДГТУ 2016.
Н.П. Терушкина Сборник примеров и задач по технологической оснастке Учебно - методическое пособие к выполнению практических самостоятельных и курсовых работ по дисциплине «Технологическая оснастка» «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Саров 2017.
Каталог. Универсально-сборные приспособления с пазами 12 мм. Киев 1972г.
Ш. Г. НАСЫРОВ. Технологическая оснастка. Методические указания к практикуму по дисциплинам: «Проектирование приспособлений» «Технологическая оснастка». Оренбург 2003.
С.А. Берберов В.А. Лебедев Н.И. Берберова Выбор системы технологической оснастки: метод. указания к выполнению практических работ по дисциплине «Проектирование систем технологической оснастки и специального оборудования». – Ростов-на-Дону: Донской гос. техн. ун-т 2018. – 25 с.
ГОСТ 31.111.41-93 Детали и сборочные единицы универсально-сборных приспособлений к металлорежущим станкам. Основные параметры. Конструктивные элементы. Нормы точности.
С.А. Берберов Н.И. Берберова методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ» ДГТУ.