Разработка станочного приспособления для сверления отверстий

ПЗ.docx

Станочные приспособления – технологическая оснастка определенного вида предназначенного для надежного закрепления и правильного базирования заготовки на станке с целью последующей механической обработки.
Приспособления применяют на разных технологических этапах производства где необходима жесткая фиксация деталей и узлов: обработка металлов резанием контроль сборка. Но наибольшую популярность имеют именно станочные приспособления сложность и габариты которых зависят от рода технологического процесса конфигурации изготавливаемой детали и серийности производства.
В общем объеме средств технологического оснащения примерно 50% составляют станочные приспособления. Применение станочных приспособлений позволяет:
надежно базировать и закреплять обрабатываемую деталь с сохранением ее жесткости в процессе обработки;
стабильно обеспечивать высокое качество обрабатываемых деталей при минимальной зависимости качества от квалификации рабочего;
повысить производительность и облегчить условия труда рабочего в результате механизации приспособлений;
расширить технологические возможности используемого оборудования.
Проектирование специальных приспособлений обычно осуществляется в две стадии:
При разработке технологического процесса технолог намечает принципиальную схему приспособления. Он выявляет базы для каждой операции намечает направление усилий зажима в приспособлениях и точки приложения этих усилий.
Конструктор по намеченным в разработанном технологическом процессе схемам проектирует приспособления осуществляя компоновку и конструктивное оформление всех их элементе.
Значительная часть времени при обработке на станках затрачивается на установку зажатие и снятие обрабатываемой детали. Поэтому сокращение времени на выполнение этих приемов имеет существенное значение для повышения производительности труда при обработке на станках.
При конструировании приспособлений к станкам при больших программах выпуска должно быть обращено особое внимание на уменьшение или полное исключение ручных приемов связанных установкой зажимом и снятием деталей обрабатываемых в приспособлениях. В большей степени поддаются автоматизации устройства установки зажима и снятия деталей на токарных станках высокой производительности для обработки мелких и средних деталей.
Механизация приспособлений путем замены ручных зажимов приводными от силовых устройств (пневматических гидравлических и пневмогидравлических) получает все большее развитие.
В данном курсовом проекте необходимо разработать станочное приспособление для обработки конкретной детали для массового производства выбрать зажимные устройства рассчитать погрешности базирования и закрепления а также освоить навыки разработки станочных приспособлений.
Исходные данные по заданию
Материал: Сталь конструкционная углеродистая качественная 40.
Сталь 35 применяется для изготовления деталей невысокой прочности испытывающие небольшие напряжения: оси цилиндры коленчатые валы шатуны шпиндели звездочки тяги ободы траверсы валы бандажи диски и другие.
Свойства стали представлены в таблице 1.1 – 1.4
Таблица 1.1 – Массовая доля основных химических элементов
Массовая доля основных химических элементов %
Таблица 1.2 – Температура критических точек
Температура критических точек °С
Таблица 1.3 – Технологические свойства
Технологические свойства
Температура ковки °С: начала 1250 конца 800. Заготовки сечением до 400 мм охлаждаются на воздухе.
Ограниченно свариваемая.
Способы сварки: ручная дуговая сварка автоматическая дуговая сварка электрошлаковая сварка. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка. Контактная сварка без ограничений.
Обрабатываемость резанием
В горячекатаном состоянии при HB 170 и в= 520 МПа: Kv твердый сплав= 12; Kv быстрорежущая сталь= 105
Склонность к отпускной хрупкости
Таблица 1.4 – Физические свойства
Температура испытаний °С
Модуль нормальной упругости E ГПа
Модуль упругости при сдвиге кручением G ГПа
Коэффициент теплопроводности λ Вт(м*К)
Удельное электросопротивление ρ нОм*м
Коэффициент линейного расширения α*106 K-1
Удельная теплоемкость c Дж(кг*К)
Чертёж детали которую необходимо изготовить в соответствии с заданием представлен на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 Чертёж детали
Произведём расчёт режимов резания при сверлении.
Глубина резания мм принимается равной половине диаметра сверла:
где Dдиаметр сверла мм.
Подача ммоб может быть принята по таблицам справочной литературы или рассчитана как:
где Cs коэффициент зависящий от механических свойств материала;
х показатель степени равный 06 для сверления инструментом из быстрорежущей стали;
Ks поправочный коэффициент вводимый при длине сверления более трёх диаметров сверла.
Подачу принимаем равной Sф = 055 ммоб.
Расчётную скорость резания ммин рассчитаем по формуле:
где Т расчётная стойкость сверла примем равной 30 мин.
Поправочный коэффициент равен произведению ряда коэффициентов:
где поправочный коэффициент зависящий от обрабатываемого материала рассчитывается как:
где nV коэффициент зависящий от предела прочности материала принимаем равный 09.
коэффициент зависящий от состояния поверхности принимаем 1;
коэффициент зависящий от глубины сверления принимаем 1.
По таблице определяем коэффициенты и показатели степени подставляем найденные значения в формулу для определения скорости получаем:
Расчётная частота вращения:
Полученную частоту вращения сравниваем с имеющейся на металлорежущем станке 2К52 (nф ≤ nр) и принимаем ближайшую меньшую nф =393 обмин.
Подсчитаем фактическую скорость резания:
Крутящий момент потребный на резание:
Рассчитаем осевую силу по формуле:
где и коэффициенты крутящего момента и осевой силы;
ZM и ZP показатели степени влияния диаметра сверла на величину момента и осевой силы;
YM и YP показатели степени влияния подачи на величину М и Р0;
КМ и КР поправочные коэффициенты на изменённые условия определяются как:
Базирование. Погрешность базирования
Базирование придание заготовке соответствующего положения в системе координат металлорежущего станка необходимого для выполнения заданной части технологического процесса (операции).
Для базирования заготовки или детали её необходимо лишить6-ти степеней свободы(рис. 2.1).
Рисунок 2.1 - Шесть степеней свободы твердого тела
По лишаемым степеням свободыбазы могут быть:
-двойная направляющая;
Установочная база- поверхность или заменяющее её сочетание поверхностей определяющая положение детали при помощитрёх опорных точек лишающих деталь трёх степеней свободы: одного перемещения вдоль оси (z) и двух поворотов вокруг двух других осей параллельных осямxиy. Как правило это плоскость детали причём имеющая наибольшую площадь.
Направляющая база- поверхность или заменяющее её сочетание поверхностей определяющая положение детали при помощидвух опорных точек лишающих деталь двух степеней свободы: одного перемещения вдоль оси (x) и одного поворота вокруг другой оси (yилиz). Обычно это поверхность наибольшей протяженности при наименьшей ширине.
Опорная база- поверхность определяющая положение детали при помощи одной точки лишающей одной степени свободы: перемещение вдоль оси (xyx) или поворот вокруг оси (xyx).
Как правило это поверхность с наименьшими габаритными размерами.
Двойная направляющая база- поверхность определяющая положение детали при помощи четырёх опорных точек лишающих деталь четырёх степеней свободы: двух перемещений вдоль осей (xиy) и двух поворотов вокруг осей параллельных осямxиy. Обычно это длинная цилиндрическая поверхность с отношением длины цилиндрической поверхности к её диаметру:ld > 08.
Двойная опорная база- поверхность определяющая положение детали при помощи двух опорных точек лишающих деталь двух степеней свободы: два перемещения вдоль осей (xиy). Как правило это короткая цилиндрическая поверхность с отношениемld 08.
Для повышения точности изготовления деталей необходимо стремиться к тому чтобы конструкторские и технологические базы представляли собой одни и те же поверхности — принцип совмещения баз. Если эти базы не совпадают возникает погрешность базирования — несоответствие получаемых размеров заданным.
2 Основные схемы базирования
При базировании по правилу шести точек заготовка устанавливается в приспособлении на шесть опорных точек. Нижняя поверхность заготовки (выбирается как правило наибольшего размера) устанавливается на 3 точки и является установочной поверхностью. Боковая поверхность с двумя опорными точками является направляющей поверхностью для которой выбирают поверхность наибольшей протяжённости. Поверхность с одной опорной точкой является опорной поверхностью. На рисунках 2.22.5 представлены основные схемы базирования.
Рисунок 2.2 Схема базирования призматических заготовок
Рисунок 2.3 Схема базирования цилиндрических заготовок
Рисунок 2.4 Схема установки длинной цилиндрической заготовки в призме
Рисунок 2.5 Схема базирования коротких цилиндрических заготовок
Схему расположения опорных точек на базах детали называетсясхемой базирования.
Опорная точкаточка символизирующая одну из связей заготовки или изделия с выбранной системой координат.
Все опорные точки на схеме базирования обозначаются условными знаками и порядковыми номерами. Нумерация точек на схемах базирования начинается с главной базы (установочная или двойная направляющая). Затем нумеруются точки направляющей или двойной опорной базы и последней точка принадлежащая опорной базе. Явные точки нумеруются внутри одной базы в первую очередь.
Схема базирования(установки) выбирается в соответствии с ГОСТ 21495-76 (схема базирования) "Базирование и базы в машиностроении" или условные обозначения по ГОСТ 3.1107-81 (схема установки) "ЕСТД Опоры зажимы и установочные устройства. Графические обозначения".
Для изготовления детали по исходным данным принимаем схему базирования представленную на рисунке 2.5.
Для базирования заготовки используются зажимное устройство опоры 13 сохраняющие положение детали и установочные пальцы 45 которые не допускают поворота детали вокруг своей оси.
4 Расчёт погрешности базирования
Определяем предельные отклонения диаметра инструмента и заготовки. Данные приводим в таблице 2.4.
Таблица 2.4 Параметры отклонений
Номинальный размер мм
Сверло общего назначения
При базировании по схеме приведённой на рисунке 2.6 погрешность базирования б=0 т.к. такая установка лишает шести степеней свободы и удовлетворяет принципу совмещения баз.
Рисунок 2.6 Принятая схема базирования
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.
Для реализации схемы базирования указанной на рисунке 2.5 необходимо выбрать или спроектировать установочные элементы приспособления.
Для закрепления используется установка в кондукторе с центрированием на цилиндрический палец с упором на три неподвижные опоры с применением зажимного устройства (рисунок 3.1)
Рисунок 3.1Общий вид закрепления
Заготовка устанавливается на три неподвижные опоры 13 размеры которых подбираются в соответствии с ГОСТ 3.1107-81 ЕСТД. «Опоры зажимы и установочные устройства. Графические обозначения». Условные обозначения установочных элементов показаны в таблице 3.1
Таблица 3.1 – Условные обозначения установочных элементов
Для базовых и установочных поверхностей допускается применять обозначение
Для предотвращения поворота детали вокруг своей оси в центральное отверстие диаметром 42 мм вставляется установочный палец 4 соответствующего размера.
Размеры подбираются в соответствии с ГОСТ 17774-72 «Пальцы установочные цилиндрические высокие. Конструкция». Общий вид представлен на рисунке 3.2.
Рисунок 3.2 Общий вид
Однако деталь имеет 1 паз в отверстии в которое вставляется палец и для предотвращения проворота детали в отверстии проектируется специальный установочный палец состоящий их двух. Чертёжи спроектированных элементов представлены на рисунках 3.3 и 3.4.
Рисунок 3.3 Установочный палец
Рисунок 3.4 срезанный палец
Схема действия сил при резании. Силы закрепления
В отличие от точения при сверлении участвуют не одна а три (две главные и одна поперечная) режущие кромки которые в совокупности определяют силовую нагрузку на сверло. Кроме этого при сверлении имеет место трение ленточек сверла о стенки обработанного отверстия что оказывает влияние на крутящий момент.
Равнодействующую силы резания на главной режущей кромке сверла можно разложить как при точении на три взаимно перпендикулярные составляющие:
) Рzтангенциальная действует в направлении вектора скорости резания;
)Рхсила подачи действует параллельно оси сверла;
)Рурадиальная действует радиально к оси сверла (рисунок 4.1).
Рисунок 4.1 Силы действующие при резании
1 Расчёт составляющих сил резания
Крутящий момент при сверлении определяется по формуле приведённой ранее в пункте 1:
Так же крутящий момент можно представить как:
Для определения тангенциальной силы Pz используем формулу крутящего момента приведённую выше тогда получим:
2 Расчёт силы закрепления
В процессе обработки на заготовку со стороны режущего инструмента действуют силы резания стремящиеся сдвинуть её с установочных элементов. Для того чтобы этого не произошло заготовку необходимо закрепить.
Для расчёта используем упрощённую схему показанную на рисунке 4.2 где Pз сила закрепления Rсоставляющая сил резания.
Рисунок 4.2Упрощнная схема действия сил
Сила зажима Pз и сила резания R действуют в одном направлении и прижимают заготовку к установочным элементам приспособления. Если сила R постоянна то сила Pз = 0. На практике всегда возникает какая-либо сдвигающая опрокидывающая или проворачивающая сила. В этом случаеРзбудет минимальна она не должна превышатьR. По расчётным данным составляющая силы равна Ро = 4 387 H.
Тогда получаем что R = Po = 4 387 Н. Сила Рз не должна превышать R принимаем Рз =1000 Н.
Расчёт рычажного механизма приспособления
1 Выбор схемы зажимного механизма
В качестве зажимного механизма используется крышка которая перемещается по пневмоцилиндру с механизмом самоторможением в виде клина.
Чертеж зажимного механизма в общем виде представлен на рисунке 5.1.
Рисунок 5.1 Общий вид зажимного механизма
Схему действия сил при зажиме подбираем согласно справочнику [1 c 408 таблица 15]. На рисунке 5.2 показаны основные силы действующие при зажиме заготовке.
Рисунок 5.2 Силы действующие при зажиме
2 Вычисляем ход по формуле:
где принимаем 03 мм;
допуск на размер заготовки мм (принимается из чертежа заготовки);
м – жёсткость зажимного механизма принимаем 14 000 м;
3 По таблице 15 [1 c 408] вычисляем силу закрепления заготовки и силу на приводе:
где Qp сила на приводе Н;
= 085 095 КПД принимаем 090.
Из формулы приведённой выше получаем выражение для определения силы на приводе:
5 Определяем реакцию R заготовки:
6 Механизм самоторможения.
Использование клиновых зажимов обусловлено простотой и компактностью конструкции быстротой действия и надежностью в работе. Обычно используются самотормозящиеся клинья.
Самоторможение обеспечивается при угле α = 12° однако для предотвращения того чтобы вибрации и колебания нагрузки в процессе использования зажима не ослабили крепление детали часто применяют клинья с углом α 12°.
7 Рассчитаем усилия и ход клина приняв угол α = 5°:
Подбор пневмопривода станочного приспособления
Пневмоцилиндры двустороннего действия применяют в тех случаях когда требуется передавать рабочее усилие при линейных перемещениях в обоих направлениях например при перемещении установке подъеме и опускании рабочих органов машин и других производственно-технологических операциях.
Принципиальное отличие пневмоцилиндров двустороннего действия заключается в том что в них как прямой так и обратный ходы поршня осуществляются под действием сжатого воздуха при попеременной его подаче в одну из полостей в то время как другая соединена с атмосферой.
Перемещение штока в любом направлении является рабочим и может осуществляться под нагрузкой. При обратном ходе поршня штоковая полость находится под избыточным давлением что связано с необходимостью установки дополнительных уплотнений на поршне и в передней крышке для предотвращения утечек сжатого воздуха по штоку.
В поршневых пневмоцилиндрах одностороннего и двустороннего действия практически все элементы а также способы их крепления одинаковы. Конструктивное исполнение пневмоцилиндров может быть различным в зависимости от их типоразмера и области применения. Наиболее распространенным способом крепления корпусных деталей пневмоцилиндров с диаметром поршня до 25 мм (иногда — до 63 мм) является завальцовка гильзы в крышках. Такая конструкция имеет существенный недостаток: пневмоцилиндры не подлежат ремонту. Если диаметр поршня свыше 32 мм то традиционным способом крепления остается стягивание крышек и гильзы шпильками. Удобны в эксплуатации и фактически не имеют ограничений по диаметру поршня пневмоцилиндры крышки которых присоединены болтами к цельнотянутой спрофилированной гильзе.
Различные условия работы пневмоцилиндров обусловливают различные способы их монтажа. Способ монтажа существенно влияет на эксплуатационные показатели пневмопривода и ведомого механизма. Поэтому его необходимо выбирать так чтобы:
– на штоке не возникали радиальные нагрузки;
– шток не потерял устойчивость в полностью выдвинутом положении.
Для неподвижного и для подвижного способов монтажа (рис. 6.1) выпускаются различные элементы крепежа.
Рисунок 6.1 Способы монтажа пневмоцилиндров
В случаях неподвижного монтажа кроме варианта непосредственного крепления пневмоцилиндров на оборудовании применяют фланцы (рисунок 6.1 а) и лапы (рис. 6.1 б). Для обеспечения подвижности пневмоцилиндра во время работы используют цапфы (рис. 6.1 в) поворотные оси или проушины (рис. 6.1 г).
Соединения штока с механизмом также выполняют различными способами (рис. 6.3).
Рисунок 6.3 Элементы соединений штоков пневмоцилиндров с ведомыми механизмами
Неподвижные соединения реализуются с помощью наружной (рис. 6.2 а) или внутренней резьбы на конце штока.
Несовпадение траекторий движения конца штока и монтажного звена ведомого механизма приводит к появлению радиальных усилий на штоке и соответственно к ускоренному износу гильзы поршня штока направляющих втулок и уплотнений. Если при жестком способе крепления штока вследствие условий эксплуатации или особенностей конструктивного исполнения оборудования невозможно предотвратить возникновение радиальных нагрузок на шток необходимо применять подвижные переходные крепежные элементы — вилкообразные головки (рис. 6.2 б) шарнирные наконечники — серьги (рис. 6.2 в) или соединительные муфты (рис. 6.2 г).
Серьги содержащие шаровой элемент разрешают поворот оси присоединительного отверстия на несколько градусов а муфты допускают также и радиальное смещение штока и ведомого механизма на несколько десятых долей миллиметра.
Следует иметь в виду что предельно допустимые осевые нагрузки на шток зависят от способа монтажа. Хотя напряжения в штоке от чистого сжатия невелики при больших рабочих ходах возможна потеря устойчивости вследствие продольного изгиба.
При монтаже необходимо соблюсти меры исключающие возможность повреждения цилиндров в особенности штоков и попадания загрязнителей в их внутренние полости. Места установки пневмоцилиндров должны быть доступны для обслуживания в процессе эксплуатации.
Подбираем параметры пневмоцилиндра по ГОСТ 15608-81 исходя из значения Qр= Н которое показывает необходимую силу на приводе.
Выбираем пневмоцилиндр без торможения с креплением на лапках со следующими параметрами:
Давление Р = 063 МПа.
Диаметр цилиндра D = 200 мм.
Диаметр штока d = 40 мм.
Толкающее статическое усилие на штоке Qтолк = 17 800 Н.
Тянущее статическое усилие на штоке Qтян = 17 100 Н.
Проверим подходит ли выбранный пневмоцилиндр под условия:
где – КПД пневмоцилиндра = 085 09.
Исходя из того что потребное толкающее усилие входит в интервал 161421660517091 значит выбранный пневмоцилиндр удовлетворяет необходимым условиям.
Соединительную часть штока принимаем резьбовой с резьбой М24 х15 мм.
Общий вид выбранного цилиндра представлен на рисунке 6.3.
Рисунок 6.3 Общий вид цилиндра без торможения с креплением на лапах
В настоящее время машиностроение обязывает к проектированию все более и более совершенных точных экономически выгодных и производительных станков оборудования приспособлений и оснастки. Для решения поставленных задач необходимо наличие практических и теоретических знаний понимания основных закономерностей функционирования приспособлений и станочных узлов.
В ходе выполнения курсовой работы было разработано станочное приспособление для обработки исходной детали для массового производства. Работа выполнялась в несколько этапов:
Расчёт основных параметров при сверлении таких как крутящий момент осевая сила и др. построение схемы действия сил.
Принятие схемы базирования и расчёт её погрешности.
Выбор зажимных устройств установочных элементов и их обоснование;
Проектирование персонального установочного элемента.
Разработка применения механизма самоторможения.
Подбор пневмоцилиндра.
Выполнение чертежей.
Так же большую часть работы составляет графическая часть которая включает в себя чертежи установочных элементов приспособления и зажимного механизма.
Разработанное приспособление выполнено согласно всем нормам и ГОСТам с соблюдений условий прочности и жесткости всех узлов и может быть воплощено в металле.
Станочные приспособления: Справочник. В 2-х т. Ред. совет: Б.Н. Вардашкин(пред.) и др.М.: Машинострение1984. Т.1Под ред. Б.Н. Вардашкина А.А. Шатилова 1984. 592с. ил.
Терешко Ю.Д. и др. Материаловедение и технология материалов: Учебное пособие. 2-е изд. доп. Ю.Д. Терешко С.В. Петров А.И. Егоров. Гомель: Бел ГУТ 2004. - 131 с.
Марочник сталей и сплавов. 2-е изд. доп. и испр. А.С. Зубченко М.М. Колосков Ю.В. Каширский и др. Под общей ред. А.С. Зубченко Машиностроение 2003. 784с.: илл.
Цырлин М.И. Основные требования к оформлению пояснительных записок курсовых и дипломных проектов (работ): учеб. -метод. ПособиеМ.И. Цырлин; М-во образования Респ. Беларусь Белорус. гос. ун-т трансп. – Гомель: БелГУТ 2007. – 31 с.

Общий вид.cdw

Колесо зубчатое.cdw

Нормальный исходный контур
Коэффициент смещения
Степень точности по ГОСТ 1643-81
Сталь40 ГОСТ1050-2013
КП1.ПдляОМ.МО41.2019.06.01.00

титульный содержание1.docx

Министерство транспорта и коммуникаций Республики Беларусь
Учреждение образования
«Белорусский государственный университет транспорта»
Кафедра «Материаловедение и технология материалов»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
«Приспособления для обработки материалов»
Разработка технологического приспособления
студент группы МО-41
Исходные данные по заданию .
Базирование. Погрешность базирования ..
Выбор установочных элементов ..
Схема действия сил при резании. Силы закрепления
Расчёт рычажного механизма приспособления ..
Подбор пневмопривода станочного приспособления

Деталировка.cdw