Проектирование технологической оснастк

  Для сверл диаметра меньше 10 мм, для обеспечения целостности инструмента, крутящий момент рекомендуется рассчитывать по формуле:

                                             

Приравняв и   можно вычислить максимально возможные подачи для сверл малого диаметра при сверлении заданного материала (таблица 3).

                              

                                                   Таблица 4

Зависимость материала  от подачи.

Обрабатываемый материал	Сталь	Чугун	Медные сплавы	Алюминиевые сплавы
Максимально возможная  подача, мм/об	0,1	0,019	0,037	0,11

 

Для расчёта усилий зажима заготовки необходимо определить осевую силу при сверлении:                        Р = 10·С_р·D·S^Y·K_р, Н

                    

Силы, действующие на сверло в процессе резания, показаны на рис. 6. На каждую точку A режущей кромки сверла действует сила Р, которая может быть разложена на составляющие силы Рг, Ру и Рг, Действующие по осям X, Y и Z. Силы Ру на режущих кромках направлены навстречу друг другу и при симметричной заточке равны по величине, т. е. их действие на сверло равно нулю. Осевая сила, действующая вдоль сверла, Ро=2Рx+Рп.к+2Рл, где Рп.к - сила, действующая на поперечную кромку сверла; Рл - сила трения ленточки сверла о стенки отверстия.

                   

             Рис.6. Эскиз сил резания возникающих в процессе работы.

 

           

Момент проворота заготовки в приспособлении:

                                 , где

l - Плечо проворота, м,

Ро - осевая сила, Н

                        ,

 

Силы, действующие при сверлении в процессе резания, показаны на рис. 7.

 

                       

 

                   Рис.7. Эскиз сил возникающих при сверлении.

    

 

4. Уточнение схемы установки и зажима детали

                                

 

Рис.8 Технологический эскиз на операцию сверления отверстий в детали, установленной на цанговую оправку с приложением пневмозажима.

 

При выборе базовых поверхностей будем руководствоваться принципом  единства конструкторских и технологических  баз. В этом случае обеспечивается равенство  допусков на чертёжный и операционный размер. Схема базирования – см. рис. 8. При данной схеме базирования в качестве установочной базы используется плоскость наибольшей протяжённости.

В качестве установочной явной технологической базы выбираем обработанный торец детали (3 степени  свободы). В качестве двойной опорной технологической базы – внутреннее, уже обработанное отверстие детали (2 степени свободы). Шестая степень свободы – вращение детали вокруг своей оси – реализуется за счет сил трения детали.

Выбор данной поверхности  обусловлен необходимостью исполнения размера 3.2 мм.  

 Учитывая малые силы резания и моменты в процессе выполнения технологической операции, зажим детали выполняется при помощи использования пневмозажима и цанговой оправки. В нашем приспособлении будем использовать пневмоцилиндр двустороннего действия как наиболее удобный при эксплуатации.

 

  2. Конструирование станочного приспособления

Определим установочные элементы и места их расположения. Стандартные установочные элементы выберем согласно рекомендациям МУ. При выборе установочных элементов будем руководствоваться следующими основными требованиями:

• Установка заготовок по чистовым плоским базовым поверхностям должна производиться на опорные пластины или опорные штыри с плоской головкой. При установке заготовок на опорные пластины погрешность базирования в два раза меньше, чем на штыри.
• Количество опор при базировании призматических заготовок по чистовым базам может быть любым.
• При установке заготовки по плоскости и двум перпендикулярным к ней отверстиям заготовка не должна опираться на буртики установочных (центрирующих) пальцев. Рабочая высота направляющей части пальца (активная высота пальца) во избежание заклинивания при снятии заготовки определяется согласно рекомендациям [1].
• Опоры следует располагать таким образом, чтобы уменьшить погрешность, связанную с неточностью их изготовления по высоте, т.е. на максимальном друг от друга расстоянии. Кроме того, силы закрепления должны равномерно распределяться между опорами, таким образом результирующая сила закрепления должна проходить через центр тяжести фигуры, образованной опорами.
• Если стандартные установочные элементы не удовлетворяют условиям выполнения операции, необходимо разрабатывать элементы новой конструкции.

 

Данное приспособления служит для установки деталей обрабатываемых на вертикально сверлильных станках. Состоит из следующих основных элементов:

• силовой привод, представляющий собой пневмоцилиндр двойного 
  действия с односторонним штоком и рабочим давлением 0.6МПа,
• зажимной механизм представляющий цанговую оправку;

Заготовку устанавливают  на цангу до упора в буртик корпуса  оправки. Заготовка закрепляется пневмоцилиндром. При этом тяга, перемещаясь по конусной поверхности оправки, соединенную  со штоком поршня пневмоцилиндра, зажимает заготовку.

• корпус с делительным устройством, позволяющим выполнять операцию с переворотом на 180°.

 

Обоснование принятой схемы оснастки.

Выбор принятого приспособления для вертикально-сверлильного станка модели 2Н135 объясняется следующими положениями:

• приспособление связывается со столом станка, и соответственно корпус приспособления имеет плоское установочное место;
• данное приспособление не затрудняет доступа к поверхностям обрабатываемой детали;
• установка и снятие детали не вызывает особых сложностей;
• конструкция приспособления довольно проста для сборки и установки на стол станка;
• устанавливаемая деталь в приспособление гарантированно предотвращена от проворачивания и выпадения из приспособления, так как деталь устанавливается на одну установочную опору и фиксация детали осуществляется по всему диаметру устанавливаемой детали;
• безопасность в работе;
• отсутствие отъемных частей, имеющих возможность потери.

 

3. Расчет приспособления

3.1 Расчет усилия  зажима

Для расчета сил закрепления  при конструировании нового приспособления необходимо знать условия проектируемой обработки – величину, направление и место приложения сил, сдвигающих заготовку, а также схему ее установки и закрепления. Расчет сил закрепления может быть сведен к задаче статики на равновесие заготовки под действием приложенных к ней внешних сил.

К обрабатываемой заготовке  приложены силы, возникающие в  процессе обработки, искомые силы закрепления  и реакции опор. Под действием  этих сил заготовка должна находиться в равновесии. Сила закрепления Q должна быть достаточной для предупреждения смещения установленной в приспособление заготовки.    

 

 

Рис.9. Расчетная  схема  для  определения  усилия зажима при сверлении.

 

Рис.10. Силы возникающие при зажиме.

Рассмотрим действие силы резания Р_о на обрабатываемую втулку 2, установленную и зажатую на цанговой оправке (см. рис. 10). Сила резания Р_о создает момент, который стремится повернуть обрабатываемую деталь вокруг ее оси. Сила Р_г при обработке втулки 1 создает момент резания Мр, которому противодействует момент от силы трения М_тр между" установочной поверхностью цанги и обрабатываемой деталью.

Необходимое усилие закрепления  заготовки определяем исходя из условия  равновесия твердого тела под действием  приложенных к нему сил. В процессе обработки на заготовку действуют осевая сила Р₀ , крутящий момент М_кр., и сила трения f. Схема закрепления заготовки представлена на рис. 7

Угол разжимного конуса делают немного больше угла конуса цанги. При угле конуса цанги в 30° (рис.10) угол разжимного конуса берут 31°. Во время зажима угол зазора, равный 1°, уничтожается и разжимной конус лучше прилегает к конусному отверстию цанги, обеспечивая более устойчивый зажим. Но цанги не обеспечивают полного прилегания к поверхности. При малейшем продольном перемещении зажимного конуса, окружности больших его диаметров входят в соприкосновение с меньшими окружностями конусного отверстия цанги и каждый ее сектор будет лежать лишь на двух точках зажимного конуса (рис.10).

 

 Рис.11. Углы конуса в                   Рис.12. Поперечное сечение цанговой

   цанговой оправке                        оправки после зажима

 

Лепестки цанги образованы продольными прорезями и представляют  консольно-закрепленую балку, которая  получает радиальные упругие перемещения  при продольном движении самой цанги  или штока за счет взаимодействия с конусами в корпусе или на штоке. Разжим всех лепестков цанги происходит одновременно, что обеспечивает свойство самоцентрирования.

Каждый лепесток цанги  можно рассматривать как клин одностороннего действия, для которого справедлива формула клина:

                          , где:

W’- сила тяги одного лепестка цанги;

Q’- сила, создаваемая клином лепестка;

φ₁ и φ₂- углы трения на конусе и рабочей поверхности оправки.

Условие неподвижности  детали на оправке определяется уравнением моментов:                         , где:

M^Σ_тр.- суммарный момент трения от всех лепестков цанговой оправки;

                                  , где:

Z- количество лепестков цанговой оправки;

Q_з- сила от одного лепестка;

f_тр.2- коэффициент трения 1-го рода на рабочей поверхности оправки;

К_з.- коэффициент запаса (2,5…3,0)

 

Требуемая сила закрепления  детали на оправке от одного лепестка цанги из данного уравнения определяется по формуле:

                                          

Для создания этой силы от лепестков на деталь, при перемещении  оправки на конусе, необходимо преодолеть силу упругого сопротивления лепестков  в пределах радиального зазора между  оправкой и отверстием детали:

                                          ,где:

Е- модуль упругости материала  цанги (для стали Е=2,1*10⁶ кг/см²);

S- диаметральный зазор до закрепления;

l- длина лепестка цанги до места заделки;

J- момент инерции сечения сектора лепестка цанги.

                         , где:

d_ц.- диаметр лепестков цанги;

d- толщина лепестка цанговой втулки;

α- половина угла конуса цанговой втулки;

α₁- половина угла сектора лепестка

Сила тяги на штоке  оправки определяется по формуле:

                             , где:

φ₁=arctgf_тр.1, φ₂=arctgf_тр.2- углы трения на конусе и на рабочей поверхности цанговой втулки.

Определяем коэффициент  запаса, необходимый для расчета  требуемой силы закрепления: К_з.=К₀К₁К₂К₃К₄=1.5·1.2·1.2·1.2·1.5=2.48~2.5 откуда требуемая сила закрепления детали на разжимной оправке от одного лепестка:

                                       

                                      

 

Требуемая сила закрепления определяется из условия неподвижности детали на оправке при обработке: или

Определяем требуемую  исходную силу от привода станочного приспособления (силу тяги на штоке). Основная расчетная формула:

                          

Z=6 – количество лепестков цанги;

Q_з =89.6 кг – требуемая сила закрепления от одного лепестка цанги;

N – сила, затрачиваемая на упругую деформацию одного лепестка цанги;

→

              φ₁=arctgf_тр.1= arctg0,15=8,53⁰

              φ₂=arctgf_тр.2=arctg0,1=5,71⁰

Тогда, 

 Требуемая исходная  сила тяги на штоке будет:

Диаметр поршня пневмоцилиндра определяем из формулы:     , откуда    , мм

                                         ,

Принимаем Д_п =80 мм. По справочной литературе выбираем стандартный пневмоцилиндр по ГОСТ 15608-70. 
3.2 Расчет погрешности обработки

Данный расчет обусловлен необходимостью исполнения размера 3.2 мм (см. рис.6). Согласно техническим требованиям на деталь, неуказанные предельные отклонения выбираются по H14,h14,IT14/2. Учитывая вышесказанное, параметр для расчета на точность имеет следующий допуск на изготовление: 3.2±0.2 мм.