Проектирование технологической оснастк

 

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;
• 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.7-Расчетная  схема  для  определения  усилия зажима при сверлении.

 

Рис.8-Силы возникающие при зажиме.

Рассмотрим действие силы резания Р_х на обрабатываемую втулку 2, установленную и зажатую на цанговой оправке (см. рис. 7). 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.9-Углы конуса в                   Рис.10 –Поперечное сечение цанговой

   цанговой оправке                        оправки после зажима

 

Сила зажима детали для  нашего случая определяется:                  

Уравнение равновесия системы:

                           kM_рез= M_тр;

                           Q_сум·f·R= k·M_рез

                         ;

                               

Т – сила трения, возникающая  в процессе обработки.

                   ;  

Т – сила трения торцевых поверхностей,

Усилие, давящее  на деталь от цанги:

                                     

f – коэффициент трения поверхностей,

Т – сила трения торцевых поверхностей,

                                      

Усилие разжатия цанги  с учетом коэффициента запаса:

                                          

К – коэффициент запаса.

                                     

 

  Усилие тяги пневмоцилиндра:

                                       

α – угол наклона,

φ – угол трения,  tgφ=f

Q – сила тяги, приложенная к конусу.

                                       

Сила на штоке пневмоцилиндра рассчитывается по формуле [3; стр. 203]:

                                         ( ),

где давление в цилиндре, ;

 диаметр поршня, мм;

 к. п. д. привода.

Находим диаметр поршня пневмоцилиндра:

                 

 

 

Для приспособления наиболее подходит пневмоцилиндр со следующими основными характеристиками:

Диаметр поршня: ,

Диаметр штока: ,

Длина рабочего хода: ,

Давление в цилиндре: .

 

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.

Наряду со многими  факторами на точность обработки  деталей существенное влияние оказывает погрешность изготовления приспособления. Рассмотрим методику расчета допускаемой погрешности изготовления приспособления. Будем исходить из того положения, что суммарная погрешность обработки, складывающаяся из погрешностей, вносимых приспособлением, и погрешностей способа обработки, не должна быть больше допуска на соответствующий заданный размер заготовки:

                                             

где – суммарная погрешность, вносимая приспособлением;

– суммарная погрешность способа  обработки, включающая погрешности  упругих деформаций системы СПИД, размерного износа инструмента, погрешности настройки станка, температурных деформаций и т.п.; – допуск на размер детали, выполняемый на данной операции.

Погрешность, вносимая приспособлением, может рассматриваться как состоящая из следующих элементарных погрешностей:

                          ,

где ε_б – погрешность базирования заготовки в приспособлении;

ε_з – погрешность закрепления, возникающая вследствие деформаций заготовки и элементов приспособления от действия сил зажима;

ε_у – погрешность установки приспособления на станке;

ε_и – погрешность изготовления элементов приспособления;

ε_н – погрешность настройки (направления) режущего инструмента относительно направляющих элементов приспособления.

 

Погрешность базирования, ε_б  заготовки в приспособлении для нашего случая равна нулю.

Погрешность закрепления, ε_з=0.05 мм;

Погрешность установки приспособления на станке, ε_у =0.05 мм

Погрешность изготовления элементов приспособления, ε_и=0.15 мм

Погрешность настройки (направления) режущего инструмента относительно направляющих элементов приспособления, ε_н=0.025 мм

                 

Суммарная погрешность способа обработки:

где

DМо – погрешность метода обработки, к₁=0,6;

DС – погрешность от неточности сжатия;

DU – погрешность от неточности изготовления и износа инструмента;

Dизм – погрешность измерения;

Dпз – погрешность зацепления;

Dпн – погрешность пространственного расположения инструмента;

Dпр - погрешность пространственного расположения установочных поверхностей.

                               

                                                      0.168+0.11≤0.4

т.е. выполняется условие DS<Т, следовательно проектируемая конструкция приспособления будет обеспечивать требуемую точность обработки.

 

3. Расчёт элементов приспособления на прочность

Функционирование приспособления обусловлено работой пневмоцилиндра двойного действия, который связан с тягой и цанговой оправкой. Данная связь представлена в виде резьбового соединения. Рассмотрим расчёт резьбового соединения штока пневмоцилиндра и тяги приспособления, при статическом нагружении.

Расчёт резьбовых  соединений на прочность:

Наиболее характерные виды разрушения резьбовых соединений – разрыв стержня болта (винта, шпильки) по резьбе или переходному сечению, срез или смятие витков резьбы, повреждение головки болта (винта).

Стандартизация резьб  проведена с учётом условия равной прочности всех элементов соединения. Поэтому можно ограничиваться расчётом по одному, основному, критерию – прочности нарезанной части, а размеры винтов, болтов и гаек принимать по таблицам стандарта в зависимости от рассчитанного диаметра резьбы.

Если болт без предварительной  затяжки нагружен внешней силой F, то опасным является в данном случае сечение стержня, ослабленное нарезкой. Расчёт болта на растяжение ведут по внутреннему диаметру резьбы d₃:

                                                    

где – допускаемое напряжение при растяжении для материала болта, для болтов из углеродистой стали рекомендуется [σ_p] = 0,6σ_т.

F – осевая нагрузка,d_з – расчетный диаметр резьбы,

                            

Таблица 12. Механические свойства сталей для резьбовых деталей    
Допускаемое напряжение на растяжение  определяется по формуле:

                                                   ,

где - допускаемый коэффициент запаса прочности, 1,5…3,0

   Проектировочный расчет ненапряженного болтового соединения сводится к определению внутреннего диаметра резьбы d₁, из условия прочности:

                                 

                                        

                                  

                             

                      

Таким образом, можно сказать, что расчет резьбового соединения на прочность оказался успешным. Конструкция приспособления обеспечивает необходимую прочность.

 

Список использованной литературы

 

1. Амбросимов С.К. Выбор схемы базирования при обработке деталей и сборке узлов: Учебное пособие / С.К. Амбросимов, В.П. Меринов. – Липецк: ЛГТУ, 2002.
2. ГОСТ 21495-76. Базирование и базы в машиностроении.
3. Горошкин А.К. Приспособления для металлорежущих станков: Справочник / А.К. Горошкин. – М.: Машиностроение, 1979.
4. Корсаков В.С. Основы конструирования приспособлений / В.С. Корсаков. – М.: Машиностроение, 1983.
5. Кузнецов Ю.И. Оснастка для станков с ЧПУ: Справочник / Ю.И. Кузнецов, А.Р. Маслов, А.Н. Байков. – М.: Машиностроение, 1990.
6. Переналаживаемая технологическая оснастка. / В.Д. Бирюков, А.Ф. Довженко, В.В. Колчаненко и др.; Под общ. ред. Д.И. Полякова. – М.: Машиностроение, 1988.
7. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2. / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – М.: Машиностроение, 1985.
8. Станочные приспособления: Справочник. В 2-х т. / Ред. совет: Б.Н. Вардашкин (пред.) и др. – М.: Машиностроение, 1984. – Т.1 / Под ред. Б.Н. Вардашкина, А.А. Шатилова, 1984.
9. Станочные приспособления: Справочник. В 2-х т. / Ред. совет: Б.Н. Вардашкин (пред.) и др. – М.: Машиностроение, 1984. – Т.2 / Под ред. Б.Н. Вардашкина, А.А. Шатилова, 1984.
10. Белоусов А.П. Проектирование станочных приспособлений. – М.: Машиностроение, 1980.
11. Лебедев М.Б., Коваленко В.И. Прогрессивные направления развития машино-приборостроительных отраслей и транспорта: Материалы междунар. науч.-техн. конф. студ., асп. и молодых ученых., 17-20 мая 2004г. В 2-х томах. - Севастополь: Изд-во СевНТУ. 2004. – Т.1. С. 43 – 44.