Проектирование станочного приспособления

Введение

      Проектирование  и изготовление технологической  оснастки могут составлять до 80% трудоемкости и 90% длительности технологической  подготовки производства к выпуску  новых машин, причем затраты на нее  составляют 10 – 15 % себестоимости машин. Опыт передовых машиностроительных предприятий показывает, что стандартизация и нормализация элементов приспособлений позволяет резко сократить сроки проектирования и изготовления станочных приспособлений.

      Важным  мероприятием по внедрению новых  эффективных методов проектирования станочных приспособлений является решение Государственного комитета стандартов Российской Федерации о разработке и утверждению единой системы технологической подготовки производства изделий машиностроения, приборостроения и средств автоматики и измерения, которая устанавливает единый порядок разработки технологической документации и типовых технологических процессов, а также стандартной технологической оснастки.

Применение  станочных приспособлений позволяет  надежно базировать и закреплять обрабатываемую деталь, стабильно обеспечивать высокое качество обработки, повысить производительность и облегчить условия труда в результате механизации приспособлений, расширить технологические возможности оборудования, повысить безопасность работ.

      Приспособления, предназначенные для установки объекта, включают направляющие и крепежные элементы, установочные элементы, зажимные механизмы, элементы управления, вспомогательные элементы, корпус.

 

1. Проектирование  станочного приспособления

Спроектировать  установочно-зажимное приспособление под детали типа "Валы"  для операции сверление отверстия на вертикально-сверлильном станке модели 2Н118А в условиях серийного производства;

• геометрические параметры:

диаметры: D_min = 20мм, D_max = 40мм

• Весовые параметры:

m_max = 1.5кг

• Точность выполняемой операции в мм:

диаметр отверстия 10H14, глубина 35H14, фаска на глубину 5H14 под углом 60°, соосность 0,1мм

• Способ обеспечения заданной точности по предварительной настройке станка
• Годовая программа выпуска всех типоразмеров N_г = 9000шт
• Должно быть обеспечено: снижение брака на 5…10%, снижение трудоемкости на 40%

 

 

2. Выбор способа  установки заготовки в станочном  приспособлении.

2.1. Выбор схемы  базирования.

Анализируя техническое  задание, эскиз детали под выполняемую  операцию из ГОСТа 21495-76 выбираем теоретическую схему базирования из ГОСТа 31107-81.

Так как одним  из пунктов технического задания  является заданная соосность 0,1мм, то возможность  ее выдержки возможна только по третьей  схеме базирования.

Практическая  схема базирования детали "Вал" для операции ''Сверление''. 

 

1. Знаками Т₁, Т₂, Т₃ обозначены технологические (установочные) базы.
2. Знаком И обозначена измерительная база. 
   Теоретическая схема базирования и ее варианты практической реализации для операции "Сверление" при обработке детали "Вал".

Поверхности 1 и 2 выполнены по квалитету f9 и имеют шероховатость R_a = 2.5мкм. Торец 3 выполнен по квалитету h14, R_z = 20мкм.

Расчет погрешности  базирования на исполнительных размерах.

E_бl = d_a = 1мм

E_бl1 = d_a = 1мм

E_бa = 0

т.к. установочные и измерительные базы для размеров l и l1 не совпадают.

 

2.2. Предварительная  оценка точности обработки.

В процессе обработки  заготовки возникают отклонения от геометрических форм и размеров, заданных чертежом и техническим  заданием, которые должны находиться в пределах допусков, определяющих наибольшие допустимые значения погрешностей размеров и формы заготовки или детали

Схема установки  детали "Вал" с исполнительными  и установочными размерами для операции "Сверление"

Исполнительные  размеры:

d = 10Н14(^+0.86), 1 = 5h14(^+0.30)

h = 35h4(^+0.62)

Установочные  размеры:

D₂ = 28.4f9( ), D₁ = 28.4f9

L = 208h4(_-1), l₂ = 64h14(_-0.74)

1_з = 34h14(_-0.62), l₄ = 24h14(_-0.52 

Так как точностной расчет выполняется для самого жестко заданного размера, то в дальнейшем будем рассчитывать глубину фаски 1 = 5h14(^+0.3).

Погрешность установки  заготовки Е_у возникает при установке в приспособлении и складывается из погрешностей базирования Е_б и погрешности закрепления Е_з.

Е_у = Ö Е_б²+Е_з², мм       

Погрешность Е_б возникает когда технологическая база и измерительная не совпадают.

Следовательно, Е_б1 = б₁ = 1мм.

Погрешность закрепления  Е_з = 0, т.к. сила зажима будет направлена перпендикулярно поверхности установочных элементов, т.е. перпендикулярно выполняемому размеру

Е_у = 0 + 1 = 1мм.

В момент касания  поверхности заготовки, автоматически  включается рабочая подача и производится сверление на глубину настроенную  предварительно кулачком. Но так как  операция выполняется на вертикально-сверлильном станке 2Н118А, а в паспорте станка указано, что глубина сверления настраивается кулачком, т.е. то что Е_б = 0 на точность получения заданного размера не влияет, значит погрешность установки можно условно принять Е_у = 0.

б_р = Е_у + ÙН + W        

где Еу = 0, погрешность  установки

W = 2,5мкм - экономическая величина, характеризующая точность обработки установочных поверхностей

Н - погрешность  настройки

Н = 0,1б_т          

где б_т - допуск на рассчитываемый размер

б_т = 0,3мм

Н = 0,1 ´ 0,3 = 0,03мм

б_р = 0 + 0,03 + 0,0025 = 0,0325мм

б_р £ 0,3 б_з - условие правильности выбора схемы базирования.

б_р = 0,0325 £ 0,09 = б_з

Вывод схема  базирования выбрана верно. 

2.3. Окончательный  точностной расчет.

Суммарную погрешность  обработки найдем по формуле:

å = 1.73 ´ H + 1.73 ´ и + 1.73 ´ д + Ö E_б² + Е_д² + Е_ст²

где и - погрешность, связанная с размерным износом  инструмента

и = 0,02мм

д - погрешность, связанная с температурной и  упругой деформацией СПИД

д = 0,015мм

Н - погрешность, связанная с настройкой инструмента

Н = 0,1бт = 0,1 ´ 0,3 = 0,03мм

Е_б =0, т.к. используется станок 2Н118А

Е_з = 0, т.к. сила зажима направлена перпендикулярно установочным элементам.

E_ст - погрешность станка нормальной точности

Е_ст = 0,05мм,

å = 1,73 ´ 0,02 + 1,73 ´ 0,015 + 1,73 ´ 0,03 + 0.05 =0,163 мм

Сравним полученную погрешность с заданным допуском

å = 0,163 < 0,3 =б_т4

Вывод: получаемая погрешность не выходит за границы  допуска. 
3. Силовой расчет приспособления.

3.1. Схема силового  замыкания. 

Для выбранной  схемы установки приведем схему силового замыкания

Положение тела в системе координат:

à плоскость 1 ограничивает одно движение, т.е. 1 степень свободы.

à плоскость 2 ограничивает три движения, т.е. 2 степени свободы.

à плоскость 3 ограничивает три движения, т.е. 2 степени свободы.

Ограничение вращения вокруг оси Z достигается силой зажима W_aз.

Таблица для  анализа ограничения движений

 

Величину необходимого зажимного усилия определим на основе решения задачи статики, рассматривая заготовки под действием приложенных к ней сил. Для этого составим расчетную схему.

Из схемы видно, что под действием осевой силы заготовка переместится не сможет, т.к. имеется упор, т.е. Р_о = Р_ос.

Заготовка может  только провернуться под действием момента кручения М_кр, поэтому необходимо приложить такое зажимное усилие, чтобы этого не произошло.

Допустим, что  при провертывании коэффициент  трения будет f, а заготовка зажата в четырех призмах, условие равновесия будет выражено уравнением:

KM_рез – 4R₁f_r = 4R₂f_r = 0

где R_l = R₂ = W_aз / 2 ´ 1 / sin^a/₂

следовательно, М_рез = 17,33Нм берем с самого загруженного перехода из пункта

r - радиус заготовки в местах зажима

r =14 мм

F - коэффициент трения

F = 0,3

K - коэффициент запаса

К = 2,5

W_aз = 2,5 ´ 17,33 / 4 ´ 0.3 ´ 0.014 ´ sin^90°/₂ = 1823.3

После определения  необходимой силы зажима выберем  тип зажимного устройства. Так  как производство серийное, то для  него предназначены быстро действующие  приводы, к ним относятся пневмоприводы.