проектирование станочного приспособления для, сверления восьми отверстий в детали Втулка

Содержание

Введение. 3

1 Общий раздел. 4

1.1 Назначение и характеристика приспособления. 4

1.2 Описание конструкции   приспособления. 4

1.3  Техника  безопасности при эксплуатации приспособления. 5

2 Конструкторский раздел. 7

2.1 Выбор способа базирования детали. 7

2.2 Разработка принципиальной схемы приспособления. 8

2.3 Расчет точности приспособления. 9

2.4 Расчет усилия зажима заготовки в приспособлении. 11

2.5 Расчёт зажимного механизма приспособления. 15

2.6 Расчёт детали приспособления на прочность. 17

Заключение. 18

Список литературы.. 19

Приложение. 20

Введение

В современном машиностроительном производстве, технологическая оснастка обеспечивает расширение возможностей оборудования, повышение точности и качества обработки, производительности и безопасности работ.

Станочные приспособления составляют значительную часть технологической оснастки. Степень оснащенности станков приспособлениями и их выбор в каждом отдельном случае оценивается условиями производства и программой выпуска изделий.

Механизация и автоматизация процесса закрепления заготовок наряду с ростом производительности обработки обеспечивает: повышение точности благодаря стабильности силы зажима, снижающей погрешность закрепления; сокращение доли ручного труда; снижение физической нагрузки рабочих; возможность многостаночного обслуживания, поскольку рабочий освобождается от необходимости длительного присутствия у одного станка; регламентацию цикла обработки, являющуюся предпосылкой для автоматизации процесса в целом.

Изучение закономерности влияния приспособления на точность и производительность выполняемых операций позволяет проектировать приспособления интенсифицирующее производство и повышающее его точность. Проводимая работа по унификации и стандартизации элементов приспособления создала основу для автоматизированного проектирования приспособлений с использованием ЭВМ и автоматов для графического изображения, что приводит к ускорению технологической подготовке производства.

Ориентирование заготовок и деталей осуществляется автоматически за счет контактирования их базовых поверхностей с установочными элементами приспособлений. При этом обеспечиваются заданные размеры, повышается точность обработки, устраняются погрешности, связанные с разметкой и выверкой заготовок. Целью данного курсового проекта является проектирование станочного приспособления для, сверления восьми отверстий в детали Втулка КBC-1-0132604 на вертикально-сверлильном станке 2H135.

1 Общий раздел

1.1 Назначение и характеристика приспособления

Разработанное сверлильное приспособление предназначено для установки и закрепления детали Втулка KBC-1-0132604 в процессе обработки на вертикально-сверлильном станке модели 2H135. Приспособление является одноместным. Приспособление предназначено для мелкосерийного производства.

Техническая характеристика приспособления

Масса–кг                                                                        
                                       20

Размер Т-образного паза в столе станка -                                                      18H9

Количество одновременно устанавливаемых заготовок -                                   1

Габаритные размеры –мм                                                                           220x175

Точность выполняемого в приспособлении размера -                                   H14

Расчетное усилие зажима заготовки -                                                        5537,5Н

Уровень стандартного приспособления - %                                                       60

Зажимной механизм -                                                                                винтовой

Периодичность проверки приспособления -                                                5 мес.

Уровень стандартизации сконструированного приспособления определяется по формуле:

∙100%,                                               (1.1)

где С - число стандартных изделий, шт; С =18.

      О - общее число деталей, шт; О=31.

∙ 100% = 60 %

1.2 Описание конструкции приспособления

    Проектируемая оснастка является специальным станочным приспособлением.

    На столе (поз.1) монтируется ось (поз.5), к которой крепится втулка (поз.4), которая монтируется в стол поворотный (поз.6).

    Установочным элементом является стол поворотный (поз.6), на который устанавливается деталь втулка (поз.9,12).

    Зажим детали осуществляется при помощи винтового зажима, состоящий из шайбы (поз.10). Фиксатор (поз.11) служит для фиксирования поворотного стола (поз.6) в нужном положении, при помощи пружины (поз.35) и плунжера (поз.7). Далее обработав одно отверстие, сверло поднимается, фиксатор (поз.11) отпускается, пружина (поз.35) разжимается, стол поворотный (поз.6) поворачивается к следующему отверстию и т.д.

    Приспособление функционирует следующим образом.

    Болт (поз.10) и гайка (поз.24) фиксирует положение стола. На столе (поз.1) монтируется ось (поз.5). На оси (поз.5) крепится втулка (поз.4), которая монтируется в поворотный стол (поз.6). На оси устанавливается кондукторная плита (поз.8), которая имеет две втулки (поз.9,12). Надевается шайба (поз.10).

Для правильной работы приспособления необходимо:

-убедиться в отсутствии посторонних предметов и загрязнений между корпусом приспособления.

-убедиться в отсутствии посторонних предметов и загрязнений в рабочем окне корпуса приспособления.

-убедиться в отсутствии зазора и свободного приспособления относительно рабочего стола сверлильного станка.

1.3 Техника безопасности при эксплуатации приспособления

Общие требования безопасности к станочному приспособлению:

1. Наружные элементы конструкции станочного приспособления не  имеют поверхностей с неровностями (острые кромки, углы и др.), представляющими источник опасности, если их наличие не вызывается функциональным назначением.

2. Станочное приспособление поворотный кондуктор массой более 16 кг имеет гайки и винты для установки и съёма грузоподъёмных механизмов.

3. Конструкция станочного приспособления обеспечивает свободное удаление СОЖ и стружки.

4. В винтовом зажимном механизме предпочтительны высокие гайки, как более удобные для захвата ключом.

5. Конструкция станочного приспособления безопасна при складировании и транспортировке.

6. Не допускаются ремонт и техническое обслуживание станочного приспособления во время работы станка.

7. В конструкции станочного приспособления предусматривается возможность периодического смазывания всех трущихся поверхности с помощью смазочных каналов, отверстии, масленок и др.

2 Конструкторский раздел

2.1 Выбор способа базирования детали

Втулка KBC-1-013 2604 -деталь, механизм, прибора цилиндрической формы, имеющее осевое отверстие, в которое входит сопрягаемая деталь. Деталь работает в нормальных условиях, защищает от попадания на неё грязи, хорошо смазывается, надёжна и долговечна, не требует специальных мер по повышению надёжности. Степень точности резьбы -7H

Втулка имеет простые конструктивные формы обрабатываемых поверхностей, надёжную технологическую базу, высокую жёсткость конструкции. Конструкция втулки имеет свободный доступ к обрабатываемой поверхности, нормальные условия врезания и выхода инструмента.

Втулку изготавливают из стали 25ХГТ ГОСТ 4543-71. Из стали 25ХГТ изготавливают наружные зубчатые колёса и другие детали.

                             Рисунок 2.1-Эскиз детали

Для разработки теоретической схемы базирования изображаем заготовку в достаточном для чёткого представления числе проекций заготовки. В соответствии с ГОСТ 21495 - 76 выбираем комплект баз, нумеруя их римскими цифрами над стрелками с полочками. Нумерацию начинаем с базы, на которой располагается наибольшее количество опорных точек. Нумерацию опорных точек осуществляем арабскими цифрами, начиная с тех точек базы, где их наибольшее количество. Выбранную схему базирования представляем, как показано на рисунке 2.2.      

                       

            Рисунок 2.2-Теоретическая схема базирования

I– Установочная база, явная база, опорные точки 1,2,3

II – Двойная опорная база, явная база

III –опорная скрытая база, опорная точка 6;

Для схемы установки определяем тип установочных элементов и форму их поверхностей. Выбираем тип зажимных элементов и место их приложения к заготовке. Схема установки заготовки изображаем условными символами в соответствии с ГОСТ 3.1107 - 81 на достаточном для чёткого представления числе проекций заготовки как показано на рисунке 2.3.

                             

       Рисунок 2.3-Схема установки заготовки в приспособление

     

Сталь 25 ХГТ ГОСТ 4543-71 обладает следующим химическим составом и физико-механическими свойствами, которые представлены в таблицах 2.1 и 2.2

Таблица 2.1- Химический состав стали 25 ХГТ ГОСТ 4543-71

С	Si	Mn	S	P	Ni	Cr
не более
0,22-0,29	0,17-0,37	0,8-1,1	0,035	0,035	0,3	1-1,3

    

Таблица 2.2- Механические свойства стали 25 ХГТ ГОСТ 4543-71

σт, МПа	σвр, МПа	δ, %	Ψ, %	ан, Дж/см2	НВ (не более)
не менее	217
980	1270	10	50	69

2.2 Разработка принципиальной схемы приспособления

Приспособление с заготовкой устанавливается на станке 2H135. Станок 2H135 предназначен для работы в ремонтных и инструментальных цехах, а также в производственных цехах с мелкосерийным выпуском продукции. На станке можно производить сверление, зенкерование, рассверливание, развёртывание, нарезание резьбы метчиком лёгкого прямолинейного фрезерования.

Техническая характеристика станка модели 2H135

Класс точности станка-                                                                                
      Н

Масса станка, кг                                                                                 
       1200

Наибольший условный диаметр, мм-                                                              35

Расстояние от оси шпинделя до направляющей колонны, мм-              300

Частота прямого вращения шпинделя, об/мин.-                                       31,5-400

Пределы рабочих подач на один оборот шпинделя, мм/об                            0.1-1.6

Габариты станка (длина, ширина, высота), мм-                              1030x825x2535

Мощность двигателя                                                                                   4

Размер стола, мм                                                                              
               450x500

Наибольший ход шпинделя, мм                                                               250

Пределы частоты вращения шпинделя, 1/мин                                    31,5-1400 

Количество подач                                                                        9

Наибольшее количество нарезаемых отверстий в час                                      55

Количество скоростей                                                                               12

Напряжение питающей сети, В                                                             380/220

В качестве режущего инструмента применяется сверло спиральное с коническим хвостовиком Ø6,7мм ГОСТ 10903-77.

          В качестве вспомогательного инструмента применяется втулка переходная ГОСТ 3598-85.

          Главное движение и движение подач осуществляет инструмент.

          В качестве зажимного механизма применяется винтовой зажим, состоящий из шайбы (поз.10). Фиксатор (поз.11) служит для фиксирования поворотного стола (поз.6) в нужном положении, при помощи пружины (поз.35) и плунжера (поз.7).

          В качестве установочного элемента является стол поворотный (поз.6), на который устанавливается деталь втулка (поз.9,12).

         На рисунке 2.4 представлены установочные и зажимные элементы приспособления.

      Рисунок 2.4 Эскиз детали с установочными и зажимными элементами

2.3 Расчет точности приспособления

Для определения допуска выполняемого размера анализируются размеры обрабатываемой поверхности с целью выявления тех элементов поверхностей, точность которых не обеспечивается инструментом, а зависит от приспособления.

Расчет приспособления на точность ε_пр производим формуле, используя методику [1]:

,            (2.1)

где Т – допуск выполняемого размера, мм; Т=0,26 мм;

– погрешность базирования, мм;

– погрешность закрепления, мм;

– погрешность установки приспособления на станке, мм;

– погрешность положения детали из-за износа элементов приспособления;

ε_пи – погрешность от перекоса или смещения инструмента, мм;

К_Т =1 – коэффициент учитывающий отклонение расстояния значений составляющих величин от закона нормального распределения, К_Т=1;

К₁=0,8–коэффициент, учитывающий уменьшение предельного значения погрешности базирования при работе на настроенных станках, K₁=0,8;

К₂ = 0,6 - коэффициент, учитывающий долю погрешности обработки в суммарной погрешности, вызываемой факторами, не зависящими от приспособления, K₂=0,6;

 - экономическая точность обработки, мм; =0,27мм (с.30, табл.1.6);

Определяем погрешность базирования (с.126, табл.10.1):

Определяем погрешность закрепления , (с.128,табл.10.3):  = 0,05 мм.

       Определяем погрешность установки приспособления на станке (с.133,табл.10.7):

Определяем погрешность положения детали из-за износа элементов приспособления :

k₁k₂k₃k₄                                                                   (2.2)

где U₀=0,045 мм (с.136,табл.10.9);

k₁, k₂, k₃, k₄ –коэффициенты, учитывающие влияние материала заготовки, оборудования, условий обработки и числа установок заготовки;

k₁=0,94; k₂=0,91; k₃ =1,25; k₄=2,8 (с.137, табл.10.10);

00,911,252,8 = 0,067;

Определяем погрешность инструмента :

,                                         (2.3)

где    S-максимальное смещение оси сверла от среднего положения;

-длина обрабатываемого отверстия; - 13мм

m-диаметр инструмента; m- 7мм

l-длина кондукторной втулки; l- 17мм

= +0,5= 6,8+0,50,015=6,8мм

=6,8+0=6,8мм

         =6,8+(-0.036)=6,764мм

          =6,8+0,035=6,835мм

          =6,8+0,013=6,813мм

S= -=6,835-6,813=0,022мм

0.079мм

Подставляя полученные значения составляющих погрешностей в формулу, получаем

Таким образом, данное приспособление обеспечивает необходимую точность.

2.4 Расчет усилия зажима заготовки в приспособлении

На заготовку при обработке в приспособлении действуют:

·    силы резания,

·    объёмные силы (вес, центробежные и инерционные силы),

·    силы зажима.

Под действием этих сил заготовка должна находиться в фиксированном положении и равновесии. Составляем уравнение моментов сил из условия равновесия заготовки под действием всех сил для определения усилия зажима заготовки W. Для этого вначале выполняем расчёт режимов резания по наиболее нагруженному переходу – сверлении отверстия Æ6,7 мм.

2.4.1 Расчёт режимов резания

Расчёт производим по формулам, используя методику[8], применительно к конкретному виду обработки. При назначении элементов режимов резания  учитываем характер обработки, тип и размеры инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования. Данные заносим в таблицу 3.

Таблица 3 - Исходные данные для расчета режимов

Тип и размеры инструмента	Сверло спиральное Ø6,7мм ГОСТ 10903-77
Материал режущей части        инструмента	Быстрорежущая сталь Р6М5
Твердость материала заготовки	НВ=217
Метод получения заготовки	Прокат
Состояние поверхности заготовки	предварительно обработанная

На основании таблицы 3 производим расчет режимов резания на сверлении отверстия Æ6,7 мм, используя методику [8].

Определяем глубину резания:

,                                                (2.4)

где D – диаметр обрабатываемого отверстия, D= 6,7 мм;

Определяем подачу при сверлении (c.381, табл.35): S_o=0,15-0,20 мм/об Принимаем подачу по паспортным данным станка S_o=0,20 мм/об.

По эмпирической формуле определяем скорость резания:

,                                                                (2.5)

где – коэффициент зависящий от обрабатываемого материала;

D – диаметр обрабатываемого отверстия, мм;

Т – период стойкости инструмента, мин;

S – подача при сверлении, мм/об;

– общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактические условия резания;

q, m, y – показатели степени.

Значения коэффициентов  и показателей степени выбираем из таблицы 28, с.383,

 

По выбранным данным рассчитываем  скорость резания

Значение периода стойкости выбираем из таблицы 40:  Т=25мин.

Общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий    фактические условия резания:

,                                                        (2.6)

где   – коэффициент на обрабатываемый материал, (с.358, табл1-4);

– коэффициент на инструментальный материал (с.361, табл.6);   ;

коэффициент, учитывающий глубину сверления (с.385, табл.41),

Определяем коэффициент на обрабатываемый материал по формуле

,                                             (2.7)

где- показатель степени,  (табл.2).

 (табл.2, стр. 359).

 

Где n_v– показатель степени; n_v =0.9;; (табл. 2).

                                                             (2.8)

Определяем частоту вращения шпинделя, соответствующую найденной скорости:

,                                                  (2.9)

Корректируем полученную частоту по паспортным данным станка 2H135 и принимаем n=1000об/мин, которые соответствуют действительным данным.

Определяем действительную скорость резания

,                                                 (2.10)

2.4.2 Расчёт сил резания

 

Определяем крутящий момент

 ,                             (2.11)

Коэффициент C_м и показатели степени q, x, y выбираем из (с.385, табл. 42):  C_м=0,0345; q=2,0; y=0,8.

Коэффициент, учитывающий фактические условия обработки, зависит только от материала обрабатываемой заготовки и определяется выражением

Тогда

Определяем силу резания:

,                                   (2.12)

Постоянную С_P и показатели степени x, y выбираем из таблицы 42 (c.385): .

Рассчитываем мощность, затрачиваемую на резание

,                                               (2.13)

Проверяем правильность расчета по мощности

                                            (2.14)    

    0.66<4,5 кВт

Условие выполняется.

2.4.3 Расчёт усилия зажима

Усилие зажима заготовки определяем из условий равновесия сил, которые суммируются на основе рассмотрения схемы действия всех сил на заготовку, включая силы трения на поверхностях контакта заготовки с установочными и зажимными элементами.

Для составления уравнения моментов вычерчиваем эскиз заготовки, как показано на рисунке 2.6, на котором изображаем места приложения и направления сил, действующих на заготовку в процессе обработки.

Рисунок 2.6 – Схема усилия зажима

Сила закрепления для данной схемы определяется по формуле:

W=КР,                                           (2.15)

где  К – коэффициент запаса;

Р-сила резания, H

Определяем коэффициент запаса К, учитывающий нестабильность силовых воздействий на заготовку, при вычислении силы W для обеспечения надежного закрепления:

    К = К₀К₁ К₂К₃ К₄ К₅ К₆ ,                                                                                   (2.16)

где К₀ = 1,5 –   гарантированный коэффициент запаса;

К₁– коэффициент, учитывающий увеличение сил резания из-за случайных неровностей на обрабатываемых поверхностях заготовок; при черновой обработке К₁ = 1,1.

К₂ –коэффициент, учитывающий увеличение сил резания вследствие затупления режущего инструмента

К₃– коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при прерывистом резании.

К₄– коэффициент, характеризующий постоянство силы, для ручного зажима К₄=1,3.

К₅ – коэффициент, характеризующий эргономику немеханизированного зажима,  К₅= 1.

К₆– коэффициент, учитываемый только при наличии моментов, стремящихся повернуть заготовку, К₆ = 1.

Рассчитываем коэффициент запаса исходя из выбранных его составляющих:

Так как коэффициент запаса К оказался меньше 2,5, его принимают равным этой величине.

Определяем усилие зажима:

W=К∙Р=2,5·2215=5537,5 H

Так как усилие зажима больше силы резания, то будет обеспечен надежный зажим заготовки в приспособлении.

2.5 Расчёт зажимного механизма приспособления

Зажимной механизм – совокупность зажимного элемента, простых (промежуточных) элементов и приводов. Назначение зажимного механизма – непосредственное воздействие на заготовку с целью ее прижима к опорам.

          В конструкции данного приспособления винтовой зажимной механизм.

Определяем наружный диаметр резьбы по формуле:

 , где

C -расстояние величины,

W – усилие зажима,

 -допуск расстояние и сжатия;

= 11,64 мм

Принимаем d=16

          По известному диаметру резьбы выбираем внутренний d1 (D) и средний d2 (D2) диаметры, шаг резьбы P, данные напряжения расстояния и сжатия.

P=2,0 мм, d (D1)=13,835 мм, d2 (D2)=14,701 мм, =49 Мпа

Определяем угол подъема резьбы по формуле:

α = arctg(),  где                                  (2.17)

где Р – шаг резьбы, мм;

 -постоянное чисто

d₂ – средний диаметр резьбы, мм.

α = arctg() = 2°46

3.1.1

3.1.2

3.1.3

Вычисляем половину угла при вершине резьбы B

B=30° -постоянное значение

 = arctg()=6,84

Определяем КПД (η) винтового зажима (с.388, табл.5):

η = tgα/tg(α+)+f₁                              (2.18)                                   

=1.7*d=1.7*16=27,2мм

=d=16 мм

                                         

η = tg2,46°/[tg(2,46+6,84)+0,15 =0,059;

Так  как  η 0,4; то надёжность винтового зажима будет обеспечена.

Определяем момент М, по формуле из (c.388, табл.5):

М =(2.19)

Определяем длину рукоятки по формуле:

  мм                                                                              
  (2 . 20)   

 П р и н и м а е м    L =  110 м м .

2.6  Расчет  детали  приспособления на  прочность

Прочность деталей может рассматриваться по коэффициентам запаса или по номинальным допускаемым напряжениям. Наиболее нагруженной деталью в приспособлении при закреплении является ось (поз.5).

Производим расчет прочности винта.

Расчет на прочность детали:

где  - фактическое напряжение растяжения-сжатия,МПа;

P- расчетная осевая сила,Н;

d-диаметр опасного сечения,мм;

(таблица П.28)

Условие выполняется.

Определяем необходимый размер опасного сечения оси по формуле:

                                            (2.21)

где    W – сила закрепления, Н;

       [σ] – допускаемое напряжение растяжения (сжатия), МПа; [σ] = 73 МПа

мм;

Принимаем

Данный размер не превышает диаметра оси, что обеспечивает прочность болта при эксплуатации.

Заключение

В данном курсовом проекте произведены следующие расчеты:

расчет, приспособления на точность, который показал, что точность приспособления обеспечивается;

расчет усилия зажима заготовки в приспособлении на основе расчета режимов резания и сил резания при сверлении отверстия в детали – Втулка на вертикально-сверлильном станке  модели 2H135, т.к. данный станок наиболее приемлем для обработки данной детали;

расчет основных параметров зажимного механизма;

расчет приспособления на прочность.

В пояснительной записке приведено описание конструкции и принципа работы приспособления, а также освещены вопросы техники безопасности, выполняемые при эксплуатации приспособления.

Высота приспособления обеспечивает свободный доступ за­готовки в зону обработки. Погрешность установки заготовок равна 0.02 мм (технологическая и конструкторская базы совмещены), что обеспечивает получение заданной точности обрабатываемых по­верхностей детали. Усилия зажима (при коэффициенте запаса равном 1.5) не вызывают деформации заготовки, что обеспечива­ет заданную точность обработки. Расчетная сила зажима с запасом обеспечивается винтовым зажимом и не требует пересчета режимов резания. Сборочный чертеж приспособления представлен на чертеже (А1). Разработанное при­способление может быть использовано при обработке данной де­тали в соответствии с заданием.

Список литературы

1.   Антонюк В.Е. Конструктору станочных приспособлений: Справочное пособие. -Мн.: Беларусь,1991.

2.  Белоусов А.П. Проектирование станочных приспособлений: Учебное пособие для учащихся техникумов. –М.: Высшая школа, 1980

3.  Боголюбов С.К. Черчение: Учебник для средних специальных учебных заведений. –М.: Машиностроение, 1989

4.  Гелин Ф.Д., Чаус А.С., Металлические материалы: Справочник. Мн.: Дизайн ПРО, 1999.

5.  Горохов В.А. Проектирование технологической оснастки:  Учебное пособие для студентов вузов машиностроительной специальности.  Мн.:  Бервита 1997.

6.  Горошкин А.К. Приспособления для металлорежущих станков: Справочник. –Мн. Машиностроение, 1979.

7.  Станочные приспособления: Справочник в 2_{– х}. т.: Под редакцией           В.Н. Вардашкина–Мн.: Машиностроение, 1984.

8.  Справочник технолога – машиностроителя. В 2 т. Том 2/Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - 4_-еперераб. и доп.– Мн.: Машиностроение, 1985.

Приложение