Расчетная работа по дисциплине: «Технологическая оснастка»

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«Пермский национальный исследовательский

политехнический университет»

механико-технологический факультет

кафедра «Инновационные технологии машиностроения»

направление подготовки: 15.03.01– Машиностроение

Расчетная работа

по дисциплине:

«Технологическая оснастка»

Выполнил студент

Гр. ТАМП - 18-1бз Поспелова В.В.

Проверил:

Ст. преподаватель Дроздов А.А.

Пермь, 2022

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

Производительность обработки во многом зависит от: степени оснащенности производства технологической оснасткой. Чем больше используется технологической оснастки, и чем выше ее технический уровень, тем выше и производительность. Степень оснащенности различных производств неодинакова. В крупносерийном и массовом производстве оснащенность значительно выше, чем в индивидуальном и мелкосерийном. Этим в основном и объясняется тот факт, что трудоемкость изготовления подобных деталей в крупносерийном и массовом производстве в 2—3 раза, а иногда и в 5 раз меньше, чем в мелкосерийном и индивидуальном.

Стоимость оснастки высока ‒ она составляет около 30% всех затрат на подготовку производства, поэтому в условиях индивидуального и мелкосерийного производства, где часто сменяется номенклатура выпускаемых изделий, не представляется возможным иметь высокую степень оснащенности.

Естественно, что задача снижения стоимости оснастки и сокращения сроков ее изготовления, а, следовательно, и подготовки производства является одной из наиболее важных задач современного производства.

1. Сведения о технологической операции

На данной операции производится фрезерование лысок на детали «Корпус». Необходимо выдержать размер 9 мм, выдерживая допуск -0,18 мм. Требуется получить шероховатость Ra 6,3.

Оборудование: Универсально горизонтально фрезерный станок модели 6Р81.

Фрезерование производится торцовой фрезой ГОСТ 24359-80 с резцами из твердого сплава Т15К6:

Высота фрезы от вершин зубьев L = 50 мм.

Наибольший диаметр фрезы D = 100 мм.

Диаметр посадочного отверстия фрезы d = 32 мм.

Число режущих зубьев z = 10.

2. Установка заготовки в приспособлении

При проектировании технологического процесса механической обработки технолог выбирает установочные базы обрабатываемой детали, от которых зависит точность обработки детали. Установка обрабатываемой детали базовыми поверхностями в приспособлении определяет ее положение относительно режущего инструмента.

Применяют три основных способа установки детали для обработки на станке:

1) с индивидуальной выверкой ее положения по соответствующим поверхностям;

2) с выверкой ее положения по рискам разметки;

3) с непосредственной установкой ее в приспособлении.

2.1 Выбор баз

Технологическими базами называют поверхности, используемые для определения положения заготовки или изделия в процессе изготовления. При установке детали в приспособлении за технологические базы принимают реальные поверхности, непосредственно контактирующие с установочными элементами приспособления.

Положение детали в приспособлении определяют ее базирующие поверхности. Детали, устанавливаемые в станочные приспособления, имеют различные базирующие поверхности по форме и виду.

Конструкторскими базами называют базы (поверхности), используемые для определения положения детали в изделии или узле. Эти базы необходимо в первую очередь использовать для установки обрабатываемой детали в приспособлении, так как при этом получаются меньшие погрешности обработки. Конструкторские базы деталей по назначению бывают основные и вспомогательные.

Исходной базой является поверхность – торцевая поверхность.

Установочной базой является поверхность – наружная цилиндрическая поверхность Ø135, с помощью нее легко скоординировать деталь в пространстве.

Измерительной базой является поверхность – торец, т.к. от нее задан исходный размер 33,5.

Исходный (конструкционный) размер – 9.

2.2. Схема базирования и закрепления

Рисунок 1 ‒ Схема базирования и закрепления

2.3 Способ установки. Погрешность базирования

Заготовка в приспособлении цилиндрической частью устанавливают на две пластины, выполненные в виде призмы с углом 80º.

Свободным торцом заготовка упирается в конус.

В данном случае деталь устанавливается на пять точек: длинная призма забирает четыре точки, конус еще одну точку.

Погрешность базирования на призму в данном случае не учитывается, т.к. получаемая погрешность не влияет на требуемый размер.

δб = 0

Погрешность базирования на штырь равна нулю.

δб = 0

Рисунок 2 ‒ Способ установки заготовки

2.4 Расчетная схема, уравнение равновесия и расчет зажимного усилия. Выбор зажимного устройства

Определение исходного усилия. В данном случае на заготовку действуют следующие силы:

Со стороны фрезы – Pr радиальная составляющая силы резания и Py проекция силы резания на ось х.

Со стороны приспособления учитывается в данном случае только сила Q сила зажима.

Форма призмы при расчетах не учитывается, так как угол уменьшен для дополнительной координации заготовки в приспособлении и на расчеты существенно не влияет.

Сила зажима детали планкой:

Q = Q1lηl1,

где: l ,l1 – длина плеч планки, η = 0,9 коэффициент потери на трение в уплотнениях поршня и штока и на осях планок.

Сила на штоке:

Q1 = Q (l / l1) (1/η)

Сила Py гасится реакцией опоры и в расчеты не вносится.

Сила Pr = Py = Q

Для нахождения необходимой силы на штоке нужно найти режимы резания.

Рисунок 3 ‒ Расчетная схема для уравнения равновесия

Выбор инструмента. Конфигурация обрабатываемой поверхности и вид оборудования определяют тип применяемой фрезы. Ее размеры определяются размерами обрабатываемой поверхности и глубиной срезаемого слоя. Диаметр фрезы для сокращения основного технологического времени и расхода инструментального материала выбирают по возможности наименьшей величины, учитывая при этом жесткость технологической системы, схему резания, форму и размеры обрабатываемой заготовки.

При торцовом фрезеровании для достижения производительных режимов резания диаметр фрезы D должен быть больше ширины фрезерования В.

Глубина фрезерования: t = 9 мм.

Ширина фрезерования: B = 60 мм.

Подача. При фрезеровании различают подачу на один зуб sz, подачу на один оборот фрезы s и подачу минутную sm, мм/мин, которые находятся в следующем соотношении:

sm = sn = szzn,

где n ‒ частота вращения фрезы, об/мин; z ‒ число зубьев фрезы.

Исходной величиной подачи при черновом фрезеровании является величина ее на один зуб sz. Рекомендуемые подачи дли различных фрез и условий резания приведены в табл. 33-38[2].

Sz = 0,12 ( Таб. 33 стр. 283 [2])

Скорость резания – окружная скорость фрезы, м/мин.

V = [( CvDq) / (Tmtxszy Buzp)] Kv

Значения коэффициента Сv и показателей степени приведены в табл. 39 [2], а периода стойкости T- в табл. 40[2].

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

Kv = KMVKПVKИV,

где KMV ‒ коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материал; KПV – коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;

KИV ‒ коэффициент, учитывающий материал инструмента.

Kv = 1(750/500)1 0,9 1 = 1,3

V = [( 332 1000,2) /( 1800,2 40,1 0.120,4 60B0,2 100,1)] 1,3 = 340 м/мин

Частота вращения фрезы n:

n = 1000 V / πD =1000 *340 / 3.14* 100 = 1080 об/мин

Принимаем n = 1000 об/мин

Сила резания. Главная составляющая силы резания при фрезеровании — окружная сила, Н:

Pz = [(10 CptxszyBuz) / (Dqnw)] Kмр,

где z – число зубьев фрезы.

Значения коэффициента Cр и показателей степени приведены в табл. 41 [2], поправочный коэффициент на качество обрабатываемою материала Кмр для стали и чугуна – в табл. 9[2]. Величины остальных составляющих силы резания [2]: горизонтальной (сила подачи) Рh, вертикальной Рv, радиальной Рy. Осевой Рx устанавливают их соотношении с главной составляющей Рz, по табл. 42 [2].

Кмр = (500/750)0,3 = 0,9

Pz = [(10 825 41 0,120,75 601,1 10) / (1001,3 10000,2)] 0,9 = 3819 Н

Ph = 0,93819 = 3437H

Сила на штоке:

Q1 = 3437 (l / l1) (1/η) K

Значение коэффициента надежности закрепления К следует выбирать дифференцированно в зависимости от конкретных условий выполнения операции и способа закрепления детали. Величину К можно представить как произведение первичных, коэффициентов (К0 К1 … К6), каждый из которых отражает влияние определенного фактора.

Следовательно:

К = К0 К1 К2 К3 К4 К5 К6

Коэффициент Ко, представляющий собой: гарантированный коэффициент запаса надежности закрепления, для всех случаев следует брать равным 1,5.

Коэффициент К1 учитывает увеличение силы резания из-за случайных неровностей на заготовках. Для черновой обработки ‒ 1,2, для чистовой ‒ 1,0.

Коэффициент К2 учитывает увеличение силы резания вследствие затупления инструмента и равен 1,2.

Значения остальных коэффициентов:

К = 1,5 1,2 1,2 1,2 1,0 1,0 1,0 = 2,5

Сила на штоке:

Q1 = 3437 (40 /80) (1/0,9) 2,5 = 4774 Н

2.4 Расчет привода

В качестве привода применяем двуштоковый гидравлический цилиндр.

Из известной силы (Q1 = 4774 Н), требуемой на штоке найдем диаметры поршней: для этого подберем возвратную пружину, для этого принимаем диаметр штока 20 мм, следовательно, диаметр пружины будет 25 мм, возьмем диаметр проволоки 2,2 мм, сила пружины q = 200 H.

Находим диаметр поршня с учетом возвратной пружины:

D = 1,13 √[(Q1+q) / pη] = 1,13 √[ ( 4774 + 200) / 3*0,9] = 57 мм,

где D ‒ внутренний диаметр цилиндра,

p – рабочее давление масла в гидроцилиндре = 5 мПа

η – КПД, учитывающий патера на трение = 0,9

Принимаем D = 60 мм.

Так как в цилиндре два штока, а расчет велся на один поршень, то давление в цилиндре увеличиваем до 6 мПа.

3 Элементы для координации инструмента

Установы для фрез упрощают настройку станка на размер и повышают ее точность.

Применяются как стандартные, так и специальные установы.

На рис. 4, а показаны стандартные высотные установы (ГОСТ 4091-57), а на рис. 4, б — стандартные угловые установы (ГОСТ 4092-57). Для установки фасонных фрез используются специальные установы.

Ориентация фрез по установам производится с помощью стандартных щупов 2, выполняемых по ГОСТ 8926-58 в двух исполнениях: плоскими и цилиндрическими.

Плоские щупы изготовляют толщиной 1, 3 и 5 мм, а цилиндрические — диаметром 3 и 5 мм. Толщина и диаметр щупов выдерживаются с отклонениями по посадке С.

Установы (кроме высотного типа I) фиксируются на корпусе приспособления двумя штифтами и закрепляются винтами. Располагаются установы на корпусе в стороне от обрабатываемой поверхности.

Изготовляются установы из сталей 15 и 20 с цементацией поверхностей на глубину 0,8—1,2 мм и закалкой до твердости HRС 55—60.

Копиры применяются для фрезерования фасонных поверхностей на вертикально-фрезерных и копировально - фрезерных станках.

Рисунок 4 ‒ Стандартные установы для фрез

4 Расчет погрешностей

В данном случае применяем стандартный высотный установ (ГОСТ 4091-57) рис.4 а. Ориентация фрез по установам производится с помощью стандартных щупов.

Погрешности расположения фрез в приспособлении с установом. Погрешность δП Н выражается погрешностью ± γ размера от установочного элемента до рабочей поверхности установа. Максимальное значение этой по грешности равно δП Н = 2 γ.

Погрешность настройки δН в данном случае является результатом совокупного влияния двух погрешностей: погрешности изготовления щупа по толщине (по диаметру) и погрешности установки фрезы по щупу.

Максимальное значение погрешности изготовления щупа равно допуску на изготовление щупа по толщине (по диаметру). Для щупов толщиной (диаметром) 1 ‒ 3 мм абсолютная величина отклонения буде составлять 0,006 мм, а толщиной 5 мм ‒ 0,008 мм.

Погрешность установки фрезы по щупу зависит о квалификации рабочего. Рассчитать ее нельзя. Она может составлять примерно 0,01 ‒ 0,02 мм.

5 Установка приспособления

Установка приспособления на станок

Приспособления могут устанавливаться на станке (в зависимости от его вида) на шпинделе, на столе либо на каком-то другом его рабочем органе. Для установки приспособлений на каждом станке предусматривается посадочное место.

Как правило, посадочные места станков стандартизованы. Чтобы быстро и точно установить на станке приспособление, на нем выполняются специальные поверхности, согласующиеся с посадочными местами станка. Это так называемые посадочные поверхности приспособления. Конструктор, проектирующий приспособление, должен знать, для какого станка оно предназначается, и иметь все необходимые данные о его. посадочном месте. Только после этого он выбирает способ установки приспособления на станке и оформляет посадочные поверхности.

Способ установки

Посадочным местом для установки приспособления на фрезерном станке является его стол. На корпусе приспособления снизу предусматриваются посадочные поверхности, которыми оно ориентируется на плоскости стола. В небольших приспособлениях посадочная поверхность имеет вид сплошной плоскости А. В приспособлениях значительных размеров в средней части посадочной плоскости А делают неглубокую выемку В (рис. 5,6) или полость Г (рис. 5,в). Благодаря таким выемкам средняя часть корпуса приспособления не соприкасается с плоскостью стола, и приспособление установится более устойчиво.

Для закрепления приспособления на станке в основании его корпуса (см. рис. 5,а) предусматриваются проушины Б, в которые заводятся крепежные болты 2.

Рисунок 5 ‒ Посадочные поверхности фрезерных приспособлений.

Головки болтов удерживаются в Т-образных пазах стола. Количество болтов, а следовательно, и проушин, выбирается в зависимости от действующих усилий резания. В большинстве случаев удается обходиться двумя проушинами и лишь при больших усилиях резания приходится предусматривать четыре по две с каждой стороны. При четырех проушинах шаг 1 между ними согласуется с шагом Т-образных пазов стола станка.

Часто требуется придать приспособлению вполне определенное положение на столе станка по отношению к направлению продольной подачи стола. В этом случае ориентацию приспособлений производят с помощью шпонок по Т-образным пазам, направление которых точно совпадает с направлением продольной подачи стола. Наиболее широко используются нормализованные (МН 4790-63) привинчиваемые шпонки (рис. 5, а).

Основным размером шпонки является ширина В, которая должна быть равна ширине а Т- образного паза стола (см, табл. 6). В шпонках с канавкой размер В1 (у основания) принимается на 0,5 ‒ 1 мм больше ширины В; это необходимо для пригонки шпонки по Т- образному пазу стола.

Рисунок 6 ‒ Виды шпонок.

На каждое приспособление ставят по две шпонки. Шпонка 2 на корпусе 1 приспособления устанавливается снизу в специально для этого предусмотренном пазу Б и закрепляется винтом 3 (рис. 6, б).

Шпонки располагают на корпусе приспособления таким образом, чтобы обе они входили в один и тот же Т- образпый паз стола ‒ обычно средний, как более точный (рис. 6,в). Проушины для крепежных болтов размещают при двух проушинах на оси шпонок, при четырех ‒ слева и справа от оси шпонок так, чтобы для крепления можно было использовать боковые пазы стола.

Вследствие износа и последующих ремонтов ширина пазов на столах часто выходит за пределы допусков, что приводит к увеличению зазоров между шпонкой приспособления и пазом стола. В этих случаях для предотвращения возможного поворота приспособления на столе его при установке прижимают шпонками к одной стороне паза стола и тем самым уменьшают погрешность расположения δРП.

Как при смещении, так и при перекосе приспособления относительно посадочного места станка вместе с ним сместится и установочные элементы. Смещение их в направлении исходного размера внесет при обработке дополнительную погрешность, равную величине этого смещения. Поэтому погрешность установки на станке δРП определяют из геометрических построений.

6 Погрешности. Расчеты на точность

Основное требование, предъявляемое к приспособлениям ‒ обеспечить заданную точность обработки на настроенном станке. Поэтому еще на стадии проектирования приспособления следует производить расчеты на точность. Их осуществляют обычно после того, как уже назначены допуски на изготовление и износ элементов приспособления. Таким образом, по существу, эти расчеты являются поверочными.

Заданная точность будет обеспечена, если получающаяся максимальная погрешность обработки будет меньше допуска. Это значит, что для каждого выдерживаемого на операции размера (отклонения расположения каждой обрабатываемой поверхности) должно соблюдаться следующее условие:

δ∑ ≤ а,

где а — допуск на размер; допуск на отклонение расположения обрабатываемой поверхности, в 0,3 мм δ∑ ‒ максимальная результирующая погрешность обработки, в мм.

Составляющие погрешности. Результирующая погрешность обработки δ∑ является следствием совокупного влияния различных факторов, порождающих погрешности обработки. К их числу относятся: погрешности изготовления и износ элементов станка, приспособления и инструмента; деформация приспособления и детали под действием сил резания и т. д. Каждый из факторов порождает свою составляющую погрешность обработки.

Погрешности:

δС = 0,015 мм ‒ погрешность станка в ненагруженном состоянии, вызываемая погрешностями изготовления и сборки его деталей и узлов и их износом; 0

δРП = 0,01 ‒ погрешность расположения приспособления на станке;

δПУ = 0,01 ‒ погрешность расположения установочных поверхностей относительно посадочных поверхностей приспособления, которыми оно ориентируется на станке;

δУ = 0,0 ‒ погрешность установки детали в приспособлении;

δЗ = 0,001 ‒ погрешность, вызываемая закреплением детали в приспособлении;

δПН = 0,018 ‒ погрешность расположения направляющих элементов для инструмента относительно установочных поверхностей приспособления;

δИ = 0,0 ‒ погрешность инструмента, порождаемая погрешностями его изготовления;

δРИ = 0,0 ‒ погрешность расположения инструмента на станке;

δН = 0,01 ‒ погрешность настройки, т. е. погрешность расположения инструмента относительно направляющих элементов приспособления при настройке;

δД = 0,02 ‒ погрешность деформации, связанная с податливостью технологической системы станок ‒ деталь ‒ приспособление ‒ инструмент;

δИЗ = 0,01 ‒ погрешность, вызываемая износом режущего инструмента.

Суммарная погрешность: 0,01

δ∑ = К √ δС2+δРП2+δПУ2+δУ2+δЗ2+δПН2+δИ2+δН2+δД2+δИЗ2

К = 1,1 ‒ коэффициент, учитывающий закон распределения составляющих погрешностей.

δ∑ = 1,1 √ 0,0152+0,012+02+0,0012+0,0182+02+02+0,012+0,022+0,012 = 0,04

δ∑ = 0,04 ≤ а = 0,3

7 Описание конструкции и работы приспособления

Особенности корпуса: данный корпус многофункциональный и имеет сложную форму. Он одновременно является направляющим элементом для детали, призматическая поверхность, и в тоже время является корпусом силового устройства (гидравлического цилиндра). Также на него монтируется рычаг для усиления зажимного усилия.

На поверхности, контактирующей со столом, в пазах крепятся шпонки для координации приспособления на станке.Также на нем крепится установ для настройки фрезы на размер.

Данное приспособление разработано для фрезерования торца детали. Оно позволяет обрабатывать сразу две детали в отличие от стандартных универсальных приспособлений.

Приспособление позволяет быстро и надежно закрепить заготовку с помощью гидроцилиндра. С помощью установа можно легко установить фрезу на нужный размер.

Приспособление состоит из двух позиций выполненных в виде призм и штыря для закрепления заготовок. Зажим производится рычагами посредством двухпоршневого гидравлического цилиндр, подачи в рабочую полость масла под давлением в 6 мПа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с предъявляемыми требованиями в данной работе разработано приспособление для фрезерования лысок детали «Корпус», произведен анализ служебного назначения детали, технических требований и точности.

Оборудование, инструмент и приспособления применены с учетом технической характеристики детали, вида производства, точности, экономичности.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Зубарев Ю. М. Расчет и проектирование приспособлений в машиностроении: Учебник. ‒ СПб.: Издательство «Лань», 2015. ‒ 320 с.

Проектирование технологической оснастки: метод. указания к

курсовой работе / Самар. гос. аэрокосм. ун-т; Сост. А.П. Шулепов, А.В.

Мещеряков. Самара, 2006 – 27 с.

2. Справочник технолога - машиностроителя : в 2 т. Т. 1 / А. М. Дальский, А. Г. Суслов, А. Г. Косилова [и др.]; под ред. А. М. Дальского [и др. / ред. совет: А. М. Дальский (пред. и гл. ред.) [и др.]. ‒ 5-е изд., испр. ‒ М.: Машиностроение, 2003. ‒ 912 с.

3. Справочник технолога – машиностроителя: в 2 т. Т. 2 / А. М. Дальский, А. Г. Суслов, А. Г. Косилова [и др.]; под ред. А. М. Дальского [и др.] / ред. совет: А. М. Дальский (пред. и гл. ред.) [и др.] .— 5-е изд., испр. — М.: Машиностроение, 2003. ‒ 944 с.

4. Проектирование технологической оснастки: метод. указания к

курсовой работе / Самар. гос. аэрокосм. ун-т; Сост. А.П. Шулепов, А.В.

Мещеряков. Самара, 2006 – 27 с.

5. Технологическая оснастка: методические рекомендации к курсовому проектированию для студентов специальности «Технология машиностроения» очной и заочной форм обучения. Могилев, 2019.