Проектирование станочного приспособления для операции Сверление детали Вал (WinWord 2000 CorelDraw 9.0)

Министерство Общего и Профессионального Образования РФ

 

Московская Государственная Академия

Приборостроения и Информатики

Кафедра: "Технологической Информатики и Технологии Машиностроения"

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К расчетно-графической работе

Тема: "Проектирование технологической оснастки"

Студент                                                                                          Бакачёв А.И.

Шифр                                                                                             96009

Специальность                                                                               1201

Руководитель                                                                                 Ершов А.А.

УКП Стромынка

Москва, 2000 г.

Министерство Общего и Профессионального Образования РФ

 

Московская Государственная Академия

Приборостроения и Информатики

Кафедра: "Технологической Информатики и Технологии Машиностроения"

ЗАДАНИЕ

Студент                                                              Бакачёв А.И.

1. Расчетно-графическая работа - Проектирование станочных приспособлений

2. Срок сдачи работы - _________________________

(дата)

3. Исходные данные - согласно методическим указаниям.

4. Перечень графического материала – чертеж приспособления, 1 лист формат А1

Руководитель: ____________________________   / Ершов А.А. /

Задание принято: _________________________

(дата)

Студент: ________________________________

(подпись)

Содержание:

Введение

4

1. Проектирование станочного приспособления

5

1.1. Техническое задание

5

1.2. Последовательность и этапы при проектировании станочных приспособлений

6

1.3. Выбор и обоснование системы станочного приспособления

7

2. Выбор способа установки заготовки в станочном приспособлении

8

2.1. Выбор схемы базирования

8

2.2. Предварительная оценка точности обработки

11

2.3. Окончательный точностной расчет.

13

3. Силовой расчет приспособления.

14

3.1 Схема силового замыкания

14

3.2. Схема применяемого пневмоцилиндра

17

4 Технико-экономическое обоснование применения станочного приспособления

18

Литература

19

Приложения:

чертеж детали (А4)

чертеж приспособления (формат А1)

спецификация (формат А4)

МГАПИ, МТ-8

УКП Стромынка

 

МГАПИ, МТ-8

УКП Стромынка

 

ВВЕДЕНИЕ

Интенсификация производства в машиностроении неразрывно связана с техническим перевооружением и модернизацией средств производства на базе применения новейших достижений науки и техники. Техническое перевооружение, подготовка производства новых видов продукции машиностроения и модернизация средств производства неизбежно включают процессы проектирования средств технологического оснащения и их изготовления.

В общем объеме средств технологического оснащения примерно 50% составляют станочные приспособления. Применение станочных приспособлений позволяет:

1.   надежно базировать и закреплять обрабатываемую деталь с сохранением ее жесткости в процессе обработки;

2.   стабильно обеспечивать высокое качество обрабатываемых деталей при минимальной зависимости качества от квалификации рабочего;

3.   повысить производительность и облегчить условия труда рабочего в результате механизации приспособлений;

4.   расширить технологические возможности используемого оборудования.

В зависимости от вида производства технический уровень и структура станочных приспособлений различны. Для массового и крупносерийного производства в большинстве случаев применяют специальные станочные приспособления. Специальные станочные приспособления имеют одноцелевое назначение для выполнения определенных операций механической обработки конкретной детали. Эти приспособления наиболее трудоемки и дороги при исполнении. В условиях единичного и мелкосерийного производства широкое распространение получила система универсально-сборных приспособлений (УСП), основанная на использовании стандартных деталей и узлов. Этот вид приспособлений более мобилен в части подготовки производства и не требует значительных затрат.

Создание любого вида станочных приспособлений, отвечающих требованиям производства, неизбежно сопряжено с применением квалифицированного труда. В последнее время в области проектирования, станочных приспособлений достигнуты значительные успехи. Разработаны методики расчета точности обработки  деталей в станочных приспособлениях, созданы прецизионные патроны и оправки, улучшены зажимные механизмы и усовершенствована методика их расчета, разработаны различные приводы с элементами, повысившими их эксплуатационную надежность.
1. Проектирование станочного приспособления

1.1. Техническое задание

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%

1.2. Последовательность и этапы при проектировании станочных приспособлений.

Техническое задание на проектирование станочного приспособления

Анализ исходных данных для разработки технического проекта

Выбор и обоснование системы станочного приспособления

Критерий выбора - зона рентабельности применения системы станочного приспособления

Выбор баз и способа установки заготовки на разрабатываемой операции

Определение и анализ погрешности базирования E_б

Определение погрешности закрепления – Е_з

Анализ и оптимизация теоретических схем базирования

Схема силового замыкания детали

Определение погрешности

базирования (Е_б) для выбранной схемы установки

Выбор точки приложения и направления зажимных сил

Анализ возможных схем установки детали на операции

Выбор конструкции и расположения опорных (установочных) элементов приспособления.

Анализ размерных связей при различных схемах базирования

Расчет погрешности закрепления Е_з = С₁ * q^0.5 * (C₂ + kR_a)

Оптимизация схемы базирования. Расчет Е_б

Выбор способа установки приспособления на станке

 

Осуществляется привязка станочного приспособления к системе координат станка

Оценка (расчетная) погрешности установки Е = Ö E₁² + E₂²

Оценка (расчетная) допуска на исполнительный размер [б_p] £ [б_т]

Выбор направляющих элементов для инструмента

Разработка компоновочной схемы приспособления

Расчетная часть проекта

1.3. Выбор и обоснование системы станочного приспособления.

Система станочного приспособления определяется по зоне рентабельности, через коэффициент загрузки приспособления.

К_з = Т_ш.к. – N_г – КЗО / F_д                                                               (2.3)

где Т_ш.к. – штучно-калькуляционное время выполняемой операции

Т_ш.к. = 3,8мин

N_г - годовая программа выпуска

N_г = 1500шт.

N = 6

N - число деталей в группе

N = 6

F_д - действительный годовой фонд времени

К_з = 3,8 - 1500 ´ 6 / 4015 - 60 = 0,14

по ГОСТ 14.305-73 с таким коэффициентом загрузки целесообразно применять приспособления УНП.

УНП - универсальное наладочное приспособление. К этой группе приспособлений относятся приспособления, состоящие из постоянной части и сменных наладок. С помощью УНП заготовка устанавливается с такой же точностью и быстротой, как и при использовании дорогостоящего специального приспособления, следовательно, УНП выполняет функции специального приспособления при меньших удельных затратах

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 и из ГОСТа 31107-81 возможные схемы практической реализации.

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".

Схема базирования детали на операции ГОСТ 21495-76
и исполнительные размеры на операцию

1, 2, 3, 4 – скрытая двойная направляющая база

5 – опорная технологическая база

6 – скрытая опорная технологическая база

Характеристика установочных (базирующих) поверхностей.

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

Возможные варианты схемы практической реализации ГОСТ 3.1107-81.

Схема №1

Схема №2

Схема№3

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                                                                          (2)

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. Для расчета допуска на размер 1 воспользуемся формулой:

б_р = Е_у + ÙН + W                                                                           (2.2)

где Еу = 0, погрешность установки

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

ÙН - погрешность настройки

ÙН = 0,1б_т                                                                             (2.2)

где б_т - допуск на рассчитываемый размер

б_т = 0,3мм

ÙН = 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:

Ùå = 1.73 ´ ÙH + 1.73 ´ Ùи + 1.73 ´ Ùд + Ö E_б² + Е_д² + Е_ст²

где Ùи - погрешность, связанная с размерным износом инструмента

Ùи = 0,02мм

Ùд - погрешность, связанная с температурной и упругой деформацией СПИД

Ùд = 0,015мм

ÙН - погрешность, связанная с настройкой инструмента

ÙН = 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,

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

Сравним полученную погрешность с заданным допуском

Ùå = 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

Оси координат

Перемещение

Вращение

+

-

+

-

x

W_x

y

W_y

z

W_z

W₃

W₃

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.

Пневматические силовые приводы широко применяются в приспособлениях разнообразных типов. Быстрота, легкость, постоянство зажима, возможность его регулирования и контроля, а также дистанционное управление зажимами являются основными преимуществами пневмоприводов для зажима и обрабатываемых заготовок.

3.2. Схема применяемого пневмоцилиндра

Необходимая сила зажима в пневмоприводе создается с помощью пневмоцилиндра.

Необходимый диаметр цилиндра Dц для получения нужной силы зажима найдем по формуле:

D_ц = Ö Q – Q_пр / 0.785Ph

где Q - необходимая сила зажима.

Q = 1823,3Н

Q_пр - возвратная пружина

Q_np = 60Н

P - давление воздуха

Р = 0,4Мпа

h - КПД пневмоцилиндра.

h = 0,85

D_ц = Ö 1823.3 – 60 / 0.785 ´ 0.4 ´ 0.85 = 84мм

Вывод: для создания силы зажима W_за = 1823,ЗН необходимо применять в проектируемом приспособлении пневмоцилиндр

с D_ц = 84 мм

4 Технико-экономическое обоснование применения станочного приспособления.

Рассчитываем годовую экономию в зарплате от применения нового приспособления по формуле:

Э_год = С_р ´ (Т_шт.кб. - Т_{шт.к.пр.} / 60) ´ К_допл. ´ N_r, руб

где С_р - часовая тарифная ставка рабочего 3-го разряда

С_р = 30руб

Т_шт.к. - норма времени на операцию соответственно базового и проектного варианта.

К_допл. - коэффициент доплат

К_допл. = 1,4

N_год - годовая программа выпуска

N_год = 9000шт

Э_год = 30 ´ (6 - 3,95 / 60 ) ´ 1,4 ´ 9000 = 12914руб

Вывод: приспособление целесообразно применять, если затраты на его изготовление не превышают 12914руб

Литература:

1.   А.Г. Косилова и Р.К.Мещерякова "Справочник технолога-машиностроителя" в 2-х томах, изд. Москва "Машиностроение" 1986г.

2.   Б.Г.Зайцев "Справочник молодого токаря'" изд. Москва "Высшая школа" 1977г.

3.   М.А.Ансеров "Приспособление для металлорежущих станков'' изд. Москва ' 'Машиностроение'' 1975г.

4.   Б.Н.Вардашкин и А.А.Шапилова "Станочные приспособления "в 2-х томах, изд. Москва "Машиностроение 1984г.

5.   В.В.Данилевский "Технология машиностроения" изд. Москва "Высшая школа" 1984г.

6.   Н.Ф.Мельников "Технология машиностроения" изд. Москва "Машиностроение" 1977г.

7.   А.А.Маталин "Технология машиностроения" изд. Москва "Машиностроение" 1985г.

8.   ГОСТ 14.202-73 ЕСТПП "Правила выбора показателей технологичности конструкции изделий''.