Кондуктор для сверления двух отверстий 14 мм

Курсовая работа

Кондуктор для сверления двух отверстий Ш14 мм

1. Определение конструктивных характеристик детали и расчёт её массы

конструкция делать станочный приспособление Конструктивные характеристики зубчатого колеса.

Наибольший наружный диаметр (для тел вращения) — 135 мм.

Диаметр центрального отверстия — 70 мм.

Модуль зубчатого венца — 4,5

Длинна — 60 мм.

Для расчёта массы разбиваем деталь на элементарные геометрические фигуры и рассчитываем объем каждой полученной части детали. При расчёте Материал детали — сталь 40Х ГОСТ 4543–71.

Рисунок 1.1- Эскиз детали При расчёте массы заготовки пренебрегаем: фасками и зубчатым венцом колеса.

Разбиваем заготовку на элементарные геометрические фигуры.

1) Определим объем цилиндра радиусом 55,5 мм. По формуле в соответствии с (рисунком 1.2).

V1=· r²h=3.14Ч55.5²Ч60=580 319.1 мм³

Рисунок 1.2 — Цилиндр радиусом 55.5мм

2)Определим объем цилиндра радиусом 35 мм. (Посадочное отверстие зубчатого колеса). По формуле в соответствии с (рисунком 1.3).

V2=· r²h =3.14Ч35²Ч60=230 790 мм³

Рисунок 1.3 — Цилиндр радиусом 35 мм.

3)Определим объем двух соосных отверстий в ступице колеса, как объем цилиндра с радиусом 7 мм. По формуле в соответствии с (рисунком 1.4).

V3=(· r²h) Ч2 =(3.14Ч7²Ч20)Ч2=6308.26 мм³

Рисунок 1.4 — Отверстие в ступице заготовки Объем заготовки найдем по формуле:

V_заг=V₁-V₂-V₃

V_общ=0,5 803 191 — 0,230 790 — 0,630 826 =0,343 220 м³

Чтобы найти массу заготовки воспользуемся формулой:

m=V*с, где с-плотность стали 40Х ГОСТ 4543–71.

Плотность с=7.83кг/м³.

Таким образом масса детали:

m=V*с=0,343 220 *7.83=2,700 кг

2. Разработка содержания технологической операции

2.1 Определение метода обработки

Исходя из точности отверстия Ш14Н14, шероховатости поверхности Ra12,5мкм и согласно таблицам экономической точности, обработка поверхности осуществляется сверлением отверстия Ш14мм.

2.2 Выбор оборудования, режущего и вспомогательного инструмента

Согласно техническому заданию, необходимо обработать два соосных отверстия Ш14Н14 в данном случае нет необходимости перемещать либо кондуктор с деталью под шпинделем станка либо шпиндель над кондуктором. Поэтому обработка будет вестись на вертикально-сверлильном станке, модель 2Н118. Выбор данной модели станка обусловлен тем, что максимальный диаметр обработки по стали на станке равен 18 мм, а так же, учитывая, что годовая программа 20 000 штук, необходима механическая подача шпинделя.

Находим рекомендуемый режущий инструмент для обработки отверстия Ш14Н14: сверло спиральное удлиненное с цилиндрическим хвостовиком, конусом Морзе № 1 диаметром 14 мм. Условное обозначение: сверло2301−0416 ГОСТ 2092;77. Установка данного осевого инструмента в шпиндель станка требует использования вспомогательного инструмента т. к конус Морзе присоединительной поверхности шпинделя и сверла не совпадают. Сверло устанавливается в шпиндель станка при помощи переходной втулки 6100−0141 ГОСТ 13 598–85.

2.3Обоснование и разработка теоретической схемы базирования

Схема базирования детали в приспособлении должна обеспечивать выполнение заданных чертежом размеров. По чертежу необходимо выдержать размер 17^±0,1.

С целью придания заготовке совершенно определенного положения в пространстве ее необходимо лишить шести степеней свободы, т. е. возможности перемещения вдоль трех осей координат, а также поворота вокруг этих осей. С этой целью необходимо и достаточно ориентировать заготовку по шести опорным точкам (рисунок 2.3.1).

Рисунок 2.3.1. — Схема базирования заготовки Для данной заготовки базирование осуществим плоскости, А и отверстию ВШ70H7. Три координаты, определяющие положение детали относительно плоскости XOY, лишает ее трех степеней свободы — возможности перемещаться в направлении оси OZ и вращаться вокруг осей OY и OX (1,2,3). Базируя заготовку по плоскости, А она тем самым лишается трех степеней свободы, а именно перемещения вдоль оси OY и вращения вдоль осей OZ, OX. Базируя по отверстию Б заготовка устанавливается на цилиндрической оправке, что лишает ее двух степеней свободы, а именно перемещения вдоль осей OZ и OX. Чтобы лишить заготовку шестой степени свободы (вращения вдоль OY) применим винтовой зажим.

2.4 Расчет режимов резания

Исходные данные:

1) Обрабатываемый материал — Сталь 40Х Твёрдость 170−229HB кгс/мм².

Предельная прочность = 600МПа.

Предельная текучесть =720 МПа.

2) Режущий инструмент определяем в пункте 2.2. пояснительной записки.

Рассчитаем режимы резания и произведем нормирование технологических переходов по обработке отверстия.

В связи с тем, что расчет режимов резания и основного времени для всех технологических переходов будет аналогичным, его целесообразно выполнить в форме таблицы 3.

Предварительно определим характеристику рядов подач и чисел частот вращения шпинделя вертикально-сверлильного станка.

Для станка 2Н118 пределы подач 0.1…0.56 мм/об, число подач- 6 (по паспорту станка).

Определим глубину резания по формуле:

t=0.5*D

где D — диаметр обработки

t=7мм

[3, с 252]

— показатель знаменательного ряда,

= 0,1 мм/об

= 0,56 мм/об По источнику [7 с, 104] = 1,41.

Рассчитаем S_оn подачу на оборот нормативную [7 с, 126]

S_он = 0,3 *1,3=0,39мм/об (при стали HB<229 умножают на1,3).

Где S_omin— минимальное значение ряда подач, мм/об;

S_он— нормативная подача на оборот при сверлении, мм/об.

Принятое значение подачи

[3, с 252]

Принимаем значение S_о =0.28мм/об.

Определение периода стойкости инструмента по нормативам T, мин.

По карте С — 3 период стойкости сверла определяется по формуле:

T=T_мЧл Где: Т_м — период стойкости в минутах машинной работы станка, Т_м=30 мин.

л — коэффициент времени резания каждого инструмента, равный отношению длины резания L_рез. этого инструмента к длине рабочего хода L_р.х

л=40/118=0,33

Т=30Ч0,33=10,2 мин Рассчитываем длину рабочего хода

L_рх=L_рез+Y+L_доп, мм, [7 с, 104]

где L_рез — длина резания, мм,

Lрез=20*2=40мм по рисунке (2.4.1)

Y — величина врезания и перебега, мм. [7 с, 303]

Y=y₁+y₂, где y₁ и y₂ величина врезания и перебега соответственно.

y₁=4мм; y₂=4мм

Y=8мм.

Исходя из рисунка (2.4.1) L_доп=70мм.

Согласно рисунку 2.4.1длина рабочего хода при сверлении составит Тогда L_рх = 40 + 8+70 = 118 мм.

Рисунок 2.4.1 — Схема для определения длинны рабочего хода

Определяем скорость резания по формуле Скорость резания для сверления определяется по формуле

[7 с.105],

где — табличные значения скорости,

= 24,5 м/мин.

— коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала, = 0,9,

— коэффициент, зависящий от стойкости инструмента, = 1,25

— коэффициент, зависящий от отношения длины резания к диаметру,=1.

Тогда скорость м/мин.

Определяем ряд чисел частот вращения шпинделя Число ступеней скоростей =9

[3 с, 252]

Определим частоту вращения шпинделя станка, об/мин.

об/мин.

Пользуясь знаменателем, получим ряд чисел частоты вращения шпинделя: 180; 253,8; 357,86; 504,58; 711,46; 1003,16; 1414,46; 1994,38; 2800.

Из полученного ряда выбираем ближайшее меньшее значение частоты вращения шпинделя мин ^-1.

Определяем основное время Т₀

мин. [7 с, 122],

где — длина рабочего хода, мм;

— подача на оборот принятая, мм/об.;

— принятая частота вращения шпинделя, мин^-1.

T₀=118/(504,58*0,28)=0,83 мин.

Проверим правильность выбора станка по мощности резания и по осевой силе. Проверку производим для операции сверления отверстия диаметром 14 мм.

Осевая сила

[7 с, 125]

где — табличное значение осевой силы, Н;

при S₀ = 0,141 мм/об = 410 Н.

— коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала, = 1;

Н Наибольшее усилие подачи станка равно 5600 Н.

Мощность резания, кВт [7 с, 126]

где — значение мощности резания, кВт

= 1,9 кВт;

— коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала,

= 1;

кВТ Наибольшая мощность станка =2,2 кВт.

Станок подходит для данной операции.

2.5 Нормирование технологической операции и определение типа производства

Нормирование вспомогательных технологических переходов оформляем в виде таблицы 2.5.1 по методике, изложенной в литературе.

В таблице не учтено время на измерение детали, входящее в состав вспомогательного времени. В данном случае время на измерение, учитывая, что периодичность перекрывается основным машинным временем.

Время на технологическое обслуживание рабочего места определяется временем, необходимым для замены режущего инструмента — сверла. Время смены сверла — 0.3 мин.

Определим время на организационное обслуживание. Это время определяется в процентах от оперативного времени.

Т_оо= Т_о+Т_в?100 мин.

Время перерывов на отдых и личные надобности рабочих устанавливаются в процентах от оперативного времени.

Т_отд мин.

Таблица 2.5.1 — Нормирование вспомогательных технологических переходов

Определим штучное время:

T_шт=T_o+ T_в+T_оо+T_отд

T_шт мин Принятый порядок последовательности обработки отверстия на вертикально-сверлильном станке определяет условия серийного производства с концентрацией обработки на одном рабочем месте.

Для уточнения типа производства, а следственно, и выбора конструкции приспособления необходимо сравнить штучное время с тактом выпуска.

Определяем такт выпуска мин/шт где — годовой располагаемый фонд времени станка, ч;

— программа выпуска, шт.

t_вмин/шт Штучное время не превышает такт выпуска, следовательно, для обеспечения годовой программы производства достаточно одного станка.

Значит фактический коэффициент загрузки оборудования.

На рабочем месте выполняется одна операция. Коэффициент закрепления операций K_зо=1, что соответствует для массового производства, согласно ГОСТ 14 004–74.

3. Разработка конструкции станочного приспособления

Разработку конструкции станочного приспособления необходимо производить исходя из того, что приспособление должно удовлетворять следующим условиям:

— обеспечивать ориентированное положение заготовки по отношению к режущему инструменту или рабочим органам станка;

— обеспечивать достаточное усилие зажима заготовки, способное воспринимать силы резания, силы инерции, силы от массы заготовки;

— обеспечивать заданную точность обработки отверстия;

— простоту обслуживания;

— обеспечить быструю смену заготовки в приспособлении;

— зажимные устройства не должны мешать выходу стружки и давать возможность очистки приспособления после каждого цикла работы и др.

Для придания заготовке ориентировочного положения относительно режущего инструмента или рабочих органов станка была разработана схема базирования (рисунок 2.3.1). В точках, которыми деталь должна опираться на установочные элементы, вычерчиваем выбранные установочные и опорные элементы — в данном случае оправка (запрессованная в угольник).

В точках приложения зажимных усилий, выбранных при силовом расчете, вычерчиваем зажимные элементы приспособления. В качестве зажимного устройства используется быстросменная шайба 7019−0501 ГОСТ 4087–69 и гайкаМ20−6H ГОСТ 15 522–70. Данное зажимное устройство позволяет свободно снимать деталь. Деталь зажимается вручную. При проектировании зажимного устройства использовались стандартные изделия.

Для направления режущего инструмента проектируется кондукторная плита со сменной и постоянной кондукторными втулками. Кондукторная плита крепится винтом, А. М 8−6g x 25 ГОСТ 149 108 084 и для обеспечения точности двумя штифтами 2.8×30 ГОСТ 3128–70, к угольнику.

Для кондукторов, устанавливаемых на столах сверлильных станков, нет необходимости применение элементов, обеспечивающих точную координацию при перемещении стола, так как стол неподвижен. В нашем случае совмещение осей инструментов и кондукторных втулок обеспечивается перемещающимся в горизонтальном направлении шпинделем. Для вертикально-сверлильного станка при установке приспособления на стол необходимо лишь совместить ось инструмента с осью кондукторной втулки. Так как отверстие, которое подлежит обработке диаметра 14 мм, то существует необходимости крепить кондуктор к столу, станочными болтами 7002−0353 ГОСТ 12 201–66. Так как программа выпуска превышает 15 000 шт выбираем постоянную и сменную кондукторную втулку. Кондукторные втулки вычерчиваем на расстоянии (0,3−1) d_отв. от отверстия. В данном случае принимаем значение 1d_отв т. к обрабатываемый материал сталь 30Х.

Важным условием работоспособности приспособления является возможность лёгкого удаления стружки из зоны резания и установки детали. Особенно тщательно следует очищать поверхности установочных элементов, так как к ним должен быть обеспечен свободный доступ. В нашем случае это предусмотрено.

4. Расчет станочного приспособления на точность

Для выполнения точностных расчетов составим схему (рисунок 4.1), на которой показаны элементы, определяющие положение и направление движения инструментов — кондукторные втулки. Расчет произведем по выбранной втулке для сверления.

При расчете точности необходимо определить погрешности изготовления и сборки элементов приспособления в зависимости от параметров, заданных в чертеже детали, а именно:

— Допуск на размер 17 мм от плоскости торца детали до центра отверстия Ш14 мм.

— Отклонение от перпендикулярности плоскостей торца отверстию не более 0,05/100мм.

Рисунок 4.1 — Схема для расчёта точности приспособления Определим допустимую погрешность изготовления кондуктора обеспечивающую получение размера 17±^0,2 (допуск на линейный размер 17 на чертеже не указан. Выбираем по 14 квалитету согласно таблицам точности ±IT14/2).

д?[д₁ — (?S+?e)]

где д₁ — допуск на размер заданный в детали, мм;

д₁=0,4.

?S — суммарный радиальный зазор.

? t — суммарный эксцентриситет.

?S= S₁+ S₂+ S₃

где S₁ и S₂ — соответственно максимальные зазоры между сменной и постоянной втулкой, между сменной втулкой и инструментом, мм; S₃ — максимальный радиальный зазор между сменной втулкой установленной в оправке и инструментом, мм.

Максимальный зазор между сменной и постоянной втулкой (S₁) и определяется исходя из величин полей допусков на данные элементы, так для отверстия сменной втулки D =20h7^-0,021 а для постоянной d = 20H6 (^+0,013).

Определим максимальный радиальный зазор между сменной кондукторной втулкой и постоянной кондукторной втулкой. Для определения построим схему полей допусков.

Рис. 4.2 Схема полей допусков сменной и постоянной кондукторных втулок

S₁=0,021+0,013=0,034 мм Допуски на диаметры отверстий кондукторных втулок для прохода сверла по посадке f7 системы вала. В нашем случае допуск на отверстие втулок для сверла Ш14F8(), а для режущего инструмента (сверла) допуск на неточность изготовления сверла Ш14 мм составит -0,028 мм (ГОСТ 13 779−77).

Определим максимальный радиальный зазор между сверлом и отверстием сменной кондукторной втулки. Для определения построим схему полей допусков.

Рис. 4.3 — Схема полей допусков сменной кондукторной втулки и сверла.

S₂=0,028+0,043=0,071 мм Принимаем максимальный радиальный зазор S₂=S₃ т. к поле допуска кондукторной втулки установленной в оправке совпадает с полем допуска сменной кондукторной втулки.

S₃=0,071 мм Таким образом:

?S=S₁+S₂+S₃

?S=0.034+0.071+0.071=0.176мм Необходимо определить суммарный допустимый эксцентриситет:

где Е₁ — допустимый эксцентриситет сменой втулки;

Е₂ — допустимый эксцентриситет постоянной втулки.

E₃ — допустимый эксцентриситет втулки запрессованной в оправку.

По ГОСТ 18 435–73 радиальное биение поверхности d относительно D для втулок с полем допуска по g6 определяется по IV степени точности.

ГОСТ 24 643–81

Для 20e₁=0,008мм

Для 28e₂=0,008мм

Для 20e₃=0,008 мм

?e=0.008+0.008+0.008=0,024 мм Следовательно, допуск на расстояние от торца детали до отверстия под постоянную втулку в кондукторной плите составит:

д?[д₁ — (?S+?e)]

д=[0,4-(0,176+0,024)]=0,2.

На чертеже следует указать отклонение размера 17±^0,1.

Данный допуск свидетельствует о том, что разработанный кондуктор обеспечивает необходимую точность обработки отверстий.

5. Расчет усилия зажима

Для обеспечения надёжного закрепления детали при обработке необходимо, чтобы с помощью зажимных элементов и устройств базовые поверхности детали были прижаты к опорным элементам.

В процессе обработки из-за погрешностей заточки сверла, т. е. смещения перемычки от оси вращения сверла, будет возникать усилия, приводящие к сдвигу детали в момент начала сверления. Кроме того, если деталь при обработке не будет закреплена усилием, приложенным к поверхности, которая не обрабатывается, то крутящий момент от сил резания приведет к вращению детали вместе с обрабатывающим инструментом.

При выполнении сверления будет возникать крутящий момент, который будет стремиться повернуть заготовку относительно оси обрабатываемого отверстия. Определяем крутящий момент и осевую силу для сверления отверстия диаметром 14 мм.

Момент кручения находим по формуле:

[1 с, 266]

где C_m=0.0345; q=2; y=0,8; K_p =0,85

Рисунок 5.1 — Схема воздействия на заготовку моментов, сил зажима

М_крН*м Описание сил возникающих при сверлении.

Во время сверления отверстия возникают следующие силы: осевая силаP₀, сила резания P_z, а также крутящий момент M_кр которая стремится провернуть заготовку. Для данной конструкции самой не благоприятной является сила P_z направленная навстречу усилию зажима W. Осевая сила P₀ возникающая во время резания прижимает заготовку к плоскости оправки, тем самым благоприятно сказывается на процесс обработки. Вследствие чего P₀ в расчётах не учитывается.

Рассчитываем силу зажима детали, для чего составим уравнение:

K*Pz=W. [1 c, 315]

Так как для нашего случая Pz=Mкр./r, то

Pz=11,9/0,007=1700Н*м

где — коэффициент запаса, учитывающий нестабильность силовых воздействий на заготовку.

;

K₀=1,5 — гарантированный коэффициент запаса;

K₁=1,2- коэффициент, учитывающий увеличение сил резания из-за случайных неровностей на обрабатываемых поверхностях заготовок.;

K₂=1- коэффициент, учитывающий увеличение сил резания вследствие затупления режущего инструмента;

K₃=1- коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при прерывистом резании;

K₄=1,3- коэффициент, характеризующий постоянство силы, развиваемой З.М.;

K₅=1- коэффициент, характеризующий эргономику немеханизированного З.М.

;

Н

[W] =1000кгс=10 000 Н — допускаемая сила зажима, создаваемая винтовым механизмом с метрической резьбой 2М20(по ГОСТ 9150–59) [1 с, 21].

Сравним расчетное значение силы зажима с допускаемым, должно выполняться следующее условие: W < [W].

В нашем случае 3978 Н < 10 000 Н, таким образом, данный зажимной механизм пригоден для использования закрепления детали при обработке.

1. Антонюк, В. Е. Конструктору станочных приспособлений: справ. пособие / В. Е Антонюк. — Минск: Беларусь, 1991. — 400 с.

2. Анурьев, В. И. Справочник конструктора — машиностроителя: в 3 кн. / В. И. Анурьев. — М.: Машиностроение, 1980. — 728 с.

3. Горбацевич, А. Ф. Курсовое проектирование по технологии машиностроения / А. Ф. Горбацевич, В. А. Шкред — 4-е изд., испр. и доп.; под ред. А. Ф. Горбацевича. — Минск.: Вышэйшая школа, 1983. — 256 с.

4. Жданович, В. В. Оформление документов и курсовых проектов / В. В. Жданович, А. Ф. Горбацевич. — Минск: УП «Технопринт», 2002. — 99 с.: ил.

5. Технологическая оснастка: метод. указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «Технологическая оснастка» для студентов специальности 08.01.01 «Профессиональное обучение», направление 08.01.01 — 01 «Машиностроение» / сост. А. Ф. Горбацевич [и др.] - Минск.: БНТУ, 2007 — 84 с.

6. Поливанов, П. М. Таблицы для подсчета массы деталей и материалов: Справочник / П. М. Поливанов, Е. П. Поливанова. — 10-е изд., испр. и доп. — М.: Машиностроение, 1975. — 304 с.

7. Барановский Ю. В. Режимы резания металлов: Справочник / под ред. Ю. В. Барановского. - М.: Машиностроение, 1972. — 407 с.

8. Косилова, А. Г. Справочник технолога-машиностроителя: в 2 кн. / А. Г. Косилова, Р. К. Мещеряков — 4-е изд., испр. и доп.; под ред. А. Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова. — М.: Машиностроение, 1985. — 1 кн.

9. Косилова, А. Г. Справочник технолога-машиностроителя: в 2 кн. / А. Г. Косилова, Р. К. Мещеряков — 4-е изд., испр. и доп.; под ред. А. Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова. — М.: Машиностроение, 1986. — 2 кн.

10. Вардашкин Б. Н. Станочные приспособления: в 2 кн. / Б. Н. Вардашкин, А. А. Шатилов; под ред. Б. Н. Вардашкина, А. А. Шатилова. — М.: Машиностроение, 1984, — 1 кн.

11. Вардашкин Б. Н. Станочные приспособления: в 2 кн. / Б. Н. Вардашкин, А. А. Шатилов; под ред. Б. Н. Вардашкина, А. А. Шатилова. — М.: Машиностроение, 1984, — 2 кн.