Проектирование станочного приспособления

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТАНОЧНОГО ПРИСПОСОБЛЕНИЯ

Введение

К важнейшим задачам машиностроения относятся повышение качества машин, снижение их материалоемкости, трудоемкости и себестоимости изготовления, нормализация и унификации их элементов, механизация и автоматизация производства, а также сокращение сроков подготовки производства новых объектов.

Совершенствование конструкций и повышение требований к качеству и надежности работы двигателей летательных аппаратов связано с интенсификацией производства на основе широкого использования прогрессивных технологий и средств автоматизации и механизации.

Большинство деталей авиадвигателей имеют сложную конструктивную форму и малую жесткость, изготавливаются из труднообрабатываемых материалов. К точности геометрических параметров и качеству обрабатываемых поверхностей этих деталей предъявляют высокие требования. Особенно большое внимание уделяется чистовым и отделочным технологическим методам обработки, объем которых в общей трудоемкости обработки деталей постоянной возрастает.

Интенсификация производства в машиностроении неразрывно связано с техническим перевооружением и модернизацией средств производства на базе применения новейших достижений науки и техники. В общем объеме средств технологического оснащения примерно 50% составляют станочные приспособления. Основные требования предъявляемые к станочным приспособлениям: они должны быть удобными и безопасными в работе, быстродействующими, достаточно жесткими для обеспечения заданной точности обработки, удобными для быстрой установки на станок, что особенно важно при периодической смене приспособлений в серийном производстве, простыми и дешевыми в изготовлении, доступными для ремонта и замены изношенных деталей. В нашем случае используем кондуктор для сверления и зенкирования отверстия в теле детали, использование данного приспособления обксловленна тем, что отверстие в детали расположено под углом к торцу, из-за этого деталь невозможно положить на стол либо как-то еще. Поэтому используем кондуктор, деталь в нем закрепляется под нужным углом и обрабатывается с нужной точностью.

1. Анализ чертежа детали

Рабочий чертеж детали является основным документом для контроля и приемки изготовленных деталей. На рабочем чертеже указывается материал детали, проставляются допуски на изготовление, шероховатость поверхностей, в технических условиях указывается группа контроля, термообработка и твердость материала, покрытия и прочие специфические требования. Для ответственных деталей в технических условиях указываются также физико-механические свойства сердцевины и поверхностного слоя, применяемые методы улучшения прочностных свойств с целью повышения надежности и долговечности детали. Указываются также методы и способы контроля, как наружных поверхностей, так и внутренней структуры материала детали.

В качестве исходной информации для выполнения курсового проекта был задан чертеж детали «колесо косозубое» на листе формата А3. Он представляет чертеж шестерни, выполненный в двух проекциях, с дополнительными видами, поясняющими конструкцию детали.

Одним из заданий было перевод чертежа в электронный вид и его выполнение в соответствии с требованиями ГОСТов.

1.1 Назначение детали

Назначение и конструктивные особенности детали:

Данная деталь ГП 23.415 «Колесо косозубое» устанавливается в редуктор агрегата авиационных установок, среда работы зубчатого колеса благоприятная, для снижения сил трения в редукторе используеться масло, что позволяет продлить срок эксплуатации зубчатого колеса и остальных элементов механизма.

1.2 Материал детали-химический состав, физико-механические характеристики, технологические свойства

Материал детали — сталь 30ХА по ГОСТ 4543–71. Сталь конструкционная теплоустойчивая.

Заменители: 30Х, 40ХНВА.

Применение: Для изготовления силовых деталей ракетных двигателей, в том числе азотируемых, работающих при температурах 400−500 С, азотируемых деталей авиастроения.

Химический состав, механические характеристики и физические, свойства приведены в таблицах 2.1, 2.2 и 2.3.

Химический состав в% материала 38ХА

Механические свойства при Т=20oС материала 38ХА

Физические свойства материала 38ХА

Температура критических точек материала 38ХА

1.3 Конструктивные особенности детали

Деталь представляет собою диск шириною 9,4 мм и диаметром 32,26 мм, с цилиндрическим пазом выполненном с одной стороны и отверстием с другой сторону под углом 25° к торцевой поверхности, и косозубую евольвенту.

1.4 Оценка технологичности детали

Технологичность детали — это совокупность свойств детали, обеспечивающих ее высокие эксплуатационные характеристики при наименьшей трудоемкости и стоимости изготовления.

К анализу технологичности приступают после назначения типа производства, так как каждому из них свойственны свои способы получения заготовок и методы их обработки. Качественную оценку технологичности детали проводят по материалу, геометрической форме, качеству поверхностей, по простановке размеров, по механической обработке, необходимости специального инструмента и технологической оснастки, а также по возможным способам получения заготовки. Количественную оценку проводят по абсолютным и относительным показателям. В первую очередь устанавливают показатели, такие как: коэффициенты использования материала, точности обработки, шероховатости поверхности, а также трудоемкость изготовления, технологическую себестоимость.

Следует иметь в виду, что при оценке технологичности в расчет принимается снижение трудоёмкости изготовления и себестоимости детали, обусловленное только изменением конструкции детали, точности и шероховатости обрабатываемых поверхностей. Изменение значений трудоёмкости и себестоимости детали, полученное в результате усовершенствования технологического процесса изготовления и не обусловленное повышением технологичности детали, при расчетах такого рода не учитывается.

Качественная оценка

При изготовлении детали колесо косозубое необходимо большое количество разнообразных технологических операций, которые и позволяют получить из заготовки готовые детали.

В целом формы детали достаточно просты и удобны для изготовления. Большую часть поверхностей детали можно получить токарной и фрезерной обработкой при использовании стандартных резцов и фрез разных видов. Отверстие в теле детали выполняются стандартным инструментом, размещение их удобно, к ним обеспечены хорошие подходы.

Деталь имеет две внутренние поверхности, которые необходимо изготовить по шестому и седьмому квалитету точности соответственно.

Кроме того конструктором задано высокая точность взаимного расположения поверхностей (радиальные и торцевые биения, отклонения от плоскостности и т. д.), что существенно усложняет технологический процесс изготовления детали, так как необходимо применение прицезионной оснастки.

Количественная оценка технологичности

Уровень технологичности конструкции по точности обработки:

;

; Тср — средний квалитет точности обработки изделия;

— число размеров соответствующего квалитета точности.

Так как > 0,82, деталь считается технологичной.

Уровень технологичности конструкции по шероховатости поверхности:

;

;

Шср — средняя шероховатость поверхности изделия,

— число поверхностей соответствующей шероховатости, Ш — шероховатость конструкции.

Одним из важнейших показателей технологичности деталей является коэффициент использования материала, представляющий собой отношение массы обработанной детали к массе исходной заготовки. В наиболее прогрессивных технологических процессах это отношение приближается к единице и зависит от способов получения заготовок и масштабов производства.

Коэффициент использования материала:

Масса детали: m_д=0,037 г;

Масса заготовки: mз=0,089 кг;

;

Вывод: в целом деталь средней технологичности.

2. Выбор и расчёт технологической операции

2.1 Составление операционного эскиза

Рисунок — эскиз обработки

2.2 Выбор режущего инструмента, расчёт режимов резания и составляющих сил резания при обработке

Выбор режущего инструмента

1. Выбираем сверло с цилиндрическим хвостовиком по ГОСТ 19 544–74 [2, т. 42, с. 144]. Материал сверла Р6М5.

d=1,5 мм; L=85 мм; l=56 мм;

Расчет режима резания для сверления

Поверхность 1: Ш1,5 H13; Rz20.

1. Поправочный коэффициент, учитывающий физико-химические свойства обрабатываемого материала:

[2, т. 2, с. 262].

; .

2. Поправочный коэффициент, учитывающий влияние марки РИ:

[2, т. 6, с. 263].

3. Поправочный коэффициент на относительную глубину отверстия:

[2, т. 31, с. 280].

4. Общий поправочный коэффициент:

5. Назначаем подачу для сверла диаметром 1,5 (мм) стали 30ХА, твёрдостью HВ 229 табличное значение подачи S_T=0,5 (мм/об).

6. Скорость резания:

[2, т. 28, с. 279].

T=30 мин [2, т. 30, с. 279].

.

Определим частоту вращения шпинделя станка:

^.

7. Осевая сила резания при обработке зенкерами определяется по формуле [2, с. 277]:

где поправочный коэффициент находим по справочным данным

=68, q=1, y=0,7. [2, т. 32, с. 281].

— коэффициент, учитывающий фактические условия обработки

[2, т. 9, с. 264]

.

n=0,75 [2, т. 9, с. 264].

Осевая сила резания равна Н.

8. Крутящий момент при сверлении определяется по формуле:

где поправочный коэффициент =0,0345, q=2, y=0,8 находим по справочным данным [2, т. 32, с. 281].

.

9. Мощность, затрачиваемая на резание [2, с. 283]:

10. Выбор оборудования.

В качестве металлорежущего станка для всех видов обработки отверстия 10 выбираем станок 2Н125 с мощностью электродвигателя 2,2 (кВт) и техническими данными:

Условный наибольший диаметр сверления в стали 25

Рабочая поверхность стола 400×450

Наибольшее расстояние от торца шпинделя до рабочей поверхности стола 700

Вылет шпинделя 250

Наибольший ход шпинделя 200

Наибольшее вертикальное перемещение:

— сверлильной (револьверной) головки 170

— стола 270

Конус Морзе отверстия шпинделя 3

Число скоростей шпинделя 12

Частота вращения шпинделя 45−2000, об/мин Число подач шпинделя (револьверной головки) 9

Подачи шпинделя 0,1−1,6 мм/об Мощность электродвигателя привода главного движения 2,2 кВт Габаритные размеры:

— длина 915

— ширина 785

— высота 2350

Масса 880 кг.

Определим множитель геометрической прогрессии для подач:

Также рассчитаем остальные подачи.

Подачи шпинделя, (мм/об)

0,1 0,14 0,17 0,2 0,28 0,4 0,57 0,81 1,14 1,6.

Определим множитель геометрической прогрессии для оборотов:

Частота вращения шпинделя, (об/мин)

45 63 90 125 175 250 354 500 700 1000 1400 2000

Проверяем, достаточна ли мощность станка. Обработка возможна, если .

Мощность на шпинделе станка .

У станка 2Н125 = 2,2 кВт, = 0,8. Тогда N_шп.=2,2· 0,8= 1,76 кВт.

Следовательно, 0,15<1,76 — обработка возможна.

11. Подбираем S_ст=0,57 мм/об; n _ст=2000 об/мин.

12. Рассчитаем действительную скорость главного движения резания:

13. Длина рабочего хода:

.

^.

^.

;

14. Основное время обработки:

.

Максимальное усилие резания составляет P_о=680,6 Н, а максимальный крутящий момент М_кр=0,5 Нм.

Именно данное усилие и крутящий момент будет приниматься в учёт при расчёте на усилие закрепления применяемого приспособления.

2.3 Выбор режущего инструмента, расчёт режимов резания и составляющих сил резания при обработке

Выбор режущего инструмента

1. Выбираем зенкер с цилиндрическим хвостовиком по ГОСТ 21 543 [2, т. 42, с. 144]. Материал сверла Р6М5.

d=3,4 мм; L=61 мм; l=12 мм;

Расчет режима резания для зенкерования

Поверхность 1: Ш3,4; H11; Rz10.

1. Поправочный коэффициент, учитывающий физико-химические свойства обрабатываемого материала:

[2, т. 2, с. 262].

; .

2. Поправочный коэффициент, учитывающий влияние марки РИ:

[2, т. 6, с. 263].

3. Поправочный коэффициент на относительную глубину отверстия:

[2, т. 31, с. 280].

4. Общий поправочный коэффициент:

5. Назначаем подачу для зенкера диаметром 3,4 (мм) стали 30ХА, твёрдостью HВ 229 табличное значение подачи S_T=0,4 (мм/об).

6. Скорость резания:

[2, т. 28, с. 279].

T=30 мин [2, т. 30, с. 279].

.

Определим частоту вращения шпинделя станка:

^.

7. Осевая сила резания при обработке зенкерами определяется по формуле [2, с. 277]:

где поправочный коэффициент находим по справочным данным

=68, q=1, y=0,7. [2, т. 32, с. 281].

— коэффициент, учитывающий фактические условия обработки

.

n=0,75 [2, т. 9, с. 264].

Осевая сила резания равна Н.

8. Крутящий момент при зенкеровании определяется по формуле:

где поправочный коэффициент =0,0345, q=2, y=0,8 находим по справочным данным [2, т. 32, с. 281].

.

9. Мощность, затрачиваемая на резание [2, с. 283]:

10. Выбор оборудования.

В качестве металлорежущего станка для всех видов обработки отверстия 10 выбираем станок 2Н125 с мощностью электродвигателя 2,2 (кВт) и техническими данными:

Условный наибольший диаметр сверления в стали 25

Рабочая поверхность стола 400×450

Наибольшее расстояние от торца шпинделя до рабочей поверхности стола 700

Вылет шпинделя 250

Наибольший ход шпинделя 200

Наибольшее вертикальное перемещение:

— сверлильной (револьверной) головки 170

— стола 270

Конус Морзе отверстия шпинделя 3

Число скоростей шпинделя 12

Частота вращения шпинделя 45−2000, об/мин Число подач шпинделя (револьверной головки) 9

Подачи шпинделя 0,1−1,6 мм/об Мощность электродвигателя привода главного движения 2,2 кВт Габаритные размеры:

— длина 915

— ширина 785

— высота 2350

Масса 880 кг.

Определим множитель геометрической прогрессии для подач:

Также рассчитаем остальные подачи.

Подачи шпинделя, (мм/об)

0,1 0,14 0,17 0,2 0,28 0,4 0,57 0,81 1,14 1,6.

Определим множитель геометрической прогрессии для оборотов:

Частота вращения шпинделя, (об/мин)

45 63 90 125 175 250 354 500 700 1000 1400 2000

Проверяем, достаточна ли мощность станка. Обработка возможна, если .

Мощность на шпинделе станка .

У станка 2Н125 = 2,2 кВт, = 0,8. Тогда N_шп.=2,2· 0,8= 1,76 кВт.

Следовательно, 0,232<1,76 — обработка возможна.

11. Подбираем S_ст=0,4 мм/об; n _ст=1400 об/мин.

12. Рассчитаем действительную скорость главного движения резания:

13. Длина рабочего хода:

.

^.

^.

;

14. Основное время обработки:

.

Максимальное усилие резания составляет P_о=1565,5 Н, а максимальный крутящий момент М_кр=2,52 Нм.

Именно данное усилие и крутящий момент будет приниматься в учёт при расчёте на усилие закрепления применяемого приспособления.

3. Станочное приспособление на заданную операцию

3.1 Принципиальная схема приспособления

Принципиальная схема приспособления

Рисунок 4.1.1 — Принципиальная схема приспособления

1. Корпус

2. Гайка

3. Заготовка

4. Пята

5. Винт

6. Постоянная втулка

7. Сменная втулка

8. Планка

3.2 Назначение и последовательность работы

Для проектирования выбираем приспособление, которое используется для зенкерованя отверстия Ш3,4 мм. Приспособление предназначено для работы на сверлильном станке. Данное приспособление устанавливается на стол станка. Принципиальная схема приспособления приведена на рисунке 4.1.1. Рассмотрим принцип работы проектируемого приспособления.

Обрабатываемая заготовка 3 устанавливается по поверхности Ш5,18f7 на цилиндрический палец в корпусе 1 и фиксируется от перемещения вокруг оси Х с помощью пяты Ш10 мм. Деталь устанавливается под углом на стенку корпуса 1. Палец на который надевается деталь фиксируется гайкой.

После этого закрепляют деталь. Прижим детали осуществляется с помощью пяты 4, которая установлена на винт 5. Винт держится на планке которая фиксируется двумя болтами на определенном расстоянии от торца корпуса, винт позволяет прижимать леталь в кондукторе с нужным усилием и довольно быстро менять детали. Винт с пятой на конце препятствует перемещению детали вдоль оси Z. В корпусе приспособления жёстко установлена постоянная втулка 6 в местах, а в постоянную втулку устанавливается сменная втулка 7. Внутренний диаметр сменной втулки служит направляющей поверхностью для режущего инструмента. Таким образом, при обработке отверстий не требуется специально выверять установку детали, чтобы выдержать допуск на угловой размер относительно оси детали. Сменные втулки подлежат периодическому осмотру и при необходимости замене.

Приспособление устанавливается на стол сверлильного станка и во время выполнения операции исполнитель перемещает его относительно вращающегося инструмента по осям X и Y. Подача по оси Z выполняется приводом станка.

3.3 Разработка оптимальной конструкции приспособления

Оптимальная конструкция приспособления представлена на сборочном чертеже, который имеет шифр «ХАИ.204.244.050.260.04.02 СБ».

Расчёт приспособления на точность по заданному параметру

Из операционного эскиза видно, что при выполнении операции выдерживаются размеры отверстия: Ш3,4 (^+0,075) мм и А=Ш4.2мм. Анализ показывает, что размер Ш3.4 (^+0,075) получается режущим инструментом, а выполняемый размер А, допуск которого Т=0,3 мм, зависит от точности обработки в кондукторе.

Выполним расчёт на точность.

Погрешность обработки для данного метода незначительна, примем ее.

Погрешность установки кондуктора при сверлении, т.к. координаты обрабатываемого отверстия не зависят от положения корпуса кондуктора на столе станка. Анализ показывает, что погрешность приспособления зависит от погрешности базирования в нем заготовки и погрешностей направляющих элементов.

Погрешность базирования по цилиндрической поверхности равна максимальному зазору между посадочной поверхностью заготовки

D_п=Ш5,18H7 () и отверстием посадочного отверстия корпуса

D_о= 5.18f7 ().

=0,025+0,022=0,047 мм.

Погрешность направляющих элементов зависит от погрешности смещения оси относительно номинального положения и погрешности увода оси отверстия .

Погрешность смещения оси относительно номинального положения:

[7, с. 52].

На чертеже приспособления допуск на размер, А равен Т_А=0,03 мм, эксцентриситет постоянной втулки е_п=0,01 мм, эксцентриситет сменной втулки е_вт=0,01 мм. Сменные втулки устанавливаются в постоянные втулки по посадке Н7/6g. Для зенкера Ш3.4 мм сменная втулка имеет наружный диаметр Ш7 мм.

Рассчитаем максимальный зазор между втулками S_вт:

S_вт=0,015+0,014=0,029 мм.

Определим погрешность смещения оси относительно номинального положения:

мм.

Погрешность увода оси отверстия определим по формуле:

[7, с. 52],

где В-длина, на которой выполняется зенкерование;

С — расстояние от корпуса до торца детали, на котором расположено обрабатываемое отверстие;

А — высота сменной втулки.

Зенкерование производят зенкером Ш3,4h6 (_-0,008). Диаметр отверстия в сменной втулке равен Ш3,4F7 () мм.

Тогда максимальный зазор между внутренним диаметром втулки и сверлом составляет S_max=0,022+0,008=0,03 мм.

Определим погрешность увода оси отверстия в заготовке, используя размеры сконструированного кондуктора:

.

Определим результирующую погрешность операционного размера:

[6, с. 52].

мм.

Проектируемый кондуктор обеспечивает заданную точность, т.к.:

Расчёт приспособления на усилие закрепления обрабатываемой детали на данной операции

Принимая усилие рабочего равным Н, определим силу закрепления, обеспечиваемую резьбовым зажимным устройством:

;

где Q — усилие прикладываемое к гайке, Q=150Н;

L-плечо прикладываемого усилия к гайке, L=100 мм;

— средний радиус резьбы, = 4 мм;

б — угол подъёма резьбы, б=1°30ґ;

ц — приведенный угол трения, ц=1°53ґ.

А — эмпирический коэффициент, зависящий от пятна контакта закрепления.

Контакт заготовки и прижимного устройства осуществляется посредством гайки. Пятно контакта имеет кольцевую форму. Тогда

,

где f — коэффициент трения для стали f=0,15,

D₁ — наименьший диаметр пятна контакта пяты, D₁=5,5 мм,

D₂ — наибольший диаметр пятна контакта пяты, D₂=10 мм.

Следовательно:

Можем сравнить:

Таким образом, выбранная конструкция зажимного устройства обеспечивает требуемое усилие закрепления.

Выбор материалов деталей приспособления

По рекомендациям в качестве материала для корпуса принимаем Сталь 45 ГОСТ 1050-60, для гайки принимаем Сталь 45 ГОСТ 1050-60. Материал стандартных конструктивных элементов принимаем по соответствующей нормативной документации.

4. Наладка приспособления на заданную операцию

4.1 Установка детали в приспособление

На данной операции выполняется сверление, а затем зенкерование. Заготовка устанавливается на корпус с помощью шпильки закрепляется в приспособлении с помощью винта.

4.2 Установка приспособления на станок

Приспособление используется для сверления и зенкерования одного и того же отверстия с отверстием для сверления Ш1,5 и для последующего зенкерования с Ш3,4 на сверлильном станке.

Приспособление устанавливается на стол сверлильного станка.

4.3 Расчёт настроечных размеров

Приспособление вместе с деталью устанавливаем на станок.

Определим настроечный размер:

D_настр = D_ном ± д_н,

где — D_настр — настроечный размер;

D_ном — исходный размер, D_ном = 3,4 мм;

д_н — допуск на наладку, д_н = (1/3… 1/5)· д;

д — допуск на размер, д = 0,075;

Таким образом, д_н=¼· 0,075=0,1 875, отсюда D_настр=3,4±0,938.

4.4 Вспомогательные операционные элементы (для РИ)

Режущие инструменты закрепляют в сверлильном патроне. Патрон имеет три кулачка, обеспечивающие равномерное фиксирование и центрирование инструмента. В качестве направляющего элемента служит сменная втулка приспособления, внутренний диаметр которой соответствует наружному диаметру инструмента.

Заключение

деталь технологический станочный конструктивный В процессе выполнения курсового проекта были проведены: анализ данной детали — зубчатое колесо (в частности, особенности её конструкции и материала), приведена схема силового нагружения детали, расчёт основных режимов резания при сверлении, зенкеровании и усилий, возникающих при обработке. Также оценил технологичность детали в условиях серийного производства. Для выполнения обработки выбраны режущие инструменты (сверло с цилиндрическим хвостовиком, зенкер с цилиндрическим хвостовиком), а также спроектировано и обосновано приспособление (приспособление для сверления и зенкерования) для установки детали на заданное положение. Приспособление рассчитано на точность по заданным параметрам и принятые параметры оказались удовлетворительными для обеспечения заданной точности детали. При силовом расчёте рассчитана сила зажима, которая оказалась достаточной для закрепления детали. Приведены чертежи: детали, рабочего приспособления для данных операций сверления, зенкерования и карта наладки данного приспособления на операцию; комплект документов на операции сверление, зенкерование: карта эскиза и операционная карта, а также спецификация к сборочному чертежу приспособления.