Проектирование корпусных деталей типа «Кулачёк»

Основные направления развития машиностроения предусматривают дальнейшее повышение его эффективности, интенсификации, уменьшение сроков создания, освоения и производства новой прогрессивной техники. Организационно-методической основой выполнения поставленной задачи является конструирование машиностроительных изделий с учетом требований технологичности конструкции.

Рассматривая современное состояние проектирования и изготовления машиностроительных изделий с учетом требований технологичности, можно отметить несколько направлений решения этой проблемы, которые непосредственно или косвенно способствуют повышению технологичности конструкций в соответствии с требованиями современного производства. К ним относятся:

непрерывно возрастающий объем агрегатного монтажа сборочных единиц, механизмов и оборудования, развитие системы модульного проектирования на базе типизации, унификации и стандартизации;

широкое использование ЭВМ, обеспечивающее более высокий уровень анализа конструктивных решений в различных вариантах использования;

организация широкого обмена опытом в области создания технологичных конструкций между различными отраслями машиностроения.

Таким образом, генеральная линия развития машиностроения — комплексная автоматизация проектирования и производства — требует знания и совершенного метода проектирования.

Эффективность производства, его технический прогресс, качество выпускаемой продукции во многом зависят от опережающего развития производства нового оборудования, машин, станков и аппаратов, от всемерного внедрения методов технико-экономического анализа, обеспечивающего решения технических вопросов и экономическую эффективность технологических и конструкторских разработок.

Для народного хозяйства необходимо увеличить выпуск продукции машиностроения и повысить ее качество. Этот рост осуществляется за счет качественной интенсификации производства на основе широкого использования достижений науки и техники, применения прогрессивных технологий. Повышение эффективности производства возможно путем его автоматизации и механизации, оснащение производства высокопроизводительными станками с ЧПУ, промышленными роботами, создание гибких производственных систем.

Технический прогресс в машиностроении характеризуется не только улучшением машин, но и непрерывным совершенствованием технологий их производства. Важно качественно, экономично и в заданные сроки с минимальными затратами живого и общественного труда изготовить машину.

Развитие новых прогрессивных технологических процессов обработки способствует конструированию более совершенных машин и снижению их себестоимости. Эффективность производства, его технический прогресс, качество выпускаемой продукции во многом зависят от опережающего развития производства нового оборудования, машин, станков и аппаратов, от всемирного внедрения методов технико-экономического анализа.

1. Технологический раздел

1.1 Назначение конструкции детали

деталь технологичность пневмозажим тисок

Деталь — кулачок накладной РА₄₀₀/008 — по своим особенным качествам относится к отдельной группе деталей — корпусные детали.

Корпусные детали машин представляют собой базовые детали, на них устанавливают различные детали и сборочные единицы, точность которых должна обеспечиваться как в статике так ив процессе работы машины под нагрузкой. В соответствии с этим корпусные детали должны иметь требуемую точность, обладать необходимой жёсткостью и виброустойчивостью, что обеспечивает требуемое относительное положение соединяемых деталей и узлов, правильность работы механизмов и отсутствие вибрации.

Кулачок накладной является сменным и работает в паре с основным кулачком. Устанавливается накладной кулачок с основным кулачком в токарном патроне и служит для закрепления относительно коротких деталей.

Технические требования на токарные патроны общего назначения регламентированы ГОСТ 1654. Установлено четыре класса точности патронов: Н — нормальной точности; П — повышенной точности; В-высокой точности; А — особо высокой точности в зависимости от величин допускаемой неуравновешенности (дисбаланса) и предельных отклонений от геометрической формы и расположения поверхностей патронов (см. табл. 2, 3 и 4 ГОСТ 1654). Радиальное биение контрольного пояска самоцентрирующих патронов диаметром до 630 мм не должно превышать 10 мкм для классов точности Аи В и 20 мкм для классов точности Н и П.

На рисунке 1.1, а показана форма поверхностей сопряжения накладного 1 и основного 2 кулачков, стягиваемых после перестановки винтами 3 через Т-образный сухарь 4.

Сменные накладные кулачки (рисунок 1.1, б) сопрягаются с основными шпоночными выступами и пазами. Форма губок кулачков зависит от формы обрабатываемых деталей и может быть самой разнообразной.

При закреплении тонкостенных и точных изделий в кулачках силы зажима вызывают их деформацию и приводят к неточности обработки, поэтому приходится изготовлять специальные патроны и оправки. Однако в ряде случаев, особенно при изготовлении единичных деталей или небольших партий, можно ограничиться применением соответствующих наладок на кулачковые патроны.

Рисунок 1.1 — Разновидности сопряжений накладных кулачков с основными Требования, предъявляемые к качеству поверхностей данной детали, предусматривают черновую, получистовую и чистовую обработку. Особое требование предъявляется к исполнительным поверхностям размерами (20Н7; 20g6; 20^-0,023; М8−7Н, М12−7Н), они выполняются по 6 и 7 квалитету точности и с показателем шероховатости поверхности R_а=0,8−1,6.

Материал, используемый для изготовления данной детали — 40Х ГОСТ 7293. Данные о химическом составе, механических свойствах сведены в таблицах 1.1 и 1.2.

Таблица 1.1 - Химический состав (ГОСТ 7293), %.

Таблица 1.2 — Механические свойства (ГОСТ 7293).

Для условий работы данной детали — кулачок накладной — материал выбран соответственно тем условиям, которые возникают в данном узле рабочей машины.

Виды поверхностей показаны на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 — Кулачок накладной На рисунке 1.2: 1,4,6,8,9,13,14,15,16,18,19 — основные поверхности; 2,5,10 — исполнительные поверхности; 3,7,11,12,17,20,21,22 — вспомогательные поверхности; поверхности, не отмеченные на рисунке, являются свободными.

1.2 Определение типа производства

В машиностроении различают три основных типа производства: массовое, серийное, единичное. В свою очередь серийное производство подразделяется на: крупносерийное, среднесерийное, мелкосерийное.

Важной характеристикой типа производства является коэффициент серийности.

Согласно ГОСТ 14.004 коэффициент серийности равен:

= (1.1)

где, tв — такт выпуска изделия; - среднее штучно-калькуляционное время для изготовления детали.

Такт выпуска продукции равен:

t_в=60· F_д / N, (1.2)

где, N — объём выпуска деталей данного наименования, шт. (N=10 000 шт.);

F_д - действительный фонд времени работы оборудования, ч (F_н=1930 ч).

Действительный фонд работы оборудования на год F_д (в часах) определяется по следующим данным:

календарному числу дней — 365;

количеству выходных дней — 104;

праздничных дней — 9;

предпраздничных дней сокращённых на 1 час — 7;

рабочих суббот — 1;

число смен работы оборудования — 2;

продолжительность рабочего дня — 8,5 ч.;

потери времени — 10%.

Тогда:

F_д=[(365 -104 -9 +1)· 8.5−7·1]·2· (1 — 10/100)=3860 ч.

Рассчитываем такт выпуска:

t_в= 60· 3860/10 000=23,16 мин/шт.

Определим штучное время на основных операциях по формуле:

(1.3)

где То-основное технологическое время, мин; гдекоэффициент зависящий от типа производства и используемого оборудования.

Определим То и Т_шт.i и занесем данные в таблицу:

Таблица 1.3 Определение штучного времени

Определим средне-калькуляционное штучное время по формуле:

(1.4)

гдесуммарное штучно-калькуляционное время обработки детали на всех операциях;

n — количество операций.

Тогда:

(1.5)

коэффициент серийности равен:

В соответствии с ГОСТ 14.004 различные типы производства характеризуются следующими коэффициентами серийности операций К_о:

массовое производство 1

крупносерийное производство 2 — 10

среднесерийное производство 10 — 20

мелкосерийное производство 20 — 40

единичное производство более40

Таким образом, в нашем случае имеет место мелкосерийное производство.

Принимаем мелкосерийный тип производства.

Для серийного производства характерно производства серий изделий, регулярно повторяющихся через определенный промежуток времени. Характерный признак серийного производства — выполнение на рабочих местах нескольких повторяющихся операций.

Количество деталей в партии для одновременного запуска определяется по формуле:

(1.6)

где а — количество дней регламентированных для пролёживания деталей на складе, а = 6 дней;

F - количество рабочих дней в году, F =253 дня.

Тогда:

1.3 Анализ технологичности конструкции детали

Качественный анализ

Деталь — кулачок накладной — изготавливается литьём, поэтому получение поверхностей не вызывает значительных трудностей.

Требования, предъявляемые к качеству поверхностей данной детали, требуют высокого качества обработки, поскольку она является ответственной деталью узла патрона. Допуск на размеры поверхностей проставлен по 6 — 14 квалитетам, что требует высокой точности обработки.

С точки зрения механической обработки не технологичны отверстия под резьбу М8−7Н, т. к. они являются не сквозными, что требует применения предохранительного патрона для нарезания резьбы. Так же в детали есть выступ, который затрудняет механическую обработку.

В целом деталь достаточно технологична. Она имеет хорошие базовые поверхности для первоначальных и последующих операций.

Количественный анализ

В качестве количественных показателей технологичности могут рассматриваться: масса детали, коэффициент использования материала, коэффициент точности обработки, коэффициент шероховатости поверхности, уровень технологичности конструкции по технологической себестоимости.

Определим коэффициент использования материала [8]:

К_и.м= (1.7)

Определим коэффициент точности:

(1.8)

где n _i — количество обрабатываемых поверхностей [4];

Т _i — количество квалитетов.

Таблица 1.4 Исходные данные для определения коэффициента точности

Коэффициент точности удовлетворяет условию К_Т>0,8 т. е. деталь технологична по точности.

Рассчитаем коэффициент шероховатости:

(1.9)

где n_i — количество поверхностей с обозначением шероховатости [4];

ш_i — значение шероховатости.

Таблица 1.5 Исходные данные для определения коэффициента шероховатости

Коэффициент шероховатости удовлетворяет условию К_ш<0,32 т. е. деталь технологична по чистоте поверхности.

Таким образом деталь по качественному и количественному анализу является вполне технологичной.

На рисунке 1.3, показаны обрабатываемые поверхности детали.

В таблице 1.5 приведены основные характеристики обрабатываемых поверхностей. Общее количество поверхностей подлежащих обработке равно 36.

Таблица 1.6 - Основные характеристики обрабатываемых поверхностей

Рисунок 1.3 — Обрабатываемые поверхности детали

1.4 Выбор заготовки и ее технико-экономическое обоснование

Стоимость заготовок получаемых литьём в земляные формы и литьем в необлицованный кокиль определяется по формуле:

(1.10)

где С_i — базовая стоимость 1 тонны заготовки, руб.;

Q — масса заготовки, кг;

q — масса готовой детали, кг;

S_отх — цена 1 тонны отходов, руб.;

k_T, k_с, k_В, k_М, k_п - коэффициенты, зависящие от класса точности, группы сложности, массы, марки материала, объема производства заготовок.

Стоимость отливки в земляные формы определяется следующим образом:

С_i =1 440 000 руб.; Q=5 кг; q=3,2 кг; k_T =1,05, [4]; k_с =1,2; k_В =0,84;

k_п =0,76 табл. 2.8, [4]; k_М =1,19.

Стоимость отливки в необлицованный кокиль определяется следующим образом:

С_i=1 272 000 руб.; Q=5 кг; q=3,2 кг; S_отх=99 200 руб.; k_T =1,05;

k_с =1,2; k_В =0,84, табл. 1, [12]; k_М =1,19; k_п =0,95.

Получение заготовки литьём в земляные формы экономически выгодней, чем литьё в кокиль. Однако следует учитывать стоимость кокиля, время формовки, качество отливки.

Результаты вычислений сведены в таблицу 1.7.

Таблица 1.7 Сопоставление вариантов получения заготовки

1.5 Расчет припусков

Исходные данные:

Наименование детали: кулачок накладной;

Заготовка: отливка;

Масса: 3,2 кг;

Рассчитать припуск на поверхность 16 []

Рисунок 1.4 — Обозначение поверхности детали для расчета припусков

Таблица 1.8 — Расчетная таблица припусков на поверхность

Суммарное значение пространственных отклонений для заготовки данного типа определяется по формуле:

(1.11)

где — величина коробления отверстия, мкм;

— величина смещения базовых отверстий, мкм.

(1.12)

деталь технологичность пневмозажим тисок

— удельное коробление отливки находим по таблице 4.8, [4], мкм/мм

(=0,7 мкм/мм);

l — длина обработки, мм (l=18 мм);

d - диаметр обработки (d=20 мм).

=18,3 мкм.

Определим величину смещения базовых отверстий:

(1.13)

где , — допуски на размеры 1 и 2 по классу точности, соответствующему данной отливке, табл. 2.4. (=1000 мкм, =1000 мкм).

мкм.

Таким образом, суммарное значение пространственного отклонения заготовки:

мкм Определим остаточное пространственное отклонение по формуле:

(1.14)

гдекоэффициент уточнения формы, =0,05.

₁ = 0,05· 707=35 мкм.

Погрешность установки:

(1.15)

где _б =0 — погрешность базирования;_з =180 мкм — погрешность закрепления заготовки, табл. 39.

Тогда погрешность установки при чистовом зенкеровании:

₁=.

Погрешность установки при чистовом зенкеровании:

₂=₁· 0,05+_инд=180·0,05=9 мкм.

Т.к. зенкерование производится в одной установке, то _инд=0.

Погрешность установки при черновом развертывании:

₃=0,05· 9+0=0,45 мкм.

Погрешность установки при п/чистовом развертывании:

₄=0,05· 0,45+0=0,02 мкм.

Расчет минимальных значение припусков производим, пользуясь формулой:

2z_mini =2· (R_zi-1+T_i-1+) (1.16)

Минимальный припуск под рассверливание:

2z_min1 = 2· (700+) = 2· 1430 мкм,

Минимальный припуск под чистовое зенкерование:

2z_min2 = 2· (40+60+) = 2· 136 мкм,

Минимальный припуск под черновое развертывание:

2z_min3 = 2· (30+40+) = 2· 72 мкм, Минимальный припуск под п/чистовое развертывание:

2z_min4 = 2· (10+25+) = 2· 35 мкм, Расчетный размер определим по формуле:

d_pn = dp _n-1 — 2z_min, (1.17)

для чернового развертывания:

d_p1 = dp0 — 2z_min4,

d_p1=20,023−0,070=19,953 мм, для чистового зенкерования:

d_p2 = dp1 — 2z_min3,

d_p2 = 19,953−0,144=19,809 мм, для рассверливания:

d_p3 = dp2 — 2z_min,

d_p3 = 19,809−0,272=19,537 мм, для заготовки:

d_p4 = dp3 — 2z_min1

d_p4 = 19,537−2,86=16,677 мм.

В графе «предельный размер» наибольшее значение d_max получается по расчетным размерам, округленным до точности допуска соответствующего перехода. Наименьшие предельные размеры d_min определяются из наибольших предельных размеров вычитанием допусков соответствующих переходов.

Предельные значения припусков определяем как разность наибольших предельных размеров; как разность наименьших предельных размеров:

2z_min4 = 20,023 — 19,953=0,07 мм = 70 мкм

2z_min3 =19,953 — 19,809= 0,144 мм = 144 мкм

2z_min2 =19,809 -19,537=0,272 мм = 272 мкм

2z_1min1 =19,537 -16,677=2,86 мм = 2860 мкм

2z_4max4 = 20,000 — 19,903= 0,097 мм = 97 мкм

2z_max3 =19,903 — 19,719= 0,184 мм = 184 мкм

2z_max2= 19,719 — 19,367= 0,352 мм = 352 мкм

2z_max1= 19,367 — 16,177= 3,19 мм = 3190 мкм

Результаты проведенных расчетов сведены в таблице 1.8.

На основании данных расчета строим схему графического расположения припусков и допусков по обработке отверстия (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5 - Схема графического расположения припусков и допусков на обработку поверхности .

Определим общие припуски z_omin и z_omax суммируя припуски внизу соответствующих граф.

2z_omin = 70+144+272+2860 = 3346 мкм;

2z_omax = 97+184+352+3190=3828 мкм.

Определим номинальный припуск:

z_о ном = z_omin + В_з — В_д, (1.18)

z_о ном = 3346+250 -23= 3573=2· 1786 мкм.

Определим номинальный диаметр по формуле:

d_з ном = d_д ном-z_о ном, (1.19)

d_з ном =20,012−3,573= 16,438 мм.

Проверка правильности выполнения расчетов:

мкм, мкм;

мкм, мкм;

мкм, мкм;

мкм, мкм.

На остальные обрабатываемые поверхности детали припуски и допуски выбираем по таблицам (ГОСТ 1855) и записываем их значение в таблицу 1.9.

Таблица 1.9 - Припуски и допуски на обрабатываемые поверхности по ГОСТ 1855

Рисунок 1.6 — Чертеж отливки детали

1.6 Расчет режимов резания

Сверление отверстия диаметром 16 мм осуществляется на вертикально-сверлильном станке 2Н125.

По прил. 1 [5, с. 509] для D=12 мм Ra=1,25 квалитета 7 выбираем переходы: сверление, развертывание черновое, развертывание получистовое.

Назначение припусков на обработку.

Припуск на каждом переходе определяют по прил. 4 и корректируют с учетом последовательности переходов маршрута:

(1.20)

При черновом развертывании:

t=0,21· 2,4=0,5 мм;

при получистовом развертывании:

t=0,10· 1,0=0,10 мм.

Расчет диаметров обрабатываемого отверстия по переходам маршрута и выбор инструмента по формуле:

(1.21)

При получистовом развертывании D=12 мм; при черновом развертывании D=12−2· 0,10=11,80 мм; при сверлении D=11,80−2· 0,5=10,80 мм.

Округленные размеры инструментов принимают следующими: при сверлении D=10,8 мм; при черновом развертывании D=11,80 мм; при получистовом развертывании D=12 мм.

Выбор табличных значений подачи, скорости резания, осевой силы и мощности резания.

Вначале выполняем расчет частоты вращения nT, соответствующей табличному значению скорости резания.

(1.22)

По карте 1, при сверлении D=10,8 мм для DT=12 мм, SOT=0,26 мм/об; =18,9 м/мин; NT=0,80 кВт, РОТ=3191 Н.

При черновом развертывании D=11,8 мм для DT=12 мм, SOT=0,88 мм/об; Т=8,8 м/мин; NT=0,79 кВт, РОТ=95,1 Н.

При получистовом развертывании D=DT=12 мм, SOT=0,71 мм/об; Т=11,6 м/мин; NT=0,46 кВт, РОТ=34,3 Н.

Корректирование табличных значений подачи, скорости и частоты вращения. Необходимые поправочные коэффициенты на подачу и скорость определяют по карте 5.

Для сверления:

(1.23)

(1.24)

Для чернового и получистового развертывания:

(1.25)

(1.26)

где ==0,94; =1,0;=1,0;=1,0;=1,0;=1,0;

=0,8 — для сверления, =1,0 — для чернового развертывания и получистового

Развертывания; =1,0; =1,0; =1,0; =1,0 — для получистового развертывания;=1,0 — для чернового развертывания.

Для сверления:

;

.

Для чернового развертывания:

.

Для получистового развертывания:

;

.

Уточним подачи и частоты вращения по паспортным данным станка. Выбираем ближайшие меньшие имеющиеся подачи и частоты вращения

для сверления =0,20 мм/об; 355 мин;

для чернового развертывания =0,80 мм/об; 125 мин;

для получистового развертывания =0,56 мм/об; 250 мин;

Определим длину рабочего хода:

(1.27)

где l1_длина подвода, l2 — длина врезания, l3_длина перебега (прил. 9).

Для сверления:

Для чернового и получистового развертывания:

Определим основное время по формуле:

(1.28)

Для сверления:

Для чернового развертывания:

Для получистового развертывания:

Скорректируем табличные значения мощности и осевой силы. По карте 5 найдем поправочные коэффициенты на мощность и осевую силу.

Для сверления:

(1.29)

(1.30)

где K1N = K1P = 0,94; К11N =1,0 — для чернового и получистового развертывания;

К12Р =1,0 — для чернового и получистового развертывания;

Коэффициенты K14N, K15P и K16N определяют в зависимости от отношений:

и

Для сверления:

K14N = 0,84; K15P =0,85;, K16N = 0,8.

Для чернового развертывания:

K14N =1,0; K15P =1,0;, K16N = 0,8.

Для получистового развертывания:

K14N = 0,8; K15P =0,88; K16N = 0,8.

Для сверления:

Для чернового развертывания:

Для получистового развертывания:

Проверим двигатель по мощности Nд и станок по допустимому усилию подачи Рост:

Таблица 1.10 — Сравнение параметров резания

Табличный метод применим на вертикально-фрезерной операции (010) и полученные данные занесем в таблицу 1.11.

Таблица 1.11 — Режимы резания

1.7 Расчет технической нормы времени

В серийном производстве определяется норма штучно-калькуляционного времени по формуле [1, c. 101]:

(1.31)

где Т_п.з. — подготовительно-заключительное время, мин.;

n — количество деталей в партии, шт.;

норма штучного времени:

Т_шт = Т_о + Т_в + Т_{об, от}, (1.32)

где Т_о — основное время, мин.;

Т_от — время перерывов на отдых и личные надобности, мин.;

Т_в — вспомогательное время, мин.

Т_об — время на обслуживание рабочего места, мин.

Вспомогательное время состоит из:

Т_в = Т_ус + Т_з.о. + Т_уп + Т_из, (1.33)

где Т_ус — время на установку и снятие детали, мин.;

Т_з.о. — время на закрепление и открепление детали, мин.;

Т_уп — время на приемы управления, мин.;

Т_из — время на измерения детали, мин.

Рассчитаем норму времени для вертикально-фрезерной операции 010. Основное время вычисляется на основании принятых режимов резания, Т_о = 0,74 мин. Коэффициент k =1,85 в мелкосерийном производстве [1, c. 101].

Операция фрезерования плоскости 137,5×124 выполняется торцевой фрезой на вертикально-фрезерном станке 6М13П, масса детали 3,2 кг. Производство мелкосерийное. Фреза 130. Расчетная стойкость лимитирующего инструмента 90 мин.

Время на установку и снятие детали, закрепление и открепление по [1, прил. 5] для установки детали в пневмотисках:

Т_ус + Т_з.о. = 0,1 мин.

Время на приемы управления: Т_уп = 0,15 мин.

Время на измерение детали штангенциркулем: Т_из =0,1 мин.

С учетом поправочного коэффициента 1,85 вспомогательное время составит:

Т_в=(0,1+0,15+0,1)=0,65 мин Оперативное время:

Т_оп = Т_о + Т_в=0,74+0,65=1,39 мин Время на обслуживание рабочего места (Т_об) и на отдых и личные надобности (Т_от) в серийном производстве по отдельности не определяются и составляют 7% от оперативного времени (Т_оп) [1, прил. 6]:

Т_{об, от} =()/100,

Т_{об, от} =(1,39)/100 = 0,097 мин.

Подготовительно-заключительное время составляет 10 мин, тогда:

мин.

Расчеты технических норм времени для остальных операций сводятся в таблицу 3.7.

Таблица 1.12 - Сводная таблица технических норм времени по операциям, мин.

1.8 Определение потребного количества оборудования

Использование оборудования по времени.

Определим коэффициент загрузки станков _з:

, (1.34)

где m_р — расчетное число станков;

т_п — принятое количество станков.

Расчетное количество станков определяется как отношение штучного времени на данной операции Т_шт к такту выпуска t_в [1, c. 22]:

(1.35)

t_B=60· F_д/N_B (1.36)

t_B=60· 3860/10 000=23,16 мин

Определим для каждой операции расчетное количество станков, принятое, коэффициент загрузки (таблица 1.13).

Таблица 1.13 — Расчетное число станков, принятое, коэффициент загрузки.

_з ср=8,2 %

График загрузки оборудования представлен на рисунке 1.7.

Рисунок 1.7. График загрузки оборудования по штучному времени Коэффициент использования оборудования по основному (технологическому) времени ₀ свидетельствует о доле машинного времени в общем времени работы станка [1, c. 115]:

(1.36)

Определим для каждой операции коэффициент использования оборудования по основному (технологическому) времени (таблица 1.14).

Таблица 1.14. Коэффициент использования по основному времени

Рисунок 1.8 — График коэффициента использования по основному времени

2 Конструкторский раздел

2.1 Описание, принцип работы тисков с пневмозажимом

На рис. 1.3 показаны тиски с встроенным поршневым пневмоприводом двустороннего действия. В отверстии неподвижного основания 8 тисков встроен пневмоцилиндр 11 с которым винтами соединен полый поворотный корпус 12. К корпусу прикреплен распределительный кран 6 с рукояткой 7 для переключения золотника при поочередном впуске сжатого воздуха в верхнюю или нижнюю полость пневмоцилиндра 11 и выпуска воздуха в атмосферу. На верхней части поворотного корпуса 12 тисков закреплена стальная плита 5. В плите и подвижной губке 1 имеются Т-образные пазы под головки болтов для крепления к тискам специальных сменных наладок. На. верхней части плиты 5 закреплена регулируемая губка 3, которую в зависимости от размеров обрабатываемых деталей можно перемещать винтом 4 или переставлять в пазах плиты.

При обработке крупногабаритных деталей губку 3 снимают. Во время зажима обрабатываемой детали в сменной наладке тисков сжатый воздух поступает в верхнюю полость пневмоцилиндра 11 и перемещает поршень 10 со штоком 9 вниз. При этом длинное плечо рычага 2, находящееся в пазу штока 9, опускается, а короткое плечо перемещает подвижную губку вправо, и деталь зажимается губками 1 и 3. Во время поворота рукоятки 7 золотник крана 6 пропускает сжатый воздух в нижнюю полость пневмоцилиндра 11. Сжатый воздух, нажимая на поршень 10, перемещает его со штоком 9 вверх. При этом длинное плечо рычага / поднимается вверх, а короткое плечо отводит губку 1 влево и деталь разжимается.

Рис. 1.3 Универсальные поворотные тиски со встроенным поршневым пневмоприводом

Сила зажима детали в тисках такой конструкции 18 000 Н при давлении сжатого воздуха в пневмоцилиндре 0,39 МПа. Верхняя часть тисков поворачивается на основании S в горизонтальной плоскости на 360°.

Рассмотренные конструкции переналаживаемых тисков с механизированным приводом применяют в серийном и мелкосерийном производствах для зажима деталей, обрабатываемых на фрезерных станках.

2.2 Расчёт на точность станочного приспособления

При расчёте приспособлений на точность суммарная погрешность при обработке детали не должна превышать величину допуска Т размера < Т.

Суммарная погрешность зависит от ряда факторов и в общем случае может быть представлена выражением:

= _ус+ _обр+ _пр,

где _ус — погрешность установки детали в приспособлении; _обр — погрешность обработки детали; _пр — расчётная погрешность приспособления.

Погрешность установки представляет собой отклонения фактического положения закрепления детали в приспособлении от требуемого теоретического.

Погрешность установки включает погрешности базирования _б, закрепления _з и погрешность положения детали в приспособлении _п:

_ус = _б + _з + _п.

Погрешность положения _п детали в приспособлении состоит из погрешностей: изготовления приспособления по выбранному параметру '_пр, установки приспособления на станке _у и положения детали из-за износа элементов приспособления _и:

_п = '_пр + _у + _и.

В результате для расчёта точности приспособления воспользуемся упрощённой формулой:

_пр ,

где Т — допуск выполняемого размера (Т=0,2 мм); _б,з,у, _пи, k — соответственно погрешности: базирования, закрепления, установки приспособления на станке, положения детали из-за износа установочных элементов приспособления и от перекоса инструмента; w — экономическая точность обработки, К_т=1…1,2 — коэффициент, учитывающий отклонение рассеяния значений составляющих величин от закона нормального распределения; k_Т1 = 0,8…0,85 — коэффициент, учитывающий уменьшение предельного значения погрешности базирования при работе на настроенных станках; k_Т2 — коэффициент, учитывающий долю погрешности обработки в суммарной погрешности, вызываемой факторами, не зависящими от приспособления.

Расчётная формула погрешности базирования по трем плоскостям:

Так как в данном случае нет отклонения фактически достигнутого положения заготовки от требуемого.

Допустимая погрешность приспособления равна:

_пр 0,2 — 1,1*

Расчёт элементов приспособления на прочность

Чтобы обеспечить надёжность зажима, силы резания увеличивают на коэффициент запаса к, который определяется в зависимости от условий обработки. Коэффициент к может быть представлен как произведение первичных коэффициентов к_0, к_{1 …,}к₆

к_{0 -}гарантированный коэффициент запаса — рекомендуется принимать для всех случаев равным 1,5.

к_{1 -} коэффициент, учитывающий увеличение силы резания при затуплении инструмента к₁ = 1,3.

к₂ — учитывает увеличение силы резания от прогрессирующего затупления режущего инструмента к₂ = 1.

к₃ — коэффициент, учитывающий увеличение силы резания при обработке прерывистых поверхностей на заготовке к₃ =1,2.

к₄ — коэффициент, учитывающий постоянство зажимной силы развиваемой приводом к₄ = 1,3.

к₅ — коэффициент, учитывающий удобства расположения рукояток в ручных зажимных устройствах к₅ = 1.

к₆ — коэффициент, учитываемый при наличии моментов, стремящихся повернуть заготовку на опорах к₆ = 1,5.

К = 1,5 *1,3*1*1,2*1,3*1*1,5 = 4,6 (2.2)

При точении деталь базируется по двум центрам

Применяемые центра, действующие нормально к поверхности заготовки, должны создавать силу зажима, препятствующую перемещению обрабатываемой заготовки под действием горизонтальной составляющей силы резания Р_н. Обычно силы Q1, Q2 зажима обоих прихватов равны, и, следовательно, силы трения Т1, Т2 тоже равны, тогда

Т₁ = Т₂ = Т = FQ= 0,15*2000=300 Н (2.3)

где F — коэффициент трения.

Надёжный зажим заготовки обеспечивается при условии, если

2FQ >=kP_н;

или

(2.4)

2.3 Приспособление для контроля.

Применение универсальных измерительных инструментов и калибров не всегда обеспечивает требуемую точность, удобство и производительность контроля, а в условиях поточно-автоматизированного производства практически не применимо. Контрольные приспособления исключают перечисленные недостатки инструмента и уменьшают количество брака.

Контрольные приспособления применяются для проверки заготовок и размеров при их обработке, деталей. Погрешность измерений допускается в пределах 8−30% поля допуска на контролируемый размер. Для ответственных изделий погрешность измерения принимается 8%, для менее ответственных 12−20%, для неответственных -30% поля допуска. Общая погрешность измерения характеризуется рядом составляющих, в т. ч. погрешностью установки измеряемого объекта, погрешностью настройки и износом элементов приспособления, температурными отклонениями. При конструировании контрольных приспособлений изучаются источники возникновения первичных погрешностей и определяются пути их частичного или полного устранения.

Контрольные приспособления подразделяются на универсальные и специальные. Универсальные контрольные приспособления обычно компонуются из контрольных плит, установочных элементов, измерительных устройств (индикаторов), стоек для их установки. Для повышения точности контроля, установочные элементы этих приспособлений должны быть в 2−3 раза более точными по сравнению с другими приспособлениями, а их рабочие поверхности должны иметь меньшую шероховатость. Важным фактором является высокая износостойкость установочных элементов. поэтому они часто выполняются из твёрдых сплавов типа ВК8, Т15К6 и других износостойких материалов. Места приложения сил зажима выбираются так, чтобы исключить недопустимые деформации контролируемого объекта и элементов самого приспособления. Измеряемые объекты следует выбирать также с учётом сил измерения и их влияния на качество и деформацию контролируемых поверхностей деталей и сборочных единиц.

Приспособление Биениемер радиальный БР41 применяется для измерения радиального биения с помощью индикатора часового типа. Контролируемая деталь базируется в центрах.

Расчёт приспособления на точность

Расчёт приспособления на точность производим по формуле

, (2.5)

где — допуск выполняемого размера;

соответственно погрешности: базирования, закрепления, установки приспособления на станке, положения детали из-за износа установочных элементов приспособления и от перекоса инструмента;

экономическая точность обработки;

коэффициент, учитывающий отклонение рассеяния значений составляющих величин от закона нормального распределения;

коэффициент, учитывающий уменьшение предельного значения погрешности базирования при работе на настроенных станках;

коэффициент, учитывающий долю погрешности обработки в суммарной погрешности, вызываемой факторами, не зависимо от приспособления.

Подставляя численные значения получим

3. Научно-исследовательский раздел

Методы обработки свободным абразивом

Абразивная обработка в струе жидкости. Суть процесса состоит в том, что поверхность (рис. 3.1) обрабатываемой детали 7 подвергается воздействию струи жидкости, содержащей абразивные частицы и направляемой под определенным углом, а и с определенным давлением на обрабатываемую поверхность.

Для увеличения скорости истечения суспензии из сопла 2 струя обычно подвергается воздействию сжатого воздуха (Р=0,5…0,6 МПа), который подается в струйный аппарат по отдельному трубопроводу. Струя жидкости сообщает абразивным частицам высокую кинетическую энергию, в результате чего при ударе о поверхность они оказывают абразивное воздействие, т. е. осуществляют микрорезание, упругое и пластическое деформирование. При оптимальных режимах обработки достигается шероховатость поверхности Ra=2,0…0,5 мкм (при исходной Ra=l0…1 мкм), на обработанной матовой поверхности отсутствуют направленные риски, характерные для многих других методов обработки. Рациональные области применения струйного абразивно-жидкостного метода следующие:

1) обработка деталей сложной формы, в том числе внутренних полостей под антикоррозионные и декоративные покрытия;

2) обработка металлорежущего инструмента, деталей пресс-форм и штампов, имеющих сложную форму;

3) обработка зубьев зубчатых колес, в том числе для снятия заусенцев;

4) очистка различных деталей от окалины, заусенцев, различного рода загрязнений и т. д.

При использовании этого метода не только снижается шероховатость поверхности, но и улучшаются ее физико-механические характеристики.

Рисунок. 3.1 Схема абразивной обработки в струе жидкости

Для обработки плоских и профильных поверхностей могут быть использованы станки ЗЕ711ЭФ₁, ЗЕ731ЭФ2

Виброабразивная обработка. Широкое распространение получили методы полирования деталей во вращающихся барабанах и виброконтейнерах. Таким образом, чаще всего обрабатываются мелкие детали, а также детали, которые трудно поддаются обработке на полировальных станках ими другими известными методами (лопатки турбин, гребных винтов и др.). Обрабатываемые детали 3 (рис. 3.2) вместе с жидкой средой и абразивными частицами 2 загружаются в барабан (контейнер) 4, которому сообщается вращательное движение или вибрационные колебания с помощью специального механизма-вибратора 1.

Рисунок 3.2. Схема установки для виброабразивной обработки при свободной загрузке деталей

В процессе движений создается контактное взаимодействие и относительное перемещение абразивных частиц и обрабатываемых поверхностей, в результате чего происходит обработка. При полировании можно обрабатывать большое число деталей, поэтому, несмотря на длительность процесса (8…12 ч), эти методы эффективны. При назначении оптимальных режимов и условий обработки эти способы позволяют получать поверхности с Ra =0,32…0,63 мкм. Производительность процесса зависит от состава рабочей среды, абразивного материала и режимов обработки. Производительность и качество могут быть повышены введением химически активных добавок в рабочую среду, использованием шпиндельной и электрохимической виброабразивной обработки.

Турбоабразивная обработка. Ее производят в рабочей камере 7 (рис. 3.3), дном которой является пористая решетка 3. К камере снизу подводят сжатый воздух. Насыпанный на дно камеры слой абразивных зерен 2 при высокой скорости воздушного потока образует так называемый «кипящий» слой.

Рис. 3.21. Схема турбоабразивной обработки

В рабочую камеру вводят обрабатываемую заготовку 4, которой сообщается вращение от электродвигателя 5 или более сложное движение. В результате микроударного воздействия абразивными зернами обрабатывается вся открытая поверхность заготовки, в том числе наиболее сложного профиля. В качестве абразива используют обычно зерна электрокорунда зернистостью 12…80 в зависимости от требуемой шероховатости (Ra = 0,2… 10 мкм). Скорость заготовки — 15…30 м/с, интенсивность снятия припуска — до 2…5 мкм/мин. При турбоабразивной обработке удаляются заусенцы и закругляются кромки на деталях, оставшиеся после точения, сверления, протягивания, зубонарезания и т. д. Изменяя режимы и время обработки, можно получить различные радиусы закругления кромок.

Метод может быть рекомендован в качестве альтернативного трудоемким и небезопасным слесарным операциям. Для его реализации создан ряд конструкций специальных установок, позволяющих обрабатывать заготовки размером 20…1200 мм.

Финишная обработка деталей уплотненным потоком свободного абразива. Для практической реализации этого метода при обработке наружных, внутренних и плоских поверхностей разработан ряд устройств, обеспечивающих формирование уплотненного слоя абразива и возможность контактирования его с поверхностью обрабатываемой детали. Метод определяется состоянием абразивных зерен и их воздействием на обрабатываемую поверхность. Абразивное воздействие осуществляется свободными абразивными зернами, находящимися в суспензии в уплотненном состоянии под действием центробежных сил, в процессе их перемещения относительно обрабатываемой поверхности при определенном контактном давлении на нее.

Обработка наружных поверхностей вращения производится путем погружения детали в уплотненный центробежными силами поток свободного абразива, который формируется во вращающемся барабане. Установка состоит из четырех основных частей: контейнера, механизма для закрепления и вращения обрабатываемой детали, барабана и механизма для его вращения и устройства для подачи абразивной суспензии. Абразивная суспензия отбрасывается под действием центробежных сил к боковой поверхности барабана и образует уплотненное абразивное кольцо, которое, вращаясь вместе с барабаном, полирует поверхность погруженной в него детали.

Производительность обработки (съем по диаметру) может быть определена, по зависимости

AD = 0,513 — 10−3 — (z+ 1) t* F/ мкм,