Проектирование операционно-технологического процесса детали типа «штанга»

Содержание припуск кинематический штанга Введение

1. Цели и задачи проектирования

2. Обоснование способа получения заготовки

3. Разработка поверхности O

3.1 Определение количества переходов

3.2 Расчет минимальных припусков и межоперационных размеров

3.3 Расчет режимов резания

3.4 Расчет норм времени

4. Разработка кинематических схем приспособления и робота

4.1 Принцип работы приспособления

4.2 Принцип работы захватного устройства

5. Описание схем сил и моментов сил приспособления и робота

5.1 Расчет прижимного приспособления

5.2 Расчет захватного устройства Литература

Введение

Механическая обработка — обработка заготовки из различных материалов при помощи механического воздействия различной природы с целью создания по заданным формам и размерам, а также требуемым показателям качества изделия или заготовки для последующих технологических операций.

Механическая обработка металлов применяется во многих отраслях промышленного производства. С течением времени этот процесс совершенствуется, появляются современные машины, оборудование и инструмент по механической обработке металла.

1. Цели и задачи проектирования Целью курсового проекта является проектирование операционного технологического процесса детали типа «штанга».

Рис. 1 — Деталь типа «штанга»

Для достижения заданной цели необходимо решить следующие задачи:

обосновать способ получения заготовки;

разработать маршрутный процесс для получения детали типа «штанга»;

рассчитать припуски и межпереходные размеры;

задать необходимые режимы резания;

определить нормы времени для изготовления детали;

разработать и описать кинематические схемы позиционного приспособления и схвата промышленного робота.

2. Обоснование способа получения заготовки Заготовка — предмет производства, из которого изменением формы и размеров, свойств материала и шероховатости поверхности изготавливают деталь.

Выбор способа получения заготовки определяется:

технологической характеристикой материала заготовки;

конструктивными формами и размерами заготовки;

требуемой точностью выполнения заготовки, шероховатостью и качеством её поверхностей.

Большинство деталей типа валов, втулок, шайб и колец изготовляют из заготовок, поставляемых в виде круглых, шестигранных и квадратных прутков.

Заготовка должна иметь несколько большие размеры, чем обработанная деталь, т. е. предусматривается слой металла, снимаемый при механической обработке. Этот слой металла носит название припуск на обработку.

Величина припуска должна быть наименьшей, но при этом обеспечивать получение годной детали, т. е. заготовка по форме и размерам должна приближаться к форме и размерам готовой детали.

Проектируемая деталь типа «штанг» должна быть выполнена из стали 45 ГОСТ 1050–88, поэтому целесообразно использовать вид заготовки прокат:

Круг В1−28 ГОСТ 2590–2006/45−2ГП-М1-ТВ2-ТО ГОСТ 1050–88,

где В1 — точность проката;

28 — диаметр проката в мм;

45 — марка материала, сталь 45;

2ГП — группа качества поверхности;

М1 — категория механических свойств;

ТВ2 — твердость.

Длина заготовки зависит от метода ее отрезания.

В нашем проекте примем отрезку заготовки на отрезном станке, в котором режущим инструментом является абразивно-отрезной диск. Ширина прорезки на таких станках не превышает 3 мм. Соответственно, к длине детали необходимо прибавить 6 мм, по 3 мм на каждую сторону.

Рис. 1 — Эскиз одной заготовки, отрезанной от сортового проката Таким образом, длина заготовки будет равна:

где — длина детали;

— припуск на обработку торцевой поверхности.

Объем заготовки определяем по наибольшим предельным размерам:

Определяем массу заготовки:

где — плотность материала, плотность стали 45

Далее необходимо посчитать массу самой детали. Для нахождения точной массы детали воспользуемся программой для ЭВМ KOMPAS 3D. Для этого построим 3D модель проектируемой детали, зададим материал и посчитаем свойства детали.

Коэффициент использования материала Согласно для профильного проката составляет 0,8, а для прутков — 0,5. Исходя из этого и из того, что деталь не является крупногабаритной, можно утверждать, что использование круглого проката в нашем случае выгодно.

3. Разработка поверхности O

3.1 Определение количества переходов Проектируемая деталь получается способом токарной обработки. На основании этого обосновываем количество переходов внутри операции через понятие уточнение. Понятие уточнения может быть определенно как отношение допуска на предыдущем переходе к допуску, формируемому на настоящем переходе (переход — законченная часть операции, в результате которой формируется новая поверхность или сочетание поверхностей):

Необходимо посчитать суммарное уточнение на поверхность O с полем допуска 0,02 мм.

Для заготовки, круглого проката при точности В1 допуск составляет 1 мм, согласно ГОСТ 2590–88.

Найдем суммарное уточнение:

Обработка поверхности O длиной 130 мм. Обработку данного размера можно разделить на три перехода: черновое, получистовое и чистовое обтачивание.

Допуск при черновой обработке составляет 0,21 мм, отсюда Допуск при получистовой обработке составляет 0,13 мм, отсюда Допуск при чистовой обработке составляет 0,013 мм, отсюда Определение верного количества переходов обусловлено условием:

Таким образом, для получения поверхности O требуется три перехода

3.2 Расчет минимальных припусков и межпереходных размеров Расчёт припусков состоит в определении толщины слоя материала, удаляемого в процессе обработки заготовки. Припуск должен быть минимальным, чтобы уменьшить количество снимаемого материала и расходы на обработку, и в то же время достаточным, чтобы исключить появление на обработанной поверхности дефектов (шероховатость, чернота, отбеленный слой и т. п.) черновых операций.

Аналитическим методом рассчитаем припуски по всем переходам. Результаты расчета будем заносить в таблицу 1.

1) В графу 1 заносим содержание переходов по порядку, начиная с получения заготовки и заканчивая окончательной обработкой.

2) Для каждого перехода определяем составляющие припуска. По справочным данным [1, т.1, стр. 180, табл. 1, табл. 5] определяем Rz — высота неровностей профиля мм, hд — глубина дефектного слоя мм. Графы 2 и 3.

Суммарное отклонение расположения (графа 4) определяем по формуле:

где общее отклонение при установке в центрах

смещение оси заготовки в результате погрешности центрирования

допуск на диаметральный размер базы заготовки, использованный при центрировании, в нашем случае Т=1.

отклонение оси детали от прямолинейности (кривизна).

Кривизну профиля заготовки берем из справочных данных [1, т. 1, стр. 180, табл. 4]

мкм

— суммарное отклонение формы проката.

Для расчета суммарного отклонения для переходов воспользуемся коэффициентом уточнения: для чернового точения, для получистового точения и для чистового.

Расчет произведем по формуле

Для всех переходов погрешность установки будет определятся из условия, что заготовку устанавливают в центра. Погрешность установки в центрах составляет 0,03 мм. Графа 5

4) Определяем предельные значения припусков на обработку для каждого перехода, кроме заготовительной операции Минимальное значение припуска определяем по формуле:

Здесь и далее индекс i относится к данному переходу, i-1 — к предыдущему переходу, i+1 — к последующему переходу.

Рассчитываем минимальное значение припуска (графа 6):

Расчетный минимальный общий припуск на обработку по диаметру будет равен сумме припусков каждого перехода:

Определим расчетный наименьший размер проката:

Полученный размер округляем до ближайшего большего по сортаменту диаметра прутка и заносим значение в графу 7 в строке заготовительной операции.

Далее определяем расчетные наименьшие размеры каждого перехода (графа 7):

Определим действительный общий припуск на обработку:

Значение действительного общего припуска больше расчетного, поэтому увеличим предельный припуск на черновую обработку на их разницу, а припуска на получистовую и чистовую обработку оставим без изменения. Значения минимальных предельных припусков занесем в графу 12 по всем переходам.

Определим минимальный предельный размер для чернового и получистового перехода (графа 10):

;

;

.

Определим максимальный предельный размер для каждого перехода (графа 9):

;

;

;

.

Максимальное значение предельного припуска определяем (графа 11):

;

;

;

.

Проверим правильность расчётов:

;

;

.

Определение припусков и предельных значений выполнено правильно.

Таблица 1

3.3 Расчет режимов резания Переход № 1 — Черновое точение поверхности Принимаем токарный проходной прямой правый резец. Материал рабочей части твердый сплав Т15К6; материал корпуса резца — сталь 45. Выбираем размеры поперечного сечения корпуса резца. Для станка 1К62 и небольших размеров детали наиболее подходит сечение 20?16. Длину проходного резца принимаем 120 мм. Длина рабочей части 10 мм. Стойкость резца Т=60 мин.

Геометрические параметры:

Глубина резания.

Подача (выбираем по справочным данным [1, т.2, стр. 266, табл.11])

Скорость резания

[1, т.2, стр. 269, табл.17]

[1, т.2, стр.261−263, табл.1−4]

Частота вращения Корректируем по паспорту станка n=2000 об/мин Действительная скорость резания

Силы резания

[1, т.2, стр. 273, табл.22]

[1, т.2, стр. 275, табл.23]

Мощность, затрачиваемая на резание Проверяем, достаточна ли мощность привода станка.

По паспортным данным станка

обработка на этом станке возможна.

Переход № 2 — Получистовое точение поверхности Принимаем токарный проходной прямой правый резец. Материал рабочей части твердый сплав Т15К6; материал корпуса резца — сталь 45. Выбираем размеры поперечного сечения корпуса резца. Для станка 1К62 и небольших размеров детали наиболее подходит сечение 20?16. Длину проходного резца принимаем 120 мм. Длина рабочей части 10 мм. Стойкость резца Т=60 мин.

Геометрические параметры:

Глубина резания.

Подача Скорость резания Частота вращения Корректируем по паспорту станка n=2000 об/мин Действительная скорость резания

Силы резания

Мощность, затрачиваемая на резание Проверяем, достаточна ли мощность привода станка.

По паспортным данным станка

обработка на этом станке возможна.

Переход № 3 — Чистовое точение поверхности Принимаем токарный проходной прямой правый резец. Материал рабочей части твердый сплав Т15К6; материал корпуса резца — сталь 45. Выбираем размеры поперечного сечения корпуса резца. Для станка 1К62 и небольших размеров детали наиболее подходит сечение 20?16. Длину проходного резца принимаем 120 мм. Длина рабочей части 10 мм. Стойкость резца Т=60 мин.

Геометрические параметры:

Глубина резания.

Подача Скорость резания Частота вращения Корректируем по паспорту станка n=2000 об/мин Действительная скорость резания

Силы резания

Мощность, затрачиваемая на резание Проверяем, достаточна ли мощность привода станка.

По паспортным данным станка

обработка на этом станке возможна.

3.4 Расчет норм времени Переход № 1 — Черновое точение заготовки O28 мм до O26,122 мм на длине 176 мм.

Основное время

где l — длина обрабатываемой поверхности;

y — величина врезания и перебега инструмента;

— дополнительная длина на взятие пробной стружки при работе по методу пробных ходов и промеров. При использовании метода автоматического получения размеров это слагаемое в расчет не берется.

Вспомогательное время Оно складывается из времени на установку и снятие детали, времени, связанное с переходом, время на контрольные измерения Время на обслуживание рабочего места

где — время обслуживания рабочего места в процентах от оперативного времени.

Время на отдых и личные потребности

где — время на отдых и личные потребности в процентах от оперативного времени Штучное время Переход № 2 — Получистовое точение O26,122 до O25,333 на длине 130 мм.

Основное время

Вспомогательное время Время на обслуживание рабочего места Время на отдых и личные потребности Штучное время Переход № 3 — Чистовое точение O25,333 до O24,96 на длине 130 мм.

Основное время

Вспомогательное время Время на обслуживание рабочего места Время на отдых и личные потребности Штучное время Суммарное штучное время на выполнение трех переходов:

4. Разработка кинематических схем приспособления и робота

4.1 Принцип работы приспособления При обработке всех поверхностей вала за один установ целесообразно использовать, при установке заготовки на станке, два центра. Технологически верным решением для передачи вращения от шпинделя станка к заготовке будет поводковый штырьковый патрон. Для зажима заготовки необходимо использовать вращающийся центр пиноли задней бабки с гидроприводом, который будет создавать усилие прижима заготовки к патрону.

Заготовку устанавливают в плавающий центр патрона и вращающийся центр пиноли задней бабки. С помощью системы управления гидроприводом в системе создают определенное давление, которое создает силу, толкающую цилиндр по направлению к заготовке. Создаваемая сила зажима передается от цилиндра к штоку гидропривода, который, под действием этой силы, толкает пиноль задней бабки со вставленным в нее вращающимся центром по направлению к заготовке. Таким образом, вращающийся центр прижимает заготовку к штырькам поводка с усилием, созданным в гидроцилиндре. Крутящий момент передается заготовке шпонкой, находящийся во внутреннем устройстве патрона.

4.2 Принцип работы захватного устройства Корпус захватного устройства прикреплен винтами к рабочему органу робота, в котором установлен пневмоили гидроцилиндр со штоком. Последний жестко соединен с подвижной опорой, на которой установлен кулачок. Захватные губки имеют на концах ролики, контактирующие с кулачками. Пружина растяжения создает силовое замыкание кулачкового механизма. Заготовка контактирует с рабочими поверхностями подвижной опоры и захватных губок. Для захвата заготовки рука робота с захватным устройством перемещается сверху вниз в положение, соответствующее оси заготовки (независимо от его диаметра). При этом заготовка находится между разведенными губками. После этого привод перемещает опору и кулачок вниз, в результате чего губки одновременно с опорой перемещаются к заготовке. Профилирование кулачков позволяет независимо от размера диаметра заготовки обеспечить синхронное касание трех контактирующих элементов с заготовкой, обеспечивая ее центрирование.

5. Описание схем сил и моментов сил приспособления и робота

5.1 Расчет прижимного приспособления Для расчета прижимного приспособления необходимо рассчитать силу закрепления, компенсирующую силы трения.

На заготовку, закрепленную в центрах, действует момент резания. Заготовка удерживается от поворота моментом трения между поводковым патроном и заготовкой и моментом трения между вращающимся центром и заготовкой. Уравнение равновесия системы с учетом коэффициента запаса можно записать в виде:

отсюда

Моменты трения представим в формулах:

где и расстояния от оси заготовки до приложения силы и .

Сила трения поводкового патрона и заготовки находится по формуле:

где коэффициент трения между поводковым патроном и заготовкой.

Сила трения вращающегося центра и заготовки находится по формуле:

где коэффициент трения вращающегося центра и заготовки.

Момент резания можно найти:

где составляющая силы резания;

расстояние от оси заготовки до приложения силы резания.

Подставляя зависимости в уравнение системы получим:

Отсюда выводим формулу для нахождения силы закрепления:

Найдем силу закрепления при максимальной силе резания, которая возникает при черновом обтачивании поверхности O.

Для решения нашей задачи запишем недостающие значения:

коэффициент запаса принимаем;

расстояние от оси заготовки до приложения силы резания условно примем радиусу обработанной части заготовки ;

расстояния от оси заготовки до приложения силы условно примем, так как внутренний диаметр зубьев поводкового патрона равен 12 мм;

расстояния от оси заготовки до приложения силы примем, так как диаметр центрового отверстия равен 6 мм;

коэффициент трения между поводковым патроном и заготовкой условно примем ;

коэффициент трения вращающегося центра и заготовки условно примем .

Находим силу закрепления:

Зная силу закрепления, найдем диаметр цилиндра гидропривода по формуле

где давление в гидросистеме.

Находим диаметр цилиндра:

По стандартному ряду диаметров цилиндров принимаем ближайшее значение 50 мм.

5.2 Расчет захватного устройства Для расчета ЗУ необходимо определить силу закрепления заготовки с губками устройства, которая будет больше или равна силам, которые способствуют выпадению заготовки из захвата.

Согласно этому уравнение равновесия системы можно записать в виде:

где сила трения;

сила, действующая на заготовку.

Силу, действующую на заготовку, можно представить как сумму двух сил силу тяжести и силу инерции:

Сила инерции определяется по формуле:

где масса заготовки;

ускорение заготовки, получаемое от губок ЗУ.

Сила тяжести определяется по формуле:

где масса заготовки;

ускорение свободного падения.

Определяем силу, действующую на заготовку:

Сила трения в нашем случае находится как произведение силы закрепления и коэффициента трения между заготовкой и губками ЗУ:

где коэффициент трения покоя «сталь-сталь» без смазки.

Таким образом, получаем

отсюда следует

Сила закрепления равна

Можно сделать вывод, что сила закрепления ЗУ должна быть не меньше 86,33 ньютона.

1. Справочник технолога-машиностроителя. Т.1,2. Под. Ред. Косиловой А. Г. и Мещерякова Р. М. — М.: Машиностроение, 1986. — 486с.

2. Пейсахов А. Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов, 2003, 407 с.