Проектирование приспособления для фрезерования шпоночного паза

1. Техническое задание.

2. Назначение, устройство, принцип работы приспособления.

3. Разработка технических требований на приспособление.

4. Назначение режимов резания, определение сил резания.

5. Расчет усилия закрепления детали.

5.1 Расчет зажимного усилия.

5.2 Крутящий момент.

5.3 Коэффициент надёжности закрепления.

6. Расчет исходного усилия зажимного устройства.

6.1 Расчёт исходного усилия Q.

7. Расчет пневматического привода.

7.1 Диаметр пневмоцилиндра.

7.2 Тянущая сила.

7.3 Проверка диаметра штока на прочность и устойчивость.

8. Расчет приспособления на точность.

8.1 Расчет приспособления на точность.

8.2 Погрешность базирования заготовки.

8.3 Необходимо соблюдение условия на точность.

9. Расчет экономической эффективности приспособления.

9.1 Годовая технологическая себестоимость.

9.2 Стоимость приспособления.

9.3 Годовая экономия при применении приспособления.

9.4 Срок окупаемости приспособления.

Заключение

.

Станочное приспособление — это вспомогательное орудие производства для установки заготовок с целью обработки на металлорежущих станках.

В зависимости от типа станка станочные приспособления подразделяются на токарные, сверлильные, фрезерные, расточные, шлифовальные и т. д. В общем объеме средств технологической оснастки примерно 50% составляют станочные приспособления.

С помощью станочных приспособлений можно решить 3 основные задачи: — базирование обрабатываемых деталей на станках производится без выверки, что ускоряет процесс установки и обеспечивает возможность автоматического получения размеров на настроенных станках;

— повышается производительность, и облегчаются условия труда рабочих на счет применения многоместной, многопозиционной и непрерывной обработки;

— расширяются технологические возможности станков, что позволяет на обычных станках выполнять такую обработку или получать такую точность, для которой эти станки не предназначены.

Приспособления выбираются в зависимости от типа производства. В массовом и крупносерийном производстве в основном применяются специальные приспособления. В условиях серийного производства применяются агрегатированные приспособления. В мелкосерийном производстве широко распространены универсальные приспособления.

Проектирование приспособлений находится в зависимости не только от типа производства, но и от технологического процесса изготовления детали, что обеспечивает на производстве тесную связь между технологом и конструктором. Темой данного курсового проекта является разработка станочного приспособления для обработки детали «Винт» на шпоночно-фрезерной операции.

1. Техническое задание.

Таблица 1 — Техническое задание.

2. Назначение, устройство, принцип работы приспособления.

Рисунок 1- Приспособление для фрезерования шпоночного паза.

Приспособление с пневматическим зажимом для фрезерования шпоночного паза детали вал-шестерня шпоночной фрезой устанавливается на столе фрезерного станка и закрепляется винтом. При переключении распределительного крана сжатый воздух через штуцер поступает в полость пневмоцилиндра, встроенного в корпусе поз.1 приспособления, и перемещает поршень со штоком и тягой вверх. При этом тяга верхним концом давит на прихват, который зажимает заготовку. После фрезерования шпоночного паза на винте пружина перемещает поршень со штоком и тягой вниз. Верхний конец тяги опускается и прихват освобождает заготовку от зажима.

3. Разработка технических требований на приспособление.

Отклонение от параллельности оси контрольного валика, установленного в призму, относительно поверхности стола станка.

Отклонение от перпендикулярности оси контрольного валика, установленного в призму, относительно поверхности направляющей шпонки.

4. Назначение режимов резания, определение сил резания.

приспособление фрезерование шпоночный шпиндель.

Требуется фрезеровать шпоночный паз на валу шириной 10 мм и глубиной 5 мм, твердость HRC 24, предел прочности = 600 МПа.

Выбор фрезы.

«Фреза шпоночная Р6М5 D102234−0355» диаметр D равен 10 мм, число зубьев Z фрезы равно 2 ГОСТ 9140–78.

Глубина резания t определяется по диаметру фрезы и равна 5 мм.

Подача на зуб фрезы S определяется по таблице и равна 0,02 мм/зуб.

Период стойкости фрезы Т определяется по таблице и равен 60 мин.

Определение расчетной скорости резания.

(1).

где Z — число зубьев фрезы;

С_v — коэффициент, характеризующий материал заготовки и фрезы;

Т — стойкость инструмента, мин ;

S — подача на зуб, мм/зуб;

B — ширина фрезерования, мм;

q, y, x, u, m, p — показатели степени;

t — глубина резания, мм;

K_v — общий поправочный коэффициент на изменённые условия обработки.

Общий поправочный коэффициент.

(2).

где — коэффициент, учитывающий физико-механические свойства обрабатываемого материала;

— коэффициент, учитывающий инструментальный материал;

— коэффициент, учитывающий состояние поверхностного слоя заготовки.

Определение расчетной частоты вращения шпинделя станка.

(3).

гдеV — скорость резания, мм/мин;

D — наружный диаметр фрезы, мм.

Фактическая частота вращения шпинделя n_ф определяется по паспортным данным станка и равна 315 об/мин.

Определение фактической скорости резания.

(4).

где D — наружный диаметр фрезы, мм;

n_ф — фактическая частота вращения шпинделя, об/мин.

Определение минутной подачи.

(5).

где S — подача на зуб, мм/зуб;

Z — число зубьев фрезы;

n_ф — фактическая частота вращения шпинделя, об/мин.

Определение фактической подачи на зуб.

(6).

где Z — число зубьев фрезы;

S_m — минутная подача, мм/мин;

n_ф — фактическая частота вращения шпинделя, об/мин.

Определение силы резания при фрезеровании шпоночного паза.

Рисунок 2 — Схема составляющих силы резания.

(7).

где C_p — коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал и другие условия;

Z — число зубьев фрезы;

t — глубина резания, мм;

S — подача на зуб, мм/зуб;

B — ширина фрезерования, мм;

q, y, x, u, m, p — показатели степени;

D — наружный диаметр фрезы, мм;

n_ф — фактическая частота вращения шпинделя, об/мин;

K_p — общий поправочный коэффициент.

Общий поправочный коэффициент.

(8).

где K_мр — коэффициент, учитывающий свойства материала обрабатываемой заготовки; K_vр — коэффициент, учитывающий скорость резания; Kg_р — коэффициент, учитывающий величину переднего угла.

Определение мощности, затрачиваемой на резание.

(9).

где P_z — сила резания, Н; V_ф — фактическая скорость резания, мм/мин.

Проверяется условие возможности обработки.

Необходимо, чтобы.

(10).

(11).

.

.

Условие выполнено для станка 65А90Ф4.

5. Расчет усилия закрепления детали.

При вычислении силы зажима W для обеспечения надёжного закрепления вводится коэффициент запаса К, который учитывает нестабильность силовых воздействий на заготовку.

5.1 Расчет зажимного усилия.

(12).

где К — коэффициент надёжности закрепления;

f₁ = 0,2 — коэффициент трения между заготовкой и зажимом;

f₂= 0,10 — коэффициент трения между заготовкой и установочными элементами;

M_k — крутящий момент, Н· м;

d — диаметр фрезы, мм.

5.2 Крутящий момент.

(13).

где — сила резания, Н.

r — радиус фрезы, м.

5.3 Коэффициент надёжности закрепления.

(14).

гдеК₀ = 1,5 — гарантированный коэффициент запаса;

К₁ = 1,0 — коэффициент, учитывающий увеличение сил резания из-за случайных неровностей на обрабатываемой поверхности заготовки;

К₂ = 1,2 — коэффициент, учитывающий увеличения сил резания вследствие затупления режущего инструмента;

К₃ = 1,0 — коэффициент, учитывающий изменение сил резания при прерывистом резании;

К₄ = 1,0 — коэффициент, учитывающий непостоянство зажимного усилия;

К₅ = 1,0 — коэффициент, учитывающий удобство расположения рукояток у ручных зажимов;

К₆ = 1,0 — коэффициент, учитывающий определенность расположения опорных точек при смещении заготовки моментом сил.

6. Расчет исходного усилия зажимного устройства.

Рисунок 3 — Схема для определения силы зажима.

6.1 Расчёт исходного усилия Q.

(15).

где W — сила зажима, Н;

з = 0,85 — КПД силового пневмопривода.

7. Расчет пневматического привода.

7.1 Диаметр пневмоцилиндра.

(16).

где р = 0,4 — давление воздуха в пневмосистеме, МПа;

Q — исходное усилие, Н;

q = 45 — сопротивление возвратной пружины, Н;

з = 0,85 — КПД силового пневмопривода.

По ГОСТ 15 608–81 диаметр пневмоцилиндра D_Ц принимается равным 125 мм, диаметр штока d равным 32 мм.

7.2 Тянущая сила.

(17).

где D — диаметр цилиндра, мм;

d — диаметр штока, мм;

р = 0,4 — давление воздуха в пневмосистеме, МПа;

з = 0,85 — КПД силового пневмопривода;

q = 45 — сопротивление возвратной пружины, Н.

По ГОСТ 15 608–81 тянущая сила Q_шт принимается равной 4000 Н.

7.3 Проверка диаметра штока на прочность и устойчивость.

(18).

где [у] = 340 — допустимое напряжение материала штока на растяжение (сжатие), МПа.

Q_шт — тянущая сила, Н.

32? 30.

Диаметр штока d удовлетворяет условию прочности и устойчивости, так как диаметр штока больше минимально возможного диаметра штока.

8. Расчёт приспособления на точность.

8.1 Расчет приспособления на точность.

Приспособление устанавливается на стол станка и выверяется по техническим требованиям:

— отклонение от параллельности оси контрольного валика, установленного в призму, относительно поверхности стола станка не более 0,005 мм;

— отклонение от перпендикулярности оси контрольного валика, установленного в призму, относительно поверхности направляющей шпонки 0,01 мм.

(19).

где К = 1,2 — коэффициент зависящий от случайных погрешностей;

б_с= 0 — погрешность станка в ненагруженном состоянии вызываемая погрешностями изготовления и сборки, мм;

б_пр = 0,005 — погрешность расположения на станке посадочных поверхностей, мм; б_оп= 0,01 — погрешность расположения опорных поверхностей относительно посадочных поверхностей приспособления, мм;

б_dиd — погрешность базирования заготовки в приспособлении, мм;

б_з = 0 — погрешность вызываемая закреплением заготовки, мм;

б_и = 0 — погрешность изготовления инструмента, мм;

б_ри = 0 — погрешность расположения инструмента на станке, мм;

б_д= 0 — погрешность вызываемая деформацией при обработке, под действием сил резания, мм;

б_из = 0 — погрешность вызываемая износом инструмента, мм.

8.2 Погрешность базирования заготовки.

(20).

где d1= 0,04 — допуск на размер, мм.

.

8.3 Необходимо соблюдение условия на точность.

(21).

Где, а = 0,08 — допуск на симметричность паза, мм.

0,08 0,04.

Условие выполняется.

9. Расчет экономичности на точность.

9.1 Годовая технологичность себестоимости.

(22).

где — себестоимость в станках часа y. e;

— штучное время, мин;

N — объем партии, шт;

Н — накладные расходы, %;

— стоимость приспособления, y. e;

А — срок амортизации, год;

g — годовые расходы связанные с эксплуатацией, %.

9.2 Стоимость приспособления, y.e.

(23).

где k — стоимость одной детали приспособления, y. e;

g — количество деталей в приспособлении, шт;

Данные по вариантам.

По проектируемому приспособлению По существующему приспособлению.

.

9.3 Годовая экономия при применении приспособления.

.

С₁— годовая технологическая себестоимость по проектируемому приспособлению, ;

С₂— годовая технологическая себестоимость по существующему приспособлению,.

9.4 Срок окупаемости приспособления.

год, Применения приспособления к станку считается экономичным, если:

Заключение.

В данном курсовом проекте разработано приспособление для фрезерования шпоночного паза. Выполнен расчёт на точность в зависимости от конструкции приспособления, применяемого инструмента и оборудования. Приведён расчёт усилия закрепления обрабатываемой детали в приспособлении, расчёт пневмопривода и его штока на прочность, расчёт режимов резания для фрезерования шпоночного паза детали «винт». Разработаны технические требования на приспособление, устройство и принцип его работы.

Приспособление удовлетворяет требованиям точности базирования и закрепления.

1. Н. П. Косов. Станочные приспособления. «Машиностроение», 1977 г.

2.М. А. Ансеров. Приспособления для металлорежущих станков. «Машиностроение», 1975 г.

3. Ю. И. Кузнецов. Справочник. Оснастка для станков с ЧПУ. Москва. «Машиностроение», 1990 г.

4. А. К. Горошкин. Справочник. Приспособления для металлорежущих станков. Москва. «Машиностроение», 1979 г.

5. В. С. Корсаков. Основы конструирования приспособлений в машиностроении .М., «Машиностроение», 1983 г.

6. А. П. Белоусов. Проектирование станочных приспособлений. М., В.ш. 1980 г.

7. Справочник технолога-машиностроителя в 2х томах. Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова, М., Машиностроение, 1985.

8. Б. Н. Вардашкин, В. В. Данилевский. Справочник. Станочные приспособления. 1; 2 том. Москва. «Машиностроение» 1984 г.

9. Б. И. Черпаков. Технологическая оснастка. Москва. ACADEMA 2005 г.

10. В. А. Ванин, А. Н. Преображенский. Приспособления для металлорежущих станков.

11. С. М. Зонненберг, А. С. Лебедев. Пневматические зажимные приспособления, 1953 г.

12. Г. Г. Овумян, Я. И. Адам. Справочник зубореза. Москва. «Машиностроение», 1983 г.