Проектирование станочного приспособления для фрезерного станка

Строительство материально-технической базы современного общества и необходимость непрерывного повышения производительности труда на основе современных средств производства ставит перед машиностроением весьма ответственные задачи. К их числу относятся повышение качества машин, снижение их материалоемкости, трудоемкости и себестоимости изготовления, нормализация и унификация их элементов, внедрение поточных методов производства, его механизация и автоматизация, а также сокращение сроков подготовки производства новых объектов. Решение указанных задач обеспечивается улучшением конструкции машин, совершенствованием технологии их изготовления, применением прогрессивных средств и методов производства. Большое значение в совершенствовании производства машин имеют различного рода приспособления.

Использование приспособлений способствует повышению производительности и точности обработки, сборки и контроля; облегчению условий труда, сокращению количества и снижению необходимой квалификации рабочих; строгой регламентации длительности выполняемых операций; расширению технологических возможностей оборудования; повышению безопасности работы и снижению аварийности.

При разработке приспособлений имеются широкие возможности для проявления творческой инициативы по созданию конструкций, обеспечивающих наибольшую эффективность и рентабельность производства, по снижению стоимости приспособлений и сокращению сроков их изготовления. Приспособления 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.

1. Расчет и проектирование фрезерного приспособления

1.1 Сбор исходных данных

Содержание технологического перехода: фрезеровать последовательно 2 шпоночных паза, выдерживая размеры, указанные на рис.1.1

Операционный эскиз

Рис.1.1

Материал заготовки - Сталь 45 ГОСТ 1050-88. Металлорежущий станок: выбирается в зависимости от схемы установки заготовки [6]. В свою очередь схема установки определяется величиной погрешности базирования , которая не должна превышать половины допуска на размер 69_-0,3, т.е. величину 0,15 мм. Погрешность базирования рассчитывается:

(1.1)

где Td - допуск диаметра, которым вал базируется на призму.

После точения чистового по 9-му квалитету допуск на диметр 75 мм составляет Td=0,074мм.

- половина рабочего угла призмы. Т.к. рабочий угол стандартной призмы составляет 90°, =45°.

Видим, что меньше 0,1мм, значит мы можем применить вертикальную схему обработки на вертикально - фрезерном станке.

Станок: вертикально - фрезерный 6Р12 [1].

Размеры рабочей части стола: 320*1250, частота вращения шпинделя 31,5-1600 об/мин, число подач стола 18; 8,3-416,6 мм/мин, мощность электродвигателя привода главного движения - 11 кВт.

Режущий инструмент: выбираем по необходимой точности обработки. При допуске на ширину шпоночных пазов 0,052 мм выбираем фрезу шпоночную цилиндрическую фрезу ГОСТ 9140-78 20; Z=2. [1]

Вспомогательный инструмент: патрон цанговый 191113050 5-25 ТУ 2-035-986-85. [2]

Тип приспособления: - специализированное безналадочное для фрезерования шпоночных пазов в деталях типа валов.

1.2 Разработка схемы установки заготовки

Согласно предварительному расчёту, представленному в пункте 1.1, погрешность базирования не превышает половины допуска на диаметр шейки.

Поэтому примем схему установки, показанную на рис.1.2 Заготовка устанавливается на призмы шейками 60 и 70 мм, обработка ведётся при вертикально расположенной оси вращения фрезы.

Схема установки заготовки

Рис.1.2

1.3 Расчёт силы резания при фрезеровании шпоночного паза

Учитывая рекомендации [1] примем следующие параметры обработки:

По таблице 36 [1, 285] определяем подачу на зуб S_z= 0,01 мм/зуб.

Рассчитываем скорость резания по формуле:

(1.2)

где D - диаметр фрезы;

Т - период стойкости;

t - глубина фрезерования;

S_z - подача на зуб;

В - ширина фрезерования;

Z - число зубьев фрезы;

K_v - общий поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания.

К_v= К_мv* К_пv* К_иv (1.3)

где K_MV - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала [1, 262] ;

K_ПV - коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;

K_ИV - коэффициент, учитывающий материал инструмента.

Используя табл.1, 5, 6 [1, 262-263] получим:

К_v= К_мv* К_пv* К_иv = 1*0,9*1=0,9.

Используя табл.39 и 40 [1, 286-290] найдём значения коэффициентов и показатели степени в формуле (1.2):

Частоту вращения фрезы найдём по формуле:

(1.4)

,

Ближайшая стандартная частота по паспорту станка n_ст=250об/мин, ввиду этого скорректируем значение скорости:

(1.5)

Определим окружную силу при фрезеровании по формуле:

(1.6)

По табл.9 [1, 264] определим, что К_мр=1

Используя табл.41 [1, 291] найдём значения коэффициентов и показатели степени в формуле (1.5):

Величины остальных составляющих силы резания найдём через окружную силу, используя табл.42.

Горизонтальная сила (подачи) P_h=0,4*P_z =139 Н.

Вертикальная сила P_v=0,9*P_z =314 Н.

Радиальная сила P_y=0,4*P_z =139 Н.

Осевая сила P_x=0,55*P_z =192 Н.

1.4 Расчет усилия зажима заготовки

На рис.1.3 представлена схема силового взаимодействия фрезы, заготовки и приспособления при обработке 1-го и 2-го паза.

Схема зажима заготовки

Рис.1.3

Как видно из рисунка 1.3, сила подачи P_h стремится сдвинуть заготовку с призм, но этому препятствуют силы трения Т и Т₁, возникающие на зажимаемой шейке вала и на рабочей поверхности призм.

Из уравнения равновесия сил определим величину усилия зажима [6]:

= (1.7)

где f и f₁ - коэффициенты трения в местах приложения усилия W и на призмах. К - коэффициент запаса, в свою очередь находится по формуле:

К=К₀* К₁* К₂* К₃, (1.8)

где К₀ - гарантированный коэффициент запаса, равный 1,5. К₁ - коэффициент, учитывающий вид технологической базы, для чистовых баз, как в данном случае, К₁=1. К₂ - коэффициент, учитывающий увеличение сил резания вследствие затупления режущего инструмента, при фрезеровании чугуна и стали К₂=1,2. К₃ - коэффициент, учитывающий прерывистость резания, при фрезеровании К₃=1,3.

К=1,5*1*1,2*1,3=2,34

Коэффициент трения f примем равным 0,14, тогда f₁=1,41Ч0,14=0, 1974.

=

Сила P_v стремится повернуть заготовку вокруг оси вращения фрезы, но этому препятствуют моменты от сил трения Т и Т₁. Из условия равновесия заготовки и с учётом коэффициента запаса определим величину усилия зажима:

= (1.9)

где l₁ - расстояние от оси фрезы до оси приложения усилия прижима.

l₂, l₃ - расстояния от оси фрезы до осей установочных призм. И равны:

l₁ = 110 мм; l₂ = 13 мм; l₃ = 199 мм.

D_ф - диаметр фрезы.

При обработке паза:

=

Из двух значений усилия прижима выбираем для дальнейшего расчёта максимальное: =964 Н.

1.5 Расчет силового привода

Вывод:

В результате проделанной работы нами разработано приспособление для обработки шпоночных пазов на вертикально - фрезерном станке 6Р12. Простота конструкции, использование типовых и стандартных деталей и узлов существенно облегчает изготовление приспособление, а использование гидравлического силового привода облегчает труд рабочего, уменьшает вспомогательное время и увеличивает точность изготовления детали. Всё это в совокупности приводит к снижению себестоимости изготовления детали при повышению её качества.