Проектирование специального станочного приспособления

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

ВВЕДЕНИЕ

Существенно повысить производительность механической обработки можно лишь при резком сокращении вспомогательного времени благодаря применению прогрессивной технологической оснастке, в частности быстродействующим механизированным приспособлениям. Автоматизации и механизации процесса закрепления заготовок на ряду с ростом производительности обработки обеспечивает: повышение точности благодаря стабильности силы зажима, снижающей погрешность закрепления; снижение физической нагрузки рабочих; возможность многостаночного обслуживания, поскольку рабочий освобождается от необходимости длительного присутствия у одного станка; регламентацию цикла обработки, являющуюся предпосылкой для автоматизации процесса в целом.

Технологическая оснастка является переменной часть технологического оснащения. Назначение технологической оснастки - обеспечивать, менять и расширять технологические возможности оборудования, поэтому срок её службы на один порядок и более ниже срока службы оборудования. В действующем производстве требуется постоянное обновление технологической оснастки, а при смене номенклатуры изделий или изменении требований к их изготовлению для заданного состава оборудования новые производственные условия обеспечиваются благодаря полной или частичной её замене.

Разновидность систем технологической оснастки определяется типом производства. В массовом производстве приоритетным является применение специальной неразборной и безналадочной технологической оснастки; в серийном производстве - специализированной и унифицированной технологической оснастки, обладающей свойством обратимости; в единичном производстве - специальной неразборной и универсально-наладочной технологической оснастки.

Применение приспособлений позволяет: устранить разметку заготовок перед обработкой, повысить точность обработки, снизить себестоимость продукции, облегчить условия работы и обеспечить ее безопасность, расширить технологические возможности оборудования, организовать станочное обслуживание, применить технически обоснованные нормы времени, сократить число рабочих, необходимых для выпуска продукции.

Частая смена объектов производства, связанная с нарастанием темпов технологического процесса в эпоху научно-технической революции требует от технологической науки и практики создание конструкций и систем приспособлений, метода их расчета, проектирования и изготовления, обеспечивающих неуклонное сокращение сроков подготовки производства. В серийном производстве необходимо использовать специализированные быстроналаживаемые и обратимые системы приспособлений. В мелкосерийном и единичном производствах все более широко применяют систему универсально-сборных приспособлений.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ В ПОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ

1.1 Служебное назначение приспособлений

Технологическая оснастка является важнейшим фактором успешного осуществления технического прогресса в машиностроении. В промышленности эксплуатируется более 25 миллионов специальных станочных приспособлений. Затраты на изготовление технологической оснастки приблизились к затратам на производство металлорежущих станков. Задача повышения эффективности и качества технологической оснастки стала одной из важнейших народнохозяйственных проблем.

Значительные трудовые и материальные затраты определяются тем, что технологическая оснастка оказывает влияние на производительность труда, качество и сокращение сроков освоения производства новых изделий.

Технологическая оснастка способствует повышению производительности труда в машиностроении и ориентирует производство на интенсивные методы его ведения. На предприятиях машиностроения до 90% организационно технологических мероприятий, направленных на обеспечение роста производительности труда рабочих-станочников, связано либо с изменением конструкций, либо с изготовлением новых видов инструментов и приспособлений.

Применение технологической оснастки, особенно переналаживаемого типа не только обеспечивает, но и расширяет технологические возможности как универсальных, так и станков с ЧПУ, гибких производственных модулей и робототехнических систем.

Повышение производительности труда при применении технологической оснастки обеспечивается следующим:

1. Сокращением вспомогательного времени на установку и закрепление заготовки в приспособлении;

2. Интенсификацией режимов резания за счет увеличения прочности, жесткости и виброустойчивости приспособлений.

3. Сокращением объема пригоночно-слесарных работ при сборке изделий за счет применения технологической оснастки повышенной точности.

4. Расширением многостаночного обслуживания станков с ЧПУ путем обработки группы деталей, установленной в многоместном приспособлении.

Для снижения вспомогательного времени необходимо:

1. применять механизированные приводы закрепления заготовки;

2. создавать удобные условия работы станочнику путем уменьшения различных отвлекающих факторов;

3. обеспечивать оптимальное время срабатывания механизированных прижимов.

4. применять "маятниковый" метод обработки, при котором время установки заготовки и съема готовой детали совмещается с основным технологическим временем;

5. сокращать время на установку режущего инструмента путем закрепления на приспособлении специальных деталей-установов. Последние широко применяют в крупносерийном и массовом производстве.

Повышение режимов работы современных станков и механизмов, их качества, надежности и долговечности связано с ужесточением требований к точности деталей машин и механизмов.

Точность механической обработки в значительной степени зависит от станочной оснастки. Применение автоматического метода получения размеров и механизированного закрепления заготовок в приспособлении практически полностью устраняет влияние уровня квалификации рабочего на точность обработки. Качество деталей, в этом случае, в значительной степени зависит от станочного приспособления, его точности, способности сохранять ее в процессе обработки, места приложения и направления усилия зажима и т.д.

1.2 Приспособление для фрезерных станков

Приспособления для фрезерных станков в зависимости от назначения подразделяются на:

приспособления, предназначенные только для закрепления заготовки в требуемом положении и предотвращающие ее смещение или вибрацию под действием сил резания или собственной массы;

приспособления, выполняющие делительные функции (изменение и точная индексация различных положений обрабатываемых поверхностей заготовки относительно фрезы в процессе обработки). К приспособлениям относят также устройства, применение которых позволяет расширить возможности фрезерного станка: фрезерные вертикальные накладные головки, долбежные накладные головки, накладные сверлильные головки, приспособления для нарезания реек и т.д.

1.2.1 Приспособления для закрепления заготовок. При их использовании необходимо соблюдать следующее:

а) для уменьшения холостого хода станка приспособления должны крепиться на столе с таким расчетом, чтобы расстояние между заготовкой и фрезой в исходном положении стола было наименьшим;

б) рукоятки и гайки для зажима заготовки должны располагаться на приспособлении таким образом, чтобы ими было удобно и безопасно пользоваться;

в) размеры приспособления не должны превышать размеры рабочей части стола;

г) высота зажимных рукояток должна быть меньше расстояния между приспособлением и кольцами фрезерной оправки в рабочем положении.

На фрезерных станках широко применяют универсальные зажимные приспособления - машинные тиски различных конструкций (рис. 1).

Рис. 1. Машинные тиски: а - неповоротные; б - поворотные (поворот вокруг вертикальной оси); в - универсальные (поворот вокруг двух осей); г - специальные (для закрепления валов)

Механизированный привод тисков (пневматический, гидравлический или пневмогидравлический) обеспечивает их быстродействие, сокращая время на закрепление и открепление заготовок. Универсальные тиски позволяют с помощью простых недорогих наладок устанавливать и закреплять заготовки широкой номенклатуры. На рис. 2. приведена конструкция универсальных тисков с гидравлическим приводом.

Рис. 2. Универсальные тиски с гидравлическим приводом: 1 - рукоятка; 2 - гидроцилиндр двухстороннего действия; 3 - неподвижная губка; 4 - винт; 5, 6 - сменные наладки; 7 - ось; 8 - поворотная губка; 9 - подвижная губка; 10 - корпус; 11, 12 - соответственно цилиндрический и ромбический штыри

Тиски представляют собой корпус 10 с неподвижной 3 и подвижной 9 губками. Заготовки можно устанавливать как на плоскость направляющих планок, так и в сменные установочно-зажимные наладки 5 и 6, которые закрепляются на губках тисков с помощью двух штырей -- цилиндрического 11 и ромбического 12. Заготовки прижимаются к сменной наладке 5 неподвижной губки 3 посредством сменной наладки 6 поворотной губки 8. Сила зажима передается подвижной губке 9 от гидроцилиндра 2 двухстороннего действия через винт 4. Поворотная губка 8 шарнирно закреплена на оси 7 подвижной губки 9, что обеспечивает возможность ее самоустановки при закреплении заготовок с непараллельными плоскостями. Положение подвижной губки регулируют вращением рукоятки 1.

Для обработки заготовок сложной конфигурации используют сменные наладки тисков сложной конструкции (рис. 3.). Губка 1 тисков имеет на базовой плоскости фиксирующие штыри 2 для точной установки сменной наладки 3 при обработке заготовки 4.

Рис. 3. Сменная наладка тисков: 1 -- губка; 2-- штырь; 3-- сменная наладка; 4-- заготовка

На рис. 4. приведен пример многоместной наладки камертонного типа к тискам. Пять заготовок 4 устанавливают в гнезда разрезного корпуса 3, зажимаемого в тисках 2. Заготовки закрепляются подвижной губкой тисков, сжимающей лепестки 1 корпуса.

Рис. 4. Многоместная наладка камертонного типа к тискам: 1 лепестки корпуса; 2 - тиски; 3 - корпус; 4 - заготовка

Для повышения производительности фрезерных станков используются многопозиционные и многоместные приспособления с автоматизированным приводом.

Прихваты с ручным приводом (рис. 5, а) используют для закрепления заготовок 4 или каких-либо приспособлений на столе фрезерного станка болтами 3. Нередко один из концов прихвата 2 попирается на подставку 1 (рис. 5, б).

Гидрофицированные прихваты показаны на рис. 5, в, г, д, е. Гидроцилиндр может быть выполнен в виде отдельного блока (см. рис. 5, в). Другие конструкции (см. рис. 5, г, д, е) имеют встроенный гидропривод.

Рис. 6. Прихваты: 1 - подставка; 2 - прихват; 3 - болт; 4 - заготовка; 5 - гидроцилиндр

Элементы приспособлений с прихватами стандартизованы. В качестве примера на рис. 6. представлено приспособление, собираемое из стандартизованных элементов. В нем прихваты имеют ручной привод.

Рис. 6. Стандартизованное приспособление на базе прихватов с ручным приводом:

1 - базовая плита; 2 - опора; 3 - установочная планка; 4 - крепежный болт; 5 - прихват; 6 -заготовка.

1.2.2 В качестве делительных приспособлений при фрезеровании используют делительные столы и делительные головки. Делительные столы подразделяют на круглые неповоротные и поворотные. Столы бывают с ручным, пневматическим, гидравлическим и электрическим приводами.

На рис. 7, а показан общий вид неповоротного стола с мембранным пневмоприводном, который встроен в основание 7 стола (рис. 7, б, сечение). Мембрана 2 связана со штоком 3. В шток ввинчивают сменные тяги или толкатели, которые зажимают заготовку при подаче воздуха через поворотный кран 4 в полость пневмокамеры.

Поворотный стол может быть выполнен с ручным, гидравлическим или мембранным пневмоприводном. Поворот стола 6 (рис. 7, в) осуществляют вручную штурвалом 5 через червячную пару, вмонтированную в основание 1 стола. Пневмокран 7 служит для управления операциями зажима и разжима заготовки.

Поворотные столы позволяют обрабатывать фасонные поверхности заготовок, а также применять метод непрерывного фрезерования, когда во время обработки одной заготовки обработанные детали снимаются и на их место устанавливаются новые заготовки. При этом столу может сообщаться непрерывное вращение от отдельного привода или от привода станка

Рис. 7. Неповоротный (а, б) и поворотный (в) столы фрезерного станка: 1 - основание стола; 2 - мембрана; 3 - шток; 4 - поворотный кран; 5 - штурвал; 6 - стол; 7 - пневмокран

На рис. 8. представлен круглый поворотный стол с приводом прихвата от механизма подачи фрезерного станка. Движение вращения круглый стол 1 получает от ходового винта 6 при перемещении продольного стола 3 консольно-фрезерного станка во время подачи через сменные зубчатые колеса 5 в корпусе 4 и карданный вал 2,

Рис. 8. Круглый поворотный стол с приводом от механизма подачи фрезерного станка: 1-- круглый стол; 2 -- карданный вал; 3-- продольный стол; 4-- корпус; 5 -- сменные зубчатые колеса; 6-- ходовой винт.

1.2.3 Делительные головки применяются на консольных универсально-фрезерных и широкоуниверсальных станках с ручным управлением. Различают простые и универсальные делительные головки.

Универсальные делительные головки (рис. 9) служат для установки заготовки под требуемым углом относительно стола станка, ее поворота вокруг своей оси на определенные углы, сообщения заготовке непрерывного вращения при фрезеровании винтовых канавок.

Рис. 9. Универсальная делительная головка: 1 -- делительный механизм; 2-- гитара делительной головки; 3-- ходовой винт станка; 4-- поддерживающий домкрат; 5-- задняя бабка делительной головки; 6 -- высота центра делительной головки над уровнем станины.

Для широкоуниверсальных инструментальных фрезерных станков используют делительные головки (рис. 10), конструктивно отличающиеся от универсальных делительных головок: они снабжены хоботом для установки заднего центра и, кроме того, имеют некоторое отличие в кинематической схеме. Головки обоих типов настраиваются одинаково.

Рис. 10. Делительная головка для широкоуниверсальных инструментальных фрезерных станков:7 - шпиндель; 2 - патрон; 3 - хобот; 4 - задний центр; 5 - рукоятка; 6 - делительный диск; 7 - промежуточная плита.

1.2.4 Приспособления, расширяющие технологические возможности фрезерных станков подразделяются на две группы. Приспособления одной группы, такие как дополнительные одно- и многошпиндельные фрезерные головки, головки для фрезерования реек, копировальные приспособления и т.п., не изменяют основного назначения станка, а приспособления другой группы - долбежные, сверлильные и шлифовальные головки -- в корне меняют характер выполняемых на станке технологических операций.

Дополнительная вертикально-фрезерная головка (рис. 11, а), устанавливаемая на горизонтально-фрезерном станке, делает его более универсальным. Головку 2 крепят на вертикальных направляющих 1 станины. Шпиндель 3 головки приводится во вращение от шпинделя станка через зубчатые колеса.

Приспособление для фрезерования реек (рис. 11, б), закрепляемое на хоботе 4 горизонтально-фрезерного станка, приводится в действие от шпинделя 5 станка. Впадину рейки прорезают фрезой 6 при поперечной подаче стола, а смещение рейки на один шаг выполняется вместе со столом в продольном направлении.

Двухшпиндельная фрезерная головка (рис. 11, в), может быть использована при обработке заготовки сразу с двух сторон или при фрезеровании ступенчатых поверхностей. В последнем случае один из шпинделей имеет осевое установочное перемещение. В некоторых конструкциях двухшпиндельных фрезерных головок можно регулировать расстояние между осями шпинделей.

Сверлильная головка (рис. 11, г), установленная на станке, имеет привод шпинделя от электродвигателя 7 через коробку скоростей 8. Сверлильную головку используют при сверлении малых отверстий, когда необходима большая частота вращения инструмента.

Шлифовальную головку, показанную на рис. 11, д, устанавливают на станине консольно-фрезерного станка, ее шпиндель 11 приводится во вращение шпинделем станка через две ременные передачи, что повышает частоту его вращения.

Долбежную головку (рис. 11, е) используют на фрезерном станке при отсутствии на производстве долбежного станка. Головку устанавливают на станине горизонтально-фрезерного станка. Ползун 9 с резцом 10 получает возвратно-поступательное движение от шпинделя станка через кривошипно-шатунный механизм.

Для выполнения работ повышенной точности на универсальных станках нормального класса на стол станка (рис. 11, ж) устанавливают дополнительный крестовый стол 75.

Дальнейшее расширение технологических возможностей горизонтальных и вертикальных фрезерных станков обеспечивает установка на поворотном столе 14 (рис. 11, з) дополнительного стола 12 с пазами для продольных перемещений. Дополнительный стол перемещается с помощью рукоятки 13. На станках с ЧПУ поворот стола и продольное перемещение могут осуществляться от системы управления [18].

Рис. 11. Приспособления, расширяющие возможности фрезерных станков: 1 - направляющая станины; 2 - вертикально-фрезерная головка; 3, 5 - шпиндель; 4 - хобот станка; 5 - шпиндель станка; 6 - фреза; 7 - электродвигатель; 8 - коробка скоростей; 9 - ползун; 10 - резец; 11 - шпиндель шлифовальной головки; 12 - стол для продольных перемещений с пазами; 13 - рукоятка; 14 - поворотный стол; 15 - крестовый стол.

1.3 Основные элементы приспособлений

Конструкции всех станочных приспособлений основываются на использовании типовых элементов, которые можно разделить на следующие группы:

установочные элементы, определяющие положение детали в приспособлении;

зажимные элементы - устройства и механизмы для крепления деталей или подвижных частей приспособлений;

элементы для направления режущего инструмента и контроля его положения;

силовые устройства для приведения в действие зажимных элементов (механические, электрические, пневматические, гидравлические);

корпуса приспособлений, на которых крепят все остальные элементы;

вспомогательные элементы, служащие для изменения положения детали в приспособлении относительно инструмента, для соединения между собой элементов приспособлений и регулирования их взаимного положения.

1.3.1 Типовые базирующие элементы приспособлений. Базирующими элементами приспособлений называются детали и механизмы, обеспечивающие правильное и однообразное расположение заготовок относительно инструмента.

Длительное сохранение точности размеров этих элементов и их взаимного расположения является важнейшим требованием при конструировании и изготовлении приспособлений. Соблюдение этих требований предохраняет от брака при обработке и сокращает время и средства, затрачиваемые на ремонт приспособления. Поэтому для установки заготовок не допускается непосредственное использование корпуса приспособления.

Базирующие или установочные элементы приспособления должны обладать высокой износоустойчивостью рабочих поверхностей и поэтому изготовляются из стали и подвергаются термической обработке для достижения необходимой поверхностной твердости.

При установке заготовка опирается на установочные элементы приспособлений, поэтому эти элементы называют опорами. Опоры можно разделить на две группы: группу основных и группу вспомогательных опор.

Основными опорами называются установочные или базирующие элементы, лишающие заготовку при обработке всех или нескольких степеней свободы в соответствии с требованиями к обработке. В качестве основных опор для установки заготовок плоскими поверхностями в приспособлениях часто используются штыри и пластины.

Рис. 12. Опорные штыри

Штыри (рис. 12.) применяются с плоской, сферической и насеченной головкой. Штыри с плоской головкой (рис. 12, а) предназначены для установки заготовок обработанными плоскостями, вторые и третьи (рис. 12, б и в) для установки необработанными поверхностями, причем штыри со сферической головкой, как более изнашивающиеся, применяются в случаях особой необходимости, например, при установке заготовок узких деталей необработанной поверхностью для получения максимального расстояния между опорными точками. Штыри с насеченной головкой используют для установки деталей по необработанным боковым поверхностям, вследствие того, что они обеспечивают более устойчивое положение заготовки и поэтому в некоторых случаях позволяют использовать меньшее усилие для ее зажима.

В приспособлении штыри обычно устанавливают с посадкой с натягом по 7 квалитету точности в отверстия. Иногда в отверстие корпуса приспособления запрессовывают переходные закаленные втулки (рис. 12, а) в которые штыри входят с посадкой с небольшим зазором по 7 квалитету.

Наиболее распространенные конструкции пластин приведены на рис.13. Конструкция представляет собой узкую пластинку, закрепляемую двумя или тремя. Для облегчения перемещения заготовки, а также для безопасной очистки приспособления от стружки вручную рабочая поверхность пластинки окаймляется фаской под углом 45° (рис 13, а). Основные достоинства таких пластинок - простота и компактность. Головки винтов, крепящих пластинку, обычно утопают на 1-2 мм относительно рабочей поверхности пластины.

Рис. 13 Опорные пластины: а - плоские, б - с наклонными пазами.

При базировании заготовок по цилиндрической поверхности используется установка заготовки на призму. Призмой называется установочный элемент с рабочей поверхностью в виде паза, образованного двумя плоскостями, наклоненными друг к другу под углом (рис. 14). Призмы для установки коротких заготовок стандартизованы.

В приспособлениях используют призмы с углами б, равными 60°, 90° и 120°. Наибольшее распространение получили призмы с б =90

Рис. 14 Призма для установки заготовок с базированием по обработанным поверхностям

При установке заготовок с чисто обработанными базами применяют призмы с широкими опорными поверхностями, а с черновыми базами -- с узкими опорными поверхностями. Кроме этого по черновым базам применяют точечные опоры, запрессованные в рабочие поверхности призмы (рис 15, б). В этом случае заготовки, имеющие искривленность оси, бочкообразность и другие погрешности формы технологической базы, занимают в призме устойчивое и определенное положение.

Рис.15 Призмы с выемкой для установки длинных заготовок.

Вспомогательные опоры. При обработке нежестких заготовок часто применяют кроме установочных элементов дополнительные или подводимые опоры, которые подводят к заготовке после ее базирования по 6-ти точкам и закрепления. Число дополнительных опор и их расположение зависит от формы заготовки, места приложения сил и моментов резания [1].

1.3.2 Зажимные элементы и устройства. Зажимными устройствами или механизмами называют механизмы, устраняющие возможность вибрации или смещения заготовки относительно установочных элементов приспособления под действием собственного веса и сил, возникающих в процессе обработки (сборки).

Необходимость применения зажимных устройств исчезает в двух случаях:

1. Когда обрабатывают (собирают) тяжелую, устойчивую заготовку (сборочную единицу), по сравнению с весом которой силы механической обработки (сборки) малы;

2. Когда силы, возникающие при обработке (сборке) приложены так, что они не могут нарушить положение заготовки, достигнутое базированием.

К зажимным устройствам предъявляются следующие требования:

1. При зажиме не должно нарушаться положение заготовки, достигнутое базированием. Это удовлетворяется рациональным * выбором направления и точки приложения силы зажима.

2. Зажим не должен вызывать деформации закрепляемых в приспособлении заготовок или порчи (смятия) их поверхностей.

3. Сила зажима должна быть минимальной необходимой, но достаточной для обеспечения надежного положения заготовки относительно установочных элементов приспособлений в процессе обработки.

4. Зажим и открепление заготовки необходимо производить с минимальной затратой сил и времени рабочего. При использовании ручных зажимов усилие руки не должно превышать 147 Н (15 кгс).

5. Силы резания не должны, по возможности, воспринимать зажимные устройства.

6. Зажимной механизм должен быть простым по конструкции, максимально удобным и безопасным в работе.

Выполнение большинства этих требований связано с правильным определением величины, направления и места положения сил зажима.

Широкое распространение винтовых устройств объясняется их сравнительной простотой, универсальностью и безотказностью в работе. Однако простейший зажим в виде индивидуального винта, действующего на деталь непосредственно, применять не рекомендуется, так как в месте его действия деталь деформируется и, кроме того, под влиянием момента трения, возникающего на торце винта, может быть нарушено положение обрабатываемой детали в приспособлении относительно инструмента.

Правильно сконструированный простейший винтовой зажим, кроме винта 3 (рис. 16, а), должен состоять из направляющей резьбовой втулки 2 со стопором 5, предотвращающим произвольное ее вывинчивание, наконечника 1, и гайки с рукояткой или головкой 4.

Конструкции наконечников (рис. 16, б - д) отличаются от конструкции, изображенной на рис.18, а, большей прочностью конца винта, так как диаметр шейки винта для наконечников (рис. 16, б и д) может быть принят равным внутреннему диаметру резьбовой части винта, а для наконечников (рис. 16, в и г) этот диаметр может быть равен наружному диаметру винта. Наконечники (рис. 16, б-г) навинчиваются на резьбовой конец винта и так же, как наконечник, показанный на рис. 16, а, могут свободно само устанавливаться на обрабатываемой детали. Наконечник (рис. 16, д) свободно надевается на сферический конец винта и удерживается на нем с помощью специальной гайки.

Рис. 16. Индивидуальный винт и типичные наконечники

Наконечники (рис. 16, е--з) отличаются от предыдущих тем, что они точно направляются с помощью отверстий в корпусе приспособления (или во втулке, запрессованной в корпус) и навинчиваются непосредственно на зажимной винт 15, который . в данном случае застопорен, чтобы предотвратить его осевые перемещения. Жесткие, точно направленные наконечники (рис. 16, е, ж и з) рекомендуется применять в случаях, когда в процессе обработки возникают силы, сдвигающие обрабатываемую деталь в направлении, перпендикулярном к оси винта. Качающиеся наконечники (рис. 16, а--д) следует применять в случаях, когда такие силы не возникают.

Рукоятки для управления винтом выполняют в виде съемных головок различной конструкции (рис. 17) и помещают на резьбовой, граненый или цилиндрический со шпонкой конец винта, на котором стопорятся обычно с помощью штифта. Цилиндрическая головка I (рис. 17, а) с накаткой «барашек» головка-звездочка II и четырехлопастная головка III используются при управлении винтом одной рукой и при силе зажима в пределах 50--100 Н (5--10 кг).

Головка-гайка VI с жестко закрепленной в ней короткой наклонной рукояткой; головка VII с откидной рукояткой, рабочее положение которой фиксируется подпружиненным шариком; головка V с цилиндрическим шпоночным отверстием, также жестко закрепленной горизонтальной рукояткой; штурвальная головка IV с четырьмя ввинченными или запрессованными рукоятками (рис. 17). Наиболее надежна и удобна в работе головка IV. [2]

Рис. 17. Рукоятки для управления винтом

1.3.3 Корпуса. Корпуса приспособлений являются основной частью приспособлений, на которой крепят все остальные элементы. Он воспринимают все усилия, действующие на деталь при ее закреплении и обработке и обеспечивают заданное относительное расположение всех элементов и устройств приспособлений, объединяя их в единое целое. Корпуса приспособлений снабжают установочными элементами, которые обеспечивают базирование приспособления, т. е. требуемое его положение на станке без выверки.

Корпуса приспособлений делают литыми из чугуна, сварными из стали или сборными из отдельных элементов, скрепляемых болтами.

Поскольку корпус воспринимает силы, возникающие при закреплении и обработке заготовки, он должен быть прочным, жестким, износостойким, удобным для отвода СОЖ и очистки от стружки. Обеспечивая установку приспособления на станок без выверки, корпус должен сохранять устойчивость при различных положениях. Корпуса могут быть литыми, сварными, коваными, сборными на винтах или с гарантированным натягом.

Литой корпус (рис. 18, а) имеет достаточную жесткость, но отличается сложностью изготовления.

Корпуса из чугуна СЧ 12 и СЧ 18 применяют в приспособлениях для обработки заготовок мелких и средних размеров. Чугунные корпуса имеют преимущества перед стальными: они дешевле, им легче придать более сложную форму, их легче изготовить. Недостаток чугунных корпусов -- возможность коробления, поэтому после предварительной механической обработки их подвергают термической обработке (естественному или искусственному старению).

Сварной стальной корпус (рис. 18, б) менее сложный в изготовлении, но и менее жесткий, чем литой чугунный. Детали для таких корпусов вырезают из стали толщиной 8... 10 мм. Сварные стальные корпуса по сравнению с литыми чугунными имеют меньшую массу.

Рис. 18. Корпуса приспособлений: а - литой; б - сварной; в - сборный; г - кованый

Недостаток сварных корпусов -- деформация при сварке. Возникающие в деталях корпуса остаточные напряжения влияют на точность сварного шва. Для снятия этих напряжений корпуса подвергают отжигу. Для большей жесткости к сварным корпусам приваривают уголки, служащие ребрами жесткости.

На рис. 18, в показан сборный из различных элементов корпус. Он менее сложный, менее жесткий, чем литой или сварной и отличается низкой трудоемкостью изготовления. Корпус может быть разобран и использован полностью или отдельными деталями в других конструкциях.

На рис. 18, г показан корпус приспособления, изготовленный методом ковки. Его изготовление менее трудоемко, чем литого, при сохранении свойства жесткости. Кованые стальные корпуса применяют для обработки заготовок небольших размеров простой формы.

Важным для работы приспособления является качество изготовления их рабочих поверхностей. Они должны быть обработаны с шероховатостью поверхностей Rа 2,5 ... 1,25 мкм; допустимое отклонение от параллельности и перпендикулярности рабочих поверхностей корпусов -- 0,03. ..0,02 мм на длине 100 мм [18].

1.3.4 Ориентирующие и самоцентрирующие механизмы. В ряде случаев устанавливаемые детали необходимо ориентировать по их плоскостям симметрии. Применяемые для этой цели механизмы обычно не только ориентируют, но и зажимают детали, поэтому называются установочно-зажимными.

Рис. 19. Ориентирующий механизм с неподвижной и подвижной призмами

Установочно-зажимные механизмы делятся на ориентирующие и самоцентрирующие. Первые ориентируют детали только по одной плоскости симметрии, вторые -- по двум взаимно перпендикулярным плоскостям.

К группе самоцентрирующих механизмов относятся всевозможные конструкции патронов и оправок.

Для ориентирования и центрирования деталей некруглой формы часто используют механизмы с неподвижными (ГОСТ 12196--66), установочными (ГОСТ 12194--66) и подвижными (ГОСТ 12193--66) призмами. В ориентирующих механизмах одна из призм крепится жестко -- неподвижная или установочная, а вторая выполняется подвижной. В самоцентрирующих механизмах обе призмы перемещаются одновременно [2].

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ БАЗИРОВАНИЯ И ЗАКРЕПЛЕНИЯ ДЕТАЛИ

2.1 Понятие о конструктивной и установочных базах обрабатываемой поверхности

На чертеже или операционном эскизе детали каждая из обрабатываемых поверхностей связана с другими элементами детали координирующими размерами и соотношениями.

База -- поверхность, сочетание поверхностей, линия или точка заготовки, детали или сборочной единицы, используемые для базирования.

Базирование -- придание определенного положения системе координат основных баз заготовки в системе координат вспомогательных баз станка (при изготовлении).

Схема базирования - схема расположения системы координат основных баз заготовки в системе координат вспомогательных баз станка (при изготовлении).

Конструктивной базой обрабатываемой поверхности назовем совокупность элементов детали, с которыми обрабатываемая поверхность или ее ось связана координирующими размерами или соотношениями на чертеже.

Обработка детали обычно состоит из отдельных операций, выполняемых на различных станках. На каждой операции деталь предварительно базируют на станке, затем закрепляют и производят обработку одной или нескольких поверхностей. Каждая обрабатываемая поверхность должна иметь свою установочную базу, с помощью которой ее правильно ориентируют относительно станка или режущего инструмента.

Установочной базой обрабатываемой поверхности называют совокупность элементов детали, с помощью которых обрабатываемую поверхность (ее ось) правильно ориентируют на станке относительно траектории режущего инструмента. Установочная база может быть опорной или проверочной; соответственно применяются два метода базирования:

по опорным установочным базам;

по проверочным установочным базам.

Опорная установочная база -- совокупность элементов детали, которыми она непосредственно соприкасается с установочными поверхностями приспособления при базировании.

Проверочная установочная база -- совокупность элементов детали, по которым производится выверка положения детали на станке при базировании. В качестве проверочной базы кроме поверхностей служат линии, оси и центры, наносимые разметкой, а иногда и сами обрабатываемые поверхности.

Выверка производится с помощью рейсмаса, индикатора и других инструментов. Базирование с выверкой по проверочным базам отнимает много времени и применяется обычно в единичном производстве. Базирование по опорным базам не требует выверки; необходимая ориентировка детали достигается сразу же, как только базовые элементы детали войдут в контакт с установочными элементами приспособления. Такое базирование выполняется значительно быстрее и применяется в массовом и серийном производстве, где в связи с этим широко используются всевозможные установочио-зажимные приспособления.

При выборе опорной установочной базы и построении схемы базирования рекомендуется в качестве опорной базы использовать конструктивную базу обрабатываемой поверхности, так как при этом исключаются погрешности базирования. В таком случае, т. е. при совпадении баз, опорную установочную базу будем называть конструктивной [2].

2.2 Основные схемы базирования по опорным установочным базам

Большая часть деталей машин ограничена простейшими поверхностями-- плоскими, цилиндрическими, коническими, которые и используются в качестве опорных установочных баз.; Поэтому количество типовых схем базирования невелико.

Схема базирования коротких цилиндрических деталей (диски, кольца). В этом случае торцовая поверхность детали, несущая три опорные точки (рис. 20, а), является главной базирующей поверхностью.

Рис. 20. Схема базирования коротких цилиндрических деталей (диски, кольца)

Короткая цилиндрическая поверхность несет две опорные точки и называется центрирующей базой. Боковая поверхность шпоночной канавки эквивалентна одной опорной точке и является упорной базой [2].

2.3 Правила выбора установочных баз

Погрешности, возникающие при базировании и закреплении обрабатываемых деталей, непосредственно влияют на точность выполнения координирующих размеров и соотношений. Поэтому правильный выбор баз имеет большое значение.

Готовая деталь может иметь комплекс черновых и комплекс обработанных поверхностей. Взаимная увязка комплекса черновых поверхностей обеспечивается в процессе получения заготовки путем воспроизведения на ней фигуры штампа, литейной формы и т. п. Взаимная увязка комплекса обработанных поверхностей обеспечивается с необходимой точностью выбором баз и всей постановкой технологического процесса.

Для взаимной увязки этих двух комплексов поверхностей необходимо придерживаться определенных правил выбора баз.

Выбор черновых баз. Черновыми, т. е. необработанными, установочными базами приходится пользоваться на первой операции; общие правила выбора черновых баз следующие.

Если у деталей после окончательной обработки некоторые поверхности остаются черными, рекомендуется принимать их за установочные базы на первой операции и от них обрабатывать поверхности, используемые затем в качестве установочных баз. Этим обеспечивается необходимая увязка комплексов черновых и обработанных поверхностей. Черновые базы должны быть по возможности ровными и чистыми. Нельзя принимать за базу места, где расположены прибыли, литники, разъемы опок (в отливках) или разъемы штампов (в поковках). Поверхность, используемая в качестве основной базы, должна обеспечивать наибольшую устойчивость и жесткость заготовки при обработке.

Выбор чистовых баз. Для выбора этих баз также установлены некоторые общие правила.

Чистовые установочные базы должны быть конструктивными, а не вспомогательными, что исключает погрешность базирования. Они должны обеспечивать наибольшую устойчивость и наименьшие деформации детали от зажима и усилий резания. В тех случаях, когда поверхности не удовлетворяют этим требованиям, создают искусственные базы путем обработки платиков, поясков, выточек или отверстий. Необходимо стремиться соблюдать принцип постоянства баз, т.е. чтобы все точные поверхности на всех операциях (установках) обрабатывались с использованием одних и тех же установочных баз. При перемене баз в ходе технологического процесса возникают дополнительные погрешности, зависящие от состояния поверхностей установочных баз и точности их расположения относительно ранее применявшихся баз [2].

2.4 Описание схемы установки и базирования заготовки в приспособлении

Данная заготовка на фрезерной операции устанавливается в специальном фрезерном приспособлении. Схема базирования заготовки соответствует схеме базирования коротких цилиндрических деталей: главной базирующей поверхностью (торцовая поверхность детали) она устанавливается на упор, по короткой цилиндрической поверхности (центрирующая база) заготовка зажимается призматическим центрирующим элементом, лишающий её двух степеней свободы; основание лапок, которыми заготовку упирается в установочный элемент, является упорной базой, лишающей деталь одной степени свободы.

Принципиальная схема базирования и закрепления заготовки в данном фрезерном приспособлении приведена ниже на рисунке 21.

Рис. 21. Схема базирования и закрепления заготовки в фрезерном приспособлении.

ГЛАВА 3. РАСЧЁТ ПРИСПОСОБНИЯ НА ТОЧНОСТЬ

Известно, что точность обработки заготовок в приспособлении зависит от точности изготовления приспособления, точности его установки на станке, износа установочных элементов и жесткости.

Расчет приспособления на точность заключается в определении точности изготовления приспособления по определенному параметру. В качестве расчетных параметров могут выступать: допуски линейных и угловых размеров; допуски параллельности или перпендикулярности рабочей поверхности установочных элементов по отношению к поверхности корпуса приспособления, контактирующей со станком; допуск соосности и перпендикулярности осей цилиндрических поверхностей приспособления или допуски межцентровых расстояний между кондукторными втулками (для кондукторов) и т.п. Чаще всего расчетный параметр определяет точность положения рабочих поверхностей установочных элементов приспособления относительно опорных поверхностей корпуса, которыми приспособление соединяет» со станком (столом или шпинделем). Это означает, что расчетный параметр должен связывать по точности относительное расположение двух поверхностей приспособления - поверхностей, контактирующих с заготовкой, и поверхностей, контактирующих с элементами станка.

Направление расчетного параметра приспособления должно совпадать с направлением выполняемого размера при обработке заготовки в данном приспособлении. Если при обработке выдерживается несколько размеров в различных на правлениях, то расчет приспособления на точность можно вести в направлении наиболее точного по допуску размера.

Точность изготовления приспособления характеризуется величиной выбранного расчетного параметра. Этот параметр составляет некоторую часть допуска выполняемого размера при обработке заготовки в данном приспособлении.

Точность приспособления определяется погрешностью установки детали в приспособление [12]. Погрешность установки детали в приспособлении определяем по формуле 1:

(1)

где k1 - коэффициент, учитывающий закон распределения составляющих погрешностей, принимаем k1 = 1, т.к. составляющие погрешности подчиняются закону нормального распределения, а их количество достаточно велико.

k2 - коэффициент, учитывающий уменьшение погрешности базирования при работе на настроенных станках, принимаем k2 = 0,7.

еб - погрешность базирования; Еб = 0, т.к. измерительная база совпадает с установочной.

ез - погрешность закрепления. Находим по таблицам в зависимости от вида зажимного устройства, установочных элементов и размера детали, по которому, осуществляется зажим.

ез = 60 мкм = 0,06мм [19, ст210, таб. П4]

еу - погрешность установки приспособления на столе станка. еу = 0, т.к. обеспечен надежный контакт приспособления со столом станка, а обработка деталей ведется без переустановки приспособления, и в конструкции приспособления имеются направляющие шпонки.

епр- погрешность изготовления деталей приспособления, епр=0,05мм. определяем по чертежу приспособления.

еи - погрешность положения детали, вызванная износом установочных элементов; определяем по следующему равенству 2:

(2);

где и - размерный износ установочной опоры, мкм.

В свою очередь и определяем по формуле 3 [19. ст.106]:

; (3)

где в - постоянная, зависящая от вида установочных элементов и условия контакта. в = 0,003 мкм. [19 ст.107, таб. 3.2]:

N - число установок заготовки (программа выпуска);N = 10000 шт.

Находим значение еи по формуле 2:

Определяем еуст, подставив в формулу значения всех составляющих:

Погрешность установки детали в приспособлении равная 0,084мм., не превышает допуск на обрабатываемый размер, равный 1,3мм, т.е. еуст<Тобр, следовательно, приспособление будет обеспечивать заданную точность обработки.

ГЛАВА 4. РАСЧЁТ ТРЕБУЕМОЙ СИЛЫ ЗАЖИМА ЗАГОТОВКИ В ПРИСПОСОБЛЕНИИ

На заготовку при обработке в приспособлениях действуют силы резания, объемные силы (вес, центробежные и инерционные силы) и силы закрепления. Под действием этих сил заготовка должна находиться в фиксированном положении и в равновесии. Задача силового расчета состоит в определении всех действующих на заготовку сил и обеспечении их равновесия, т.е. обеспечении неподвижности заготовки путем уравновешивания сдвигающих заготовку сил силами закрепления с достаточным по их величине запасом.

При определении потребных сил закрепления заготовки иногда следует учитывать упругие характеристики зажимных устройств. Самотормозящие зажимные механизмы (винтовые, клиновые, эксцентриковые и т.п.) отличаются линейной зависимостью между приложенной силой и упругим перемещением (1-й тип). Пневматические, гидравлические, пневмогидравлические зажимные механизмы прямого действия имеют сложную зависимость между приложенной силой и упругими перемещениями (2-й тип). Определение сил закрепления для механизмов 1-го типа связано с учетом жесткости системы зажимных и установочных элементов. Значения величины жесткости входят в расчетные зависимости для определения сил закрепления. Для механизмов 2-го типа при определении сил закрепления величины жесткости зажимных и установочных элементов не учитываются.

При выполнении силового расчета вначале определяются силы, действующие на поверхность заготовки, и силы резания в их наиболее неблагоприятных направлениях по отношению к заготовке. Определяются точки приложения и направления сил закрепления. Затем составляются уравнения равновесия сил, по которым вычисляются силы закрепления заготовки. С учетом величины сил закрепления ведется расчет зажимных механизмов и их приводов.

В том случае, когда заготовка имеет значительные размеры, является массивной, устанавливается ее вес, который учитывается при определении силы закрепления. Масса заготовки обычно приводится в технической документации.

Силы резания определяются по известным формулам теории резания материалов. Исходными данными при этом являются сведения о виде обработки, инструменте, режимах резания, материале заготовки [1].

При фрезеровании на деталь действуют тангенциальная сила резания Pz, крутящий момент М, сила зажима W и силы трения между деталью и зажимными элементами (коэффициент трения ѓз), а также между деталью и установочными элементами (коэффициент трения ѓу).

Расчетная схема действия сил на деталь при обработке ее в приспособлении показана на рисунке 22.

Рис. 22 - Схема действия сил на деталь при обработке ее в приспособлении.

Сила закрепления заготовки определяется из условий равновесия сил, которые суммируются на основе рассмотрения схемы действия всех сил на заготовку. Условие равновесия сил - это равенство нулю суммы проекций всех сил на направление возможного сдвига заготовки и (или) равенство нулю суммы моментов всех сил относительно оси, вокруг которой возможен поворот заготовки.

В соответствии со схемой действия сил находим по таблице расчетную формулу 4 для определения требуемой силы зажима W:

(4);

где К - коэффициент запаса, - который при включает в уравнении равновесия значения сдвигающей силы (силы резания) и вращающего момента (момента резания), увеличенные в К раз. Коэффициент запаса является комплексной величиной, представляемой в виде произведения (5):

К = К0К1К2К3К4К5Ке, (5)

где К0 = 1,5 - гарантированный коэффициент запаса;

К1 = 1,4 - учитывает степень затупления инструмента.

К2 = 1,1 - коэффициент, учитывающий неравномерный припуск

К3 = 1,0 - коэффициент, учитывающий прерывистость резания;

К4 =1,3 - коэффициент, учитывающий непостоянство сил закрепления, (для ручного привода).

К5 = 1,1 - коэффициент, учитывающий непостоянство сил закрепления при ручном приводе;

К6 = 1,5 -- коэффициент, учитывающий непостоянство положения сил на поверхностях контакта установочных элементов с заготовкой,(для опорных пластин).

Подставив полученные значения в выражение 5 получим величину коэффициент запаса К:

- тангенциальная сила, Н; Расчёт главной составляющая силы резания при фрезеровании - окружная сила (Н) производится по формуле (6):

(6);

где Ср = 54,5 - постоянную выбираем по таблице 39 [14] (стр.445);

q = 1,0 - показатель степени выбираем по таблице 39 [14] (стр.445);

х = 0,9 - показатель степени выбираем по таблице 39 [14] (стр.445);

y = 0,74 - показатель степени выбираем по таблице 39 [14] (стр.445);

и = 1,0 - показатель степени выбираем по таблице 39 [14] (стр.445);

w = 0 - показатель степени выбираем по таблице 39 [14] (стр.445);

D = 160мм - диаметр фрезы, (выбираем по тех. процессу);

n = 200об/мин - частоту вращения фрезы, (выбираем по тех. процессу);

В = 108мм - ширина фрезерования, (выбираем по тех. процессу);

t = 3мм. - глубина фрезерования, (выбираем по тех. процессу);

z = 10мм - число зубьев фрезы, (выбираем по ГОСТу);

S = 0,1мм/зуб - подачу на зуб, (выбираем по тех. процессу);

К =1,02 - поправочный коэффициент на силу резания, учитывающий влияние физико - механических свойств обрабатываемого материала и находится по следующей зависимости (7), (21 [14] (стр.430));

(7);

где n - показатель степени выбираем по таблице 22 [14] (стр.430);



Величину силы резания Рz при фрезеровании торца определяем по формуле 6, подставив найденные значения:

- коэффициент трения между зажимными элементами и деталью: т.к. зажимным элементом является призма, то коэффициент рассчитывается по следующей формуле 8:

(8);

где б - половина угла призмы, в данном приспособлении б = 30є.

- коэффициенты трения между установочными элементами и деталью, =0,25 ([18]табл.98).

Определяем требуемую силу зажима W по формуле 4:

4.1 Расчёт основных параметров зажимного механизма

Основным параметром зажимного механизма является наружный диаметр резьбы, крутящий момент, который необходимо приложить к ручки и длина рукоятки.

Диаметр винта определяют из условия прочности винта на растяжение (9)

(9)

где S - площадь поперечного сечения стержня винта, которая определяется по внутреннему диаметру d1, ММ;

W - необходимая сила закрепления детали, W =12607,8Н;

[у] - допускаемое напряжение растяжения (или сжатия), МПа; для винтов, для стали 45 после улучшения [у] = 180 МПа (для статических условий работы). [31, ст. 71, таб. 18]

Из соотношения 5 получим значение внутреннего диаметра резьбы

(10)

Подставляем значения в формулу 6:

Принимаем стандартное значение диаметра винта, равное d1 = 24 мм. округляя его в большую сторону.

Определяем момент М, который необходимо развить на гайке, для обеспечения заданной силы зажима W по формуле 11:

 (11)

где dр - средний диаметр резьбы винта, для резьбы М24Ч3 dр=22,05мм;

б - угол подъёма резьбы, принимаем б = 2,5?,[31],

ц - угол трения в резьбе, принимаем ц=10?,[31]

Подставляем значения в формулу 11:

Затем выражаем длину рукоятки ? по заданной силе воздействия Q на рукоятку из формулы 12:

(12);

где Q - исходная сила прикладываемая к гаечному ключу 145…150Н, Q=150Н.

Отсюда длина рукоятки ключа равна:

Для того, чтобы обеспечить самоторможение, необходимо, чтобы соблюдалось условие - б<ц и шаг должен быть мелким, что увеличивает трение резьбы. При откреплении момент, развиваемый на рукоятке должен М?10 - 20% больше, т.к. необходимо преодолевать трение покоя.

Выбор типа зажимного механизма завысит в первую очередь от необходимой силы зажима и от количества деталей в партии (типа производства). В нашем случае количества деталей в партии N составляет 10000 шт. При таком объёме выпуска в качестве зажимного механизма применяют чаще всего силовые приводы (пневмо-, гидро- или пневмогидравлические). В качестве силового привода для данного приспособления целесообразно выбрать поршневой гидравлический привод (гидроцилиндр). Выбор именно гидравлического привода двухстороннего действия объясняется тем, что проектируемый механизм для обеспечения требуемо силы закрепления конструктивно получается довольно и к тому же обладает плавностью хода зажимного элемента, что не мало важно для точности базирования.

Расчет осевой силы Qшт на штоке гидроцилиндра производится по формуле 13 [1]:

(13)

где D - диаметр поршня гидроцилиндра, см;

р - давление масла на поршень, кгс/см2, принимаем р = .75 кгс/см2;

з - к.п.д. гидроцилиндра, з = 0,95.

Задаваясь давлением масла, определяем площадь поршня по равенству 14:

(14)

Разрешим равенство 10 относительно D и получим:

(15)

Найденный размер диаметра гидроцилиндра округляем по нормали и по принятому диаметру определяют действительную осевую силу на штоке. Принимаем диаметр гидроцилиндра D = 20 см.

Определяем действительную осевую силу на штоке (16):

 (16)

Определяем основные параметры гидроцилиндра:

толщина стенок, см. (17):

(17)

где [ур] - допустимое напряжение растяжение, для стали 45 [ур] = 700 кгс/см2[31, ст. 71,т.18];

требуемая производительность насоса, л/мин.(18):