Проектування спеціального верстатного пристрою для встановлення заготовки на свердлувальній операції

Час на обслуговування робочого місця складе:

оперативного часу [карта 28., с. 100, 5]

Час на відпочинок і особисті потреби складе:

оперативного часу [карта 88., с. 203, 5]

Отже:

Норма штучного часу : Для верстатів з ЧПК до норми штучного часу включається також машинно-допоміжний час при роботі верстата за програмою Т_МД, який включає час на підведення/відведення деталі/інструмента від початкових точок в зону обробки, зміну величини напряму подачі, час технологічних пауз тощо:

(хв)

4.2 Розробка теоретичної схеми базування та затискання на заданій операції

З урахуванням технічних вимог на виготовлення деталі, а також можливості їх реалізації в конструкції пристрою, розробимо теоретичну схему її базування на заданій операції.

Рис. 4.2.1. Теоретична схема базування та затискання деталі

Розроблена схема позбавляє заготовку шести ступенів вільності, тобто забезпечує повне її базування. В цьому випадку для базування використовується комплект технологічних баз (установочної, направляючої та опорної):

Установочною базою є площина A, яка несе на собі три опорні точки (1, 2, 3) і позбавляє заготовку трьох ступенів вільності (переміщення вздовж однієї з координатних осей та обертання навколо двох інших).

Напрямною базою є поверхня отвору B, яка містить дві опорні точки (4, 5) і позбавляє тіло двох ступенів вільності (переміщення вздовж однієї з координатних осей та обертання навколо іншої).

Опорна база в даному випадку - це поверхня торця деталі C, яка містить на собі одну опорну точку (6) і позбавляє заготовку одного ступеня вільності (переміщення вздовж однієї з координатних осей).

4.3 Розробка ескізного проекту конструкції пристрою

Відповідно до прийнятої схеми базування розробимо ескіз майбутнього пристрою:

Рис. 4.3.1. Ескіз пристрою для встановлення заготовки

Основою пристрою є установочна плита, на якій кріпляться комбінований установочний циліндричний палець, опорна пластина та упорний циліндричний елемент.

Установка деталі на опорну пластину та основу пальця (по суті також опорну пластину) позбавляє заготовку трьох ступенів вільності.

Отвором o85Н7 (попередньо обробленим) заготовка встановлюється на короткий циліндричний палець з гарантованим зазором (посадка o85 Н7/g7), що позбавляє заготовку ще двох ступенів вільності.

Останнього шостого ступеня вільності заготовка позбавляється, опираючись на упорний циліндричний елемент.

Затискання заготовки відбувається за допомогою гвинта.

4.4 Розрахунок похибок базування, затискання та встановлення заготовки в пристрої. Перевірка умови забезпечення необхідної точності. Висновки

Похибка базування

Для розрахунку похибок базування відповідних розмірів, позначимо їх великими літерами латинського алфавіту A, B, C, D, E та F, вказуючи відповідні допуски на кожен розмір.

Похибка базування - це різниця граничних відстаней вимірювальної бази відносно встановленого на заданий розмір деталі різального інструмента. Виникає, коли опорна установочна база не суміщена з вимірювальною. Визначаємо похибки базування відповідних розмірів, користуючись [дод. 2, 10].

Похибка базування для розмірів А та В однакова і визначається за формулою:

, де

- допуск розміру отвору o85Н7. За ГОСТ 25347-85 граничні відхилення для поля допуску Н7: o85 , тоді: (мм);

- допуск розміру пальця o85g7. За ГОСТ 25347-85 граничні відхилення для поля допуску g7: o85 , тоді: (мм);

(мм) - мінімальний зазор посадки o85Н7/g7;

= 0,02 мм - ексцентриситет зовнішньої поверхні заготовки відносно отвору.

Отже,

(мм)

Для розмірів С, D та F положення вимірювальної бази може змінюватися у межах допуску на розмір В, тому похибка базування обчислюється так:

(мм)

Для розміру Е положення вимірювальної бази може змінюватися у межах допуску на розмір D, тому похибка базування обчислюється так:

(мм).

Похибка затискання

Похибка затискання являє собою різницю найбільшої і найменшої проекцій зміщення вимірювальної бази на напрям виконуваного розміру при прикладенні до заготовки сили затискання.

В даному випадку похибка затискання рівна нулю (), оскільки прикладена затискна сила перпендикулярна до усіх витримуваних розмірів.

Похибка положення заготовки в пристрої

Похибка положення заготовки , яка викликається неточністю пристрою, визначається похибками при виготовленні і складанні його установочних елементів , їх зносом та помилками встановлення пристрою на верстаті .

Складова характеризує неточність положення встановлювальних елементів пристрою. Згідно [§ 2, с.19, 4] при використанні одного пристосування (як в нашому випадку) це - систематична постійна похибка, яка ліквідується налагодженням верстата, тому .

Складову приймемо рівною мм - похибка зносу установочних елементів, яка є функцією часу та залежить від програми випуску. конструкції та розмірів деталі, матеріалу і маси деталі, стану технологічних баз деталі, умов її встановлення і зняття.

Складова виражає похибку встановлення пристосування на столі верстата, обумовлену зміщенням корпусу пристосування на столі верстата. Згідно [§ 2, с.21, 4] приймемо мм.

та вважаються випадковими величинами, - постійною.

При використанні пристроїв в серійному виробництві (як в нашому випадку) згідно [§ 2, с.22, 4] похибка положення заготовки визначається:

, де

t = 3 - коефіцієнт, що визначає долю можливого браку, %;

= 1/3 - коефіцієнт для кривої рівної ймовірності;

= 1/9 - коефіцієнт для кривої Гауса;

Отже, з урахуванням вище наведених коефіцієнтів, похибка положення визначатиметься:

(мм);

Похибка встановлення

Так як , , являють собою поля розсіювання випадкових величин, що підкоряються закону нормального розподілу, то похибка встановлення як сумарне поле розсіювання виконуваного розміру визначають за формулою:

Визначимо похибку встановлення для кожного розміру :

(мм);

(мм);

(мм).

Перевірка умови забезпечення необхідної точності обробки. Висновок

Точність обробки забезпечиться лише у тому випадку, якщо похибка базування буде меншою за допуск на відповідний розмір.

Допуски на розміри задані за кресленням:

мм;

мм;

мм (допуск не вказано, отже визначаємо його за 14-м квалітетом)

Порівнюючи знайдені значення похибок встановлення, можна зробити висновок, що для кожного розміру їх значення менше за відповідний допуск. Це свідчить про те, що прийнята конструкція пристрою є задовільною і є доцільним розробляти її далі.

4.5 Розробка загальної схеми взаємодії сил та моментів, що діють на заготовку. Визначення необхідної величини сили затискання

В ході обробки на заданій (свердлувальній) операції на заготовку діють осьові сили та крутні моменти при обробці кожного отвору відповідно. Їх значення були визначені в п. 4.1.6. при знаходженні режимів обробки.

Необхідна величина сили затискання заготовки в пристрої визначається при вирішенні задачі статики на рівновагу твердого тіла, що знаходиться під дією всіх прикладених до нього сил та моментів.

Схему взаємодії сил та моментів складемо для найбільш несприятливого випадку - цекування отвору 30, що знаходиться найдалі від місця прикладення затискної сили. Серед усіх перелічених переходів для цекування крутний момент найбільший. У цьому випадку плече буде найбільшим, а отже момент, який намагатиметься провернути заготовку, також буде найбільшим. Тому шукана сили затискання повинна бути такою, щоб протистояти йому.

Попередньо подамо відомий крутний момент при цекуванні у вигляді добутку сили P_Z на половину діаметру оброблюваного отвору (що видно з рисунка):

Звідси знайдемо силу P_Z, яка намагається провернути заготовку відносно центру базуючого отвору:

(Н)

Проаналізувавши сили, що діють на заготовку, можна зробити висновок, що осьова сила P_О діє в одному напрямку із силою затискання Q і намагається притиснути заготовку до столу, а тангенційна сила P_Z намагається провернути заготовку відносно осі базуючого отвору.

Схема взаємодії сил та моментів матиме вигляд:

Рис. 4.5.1. Схема взаємодії сил та моментів, що діють на заготовку

Тому момент тертя, що створюється на відповідних поверхнях (між шайбою та поверхнею заготовки - поверхня 1, між установочно поверхнею заготовки та опорами - поверхня 2;) повинен перевищувати максимальний момент різання, який створюється силою P_Z на величину коефіцієнта запасу затискання.

Момент різання від сили P_Z :

(Н•м),

тут мм (за кресленням) - довжина плеча.

Тоді рівняння взаємодії моментів різання та моментів тертя має вигляд:

, де

- відповідно моменти тертя на першій і другій поверхнях;

- коефіцієнт запасу затискання.

На поверхні 1 між шайбою та поверхнею заготовки між момент тертя створюється лише силою затискання Q і дорівнює:

,

де - приведений радіус тертя на кільцевій поверхні :

(мм) [див. рис.]

= 0,16 - коефіцієнт тертя на поверхні 1 між шайбою та поверхнею заготовки;

На поверхні 2 між шайбою та поверхнею заготовки момент тертя створюється силою затискання Q, до якої додається осьова сила P_О :

,

(мм)

де = 0,16 - коефіцієнт тертя на поверхні 2 між установочно поверхнею заготовки та опорами;



Формула для визначення моменту тертя між шайбою та поверхнею заготовки враховує лише момент тертя в лівій опорі (за рис.), моментом тертя в правій опорі нехтуємо.

Отже загальне рівняння взаємодії моментів різання та моментів тертя матиме вигляд:

,

або

Тоді необхідна сила затискання:

Коефіцієнт запасу затискання розраховується згідно [пр.3, 10] як добуток ряду коефі-цієнтів, що враховують конкретні умови обробки:

, де

 - коефіцієнт гарантованого запасу затискання;

- коефіцієнт, що враховує підвищення сил різання в залежності від стану шорсткості поверхонь, що обробляються (при чорновій обробці);

- коефіцієнт, що характеризує підвищення сил різання в результаті затуплення ріжучого інструменту;

- коефіцієнт, що враховує підвищення сил різання при переривчастому різанні (в нашому випадку обробка неперервна);

- коефіцієнт, що характеризує нестабільність сили затискання в затискному механізмі з ручним приводом;

- коефіцієнт, що характеризує ергономічність ручних затискних механізмів (зручність розташування рукояток та важелів в затискних механізмах з ручним приводом) - в нашому випадку при зручному та малому куті повороту;

- коефіцієнт, що враховується при наявності крутних моментів - в нашому випадку при встановленні заготовки на опорні пластини.

Отже загальний коефіцієнт запасу:

Необхідна сила затискання:

(Н)

4.6 Визначення фактичної сили затискання заготовки в пристрої

Згідно [§ ІІІ.2., с.44, 1] в залежності від необхідної сили затискання, визначеної в п. 4.5., і допустимого напруження гвинта на розтяг, знаходимо номінальний зовнішній діаметр різьби гвинта:

 , де

МПа - допустиме напруження на розтяг матеріалу гвинта при змінному навантаженні згідно [§ ІІІ.2., с.44, 1].

Отже, номінальний діаметр гвинта:

(мм)

Приймаємо за номінальний діаметр гвинта найближчий більший із стандартного ряду:

мм

Згідно [§ ІІІ.2., с.43, 1] фактична сила затискання при прикладеній силі Р на ключі різьбового зажиму з гайкою (рис.) обчислюється за формулою:

Р ? 160 Н - сила на ключі різьбового зажиму, що прикладається робітником;

l ? 14d - відстань від осі гвинта до точки прикладення сили Р, мм; l ? 14•16 ? 224 мм;

Приймемо l = 200 мм;

мм - номінальний зовнішній діаметр різьби;

- середній радіус різьби гвинта, мм;

мм; де

мм - середній діаметр різьби гвинта за СТ СЭВ 181-75.

- кут підйому витка різьби;

- приведений кут тертя в різьбовій парі;

- коефіцієнт тертя при плоскому контакті двох спряжених деталей (на нижньому торці гайки або гвинта);

мм - зовнішній діаметр опорного торця гайки;

мм - внутрішній діаметр опорного торця гайки;

Фактична сила затискання:

(Н)

Отже, фактична сила затискання достатня для забезпечення надійного затиску заготовки.

4.7 Опис принципу роботи спроектованого пристрою

Розроблене пристосування доцільно використовувати в машинобудуванні в дрібносерійному та одиничному виробництві при обробці заданої деталі типу "Корпус" та подібних їй деталей.

Дане пристосування є одномісним. Воно є досить простим за конструкцією і водночас здатне забезпечити досить значну силу затискання, яка втримує заготовку від провертання під час обробки. Пристосування підвищує продуктивність праці, так як зменшується норма часу на операцію у вигляді допоміжного часу на встановлення деталі, підвищує безпеку свердлувальника на робочому місці та, найголовніше, забезпечує необхідну точність механічної обробки.

Верстатне пристосування для свердління отворів працює наступним чином:

Деталь базується на спеціальний ступінчастий установочний палець 1, що закріплюється на базовій плиті 2 пристрою чотирма гвинтами М8 (5). Діаметр меншої ступіні оброблений точно - o85f7. З його допомогою забезпечується посадка заготовки діаметром o85Н7 з гарантованим зазором, і вона, базуючись на короткий палець, позбавляється двох ступенів вільності. До обробки діаметру o135 другої, більшої ступіні установочного пальця 1 високі вимоги щодо точності не висуваються. В цьому випадку точно обробленою є його плоска поверхня, оскільки на неї встановлюється заготовка своєю обробленою площиною. Разом з опорною пластиною 8 плоска поверхня установочного пальця 1 позбавляє заготовку ще трьох ступенів вільності. Опорна пластина кріпиться до базової плити 2 за допомогою двох гвинтів 6 діаметром М10. Останнього ступеня вільності заготовка позбавляється, спираючись на гладкий циліндричний упор 3, який кріпиться до базової плити 2 гвинтом 5 - М8. Палець 1 має різьбовий отвір, в який після встановлення на плиту заготовки, загвинчується гвинт 4, що забезпечує необхідну силу затискання. Після цього на торець деталі встановлюємо спеціальну швидкозмінну шайбу 4, в якій є відповідні пази для вільного доступу інструмента при обробці отворів М8 на даній операції.

Сам пристрій кріпиться на столі верстату чотирма болтами М12.

4.8 Розрахунок на міцність

В конструкції спроектованого пристрою найбільш навантаженим і водночас одним з найвідповідальніших елементів є механізм затиску. Тому розрахуємо на міцність різьбу гвинта.

Основним видом руйнування кріпильних різей є зріз витків. У відповідності до цього основним критерієм працездатності і розрахунку є міцність, що пов'язана з напруженнями зрізу .

Умова міцності різі за напруженнями зрізу згідно [п. 12, с.76, 2]:

, де

Q_Ф = 11203 Н -- зусилля затискання;

Н ? 30 мм -- глибина загвинчування гвинта в деталь;

К -- коефіцієнт повноти різі, для метричної різі К = 0,8 згідно [п. 12, с.76, 2];

-- внутрішній діаметр різі за СТ СЭВ 181-75;

-- допустиме напруження різі на зріз, визначається згідно [п. 12, с.76, 2]:

(МПа), де

МПа -- границя текучості матеріалу гвинта - сталі 45;

(МПа) <

Отримане значення менше допустимого, а отже, дана різь витримає напруження на зріз.

4.9 Розробка технічних вимог на виготовлення конструкції пристрою

Конструкція пристрою повинна перш за все забезпечити необхідну точність обробки заготовки на заданій операції. Через це до неї висуваються наступні технічні вимоги:

§ матеріал деталей пристрою повинен бути вибраний згідно відповідних рекомендацій в залежності від службового призначення деталі, способу її отримання, складності та ін.;

§ повинна бути забезпечена достатня твердість складових елементів пристрою, що є наслідком правильного вибору термічної обробки;

§ відповідні розміри елементів пристрою згідно креслень повинні забезпечити точність встановлення заготовки;

§ похибки виготовлення елементів пристрою не повинні перевищувати встановлені допустимі значення, які встановлені для уникнення неточностей взаємного розташування оброблюваних і базових поверхонь заготовки, спотворення форми поверхонь, похибки оброблюваних розмірів тощо;

§ шорсткості установочних поверхонь елементів пристрою повинна бути значно меншою за шорсткість відповідних поверхонь встановлюваної деталі;

§ для отримання заданої точності обробки деталей спроектований пристрій повинен бути достатньо жорстким;

§ повинен бути забезпечений вільний доступ різального інструмента до усіх оброблюваних поверхонь;

Через різноманітність конструктивних особливостей деталей пристроїв матеріал і термічну обробку призначають з урахуванням наступних вимог:

o недопустимі різкі зміни форми деталей;

o деталі не повинні мати гострих кутів, виступів, тонкостінних кінців, надрізів;

o різкі переходи деталей повинні бути заокруглені;

o перерізи деталей повинні бути, по можливості, симетричними і не мати значної різниці у масі;

o при складній формі деталей, по можливості, призначати тільки місцеві зони високої твердості.

Конкретні технічні вимоги для кожної деталі пристрою формулюємо окремо, керуючись наведеними вище принципами, і зазначаємо на відповідних їм кресленнях. (Згідно [8] та відповідних стандартів).

5. Розробка та оформлення операційної карти та карти ескізів

Згідно розробленого технологічного процесу виготовлення заданої деталі типу "Корпус" оформимо відповідну технологічну документацію.

Карти наведені в додатку до даного розділу.

6. Техніко-економічне обґрунтування конструкції розробленого пристрою

Економічний ефект від застосування пристосувань визначають шляхом співставлення річних витрат та річної економії для порівнюваних варіантів обробки деталей.

Застосування пристрою є економічно вигідним у тому випадку, якщо річна економія від його застосування більше річних витрат, пов'язаних з його експлуатацією.

При техніко-економічних розрахунках, що виконуються при виборі відповідної конструкції пристрою, необхідно співставити економічність різноманітних конструктивних варіантів пристосувань для конкретної операції оброблюваної деталі. Вважаючи, що витрати на амортизацію верстата, ріжучий інструмент та електроенергію для цих варіантів однакові, визначають і порівнюють лише ті елементи собівартості операції, які залежать від конструкції пристосування.

Вони визначаються за формулами згідно [гл. ХІ, с.256, 1]:

;

;

де - витрати на виготовлення пристосування по варіанту а, грн.;

- витрати на виготовлення пристосування по варіанту б, грн.;

- штучна заробітна платня верстатника при використанні для обробки деталей пристосування по варіанту а, грн.;

- штучна заробітна платня верстатника при використанні для обробки деталей пристосування по варіанту б, грн.;

Н = 10% - цехові накладні витрати у відсотках від заробітної плати робітника;

П = 5000 шт. - річна програма випуску деталей;

А = 2 роки - строк амортизації пристосування згідно [гл. ХІ, с.257, 1];

q = 20% - витрати, пов'язані з експлуатацією пристосувань (ремонт, утримання, регулювання...), у відсотках від вартості згідно [гл. ХІ, с.257, 1];

Позначимо спроектований спеціальний пристрій за варіант а, а за порівнюваний з ним універсальний збірний пристрій за варіант б.

Точні значення та можна визначити лише на основі калькуляції, після виготовлення робочих креслень і розробки технологічних процесів виготовлення пристроїв. Але такий процес дуже складний та трудомісткий. Тому застосовують більш прості, наближені способи визначення витрат на виготовлення пристосувань за формулою:

, де

- витрати на виготовлення пристосування, грн.;

- постійна, що залежить від складності пристосування і його габаритних розмірів, визначається згідно [гл. ХІ, с.257, 1]:

- для пристосувань середньої складності;

- для простих пристосувань;

- кількість деталі в пристосуванні:

шт. (без врахування стандартних кріпильних деталей для елементів пристрою до його плити); шт.

Тоді:

(грн.);

(грн.);

Для визначення заробітної плати робітника-верстатника необхідно знати штучний час обробки деталі на заданій операції і хвилинну ставку робочого-верстатника:

грн.

7,16 хв;

= 7,62 хв;

Тоді заробітної плати робітника-верстатника по кожному з варіантів буде такою:

(грн.)

(грн.)

Отже, обчислимо елементи собівартості обробки на заданій операції, що залежать виключно від конструкції пристрою:

(грн.);

(грн.).

Отже, виходячи з проведених розрахунків можна зробити висновок, що спроектований пристрій (варіант а) є більш економічно вигідний, ніж порівнюваний з ним пристрій (варіант б), а отже, його застосування є більш доцільним.

Література

1. Белоусов А.П. - Проектирование станочных приспособлений. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - Учеб. пособие для техникумов. М., "Высш. школа", 1974. - 264 с.

2. Воробьёв Ю.В., Ковергин А.Д. - Детали машин: Учебно-методическое пособие. - Тамбов: ТГТУ, 2004. - 176 с.

3. Кирилович В.А., Мельничук П.П., Яновський В.А. - Нормування часу та режимів різання для токарних верстатів з ЧПК: Навчальний посібник для студентів машинобудівних спеціальностей / Під заг. ред. В.А. Кириловича. - Житомир: ЖІТІ, 2001. - 600 с.

4. Корсаков В.С. - Основы конструирования приспособлений: Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М: Машиностроение, 1983. - 277 с.

5. Общемашиностроительные нормативы времени вспомогательного, на обслуживание рабочего места и подготовительно-заключительного для технического нормирования станочных работ. Серийное производство.- Изд. 2-е, М: Машиностроение, 1974. - 426 с.

6. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Часть І. Токарные, карусельные, токарно-револьверные, алмазно-расточные, сверлильные, строгальные, долбежные и фрезерные станки. Изд. 2-е, М:Машиностроение, 1974. - 406 с.

7. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2/ Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. - 496 с.

8. Станочные приспособления: Справочник. В 2-х т. / Ред. совет: Б.Н. Вардашкин (пред.) и др. - М.: Машиностроение, 1984. - Т.1 / Под ред. Б.Н. Вардашкина, А.А. Шатилова, 1984. - 592 с.