Выбор приспособления для обработки отверстия в детали "Крышка"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Технологическая подготовка производства должна обеспечить полную техническую готовность предприятия к производству изделий высшей категории качества в соответствии с заданными технико-экономическими показателями, устанавливающими высокий технический уровень и минимальные трудовые и материальные затраты. Одной из задач, решаемой технологической подготовкой производства, является проектирование и изготовление средств технологического оснащения механосборочного производства - приспособлений.

Значительную долю (80-90%) общего парка приспособлений составляют станочные приспособления. В крупносерийном и массовых производствах на каждую обрабатываемую деталь приходится в среднем 10 приспособлений, затраты на изготовление которых достигают 15-20% себестоимости оборудования, а трудоемкость - 80% общей трудоемкости технологической подготовки производства.

К настоящему времени в области конструирования и эксплуатации приспособлений накоплен большой опыт. В целях сокращения сроков подготовки производства при конструировании широко используются стандартизованные детали и узлы приспособлений. Созданы типовые конструкции высокопроизводительных приспособлений (с применением быстродействующих механизированных приводов), сокращающих объем ручного труда, уменьшающих вспомогательное время, обеспечивающих высокую точность и экономичность обработки деталей.

Современные тенденции в разработке конструкций станочных приспособлений, обеспечивающих многократное их использование за счет быстрой переналадки (УСП), к разработке унифицированных конструкций специальных приспособлений с использованием стандартизованных элементов и узлов на базе типовых технологических процессов (СНП, СРП), разработке приспособлений, в максимальной степени механизированных за счет применения быстродействующих приводов (пневматических, гидравлических, магнитных и др.), разработке переналаживаемых приспособлений (УНП), расширению применения новых видов материалов и использованию новых технологических решений для ускорения и удешевления изготовления приспособлений.

Ряд принципиально новых требований, предъявляемых к приспособлениям, определены расширением парка станков с ЧПУ, переналадка которых на обработку новых заготовок сводится к замене программы и к замене или переналадке приспособлений для базирования и закрепления заготовки.

Станочным приспособлением называют дополнительные устройства к металлорежущим станкам, позволяющие наиболее экономично в заданных производственных условиях обеспечить заложенные в конструкции детали требования к точности размеров, формы и взаимного расположения обрабатываемых поверхностей деталей.

К станочным приспособлениям относятся: устройства для установки и закрепления обрабатываемых деталей на станках; устройства для установки и крепления режущего инструмента на станках - вспомогательный инструмент.

Целью выполнения курсовой работы по курсу «Технологическая оснастка» является проверка и углубление теоретических знаний, полученных студентом в процессе изучения курса «Технологическая оснастка». Студент должен показать умение правильно выбирать конструкцию приспособления в соответствии с требованиями технологического процесса, научиться составлять принципиальную схему приспособления, овладеть методикой расчета требуемой точности изготовления приспособления, сил зажима и силового элемента приспособления, а также уметь экономически обосновать целесообразность выбранного варианта конструкции.

В данной работе будет обоснован выбор приспособления для обработки отверстия в детали «Крышка».



1. Назначение и анализ технологичности конструкции детали

В данной курсовой работе проектируется приспособление для закрепления детали «Крышка» (рис.1.1). Объем выпуска -400 деталей в год. Режим работы - двухсменный при 40 часовой рабочей неделе.

Рисунок 1.1 - Эскиз детали «Крышка»

Деталь «Крышка» изготовлена из конструкционной низколегированной стали для сварных конструкций марки 09Г2СД ГОСТ 19282-73.

Среди характеристик, которыми обладает сталь подобной марки, следует выделить повышенную механическую прочность, стойкость к температурным воздействиям, а также возможность проведения закалки и отпуска. Сталь марки 09г2с может выступать материалом для производства самых разнообразных изделий:

· паровых и отопительных котлов;

· резервуаров, ресиверов, эксплуатация которых проходит при высоких показателях температуры и давления;

· сварных конструкций, отличающихся сложным устройством, предназначенных для любых отраслей и сфер жизнедеятельности.

Свариваемость стали 09Г2СД: без ограничений, т.е. сварка производится без подогрева и без последующей термообработки.

Химический состав и механические свойства стали приведены в таблицах 1.1 и 1.2

Таблица 1.1 - Химический состав стали 09Г2СДГОСТ 19281- 89, %

C	Si	Mn	Cr	Ni	S	N	P	Cu	As
			не более
до 0.12	0.5 - 0.8	1.3 - 1.7	до 0.3	До 0.3	До 0.04	до 0.012	До 0.035	0.15 - 0.3	до 0.08

Таблица 1.2 - Механические свойства стали 09Г2СД при Т=20 oС, ГОСТ 19281-89

				KCU	Твердость, НВ
МПа	МПа	%	%	кДж / м2
500	350	21		650	190 - 240

где у_в - временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа;

у_т - предел текучести для остаточной деформации, МПа,

д₅ - относительное удлинение после разрыва, %;

ш - относительное сужение, %.

KCU - ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами вида U, кДж/м².

HB

- Твердость по Бринеллю, [МПа]

Технологичность - комплексный показатель, оценивающий оптимальность затрат на производство детали, ее обслуживание, ремонт и утилизацию. Параметры технологичности делятся на количественный и качественный.



Таблица 1.3 - Качественный анализ

Параметры	Значение	Оценка
Стоимость материала Сталь09Г2СД	повышенная	Плохо
Обрабатываемость	Труднообрабатываемый материал	Плохо
Форма детали	Цилиндр	Хорошо
Конструктивные элементы	3 отверстия	Хорошо
Наличие отделочных операций	Минимальная шероховатость Ra=3,2мкм	Хорошо

Вывод: на основании проведённого качественного анализа технологичности можно сделать заключение о том, что конструкция детали недостаточно технологична.

Количественный анализ.

1 Коэффициент унификации конструктивных элементов

, где

- число наименований унифицированных элементов,

- число конструктивных элементов детали.

2 Коэффициент стандартизированных элементов

,

- число стандартизованных конструкционных элементов,

3 Коэффициент применяемости стандартных обрабатываемых поверхностей.

1,

Где - число поверхностей, обрабатываемых стандартными инструментами,

- число поверхностей, подвергаемых механической обработке.

4 Коэффициент обработки поверхности

0, где

- общее число поверхностей.

5 Коэффициент повторяемости поверхностей

=0,62, где

- число наименований поверхностей.

6 Коэффициент использования материала

, где

- масса детали,

- масса заготовки.

7 Коэффициент обрабатываемости материала

,

- основное время обработки для базового материала Ст45,

- основное время обработки для рассматриваемого материала.

8 Коэффициент точности заготовки

, где

- средний квалитет точности,

-квалитет поверхности,

n - число размеров соответствующего квалитета

9 Коэффициент шероховатости поверхностей

где

- среднее числовое значение шероховатости,

-числовое значение среднеарифметического параметра шероховатости,

n - число поверхностей с соответствующим числовым значением шероховатости.

Таблица 1.4 - Итоги количественного анализа на технологичность

№ коэффициента	Значение коэффициента	Бальная оценка
1	0,38	4 балла
2	1	5 баллов
3	1	5 баллов
4	0	2 балла
5	0,62	3 балла
6	0,66	3 балла
7	0,5	2 балла
8	0,91	3 балла
9	0,9	3 балла
Среднее значение	3,33 балла

Выводы: на основании проведённого количественного анализа технологичности можно сделать заключение о том, что конструкция детали недостаточно технологична.

Общий вывод: на основании проведённых количественного и качественного анализов технологичности можно сделать заключение о том, что конструкция детали недостаточно технологична.

2. Расчет типа производства и выбор конструкции приспособления

Тип производства определяется многими факторами, основными из которых являются величина годовой программы выпуска, трудоемкость, масса изделия.

По годовой программе выпуска и трудоемкости определяется коэффициент закрепления операций Кз.о, который в соответствии с ГОСТ 3.1119-83 является основной характеристикой типа производства: Кз.о = 1 - массовое; 1 <Кз.о< 10 - крупносерийное; 10 <Кз.о< 20 - среднесерийное; 20 <Кз.о< 40 - мелкосерийное производство. В единичном производстве Кз.о не регламентируется.

Расчет типа производства [1]

Таблица 2.1 - Технологический процесс

Операция	Название операции
005	Черновая обточка за проход
010	Чистовая обточка по 11-му квалитету
015	Фрезерование торцевой фрезой черновое
020	Фрезерование торцевой фрезой чистовое
025-1	Сверление 1 отверстияШ 10
025-2	Сверление 2 отверстийШ 7

Операция 005.

,

где Т₀ - основное время обработки поверхности, мин;

l - длина обрабатываемой поверхности, мм.

=119 мин

Операция 010.

Операция 015.

,

мин.

Операция 020.

,

d - диаметр, мм;

l - длина обрабатываемой поверхности, мм.

мин.

Операция 025.

,

d - диаметр, мм;

l - длина обрабатываемой поверхности, мм.

мин.

Значения основного времени обработки сводим в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 - Основное время обработки

Операция	, мин
005	0,119
010	0,07
015	1,14
020	0,76
025-1	0,0728
025-2	0,104



,

где

- штучно-калькуляционное время обработки поверхностей, мин;

- коэффициент, учитывающий вид обрабатывающего станка.

- объем выпуска деталей в месяц, шт.;

- объем выпуска деталей в год, шт..

- коэффициент загрузки станка.

- число операций на данном рабочем месте;

- нормативный коэффициент загрузки станка.

- явочное число рабочих.

Вывод: Так как 40<Кз.о. = то по ГОСТ 3.1119-83 производство единичное.

По степени специализации все конструкции приспособлений подразделяют на три группы, в каждую из которых входят соответствующие системы станочных приспособлений, предусмотренные ЕСТПП и ГОСТ 14.305--73 «Правила выбора технологической оснастки». В отдельную систему можно выделить средства механизации зажима станочных предусмотренные ЕСТПП и ГОСТ 14.305--73 "Правила выбора технологической оснастки". [2]

По степени специализации приспособления бывают специальными, специализированными и универсальными.

Специальные приспособления (СП) - используют для выполнения определенной операции при обработке конкретной детали, они являются одноцелевыми. При смене объекта производства такие приспособления, как правило, приходится списывать, независимо от степени их физического износа. Эти приспособления трудоемки и дороги в изготовлении, и их изготовляют в единичном производстве, а применяют главным образом в крупносерийном и массовом производствах.



Рисунок 2.1 -Классификация приспособлений по степени специализации

Специализированные безналадочные приспособления (СБП) - используют дня закрепления заготовок, близких по конструктивно-технологическим признакам, с одинаковыми базовыми поверхностями, требующих одинаковой обработки. Предназначены для многократного применения, имеет переналаживаемые базирующие элементы для установки заготовок с близкими технологическими и конструктивными характеристиками в пределах определенных габаритных размеров. При осуществлении однотипных операций на этих приспособлениях необходимо осуществлять регулировку отдельных элементов. К таким приспособлениям относятся: приспособления для групповой обработки деталей типа валиков, втулок, фланцев, дисков, кронштейнов, корпусных деталей и т.п.

Специализированные наладочные приспособления (СНП) - состоят из двух частей. Первая часть - базовый агрегат и, вторая часть - специальная сменная наладка. Базовый агрегат, как правило, несет основную базовую поверхность, на которую устанавливают специальные сменные наладки под обрабатываемые заготовки. Во многих случаях базовый агрегат имеет одну или несколько вспомогательных базовых поверхностей для установки на них специальных сменных наладок, предназначенных для направления режущего инструмента, механизма зажима заготовки и других деталей и сборочных единиц. После установки сменной наладки базовый агрегат преобразуется в законченное приспособление для выполнения конкретной операции по изготовлению конкретной детали. Специальная сменная наладка проектируется и изготавливается с учетом специфики конкретной заготовки, при этом учитываются оптимальные условия ее установки в приспособлении. В некоторых конструкциях специализированных наладочных приспособлений переналадка осуществляется не только путем замены специальных сменных наладок, но и путем плавного или ступенчатого регулирования подвижных частей базового агрегата.

Типы и основные размеры СНП определены государственными стандартами. Область применения СНП охватывает все типы серийного производства в условиях групповой обработки заготовок.

Сборно-разборные приспособления (СРП) - являются разновидностью оснастки многократного применения. В СРП элементом фиксации является цилиндрический палец и точное отверстие (в УСП фиксация деталей осуществляется системой "шпонка - точный паз"). Этот способ фиксации имеет ряд эксплуатационных и технологических преимуществ: точностные параметры компоновки приспособления более высокие и эти параметры сохраняются в процессе эксплуатации; крупногабаритные компоновки приспособлений можно создавать на монолитной плите, что обеспечивает повышенную жесткость системы, позволяющую работать на более высоких режимах обработки. Технологическим достоинством фиксации "палец - точное отверстие" является возможность изготовления крупногабаритных базовых деталей и сборочных единиц (плит, угольников и т.д.).

В СРП предусмотрен как традиционный способ базирования обрабатываемых заготовок на заранее изготовленные и поставляемые заводу-потребителю детали, так и способ базирования с помощью специальных сменных наладок. Специальная сменная наладка имеет подготовленные поверхности для установки обрабатываемой заготовки в компоновке приспособления.

К группе базовых сборочных единиц для компоновки СРП относятся прямоугольные и круглые плиты как меха визированные, так и немеханизированные, различные типы угольников. Прямоугольные немеханизированные плиты представляют собой прямую призму. На верхней поверхности призмы имеется сетка координатно-фиксирующих отверстий, точность которых соответствует 7-му квалитету. Отверстия предназначены для фиксации на плите специальных сменных наладок, установочно-крепежных и других элементов или обрабатываемых заготовок. Кроме того, они могут быть использованы в качестве "нулевой точки" при установке приспособления на станке с ЧПУ. Для крепления сменных наладок, установочно-крепежных и других элементов СРП или обрабатываемых заготовок на верхней поверхности предусмотрены продольно-направленные Т-образные пазы. Для повышения общей жесткости плиты пазы выполнены только в одном направлении.

Компоновки механизированных приспособлений СРП на базе прямоугольных плит с гидравлическим приводом имеют некоторые преимущества перед компоновками аналогичных приспособлений на базе немеханизированных прямоугольных плит - шланги не выступают над рабочей поверхностью плиты. Это облегчает установку заготовок и съем обработанных деталей, а также уборку стружки. Из деталей и сборочных единиц СРП разработаны два специализированных комплекта - первый комплект предназначен для оснащения сверлильных и фрезерных станков с программным управлением, второй - для многооперационных и расточных станков с ЧПУ.

Вывод: т.к. тип производства единичный, выбираем приспособление УНП



3. Расчет режимов резания

Так как, экономически более выгодно выбрать сверление, мы рассчитываем для него режимы резания.

Сверление:

мин.

Материал инструмента для обработки сталей: Р6М5.

Подача .

Диаметр сверлаD=7 мм.

Допустимая (расчётная) скорость резания определяется по эмпирической

Формуле:

где - коэффициент, характеризующий материал заготовки и сверла;

T - стойкость зенкера (мин);

S- подача (мм/об);

q, m, x, y,- показатели степени;

- общий поправочный коэффициент на изменённые условия обработки.

Величины , q, m, y.

=7; Т= 35; q=0,4; x=0;y=0,7; m=0,2.



Зная допустимую (расчетную) скорость резания v, определяют расчетную частоту вращения сверла

где,

где n - число оборотов сверла, мин^-1;

D - диаметр сверла, мм.

.

По паспорту станка выбирают такую ступень скорости, при которой число оборотов сверла будет равно расчётному или меньше его. Допускается применение такой ступени скорости, при которой увеличение фактического числа оборотов по отношению к расчетному будет не более 5%. По выбранному числу оборотов шпинделя станка уточняют фактическую скорость резания:

Выбранный режим резания проверяют по использованию мощности на шпинделе станка и по усилию, необходимому для осуществления движения подачи.

Мощность, затрачиваемая на резание, должна быть меньше или равна мощности на шпинделе:



Nр?Nшп,

где Nр- эффективная мощность резания, кВт;

Nшп- допустимая мощность на шпинделе, определяемая по мощности привода, кВт.

Мощность на шпинделе определится по формуле:

, где

Nэ- мощность электродвигателя привода главного движения резания, кВт, ?- КПД механизмов привода станка, ? = 0,7... 0,8.

.

Мощность резания при сверлении определяется по формуле:

,

где где Мкр- крутящий момент на шпинделе, Нм,

n - число оборотов сверла,мин^-1.

Крутящий момент на шпинделе станка определится по формуле:

, где,

S_z- подача, мм/об; D - диаметр сверла, мм;

С_р - коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал и другие условия;

x,y - показатели степени;

.=1068

То - основное время;

Основное время при сверлении определяется по формуле:

, где

где L - общая длина прохода сверла в направлении подачи, мм;

- i - число рабочих ходов;

- l - длина обрабатываемого отверстия, мм;

- l1 - величина врезания сверла, мм;

- Sм - минутная подача инструмента, мм

- S_о - подача инструмента за один оборот, мм

- l2 - величина перебега сверла, мм; l2 = 0,5...3 мм.

Величина врезания l1 при несимметричном попутном

Таблица 4.1- Технические характеристики станка 2Н135

Наименование параметров	Ед.изм.	Величины
Наибольший диаметр сверления в стали 45 ГОСТ 1050-74	мм	35
Размеры конуса шпинделя по ГОСТ 25557-82		Морзе 4
Расстояние от оси шпинделя до направляющих колоны	мм	300
Наибольший ход шпинделя	мм	250
Расстояние от торца шпинделя до стола	мм	30-750
Расстояние от торца шпинделя до плиты	мм	700-1120
Наибольшее (установочное) перемещение сверлильной головки	мм	170
Перемещение шпинделя за один оборот штурвала	мм	122, 46
Рабочая поверхность стола	мм	450х500
Наибольший ход стола	мм	300
Установочный размер центрального Т-образного паза в столе по ГОСТ 1574-75	мм	18H9
Установочный размер крайних Т-образных пазов в столе по ГОСТ 1574-75	мм	18H11
Расстояние между двумя Т-образными пазами по ГОСТ 6569-75	мм	100
Количество скоростей шпинделя		12
Пределы чисел оборотов шпинделя	об/мин	31,5-1400
Количество подач		9
Пределы подач	мм/об	0,1-1,6
Наибольшее количество нарезаемых отверстий в час		55
Управление циклами работы		ручное
Род тока питающей сети		трёхфазный
Напряжение питающей сети	В	380/220
Тип двигателя главного движения		4А1001.4
Мощность двигателя главного движения	кВт	4
Тип электронасоса охлаждения		Х14-22М
Мощность двигателя электронасоса охлаждения	кВт	0,12
Производительность электронасоса охлаждения	л/мин	22
Высота станка	мм	2535
Ширина станка	мм	835
Длина станка	мм	1030
Масса станка	кг	1200

4. Описание конструкции и работы приспособления

Эскиз приспособления представлен на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 - Приспособление для крепления заготовки



Описание конструкции приспособления

Приспособление (чертеж БНТУ. 1030131310СБ) состоит из:

1 - гайка с рукояткой; 2 - корпус; 3 - крышка; 4 - пластина; 5 - быстросъемные болты к станочным пазам: 6 - гровер; 7 - гайка; 8 -винт; 9 - гайка;10 - болт откидной; 11-фиксатор.

Описание работы откидывающегося прихвата

Для закрепления заготовку устанавливают на пластину (4), после чего заготовка прижимается крышкой (3) и в центровое отверстие заготовки вставляется фиксатор (11). Затем откидной болт (9) приводится в вертикальное положение. Для зажима заготовки рабочий крутит гайку с рукояткой (1) вращая по часовой стрелке. Заготовка зажимается за счет прижимной силы крышки (3). Для отжима заготовки гайку с рукояткой (1) вращают против часовой стрелки. Винт (8) служит для крепления пластины (4). Болты (5), гровера (6) и гайки (7) служат для закрепления приспособления на столе станка.

5. Силовой расчет

Расчётная схема действующих на заготовку в процессе обработки, представлена приведена на рисунке 5.1.

Рассмотрим действие внешних возмущающих сил. Крутящий момент М_кр - имеет небольшую величину при зенкеровании и направлен против часовой стрелки. Крутящий момент пытается повернуть заготовку вокруг ее оси. Закрепление заготовки осуществляется силой зажима W, прикладываемой к заготовке от прихвата кулачка с двухсторонним зажимом. При этом значение силы закрепления должно быть таким, чтобы исключалась возможность поворота заготовки от действия крутящего момента.



Рисунок 5.1- Расчётная схема действующих на заготовку сил в процессе обработки

Для того чтобы определить силу зажима необходимо составить три уравнения:

Находим :

Выражаем силу зажима:

Для надежного закрепления необходимо также учесть коэффициент запаса, который определяется по формуле:



Где k0 - гарантированный коэффициент запаса, для всех случаев рекомендуется выбирать, К0=1,5;

k1 - коэффициент, учитывающий изменение силы резания, обусловленное неравномерностью снимаемого при обработке припуска, К1=1;

k2 - коэффициент, учитывающего возрастание сил резания при затуплении инструментов, для различных материалов и методов обработки;

k3, k4, k5, k₆-коэффициенты, учитывающие специфику условий закрепления и обработки заготовки.

Реальная сила зажима:

Рассчитаем максимальный момент, который может создать рабочий для того, чтобы зажать заготовки ключом:

где P- максимальная сила, которую может создать рабочий(Р=40кг);

l_кл- длина ключа, которая рассчитывается по формуле:

Рассчитаем момент для обеспечения зажима при резьбовом соединении:

Резьбовые соединения собирают завинчиванием винтов (гаек) с помощью гаечных ключей. Момент Т_зав, который создается гаечным ключом, преодолевает момент трения в резьбе Т_р и момент трения Т_т на торце гайки (головки винта) о неподвижную поверхность детали:

Момент трения в резьбе Т_р определяют исходя из взаимодействия элемента витка резьбы гайки с витком резьбы винта:

;

Момент трения Т_т на торце гайки вычисляют:

Тогда момент завинчивания будет равен:

Из этого следует, что у рабочего достаточно сил, чтобы зажать заготовку, так как выполняется условие .

Произведём расчет резьбы винта на прочность:

Условие прочности витка резьбы по смятию:



где:- осевая сила, действующая на винт;

-средний диаметр резьбы;

-высота витка;

-число витков резьбы в гайке;

-допустимое напряжение смятия материала винта

Расчет резьбы пона напряжение среза:

Где - внутренний диаметр резьбы

- коэффициент учитывающий тип резьбы, для треугольной резьбы

- высота гайки

- допускаемое напряжение среза в резьбе

Т.e. установлено, что силовая нагрузка на резьбу не превышает допустимую.

6. Точностной расчет приспособления

При расчете приспособлений на точность суммарная погрешность при обработке детали не должна превышать величину допуска Т размера . Суммарная погрешность зависит от ряда факторов и в общем случае может быть представлена выражением:



Где - погрешность установки детали в приспособлении;

- погрешность обработки детали;

- расчетная погрешность приспособления.

Погрешность установки представляет собой отклонение фактического положения закрепленной детали в приспособлении от требуемого теоретического. Погрешность установки включает погрешности: базирования , закрепления и положения детали в приспособлении :

.

Погрешность положения детали в приспособлении состоит из погрешностей: изготовления приспособления по выбранному параметру установки приспособления на станке и положения детали из-за износа элементов приспособления .

При наличии в приспособлении элементов для направления режущего инструмента (кондукторные втулки) следует учитывать погрешность от перекоса инструмента .

В результате для расчета точности приспособления можно использовать упрощенную формулу:



В связи с отсутствием элементов для направления режущего инструмента (кондукторные втулки и т.п.) формула приобретает следующий вид:

где Т=0,09 мм. - допуск выполняемого размера;

- коэффициент, учитывающий отклонение рассеивания значений составляющих величин от закона нормального распределения;

- коэффициент, учитывающий уменьшение предельного значения погрешности базирования при работе на настроенных станках;

- коэффициент, учитывающий долю погрешности обработки в суммарной погрешности, вызываемой факторами, не зависящими от приспособления;

погрешность базирования, так как установочная база совмещена с измерительной;

где L- расстояние между осями болтов;

;

где S₁- зазор между первым пальцем и плитой, 0,01;

S₂- зазор между вторым пальцем и плитой, 0,01;