Точностной расчёт приспособления ведём по формуле [4, с. 24]:

где T - величина допуска, принимаем T=0,2мкм (5^+0,2мм);

k_Т - коэффициент, учитывающий возможное отступление от нормального распределения отдельных составляющих, принимаем k_Т=1,2;

k_Т1 - коэффициент, принимаемый во внимание, что погрешность базирования не всегда принимает свое максимальное значение k_Т1=0,8;

_Б - погрешность базирования на данной операции:

_Б=0,5Т+2е++¹+2S=0,5?0,5+2?0,05+0,016+0,025+2?0,009=0,19мм.

где е - эксцентриситет, 0,05мм;

- допуск на диаметральный размер оправки, 0,016мм;

¹ - допуск на диаметральный базовый размер детали, 0,016мм;

Т - допуск на наружный диаметр заготовки, 0,5мм.

_З - погрешность закрепления заготовки; с учетом неоднородности шероховатости базы заготовки и неравномерности поля уравновешивающих сил. В данном случае погрешность закрепления не оказывает влияния на размер 5^+0,2мм, так как сила закрепления расположена перпендикулярно к нему, следовательно, _З=10мкм.

_У - погрешность установки приспособления на станке. Погрешность установки принимаем равную нулю.

_П - погрешность перекоса инструмента, в моем случае _П=0

- среднеэкономическая степень точности обработки на данной операции, согласно [6, с. 150-151] =22мкм.

k_Т2 - коэффициент, учитывающий вероятность появления погрешности обработки, принимаем k_Т2=0,6.

_и - погрешность, возникающая вследствие износа установочных элементов; при равномерном износе опорной поверхности приспособления этот коэффициент не будет оказывать большого влияния на точность обработки отверстия. Принимаем её равной 0.

_ПОЗ - погрешность позиционирования станка 2204ВМФ4, который обрабатывает данную заготовку, равна 0,05мм.

.

С учётом полученных данных принимаем суммарный допуск расположения согласно [6, с. 108, табл. 5.3] - 0,008мм.

Погрешность в пределах данного допуска возникает как результат сложения частных погрешностей взаимного расположения отдельных элементов приспособления. Поэтому полученный допуск рационально разделить по формирующим его элементам следующим образом:

- допуск параллельности установочной базы, при базировании детали, относительно поверхности, на которую устанавливается призма - 0,004мм;

- допуск перпендикулярности той же установочной поверхности относительно оси цилиндрической оправки - 0,004мм.

8.7 Описание устройства и принципа действия приспособления

Приспособление состоит из оправки и механизированного привода, которые крепятся к корпусу с помощью винтов. Пневмопривод представляет собой стандартную пневмокамеру, состоящую из резинотканевой мембраны, опорной шайбы, пружины, штока и корпуса. Приспособление базируется на столе станка с помощью призматических шпонок. Закрепление приспособления производится болтовыми соединениями.

Сборка приспособления

Все детали и узлы приспособления подвергнуть визуальному контролю, выявленные дефекты устранить.

1. С помощью винтов 10 к корпусу 2 крепятся призматические шпонки.

2. К корпусу 2(корпус штампованный) с помощью винтов 14 крепится пневмокамера 3.

3. В пневмокамеру 3 вкручивается штуцер 5.

4. К корпусу 2 с помощью винтов 12 крепится оправка 4.

5. К корпусу 2 с помощью винтов 13 крепится опора 6.

6. К корпусу 2 с помощью винтов 12 крепится распределительный кран 1 произвести закрепление заготовки.

7. В распределительный кран вкручиваются два штуцера 10.

8. Шлангами соединяются пневмодвигатель с распределительным краном 1 и распределительный кран с пневмокамерой.

9. Производится выверка приспособления.

Эксплуатация приспособления

1. Подготовить базовые поверхности к установке заготовки.

2. Установить заготовку на оправку 4.

3. На шток 5 установить быстросменную шайбу 8.

4. Поворотом рукоятки распределительного крана 1 произвести закрепление заготовки.

5. Снять штуцер с шлангой с пневмокамеры.

6. Произвести обработку заготовки.

7. Одеть штуцер с шлангой в пневмокамеру.

8. Поворотом рукоятки распределительного крана 1 произвести раскрепление заготовки.

9. Снять быстросменную шайбу.

10. Снять деталь с оправки.

9. Проектирование контрольно-измерительного приспособления

9.1 Уточнение цели технологической операции

Необходимо спроектировать КИП для контроля соосности поверхностей и поверхности (база Ж) детали Корпус ЦФ8.171.727.

Исходные данные для проектирования:

годовая программа выпуска N год=140шт, это соответствует мелкосерийному типу производства;

на предприятии, выпускающем деталь, контроль размера осуществляется альтернативным методом с применением специального двухпредельного калибра-скобы.

Ни метод, ни средство нельзя признать приемлемым, поскольку проверка проводится по качественному признаку и не дает необходимой информации о состоянии процесса обработки и качества изделия.

Кроме того, большое влияние на качество контроля в данном случае оказывают субъективные особенности оператора, и в связи, с чем погрешность контроля может достигать 30% и более.

Отработка конструкции на технологичность измерения

Необходимость создания КИП для контроля соосности объясняется получением необходимой информации о состоянии процесса обработки и качества изделия.

Простановка размера на данном чертеже верна, но в данной детали нет развитых точных базовых поверхностей, что может усложнить измерение размера и конструкцию самого контрольного приспособления.

Выбор категории контроля

Выпускаемая продукция по своим технико-экономическим показателям должна отвечать современным требованиям действующих ГОСТ, ОСТ, ТУ.

Такую продукцию относят к 1-ой категории качества. Принимаем 3-ую категорию контроля.

Производство подобного технологического класса деталей можно считать давно освоенным и установившимся. Поэтому принимается нормальный режим контроля по ГОСТ 20736-75.

Установим следующие показатели операции контроля:

по объему - выборочный контроль;

по времени - периодический контроль;

по структуре - однократный.

С учетом вышеизложенного при выпуске запланированного объема продукции надлежит проверить 50% изготовленной продукции, что составляет 70 шт.

Расчет коэффициента загрузки приспособления показывает, что в данных условиях рентабельна система неразборного специального приспособления.

9.2 Выбор и обоснование схемы измерения

Выбор контрольных точек объекта измерения

Измеряемый размер образован диаметром данной детали, который определяется отрезком, касающимся поверхностей отверстия и проходящего через его центр.

Таким образом, информация о заданном параметре будет сниматься с поверхности 1.



Рисунок 9.1 - Контрольная точка объекта измерения

Точность измерительного размера.

Как уже установлено номинал контролируемого размера 100мм. Он должен соответствовать точности 9-го квалитета (100Н9). Верхнее отклонение ES=+87мкм; нижнее EI=0. Следовательно, допуск IT=87мкм согласно ГОСТ 25347-82.

Точность формы.

Рассмотрим допуск цилиндричности и круглости отверстия , поскольку на данном диаметре будет производиться контроль. Допуск цилиндричности не должен превышать 12 мкм (9 степень точности); допуск круглости 15 мкм (9 степень точности).

Точность размещения поверхностей.

При рассмотрении точности расположения поверхностей для нас может иметь значение отклонение образующей отверстия от перпендикулярности к установочной поверхности. Назначаем допуск перпендикулярности 20 мкм.

Степень шероховатости.

Степень шероховатости задана на чертеже и принята конструктором равной Ra=2,5мкм. Применяемое значение шероховатости соответствует точности расположения поверхности.

Определение конструктивно-технологических особенностей контролирующей детали:

Диаметр отверстия контролируется после токарной обработки. Деталь по конструктивным особенностям относится к телам вращения, по технологическим - к классу корпус. Масса детали- 9,8кг. Материал - сталь электротехническая (ГОСТ 11036-75) марки 10880. Твердость НВ 235…260. Плотность материала Q=7,8510³ кг/м³, коэффициент линейного расширения =11,110^-6 1/С. Предел текучести _т=162 МПа. Временное сопротивление _в=270 МПа.

Выбор схемы контроля.

Из всей совокупности поверхностей, образующих деталь, претендовать на базовые поверхности могут следующие: цилиндрическое отверстие . Этот выбор обусловлен возможностью совмещения конструкторской и технологической баз.

Проведем уточнение и анализ точностных параметров этой поверхности.

Точность базовой поверхности.

Диаметр отверстия на l=10,25 мм. Степень точности IТ12. Нижнее отклонение EI=0; верхнее отклонение ES=+600 мкм. Величина допуска составляет Т=600 мкм согласно ГОСТ 25347-82.

Точность формы базовой поверхности.

Поскольку чертеж особо не оговаривает отклонения формы, то они ограничиваются полем допуска на размер диаметра ф=600 мкм, что соответствует 12 степени точности по ГОСТ 24643-81.

Точность расположения базовой поверхности.

В связи с тем, что на чертеже нет ограничений на отклонение расположения базового отверстия , отклонение от перпендикулярности 320 мкм (11 степень точности).

Степень шероховатости базовой поверхности.

Конструктор определил степень шероховатости отверстия Ra 2,5 мкм. Принятое значение шероховатости соответствует точности рассматриваемой поверхности.

Выбор и обоснование схемы базирования.

Из вышеприведенных точностных данных базовой поверхности приходим к выводу, что качество базовой поверхности обеспечивает заданную точность положения контролируемой детали в процессе контроля.

По рисунку 9.2, на котором представлена схема базирования, видно, что отверстие является двойной опорной базой и лишает заготовку 3-х степеней свободы: 2-х перемещений и 1-х вращений. Торец налагает на заготовку 5-ую степень свободы и является установочной базой.

Поскольку в диаметральном направлении погрешность базирования будет равна , то данная схема базирования является приемлемой для нашего случая.

Рисунок 9.2 - Схема базирования детали

Выбор и обоснование схемы закрепления.

Деталь при контроле располагается вертикально, при этом система гравитации Q будет прижимать опорную поверхность к установочному элементу приспособления. Вращение вокруг вертикальной оси способствует проведению операции контроля. Зажим происходит по цилиндрической поверхности с помощью цанговой оправки, центрирующей деталь. Погрешность закрепления _з=5мкм.

9.3 Определение условий, в которых будет эксплуатироваться КИП

Контроль заданного параметра будет непосредственно проводиться на рабочем столе контролера, т.е. на столе ОТК.

Согласно нормам нормальные условия проведения измерения являются: температура окружающей среды - t=20; относительная влажность воздуха =58%; атмосферное давление Рат=760 мм рт. ст.; скорость движения внешней среды v=0. Поддержание нормальных условий в рабочем пространстве должно обеспечиваться в течении всего процесса измерения.

Основным фактором, определяющим работоспособность зрения, является освещенность. Предусматриваем местное освещение с Еф=1000 люкс.

9.4 Выбор и обоснование метода измерения

Из возможных альтернатив прямого и косвенного метода отдаем предпочтение прямому. Прямой метод измерения сразу приводит к результату измерения, нет необходимости пересчета.

При выборе контактного и бесконтактного способов отдаем предпочтение контактному способу. Это обусловлено тем, что прочностные характеристики материала высоки и контролируемая поверхность без деформаций и смятия может воспринять значительное измерительное усилие. В наших условиях попадание масла, СОЖ, стружки, измерительное усилие будет способствовать удалению грязи и посторонних тел с места измерения.

Для обеспечения точечного контакта принимаем наконечник сферической формы при радиусе сферы не менее 5 мм (рисунок). Наконечник типа НР имеет твердосплавную вставку (ГОСТ 11007-66).

Рисунок 9.3 - Эскиз наконечника

Учитывая значительную твердость контролируемой поверхности, геометрические параметры вставки, ориентировочно назначаем измерительное усилие 3Н. В этом случае ожидаемая погрешность от измерительного усилия определяется по формуле Герца:

где ус - величина погрешности за счет контактной деформации, мкм;

k - коэффициент, зависящий от материала измерительного наконечника (k =0,81);

Рус - измерительное усилие, Н;

r - радиус сферы наконечника, мм.

Деталь контролируется в динамическом состоянии (вращение).

Продолжительность операции на токарном станке не превышает 1мин. Согласно этому устанавливаем время на контрольную операцию 0,5мин. Такая продолжительность контроля не требует высокого уровня механизации, так как может быть осуществлена вручную на простом измерительном устройстве.

КИП должен иметь шкальное отсчетное устройство, которое обеспечивает достаточную точность отсчета без чрезмерного напряжения зрения.

Принимаем механический принцип преобразования измерительной информации. Это решение предопределено в значительной мере контактным методом контроля. В его пользу говорит большой арсенал технических средств, прошедших многолетнюю апробацию на точность и надежность работы на рабочих местах станочников.

9.5 Выбор и обоснование средства измерения

Выбор и обоснование способа измерения

Выбор средства измерения начнем с определения оптимальных метрологических, эксплуатационных и надежностных характеристик, которыми должно обладать средство измерения.

1 Допускаемая суммарная погрешность измерения КИП находится как часть допуска IT контролируемого параметра

где k зависит от квалитета или степени точности контролируемого параметра (для IT7 k=0,3).

В соответствии с ГОСТ 8.051-81 рекомендуется принять =30мкм.

2 Определим допустимую погрешность средства измерения (инструментальную погрешность):

3 Цена деления рассчитывается в зависимости от величины допустимой инструментальной погрешности средства измерения. Принимаем с=ин=7 мкм.

4 Интервал деления шкалы (а) берем 2мм, поскольку меньшее расстояние между соседними штрихами шкалы может затруднить считывание показаний средства измерения.

5 Предел измерения по шкале (А) должен превышать допуск IT, чтобы снятие показаний не вызвало затруднений. Принимаем А=4IT=487=348 мкм.

6 Предел измерения средств (диапазон измерений) определяется условиями эксплуатации. Принимаем Б=200 мкм.

7 Измерительное условие Рус обуславливается характером контролирующих поверхностей при измерении, жесткостью контролируемой поверхности, величиной допуска измеряемого параметра. Поскольку ограничения на его величину отсутствуют, принимаем, Рус=300сН. Допустимое колебание измерительного усилия оговорено величиной Рус=50сН.

Поиск средства измерения по заданным ограничениям.

После того как стали известны допустимые значения по метрологическим, эксплуатационным и надежностным показателям, можно приступить к поиску средства измерения. Приемлемым считается средство измерения, значения характеристик которого находятся в таком соотношении с допустимым:

; ;

; ;

; t (Р)?t¦Р¦;

; Р?\¦Р¦;

Б?¦Б¦; Ц?¦Ц¦.

Поиск осуществляем в соответствии с таблицами технических характеристик рычажно-зубчатых измерительных головок. Наиболее близкой по показателям является головка 10ИГП ГОСТ 6933-72 со следующими параметрами:

Габаритные размеры индикатора: 6010824.

Рисунок 9.4 - Индикатор

9.6 Эскизное проектирование

9.6.1 Разработка кинематической схемы КИП

На схеме необходимо изобразить в упрощенном виде основные механизмы КИП. Она также должна давать понятие о характере перемещения, предельных положениях, видах связей (рис. 9.5).

Рисунок 9.5 - Кинематическая схема приспособления

9.6.2 Разработка функционального узла

Из функций, которые надлежит реализовать в проектируемом КИП, наибольший интерес представляет установка и закрепление средства измерения, и перемещение его на измерительную позицию.

Каждая из этих функций может быть реализована с помощью различных технических средств с различным уровнем качества.

Рассмотрим несколько технических решений, реализующих установку и закрепление СИ. Вариант представленный на рис. 9.6, а должен быть сразу отвергнут. Крепление измерительной головки за тонкостенную гильзу недопустимо, поскольку винт деформирует тонкостенную трубку прибора, и он выйдет из строя.



а) б)

Рисунок 9.6 - Вариант крепления средства измерения

Вариант (рис.9.6, б) более приемлем, поскольку здесь гарантируется точность, быстрота и надежность крепления.

Перемещение средства измерения для нашей схемы измерения не требуется.

9.6.3 Определение точности изготовления и сборки разработанных функциональных узлов

Причиной погрешности положения чаще всего бывают зазоры, технологические погрешности изготовления, недостаточная жесткость элементов размерной цепи, износ сопрягаемых деталей. Поэтому рассмотрим возможные искажения положения измеряемой детали, обусловленное зазорами и технологическими допусками.

Функциональный узел представлен на рис 9.7.

Для получения необходимой точности контроля и уменьшения фактической суммарной погрешности КИП, применим гидропластовый зажим контролируемой детали. Его применение позволит значительно сократить погрешность базирования.



Рисунок 9.7 - Функциональный узел КИП

Расчет гидропластового зажима ведем по [11, стр.123].

Исходные данные для расчета тонкостенной втулки является диаметр отверстия и длина отверстия детали.

Для расчета тонкостенной самоцентрирующей втулки примем:

D - диаметр установочной поверхности центрирующей втулки, мм;

h - тонкостенной части втулки, мм;

Т - длина опорных поясков втулки, мм;

t - толщина опорных поясков втулки, мм;

- наибольшая диаметральная упругая деформация втулки, мм;

Smax - максимальный зазор между установочной поверхностью втулки и базовой поверхностью детали в свободном состоянии, мм;

L - длина тонкостенной части втулки, мм;

- длина измеряемой детали, мм;

Dд - диаметр базовой поверхности обрабатываемой детали, мм;

d - диаметр отверстия опорных поясков втулки, мм;

р - давление гидропластмассы, требуемое для деформации тонкостенной втулки, н/мІ.

1. Определяем внутренний диаметр:

D=2a=2·49,85=99,8 (мм).

Базовая поверхность детали обработана по 2-му классу точности, установочная поверхность тонкостенной втулки изготовлена по 2ф классу точности с ходовой посадки.

2. Длину L средней части тонкостенной втулки принимают:

(мм).

3. Толщина h тонкостенной части L втулки:

для втулок диаметром D=50-150 мм принимаем

h=0,025D=0,025·99,8=2,49 (мм).

4. Максимальный радиальный зазор Smax между установочной поверхностью тонкостенной втулки и базовой поверхностью обрабатываемой детали, когда деталь не зажата: при зажиме по внутренней поверхности обрабатываемой детали

.

Принимаем Smax=2мм.

5. Допустимая деформация тонкостенной части втулки в ее средней части при L>0,3D:

6. Натяг при зажиме детали:

(мм).

Так как , то втулка центрирует и зажимает деталь.

7. Гидростатическое давление в полости тонкостенной втулки, требуемое для зажима измеряемой детали, при L>0,3D:

.

8. Требуемая продольная сила зажима измеряемой детали на тонкостенной втулке:

.

9. Коэффициент длины контакта:

,

принимаю .

10. Высота рабочей полости тонкостенной втулки под гидропластмассу:

.

11. Длина посадочного пояска втулки:

12. Диаметр d отверстия для втулки с наружной установочной поверхностью для деталей с базовой поверхностью, изготовленной по 2-му классу точности:

Материал для изготовления тонкостенных втулок: при D>40мм - сталь У7А с термообработкой до HRC 36.

Технические условия на изготовление втулки:

1) допускаемая разностенность тонкостенной части втулки ±0,05мм при D>40мм;

2) допускаемое биение установочной поверхности втулки относительно поверхности посадочных поясков и базовой поверхности приспособления не более 0,01мм.

Сопряжение втулки с корпусом выполняем по легкопрессовой посадке 2-го класса точности.

Диаметр плунжера для передачи внешней силы давления на гидропластмассу, находящуюся в полости тонкостенных втулок:

при 0,5D<l<D

Материал плунжера сталь 45 с термообработкой до РКС40-45.

9.6.4 Расчет фактической суммарной погрешности КИП

Расчет суммарной погрешности произведем по формуле:

Е_КИП=Е+Д_р+Д_э+Д_ин+Д_т+Д_ус;

где Е - погрешность положения контролируемой детали в приспособлении;

;

где Е_б - погрешность базирования Е_б=3 мкм, т. к. гидропластовые оправки обеспечивают точность центрирования 0,0020,003 мм, [7, стр.42];

Е_з - погрешность закрепления Е_з=0, т. к. отсутствует усилие закрепления контролируемой детали незначительно;

Е_пр - неточность изготовления элементов приспособления.

;

где Е_пр1 - погрешность изготовления базовых элементов приспособления для установки деталей (из табл. П2.1 [10] Е_пр1=5 мкм);

Е_пр2 - погрешность расположения базовых элементов для установки деталей относительно элементов установки измерительных приборов (из табл. П2.2 [10] Е_пр2=8 мкм);

Е_пр3 - погрешность, обусловленная зазорами и технологическими допусками установочных элементов приспособления.

;

.

.

Д_р - погрешность передаточного устройства

Т. к. конструкция имеет равноплечный рычаг, то его погрешность будет равняться менее 1 мкм, то ее не будем учитывать. Д_р=0 мкм.

Д_э - погрешность изготовления эталонной детали.

Т. к. КИП не нуждается в эталоне то Д_э=0 мкм.

Д_ус - погрешность, вызываемая измерительным усилием за счет контактной деформации.

Фактическую погрешность определяем по формуле Герца:

где Р_ус - измерительное усилие, Н (Р_ус=2 Н);

r - радиус измерительного наконечника (r=5 мм) ;

к - коэффициент, зависящий от материала (для твердого сплава к=0,81);

Д_t - погрешность, вызванная изменением температуры окружающей среды.

Т. к. КИП контролирует торцевое биение, то на контролируемый параметр температурная погрешность не влияет. Д_t=0.

Д_ин - погрешность выбранного средства измерения; Д_ин=5 мкм.

Подставив найденные значения элементарных погрешностей в формулу Е получим:

Е_КИП=12,42+0+0+5+0+0,32=17,74 мкм.

Сопоставив фактическую суммарную погрешность Е_КИП с допустимой |д_изм|, делаем вывод о том, что необходимое условие точности соблюдается:

Е_КИП=17,74<18=|д_изм |.

Определение влияния погрешности измерения на результат контроля

Используя положение Н.Н. Маркова, определим удельный вес суммарной погрешности в допуске изделия при IT=50 мкм, |д_изм |=18 мкм.

 или А_мет=31%

Из графиков найдем, что количество неправильно принятых деталей m=1,8%, т. е. из 2000 проверенных деталей - 36 шт. Количество неправильно забракованных деталей n=2,2%, т. е. - 44 шт. Относительная величина выхода за границу поля допуска С/IT=0,2/50=0,04.

9.7 Устройство и принцип действия КИП

Контролируемая деталь «Корпус» для контроля соосности поверхности и поверхности надевается на тонкостенную втулку поз.4 до упора. При помощи четырехгранного ключа, винт поз.15 вкручивают в палец поз.6 до надежной фиксации контролируемой детали. Винт поз.15, перемещаясь, двигает плунжер поз.8, который нагнетает давление в полости пальца поз.6 и напрессованной на него тонкостенной втулки поз.4, заполненной гидропластом поз.21. Под давлением гидропласт воздействует на тонкостенную втулку поз.4, диаметр которой увеличивается и закрепляет с точным центрированием деталь.

Контроль торцевого биения производится поворотом детали одновременно с пальцем поз.6 на 360є, который сцентрирован во втулке поз.2 на двух упорных подшипниках поз.20.

В левой части корпуса поз.7 закреплена стойка поз.10, на которой установлен измерительный рычаг поз.9 при помощи шпильки поз.12 и зажат индикатор часового типа модели 2МИГ поз.19 при помощи втулки поз.3 и зажимного винта поз.1. Во время контроля индикатор поз.19 воспринимает усилие от рычага поз.9, который передает информацию о торцевом биении измеряемой поверхности. Раскрепление и снятие заготовки происходит в обратном порядке установки.

10. Проектирование режущего инструмента

10.1 Конструирование Т-образной фрезы

Заготовка для детали «Корпус» обрабатывается в условиях мелкосерийного производства, что указывает на необходимость использования специального технического оснащения.

Конструкция детали «Корпус» имеет элемент (паз глубиной 12±0,2мм длиной 23^+0,4 мм), требующий применения специального режущего инструмента для его получения.

Рисунок 10.1 - Эскиз обрабатываемой поверхности

Проектируем Т-образную специальную фрезу по ГОСТ 10673-75 для обработки данных пазов с коническим хвостовиком.

10.2 Технические требования

Хвостовик фрезы проектируем в соответствии со шпинделем станка конусом Морзе 5 (конусность 1:19,002).

Материал режущей части фрезы в соответствии с обрабатываемым материалом - твердый сплав Т5К10 ГОСТ 3882-84.

Материал корпуса фрезы - сталь 40Х ГОСТ 4543-81.

Твердость корпуса фрезы 35 - 52 HRC_Э.

Режущая часть крепится к корпусу фрезы с помощью припоя марки Л68 по ГОСТ 15527. Толщина слоя припоя не должна превышать 0,1-0,15мм.

Поверхности фрезы не должны иметь следов коррозии, на режущей части не должно быть трещин, остатков припоя, выкрашенных мест, а на остальных шлифованных поверхностях - черновин.

Параметры шероховатости поверхностей фрезы:

- передних и задних поверхностей зубьев режущей части - Rz3,2;

- хвостовика - Ra0,63;

- спинок зубьев шейки фрезы и стружечных канавок - Rz6,3;

- остальных поверхностей - Rz20.

Рекомендуемые значения геометрических параметров фрез согласно ГОСТ 10673-75:

-передний угол - =10;

-задний угол - =15;

-угол наклона режущих кромок - =8;

Допуск радиального биения двух смежных зубьев _СМ=0,02 мм, на всей длине фрезы - 0,04мм.

Допуск торцового биения для сборных фрез 0,04мм.

Средний период стойкости фрезы - 40минут.

10.3 Устройство спроектированной фрезы

Фреза состоит из 6-и зубьев: три из них режут основание паза (поверхности 27, 29), а три зуба - цилиндрическую поверхность 28 тем самым образуя Т-образный паз. Фреза крепится в шпинделе станка с помощью конуса Морзе вертикально. Вращаясь вокруг своей оси и имея продольную подачу, фреза срезает слои материала, образуя паз требуемой точности.

Зубья фрезы имеют канавку радиусом 2,5мм для лучшего схода стружки. Для облегчения среза материала передняя поверхность режущей кромки наклонена под углом 8⁰. Задняя поверхность кромки наклонена под углом 15⁰. Угол затыловывания фрезы - 12⁰.

Рисунок 10.2 - Фреза Т-образная

11. Научно-исследовательская часть. Технологические возможности сборных комбинированных шлифовальных кругов

Обработку шлифованием деталей машин и приборов приходится выполнять за две технологические операции: предварительное и окончательное шлифование абразивными инструментами различных характеристик (в частности с относительно крупной и мелкой зернистостью). Естественно стремление объединить эти две операции в одну. С этой целью разработаны сборные комбинированные круги (СКШК).

Конструкция таких кругов включает в себя многократно используемый металлический корпус, на котором жестко закреплены крупнозернистые абразивные элементы для предварительного шлифования и установлены мелкозернистые элементы для предварительного шлифования, выдвигаемые в радиальном направлении. При этом возможно реализовать варианты цикла шлифования, перечисленных ниже.

1. Двухэтапные циклы: предварительное шлифование крупнозернистыми элементами - окончательное шлифование мелкозернистыми элементами; шлифование крупнозернистыми элементами - одновременное шлифование крупно- и мелкозернистыми элементами.

2. Трехэтапные циклы: первый вариант двухэтапного цикла выхаживание мелкозернистыми элементами; второй вариант двухэтапного цикла - окончательное шлифование мелкозернистыми элементами.

3. Четырехэтапный цикл: второй вариант двухэтапного цикла - выхаживание мелкозернистыми элементами и другие комбинации.

Помимо возможности объединения двух операций в одну СКШК обеспечивает очень высокий (до 0,9) коэффициент использования абразивного материала (для сплошных шлифовальных кругов этот коэффициент составляет 0,05-0,5). Благодаря тому, что предварительное и окончательное шлифование осуществляется за одну установку заготовки, существенно легче достичь заданной точности взаимного расположения обработанных поверхностей детали.

СКШК с ручным управлением циклом шлифования (рисунок 11.1) включает в себя корпус 1, на котором жестко закреплены крупнозернистые элементы 12 и размещены подвижные в радиальном направлении мелкозернистые абразивные элементы. Последние состоят из упора 2, клиньев 3 и 4,пружины 10, шариков 11 и мелкозернистого абразивного слоя 9. Пружина упирается одним концом в ось 5,жестко закрепленную в корпусе 1, что обеспечивает постоянный контакт подвижных элементов с конической поверхностью гайки 8. Корпус 1 закрыт крышкой 7, закрепленной винтами 6.

Рисунок 11.1 - Сборный комбинированный шлифовальный круг с ручным управлением цикла шлифования

Подготовка СКШК к работе заключается в следующем. На корпусе 1 жестко закрепляют элементы 12, выверив предварительно их положение по периферийной цилиндрической поверхности с помощью индикатора, размещенного на столе станка. После балансировки собранного СКШК эти элементы правят тем или иным способом. Затем устанавливают подвижные мелкозернистые элементы (в то же время гайка 8 должна занимать положение, показанное на рисунке 11.1), которые регулируют клиньями 3 и 4 с целью расположить их периферийные рабочие поверхности на одной окружности. В результате мелкозернистые элементы должны быть несколько «утоплены» относительно крупнозернистых. Затем проводят повторную балансировку.

СКШК работает следующим образом. Когда основная часть припуска снята крупнозернистыми элементами, вращение СКШК прекращают и, поворачивая гайку 8 на некоторый угол, выдвигают мелкозернистые элементы так, чтобы они расположились на окружности, диаметр которой больше, чем диаметр окружности, на которой были расположены крупнозернистые элементы при наладке. Включив вращение СКШК, окончательно шлифуют заготовку.

Эффективность СКШК такой конструкции выявляли при плоском шлифовании на станке модели 3Е711ВФ2 периферией круга, реализуя двух- и трехэтапные циклы. Использовали СКШК следующих характеристик: 92А16НСМ1 10К5-АСМ 40/28-Р12-100%; 92А16НСМ1 10К5-АС2 80/63-Р9-100%; 92А25НСМ1 10К5-АСМ40/28-Р12-100%; 92А25НСМ1 10К5-АС2 80/63-Р9-100%. В качестве базы для сравнения принимали результаты шлифования стандартными (сплошными) абразивными кругами ПП 300?х76?х20 с характеристиками 92А16НСМ1 10К5 и 92А25НСМ1 10К5.

Шлифовали образцы из сталей 20Л (НВ 142) и 12Х18Н9Т (30-40 НRC). Режим обработки: скорость круга v_КР=35 м/с; врезная подача для мелкозернистых элементов s_МЗ=0,002мм/дв.ход, для крупнозернистых элементов s_КЗ=0,002…0,01мм/дв.ход, для сплошного круга s=0,002…0,01мм/дв.ход; скорость продольной подачи заготовки s_ПР=2…16 м/мин.

Так, при шлифовании образцов из стали 20 контактная температура Т_K и температура Т_O объемов материала заготовки, прилегающих к поверхности, меньше в 1,8 раза, чем при шлифовании сплошным кругом 92А16НСМ1 10К5 (смотри столбцы 1 и 2 на рисунке 11.2, а и б), а составляющие Р_Y и Р_Z силы резания меньше в 3 и в 2 раза соответственно (смотри столбцы 1 и 2 на рисунке 11.2, в и г).



Рисунок 11.2 - Показатели процесса шлифования стандартным кругом и СКШК при различных условиях:

а) зависимость контактной температуры от показателей процесса шлифования; б) зависимость температуры объемов материала от показателей процесса шлифования; в) зависимость составляющей Р_у от показателей процесса шлифования; г) зависимость составляющей Р_z от показателей процесса шлифования; д) зависимость шероховатости от показателей процесса шлифования

На втором этапе трехэтапного цикла шлифования при расстоянии между окружностями крупно- и мелкозернистых абразивных элементов а=0 СКШК работает как сплошной композиционный круг. По мере увеличения расстояния а СКШК все более приобретает свойства прерывистого круга, состоящего из одних крупнозернистых элементов. Например, при а=0 (смотри столбцы 4 на рисунке 11.2) Т_K=290оС, Т_О=43оС, Р_Y=33 Н, Р_Z=13 Н, а при а=0,04N_КЗ, где N_КЗ - зернистость крупнозернистых элементов СКШК в мкм (смотри столбцы 8 на рисунке 11.2) Т_K=130оС, Т_О=30оС, Р_Y=14 Н, Р_Z=7 Н, т.е. температуры и составляющие резания уменьшились в 2,2; 1,4; 2,36 и 1,86 раза соответственно, что и характеризует СКШК как прерывистый.

Аналогичная картина наблюдается соответственно при а=0,01N_КЗ, 0,02N_КЗ и 0,03N_КЗ (смотри столбцы соответственно 5, 6 и 7 на рисунке 11.2).

На втором этапе двухэтапного и на третьем этапе трехэтапного циклов шлифования СКШК работает как прерывистый мелкозернистый круг с относительно малыми значениями составляющих силы резания и температур (смотри соответственно этапам 3 и 9 на рисунке 11.2). Это подтверждает и анализ шероховатости Rа поверхностей, шлифованных на различных этапах двух- и трехэтапного циклов шлифования.

Так, после первого этапа двухэтапного цикла шлифования шероховатость Rа в 1,3 раза больше, чем после шлифования сплошным кругом (смотри соответственно столбцы 1 и 2 на рисунке 11.2, д). На втором этапе трехэтапного цикла шлифования при а=0 Rа=0,28 мкм (смотри столбец 4 на рисунке 11.2, д). Дальнейшее увеличение значений а (столбцы 5, 6 и 7 соответствуют а=0,01 N_КЗ, 0,02 N_КЗ и 0,03 N_КЗ) до 0,04 N_КЗ (смотри столбец 1).

После окончательного шлифования (второго этапа двухэтапного цикла шлифования, когда, например, Rа=0,26 мкм (смотри столбец 3 на рисунке 11.2, д) или третьего этапа трехэтапного цикла, когда Rа=0,25 мкм (смотри столбец 9) обеспечивается минимальное значение Rа для любых сочетаний абразивных элементов СКШК при шлифовании заготовок из материалов, указанных выше, а также других, принадлежащих к тем же группам обрабатываемости.

С целью повысить производительность процесса шлифования, исключив непроизводительные затраты времени, разработаны различные конструкции СКШК с автоматическим переходом от одного этапа цикла шлифования к другому.

Конструкция одного из таких СКШК (рисунок 11.3) позволяет последовательно осуществлять предварительную (крупнозернистыми элементами 1) и окончательную (мелкозернистыми элементами, состоящими из абразивного слоя 2 и эластичной подложки 3) обработку заготовок за одну установку. Мелкозернистые элементы закреплены на упругих термобиметаллических пластинах 4. Величина радиального перемещения мелкозернистого элемента зависит от свойств термобиметалла и силы тока в питающей цепи.

Рисунок 11.3 - Сборный комбинированный круг с упругой термобиметаллической пластиной

Конструкция по рисунку 11.4 отличается от предыдущей конструкции тем, что роль термобиметаллической пластины играет лента 5 из аналогичного материала, закрепленная на корпусе 1 СКШК и соединенная своими концами через токосъемные кольца с источником питания, установленным вне СКШК. Лента 5 имеет шесть равномерно расположенных прямоугольных окон, для размещения и жесткого закрепления непосредственно на корпусе 1 шести крупнозернистых абразивных элементов 3. На этой же ленте, но на эластичной подложке 2 закреплены мелкозернистые элементы 4.

Рисунок 11.4 - Сборный комбинированный шлифовальный круг с термобиметаллической лентой

Принцип работы СКШК с автоматическим управлением циклом шлифования (переходом от одного этапа цикла шлифования к другому) поясним на примере конструкции СКШК, показанной на рисунке 11.5.

Рисунок 11.5 - Сборный комбинированный шлифовальный круг с пакетом термобиметаллических пластин

На корпусе 1 жестко закреплены крупнозернистые элементы 2, а внутри него установлены пакеты 5 термобиметаллических пластин, несущие эластичную подложку 4 с мелкозернистым абразивным слоем 3. Пластины в пакете изолированы одна от другой и соединены через токосъемник с источником питания. Все элементы СКШК закрыты крышкой 6.

При работе СКШК основная часть припуска снимается крупнозернистыми элементами. Пластины в это время обесточены, а диаметр окружности, на которой расположены крупнозернистые элементы, больше, чем диаметр окружности, на которой расположены мелкозернистые. По завершении этапа предварительного шлифования на пластины подается электрический ток, под действием которого они нагреваются и, увеличиваясь в длине, выдвигают мелкозернистые элементы так, чтобы они находились выше крупнозернистых.

На этом этапе цикла шлифования врезная подача не осуществляется, происходит лишь микро подача мелкозернистых элементов. В результате снижаются вибрации в технологической системе, прежде всего благодаря отсутствию перемещения узлов станка, обладающих большой массой и инерционностью. После достижения заданного уровня шероховатости обрабатываемой поверхности и требуемого размера заготовки пластины обесточиваются, охлаждаются и принимают свои исходные размеры. СКШК готов к обработке следующей заготовки. Электрический ток можно подавать не на весь пакет 5, а лишь на одну пластину или две. Это позволяет регулировать жесткость мелкозернистых абразивных элементов, что бывает необходимо при обработке, например заготовок тонкостенных, выполненных из хрупких материалов и др.

При использовании СКШК с автоматическим управлением циклом шлифования не требуется время на остановку круга между предварительным и окончательным шлифованием и на выдвижение мелкозернистых элементов, так как последнее осуществляется автоматически по окончании выполнения первого этапа трех- или двухэтапного шлифования без остановок СКШК.

Таким образом, возможны три пути повышения экономической эффективности применения СКШК: 1) объединение предварительного и окончательного шлифования в одну операцию без смены инструмента и переустановки заготовки с одного станка на другой; 2) улучшение качества шлифованной поверхности; 3) повышение производительности шлифования путем интенсификации режима резания и сокращения тем самым машинного времени.

12. Охрана труда

12.1 Характеристика проектируемого участка

Проектируемый участок имеет следующие показатели:

- площадь участка, м²

- общая площадь цеха, м²

- количество пролетов цеха - 2

- тип здания: капитальное

- численность работающих на участке - 18 чел.

- количество работающих занятых на работах с вредными условиями труда на 01.01.2001 г. - 1чел.

Проектируемый участок предназначен для производства детали «Корпус» ЦФ8.171.727. Годовая программа выпуска 140 шт. Масса заготовки - 15,25 кг, масса детали - 9,8 кг. Заготовка - прокат. Для изготовления данной детали будет использоваться следующее оборудование: токарно-винторезные станки, токарные станки с ЧПУ, сверлильно-фрезерно-расточной станок, координатно-расточной и вертикально фрезерный станок с револьверной головкой. Уборка стружки производится вручную. Обработка ведется с применением СОЖ. Технологическое оборудование, в основном, универсальное. Заготовка подается на рабочие места партиями в поддоне с помощью мостового крана грузоподъемностью 5т, стружка с рабочих мест убирается аналогично.

Категории выполняемых работ на участке по тяжести - средней тяжести, по точности - средней и высокой точности.

12.2 Анализ опасностей, возникающих на проектируемом участке

На проектируемом участке находится большое количество производственного оборудования. Ниже рассмотрены основные опасные производственные факторы, имеющие место при работе на нем. Основными травмоопасными производственными факторами, которые могут возникать в процессе обработки детали, являются:

режущие инструменты, особенно быстро обрабатывающие фрезы, сверла. Они могут нанести травму, в том числе с тяжелым исходом, при случайном прикосновении с ними в процессе работы, в случае захвата ими одежды, а также внезапного их разрушения. Как правило, заводы изготовители станков не ограждают, и в руководствах к станкам не даются рекомендации (решения) по их ограждению. Заводы-потребители вынуждены «изобретать» такие ограждения и не всегда удачно, а чаще станки работают без ограждения. Это приводит иногда к очень серьезным травмам. Поэтому целесообразным будет применение и фундаментальная разработка ограждений для р.и.

приспособления для закрепления обрабатываемых деталей, особенно кулачковые патроны. Они представляют опасность как при случайном к ним прикосновении, так и в случае захвата одежды выступающими частями в процессе работы станка.

обрабатываемая деталь. При современных режимах резания деталь может вырываться из закрепляющих устройств. Травма может быть также нанесена обработанной деталью при ее снятии со станка вручную, без соответствующих приспособлений.

электрический ток. При нарушении заземления рабочий может быть поражен электрическим током. Поражение током при работе на металлорежущих станках явление относительно редкое, однако, это значительная опасность, и ограждения, блокировки и заземление, предусматриваемые станкостроителями, должны быть всегда в исправном состоянии в соответствии с действующими правилами.

приводные и передаточные механизмы станков, особенно ходовые винты токарных станков, ременные, цепные и зубчатые передачи, которые могут нанести травму в процессе наладки, смазки и ремонта станков, а ходовые винты и валики токарных станков представляют огромную опасность и в процессе эксплуатации, так как в основном они не ограждаются заводами- изготовителями. Только в станке 16К2О завода «Красный пролетарий» такое ограждение предусмотрено.

металлическая стружка. Ленточная (сливная) стружка, образующаяся при точении и сверлении сталей, задевает части станка и, упираясь в пол, сворачивается в петли, запутываясь вокруг резца, детали, суппорта, задней бабки, рычагов управления и других частей станка. Распутывание стружки вызывает дополнительные затраты времени, кроме того рабочий подвергается опасности ранения рук и лица. Стружка скалывания, образующаяся при точении и фрезеровании, а также крупные пылевые частицы могут травмировать глаза рабочему.

отлетающая стружка и пыль хрупких металлов. Отлетающей стружкой и пылью наносятся травмы глаз и ожоги лица и рук. При обработке хрупких металлов и неметаллических материалов воздух рабочей зоны загрязняется пылью обрабатываемого материала, имеющего во многих случаях вредные компоненты (свинец, бериллий, асбест и др.). В этих случаях защитные очки и экраны на станках просто необходимы, но они не решают упомянутых проблем полностью.

двигающиеся части станков. Столы продольно-строгальные, вертикально и горизонтально-фрезерных станков, ползуны шепингов и др. Все это представляет опасность, особенно при отсутствии ограждающих барьеров.

12.3 Мероприятия по снижению опасностей

Для устранения и предотвращения несчастных случаев на участке необходимо строго придерживаться мероприятий, рекомендуемых ГОСТ 12.2.003-74 «Оборудование производственное. Общие требования безопасности» и ГОСТ 12.2.009-80 «СБТС. Станки металлообрабатывающие. Общие требования безопасности».

ГОСТ требует:

передачи (ременные, цепные, зубчатые и другие), расположенные вне корпуса станка должны быть ограждены сплошными, с жалюзи или сетчатыми укрытиями в зависимости от необходимости наблюдения за ограждаемым механизмом. Предусматривается окраска в сигнальные цвета подвижных сборочных единиц и ограждающих устройств.

органы управления станков необходимо снабжать фиксаторами, исключающими случайное их включение или перемещение подвижных органов, а также поясняющими надписями и символами.

вращающиеся устройства (патроны, поводки и др.) или гладкие наружные поверхности при наличии выступающих частей или углублений должны иметь ограждения.

Для предупреждения порезов ленточной стружкой необходимо изменение ее формы в процессе резания путем завивания в винтовую спираль или дробления на отдельные элементы. Чтобы раздробленная стружка не попала в глаза рабочему необходимо использовать защитные экраны и очки.

Уровень шума в среднем на участке равен 73-77 ДВА, при предельно допустимом уровне 80 ДВА (по ГОСТ 12.1003 - 76)

Уровень производственной вибрации на участке составляет 102 ДБ при предельно допустимом уровне для данных условий, составляющим по ГОСТ 12.1.012-78 113 ДБ.

Таблица 12.1 - Уровень производственной вибрации в цеху

Участок цеха	Уровень вибрации, дБА	Норма, дБА (ГОСТ 12.1.012-78)
Механический	108	113

Такой уровень вибрации допустим, и какие-либо мероприятия по его снижению не требуются

При замерах по участку были получены данные о содержании пыли в воздухе, отображенные в табл.12.2.

Таблица 12.2 - Содержание пыли в воздухе участка, мг/м³

Участок, пост	Вид пыли по ГОСТ 12.1.005-76	Концентрация пыли	ПДК пыли по ГОСТ 12.1.005-76
Механический	Пыль	2,6	6,0

Как видно из результатов замеров (см. табл. 12.2) на сварочном посту и механическом участке концентрация пыли в воздухе рабочей зоны не превышает допустимых норм.

12.4 Анализ вредностей, возникающих на проектируемом участке

Основными вредными производственными факторами на проектируемом участке являются:

производственный шум станков, который ослабляет внимание рабочих. Источником производственного шума в основном являются технологическое и производственное оборудование, транспортные средства и т.п. Повышенный шум от работающего оборудования, транспортных средств, как правило, является результатом нарушения центровки отдельных узлов механизмов, отсутствия смазки в подшипниках, передачах и т.п. Проведение ремонтных работ сопровождается дополнительным шумом Его значение не должно превышать предельно допустимых норм, регламентируемых ГОСТ 12.1.003-85 «НБГ Шум. Общие требования безопасности».

производственная вибрация. Под вибрацией обычно подразумевают механические колебания упругих тел с частотой свыше 1Гц. Источниками вибраций на производстве являются отдельные несбалансированные узлы и детали оборудования, механизированный инструмент и т.п. Как правило, превышение допустимого уровня вибрации является результатом конструктивной недоработки оборудования, либо потери технических характеристик взаимодействия отдельных узлов оборудования из-за несвоевременного проведения его осмотра и ремонта.

загазованность воздушной среды. Некоторые технические процессы сопровождаются выделением вредных веществ в воздушную среду рабочей зоны. Рабочей зоной считается пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площадка, на которой находятся места постоянного или временного пребывания работающих. Концентрация вредных веществ в рабочей зоне не должна превышать предельно допустимых концентраций, установленных ГОСТ 12.1.005-76 «ССБТ. Воздух рабочей зоны».

запыленность воздушной среды обрабатываемых материалов. Наибольшая запыленность характерна для тех видов технологических операций, где происходит загрузка, выгрузка, размол, просеивание и смешивание различных материалов, выделяющих мелкодисперсные частицы. Все виды промышленной пыли представляют собой аэрозоль, в которой дисперсной средой является воздух, а дисперсной фазой - твердые пылевые частицы размером не менее 5 мкм Запыленность в зоне дыхания станочников должна соответствовать предельно допустимым нормам, предусмотренных ГОСТ 12.1.005-76.

СОЖ. Вследствие испарения СОЖ происходит загрязнение зоны дыхания станочников, их одежды и открытых частей тела. Это является причиной специфических заболеваний рабочих. СОЖ может оказывать также раздражающее действие на слизистые оболочки верхних дыхательных путей.

недостаточное искусственное освещение рабочей зоны. Это приводит к перенапряжению зрения рабочего и заставляет приближаться его к зоне обработки, что связано с опасностью травмирования. В соответствии с ГОСТ 12.2.009-80 для питания светильников местного освещения с лампами накаливания следует принимать напряжение не более 24 В.

температура и относительная влажность воздуха рабочей зоны. Метеорологические условия в производственных помещениях главным образом определяются температурой и относительной влажностью воздуха рабочей зоны. Для того чтобы физиологические процессы в организме человека протекали нормально, выделяемое организмом тепло должно отводиться в окружающую человека среду. Соответствие между количеством этого тепла и охлаждающей способностью среды характеризует ее как комфортную. В условиях комфорта у человека не возникает беспокоящих его тепловых ощущений - холода или перегрева. Таким образом, для теплового самочувствия человека важно определенное сочетание температуры и относительной влажности воздуха рабочей зоны.

12.5 Экологизация

Для снижения количества пыли, испарений СОЖ до предельно допустимых значений необходимо применять пылеотсасывающие устройства, которые располагаются над зоной резания и присоединяются к индивидуальным или групповым вентиляционным установкам.

Для улучшения освещения на рабочих местах необходимо предусмотреть комбинированную систему освещения, которая сочетает общее и местное освещение. Конструкция кронштейна светильника местного освещения должна обеспечивать его фиксацию во всех требуемых положениях без дополнительных операций по его закреплению. Подводка электрических проводов к светильнику должна осуществляться внутри кронштейна. Конструкция узлов и шарниров кронштейна должна исключать перекручивание и перетирание проводов, и попадание на них применяемых при обработке жидкостей.

Для уменьшения уровня шума необходимо:

смазывать трущие поверхности в соединениях, применять балансировку вращающихся элементов, использовать прокладочные материалы и другие вставки в соединениях, чтобы исключить или уменьшить передачи колебаний от одной детали или части станка к другой;