ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ
advertisement
Т.Ш. Баймагамбетов ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ Учебно-методическое пособие для студентов специальности 050712, 5В071200 – Машиностроение Павлодар Министерство образования и науки Республики Казахстан Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова Т.Ш. Баймагамбетов ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ Учебно-методическое пособие для студентов специальности 050712, 5В071200 – Машиностроение Павлодар Кереку 2011 1 УДК 621.9.07(075.8) ББК 34.63-5я73 Б18 Рекомендовано к изданию учебно-методическим советом факультета металлургии, машиностроения и транспорта Павлодарского государственного университета им. С. Торайгырова Рецензенты: Шумейко И. А. – кандидат технических наук, профессор Павлодарского государственного университета им. С.Торайғырова Годына Н. Н. – кандидат технических наук, профессор Инновационного Евразиского университета Б18 Баймагамбетов Т. Ш. Проектирование технологической оснастки: учебно – методическое пособие для студентов специальности 050712, 5В071200 Машиностроение /Т.Ш. Баймагамбетов – Павлодар : Кереку, 2011. – 181 с. В учебно-методическом пособии рассмотрены конструкции типовых, стандартных базирующих, зажимных и других элементов приспособлений, используемых в механосборочном производстве машиностроительных заводов. Изложены методика проектирования приспособлений, расчеты на точность и сил зажима. Учебно-методическое пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности «Машиностроение» при изучении дисциплин «Проектирование технологической оснастки», «Технологическая оснастка». УДК 621.9.07(075.8) ББК 34.63-5я73 © Баймагамбетов Т. Ш., 2011 © ПГУ им. С. Торайгырова, 2011 За достоверность материалов, грамматические и орфографические ошибки ответственность несут авторы и составители 2 Введение Программой Инновационного развития Республики Казахстан поставлена задача развития перерабатывающих отраслей. Это Республике войти в число экономически развитых стран мира. Важное место наряду с другими перерабатывающими отраслями занимает машиностроение. По образному выражению професссора Балакшина Б.С. «Машиностроение является технологом всех отраслей народного хозяйства». Важно в Казахстане наладить выпуск различных машин автомобилей, самолетов , тепловозов, сельскохозяйственной техники и машин, холодильников, оборудования для металлургической, химической, нефтяной, пищевой и других отраслей промышленности и другой техники, соответствующих международным стандартам качества и современным требованиям рынка. В развитых странах, таких как Швеция, Германия, Франция, США, Япония и других машиностроение развито на высоком уровне. Для развития и повышения уровня машиностроения в Казахстане надо строить новые заводы и цеха с развитой технологией и оборудованием, осваивать и внедрять новые технологические процессы, соответствующие требованиям и уровню развития современной науки и техники. Решение этих задач потребует также и новых подходов в организации производства и рациональном использовании оборудования. Внедрение новых технологических процессов и их совершенствование потребует дальнейшего развития и повышения уровня технологической оснастки. Под технологической оснасткой в машиностроении понимают различные приспособления и принадлежности, используемые при механической обработке, сборке и контроле изделий. В крупносерийном и массовом производстве на каждую обрабатываемую деталь в среднем приходится 10 - 15 приспособлений., в мелкосерийном и единичном производстве 5 – 10. Проектирование и производство технологической оснастки занимают значительную долю (80%) технической подготовки производства и около 90 % времени при подготовке производства к выпуску новых машин. В настоящее время накоплен большой опыт по проектированию и эксплуатации технологической оснастки. Значительный вклад в развитие и становление научных основ проектирования приспособлений внесли советские ученые Балакшин Б.С., Ансеров Т.А., Корсаков В.С., Колесов И.М. и другие. 3 Курс «Проектирование технологической оснастки» занимает важное место при подготовке бакалавров – машиностроения и основная цель преподавания дисциплины привить будущим специалистам первоначальные знания и навыки, которые позволят выполнять на практике работы по конструированию оснастки. При изучении курса следует обратить внимание на то, что задача конструирования технологической оснастки вытекает из общей задачи проектирования технологического процесса изготовления машины. Изучение курса тесно связано со знаниями, полученными при изучении дисциплин «Технология машиностроения», «Взаимозаменяемость», «Сопротивление материалов», «Конструкционные материалы и термообработка», «Стандартизация, метрология и сертификация», «Теоретическая механика», «Теория резания» и других базовых и других дисциплин. При проработке курса основное внимание уделяется освоению методики конструирования и расчета приспособлений. Зная принципы конструирования, будущий специалист может творчески подойти к созданию работоспособной, высокопроизводительной и экономичной конструкции технологической оснастки. Практические навыки студент может получить при выполнении курсовой работы и дипломного проекта, а также при прохождении производственной и преддипломной практик он должен изучить существующие прогрессивные на производстве конструкции, ознакомится с нормалями и стандартами и уметь пользоваться ими. Кроме того, необходимо дополнительно проработать по учебным пособиям, альбомам, монографиям, научным статьям и журналам оригинальные и передовые конструкции. 4 1 Понятие о приспособлении и технологической оснастке Технологические процессы изготовления, сборки или контроля деталей и узлов машин осуществляются с использованим различных приспособлений для закрепления.установки, базирования и другой технологической оснастки, которые служат для обеспечения необходимой точности изготовления или сборки, повышения производительности и культуры труда, автоматизации прозводственных процессов и отдельных операций. 1.1 Служебное назначение приспособлений Приспособление звено технологической системы станокприспособление-инструмент-деталь. Приспособления связывают координатную систему детали или режущего инструмента с координатной системой станка с целью получения требуемого качества при наименьшей себестоимости производимой продукции, а также с целью улучшения условий труда. Приспособление – орудие производства. Например: обработка на вертикально-сверлильном станке. Yст Вспомог ательны й Yри инструм Установочн ент о-зажимное Yпр приспособл Yд ене ор 2е Xви Xри Xд Xст Xпр Рисунок 1.1 – Координатные системы звеньев технологической системы 5 Одно приспособление вспомогательный инструмент, предназначено для базирования режущего инструмента и увязывает координатную систему режущего инструмента (Xри, Yри, Zри) с координатной системой станка (Xст, Yст, Zст). Установочно-зажимное приспособление предназначено для базирования детали и материализует принятую технологом схему базирования, увязывая при этом координатную систему детали (Xдет, Yдет, ZДет) с координатной системой станка (Xст, Yст, Zст). Каждое приспособление имеет свою координатную систему: Xвсп, Yвсп, Zвсп – координатная система вспомогательного инструмента, Xпр, Yпр, Zпр – координатная система установочно-зажимного приспособления для установки и закрепления детали. Точность взаимной увязки всех перечисленных координатных систем предопределяет получение требуемых показателей точности детали. Приспособление входит в замкнутую технологическую систему, поэтому в общем случае их называют технологической оснасткой в отличие от технологического оборудования и применяемых инструментов. Достижение заданного качества детали с помощью приспособления Рассмотрим обработку детали на расточном станке с применением приспособления и без приспособления. А А1 5 А 4 А 3 А Пластин ыны 2 Рисунок 1.2 – Растачивание отверстия без использования технологической оснастки При расточке отверстия деталь устанавливается на столе станка на подкладные планки. Требуемый размер от оси отверстия до 6 основания детали получается в результате настройки размерной цепи технологической системы. А = А1 – А2 – А3 – А4 – А5 . (1.1) . а погрешность размера будет равна А А1 А2 А3 А4 А5 . (1.2) Количество составляющих звеньев размерной цепи равно 5. При расточке отверстия с применением приспособления размер получается в результате (рисунок 1.3) А А1 А3 А2 Рисунок 1.3 – Растачивание отверстия с использованием технологической оснастки настройки другой размерной цепи А А1 А2 А3 . (1.3) Погрешность замыкающего звена будет равна А А1 А2 А3 . 7 (1.4) Количество составляющих звеньев размерной цепи уменьшилось до 3. Таким образом, применение приспособления позволяет повысить точность обработки путем сокращения числа составляющих звеньев размерной цепи технологической системы. Применение приспособлений позволяет также повысить производительность труда, расширить технологические возможности оборудования, облегчить условия и повысить культуру труда. 1.2 Классификация приспособлений по их целевому назначению Установочно-зажимные приспособления предназначены для установки и закрепления обрабатываемых деталей на металлорежущих станках в процессе их их механической обработки. Они материализуют. Принятую технологом мсхему базирования, увязывают координатную систему детали с координатной системой станка. Вспомогательные инструменты служат для установки и закрепления режущих инструментов на станках. Приспособления этого типа базируют режущий инструмент и увязывают координатную систему режущего инструмента с координатной системой станка. Сборочные приспособления для зажима служат для закрепления деталей и узлов в требуемом для сборки положении для придания устойчивости собираемому узлу в процессе сборки. Установочные приспособления предназначены для правильной и точной установки соединяемых деталей или узлов и их взаимной ориентации, что обеспечивает собираемость, получение требуемых монтажных размеров и точности при сборке. Рабочие приспособления используются при выполнении сборочных операций и переходов в качестве рабочего инструмента (винтовые и гаечные ключи, отвертки , механизированные гайко и шпильковерты и т.д.). 8 Приспособления Станочные Уста ново чнозажи мные Вспо могат ельн ый инст ррум ент сборочные Для зажима детале йи узлов Уста ново чные Для захвата, перемещения и перевертывания Контрольные Рабо чие Стапели Для контроля собранных узлов и машин Рисунок 1.4 – Классификация приспособлений 9 Для контроля параметро в качества деталей Контрольные приспособления служат для установки и базирования деталей и узлов в процессе их контроля. При сборке контрольные приспособления применяются для контроля параметров собранных узлов и машин. Изготавливаются чаще всего в виде испытательных стендов. Контрольные приспособления для контроля параметров отдельных деталей могут быть одно и многомерными. Приспособления для автоматических линий изготавливаются как специальные или спутники, кантователи, манипуляторы, перегружатели, которые служат для перемещения, перевертывания деталей, а также для загрузки и разгрузки рабочих позиций. Универсальные средства для перемещения и перевертывания деталей серийно изготавливаются промышленностью. Это кантователи, промышленные роботы и т.п. 1.3 Механизация и автоматизация приспособлений Автоматизации процессов предшествует механизация элементов технологической системы. Механизация предполагает замену мускульной энергии рабочего энергией другого источника (пневмопривода, гидропривода, электромагнитного или электрического привода). Механизация имеет следующие цели: - уменьшение трудоемкости изготовления детали; - повышение производительности труда; - улучшение условий труда; - снижение себестоимости продукции. Под автоматизацией понимается придание машине, в том числе и металлорежущим станкам с приспособлениями, способности к самоуправлению. Целью автоматизации является уменьшение трудоемкости изготовления продукции, улучшение условий труда, повышение точности обработки и производительности труда. Различают частичную и полную автоматизацию. При частичной автоматизации автоматизируется часть цикла работы машины. Например, рабочий ход, подвод и отвод инструмента выполняются автоматически, а установка детали в приспособление и снятие осуществляется вручную. Машины такого рода называются полуавтоматами. При полной автоматизации создают машины-автоматы. При полной автоматизации автоматизируется весь цикл работы машины, включая установку и снятие деталей с помощью механических роботов-манипуляторов, кассетных лотков. 10 2 Основы конструирования станочных приспособлений Станочные приспособления являются наиболее многочисленными из всех видов приспособлений. Они составляют около 75 – 80 % всего парка приспособлений. Основные принципы конструирования станочных приспособлений применимы и для других видов приспособлений (сборочных, контрольных и т.д.). Станочные приспособления состоят из типовых частей: 1) базирующие устройства; 2) зажимные устройства; 3) силовые устройства; 4) корпусные детали. Эти устройства имеются во всех станочных приспособлениях, В зависимости от назначения приспособления могут иметь дополнительные составные элементы конструкции; 5) делительные и поворотные устройства; 6) устройства для направления и координирования режущего инструмента. Каждая составная часть приспособления имеет свою координатную систему. Точность взаимосвязи координатных систем составных частей приспособлений, в конечном счете, определяет точность обработанной детали. Например, неперпендикулярность оси кондукторных втулок относительно базирующих элементов приспособления приведет к неперпендикулярности обработанного отверстия детали относительно ее основания. Процесс проектирования приспособления представляет собой синтез типовых составных частей. При проектировании приспособлений составные части привязываются, прежде всего, к детали, а именно к базирующим поверхностям. Поэтому должна быть основная (главная) система координат приспособления, проходящая через базовые поверхности детали, к которой привязываются координатные системы всех составных частей приспособления. 11 Yкор Yдет Xкон. вт Yкон вт Xдет Xкор Рисунок 2.1 – Координатные системы составных частей приспособления 2.1 Устройства для базирования и повышения жесткости детали Устройства для базирования материализуют принятую технологом схему базирования. Каждая теоретическая точка базирования, за исключением скрытых баз, реализуется базирующим элементом. Основные требования, предъявляемые к базирующим устройствам: 1) устройства для базирования должны лишать деталь шести степеней свободы; 2) устройства для базирования должны обеспечить правильность положения детали относительно режущего инструмента; 3) устройства для базирования не должны портить поверхности чистовых баз детали; 4) устройства для базирования должны сохранять постоянными свои размеры в течение определенного времени, т.е. быть износостойкими; 5) устройства для базирования должны быть легко доступными для ремонта; 6) устройства для базирования должны хорошо очищаться от стружки. 12 2.1.1 Устройства для базирования детали по плоскости При установке детали на установочную плоскость в качестве базирующих элементов приспособления применяются опорные штыри и пластины. Опорные штыри и пластины материализуют технологические базы при установке детали по одной, двум или трем плоскостям. Опорные штыри. Опорные штыри изготавливают с плоской, сферической и насеченной головками. При установке детали на опорные штыри с плоской головкой необходимо, чтобы рабочие поверхности штырей находились в одной плоскости. Опорные штыри запрессовывают в корпус приспособления, головки штырей после сборки шлифуют, припуск составляет 0,2 – 0,3 мм. Установочную плоскость детали чисто обрабатывают до Ra 1,25 – 0,63 мкм. Опорные штыри со сферическими и насеченными головками применяют при базировании деталей по черновым, необработанным поверхностям. Опорные штыри со сферическими головками создают точечный с базовыми плоскостями деталей, а опорные штыри с насеченными головками позволяют повысить коэффициент трения до 0,5 – 0,6. Опорные штыри со сферическими головками применяются для базирования длинных и узких деталей опорные штыри с насеченными головками применяются при обработке деталей с большими и неравномерными припусками на черновых операциях, когда возникают большие силы резания и большие диапазоны их колебания. 20 0,63 D H 7 H 6 , r 6 n6 Рисунок 2.2 – Опорные штыри Опорные пластины. Заготовки на устанавливаются с обработанными базами. 13 опорные пластины 0,63 h h 1,25 B B L L Рисунок 2.3 – Опорные пластины Опорные пластины прикрепляются к корпусу приспособления винтами М6, М8, М12, М14. Установку на опорные пластины осуществляют чисто обработанными поверхностями, допустимая нагрузка составляет 5 Мпа. Основной недостаток плоских опорных пластин состоит в том, что плохо очищаются от стружки, поэтому их чаще применяют на вертикальных стенках приспособления или применяют пластины с косыми пазами. Изготавливают опорные пластины из малоуглеродистых сталей марок 15, 20, 20Х. Термическая обработка; цементация на глубину 1 1,5 мм с последующей закалкой до твердости HRC 50 –55. При установке на опорные пластины и штыри приводит к осадке заготовки. Приложение силы вне центра вызывает неравномерную осадку заготовки по длине пластины. Самоустанавливающиеся опоры. Самоустанавливающиеся опоры применяются при базировании по черновым и необработанным поверхностям, в тех случаях, когда заготовки имеют большие и неравномерные припуски, большие отклонения от правильной геометрической формы, а также при установке по ступенчатым плоскостям. Например, при установке по ступенчатой плоскости, размер h колеблется в пределах допуска, поэтому возникает погрешность обработки. Схема самоустанавливающейся опоры приведена на рисунке 2.5. 14 h Рисунок 2.4 – Схема установки на ступенчатую плоскость Рисунок 2.5 – Схема самоустанавливающейся опоры 2.1.2 Установка заготовок на два цилиндрических отверстия и перпендикулярную к ним плоскость По плоскости и двум отверстиям базируются при обработке деталей типа корпусов, плит, картеров. Преимущества такой схемы базирования простота конструкции приспособления, возможность соблюдения принципа постоянства баз на большинстве операций технологического процесса. При этом материализуется следующая схема базирования. 15 5 4 6 1,2 5 3 4 6 Рисунок 2.6 – Схема базирования на два отверстия и плоскость Материализацию установочной базы на плоскость осуществляют опорными штырями или пластинами, установка по отверстиям осуществляется на два установочных пальца. Установочные пальцы бывают постоянные, сменные и выдвижные, по форме в поперечном сечении цилиндрические и ромбические. Цилиндрические пальцы лишают заготовку двух степеней свободы, а ромбические одной степени. D 0,63 А D А-А А H6 H7 , n6 r 7 Рисунок 2.7 – Конструктивные разновидности цилиндрических пальцев 16 А А . Рисунок 2.8 – Ромбический палец Различают две конструктивные разновидности постоянных установочных пальцев без бурта и с буртиком. Отверстия для базирования в заготовке обрабатываются по 6, 7 квалитетам точности в системе отверстия (Н6, Н7) с шероховатостью Ra 0,63 – 1,25 мкм. Установку заготовок на пальцы осуществляют по посадкам H7 H6 H7 . , , f 7 f 6 d8 Базовую плоскость заготовки подвергают обычно шлифованию, а отверстия развертыванию. Сменные пальцы применяют в переналаживаемых приспособлениях в мелкосерийном и серийном производствах, а выдвижные пальцы на автоматических линиях. Сменные пальцы обычно используются в групповых приспособлениях для обработки деталей, имеющих базовые отверстия с разными диаметральными размерами, но одинаковыми межцентровыми расстояниями или оси пальцев должны раздвигаться. Установку таких пальцев в приспособление осуществляют через переходные втулки. D H6 h6 D1 Рисунок 2.9 – Сменная втулка 17 H6 H7 ( ) n6 r 7 Установку переходных втулок в корпус приспособления осуществляют по посадкам с гарантированным натягом H 7 h7 , , а n6 r 7 установочные пальцы в переходную втулку устанавливают по посадке H7 . h6 Выдвижные пальцы применяются для установки тяжелых деталей, а также на автоматических линиях. На автоматических линиях транспортеры подают заготовки на рабочие позиции, в таких приспособлениях опорные пластины являются обычно продолжением направляющих транспортера. Схема выдвижного пальца приведена на рисунке 2.14. Установочные пальцы диаметром до 16 мм изготовляют из углеродистой стали У7А с термообработкой закалка до твердости HRC 50 – 55. Пальцы диаметром свыше 16 мм рекомендуется изготавливать из малоуглеродистых сталей 20Х с цементацией на глубину 0,8 – 1,2 мм и закалкой до твердости HRC 50 – 55. H6 H7 , r 6 n7 H6 H7 , g6 f 7 Рисунок 2.10 – Выдвижной палец 18 2.2 Установка заготовок по внутренней цилиндрической поверхности и торцу По внутренней цилиндрической поверхности и торцу базируются втулки, диски, цилиндры, гильзы, маховики, шкивы шестерни, стаканы, фланцы. Устройства для базирования по внутренней цилиндрической поверхности и торцу называют оправками. Таблица 2.1 – Типовые схемы базирования на оправках Типовые схемы базирования Отношение Устройство длины материализующее отверстия схему к диаметру базирования 1 2 3 1,5 – 2 и Конические 6 более оправки 3,4 1,2 5 1,5 – 2 и более Цилиндрические оправки на которыезаготовки устанавливаются с с зазором Менее 1,5 –2 Цилиндрические оправки на которые заготовки устанавливаются с с зазором 5 1,2 3,4 6 1,2 6 4 5 3 19 Продолжение таблицы 2.1 1 2 1,5 – 2 и более 6 5 1,2 3,4 6 Менее 1,5 –2 1,2 4,5 3 3 Цилиндрические оправки на которые заготовки устанавливаются с натягом и разжимные оправки Цилиндрические оправки на которые заготовки устанавливаются с натягом и разжимные оправки 2.2.1 Жесткие оправки Жесткие оправки бывают конические и цилиндрические. При базировании на жесткие оправки базовое отверстие в заготовке должно быть обработано по 5 – 76 квалитетам точности и с шероховатостью Ra 0,63 – 1,25 мкм. Точность центрирования детали при установке на конические оправки 0,005 – 0,01 мм. Конические оправки. конусность 1\2000-1\4000 Рисунок 2.11 – Коническая оправка 20 Конусность конических оправок 1:2000 – 1:4000, Заготовка насаживается цилиндрическим отверстием. Вследствие расклинивающего действия оправки, заготовка удерживается от проворачивания. При этом на большем диаметре натяг составляет 0,008 – 0,06 мм, а на наименьшем диаметре возникает зазор около 0,050 мм. Недостатки конических оправок: 1) отсутствие точной фиксации детали по длине; 2) небольшие усилия зажима, поэтому используются при небольших сдвигающих силах и моментах. Применяются конические оправки в единичном и мелкосерийном производстве. Цилиндрические оправки Заготовка может насаживаться на цилиндрическую оправку с натягом или с зазором. Оправка, на которую заготовка насаживается с натягом На такую оправку заготовка напрессовывается на прессах. Точность центрирования заготовки 0,005 – 0,010 мм. Посадочные поверхности оправки шлифуют до Ra 2,5 – 1,25 мкм, точность диаметра соответствует 5 – 7 квалитету точности. Недостаток оправок этого типа состоит в том, что необходимо в технологическом маршруте изготовления детали предусматривать специальные операции для запрессовки и выпрессовки детали, что удлиняет технологический процесс и увеличивает себестоимость детали. 0,63 D H6 n6 Рисунок 2.12 – Оправка, на которую заготовка устанавливается с натягом При расчете таких оправок определяют величину натяга в зависимости от характера сил резания, возникающих в процессе механической обработки детали. 21 Величина гарантированного натяга при возникновении крутящего момента при резании определяется по формуле С C 2M тр ( 1 2 ) E E мм. 3 10 Dlf (2.1) Если на заготовку действует осевая сила резания С С 2 Ртр ( 1 2 ) Е Е мм, 10 3Df (2.2) где D – диаметр посадочного отверстия заготовки, l – длина заготовки, f – коэффициент трения между заготовкой и оправкой, E – модуль упругости, С1 – коэффициент С 1 1 1 (2.3) 1 - коэффициент Пуассона материала оправки, Сә - коэффициент D 2 D2 С 1 , 2 D 2 D2 2 1 где (2.4) D1 – наружный диаметр обрабатываемой детали; 2 – коэффициент Пуассона материала обрабатываемой детали. В описанных выше формулах Мтр и Ртр соответственно момент и сила трения, удерживающая заготовку от проворачивания или смещения под действием момента или силы резания и определяются из условия равновесия системы М тр К М рез , 22 (2.5) Pтр К Pрез , где (2.6) Мрез и Ррез – соответственно момент и сила резания. Для того чтобы оправка могла нормально работать в течение определенного времени, необходимо предусматривать допуски на изготовление и износ Обычно их значения . составляют 0,01мм, 0,01 0,015 мм min ТН7 D Рисунок 2.13 – Схема полей допусков Усилие пресса выбирают по наибольшему натягу max где min отв , (2.7) – гарантированый натяг, min отв – допуск на диаметр обрабатываемой детали. базового отверстия Применяются оправки данного типа в крупносерийном и массовом производстве. Эти оправки обеспечивают точное центрирование по базовому отверстию обрабатываемой детали, погрешность базирования сводится к минимуму. Цилиндрическая оправка, на которую заготовка устанавливается с зазором. Отверстие заготовки должно быть обработано по 5 – 7 квалитету точности с шероховатостью поверхности Ra = 1,25 – 0,63 мкм. 23 Установка заготовки на оправку осуществляется с нулевым или гарантированным зазором. Необходимое усилие закрепления детали на оправке для того, чтобы удержать ее от проворачивания под действием сил резания определяется по формуле Q K * Pz * D , D d f 1 (2.8) где К – коэффициент запаса; Pz – окружная сила резания; D – диаметр обрабатываемой поверхности; D1 – наибольший диаметр упорного бурта; d – диаметр посадочной поверхности оправки; f – коэффициент трения (f = 0,1 – 0.15). A D1 А-А A Рисунок 2.14 – Оправка, на которую заготовка устанавливается с зазором Точность центрирования заготовки зависит от величины зазора между посадочной поверхностью оправки и отверстием заготовки. Наибольшая величина зазора равна Smax = Smin + TH + Топр (рисунок 2.15). 24 ТН(Н7) Smin Smax d Топр Рисунок 2.15 – Схема расположения полей допусков где ТН – поле допуска базового отверстия обрабатываемой детали; Топр – поле допуска базовой цилиндрической поверхности оправки; Smin – наименьший гарантированный натяг между отверстием заготовки и базовой поверхностью оправки; Smax – наибольший возможный натяг между отверстием заготовки и базовой поверхностью оправки. Изготавливают жесткие оправки из сталей 20Х, цементуют на глубину 1,2 – 1,5 м, закаливают до твердости HRC 55 – 60. Рабочую поверхность оправки шлифуют до Ra = 0,63 – 0,32 мкм. Возможно, изготовление оправок из конструкционных сталей марок 45, 40Х. Термообработка закалка до HRC 45 – 50. На концах оправки сверлят центровые отверстия для установки и базирования оправок на станках. Для передачи крутящего момента на оправках предусматривают квадратную ступень или лыски. Если диаметр рабочей поверхности оправки более 80 мм, то возможна полая конструкция оправки. 2.2.2 Разжимные оправки Существующие конструкции разжимных оправок можно отнести к двум группам: 1) разжимные оправки, которые базируют деталь по внутренней обработанной поверхности; 2) разжимные оправки, которые базируют деталь по необработанной поверхности. К первой группе относятся роликовые и цанговые оправки, оправки с тарельчатыми пружинами и с гидропластом. Ко второй группе относятся клиновые и клиноплунжерные оправки. 25 Роликовые оправки. Отверстие для базирования заготовки должно быть обработано по 6 – 7 квалитетам точности. Pz F1 Q F D D1 Рисунок 2.16 – Схема роликовой оправки Требуемый момент для закрепления заготовки при известной силе резания D (2.9) M Pz 1 . 2 . Сила для зажима детали, сообщаемая при закреплении одним роликом D M 1 . (2.10) Q2 Pz D * tg D * tg 2 2 При нескольких зажимающих роликах Q Pz * D 1 , D * n * tg 2 (2.11) здесь n – число роликов. Заготовка удерживается под действием сил трения, возникающих при заклинивании роликов между заготовкой и оправкой (F және F1). 26 Ролики изготавливают из малоуглеродистых сталей 20, 20Х. Химикотермическая обработка – цементация на глубину 1,0 – 1,5 мм, закалка до HRC 55 – 60. Применюятся также ишарикоподшипниковая сталь 15, 15Х, закалка до HRC 55 – 60. Цанговые оправки. Цанга представляет собой пружинящую втулку. Цанги используются в качестве оправок и патронов. l Р Рисунок 2.17 – Цанговая оправка Цанговая втулка имеет три прорези, которые разделяют ее на три сектора. L длина прорези. Угол конуса цанги 30 . Тяга силой Р затягивается. Угол конуса тяги на 1 2 больше угла конуса цанги. При движении тяги под действием силы Р. Лепестки цанги разжимаются и закрепляют заготовку. Точность центрирования цанговых оправок 0,05 – 0,1 мм. Усилие, которое необходимо приложить к тяге для полного закрепления детали, можно вычислить по формуле P = (Q + Q1) *tg ( где – угол цанги; 2 ) , (2.12) – угол трения, arctgf ; f – коэффициент трения между заготовкой и цангой; Q – сила необходимая для зажатия детали 2 K M 2 q2 r Q= , f 27 (2.13) здесь M – момент, передаваемый цангой и равный моменту резания (Мр); r – радиус отверстия заготовки; q – осевая сила резания; f – коэффициент трения; К – коэффициент запаса; Q1 – сила, которая необходима для сжатия лепестков цанги Q1 = 3EIj n , 3 l (2.14) здесь I – момент инерции сектора цанги; Е – модуль упругости материала цанги; l – длина лепестка цанги; n – число лепестков цанги; j – половина зазора между отверстием заготовки и рабочей поверхностью цанги j= , 2 (2.15) где – зазор между отверстием заготовки и поверхностью цанги. При зажиме заготовки без упора в торец возникает осевое смещение y . 2tg (2.16) 2 Для предупреждения смещения заготовки следует (опорную базу) по торцу. Цанга используется и в виде патрона. 28 упор Р Рисунок 2.18 – Схема цангового патрона Материалы для изготовления цанг: 1) легированная сталь 12ХН3А. Териообработка – цементация на глубину 1.0 – 1,5 мм, закалка рабочей части до HRC 60 – 65, хвостовой части до HRC 40 – 45; 2) углеродистая сталь У10А. Термообработка - закалка рабочей части до HRC 45 – 50, хвостовой части до HRC 30 -35. Хромистая сталь 9ХС. Химический состав: 0,6 – 0,7 % С, 1 % Si, 1 % Mn, 0,5 % Cr. Марганец и хром придают высокую твердость и стойкость к трению. Оправки с тарельчатыми пружинами. Принципиальное устройство оправки с тарельчатыми пружинами на рисунке 2.19. Тяга, перемещаясь от усилия, оказывает давление на нажимную втулку, которая давит в свою очередь на набор тарельчатых пружин и вызывает их деформацию. Для облегчения деформации пружин, на их поверхности вырезаны пазы по наружному и внутреннему контурам. Тарельчатые пружины штампуются из листовой стали 60С2А или другой пружиной стали. Твердость HRC 40-45. Толщина пластин 0,8 – 1,0 мм. Точность базового отверстия заготовки 6 – 7 квалитет точности. Точность центрирования 0,01 – 0,03 мм. Общее осевое усилие, которое необходимо приложить к тяге для полного зажатия детали Р =Р 1 + Р 2 (2.17) где Р 1 – сила, которая необходима для выборки зазора между пластинами Р 1 =0,33Р 2 ; 29 нажимная втулка заготовка Р тяга упорная втулка тарельчатые пружины Рисунок 2.19 – Схема оправки с тарельчатыми пружинами Р 2 – сила потребная для зажатия детали Р 2 = К tg 1 М рез fR , (2.18) где К – коэффициент запаса; 1 – угол, который получают пластины после деформации; f – коэффициент трения; R – радиус отверстия заготовки. Гидропластмассовые оправки. Гидропластмасса представляет собой массу, которая обладает свойствами жидкости, а именно, передает давление равномерно во всех направлениях, но в отличие от жидкости не может просачиваться через зазоры. По своему внешнему виду она представляется как коричневая масса, напоминающая резину. Температура плавления массы 120 – 150 С. Перед заливкой в 30 оправку или патрон гидропластмасса нагревается до температуры 100 – 120 С. Состав гидропластмасс: 1) 10 – 20 % составляют полихлорвиниловые смолы, которые придают свойства текучести и механическую прочность; 2) 78 – 88 % дибутилфтолат, представляет собой маслянистую жидкость, которая придает мягкость; 3) около 2 % стеарат кальция. В гидропластассовых оправках основным базирующим и зажимным элементом является токостенная втулка . При проектировании таких оправок следует выполнить следующие расчеты: 1) расчет параметров упругой тонкостенной втулки; 2) расчет нажимного винта и плунжера; 3) в механизированных оправках рассчитывается привод, диаметр цилиндра и ход поршня. При вворачивании нажимного винта давление передается через плунжер на гидропластмассу, который, сжимаясь, передает давление равномерно по всему объему и, в конечном счете, деформацию тонкостенной втулки. l D D d h төлке заготовка D – диаметр базирующей поверхности втулки, мм; D – величина упругой деформации тонкостенной втулки, мм; h – толщина стенки втулки, мм; l – длина тонкостенной части втулки, мм; d – внутренний диаметр втулки, мм. Рисунок 2.20 – Тонкостенная упругая втулка 31 Величину упругой определяют по формуле деформации D T EK тонкостенной Dном , втулки (2.19) где Т – предел текучести материала тонкостенной втулки, кг/мм 2 ; Е – модуль упругости материала втулки, кг/мм 2 ; К – коэффициент запаса; D ном – номинальный диаметр наружной поверхности тонкостенной втулки. Базовое отверстие заготовки следует изготавливать по 6 – 7 квалитету точности. Установка заготовки на оправку осуществляется по посадкам с зазором. При этом возможны три случая: 1) величина допустимой деформации тонкостенной втулки больше величины максимально возможного зазора D > S max . (2.20) В этом случае, оправка осуществляет центрирование и закрепление заготовки; 2) деформация тонкостенной втулки равна величине максимального зазора. D = S max . (2.21) Оправка при этом зазоре осуществляет только центрирование заготовки, поэтому может использоваться в контрольных приспособлениях; 3) величина деформации тонкостенной втулки меньше величины зазора, в этом случае оправка не центрирует и не закрепляет заготовку, поэтому такая оправка не используется. Точность центрирования детали не превышает 0.01 – 0.02 мм. Передаваемый оправкой крутящий момент определяется по формуле М кр = 5 105 m m D 2 i , 32 (2.22) m= 2h , D (2.23) где h – толщина тонкостенной части втулки, i – запас деформации, i = D - S max Материал тонкостенных втулок. Для изготовления тонкостенных втулок с диаметром установочной поверхности менее 45 мм рекомендуется применять 40Х с термообработкой закалка до HRC 35 – 40. при диаметре установочной поверхности втулки более 45 мм, рекомендуется применять для их изготовления углеродистую сталь У7А с закалкой до HRC 33– 36. 2.3 Устройства для базирования цилиндрической поверхности и торцу по Таблица 2.2 – материализации и Типовые схемы Типовая схема базирования 6 5 1,21,2 способы Отношение Устройства, длины материализующие базовой схему базирования поверхности к ее диаметру 2 3 Более 1,5 – Цанговые и трех2 кулачковые патроны 1 d базирования наружной 3,4 L Менее 1,5 – 2 1,2 d 4,5 3 6 33 Цанговые и самоцентрирующие кулачковые патроны их Продолжение таблицы 2.2 1 2 3 Более 1,5 – 2 Установочные призмы Менее 1,5 – 2 Установочные призмы d 1,2 3,4 L 1,2 d 4,5 L 3 6 Установочные призмы. Призмами называются базирующие устройства, выполненные в виде паза, образующегося в результате пересечения двух плоскостей под углом . По конструкции различают неподвижные и подвижные призмы. Неподвижные призмы жестко крепятся к корпусу приспособления. Подвижные призмы при закреплении и откреплении заготовок могут перемещаться в корпусе приспособления по специальным направляющим. Конструкция неподвижной призмы 34 D R a 0,63 H h C B L Рисунок 2.21 – Неподвижная призма Угол призмы = 60 , 90 , 120 , h – высота призмы. Между размерами С, h и H существуют эмпирические зависимости. Например: при = 90 , H = h + 0,707D – 0,5C, При = 120 , H = h + 0,578D – 0,289C, D – диаметр заготовки. Призмы устанавливаются нижней плоскостью на корпус приспособления и цилиндрическими отверстиями на пальца.. Подвижные призмы Подвижные призмы позволяют материализовать схему базирования на рисунке 2.22. 35 4 5 1,2 3 6 4 5 Рисунок 2.22 – Схема базирования детали типа рычаг Точки базирования 1, 2, 3 материализуются путем установки рычага на плоскость, точки 4, 5, 6 материализуются двумя подвижными, сходящимися призмами. 0,32 0,32 0,32 Рисунок 2.23 – Подвижная призма Подвижные призмы перемещаются направляющим пазам корпуса приспособления. 36 от привода по Материал для изготовления призм. Для изготовления призм рекомендуется применение малоуглеродистых сталей 15, 20,20Х. Термообработка: цементация на глубину 1 – 1,5 мм и закалка до HRC 55-60. Возможно, применение конструкционной стали 45 или 40Х с термообработкой закалка до HRC 40 – 45. 2.4 Устройства для базирования по центровым отверстиям и фаскам Таблица 2.3 – Схемы базирования Типовая схема базирования Устройства, материализующие схему базирования 2 1 5 1,2 3,4 6 Жесткие центра 5 1,2 3,4 6 37 Продолжение таблицы 2.3 1 2 Плавающие центра 5 1,2 3,4 6 Плавающие центра 5 1,2 3,4 6 Применяются центры вращающиеся и невращающиеся, плавающие и жесткие, гладкие и рифленые. На некоторые типы центров существуют стандарты. Конус Морзе Рисунок 2.24 – Жесткий упорный центр Невращающиеся центра применяют в тех случаях, когда требуется высокая точность центрирования и на таких операциях, как шлифование и тонкое обтачивание. Точность центрирования вращающего центра по сравнению с невращающим ниже, вследствие влияния зазоров в соединениях. 38 Рисунок 2.25 – Вращающийся центр Вращающиеся центра применяют при больших скоростях резания и высоких давлениях, поэтому они нашли применение на черновых и получистовых операциях при точении валов. Для изготовления центров применяют стали 45,У6А,У8А и подвергают термической обработке до твердости HRC 55-60. Иногда, в центрах применяют твердосплавные вставки из твердого сплава ВК6, ВК8, Т5К10 для повышения износостойкости. Сплав ВК6 применяют обычно при черновом точении, шлифовании закаленных деталей и больших скоростях резания. Вставку из Т5К10 применяют при полуобдирочном точении и при средних скоростях резания и средних нагрузках. Допустимое радиальное биение вращающихся центров 0,007 – 0,015 мм. 39 1 – корпус, 2 – пружина, 3 – центр, 4 – гайка, 5 – шайба, 6 – поводок. Рисунок 2.26 – Плавающий щентр На рисунке 2.26 приведена конструкция плавающего центра. Такой центр осуществляет упор обрабатываемой детали по торцу и рифлениями передает вращающий момент. 2.5 Другие установочные устройства Установочные втулки. Установочные втулки служат для базирования деталей типа втулок и фланцев по наружной цилиндрической поверхности и торцу. 40 деталь Установочная втулка D H6/f7 D1 H7/n7 Рисунок 2.27 – Установочная втулка Для изготовления втулок используют конструкционную сталь 45, 40Х. Термообработка - закалка до твердости HRC 40 – 45. Мембранные патроны. При обработке зубчатых колес часто требуется обеспечить соосность зубчатого венца с осью отверстия. Радиальное биение венца относительно оси отверстия не должно превышать 0,02 – 0,03 мм. Такое техническое требование достигается обычно введением в технологический процесс операции шлифования отверстия после термической обработки зубчатого колеса с базированием колеса по зубчатому венцу в мембранном патроне. Мембранные патроны изготавливают из стали 65Г, 30ХГС, У7А. Термообработка – закалка до HRC 40 – 45. Точность центрирования в мембранном патроне 0,003–0,005 мм. При установке зубчатого колеса в таком патроне между зубьями вставляются ролики. Материализуется при этом схема базирования, приведенная на рисунке 2.28. 41 1,2 4,5 3 6 Рисунок 2.28 – Схема базирования зубчатого колеса в мембранном патроне кулачки заготовка Рисунок 2.29 – Принципиальная схема мембранного патрона Мембранный патрон имеет мембрану и 8 -12 кулачков. Под действием усилия, мембрана деформируется и кулачки разжимают заготовку. Если усилия нет, то кулачки сжимают заготовку вместе с роликами. Размеры и конструкция мембранных патронов регламентируются стандартом. Кулачковые патроны. Кулачковые патроны предназначены для закрепления деталей типа дисков, коротких цилиндров и других по 42 наружной или внутренней поверхности. Различают 2-х, 3-х и 4-х кулачковые патроны. Патрон состоит из диска, на внешней стороне которого нарезана винтовая спираль. На внутренней стороне диска имеются конические зубья. При вращении диска коническим колесом с помощью ключа, кулачки сходятся или расходятся в радиальном направлении, зажимая или разжимая деталь. Рисунок 2.30 – Схема трехкулачкового патрона Если с усилием Q, приложенным к рукоятке ключа, вращать коническое колесо, то будет вращаться диск. Сила закрепления заготовки W = Q i1 i2 i3 , (2.24) где – коэффициент полезного действия i1 – передаточное отношение рычажного механизма, оно рассчитывается Q l = P r1 , 43 (2.25) P = Q l/r1, (2.26) i1 = l/r1 , (2.27) То есть где i2 - передаточное отношение сил. Передаточное отношение сил рассчитывается Pr2 = P1 rср , (2.28) P1 = P r2/ rср (2.29) i2 = r2 / rср , (2.30) То есть где і3 - передаточное клиноплунжерного механизма. отношение сил центрирующего В клиновой паре виток спирали действует на зуб рейки кулачка как односкосый клин, поэтому 1 , (2.31) i 3 tg ( ) где – угол наклона витка спирали, – угол трения, 5 43, тогда W = P1/tg . (2.32) Кулачковые патроны изготавливают по стандартам двухкулачковые, трезкулачковые, четырехкулачковые Устройства для повышения жесткости деталей (вспомогательные опоры). Вспомогательные опоры используются при механической обработке нежестких деталей. Например, длинных валов, ходовых винтов, станин. 44 6 5 1,2 3,4 4 5 1,2 6 3 Рисунок 2.31 – Обозначение основных и вспомогательных опор Основные требования, предъявляемые к вспомогательным опорам: 1) вспомогательные опоры не должны отрывать заготовку от основных опор; 2) не должны портить поверхности деталей. Для повышения жесткости деталей по плоскости применяют винты домкраты и клинья. Жесткость длинных валов повышается использованием люнетов. На рисунке 2.32 показана конструкция люнета. В основании люнета вставлены шарикоподшипники. В крышке люнета установлен стержень с пружиной, на котором закреплена серьга с двумя шарикоподшипниками. Шарикоподшипники настраивают на диаметр по контрольному валику, установленному в центрах или по самой обрабатываемой детали. Накинув крышку люнета, гайкой регулируют положение стержня с таким расчетом, чтобы между основанием и крышкой оставался зазор 3 мм. Эксцентриком прижимают крышку. При этом пружина сжимается и подшипники, установленные в серьге, прижимают обрабатываемую деталь к подшипникам основания люнета. 45 Рисунок 2.32 – Неподвижный люнет Существуют другие виды конструкции люнетов универсальные неподвижные или подвижные и другие. 3 Устройства для закрепления деталей и усиления исходной силы Эти устройства служат для создания силового замыкания, превращая односторонние опоры (базы) в двусторонние связи и обеспечивают определенность базирования детали (непрерывность контакта детали с опорными элементами). Различают элементарные и механизированные зажимные устройства. К элементарным устройствам относятся простейшие механизмы с помощью, которых можно осуществлять непосредственное закрепление деталей – винтовые, клиновые и эксцентриковые зажимы. Механизированные зажимные устройства являются более сложными устройствами, которые включают один или несколько 46 элементарных устройствам. и передаточных устройств, приводов к этим 3.1 Винтовые зажимы Винтовые зажимы подразделяются на четыре типа по конструкции наконечника: с плоской пятой; с плоской пятой и выточкой; со сферической пятой; винты с башмаком. 1) d 2) d 3) d d D2 Rсф D1 деталь 4) d Rсф 1 – с плоской пятой; 2 – с плоской пятой и выточкой; 3 – со сферической пятой; 4 – с башмаком Рисунок 3.1 – Типы винтовых зажимов Номинальный диаметр резьбы винта определяется по формуле 47 Q d=C мм , (3.1) где С – коэффициент, зависящий от типа резьбы (для метричекой резьбы С = 1,5); Q – усилие развиваемое винтом; – напряжение растяжения (сжатия) материала винта. Величину этой силы для схем 1. 2, 3 определяют по формуле Q= M 3 3 1 D2 D1 rср tg ( ) f 3 D 2 D 2 2 1 , (3.2) где М – момент, приложенный к рукоятке винта; rср – средний радиус резьбы; – угол подъема винтовой линии резьбы; – приведенный угол трения в резьбе; f – коэффициент трения. При расчете силы по этой формуле следует учитывать, что для первой схемы D1=0, а для третьей схемы D1=0 и D2=0. Винты с башмаком используются на чистовых операциях, такая конструкция предохраняет обработанную поверхность от дефектов при зажиме. Усилие зажима определяют по формуле Q= M , rср tg ( ) R fctg / 2 сф (3.3) где Rсф – радиус сферического наконечника; – угол конуса башмака. Винты изготавливают из стали 35, 45 твердость конца винта HRC 33 – 38. Используются конструкции быстродействующих зажимов. Например, винтовые эажимы с разрезной шайбой или откидной планкой. 48 Вид А Без гайки А Рисунок 3.2 – Быстросъемная шайба 3.2 Клиновые зажимные устройства Клиновые механизмы применяются в качестве промежуточных звеньев сложных механизированных зажимных устройств. Основное требование к клиновым механизмам состоит в том, что оно должно обеспечивать самоторможение. Условие самоторможения можно получить из следующей схемы F2 1 N P N Q F1 Рисунок 3.3 – Схема действия сил в клиновом механизме Если к клину приложить силу Q, то клин будет находиться в зажатом состоянии. Одновременно со стороны опор действуют на клин реакции опор N и N1. Силу N можно разложить на вертикальну состовляющую и горизотальную составляющую Р. Если убрать силу Q, то сила Р будет стремиться вытолкнуть клин, вместе с тем на горизонтальной и вертикальной опорах возникают силы трения F1 и F2, которые удерживают клин в эажатом состоянии. Для этого очевидно выполение условия Р F1 + F2 . 49 (3.4) Это условие можно выразить в виде 1 2 , (3.5) где – угол клина; 1 – угол трения на горизонтальной плоскости клина; 2 – угол трения на наклонной плоскости клина. Усилие зажима, которое может развивать клиновой механизм, определяется по формуле Q W= , (3.6) tg ( ) tg 2 1 где W – усилие, развиваемое клиновым механизмом; Q – исходная сила, приложенная к клину; – угол клина; 1 – угол клина на горизонтальной плоскости; 2 – угол клина на наклонной плоскости. 1,2 3 W Q Рисунок 3.4 – Схема клинового зажима В конструкциях такого типа часть энергии затрачивается на преодоление сил трения, поэтому коэффициент полезного действия низкий. Для повышения КПД трение скольжения заменяют трением качения и с этой целью применяют клиновые механизмы с роликами 50 W Q Рисунок 3.5 – Схема клинового зажима с одним роликом Усилие, развиваемое клиновым механизмом с одним роликом W= где 2пр tg ( Q ) tg 2 пр 1 , (3.7) – приведенный угол трения качения tg 2пр d = tg , 2 D (3.8) где d – диаметр оси ролика; D – наружный диаметр ролика. Очевидно, что трения скольжения можно заменить на трение качения и на горизонтальной плоскости клина, схема клинового зажима с двумя роликами приведена на рисунке 3.6. W Q Рисунок 3.6 – Схема клинового зажима с двумя роликами 51 Усилие, развиваемое клиновым зажимом с двумя роликами можно определить по формуле W= tg ( Q ) tg 2 пр 1пр . (3.9) где – приведенный угол трения качения на горизонтальной 1пр плоскости. Достоинства клиновых зажимов: 1) простота конструкции; 2) компактность; 3) позволяет увеличивать и изменять направление, передаваемого усилия. Недостатки: 1) относительно малый коэффициент полезного действия клиновых механизмов; 2) возможна утрара самоторможения при вибрациях 3.3 Эксцентриковые зажимы Эксцентриковые зажимы являются разновидность клиновых зажимов. Эксцентрик представляет собой круглую деталь, геометрическая ось которой смещена относительно оси вращения на величину е – эксцентриситет. У криволинейных эксцентриков рабочая поверхность очерчивается по спирали Архимеда или по эвольвенте, а у круглых по окружности. Основные конструктивные параметры круглого эксцентрика: D – диаметр рабочей поверхности эксцентрика; е – эксцентриситет; L – длина рукоятки; – угол подъема эксцентрика, угол между зажимаемой поверхностью и перпендикуляром к радиусу, проведенному из центра вращения О1 к точке касания А. 52 Рисунок 3.7 – Эксцентрик Угол изменяется в пределах 0 max . max определяется из условия самоторможения max 1 2пр , (3.10) где 1 – угол трения скольжения в точке закрепления А; 2пр – приведенный угол трения в цапфе. Угол трения определяется по известной зависимости arctgf , f – коэффициент трения. Условие самоторможения можно выразить и через конструктивные параметры эксцентрика 2e f. D (3.11) В зависимости от угла поворота усилие зажима будет переменным, среднее значение усилия, развиваемое эксцентриковым зажимом можно определить по формуле W QL rср tg tg 1 2пр 53 , (3.12) где Q – исходное усилие, L – длина рычага, rср – средний радиус, проведенный из центра вращения в точку касания А. D r e, min 2 (3.13) D rmax e , 2 (3.14) D rcp . 2 (3.15) Для изготовления эксцентриков рекомендуется применять малоуглеродистую сталь 20Х, термообработка цементация на глубину 0,8 – 1,2 мм и закалка до HRC 55–60. Преимущества эксцентриков: 1) простота конструкции; 2) быстродействие по сравнению с винтовыми зажимами. Недостатки: - развиваемое усилие меньше по величине усилия, развиваемого винтовым зажимом; - потеря самоторможения при вибрациях; - усилие зажима переменно по величине. 3.4 Механизированные зажимные устройства Механизированные зажимные устройства являются более сложными устройствами по сравнению с элементарными устройствами. Они состоят из одного или нескольких элементарных зажимов, рычажного механизма для передачи и усиления исходной силы, а также привода. Применяются механизированные зажимные устройства в серийном, крупносерийном и массовом производстве. При расчете механизированных зажимных устройств рассчитывают передаточные отношения сил и перемещений. 54 W Рисунок 3.8 – Схема механизированного зажима 4 В составе механизированного зажима, приведенного на рисунке 3.8 имеется рабочий цилиндр (4), клин (1), ролик (2), рычаг (3) .Между усилием Q рабочего цилиндра и силой зажима детали W, согласно положениям теоретической механики, существует взаимосвязь W = Q ic , (3.16) здесь ic – передаточное отношение сил между приводом и конечной зажимной силой, приложенной к заготовке. Согласно приведенной выше схеме между приводом и конечной зажимной силой находятся два звена – клиновой и рычажный. Каждое звено имеет свое передаточное отношение сил. В результате общее передаточное отношение сил данного механизма можно выразить так ic = iклiрм , где (3.17) iкл – передаточное отношение сил клинового механизма; iрм – передаточное отношение сил рычажного механизма. В общем случае передаточное отношение сил приспособления в соответствии с ее кинематической схемой можно записать в виде 55 n i к = i 1 i 2 ……. i n = i j , j 1 (3.18) Передаточное отношение перемещений отношение перемещения точки приложения потребной силы зажима к соответствуюшему перемещению точки приложения исходной силы i =i ж ж1 i ж2 ……… i жn = i жj , (3.19) Типовые схемы механизмов для передачи сил и перемещений. Таблица 3.1 Теоретическая схема Передаточное отношение сил 1 2 iк = l1 l2 Передаточное отношение перемещений 3 l iж= 1 l2 Р l2 l1 i ж = tg iк = 1 tg ( ) tg P iк = l2 1 tg ( ) tg 1пр l1 L 56 Запас хода Sw= L(1 cos ) Продолжение таблицы 3.1 1 l2 2 l 1 i = 2tg ( ) l 2 l1 1 к 3 Запас хода Sw= 2 L(1 cos ) L L iк = l1 l 1 1 tg ( ) l 2 Запас ходаSw= 2 L(1 cos ) l2 3.5 Механизированные приводы Применяются тприводы: пневматические, гидравлические, электромагнитные, вакуумные и комбинированные. 3.5.1 Пневматические приводы. Пневмоприводы делятся на пневмоцилиндры, диафрагменные камеры. Пневмоцилиндры по принципу действия различаются одностороннего и двустороннего действия. На рисунке 3.9 представлена схема пневоцилиндра одностороннего действия. При рабочем движении штока сжатый воздух подается полость в полость А, а полость Б соединяется с атмосферой. Усилие на штоке определяется по формуле Q = Fpв q , F= где D 2 4 , F – площадь поршня; D – диаметр поршня; рв – давление воздуха в пневмосети; 57 (3.20) (3.21) q – сила сопротивления сжатой пружины; A Q Б D рв Рисунок 3.9 – Схема пневмоцилиндра – коэффициент полезного действия пневмоцилиндра, который учитывает потери на преодоление сил трения и утечки воздуха ( = 0,9 – 0,95). Если полость А соединяется с атмосферой, то шток под действием сжатой пружины перемещается в обратном направлении. На рисунке 3.10 представлена схема пневмоцилиндра двустороннего действия. Б А Q1 Q d Рв ра D Рисунок 3.10 – Пневмоцилиндр двудвустороннегодействия При подаче сжатого воздуха в полость А, полость Б при этом соединяется с атмосферой на штоке пневмоцилиндра возникает усилие Q= D 2 4 pв . (3.22) Если подать сжатый воздух в полость Б, а полость А соединить с атмосферой, то на штоке появится сила 58 Q1 = рв D 2 d 2 , 4 (3.23) где d – диаметр штока. Конструктивные разновидности пневмоцилиндров: 1) качающийся пневмоцилиндр 2) пневмоцилиндр с расходящимися поршнями Q Q 3) пневмоцилиндр со сдвоенными поршнями А А1 Б Б1 59 При подаче сжатого воздуха в полости А и А1 или Б и Б1 на штоке будет развиваться усилие Q=2 рв D 2 d 2 4 . (3.24) Вращающиеся пневмоцилиндры применяются для встраивания во вращающиеся шпиндели металлорежущих станков. К таким цилиндрам сжатый воздух подводится с помощью специальных воздухоподводящих муфт. Одним из показателей работы пневмоцилиндра является время его срабатывания Tср =t1 + t2 + t3 , (3.25) где t1 – время от момента открытия пневмокрана до начала рабочего хода поршня; t2 – время рабочего хода поршня; t3 – время нарастания давления в рабочей полости до манометрического. Уплотнения дпя пневмоцилиндров. Надежность работы пневмоцилиндров зависит от правильного выбора уплотнения между цилиндром и поршнем, цилиндром и крышкой, штоком и крышкой. Основное назначение уплотнения длительное предохранение соединений от утечки воздуха. Применяют следующие разновидности уплотнений: 1) угловые воротниковые уплотнения, изготавливаемые из кожи или полихлорвинила; 2) круглые кольца, изготавливаемые из резины; 3) манжеты воротниковые V – образные. 60 D d а) а) угловые воротниковые; воротниковые V – образные в) б) б) круглые кольца; в) манжеты Рисунок 3.11 – Виды уплотнений Пневмоцилиндры и гильзы изготавливают из сталей 45, 35 или из серого чугуна. Поршни изготавливают из стали 35, 45, алюминеевых сплавов или чугуна.. Для изготовления штоков используют стали 20Х, 40Х, 45 с термообработкой закалка до HRC 45 – 55. При уплотнении поршня с цилиндром резиновыми круглыми H7 h8 уплотнениями применяются посадки или . При применении f7 f8 H11 угловых или манжетных уплотнений используют посадки или d11 H12 . b12 Диафрагменные пневмоприводы. Диафрагменная камера состоит из двух штампованных чашек, которые разделены между собой диафрагмой. Диафрагму изготавливают из маслостойкой ткани, которая пропитана с двух сторон и пропитана маслостойкой резиной. Толщина диафрагм 4 – 10 мм. 61 A Pв d D Q Рисунок 3.12 – Диафрагменная камера Усилие Q, передаваемое диафрагменной камерой переменная по величине. В исходном положении диафрагм, усилие на штоке, при подаче сжатого воздуха в полость А, определяется по формуле Q= (D + d)2рв – q, 16 (3.26) где D, d – диаметр диафрагмы по месту защемления и диаметр пяты под шток; Рв – давление воздуха в пневосети; q – сила сопротивления пружины. Силу на штоке для плоских и тарельчатых диафрагм при перемещении штока на расстояние 0,3 D можно определить по формуле 0.75 Q= (D +d)2рв – q. (3.27) 16 Усилие для плоской резиновой диафрагмы в исходном положении Q = d2pв – q. (3.28) 4 Если шток переместился на 0,22D, то сила Q = 0,9 62 2 d pв – q. 4 (3.29) Чашки диафрагменных камер изготавливают из серого чугуна СЧ 21, стали 35 , алюминеевых сплавов АЛ9В, АЛ10 или пластмасс. Шток и пята изготавливаются из стали 35. Преимущества диафрагменной камеры по сравнению с пневмоцилиндрамиі: 1) простота конструкции; 2) дешевизна; 3) компактность привода по высоте. Недостаток диафрагменных камер – малый ход штока. 3.5.2 Вакуумные зажимы. Вакуумные зажимные устройства материализуют такую схему базирования 6 4 5 1,2 3 Рисунок 3.13 – Схема базирования вакуумным ратм - рқал зажимом D рқал А Рисунок 3.14 – Схема вакуумной камеры Из вакуумной камеры А отсасывается воздух специальным форвакуумным насосом. Остаточное давление будет противодействовать атмосферному давлению, поэтому атмосфера будет оказывать на деталь давление равное 63 р = ратм – рост , (3.30) где ратм – атмосферное давление, рост – остаточное давление в камере, әдеттеобычно рост = 0,01 – 0,015 МПа. Сила прижатия детали к установочной плоскости камеры Q = F(ратм – рост), (3.31) где F – полезная площадь установочной поверхности камеры F= D 2 4 , (3.32) здесь D – диаметр уплотнительного кольца. Существуют две схемы подсоединения вакуумных камер (рисунок 3.15). Vc 5 Б А 4 6 6 2 3 1 а) Рисунок 3.15, лист 1 – Схемы подсоединения вакуумных камер 64 Vc 5 Б А 6 4 6 3 V1 2 1 б) Рисунок 3.15, лист 2 Время закрепления определяется продолжительностью откачки воздуха из системы до требуемого вакуума. При непосредственном присоединении вакуумного насоса (рисунок 3.15 а) к приспособлению время равно V 1,033 pн t c ln мин , Qн р рн (3.33) мүнда Vc – объем системы, (вакуумной камеры), см3; Qн – производительность насоса, см3\мин; рн – минимальное давление ,развиваемое вакуум насосом, кгс\см2; р – требуемое давление в системе, кгс\см2 . Если насос подсоединен через промежуточный резервуар (рисунок 3.15 б), то давление в системе после поворота крана падает до требуемого уровня практически мгновенно, но давление в резервуаре должно быть меньше требуемого p(V Vc ) 1,033Vc 1 кгс/см2 ., V 1 здесь V1 – вместимость резервуара, см3. р1 = 65 (3.34) Схема изменения давления в резервуаре при непрерывной работе насоса приведена на рисунке 3.16. а а давление в р а1 в1 а1 р1 tоп время, сек Рисунок 3.16 – График изменения давления в резервуаре Точка а1 соответствует моменту подключения резервуара к вакуумной плите, а отрезок а1а характеризует уменьшение в нем вакуума. По линии ав происходит увеличение вакуума до конца обработки и перекрытия крана. По линии ва1 происходит дальнейшее увеличение вакуума в резервуаре до исходной величины. В точке в кран перекрывается. Расстояние а1в1 равно основному, а а1а1 оперативному времени на данную операцию. Расстояние между точками в1 и а1 соответствует времени на снятие обработанной и установку новой заготовки. Если считать это время малым по сравнению с основным, оперативное время приближенно можно рассчитать по формуле V Vc p pн ln tоп/ = 1 Qн p pн 1 мин. (3.35) Основное преимущество вакуумных зажимных устройств состоит в том, что они позволяют закреплять детали из разных материалов чугуна, стали, цветных металлов, пластмасс и других Недостатки вакуумных зажимов: 66 1) относительная сложность конструкции приспособления; 2) необходимость применения специальных вакуумных насосов; 3) малая величина усилия зажима. Используются вакуумные приспособления для установки и зажима тонких пластин и на чистовых операциях, при этом снимается небольшой припуск, следовательно, возникают малые по величине силы резания. 3.5.3 Пневматическая аппаратура для управления и подачи сжатого воздуха. Подготовка сжатого воздуха на машиностроительных заводах осуществляется на компрессорных станциях. Из компрессорных станций сжатый воздух по трубопроводам подается в цеховые магистральные пневмосети. Давление сжатого воздуха в цеховых пневмосетях 0,3 – 0.6 МПа. От магистральных цеховых пневмосетей осуществляется подача сжатого воздуха к рабочим местам. При этом перед подачей воздуха в рабочий цилиндр необходимо очистить его от механических примесей и влаги, насытить маслом для смазки трущихся частей, Для подготовки воздуха перед подачей в цилиндр и регулирования скорости движения механизмов приспособления используется аппаратура, которая серийно выпускается на заводах. Всю аппаратуру по служебному назначению можно подразделить на группы: 1) аппаратура для включения, реверсирования и выключения пневмодвигателей – одно, двух и многоходовые золотники с ручным и дистанционным управлением; 2) аппаратура для регулирования давления в рабочей полости пневмодвигателей – регуляторы давления (редукционный клапан); 3) аппаратура для управления скоростью движения пневмодвигателя - игольчатые или щелевые дроссели; 4) аппаратура для подготовки сжатого воздуха перед подачей в пневмоцилиндр или диафрагменную камеру: влагоотделители, с фильтром для очистки от влаги и технических примесей, маслораспылители для насыщения маслом. 67 кв ЭМ ЭМ КВ – конечный выключатель; ЭМ – электромагнит Рисунок 3.17 электрозолотником – Схема управления пневмоцилиндра С помощью электромагнитного золотника сжатый воздух подается в правую или левую полость цилиндра, при этом полость в которую сжатый воздух не подается, соединяется с атмосферой. 3.5.4 Гидроприводы. Гидроприводы близки и схожи по конструкции с пневмоприводами. Гидроприводы работают с использованием энергии сжатой жидкости. В основном в качестве гидроприводов в приспособлениях применяют гидроцилиндры. В качестве рабочей жидкости используются технические масла, например, индустриальное 12,20, 30, веретенное или турбинное масло. В гидроцилиндре давление выше, чем в пневмоцилиндре. Давление масла в гидроцилиндре 6 – 15 МПа. В качестве уплотнения в гидроцилиндрах применяют круглые резиновые кольца, так как они способны выдерживать высокие давления.. Для сжатия масла в гидросистемах станков используются пластинчатые, шестеренные, аксиально-поршневые и другие насосы. Гидроцилиндры по конструкции схожи с пневмоцилиндрами, поэтому усилия развиваемые гидроцилиндрами рассчитывают по тем же формулам, что и для пневмоцилиндров. Преимущества гидроцилиндров по сравнению с пневмоцилиндрами: 68 1) большее усилие на штоке способны развивать гидроцилиндры по сравнению с пневмоцилиндрами при одинаковых габаритных размерах; 2) плавность хода поршня гидроцилиндра и равномерность ее перемещения; 3) возможность бесступенчатого регулирования сил зажима и скорости движения поршня. Недостатки гидроприводов: 1) более высокая сложность изготовления гидроцилиндров по сравнению с пневмоцилиндрами; 2) необходимость применения индивидуальных гидростанций (при наличии гидросистемы для привода механизма подач или других органов станка, приспособление можно подсоединить к гидросистеме станка); 3) меньшее быстродействие гидроцилиндров по сравнению с пневмоцилиндрами. Конструкции и основные размеры гидроцилиндров регламентированы стандартами. 3.5.5 Комбинированные силовые устройства Комбинированные силовые устройства обычно выполняются как пневмогидравлические, механогидравлические, механопневматические. D1 2 3 D 4 5 1 d Q2 Q1 рв Рисунок 3.18 – Схема пневмогидравлического устройства Воздух подается в камеру 1 под давлением рв, поршень 2 перемещается и при этом шток 3 сжимает жидкость в камере 4, создавая давление рж, которое развивает на штоке поршня 5 силу Q2. 69 Давление жидкости можно определить из условия равновесия данной системы D12 d 2 . (3.36) рж pв 4 4 отсюда 2 D рж = рв 1 . d (3.37) Так как жидкость передает давление равномерно во все стороны, величину силы Q2 на штоке можно определить по формуле 2 2 D 2 D D D Q2 = рж (3.38) pв 1 Q 2 , 4 4 d 1 d Q1 = рв D12 4 , (3.39) где - коэффициент полезного действия, учитывающий утечки воэдуха и потери на трение, 0,8 - 0,9. Достоинства комбинированных устройств: 1) достаточно высокая надежность в работе; 2) простота и дешевизна конструкции; 3) достаточная универсальность. 3.5.6 Магнитные и электромагнитные зажимные устройства. В магнитных и электромагнитных силовых устройствах для зажима и закрепления деталей используется энергия магнитных и электромагнитных силовых полей. Магнитные и электромагнитные зажимные устройства изготавливаются в виде электромагнитных и магнитных плит, планшайб, призм и патронов. Принципиальная схема электромагнитной плиты приведена на рисунке 3.19. 70 6 4 5 1,2 3 а) тетік қақпақ түрқы Si б) а) схема базирования б) принципиальная схема Рисунок 3 19 – Схема электромагнитной плиты Магнитный поток замыкается через заготовку и корпус. В тех местах, в которых заготовка перекрывает полюсы электромагнита возникают прижимные усилия. Общую удерживающую силу можно определить по формуле Q = 4,06 B2S, 71 (3.40) где В – магнитная индукция полюса, для заготовки из стали В = 18,5 тл, для заготовки из чугуна В = 11 тл; S – суммарная площадь полюсов перекрываемых деталью, S = Si . Удерживающая заготовку сила зависит от материала детали – стальные заготовки удерживаются с большим усилием по сравнению с чугунными заготовками. Достоинства электромагнитных зажимных устройств: 1) относительная простота изготовления и эксплуатации; 2) достаточное быстродействие; 3) возможность закрепления одновременно нескольких деталей. Недостатки: 1) возможность закрепления заготовок только из ферромагнитных материалов; 2) возможность возникновения аварий при внезапном отключении электроэнергии; 3) наличие остаточного магнетизма, что требует введения дополнительных операций по размагничиванию заготовок после ее обработки. 4 Элементы приспособлений для направления инструмента и настройки технологической системы рабочего Для направления режущего инструмента используются такие устройства как, кондукторные втулки и копиры. Кондукторные втулки направляют режущий инструмент при обработке отверстий на сверлильных и расточных станках. На сверлильных станках применяют неподвижные кондукторные втулки, а на расточных станках вращающиеся втулки. 4. 1 Кондукторные втулки для сверлильных станков Кондукторные втулки для сверлильных станков предохраняют инструмент от увода и разбивки, обрабатываемого отверстия. 72 y Рисунок 4.1 – Увод сверла По конструкции кондукторные втулки бывают постоянные, сменные и быстросменные. H7 n6 H7 n6 Рисунок 4.2 – Кондукторные втулки Постоянные кондукторные втулки изготавливаются с буртом и без бурта. Они запрессовываются в кондукторную плиту. Конструкция и размеры кондукторных втулок стандартизованы. Сменные кондукторные втулки устанавливаются в кондукторную плиту через переходную втулку. 73 H7 h6 H7 n6 Рисунок 4.3 – Сменная кондукторная втулка Быстросменные кондукторные втулки применяются при многопереходной обработке отверстий. Например, при сверлении, зенкеровании и развертывании отверстия в условиях единичного и мелкосерийного производства. Установку в кондукторной плите быстросменных втулок производят через переходную втулку. H7 n6 H7 h6 Рисунок 4.4 – Быстросменная кондукторная втулка Внутренний диаметр кондукторной втулки обычно следует выполнять в системе вала, так как осевой инструмент (сверло, зенкер, 74 развертка) изготавливают в системе вала, по 6 – 7 квалитетам точности. Ттөлке 0 + 0 + Dк құр Т к құр - Рисунок 4.5 – Схема расположения полей допусков отверстия, втулки и режущего инструмента При выполнении сборочного чертежа сверлильного приспособления необходимо проставить диаметр отверстия кондукторной втулки, указав с «+»- ом верхнее и нижнее отклонения. При конструировании кондукторных втулок следует соблюдать следующие соотношения. Н – высота кондукторных втулок, Н = (1,5 – 2,0)Dсв . Расстояние от торца кондукторной втулки до поверхности обрабатываемой заготовки (зазор между деталью и втулкой) при сверлении для отвода стружки: - для чугунных заготовок е = (0,3 – 0,5)Dсв; - для стальных заготовок е = (0,5 – 1,0)Dсв Кондукторные втулки изготавливают из износостойких сталей, обеспечивающих достаточно большой срок их работы Таблица 4.1 Диаметр отверстия Марка стали Термообраб Твердость отка втулки До 25 мм Свыше У10А, У12А,9ХС 25 20, 20Х закалка HRC 60 - 65 цементация, закалка мм Применяются также твердосплавные кондукторные втулки. 75 4.2 Кондукторные плиты Установка неподвижных кондукторных втулок производится на кондукторные плиты. Различают кондукторные плиты следующих конструктивных разновидностей: жесткие, откидные, подвесные, накладные. Жесткие кондукторные плиты жестко прикрепляются к корпусу, обычно они штифтуются и приворачиваются болтами. Откидные кондукторные втулки могут поворачиваться относительно оси. Эти плиты имеют меньшую точность из-за наличия зазоров. а) плита б) стойка основ аание в) 4 5 1.2 3 а) жесткая; б) откидная; в) накладная Рисунок 4.6 – Типы кондукторных плит Подвесные кондукторные плиты применяются при сверлении многошпиндельными сверлильными головками одновременно несколько отверстий на вертикально-сверлильных или агрегатных станках. Кондукторная плита подвешивается к корпусу многошпиндельной головки и перемешается вместе с ней до упора в заготовку. Далее подача инструментов продолжается, а плита с помощью упоров зажимает заготовку. 76 . Рисунок 4.7 – Подвесная кондукторная плита Накладные кондукторные плиты базируются по поверхностям заготовки и накладываются на нее. Для базирования накладные кондукторные плиты могут иметь центрирующий поясок. Обычно они используются при обработке крупногабаритных и тяжелых деталей. Для установки плиты на деталь она имеет обычно две рукоятки Изготавливают кондукторные плиты обычно из серого чугуна, толщина 15 – 20 мм. Вращающиеся кондукторные втулки. Вращающиеся кондукторные втулки применяются на расточных станках для направления расточных оправок. Они устанавливаются на кондукторных плитах, на подшипниках качения или скольжения. Рисунок 4.8 – Вращающаяся кондукторная втулка 77 4.3 Высотные и угловые установы Высотные и угловые установы применяются на фрезерных и шлифовальных станках для координирования и настройки режущего инструмента по высоте или по координатным размерам в горизонтальной плоскости. а) сүңгіщке қалдырға нсаңылау y б) Lx x Ly а) высотный установ; б) угловой установ Рисунок 4.9 – Схема настройки технологической системы Размеры и конструкции высотных и угловых установов стандартизованы. Высотные и угловые установы изготаливаются из сталей 20, 20Х с цементацией и закалкой до HRC 55 – 60. 5 Общая оснастки методика проектирования технологической 5.1 Многовариантность процесса проектирования технологической оснастки. Проектирование технологической оснастки представляется как многовариантный процесс принятия технического решения, в котором нулевым уровенем является техническое задание. Техническое задание составляет инженер – технолог. Формы бланков технического задания могут быть стандартными и содержат необходимые для проектирования оснастки данные. К заданию прилагается операционный эскиз обрабатываемой заготовки с указанием технических требований, операционных и 78 габаритных размеров, точек базирования, применяемого оборудования и режущего инструмента, норм времени и требуемой производительности. Техническое задание следует составить на основе анализа технологической системы. Между технологической системой и проектируемой оснасткой существуют информационные связи. Деталь Габариты, размеры, материал и т.д. Станок Модель, параметры рабочей зоны Инструмент Рабочий Тип . размеры Антропаметрические и инженернопсихологические данные Приспособлен ие Тип, подъемная сила, движения Средствазагрузки Номенклатура деталей, подлежажих изготовлению Силы резания, точность и производител ь Операция Рабочее давление Силовые коммуникации Снабжение воздухом. Рисунок 5.1 – Схема информационных связей. Технологическая система и существующие в ней информационные связи образуют конкретные технические ограничения, которым должна удовлетворять проектируемая конструкция оснастки и которые должны учитываться при подготовке задания. На первом уровне проектирования после изучения технического задания конструктор определяет степень специализации приспособления. Существуют следующие основные виды специализации: 79 - универсальные приспособления; - групповые приспособления; - универсально-наладочные приспособления (унп); - универсально-сборные приспособления (усп); - специальные приспособления. Унив ерсал ьные группо вые УНП УСП Специа льные Конструкции устройств для базирования деталей ... ...... ........... ............. ....................... ........... ..... Конструкции зажимных элементов Тип привода Кинематическая схема приспособления Доработка конструкции приспособления Рисунок.5.2 – Граф вариантов конструктивных решений при проектировании приспособления Основными критериями выбора степени специализации приспособления являются тип производства и номенклатура, подлежащих изготовлению деталей. 80 На втором уровне проектирования приспособления осуществляется материализация схемы базирования детали. Критериями при выборе конструктивных элементов являются: точность; экономичность; степень унификации. Степень унификации оценивается коэффициентом унификации Кун = N ст , Nж (5.1) где Nст – число стандартных и нормализованных деталей; Nж – общее число деталей в конструкции.. На третьем этапе осуществляется материализация принятой схемы закрепления детали. При этом могут конкурировать несколько конструкций зажимных устройств, из которых выбирается наиболее экономичный, компактный и унифицированный вариант. На четвертом уровне определяют тип привода приспособления – пневматический, гидравлический, электрический, электромагнитный, комбинированный. Критерии для определения типа привода: потребные усилия зажима;вписываемость привода в рабочую зону станка; компактность привода; экономичность. На следующем этапе конструируется кинематическая схема для передачи сил и перемещений от привода к зажимным элементам. Критерии компактность и экономичность конструкции. Этап конструкторской доработки и конструированием корпуса приспособления завершается процесс проектирования приспособления. Критерии технологичность, экономичность и компактность конструкции приспособления. Общее число возможных конструктивных решений n (5.2) Г Гj, i1 где Гj – число решений на j-ом уровне ; n – число уровней принятия решений.. Таким образом, проектирование приспособления рассматривается как оптимизационная задача, когда из большого числа технически возможных вариантов необходимо выбрать оптимальный, рациональный вариант, который отвечает требованиям производства и является достаточно экономичным и эффективным. По сложившейся практике конструктор в процессе проектирования анализирует и сравнивает не более двух или трех вариантов 81 конструкции. Это связано с тем, что возможности человека, несмотря даже на большой опыт и конструкторскую практику, ограничен, поэтому он упускает какие – то возможные варианты технических решений. Встает задача генерирования технически возможных вариантов с последующим выбором оптимального варианта . Такая задача вполне осуществима в современных условиях с применением компьютерной техники. Целью проектирования технологической оснастки является получение совокупности конструкторских документов, необходимых для изготовления оснастки в цехе. Д – совокупность конструкторских документов n n Д = S , Ri i1, C,W1,W 2, Q j j1 , z,Tк , (5.3) мұнда S – сборочный чертеж технологической оснастки; С – спецификация конструкции; W1 – ведомость требуемых заготовок; W2 – ведомость покупных изделий; Ri – рабочие чертежи деталей; Z – ведомость производственных затрат; Тк – ведомость маршрутных технологических процессов; Qj – совокупность носителей программ для станков с числовым программным управлением. 5.2 Порядок оформления чертежа общего вида технологической оснастки 5.2.1 Общий вид приспособления принято выполнять в масштабе 1:1, так как этот масштаб дает наглядное представление о принятых конструкторских решениях. 5.2.2 Все чертежи, как сборочные, так и рабочие чертежи деталей должны выполняться в соответствии с требованиями Единой системы конструкторской документации (ЕСКД) и других стандартов, как государственных, так и международных. Критериями оценки качества выполнения чертежа общего вида технологической оснастки являются такие требования, которые дают возможность деталировки любой детали без дополнительных консультаций с проектантом и возможность сборки приспособления, т.е. ее осуществимость. Порядок оформления чертежа общего вида приспособления: 1) Вычертить контуры обрабатываемой детали, в зависимости от предполагаемой сложности конструкции, в одной, двух или трех проекциях. Проекции следует вычерчивать штрих-пунктирными линиями или синим карандашом на достаточном друг от друга расстоянии. 2) Вычертить установочные и базирующие элементы припособления в соответствии со схемой базирования детали. 82 3) Вычертить зажимные устройства приспособления в соответствии со схемой приложения сил зажима. 4) Вычертить устройства для направления, координирования и настройки режущего инструмента. 5) Вычертить вспомогательные устройства (устройства для повышения жесткости детали, делительные и поворотные устройства). 6) Вычертить рычажные устройства, соединяющие механизированные приводы с зажимными устройствами. 7) Вычертить приводы механизированных зажимных устройств. 8) Вычертить корпус приспособления. При этом необходимо учитывать, что корпус должен быть достаточно жестким и технологичным в изготовлении. 9) Штрих-пунктирными линиями вычертить место установки приспособления на столе станка и элементы для базирования и ориентации приспособления на столе станка. Такими элементами могут быть направляющие шпонки или пальцы при установке при установке приспособления на плоский стол с Т-образными пазами или необходимо предусмотреть на корпусе приспособления центрирующий поясок при установке приспособления на плоскость стола станка с центрирующим отверстием. 10) Вычертить необходимые разрезы и сечения и проставить размеры: - на сопрягаемых поверхностях проставить номинальные размеры с посадками или допусками; - на отверстиях кондукторных втулок проставляются диаметральные размеры с допусками; - указываются координирующие размеры кондукторных втулок с допусками на межцентровые расстояния, а также привязочный размер системы кондукторных втулок к базовым элементам с допуском; - проставляются габаритные размеры приспособления. На поле чертежа записывают технические требования, которые определяют точность положения базирующих и координирующих элементов приспособления, места нанесения антикоррозионных покрытий, места маркировки, цвет, марку и состав окрасочных материалов и другие требования. В конце составляется спецификация конструкции приспособления. Пример. На рисунке 5.3 показана последовательность вычерчивания чертежа общего вида приспособления для сверления отверстия. 83 Рисунок 5.3 84 5.3 Расчеты, выполняемые при конструировании приспособлений. При конструировании приспособлений необходимо выполнить ряд расчетов. Типовыми расчетами являются: -1) расчет погрешности базирования; 2) расчет потребных сил зажима, исходя из сил резания; 3) расчет и определение параметров силовых приводов; 4) проверочные расчеты на прочность, жесткость, износостойкость отдельных деталей и узлов; 5) для кондукторных втулок и плит проводится расчет номинальных размеров и отклонений отверстия втулок, расчет допусков на межцентровые расстояния втулок и допусков на координирующие размеры. 6) расчет технологических размерных цепей и определение технических условий на приспособление. 7) расчет экономической эффективности. 5.3.1 Определение технических условий на приспособление. При расчете приспособления на точность рассчитывают технологическую размерную цепь. Замыкающим звеном технологической размерной цепи является показатель качества детали, который необходимо достичь в процессе механической обработки, сборки или контроля на проектируемом приспособлении. Обычно это параметры, определяющие точность взаимного положения поверхностей соосность, непараллельность, неперпендикулярность и т.д. Например, неперпендикулярность обрабатываемых поверхностей относительно базирующих, размер между обрабатываемой и базирующей поверхностями. Исходя из допуска на замыкающее звено, расчетом определяется допуск на приспособление пр 2 i 2 , (5.4) здесь – допуск на соответствующий параметр точности обрабатываемой детали, i – допуски на составляющие звенья технологической размерной цепи, характеризующие геометрическую точность станка и инструмента. i на составляющие звенья Допуски выбираются по паспортным данным и соответствующим стандартам. Перечень стандартов «Нормы точности станков» приведены в справочнике 85 технолога машиностроителя. Точность изготовления мерных инструментов для обработки отверстий и фрез приведены в справочниках или на рабочих чертежах этих инструментов. Допустимые отклонения показателей точности приспособления указываются на сборочном чертеже в соответствии с ЕСКД. Здесь производятся специфические расчеты, присущие конкретным устройствам приспособлений. Например, расчет размеров ромбического пальца и возможность установки детали на два пальца и плоскость. Для кондукторных плит рассчитываются величины допусков на межцентровые расстояния кондукторных втулок и координирующие размеры. Таблица 5.1 – Показатели точности станков Тип станка Наименование показателя точности станка 1 2 ВертикальноНеперпендикулярность оси сверлильные вращения шпинделя к рабочей станки поверхности стола Агрегатные станки Величина показателя точности 3 0,04/150 мм при конусе Морзе до №2 0,06/150 мм при Радиальное биение оси конусе Морзе до конического отверстия у торца № 4 шпинделя 0,01/150 мм при конусе Морзе свыше № 4 0,015 до конуса Морзе № 3, 0,02 до конуса № 4, 0,0025 при конусе Морзе свыше № 4 Перпендикулярность оси 0,03/300 мм шпинделя к направляющим станины Параллельность оси шпинделя 0,03/300 мм к напрвляющим станины Перпендикулярность оси шпинделя к базовым 0,03/300 мм плоскостям приспособления Параллельность направляющих головки базовым плоскостям приспособления 0,05/100 мм 86 Продолжение таблицы 5.1 1 2 ГоризонтальноРадиальное расточные станки шпинделя 3 биение 0,02 при диаметре до 80 мм 0,02 при диаметре 80-125 мм 0,03 при диаметре 125-200 мм – 0,03 Непараллельность оси 0,025/5d при диаметре шпинделя к поверхности до 80 мм рабочего стола 0,03/5 d при диаметре 80 – 120 мм 0,04/5 d при d=125200 мм Фрезерные консольные Параллельность оси вращения горизонтального шпинделя к рабочей поверхности стола 0,02/150 мм 0,02/300 мм Показатели точности режущих инструментов можно определить по справочной литературе или рабочим чертежам. Пример. Произвести расчет на точность приспособление для фрезерования призматической детали. На рисунке 5.4 приведена схема фрезерования призматической детали цилиндрической фрезой. Ra 40 4 5 6 A 1,2 3 Рисунок 5.4 – Схема базирования Технологическая размерная цепь приведена на рисунке 5.5. Пример. = 0,03/150 мм, б = 0,02/150 мм, к = 0,02/150 мм. Здесь б – параллельность поверхности стола; 87 оси шпинделя к рабочей оси. к – параллельность образующей цилиндрической фрезы к ее Тогда а 0,0009 / 150 0,0008 / 150 0,01 / 150 мм. к б Р а Рисунок 5.5 – Технологическая размерная цепь фрезеровании плоской поверхности цилиндрической фрезой при 5.4 Расчет экономической эффективности Экономическая эффективнрсть приспособления определяется себестоимостью и ростом производительности труда за счет применения проектируемой конструкции. Применение приспособлений способствует повышению качества выпускаемой продукции, ее точности, повышению производительности труда, за счет сокращения операционного времени на операцию, Возможно сокращение как вспомогательного , так и основного времени на операцию. При этом возможно изменение и режимов резания. Вместе с тем применение приспособления может способствовать повышению 88 уровня безопасности выполняемых работ и культуры производства. Для расчета эффективности, проектируемой конструкции надо прежде определить ее себестоимость. Точная величина себестоимости определяют на основе калькуляции. Ориентировочно ее можно определить по формуле S = CТ (5.5) где S – стоимость проектируемой конструкции приспособления, С – коэффициент, зависящий от сложности приспособления. Для простых приспосчоблений С= 15, для приспособлений средней сложности С=30, для сложных приспособлений С = 45. Т – количество деталей в приспособлении. Экономическая эффективность определяется сравнением двух вариантов выполнения операции, на которой будет использоваться проектируемое приспособление Э = (С2 - С1)N где (5.6) С1, С2 – себестоимость сравниваемых вариантов . N –годовая программа выпуска деталей. . Себестоимость сравниваемых вариантов технологической операции можно подсчитать с учетом статей затрат по формуле р m 3 З тенге. 1 1 M O П И Сj = i j j j 100 j i1 j 1 (5.7) Приведенные затраты с учетом затрат на приспособление можно рассчитать по формуле Сj = Зj (1+ 1 3 100 Sj 1 q )+ , тенге, N A 100 (5.8) В этих формулах Мi – затраты на материалы, Зj –заработная плата станочника, 1 – процент начислений на социальные расходы, 3 – процент накладных расходов, Oj – амортизация оборудования, 89 Пj – амортизация приспособления, Иj – амортизация режущего инструмента, N – годовая программа, Sj – стоимость приспособления, А – срок амортизации приспособления в годах (простые – 1 жыл, для приспособлений средней сложности – 2 – 3 года, для сложных приспособлений – 4 – 5 лет), Q – процент расходов, связанных с содержанием и ремонтом приспособлений обычно около 20% от стоимости приспособления. 6 Расчет базирующих устройств. 6.1 Факторы влияющие на точность установки детали в приспособлении Из курса «Основы технологии машиностроения» известно, что погрешность обработки в общем случае определяется по следующей формуле об = уст + сн + дн , (6.1) где уст – погрешность установки обрабатываемой детали; сн –погрешность статической настройки технологической (станок-приспособление-инструментдеталь(СПИД)) системы; дн – погрешность динамической настройки технологической системы. Погрешность установки обрабатываемой детали зависит от уст = f( баз, зак, ор) , (6.2) где баз – погрешность базирования детали; зак – погрешность закрепления; ор – погрешность установки и ориентации приспособления относительно координатной системы станка. Погрешностью базирования называется разность предельных расстояний измерительной базы относительно установленного на размер инструмента. 90 В С Е В С А С А 0 Е 0 А Рисунок 6.1 – Схема определения погрешности базирования Погрешность базирования влияет на точность выполняемых размеров и не влияет на точность формы, но следует учитывать, что погрешность диаметральных размеров получаемых мерным инструментом (сверлом, зенкером, разверткой) не зависит от погрешности базирования. Погрешность закрепления называется разность между наибольшей и наименьшей величинами смещения измерительной базы на напрваление выполняемого размера в результате в результате приложения сил силового замыкания (зажима). Hmin Hmax Рисунок 6.2 – Схема определения погрешности закрепления В общем случае погрешность закрепления определяется по формуле закр = (Hmax - Hmyn) cos , (6.3) 91 где – угол между направлением выполняемого размера и направлением смещения измерительной базы. Смещения заготовок происходят в результате деформации заготовки, установочных элементов, корпуса приспособления. Наибольшее влияние оказывают на погрешность закрепления контактные деформации в стыке заготовка - установочные элементы. В общем случае, эависимость контактных деформаций определяется формулой y = CQn , (6.4) где Q – сила закрепления, С – коэффициент, характеризующий вид контакта (сфера, рифления, гладкая опора), n – показатель, n < 1. Погрешность закрепления влияет на точность выполняемых размеров, но не влияет на точность диаметрального размера и на точность формы. Погрешность положения заготовки относительно координатной системы станка порождается неточностью приспособления и определяется ошибками изготовления и сборки установочных элементов, их прогрессирующим износом, ошибками установки и фиксации приспособления. Все эти факторы являются случайными величинами, подчиняющимися закону нормального распределения, поэтому погрешность ориентации приспособления определяется по формуле уст 2 из2 с 2 (6.5) уст – характеризует неточность положения установочных элементов приспособления и играет роль постоянного систематически действующего фактора. При использовании одного приспособления действие фактора можно устранить частично или полностью настройкой станка. При использовании же нескольких одинаковых приспособлений (приспособлений - спутников) эта величина не компенсируется настройкой станка и поэтому должна учитываться при расчете погрешностей уст = 0,005 – 0,01 мм. 92 из – характеризует изменение положения контактных поверхностей установочных элементов приспособления в результате их износа и оно представляет собой постоянно действующий систематический фактор, изменяющийся по определенному закону U= N , (6.6) где – коэффициент, зависящий от вида опор и условий контакта. Например, для опор со сферической головкой = 0,5 – 2,0, для призм = 0,3 – 0,8, для опорных пластинок = 0,2 – 0,4. N – количество контактов заготовки с опорой. Износ контролируется при плановой проверке приспособления, Если износ достиг предельно допустимого значения, приспособление подвергается ремонту. с – характеризует погрешность установки приспособления на станке. Такая погрешность возникает в результате смещения и перекосов корпуса приспособления на столе станка. В условиях массового производства, если одно приспособление используется длительное время, то данную погрешность можно частично или полностью устранить за счет выверки и настройки станка. В серийном и единичном производстве, а также на автоматической линии с приспособлениями – спутниками такая погрешность превращается в систематический случайный фактор, который не описывается каким-либо законом. Смещения и перекосы приспособления уменьшают применением направляющих элементов (направляющих шпонок или пальцев для Т-образных пазов стола, центрирующие пояски). При правильной установке приспособления погрешность можно уменьшить до 0,01 0,02 мм. 6.2 Расчет погрешностей базирования для типовых схем базирования Базирование по трем плоскостям. 93 А В1 А1 4,5 6 H В 1,2 3 L Рисунок 6.3 – Базирование по плоскостям плосплоскостям Например, обрабатывается отверстие, диаметр обрабатываемого отверстия d, тогда d инс . Поверхности, ограничивающие размеры L и H, обработаны с допусками L и H , поэтому A 0, А1 А L = L , B 0, B B H H . 1 Базирование по внутренней цилиндрической поверхности и торцу. Втулки, зубчатые колеса и шестерни, фланцы своими отверстиями устанавливаются на оправки. Возможны при этом два вида соединения отверстия детали с оправкой с натягом или с зазором. Соединение с натягом. 6 наружная ось 5 D 1,2 А 3,4 ось отверстия Н Рисунок 6.4 – Схема базирования втулки на опрвку с натягом 94 При установке отверстия втулки на оправку с натягом несоосность оси оправки и оси отверстия А 0 , поэтому несоосность оси наружного диаметра D с осью отверстия будет равна нулю. Погрешность диаметра D равна погрешности технологической системы (станок – приспособление – инструмент – деталь СПИД) D спид . В соответствии с принципом единства и постоянства баз погрешность размера Н равна Н 0 . Соединение с зазором. При таком соединении отверстия втулки с оправкой между ними возникает несоосность, поэтому между обработаноой поверхностью с диаметром D и отверстием детали будет радиальное биение. Схема базирования втулки на оправку с зазором приведена на рисунке 6.5. 6 5 наружная ось 1, 2 4 ось отверстия 3 А2 А ор 2е ось оправки А1 е Рисунок 6.5 – Схема базирования втулки на оправку с зазором Величина радиального биения равна максимальному зазору ор S max S TDотв TDопр , min 95 (6.7) где Smin – гарантированный минимальный зазор между отверстием детали и поверхностью оправки; TDотв – допуск на диаметр базового отверстия; TDопр – допуск на диаметр посадочной поверхности оправки. Все составляющие погрешности базирования подчиняются нормальному закону распределения случайных величин. 6 При таком распределении крайние значения встречаются редко, поэтому определение погрешности базирования по максимальному зазору приводит к завышенным значениям. Реальную погрешность базирования можно определить по формуле ор а( S max S min TDntc TD қб), (6.8) где величину а коэффициента можно определить с учетом вероятности наступления следующих четырех событий: 1) вероятностью попадания отклонения диаметра базового отверстия в отрезок ( аTD TD ); 2) вероятностью попадания отклонения диаметра рабочей поверхности оправки в отрезок ( аTDотв TDопр ); 3) вероятностью попадания эксцентриситета установочной пары в отрезок отв опр TDтес TD б TDтес TD б S min а 2 2 S min (6.9) 4) вероятностью того, что смещение оси отверстия относительно оси оправки образует с направлением, выдерживаемого 96 отверстия такой угол, что проекция смещения на направление выдерживаемого размера окажется больше, чем а( TDотв TDопр 2 ). Вероятность первых двух событий равна p1 = p2 = 1 - 1 3а 2 e t2 2 dt , t = 0 x Вероятность наступления третьего события p3 = 1 - a 2 . . (6.10) (6.11) Вероятность наступления четвертого события p4 = arccjsa . (6.12) Если задаться некоторым коэффициентом риска = 0,0037, то из условия, что общая вероятность наступления любого события p = p1p2p3p4 = 0,0037, следует a = 0,517. 6.3 Базирование в призмах по наружной цилиндрической поверхности В призмах базируются валы. Например, фрезеруется лыска на валу. h2 h1 h3 Рисунок 6.6 – Варианты задания размера на валу Конструктор может задать размер лыски на чертеже вала тремя способами (рисунок 6.6). Определим погрешности этих размеров. 97 B1 h1 Dmax B2 h1 о1 о2 С1 H С2 Dmin А Рисунок 6.7 – Схема образования погрешностей размеров при базировании в призме Погрешность размера h1 можно определить по формуле h1 = h1 h1 = АВ1 – АВ2 , АВ1 = АО1 + О1В1.. Отрезок АО1 определим из треугольника АО1С1 АО1 = Отрезок АВ1 = Dmax . 2 sin 2 Dmax 2 sin (6.13) + Dmax . 2 (6.14) 2 Аналогично АВ2 АВ2 = Dmin 2 sin Dmin . 2 (6.15) 2 Таким образом D D D D TD 1 1 h1 max max min min = 2 2 2 2 sin 2 sin sin 2 2 2 Аналогично можно получить 98 . (6.16) TD h2 2 sin , (6.17) 2 1 TD h3 1 . 2 sin 2 (6.18) Из анализа выражений следуют следующие выводы: 1) наибольшая погрешность получается на размере h1, а наименьшая на размере h3; 2) угол изменяется от 0 до 180 , наиболее благоприятным является тот случай, когда 90 , так как в этом случае все размеры имеют минимальную погрешность; 3) 180 призма вырождается в плоскость. При переходе призмы в плоскость погрешности размеров h1 TD, h2 0,5TD, h3 0 . h2 h1 h3 Рисунок 6.8 – Установка вала на плоскость 6.4 Базирование валов в центрах Валы базируются в центрах двух типов жестких и плавающих. Базирование валов в жестких центрах. 99 f 1,2 3,4 К lц L3 L2 L1 L Рисунок 6.9 – Схема базирования вала в жестких центрах Погрешности линейных размеров вала L1 K lц L. . K 0, lц lц , L L , L1 lц L . L2 K f , K 0 , f 0 , поэтому L2 0 . L 3 f l ц f 0 , lц = lц поэтому L3 lц . Базирование валов в плавающих центрах. 1,2 3,4 К L3 L2 L1 L Рисунок 6.10 – Базирование вала в плавающем центре Погрешности осевых размеров. 100 L1 K L , K 0 , L L , L1 L . L3 0 . L2 K L3 =0. Сравнив погрешности линейных размеров, получаемых при базировании вала в жестких и плавающих центрах можно сделать следующий вывод, при жестких допусках на линейные размеры вала его следует базировать в плавающих центрах. 6.5 Базирование на плоскость и два отверстия На плоскость и два отверстия обычно базируются корпусные детали. При базировании на плоскость и два перпендикулярно расположенные к ней отверстия следует различать погрешности базирования относительно координатных осей x и y. Погрешность базирования детали относительно оси x определяется величиной ее смещения по отношению к цилиндрическому пальцу. y x ор 2е Рисунок 6.11 – Базирование на два пальца Величина смещения определяется зазором между отверстием заготовки и пальцем базx a TDотв TDцилпал S , (6.19) min где TDотв – допуск на диаметр базового отверстия детали под цилиндрический палец; TDцил пал – допуск на диаметр цилиндрического пальца; Smin – минимальный гарантированный зазор. Погрешность размера по оси y возникает в результате поворота детали относительно общей оси базирующих пальцев. При этом возможны два случая: обрабатываемая поверхность находится между пальцами или вне пальцев. 101 Обрабатываемая поверхность расположена между пальцами. y Y x x D1 D2 L Рисунок 6.12 – Схема образования погрешности базирования Допустим, что диаметр D2 больше диаметра D1 . Тогда выделенный четырехугольник будет представлять собой трапецию. Данная трапеция является эпюрой погрешностей по оси y. В d a С b x c L базy Рисунок 6.13 – Эпюра погрешностей по оси y.. базy = ab + 2BC = 102 базx 2 BC (6.20) BC = x tg tg = базу базx (6.22) 2L arctg или (6.21) базy базx 2L . (6.23) На основании этих равенств формула для расчета погрешности базирования по оси y x базу базx базотвром базотвцил , (6.24) L где базотвром ромбическом пальце; – погрешность базирования отверстия на базотвцил – погрешность базирования отверстия на цилиндрическом пальце. Обрабатываемая поверхность расположена вне пальцев. р p y x xp L Lx Рисунок 6.14 – Схема образования погрешности базирования. 103 При расположении обрабатываемой поверхности вне пальцев погрешности выдерживаемых размеров по оси y зависят от угла поворота детали р и расстояния Lx базy 2 Lx sin р . По рисунку 6.14 sin р 2 базцилпал базромпал 2L xp = f , базцилпал базромпал , Lx = x +xp , . Из подобия треугольников следует L xр xр базромпал базцилпал . Следовательно L xp = базципал . базцилпал базромпал Произведя подстановки и преобразования, получится базу x базромпал базцилпал L базцилпал . При базировании на цилиндрический разжимной палец или на оправку, при определении погрешностей базирования по полученным формулам следует считать, что 0 , аналогично при базцилпал базировании на разжимной ромбический палец 0. базромпал Базирование на цилиндрический палец и в призму. 104 y Рисунок 6.15 – Базирование на цилиндрический палец и в призму При такой схеме базирования для определения погрешностей по ранее полученным формулам, следует считать, что базромпал 0 . При установке детали по наружным цилиндрическим поверхностям, где две подвижные призмы, для определения погрешностей базирования по полученным формулам следует считать, что 0 и 0 , так как эпюра базромпал базцилпал погрешностей на рисунке 6 15 преобразуется в прямую линию. 6.6 Определение числа дополнительных опор. При недостаточной жесткости обрабатываемой детали возникает ее деформация под действием сил резания. Для повышения жесткости используют дополнительные опоры. Их число определяется из условия, что величина деформации (у) должна быть меньше допуска на погрешность формы детали у 105 формы P y lқ l Рисунок 6.16 – Схема расчета числа дополнительных опор Деформация детали рассчитывается по формуле y= Pl 3 . 48 EI Расстояние между опорами равно lқ = 3 48 EI формы , P а число опор m= l l , K где l – расстояние между основными опорами, Е – модуль упругости материала обрабатываемой детали, I – момент инерции детали, Р – сила резания, – допустимая погрешность формы, фор m – число опор. 6.7 Методика расчета сил закрепления детали. При расчете сил зажима детали составляется расчетная схема, в которой точки базирования заменяются реакциями опор с приложением сил закрепления, в виде стрелок с буквенными обозначениями сил. Для уменьшения деформаций силы зажима по возможности следует прикладывать против базовых точек. Расчетная 106 величина силы зажима определяется из условия, что заготовка находится в состоянии статического равновесия под действием приложенных сил (силы резания, трения, зажима и т.д.) где Px 0, Py 0 , Pz 0 Mx 0, M y 0, M z 0 Px – силы, действующие вдоль оси x; Py – силы, действующие вдоль оси y; Pz – силы действующие по направлению оси z; M x моменты, действующие относительно оси x; M y – моменты, действующие относительно оси y; M z – моменты, действующие относительно оси z. На основе этих равенств определяется расчетное усилие зажима детали Р расч . Необходимое усилие зажима детали определяется по соотношению Рпотр К Р расч , где К – коэффициент запаса. Коэффициент запаса К = К 0 К1 К 2 К 3 К 4 К 5 К 6 , где к 0 – коэффициент гарантированного запаса, во всех случаях к 0 = 1,5. Коэффициент к 1 учитывает наличие случайных неровностей на черновых заготовках. При черновой обработке к1 = 1,2 , при чистовой и отделочной обработке к1 = 1,0. Коэффициент к 2 учитывает увеличение сил резания от прогрессирующего затупления режущего инструмента. Значения коэффициента к 2 приведены в таблице 7. 107 Таблица 6.1 – Коэффициент К 2 Метод обработки Компоненты сил резания Сверление Крутящий момент Осевая сила Предварительное Крутящий (по корке) момент зенкерование Осевая сила Чистовое зенкерование Крутящий момент Осевая сила Предварительное точение к растачиванию Рz Коэффициент Примечание К2 1,15 Для чугуна 1,0 1,2 1,2 1,2 1,2 Py Px Чистовое точение Рz и растачивание Py Px Цилиндрическое предварительное и чистовое фрезерование Торцевое предварительное и чистовое фрезерование Шлифование Протягивание . Окружная сила 1,0 1,0 1,4 1,2 1,6 1,25 1,0 1,05 1,05 1,4 1,0 1,3 1,6-1,8 1,2-1,4 Тангенциальная сила 1,6-1,8 1,2-1,4 Окружная сила Сила протягивания 1,15-1,2 1,5 108 Для чугуна при износе по задней поверхности 1,5мм Для чугуна при износе задней поверхности 0,70,8мм Для стали Для чугуна Для стали Для чугуна Для стали Для чугуна Для стали Для чугуна Для стали Для чугуна Для стали Для чугуна Для вязких сталей Для твердых сталей и чугуна Для вязких сталей Для твердых сталей и чугуна При износе по задней поверхности до 0,5мм Коэффициент к 3 учитывает увеличение сил резания при прерывистом резании. При точении и торцовом фрезеровании к 3 = 1,2, в остальных случаях к 3 =1,0. Коэффициент к 4 характеризует зажимное устройство с точки зрения постоянства развиваемых сил. Для ручных зажимов к 4 = 1,3, а для пневмо, гидро и других зажимов прямого действия к 4 = 1,0. Если допуск и размер заготовки влияет на силу зажима, что имеет место при использовании диафрагменных камер и мембранных патронов, к 4 = 1,2. Коэффициент к 5 учитывает удобство расположения рукоятки в ручных зажимных устройствах. При удобном положении рукоятки и малом диапазоне угла ее поворота к 5 = 1,0. При большом диапазоне угла поворота рукоятки (более 90 ) к 5 = 1,2. Коэффицициент к 6 учитывается только при наличии моментов, стремящихся повернуть заготовку. Если заготовка установлена на планки или другие элементы с большой поверхностью контакта к 6 = 1,5. Например, в цилиндрической заготовке сверлится отверстие. Требуется найти расчетную силу зажима. Схема базирования, приведенная на рисунке 6.17, материализуется тремя опорами и призмой. Угол призмы . Составляется схема действия сил в трех плоскостях (рисунок 6.18). Из схемы следует, действие сил относительно осей 6 1,2 4 3 5 Р бекіту Рисунок 6.17 – Схема базирования цилиндрической детали 109 x и y не вызывает перемещения заготовки в процессе резания. Z Q Р ос P ос Q Y N X T1 S R r T2 Рзажима Рисунок 6.18 – Схема действующих сил. Поэтому два уравнения относительно оси z достаточно описывают состояние статического равновесия заготовки M z M 2SR T2 R 3T1R 0 Pz 3Q Pос , отсюда 1 Q= Рос . 3 В этих формулах S, T 1 , Т 2 - силы трения Т1 = Q f 1 = T 2 = Pз f 2 , S = N f3. 1 P f , 3 ос 1 110 Силу N можно определить как реакцию силы зажима Рз N= Рз 2 sin или S= Рз f 2 sin , 2 3 . 2 Подставив полученные выражения в исходное уравнение, получим Рз= M Pос f r 1 Рос ( f f / sin ) 2 3 2 . Приняв коэффициент запаса к = к 0 к 1 к 2 = 2.1, отсюда потребная для закрепления заготовки сила зажима будет равна Рпотр = 2,1 Рз . Расчет сил для закрепления заготовки можно производить по одной из типовых расчетных схем. В этом случае в зависимости от конструкции приспособления и схемы действия сил подбирается типовая расчетная схема. Рассмотрим четыре типовых случая: 1) сила зажима W и сила резания Р имеют одинаковое направление и действуют на опору. Р W Сила зажима в этом случае минимальная; 2) сила зажима W и сила резания Р действуют навстречу друг другу 111 Р W = KP 3) сила зажима W и сила резания Р действуют перпеникулярно. В этом случае заготовка удерживается от смещения под действием силы резания силами трения, возникающими на опорах и в точке зажима. W F1үйк P F2үйк Отсюда Wf1 + Wf2 = KP , тогда KP . f f 1 2 4) заготовка обрабатывается в трехкулачковом патроне. На заготовку действуют осевая сила резания Р и момент резания Мрез . W W R P В этом случае уравнение равновесия 112 WсумfR = KMрез, отсюда Wсум = КМ рез ; сонда fR W= Wсум , z в этих формулах Мрез – момент резания, Wсум – суммарная сила зажима всеми кулачками; W – сила зажима одним кулачком; z – число кулачков в патроне; R – радиус заготовки; К – коэффициент запаса; F – коэффициент трения. Расчитанное значение суммарной силы зажима кулачков Wсум проверяется на отсутствие сдвига заготовки под действием осевой силы резания Р Wсум f KP , KP отсюда Wсум . f 6.8 Методика расчета координирования инструмента Координирование инструмента применяется в тех случаях, когда точность заданных размеров не обеспечивается другими способами. Существуют три вида координирования инструмента: 1) по расстоянию, применяется на фрезерных и токарных многорезцовых станках; 2) по расстоянию и направлению, используется на сверлильных и расточных станках; 3) по направлению, применяется при получении сложной траектории, используются в виде копиров на копировальных станках. Координирование по расстоянию. При координировании торцовых фрез, режущие кромки инструмента подводятся к поверхности высотного установа, при этом оставляется зазор под щуп. Величина зазора 2 – 3 мм. 113 Асн Рисунок 6.19 – Координирование по расстоянию Для изготовления установа применяют сталь 20Х. Термообработка цементация на глубину 0,8 – 1,2 мм и закалка до HRC 55 – 60. Для настройки инструмента по плоскости по двум координатам используются угловые установы. Для обработки прямолинейных ступенчатых поверхностей применяют стальные шаблоны-габариты. 6.9 Разработка схемы координирования инструмента по расстоянию и направлению Основой для разработки схемы координирования инструмента является эскиз детали с координирующими размерами и схемой базирования. 114 А7 А А8 3 А1 1 А6 А5 А4 А3 2 А2 Рисунок 6.20 – Размерные цепи подвесной кондукторной плиты При проектировании такого приспособления вычерчиваются: - контур детали; - установочные и базирующие устройства, - устройства для направления и координирования инструментов. На рисунке 6.20 показаны размерные цепи приспособления, которые определяют точность координирования инструментов по расстоянию и относительным поворотам. Здесь А3 и А7 координирующие размеры. Они должны проставляться на чертеже детали. Допуск размера А1 определяется величиной выбранной посадки. Допуск ТА2 зависит от точности изготовления центрирующего пояска. 115 Допуск ТА3 определяется точностью изготовления корпуса приспособления. Допуск ТА4 зависит от величины зазора по выбранной посадке. Допуск ТА5 зависит от точности изготовления скалки для направления плиты. Допуск ТА6 определяется точностью назначенной посадки. ТА7 допуск на координирующий размер приспособления плиты, который расчитывыается по одному из пяти методов достижения точности размерной цепи. ТА8 определяется величиной зазора между сверлом и кондукторной втулкой. определяет координирование обработанной поверхности по направлению, т.е. относительный поворот. В данном случае перпендикулярность просверленного отверстия к установочной базовой плоскости детали, на этот параметр оказывают влияние относительные повороты 1 , 2 и . Они также рассчитываются 3 Размерные цепи для других видов кондукторных плит приведены на рисунке 6.21. А2 А1 А1 А А Рисунок 6.21 – Размерные цепи кондукторных плит 7 Переналаживаемые приспособления Переналаживаемые приспособления используются в мелкосерийном и среднесерийном производстве, которым свойственно выпуск и изготовление схожих по конструкции , отличающихся своими размерами изделий и деталей, партиями. Поэтому приспособление, как в целом и все оборудование, должно быть достаточно мобильным, т.е. быстро переналаживаемым на выпуск другой детали. 116 Такие приспособления можно разделить на три вида: - групповые; - переналаживаемые (обратимые); - универсально-сборные. Групповые или комбинированные приспособления применяются на станках для групповой обработки деталей. Эти приспособления используются для механической обработки деталей различных типоразмеров. Например, приспособление для сверления отверстия на деталях типа колец. Рисунок 7.1 – Групповое приспособление 117 7.1 Переналаживаемые (обратимые) приспособления Приспособления этого вида допускают быструю и многократную переналадку и применяются в условиях серийного производства. Существуют две системы переналаживаемых приспособлений: универсально-наладочные приспособления (УНП) и универсально-сборные приспособления (УСП). Универсально-наладочные приспособления состоят из постоянной базовой части (обычно универсальное нормализованное приспособление) и сменных наладок (сменные базирующие устройства для конкретной детали). Например, машинные тиски можно использовать как постоянную базовую часть для обработки торцовых поверхностей 1 и 2 плоской детали 1 2 1 ауыспалы баптау 2 ауыспалы баптау Рисунок 7.2 – Универсально-наладочное приспособление В качестве нормализованных приспособлений, на базе которых собираются УНП, используются машинные тиски, скальчатые кондукторы, патроны со сменными кулачками и т.д. 118 В постоянную или базовую часть обычно входят: 1) корпус с силовым приводом; 2) элементы для базирования и закрепления сменных наладок (плиты, установочные гильзы и т.д.); 3) зажимной механизм. Сменная наладка состоит из установочных, для базирования очередной обрабатываемой детали, элементов и проектируется в соответствии с формами и размерами этой детали. В зависимости от конструкции приспособления и конструкции обрабатываемых деталей переналадка может осуществляться: 1) перемещением установочных элементов; 2) перемещением или перезакреплением установочных элементов; 3) полной или частичной заменой и перемещением установочных элементов; 4) комбинированной заменой, перемещением и перезакреплением. Первые два способа используются для деталей, имеющих подобные по геометрической форме, но различные по размерам базовые поверхности. Вторые два способа используются для деталей, отличающихся по форме и размерам. Применение УНП позволяет сократить издержки и сроки подготовки производства. Сменные детали и узлы УНП обычно следует хранить на рабочем месте у станка на стеллажах. 7.2 Система универсально-сборных приспособлений (УСП) Система УСП разработана инженерами Кузнецовым В.С. и Пономаревым В.А в 1947 г. Сущность этой системы состоит в том, что имеется набор нормализованных деталей и узлов, из которых производить сборку различных приспособлений. Собранное приспособление является одноцелевым, т.е. оно предназначено для базирования конкретно одной детали и может использоваться на определенной только операции механической обработки или сборки После использования приспособление разбирают, а детали и узлы сдают на склад. Комплект элементов УСП может состоять из 25 – 30 тысяч деталей и позволяет одновременно собирать до 300 приспособлений. Для организации эксплуатации УСП на заводе можно организовать участок или центральный прокатный пункт. Детали основного набора разбиваются по служебному назначению: 119 1) основой комплекта УСП являются базовые детали, имеющие Т-образные пазы. Они служат базой для других деталей и узлов; 2) корпусные и опорные элементы (призмы, угольники, подкладки); 3) установочные детали (шпонки, пальцы, переходные втулки); 4) направляющие детали (кондукторные втулки, планки, колонки); 5) крепежные детали (винты, болты, гайки, шайбы, шпильки). 6) прижимные детали (прихваты различных типов). 7) неразборные узлы: регулируемые опоры, зажимы, делительные устройства и др. Пазы в базовых и корпусных деталях выполняют по 6 – 7 квалитетам точности с шагом 600,05 мм. Неперпендикулярность и непараллельность пазов не более 0,01 мм на длине 200 мм. Корпусные и опорные детали изготавливают по 6 – 7 квалитетам точности и их опорные поверхности шлифуют до Ra 0,32 – 0,16 мкм, иенее ответственные детали могут изготавливаться по 8 квалитету точности. Некоторые детали УСП на рисунке 7.3. 120 Рисунок 7.3 – Детали УСП Через Т – образные пазы детали системы УСП соединяются между собой винтами, болтами, гайками. Пазы выполняют шириной 12 мм, а также 8 и 16 мм. 121 Рисунок 7.4 – Приспособление УСП для фрезерования паза на валу Например, на рисунке 7.4 показан чертеж приспособления для фрезерования шпоночного паза на валу, собрано из деталей УСП. Вал устанавливается на призмах и прижимается винтовым зажимом. Все элементы приспособления установлены на плите, которое также сборное. Детали приспособлений из УСП подвергаются многократной и частой разборке и сборке, поэтому они должны обладать износостойкостью, прочностью длительное время. Базовые детали изготавливают из стали 12ХНА, термообработка цементация и закалка до HRC 60-64. Крепежные детали изготавливают из стали 38ХА, термообработка закалка и отпуск до HRC 40-45. Установочные и направляющие детали изготавливают из сталей марок У8А и У10А с закалкой до HRC 50-55. Остальные детали изготавливают из стали 45 (прихваты) и стали 20 (шайбы). Преимущества приспособлений системы УСП: 1) применение УСП позволяет сокращать циклы подготовки производства и изготовления оснастки. Сборка одного приспособления составляет 2,5 – 6 часов в зависимости от сложности; 122 2) достигается сокращение расходов металла на изготовление технологической оснастки, высвобождает труд рабочих и конструкторов; 3) срок окупаемости деталей УСП 2 – 3 года, срок эксплуатации 15 – 20 лет. Недостатки УСП: 1) пониженная жесткость из-за наличия большого количества стыков; 2) отсутствие в комплекте быстродействующих универсальных приводов; 3) высокие требования к точности и шероховатости поверхностей деталей обуславливает высокую первоначальную стоимость комплекта. 8 Основы конструирования сборочных приспособлений. Сборка машин и их узлов осуществляется с применением сборочных приспособлений, которые в отличие от сборочного инструмента и оборудования, непосредственно выполняющих требуемые соединения, служат для правильной установки и закрепления собираемых деталей или узлов. По степени специализации они подразделяются на универсальные и специальные. Универсальные сборочные приспособления применяются в мелкосерийном и единичном производстве. К ним относятся плиты, сборочные блоки, призмы и угольники, домкраты, струбцины и другие вспомогательные детали и устройства. Специальные сборочные приспособления применяются в крупносерийном и массовом производстве и служат для выполнения специальных сборочных операций. В зависимости от служебного назначения сборочные приспособления подразделяются на следующие четыре основные группы: 1) приспособления – зажимы, которые служат для закрепления собираемых изделий, узлов или деталей в требуемом положении, а также для придания устойчивости собираемому узлу и облегчения сборки; 2) установочные приспособления, предназначены для ориентации и точной установки собираемых деталей или узлов относительно друг друга и позволяют обеспечить требуемые монтажные размеры; 123 3) рабочие приспособления используются для выполнения операций технологического процесса сборки, например, запрессовки, постановки и снятие ступиц, шайб и др.; 4) контрольные приспособления служат для контроля параметров качества собранных изделий, получающихся при сборке. Основные требования, предъявляемые к сборочным приспособлениям: 1) конструкция сборочного приспособления должна обеспечить точность установки деталей или узлов; 2) конструкция сборочного приспособления должна обеспечить удобное расположение собираемого объекта и простоту закрепления; 3) конструкция сборочного приспособления должна обеспечить возможность снятия собранного объекта после сборки; 4) конструкция приспособления должна обеспечивать безопасность выполняемых работ. 8.1 Особенности расчета сборочных приспособлений. Точность сборки узла зависит от вида сопряжения собираемых деталей, точности их изготовления, метода базирования и точности приспособления. Решение задачи достижения требуемой точности сборки производится на основе расчета размерной цепи системы приспособление - сопрягаемые детали или узлы. Наибольшая точность сборки получится в том, случае, если сопрягаемые детали ориентируются друг относительно друга по центрирующим элементам без зазора. При отсутствии центрирующих элементов сборку осуществляют, совмещая установочные поверхности сопрягаемых деталей с теми поверхностями, по которым будут вестись измерения заданных размеров, т.е. установочные и измерительные базы должны совпадать. Например. 124 А Сборочные и измерительные базы совпадают А 0 A Базы не совпадают A l1 l 2 l3 l1 l2 l3 Рисунок 8.1 – Размерные цепи сборочных приспособлений Например, необходимо собрать ряд деталей и зафиксировать их положение, выдержав размер А . Сборка осуществляется на приспособлении с призмами (рисунок 8.2). 125 А1 А2 А А4 А5 А3 А6 Рисунок 8.2 – Схема сборочной размерной цепи Если допуск на замыкающее звено ТА известен, то согласно теории размерных цепей можно написать ТА = ТА1 + ТА2 + ТА3 + ТА4 + ТА5 + ТА6, (8.1) где ТА6 – допуск на размер приспособления ТА6 = ТА - (ТА1 + ТА2 + ТА3 + ТА4 + ТА5), (8.2) если допуск замыкающего звена достигается методом полной взаимозаменяемости. Если допуск замыкающего звена достигается методом неполной взаимозаменяемости, поэтому этот допуск рассчитывается по формуле m1 TA t i TAi 2 t TA 2 TA 2 TA 2 TA 2 TA 2 TA 2 1 5 2 3 4 6 i1 (8.3) В результате можно рассчитать допуск приспособления 2 1 TA 2 2 2 2 2 TA TA TA TA TA TA . (8.4) 5 6 2 3 4 t 2 1 126 Большое значение для обеспечения требуемой точности сборки имеет принцип определенности базирования деталей в приспособлении. Например, неопределенность базирования при сборке валика и втулки может быть причиной их несобираемости. е База валика База втулки е-несоосность Рисунок 8.3 – Схема приспособления для сборки вала и втулки При сборке соединений методами пайки, сварки, склеивания необходимо учитывать температурные зазоры между установочными элементами приспособления и базовыми поверхностями собираемого узла, чтобы не было их заклинивания. А2 А1 А3 Рисунок 8.4 – Схема расчета температурного зазора Зазор можно рассчитать, пользуясь размерной цепью на рисунке 8.4 127 t A A A , 3 3 2 2 1 1 где t – температура; , , 1 2 3 расширения.. (8.5) – коэффициенты линейного Допуск на размер приспособления вычисляется по формуле TA3 = ТА ТА1 ТА2 . (8.6) 8.2 Элементы сборочных приспособлений Специальные сборочные приспособления состоят из корпуса и смонтированных на нем установочных и зажимных элементов и измерительных устройств. Установочные элементы должны обеспечивать точность положения детали без выверки. В качестве установочных элементов используются устройства, которые ранее рассмотрены. Особенности состоят в том, что их поверхности иногда облицовывают резиной или пластмассой с целью предотвращения порчи поверхностей деталей. Зажимные устройства фиксируют положения деталей или узлов и обеспечивают их устойчивость при сборке. Зажимные устройства должны: 1) предупреждать смещение деталей под действием сил, возникающих при сборке; 2) не деформировать собираемые детали и узлы, не портить их поверхности. Это достигается применением мягких вставок. В сборочных приспособлениях используются в основном те же разновидности зажимных устройств, что и в станочных приспособлениях. Крепление деталей на магнитных и электромагнигных приспособлениях не допустимо, так как детали намагничиваются. Для закрепления небольших деталей могут применяться вакуумные зажимные устройства, а для закрепления крупных деталей используют пружинные прихваты. Расчет сил зажима сборочных приспособлений аналогичен расчету сил зажима станочных приспособлений. К вспомогательным устройствам в сборочных приспособлениях относятся поворотные и делительные устройства, фиксаторы, выталкиватели, кантователи и т.д. 128 . Рисунок 8.5 – Кантователь На рисунке 8.5 показано приспособление – кантователь, которое можно использовать для переворачивания сельскохозяйственных тележек при их сборке. При выполнении сборочных работ используются различные сборочные автоматы (рисунок 8.6). 129 Рисунок 8.6 – Трехшпиндельный автомат для завинчивания болтов 130 9 Основы конструирования контрольных приспособлений 9.1 Назначение и типы контрольных приспособлений Контрольные приспособления предназначены для проверки качества заготовок, деталей, узлов и машин. Различают контроль межоперационный и окончательный. Межоперационный контроль используется при получении точных деталей. Для контроля мелких и средних деталей применяются стационарные приспособления. Контроль крупных деталей и объектов осуществляется переносными приспособлениями. Существуют также одномерные и многомерные приспособления. Одномерные приспособления предназначены для проверки одного параметра качества изделия, а многомерные могут контролировать несколько параметров. Одним из путей повышения производительности процессов контроля является создание контрольных автоматов. Контрольные автоматы это устройства, которые без вмешательства человека могут выполнять все приемы по сравнению действительных размеров с заданными размерами. Они делятся на три типа: 1) контрольные автоматы с жесткими калибрами; 2) контрольные автоматы с клиновыми калибрами; 3) автоматы с датчиками. Основные требования, предъявляемые к контрольным приспособлениям: 1) должны обеспечивать заданную точность и производительность контроля; 2) быть удобными в эксплуатации; 3) простота и дешевизна изготовления; 4) надежность в работе. 9.2 Основные элементы контрольных приспособлений Контрольные приспособления состоят из установочных, измерительных, вспомогательных элементов и корпуса. На установочные элементы устанавливается своими измерительными базами проверяемая деталь или изделие относительно измерительного устройства. Для установки на плоскость используют опоры со сферическими или плоскими головками и опорные пластины. При установке на внешние цилиндрические поверхности применяют призмы. Основной недостаток призм заключается в том, что контакт установочных плоскостей призм с базами изделия происходит по линии. Так как разброс размеров измерительной базы контролируемой детали не большой, то контакт всех контролируемых деталей происходит в узкой полоске, которая интенсивно изнашивается и поэтому происходит потеря точности. Для устранения влияния износа применяются призмы с роликами и выдвижными валиками. Твердость роликов обычно высокая. Точность измеряемого диаметрального 131 размера детали зависит от угла призмы и положения измерительного устройства. үйкеліп тозатын жерлер шығыршықтар В Рисунок 9.1 – Схемы измерения в призмах с роликами и без роликов Погрешность измеренного размера можно рассчитать по формуле 132 sin 1 , 2 sin 2 (9.1) где - допуск на диаметр детали; - угол установки измерительного инструмента. sin 1, тогда Наибольшая точность будет при отношении sin 2 погрешность 0 , следовательно, если 90 , то угол 45 . В контрольных приспособлениях при установке по внутренней цилиндрической поверхности применяются оправки. При установке на жесткие оправки с зазором возникают погрешности измерения размера из-за наличия зазора между базовым отверстием и оправкой. Чтобы устранить это влияние применяют конические оправки с конусностью 1:1000 – 1:10000, но при этом деталь может повернуться вдоль оси базового отверстия и может возникнуть торцевое биение контролируемой детали. Конические оправки не применимы для установки по ступенчатой поверхности. Для устранения этих недостатков при установке на гладкое отверстие применяют разжимные оправки. При установке детали на оправку по ступенчатой поверхности необходимо учитывать несоосность ступеней отверстия е. d1A d1 l d2A d2 e L Рисунок 9.2 – Схема установки на оправку для измерения по ступенчатой поверхности 133 Если величина несоосности е мала, то угол поворота оправки относительно осей отверстий можно вычислить по формуле ee e 1 2, L где L – расстояние между торцами отверстий, а также d Ad 1 e 1 1 2 и d Ad 2. e 2 2 2 (9.2) (9.3) (9.4) Если измерение производится на расстоянии l . то погрешность установки оправки определяется по формуле ltg e2 . При выборе принципиальной схемы контрольного приспособления следует стремиться совмещать установочные и измерительные базы. В противном случае будут возникать погрешности базирования. Для каждой схемы базирования погрешность можно определить на основе геометрических расчетов. Зажимные устройства в контрольных приспособлениях предупреждают смещения установленной для контроля детали относительно измерительного устройства. В контрольных приспособлениях не возникают большие усилия, которые могут сдвинуть заготовку, поэтому усилия зажима могут быть небольшими, но должны быть постоянными по величине. Если деталь занимает устойчивое положение относительно измерительного устройства, то можно не зажимать ее. Измерительные устройства контрольных приспособлений могут быть бесшкальными и отсчетными. В контрольных приспособлениях используются пневматические, индуктивные и другие датчики 134 рауа Н Н а) б) а –пневматического; б – индуктивного Рисунок 9.3 – Схемы измерительных датчиков Предельные пневматические измерительные устройства для контроля отверстий выполняют в виде пневмопробок, а для контроля валов в виде пневмоскоб. Рисунок 9.4 – Схема пнемопробки и пневмоскобы Используются другие пневматические измерительные устройства, например, пневматические микрометры. Используются также электроконтактные, и электромагнитные измерительные устройства. Вспомогательные устройства служат для выполнения различных вспомогательных функций. Например, для поворота детали, делительные и поворотные устройства, выталкиватели, для подъема и опускания деталей и других. Корпусы контрольных приспособлений отливают в виде жестких и массивных деталей из серого чугуна СЧ15, СЧ24,СЧ 28. 135 10 Приспособления для автоматических линий. На автоматических линиях используются приспособления двух типов: - стационарные; - приспособления-спутники. Стационарные приспособления монтируются на отдельных станках и агрегатах автоматической линии. На эти приспособления заготовки подаются транспортным устройством или манипуляторами, Заготовка зажимается и затем обрабатывается с надлежащим направлением инструмента. Обычно установочные элементы такого приспособления являются продолжением направляющих шагового транспортера автоматической линии. После выполнения операции заготовка раскрепляется и шаговым транспортером перемещается на следующую позицию автоматической линии. Стационарные приспособления являются одноцелевыми, они предназначены для выполнения одной операции и могут базировать и зажимать только конкретную одну деталь. Требования, предъявляемые к стационарному приспособлению: 1) подача и установка заготовок должна осуществляться простейшим движением транспортного устройства, поэтому установочные пластины приспособления являются продолжением направляющих планок транспортера и располагаются на одном с ними уровне. Установка заготовки на приспособление со сложной траекторией движения усложнит конструкцию автоматической линии. Окончательное базирование и фиксация заготовки происходит по двум базовым отверстиям выдвижными пальцами с коническими наконечниками. При установке заготовка сталкивается на установочные пластины, затем пальцы выдвигаются и центрируют заготовку своей конической частью и при дальнейшем выдвижении базируют деталь. Из-за наличия зазоров выдвижные элементы увеличивают погрешность установки, поэтому следует проводить расчеты на точность. Если установочные элементы приспособления неподвижны, то точная установка заготовок относительно установочных элементов осуществляется досылателями, которые прижимают заготовку к опорам; 2) для предупреждения брака и аварий в приспособлениях необходимо предусматривать автоматический контроль положения заготовки; 136 3) работа приспособления должна четко согласовываться с работой агрегатов и транспортных средств; 4) приспособление должно хорошо очищаться от стружки, для этого стенки корпуса приспособления выполняются наклонными или используется принудительный отвод стружки, например, используют вакуумный отсос; 5) приспособление должно быть достаточно надежным в работе; 6) зажимные устройства приспособлений не должны вызывать деформаций на заготовке и не снижать точность обработки. Рисунок 10.1 – Схема установки на два выдвижных пальца Схемы расположения станков и транспортных устройств автоматических линий могут быть различными, чаще используется сквозное расположение транспортера или сбоку. При расположении транспортера сбоку линии, загрузка и выгрузка станков осуществляется роботами или манипуляторами. Рисунок 10.2 – Принципиальная схема шагового транспортера 137 станки а) транспортер станки б) направляющие манипуляторов Рисунок 10.3 – Структурные варианты автоматических линий Приспособления – спутники представляют устройства, которые сопровождают закрепленную на них заготовку ко всем агрегатам и станкам автоматической линии и применяются для базирования и закрепления деталей сложной и неустойчивой для транспортировки формы. Для направления и ориентации приспособления-спутника при движении используют пазы или боковые площадки, по которым оно перемещается по направляющим планкам транспортера. холостая ветвь Приспособления-спутники место загрузки-выгрузки Транспортное устройство Рабочее место станки Рисунок 10.4 – Структурная схема автоматической линии со спутником Расположение ветви транспортера для возврата спутников может быть трех видов – горизонтальным, вертикальным и боковым. При горизонтальном расположении всех ветвей транспортера они могут использоваться и на них также могут размещаться рабочие позиции. 138 Преимущество приспособлений-спутников заключается в том, что они облегчают транспортировку неустойчивых деталей и облегчают их ориентацию и закрепление на всех участках линии. К недостаткам таких приспособлений относятся: - усложнение транспортного устройства за счет возврата спутников на исходную позицию; - увеличение общей стоимости автоматической линии; - наличие большого числа стыков и сопряжений снижает жесткость, следовательно, точность обработки; - затрудняются условия создания промежуточных заделов. 10.1 Определение и расчет сил для перемещения спутника Возможны два основных случая: 1) сила Р необходимая для перемещения спутника проходит через центр тяжести приспособления 139 а) R2 R1 G1 + G2 P б) R1 R2 G1+G2 R L а R Rf Rf P Рисунок 10.5 – Схема расчета сил приспособления-спутника Fтр = (G1 + G2)f P (G1 + G2)f 140 где G1 – вес приспособления-спутника; G2 – вес заготовки; f – коэффициент трения между спутником и направляющими планками транспортного устройства; 2) сила Р необходимая для перемещения спутника не проходит через центр тяжести системы приспособление – заготовка, при этом возможен перекос спутника и возникают силы трения на боковых направляющих транспортера P R1f + R2f + 2Rf, где R1, R2 – реакции горизонтальных направляющих транспортера; R – реакция вертикальных направляющих планок транспортера.. После преобразования получим P = f(1 + 2 fa ) (G1 + G2). L Условие заклинивания спутника a= L , 2tg где L – длина приспособления-спутника; – угол трения, = arctgf. Допуски на размеры приспособлений-спутников, влияющих на точность обработки, следует определять на основе расчетов размерных цепей технологической системы. 141 А А1 А3 А2 А5 А4 Рисунок 10.6 – Размерная цепь приспособления - спутника Уравнение размерной цепи А = А1 +А2 + А3 + А4 + А5 , где: А – замыкающее звено; А1 – допуск на размер А1; А2 зазор между отверстием заготовки и установочным пальцем приспособления-спутника; А3 – допуск на размер спутника между установочным пальцем и отверстием для фиксации и базирования приспособления на рабочей позиции; А4 зазор между фиксирующим пальцем и отверстием приспособления на рабочей позиции; А5 погрешность настроечного размера равна погрешности операции. В результате расчета определяется А3 - допуск на изготовление приспособления-спутника. 142 11 Вспомогательный инструмент для металлорежущих станков Вспомогательным инструментом называются приспособления для зажима и закрепления режущих инструментов. Они увязывают координатную систему режущего инструмента с координатной системой металлорежущего станка. 11.1 Вспомогательный инструмент для сверлильных станков Для закрепления сверл, зенкеров, разверток и резцов используют: - переходные втулки; - быстросменные патроны; - самоустанавливающиеся патроны для разверток; - патроны для закрепления метчиков; - самоцентрирующиеся патроны для мелких инструментов; - приспособления и патроны для расточных, подрезных и канавочных резцов. Переходные втулки. Закрепление инструментов на сверлильных станках производится при помощи конуса Морзе. В зависимости от размеров станков их шпиндели имеют внутренние конусы Морзе от №1 до 5. Инструменты, имеющие меньший конус по сравнению с конусом станка, крепятся через переходную втулку. По конструкции переходные втулки бывают цельные или разрезные. Разрезные переходные втулки применяют для крепления инструментов с цилиндрическим хвостовиком. Быстросменные патроны. В серийном и мелкосерийном производстве часто приходится вести на одном станке многопереходную обработку отверстий (последовательно проводится сверление, зенкерование и развертывание отверстия). Если инструменты с конусным хвостовиком устанавливать на станке через переходную втулку, то на смену инструментов будет затрачиваться много времени и увеличится вспомогательное время на операцию. Для повышения производительности в таких случаях применяют быстросменные патроны. Некоторые конструкции таких патронов позволяют производить смену инструмента без остановки шпинделя станка. 143 Рисунок 11.1 – Быстросменный патрон с ведущими шариками 144 Показанный на рисунке 11.1 быстросменный патрон с ведущими шариками используется для легких работ. В отверстие корпуса 1 вставляется сменная втулка 7, вращение которой передается от патрона через два шарика 6, заложенных в поперечных отверстиях корпуса. Для смены втулки 7 с инструментом необходимо взяться рукой за рифленую внешнюю поверхность муфты 3 и поднять ее вверх до упора в закладное пружинное кольцо 2. в таком положении шарики получают возможность радиального перемещения и будут выдавлены весом втулки 7. Перемещение муфты 3 вниз ограничивается вторым пружинным кольцом. Шарик 5 и пружина 4 используются при сверлении отверстия в горизонтальном положении. Рисунок 11.2 – Быстросменный патрон со шпилькой 145 На рисунке 11.2 показан патрон, в котором в корпус 1 запрессована шпилька 2. Шпилька служит поводком для сменных втулок, в которых имеется соответствующий паз, В этом патроне шарики фиксируют положение втулки с инструментом и удерживают ее от выпадения. На рассмотренные патроны инструмент устанавливается с помощью сменных втулок. Самоцентрирующиеся патроны для разверток. Известно, что чистовая окончательная обработка отверстия производится разверткой, что позволяет получить точность соответствующую 6 – 7 квалитетам. При этом снимаемый припуск составляет 0,2 – 0,3 мм и меньше, что сравнимо близко к допустимым значениям некруглости обработанного отверстия. Поэтому при жестком закреплении инструмента появится несоосность ранее обработанного отверстия и развертки, следовательно, развертка будет снимать металл с одной стороны, что приведет к некруглости отверстия. По указанной причине для крепления разверток на станке используют самоцентрирующиеся патроны. Самоцентрирующиеся патроны по конструкции бывают двух типов: 1) качающейся, в которой ось развертки может устанавливаться под некоторым углом к вертикальной оси самой развертки; 2) плавающей, в которой развертка может свободно перемещаться параллельно самой себе и легко самоцентрироваться Рисунок 11.3 – Схемы самоустанавливающихся патронов по оси ранее обработанного отверстия 146 В этих патронах имеются конструктивные зазоры, которые позволяют инструменту смещаться параллельно самой себе и располагаться под некоторым углом. Патроны для крепления метчиков. Конструкции этих патронов определяется методом нарезания резьбы. Существуют два метода нарезания резьбы: 1) метод самозатягивания без принудительной подачи метчика; 2) копирный метод с принудительной подачей. При первом методе важно обеспечить свободное перемещение метчика под действием самозатягивающих сил в направлении подачи. Рисунок 11.4 – Самоцентрирующий патрон для метчиков На рисунке 11.4 показан плавающий самоцентрирующий патрон. На хвостовике 1 патрона винтами закреплен кожух 3. внутри кожуха помещен диск 4, на торце которого имеются пазы с взаимно перпендикулярными осями. В этих осях помещено по два шарика 5. Через центральное отверстие диска 4 проходит пружина 2. В нижней 147 конусообразной части кожуха 3 находится плавающая оправка 6, имеющая на торце пазы, аналогичные пазам диска 4, и утолщенную коническую часть. Угол конуса кожуха 3 равен углу конуса оправки 6. Отверстие в головке оправки расточено на конус под пружинную цангу 9, затягиваемую гайкой 8. От проворачивания в оправке цангу предохраняет штифт 7. В свободном состоянии пружина 2 прижимает оправку 6 конусной частью к конусу кожуха 3, и между диском 4 и фланцем хвостовика 1 образуется зазор, а метчик центрируется относительно оси шпинделя станка. Во время работы оправка 6 сжимает пружину 2, и образуется зазор между конусом кожуха 3 и конусом оправки 6. Этот зазор обеспечивает радиальное плавание метчика и совмещение его оси с осью нарезаемого отверстия. Шарики 5, имея возможность перемещаться по пазам диска 4 и оправки 6, не препятствуют радиальному перемещению оправки с метчиком в процессе нарезания резьбы и в то же время передают метчику вращение шпинделя станка. К патронам, используемым для крепления метчиков в многошпиндельных головках, предъявляются два требования; - они должны обеспечивать возможность метчикам вступать в работу не одновременно, т.е. должны иметь осевой компенсатор; - обеспечивать метчикам возможность некоторого перемещения параллельно их оси. 11.2 Вспомогательный инструмент к фрезерным станкам Отверстия шпинделей фрезерных станков заканчиваются конусом с конусностью 7:24. Такая конусность обладает свойством центрирования, но не обеспечивает самоторможение. Инструмент крепится к специальной оправке. Фреза с оправкой проходит через шпиндель станка и затягивается гайкой. Такой способ закрепления обеспечивает надежное центрирование инструмента без заклинивания. Недостатки: 1) колебание линейных размеров при посадке в конус, что требует настройки вылета инструмента на станке; 2) неудобство такого способа крепления на станке. 148 Рисунок 11.5 – Оправка для крепления торцовых фрез При установке и креплении набора цилиндрических и дисковых фрез на одной оправке используют регулируемые кольца. Комплект колец состоит из кольца-гайки и кольца-винта, соединенных между собой резьбой. Регулирование размера между фрезами на необходимую величину производится вращением кольца-гайки. Фрезы, имеющие конус Морзе, устанавливаются через переходные втулки. Концевые фрезы с цилиндрическим хвостовиком закрепляются в цанговом патроне. Крепление торцовых фрез осуществляется на оправках. Такая оправка (рисунок 110) имеет внешний конус 7:24 и две плоские лыски для передачи ей крутящего момента от шпинделя. 149 Литература 1 Клепиков В. С. Проектирование технологической оснастки : учебное пособие. – М. : МГИУ, 2008. – 76 с. 2 Схиртладзе А. Г. Станочные приспособления : учебное пособие. – М. : Высшая школа, 2001. – 140 с. 3. Маслов А. Р. Приспособления для металлорежущего инструмента. – М. : Машиностроение, 2008. – 319 с. 4. Косов Н. П., Исаев А. Н., Схиртладзе А. Г. Технологическая оснастка. Вопросы и ответы : учебное пособие. – М. : машиностроение, 2007. – 303 с. 150 Приложение А (обязательное) Расчет сил закрепления деталей и привода приспособлений Задача конструирования приспособлений механосборочного производства является задачей материализации принятой технологом схемы базирования. Известно, что практические точки базирования при переходе к реальным конструкциям превращаются в односторонние связи, поэтому для того, чтобы деталь при механической обработке была неподвижной, следует приложить силы силового замыкания. Для расчета сил зажима составляется расчетная схема, в которой точки базирования заменяются реакциями опор с приложением сил зажима (в виде стрелок с буквенным обозначением сил). Для уменьшения деформации силы зажима по возможности следует прикладывать против базовых точек. Расчетная величина силы зажима определяется из условия, что заготовка находится в состояния статического равновесия под действием приложенных сил (силы резания, трения, зажима и т.д.). Состояние статического равновесия описывается шестью уравнениями: Px 0 ; Py 0 ; Pz 0 ; M x 0; M y 0; M z 0 . (А. 1) Необходимо усилие зажима Рпотр, определяется из соотношения Pпотр К Р р , (А. 2) где К – коэффициент запаса; Рр – расчетное усилие зажима. Коэффициент запаса К К К К К К К К , 0 1 2 3 4 5 6 (А. 3) где К0 – коэффициент запаса, для всех случаев брать равные 1,5. Коэффициентом К1 учитывается наличие случайных неровностей (не черновых заготовках). При черновой работе К1=1,2, при чистовой и отделочной К1=1,0. Коэффициентом К2 учитывается увеличение сил резания от прогрессирующего затупления режущего инструмента. Значения приведены в таблице 1. 151 Таблица А. 1 – Значение К2 Метод обработки Компоненты сил резания Сверление Крутящий момент Осевая сила Предварительное Крутящий (по корке) момент зенкерование Осевая сила Чистовое зенкерование Крутящий момент Осевая сила Предварительное точение к растачиванию Рz 1,2 1,2 1,2 1,2 Py Px Чистовое точение Рz и растачивание Py Px Цилиндрическое предварительное и чистовое фрезерование Торцевое предварительное и чистовое фрезерование Шлифование Протягивание Коэффициент Примечание К2 1,15 Для чугуна 1,0 Окружная сила 1,0 1,0 1,4 1,2 1,6 1,25 1,0 1,05 1,05 1,4 1,0 1,3 1,6-1,8 1,2-1,4 Тангенциальная сила 1,6-1,8 1,2-1,4 Окружная сила Сила протягивания 1,15-1,2 1,5 152 Для чугуна при износе по задней поверхности 1,5мм Для чугуна при износе задней поверхности 0,70,8мм Для стали Для чугуна Для стали Для чугуна Для стали Для чугуна Для стали Для чугуна Для стали Для чугуна Для стали Для чугуна Для вязких сталей Для твердых сталей и чугуна Для вязких сталей Для твердых сталей и чугуна При износе по задней поверхности до 0,5мм Таблица А. 2 – Типовые схемы для передачи сил и перемещений Теоретическая схема Передаточное Передаточное отношение сил отношение перемещений ic ic ic l1 l2 j 1 tg ( ) tg P1 tg ( ) tg P2 1 l1 l2 j n tg Запас хода S w L(1 cos ) Запас хода ic l1 ltg ( ) l 2 S w 2 L(1 cos ) ic l1 ltg ( ) l 2 Запас хода S w 2 L(1 cos ) 1 1 Коэффициентом К3 учитывается увеличение сил резания при прерывистом резании. При точении и торцевом фрезеровании К 3 = 1,2. В остальных случаях К3 = 1,0. Коэффициентом К4 характеризуется зажимное устройство с точки зрения постоянства развиваемых сил. Для ручных зажимов К4 = 1,2, а для пневматических, гидравлических и других зажимов прямого действия К4 = 1,0. Если допуск и размер 153 заготовки влияет на силу зажима, что имеет место при использовании пневмокамер и мембранных патронов, К4 = 1,2. Пример 2. В цилиндрической заготовке сверлится отверстие (рисунок А.1). Найти расчетную силу зажима. Р зажима Рисунок А. 1 Такая схема базирования материализуется тремя опорами и призмой. Угол призмы α. Составляется схема действия сил в трех координатных плоскостях (рисунок А. 2). 154 Рисунок А. 2 На схеме видно, действия сил относительно осей ОХ и ОY не вызывают перемещения заготовки в процессе резания. Поэтому достаточно иметь два уравнения относительно оси M Z M 2SR T2 R 3T1Z 0 , PZ 3Q P 0 (А. 4) (А. 5) или 1 Q P. 3 (А. 6) Или N можно определить как реакцию сил зажима P 3 , N 2 sin 2 (А. 7) P f S 3 2 . 2 sin 2 (А. 8) Подставив выражения в уравнение (А.1, А.2) получим 155 P 3 M P f z 1 f f 3 R 2 sin 2 (А. 9) Принят K K K K 2.1 получим, что 0 1 2 Pпотр 2.1 Р 3 (А. 10) Расчет сил и перемещений на приводе 1 Определяется передаточное отношение сил, ic, n ic i i ...in n i j , 1 2 i1 (А. 11) где ij – передаточное отношение сил j-го звена приспособления (таблица А. 1). 2 Определяется передаточное отношение перемещений n ic i i ...in n i j , 1 2 j 1 (А. 12) где ij – передаточное отношение сил j-го звена (таблица А. 1). 3 Рассчитываются необходимые параметры привода: диаметр поршня гидро и пневмоцилиндра и величина его хода. Исходными данными являются Рпотр и in, которые были определены выше. Варианты заданий к практическим занятиям. 156 Вариант 1 Подобрать пневмоцилиндр к токарному приспособлению, изображенному на рисунке. Деталь: шестерня ведомого вала трактора. Исходные данные Операция: токарная Оборудование: токарный вертикальный одношпиндельный станок КС500 Приспособление: специальное токарное Содержание технологических переходов: Левый суппорт: Подрезать торец венца, выдерживая размер 1 157 Режимы резания: Подача S = 0,112 мм/об; Глубина резания t = 1,5 мм; Число оборотов шпинделя n = 125 об/мин; Длина рабочего хода Lpx = 48 мм. Правый суппорт: Обточить венец, выдерживая размер 2 Режимы резания: Подача S = 0,112 мм/об; Глубина резания t = 2,5 мм; Число оборотов шпинделя n=125 об/мин; Длина рабочего хода Lpx = 26 мм. Материал шестерни: Сталь 25 ХГТ Вариант 2 Определить диаметры винтовых зажимов, прижимающих улитку вентилятора к установочной базе (точки 1, 2, 3) и опорной базе (точка 6) Исходные данные: Операция: сверлильная Оборудование: вертикально-сверлильный станок мод. 2Ф125 Приспособление: специальное с ручными винтовыми зажимами Содержание технологических переходов. Сверлить отверстие 1 Режимы резания 158 Подача S – ручное Число оборотов шпинделя n = 900 об/мин Глубина резания t = 13,75 мм Длина сверления t = 4 мм Материал улитки вентилятора: АЛ-4 Вариант 3 Определить диаметр пневмоцилиндра к фрезерному приспособлению. Принципиальная схема приспособления показана на рисунке Исходные данные: Операция: фрезерная Приспособление: специальное, пневматическое Содержание технологического перехода Фрезеровать плоскость 1 Режимы резания: Подача Sмин = 315 мм/мин Число оборотов n = 63 об/мин Глубина резания t = 5 мм Диаметр фрезы Dфр = 400 мм; число зубьев фрезы Z-20 Материал ножей – ВК8 Длина рабочего хода Lpx = 4400 мм Материал крышки – чугун СЧ15 159 Вариант 4 Определить диаметры пневмоцилиндров к приспособлению для хонингования отверстия в цилиндре малолитражного двигателя Исходные данные Операция: хонинговальная Оборудование: хонинговальный станок ОФ-38А Приспособление: специальное, пневматическое Содержание технологического перехода Хонинговать отверстие 1 Режимы резания: Удельное давление брусков р = 4 кг/см2 Скорость вращения хонинговальной головки n = 560 об/мин Число двойных ходов хонинговальной головки в минуту nдвход = 60 дв.х./мин Глубина резания t = 0,09 мм Длина рабочего хода Lpx = 98 мм Материал детали – АС-4 160 Вариант 5 Определить приспособления диаметр пневмоцилиндра расточного Исходные данные Операция: расточная Оборудование: алмазно-расточной станок 2А715 Приспособление: специальное, двухместное, пневматическое Содержание переходов: Расточить отверстия и Режимы резания: Подача S=0,04 мм/об; Число оборотов n = 1000 об/мин; Глубина резания t = 0,35 мм; Длина рабочего хода Lpx = 16 мм. Материал детали – Сталь 45 161 Вариант 6 Определить приспособления диаметр пневмоцилиндра расточного Исходные данные Операция: расточная Оборудование: алмазно-расточной станок 2А715 Приспособление: специальное, двухместное, пневматическое Содержание переходов: Расточить отверстия и Режимы резания: Подача S=0,02 мм/об; Число оборотов n = 1200 об/мин; Глубина резания t = 0, 5 мм; Длина рабочего хода Lpx = 16 мм. Материал детали – Сталь 45 162 Вариант 7 Подобрать пневмоцилиндр к токарному приспособлению, изображенному на рисунке Деталь: шестерня ведомого вала трактора Исходные данные Операция: токарная Оборудование: токарный вертикальный станок КС500 Приспособление: специальное токарное 163 одношпиндельный Содержание технологических переходов: Левый суппорт: подрезать торец венца, выдерживая размер 1 Режимы резания: Подача S = 0,15 мм/об; Глубина резания t = 1, 5 мм; Число оборотов n = 150 об/мин; Длина рабочего хода Lpx = 60 мм. Правый суппорт: обточить венец, выдерживая размер 2 Режимы резания: Подача S=0,15 мм/об; Глубина резания t = 2,5 мм; Число оборотов n = 150 об/мин; Длина рабочего хода Lpx = 26 мм. Материал шестерни: Сталь 25 ХГТ Вариант 8 Определить диаметр винтового зажима для закрепления рычага вилки трактора Исходные данные Операция: сверлильная Оборудование: вертикально-сверлильный станок 2А185 164 Приспособление: специальное Содержание переходов: 1. Сверлить отверстие 1 до Ø15,5. 2. Развернуть отв. 1 до Ø15,8. 3. Развернуть отв. 1 окончательно. Режимы резания: 1) Сверлить отв. до Ø15,5. Подача S = 0,13 мм/об; Число оборотов n=273 об/мин; 2) Развернуть отв. 1 до Ø15,8. Подача S = 0,36 мм/об; Число оборотов n=140 об/мин; 3) Развернуть отв. 1 окончательно. Подача S = 0,36 мм/об; Число оборотов n=140 об/мин Длина рабочего хода Lpx = 41 мм. Материал детали – Сталь 40Х Вариант 9 Определить диаметр винтового зажима для закрепления крышки Исходные данные Операция: сверлильная Оборудование: вертикально-сверлильный станок 2Н118 Приспособление: специальное Содержание переходов: сверлить отверстие 1 на глубину 2. Режимы резания: Подача S = 0,2 мм/об; Число оборотов n = 800 об/мин; Длина рабочего хода Lpx = 20 мм. Материал детали – чугун СЧ 15 165 Вариант 10 Определить диаметр пневмоцилиндра к фрезерному приспособлению. Принципиальная схема приспособления показана на рисунке Исходные данные Операция: фрезерная Оборудование: горизонтально-фрезерный станок мод. 6М82Г Приспособление: специальное, пневматическое Содержание технологического перехода Фрезеровать паз 7х7 Режимы резания: Подача S = 0,1 мм/об; Число оборотов n = 80 об/мин; Глубина резания t = 7 мм; Материал фрезы – Р12 Длина рабочего хода Lpx = 42 мм. Материал стакана – СЧ15 166 Вариант 11 Определить диаметры диафрагменных прижимов (Р) к сверлильному приспособлению для сверления отверстий в подушке трактора Исходные данные Операция: сверлильная Оборудование: вертикально-сверлильный станок Приспособление: специальное Деталь прижимается к установочной базе (точки 1, 2, 3) кондукторной плитой, подвешенной к многошпиндельной головке, и к направляющей базе (точки 4, 5) прижимами с раздельными диафрагменными приводами. Содержание технологических переходов: сверлить 2 отверстия 4 и одно отверстие 3. Режимы резания: Диаметр обрабатываемого отверстия D = 20 мм. Подача S = 0,2 мм/об; Число оборотов n = 120 об/мин; Диаметр обрабатываемого отверстия D = 40мм. Подача S = 0,2 мм/об; Число оборотов n = 80 об/мин Материал сверла Р6М5. Длина рабочего хода Lpx = 26 мм. Материал детали – Сталь 20Л 167 Вариант 12 Определить диаметр пневмоцилиндра к фрезерному приспособлению. Принципиальная схема приспособления показана на рисунке Исходные данные Операция: фрезерная Оборудование: карусельно-фрезерный станок мод. 6М23 Приспособление: специальное, пневматическое Содержание технологического перехода Фрезеровать плоскость 1 Режимы резания: Подача Sмин = 350 мм/мин; Число оборотов n=75 об/мин; Глубина резания t = 3 мм; Диаметр фрезы Dфр = 400мм; Число зубьев фрезы Z = 20 Материал ножей – ВК8 Длина рабочего хода Lpx = 4400 мм. Материал крышки – чугун СЧ15 168 Вариант 13 Определить диаметры винтовых зажимов, прижимающих улитку вентилятора к установочной базе (точки 1, 2, 3) и опорной базе (точка 6). Исходные данные Операция: сверлильная Оборудование: вертикально-сверлильный станок мод. 2А125 Приспособление: специальное с ручными винтовыми зажимами Содержание технологических переходов: сверлить отверстие 1. Режимы резания: Подача S – ручное Число оборотов шпинделя n = 600 об/мин; Глубина резания t =7,5мм Длина сверления L=4 мм Материал улитки вентилятора – АЛ-4 169 Вариант 14 Определить конструктивные размеры эксцентрика для зажима тяги трактора с помощью подвижной призмы в сверлильном приспособлении Исходные данные Операция: сверлильная Оборудование: вертикально-сверлильный станок мод. 2Н118 Приспособление: специальное Содержание переходов: сверлить отверстие 1. Режимы резания: Подача S = 0,3 мм/об Число оборотов n = 600 об/мин; Длина рабочего хода Lрх = 24 мм 170 Вариант 15 Определить диаметр винтового зажима в приспособлении для сверления отверстия в картере малолитражного двигателя Исходные данные Операция: сверлильная Оборудование: вертикально-сверлильный станок мод. 2125 Приспособление: специальное с ручным винтовым зажимом Содержание переходов: сверлить отверстие 1 напроход. Режимы резания: Подача S = 0,3 мм/об Число оборотов n = 2000 об/мин; Длина рабочего хода Lрх = 54 мм Материал картера – Al4 171 Вариант 16 Определить диаметр пневмоцилиндра к фрезерному приспособлению. Принципиальная схема приспособления показана на рисунке Исходные данные Операция: фрезерная Оборудование: горизонтально-фрезерный станок мод. 6М82Г Приспособление: специальное, пневматическое Содержание технологического перехода Фрезеровать паз 7х7 Режимы резания: Подача S=0,15 мм/об; Число оборотов n = 100 об/мин; Глубина резания t = 7 мм; Материал фрезы – Р12 Длина рабочего хода Lpx = 42 мм. Материал стакана – СЧ15 172 Вариант 17 Определить диаметр винтового зажима для закрепления крышки. Исходные данные Операция: сверлильная Оборудование: вертикально-сверлильный станок 2Н118 Приспособление: специальное Содержание переходов: сверлить отверстие 1 на глубину 2 Режимы резания: Подача S = 0,14 мм/об Число оборотов n = 710 об/мин; Длина рабочего хода Lрх = 20 мм Материал картера – чугун СЧ15 173 Вариант 18 Определить диаметры пневмоцилиндров к приспособлению для хонингования отверстия в цилиндре Исходные данные Операция: хонинговальная Оборудование: хонинговальный станок ОФ-38А Приспособление: специальное, пневматическое Содержание технологического перехода: Хонинговать отверстие 1 Режимы резания: Удельное давление брусков Р = 4 кг/см2 Скорость вращения хонинговальной головки n = 700 об/мин; Число двойных ходов хонинговальной головки в минуту nдв.ход. = 60 дв.х./мин Глубина резания t = 0,08мм Длина рабочего хода Lрх = 98 мм Материал детали – Al-4 174 Вариант 19 Определить диаметр винтового зажима для закрепления рычага вилки трактора Исходные данные Операция: сверлильная Оборудование: вертикально-сверлильный станок мод. 2А125 Приспособление: специальное Содержание переходов: 1) Сверлить отв. 1 до Ø25,5; 2) Развернуть отв. 1 до Ø25,8; 3) Развернуть отв. 1 окончательно. Режимы резания: 1) Сверлить отв. Ø25,5. Подача S = 0,2 мм/об. Число оборотов n = 300 об/мин; 2) Развернуть отв. 1 Ø25,8. Подача S = 0,4 мм/об. Число оборотов n=200 об/мин; 3) Развернуть отв. 1 окончательно. Подача S = 0,4 мм/об. Число оборотов n = 200 об/мин Длина рабочего хода Lрх = 41 мм Материал детали – Сталь 40Х 175 Вариант 20 Определить диаметры диафрагменных прижимов (Р) к сверлильному приспособлению для сверления отверстий в подушке трактора Исходные данные Операция: сверлильная Оборудование: вертикально-сверлильный станок Приспособление: специальное Деталь прижимается к установочной базе (точки 1, 2, 3) кондукторной плитой, подвешенной к многошпиндельной головке, и к направляющей базе (точки 4, 5) прижимами с раздельными диафрагменными приводами. Содержание технологических переходов: Сверлить 2 отверстия 4 и одно отверстие 3, выдерживая размеры 1, 2, 5 и 6. Режимы резания: Диаметр обрабатываемого отверстия D=26мм, подача S = 0,2 мм/об. Число оборотов n = 135 об/мин; Диаметр обрабатываемого отверстия D=32мм, подача S = 0,2 мм/об. Число оборотов n = 98 об/мин; Материал сверла Р6М5 Длина рабочего хода Lрх = 26 мм Материал подушки – Сталь 20Л. НВ = 128-17 176 Вариант 21 Определить диаметр винтового зажима в приспособлении для сверления отверстия в картере малолитражного двигателя Исходные данные Операция: сверлильная Оборудование: вертикально-сверлильный станок 2125 Приспособление: специальное с ручным винтовым зажимом Содержание технологического перехода: Сверлить отверстия 1 напроход. Режимы резания: Подача S = 0,22 мм/об. Число оборотов n = 2000 об/мин; Длина рабочего хода Lрх = 54 мм Материал картера – Al4 177 Вариант 22 Подобрать пневмоцилиндр к токарному приспособлению, изображенному на рисунке. Деталь: вилка кардана трактора Исходные данные Операция: токарная Оборудование: токарно-винторезный станок мод. 1К62 Приспособление: цанговая пневмооправка Содержание технологического перехода: Подрезать торец А в размер 1 Режимы резания: Подача S = 0,21 мм/об. 178 Число оборотов шпинделя n = 200 об/мин; Глубина резания t = 1 мм Длина рабочего хода Lрх = 16 мм Давление пневмосети р = 4 кгс/см2 Чертеж задан в масштабе М1:1 Материал детали – Сталь 45 Вариант 23 Определить конструктивные размеры эксцентрика для зажима тяги трактора с помощью подвижной призмы в сверлильном приспособлении Исходные данные Операция: сверлильная Оборудование: вертикально-сверлильный станок 2Н118 Приспособление: специальное Содержание переходов: Сверлить отв. 1 Режимы резания: Подача S = 0,2 мм/об. Число оборотов n = 500 об/мин Длина рабочего хода Lрх = 24 мм 179 Содержание 1 1.1 1.2 1.3 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 4 4.1 4.2 4.3 5 5.1 5.2 5.3 5.4 6 Введение……………………………………………………... Понятие о приспособлении и технологической оснастке... Служебное назначение приспособлений…………………… Классификация приспособлений по целевому назначению………………………………………………….. Механизация и автоматизация приспособлений…………. Основы конструирования станочных приспособлений….. Устройства для базирования и повышения жесткости детали………………………………………………………… Установка заготовок по внутренней цилиндрической поверхности и торцу………………………………………... Устройства для базирования по наружной цилиндрической поверхности и торцу…………………….. Устройства для базирования по центровым отверстиям и фаскам………………………………………………………… Другие установочные устройства…………………………... Устройства для закрепления деталей и усиления исходной силы………………………………………………... Винтовые зажимы……………………………………………. Клиновые зажимные устройства……………………………. Эксцентриковые зажимы……………………………………. Механизированные зажимные устройства………………… Механизированные приводы………………………………... Элементы приспособлений для направления рабочего инструмента и настройки технологической системы……... Кондукторные втулки для сверлильных станков………….. Кондукторные плиты………………………………………... Высотные и угловые установы……………………………... Общая методика конструирования технологической оснастки………………………………………………………. Многовариантность процесса проектирования технологической оснастки…………………………………... Порядок оформления чертежа общего вида технологической оснастки…………………………………... Расчеты, выполняемые при конструировании приспособлений………………………………………………... Расчет экономической эффективности………………………. Расчет базирующих устройств………………………………... 180 3 5 5 8 10 11 12 19 33 37 40 46 47 49 52 54 57 72 72 76 78 78 78 82 85 88 90 Факторы, влияющие на точность установки детали в приспособлении………………………………………………... 6.2 Расчет погрешностей базирования для типовых схем базирования…………………………………………………….. 6.3 Базирование в призмах по наружной цилиндрической поверхности….. 6.4 Базирование валов в центрах…………………………………. 6.5 Базирование на плоскость и два отверстия………………….. 6.6 Определение числа дополнительных опор…………………... 6.7 Методика расчета сил закрепления детали………………… 6.8 Методика расчета координирования инструмента………….. 6.9 Разработка схемы координирования инструмента по расстоянию и направлению…………………………………… 7 Переналаживаемые приспособления………………………… 7.1 Переналаживаемые (обратимые) приспособления…………. 7.2 Система универсально – сборных приспособлений (УСП)… 8 Основы конструирования сборочных приспособлений…….. 8.1 Особенности расчета сборочных приспособлений………….. 8.2 Элементы сборочных приспособлений………………………. 9 Основы конструирования контрольных приспособлений….. 9.1 Назначение и типы контрольных приспособлений…………. 9.2 Основные элементы контрольных приспособлений………... 10 Приспособления для автоматических линий………………... 10.1 Определение и расчет сил для перемещения спутника…….. 11 Вспомогательный инструмент для металлорежущих станков.......................................................................................... 11.1 Вспомогательный инструмент для сверлильных станков…... 11.2 Вспомогательный инструмент для фрезерных станков…….. Литература …………………………………………………….. Приложение А ………………………………………………… 6.1 181 90 93 97 99 101 105 106 113 114 116 118 119 123 124 128 131 131 131 136 139 143 143 148 150 151