Расчет фрезерного приспособления

Содержание

 

 

1. Введение

Затраты на изготовление и эксплуатацию разнообразной  технологической оснастки составляют до 20% от себестоимости продукции, а стоимость и сроки подготовки производства в основном определяются величиной затраты труда и времени на проектирование и изготовление технологической оснастки. Наибольший удельный вес в общей массе оснастки имеют станочные приспособления, с помощью которых решаются три основные задачи:

1. базирование обрабатываемых   деталей на станках с выверкой по проверочным базам заменяется базированием без выверки, что ускоряет процесс базирования и обеспечивает возможность автоматического получения размеров на настроенных станках;
2. повышается производительность и облегчаются условия труда рабочих за счет механизации и автоматизации приспособлений, а также за  счёт применения многоместной, позиционной и непрерывной обработки;
3. расширяются технологические возможности станков, что позволяет на обычных станках выполнять такую обработку или получать такую точность, для которых эти станки не предназначены.

В решении задач  по ускорению научно-технического прогресса и повышению эффективности общественного производства важная роль принадлежит машиностроению, которое является базой технического перевооружения промышленности. Успех решения этих задач во многом определяется разработкой и внедрением в производство оптимальных технологических процессов изготовления машин, обеспечивающих их высокое качество при минимально возможных производственных затратах. Реализация таких технологических процессов требует разработки и изготовления соответствующей технологической оснастки.

Одним из наиболее распространённых видов  технологической оснастки является станочные приспособления. Применение которых расширяет технологические возможности станков, повышает производительность и облегчают условия труда рабочих за счет механизации и автоматизации приспособлений, а также немаловажной является возможность автоматического получения размеров на настроенных станках базированием без выверки, что ускоряет процесс базирования и обеспечивает высокую точность. Поэтому разработка различного рода станочных приспособлений, остаётся актуальной для решения всевозможных задач по обработке металлов.

Однако  применение станочных приспособлений должно быть экономически обоснованным, т.к. их эксплуатация, изготовление и наладка достаточно дорогостоящи, что в свою очередь повлечёт за собой повышение себестоимости обрабатываемых деталей, а следовательно и их окончательной  стоимости.

Для выполнения фрезерной операции необходимо разработать конструкцию специального станочного приспособления, которое бы позволяло получить стабильную силу закрепления и сократить вспомогательное время при выполнении технологической операции, а так же выдержать необходимые размеры и взаимное  расположение поверхностей. Для разработки такой конструкции необходимо подобрать установочные элементы, зажимные устройства, рассчитать необходимую силу закрепления для обработки заготовки, подобрать гидропривод и рассчитать его основной показатель работоспособности, а так же проверить приспособление на точность при получении выдерживаемого размера.

 

 

2. Расчет фрезерного приспособления

1. Задание на проектирование

 

Следует разработать конструкцию  фрезерного приспособления для обработки  паза в детали "Вал", выдерживая размер 12 мм и глубина паза 5 мм. Операционный эскиз представлен на рисунке 1.

Материал заготовки - сталь 40Х (ГОСТ 4543-71). Станок – универсальный  горизонтально-фрезерный модели 6Р82Г. Режущий инструмент - фреза концевая диаметром 12 мм, ГОСТ 17024-82. Материал режущей части фрезы - быстрорежущая сталь Р6М5.  Режимы резания: V=30 м/мин; S=0,08 мм/зуб; t=2 мм. Годовая программа выпуска деталей - 15000 штук. Производство детали серийное.

2. Анализ технологической операции

 

Согласно заданию  предлагается разработать  конструкцию  фрезерного приспособления для обработки  паза  в детали "Вал".

Учитывая требуемую  точность обработки (размер 12 выполняется  с полем допуска +0,3),  можно  утверждать, что обработку можно  выполнить методом фрезерования.

 

Рисунок 1 –  Операционный эскиз

 

Заготовка базируется на наружные цилиндрические поверхности Æ30k6. Выбранная схема базирования обеспечивает выполнение требуемых размеров и взаимного расположения поверхностей.

Основные характеристики станка 6Р82Г, требуемые при разработке приспособления:

• размеры рабочей поверхности стола, мм………………………………………320´1250;
• расстояние от оси горизонтального шпинделя до поверхности стола, мм…….30´450;
• количество Т-образных пазов ...……3;
• размер центрального Т-образного паза, мм …18Н8;
• расстояние между пазами, мм …….63.

Обработка ведётся на двухместном приспособлении. Выбранный станок не имеет собственной гидростанции. Поэтому при необходимости механизации приспособления следует использовать пневмодвигатель.

3. Выбор системы станочного приспособления

 

Выбор системы  станочного приспособления зависит  от типа производства конфигурации заготовки. Можно говорить о крупносерийном производстве (N = 15000 штук). В таком производстве целесообразно применять специальные приспособления.

Базовый блок представляют тиски станочные винтовые самоцентрирующие рычажные для круглых профилей. Наладкой является опорная призма. Базовый блок оснастим  элементами механизации (пневмодвигателем), который обеспечивает закрепление заготовки.

4.  Обоснование и выбор установочных элементов приспособления

 

Установочные  элементы приспособления обеспечивают базирование заготовки, поэтому их конфигурация определена схемой базирования, указанной на операционном эскизе (см. операционный эскиз).

В качестве опорных  элементов приспособления применяем  опорные призмы 7033-0035 ГОСТ 12195-66. Стандартные призмы изготавливают из стали 20Х с цементацией рабочих поверхностей на глубину 0,8-1,2 мм и с закалкой до твердости   HRC_Э 56-61. Для базирования по боковым поверхностям используем буртик вала, который упирается в торец призмы. Общий вид на рисунке 2.

Рисунок 2 - Общий вид вала в призмах

5. Обоснование и выбор зажимного устройства приспособления. Расчёт зажимного устройства

 

Так как  в  рассматриваемом случае мы остановились на использовании системы УНП,  то целесообразно механизировать закрепление заготовки.  Как было сказано ранее,  в данном случае следует использовать пневмодвигатель. Наиболее распространенными пневмодвигателями  являются пневморцилиндр и пневмокамера.  Последняя имеет ряд преимуществ перед  пневмоцилиндром  (упрощенная  конструкция, увеличенная работоспособность,  пониженная стоимость и т.д.).

Для устойчивого  положения  заготовки  в  процессе  обработки ее закрепление должно производиться с двух диаметрально противоположных сторон. Передача усилия  от силового узла к зажимному элементу может производиться с помощью рычагов,  которые выполняют функцию передаточного механизма.

                                                        

Рисунок 3 - Расчётная схема и формула для вычисления силы закрепления Р_З заготовки.

 

Цилиндрическая  заготовка установлена в призме с углом α и нагружена моментом М.

Без учета трения на торце: Рз=КМ/[fзмD/2+fопD/(sinα/2)], где

Рз-сила закрепления;

К-коэффициент запаса;

М-момент;

fзм и fоп - коэффициенты трения в местах контакта заготовки с опорами и с ЗМ соответственно;

D-диаметр.

К = К₀К₁К₂К₃К₄К₅К₆.

Коэффициенты:К₀=1,5 – гарантированный коэффициент запаса;

К₁ учитывает увеличение сил резания из-за случайных неровностей на обрабатываемых поверхностях заготовок, при черновой обработке К₁=1,2;

К₂ учитывает увеличение сил резания вследствие затупления режущего инструмента К₂=1,7;

К₃ учитывает увеличение сил резания при прерывистом резании, при прерывистом торцовом фрезеровании К₃=1,3;

К₄ характеризует постоянство силы, развиваемой ЗМ, если на силу закрепления влияют отклонения размеров заготовки, что имеет место при использовании пневмокамер, пневморычажных систем, приспособлений с упругими элементами (мембранных, гидропластмассовых и др.), К₄ =1,3;

К₅ характеризует эргономику   немеханизированного ЗМ, при удобном расположении рукоятки и малом угле ее поворота К₅ =1,0;

К₆ учитывают только при наличии моментов, стремящихся повернуть заготовку, установленную плоской поверхностью, заготовка установлена на опорные пластины, то точки контакта расположены неопределенно и К₆=1,5.

К=1,5∙1,2∙1,7∙1,2∙1,3∙1,0∙1,5=7,1604

   Коэффициент  трения f между заготовкой, опорами и зажимным механизмом СП: fзм=fоп=0,16 - при контакте обработанных поверхностей заготовки с опорами и ЗМ приспособления.

Первый способ определения силы закрепления.

Рz=10Cpt^xSz^yB^UzKмр/D^qn^w, - окружная сила, где

Kмр=1

z=4 – число зубьев фрезы

t – глубина резания

n – частота вращения фрезы, n=1000V/πd

Sz=0,08 – подача

Cp=68,2; x=0,86; y=0,72; q=0,86; U=1; w=0.

 

V=CvD^qKv/T^mt^xS^yB^UZ^p, - скорость, где

Cv=46,7; q=0,45; x=0,5; y=0,5; U=0,1; p=0,1; m=0,33

T=80 мин – период стойкости

Kv=KmvKnvKuv – поправочный коэффициент на скорость резания

Kmv=Кг(750/σв)^nv=1(750/750)¹=1 – коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала

Knv=0,9 - коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки

Kuv=1 - коэффициент, учитывающий материал инструмента

Kv=1∙0,9∙1=0,9

V=46,7∙12^0,45∙0,9/80^0,33∙12^0,5∙0,08^0,5∙5^0,1∙4^0,1=22,9 м/мин

n=1000∙22,9/3,14∙12=607≈600 об/мин

 

М=Рz 6 10^-3 – момент

М=2213,29∙6 10^-3=13,2 Н∙м

Рз=7,16∙13,2/[0,16∙12/2+3∙0,16∙12/(sin(90°/2))]=10,37 Н

 

Второй способ определения силы закрепления.

Рисунок 4 –  Определение силы закрепления.

 

 

 

.

 

Так как сила закрепления на втором способе больше, и деталь будет прочно держатся при  обработке паза, то выбираем вторую силу закрепления для расчёта.

Учитывая выбранную  принципиальную схему зажимного  устройства, по конструктивным соображениям принимаем отношение плеч передаточного механизма 1:1 (это отношение может поменяться в результате конструирования приспособления).

Определяем  рабочий диаметр пневмоцилиндра 4 Q:

D =

где - удельное давление сжатого воздуха,

;

- коэффициент полезного действия пневмоцилиндра,

= 0,85…0,95 [1].

 мм.

Рабочий диаметр  пневмоцилиндра выбираем из нормализованного ряда (D =80 мм).

6. Описание конструкции и принципа действия приспособления

 

Особенностью  конструкции является самоцентрирование, т.е. одновременное перемещение обеих  рычагов 2, что весьма важно при необходимости точной ориентировки обрабатываемых деталей относительно режущего инструмента.

В литом корпусе 9 размещены три губки. Сменная губка 4, выполнена в виде призмы, вставляется неподвижно в центральную часть корпуса, а две подвижные губки 2 рычажного типа размещены на оси 5.

Внутренние  плечи рычагов с помощью плавающих  гаек 6 связаны с винтом 7. Винт имеет две нарезки: правую и левую, а средняя часть его выполнена в виде шестерни, находящейся в постоянном зацепление с рейкой 1; рейка связана со штоком поршня пневмокамеры 10.

При подаче воздуха  в полость пневмокамеры вместе с  мембраной перемещается шток, который  перемещает рейку 1, которая поворачивает винт 8 и осуществляется зажим или разжим заготовки.

Для установки  заготовки в определенном положении по длине служит регулируемый упор 3; положение упора регулируется винтом 8.