Проектирование станочного приспособления

style="text-align:center;">1.4 Режимы резания

Точение предварительное

Нарезание резьбы

Зубофрезерная операция

На основании выполненных расчетах. Мы выбираем большую силу которая будет действовать при обработке. Это будет операция точение предварительное Pz=2783Н. На примере точения посмотрим влияния размеров на действующую силу. Дальнейшие расчеты будем производить по предварительное точение.

Рисунок 1 – Влияние размеров заготовки на действующую силу.

2.
Теоретическая схема базирования и анализ погрешности базирования

Рисунок 2 – Теоретическая схема базирования

Данная схема базирования лишает заготовку 5 степеней свободы. Поэтому погрешности базирования по осям.

По оси ОХ:

По оси ОУ:

По оси ОZ:

3.
Схема и расчет силы закрепления

Рисунок 3 – Схема сил закрепления

Схема сил, действующих на заготовку в процессе обработки, представлена на рис.3.

Составим уравнения.

Mox=n*Fтр1*(D/2) – Pz*(D/2)=0,

Pox=n*Fтр2 – Px=0,

Fтр=f*Q,

где Fтр – сила трения, Н

f – коэффициент трения, f=0,3

Q – сила закрепления, Н

где k – коэффициент запаса;

k0
– гарантированный коэффициент запаса;

k1
– коэффициент учитывающий изменения силы резания;

k2
– коэффициент учитывающий возрастание сил резания при затуплении инструмента;

k3
, k4
, k5
, k6
– коэффициенты учитывающие специфику условий

закрепления и обработки заготовки.

Сила закрепления не будет зависит от параметров заготовки(детали).

4.
Расчет и выбор привода

Так как сила закрепления Q=5448Н, то выбираем гидропривод.

Усилие на штоке W=Q=5448Н.

Диаметр штока

Принимаем диаметр штока D=32мм, остальные параметры гидроцилиндра принимаются конструктивно.

5. Расчеты на прочность

В данной работе общие законы расчетов на прочность рассматривают в приложении к конкретным деталям и придают им форму инженерных расчетов.

Кроме обычных видов разрушения (поломок) деталей, наблюдаются случаи разрушения поверхности деталей, которые связанны с контактными напряжениями. Контактные напряжения возникают вместе соприкасания двух деталей: ролика (18) и конуса втулки (16), когда размеры площадки касания малы по сравнению с размерами деталей.

Схема нагружения шарика.

Расчетное условие контактной выносливости шарика (ниже приводятся (без вывода) и объясняются те формулы, которые используются в дальнейшем как исходные для выполнения расчета по контактной выносливости):

где σН
– величина контактных напряжений, МПа.

здесь т
– коэффициент зависящий от формы тел качения, т
=0,1;

Fп
– сила прижатия, нормальная к поверхности контакта, Н:

,

где Fш –
усилие на штоке, Fш
= 2800Н, α =15˚,

;

Eпр
– приведенный модуль упругости:

,

где Е1
, Е2
– модули упругости. Так как и шарик и втулка стальные, то Е1
=Е2
=2·105
МПа, следовательно Епр
= Е1
= 2·105
МПа;

- приведенный радиус кривизны контактирующих тел, мм:

где R1
, R2
– радиусы кривизны в точке контакта, R1
=2,5 мм, R2
=.

МПа;

[σН
] – допускаемое напряжение, для закаленной стали твердостью 60HRC при начальном контакте в точке [σН
] = 2000МПа.

МПа, следовательно контактная выносливость шарика обеспечена.

Закрепление корпуса патрона на станке осуществляется при движении штока вправо, при этом сухарик скользит по конусному, а затем цилиндрическому участку постепенно прижимаясь к корпусу, сухарик при этом испытывает напряжения смятия (размеры площади контакта сопоставимы с размерами контактирующих тел).

Расчетное условие:

где - напряжение смятия, МПа:

где F - сила прижатия, нормальная к поверхности контакта, Н

,

где Fз – сила закрепления, Fз = 2800Н; α =45˚,

А – площадь сопротивления смятию, мм2

А = ,

где d – диаметр сухаря, d = 4 мм.

А = мм2
.

МПа;

[] – допустимое напряжение смятия, [] = 150 МПа.

МПа, сопротивление детали смятию обеспечивается

Болтовое соединение рассчитываем на срез.

Схема к расчету болтового соединения

Условие прочности на срез

,

где F – сила действующая на болт, Н;

d – диаметр болта, мм;

z – количество болтов.

МПа

допускаемое напряжения,

147<160МПа, сопротивление детали срезу обеспечивается

Болтовое соединение рассчитывается на смятие

Условие прочности на смятие

где - напряжение смятия, МПа

где F – сила действующая на болт, Н;

dб – диаметр болта, мм;

δ – толщина стенки, мм.

[] – допустимое напряжение смятия, [] = 150 МПа.

МПа, сопротивление детали смятию обеспечивается.

Эпюра нагружения

Расчет на прочность штифтового соединения.

Схема к расчету штифтового соединения

Расчет на прочность штифтового соединения на срез:

Условие прочности на срез

,

где F – сила действующая на штифт, Н;

dш – диаметр штифта, мм;

z – количество штифтов.

МПа

допускаемое напряжения,

110<160МПа, сопротивление детали срезу обеспечивается

Штифтовое соединение рассчитывается на смятие

Условие прочности на смятие

где - напряжение смятия, МПа

где F – сила действующая на штифт, Н;

dш – диаметр штифта, мм;

δ – толщина стенки, мм.

[] – допустимое напряжение смятия, [] = 150 МПа.

МПа, сопротивление детали смятию обеспечивается.

Эпюра нагружения

Расчет на прочность шлицевого соединения

Схема к расчету шлицевого соединения

Расчет шлицевого соединения на смятие

Условие смятие

Мк=87,67Нмм

где z – число шлицев z=8;

h – высота поверхности контакта

D – наружный диаметр втулки, мм

D – внутренний диаметр отверстия, мм

[] – допустимое напряжение среза

Ψ – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения

нагрузки по шлицам ψ=0,7-0,8

Нмм, сопротивление детали смятия обеспечивается.

На срез не будет считаться, так как действующая сила на шлицы действует равномерно по всей поверхности.

6. Расчет приспособления на точность

Расчет точности станочного приспособления

где δ – допуск на размер, δ=0,52мм

Δ – экономически достижимая точность, Δ=0,052мм

к – коэффициент пропорциональности, к=0,5

εб
– погрешность базирования, мм εб
=0,62мм

εз
– погрешность закрепления, мм

сosα=0, так как угол между формируемым размером и силой зажима 900
.

Схема расположения размерной цепи по оси ОХ.

А1=11(-0,43
)мм, А2=12(-0,43
)мм, А3=6(-0,3
)мм, АΔ=32мм

Решаем прямую задачу вероятностным методом

А1, А2, А3 – уменьшающие звенья;

АΔ – увеличивающее звено.

Рассчитаем число единиц допуска

В зависимости от а.с.=50,3 назначаем 10-й квалитет

АΔ=32h10(-0,1
)мм

Найдем среднее отклонение звеньев

Принимаем среднее отклонение звеньев А1,А2 ЕСА1
=ЕСА2
=-0,175мм

Схема расположения размерной цепи по оси OZ

А1=6(-0,3
)мм, А2=18(-0,43
)мм, А3=6(-0,3
)мм, АΔ=30мм

Решаем прямую задачу вероятностным методом

А1, А2, А3 – уменьшающие звенья;

АΔ – увеличивающее звено.

Рассчитаем число единиц допуска

В зависимости от а.с.=111,12 назначаем 12-й квалитет

АΔ=32h12(-0,25
)мм

Найдем среднее отклонение звеньев

Принимаем среднее отклонение звеньев А3 ЕСА3
=-0,2мм

7. Техническое описание приспособления

Разработанное приспособление используется в серийном производстве для закрепления заготовок, которые обрабатываются на обрабатывающем центре. Приспособление перенастраивается для закрепления деталей типа вал различного диаметра с помощью съемной насадки. Приспособление состоит из цанговой насадки, корпуса, шпинделя, штока, гидроцилиндр и других деталей.

В статическом положении детали взаимодействуют друг с другом в такой последовательности.

Лопастной гидроцилиндр установлен на левом конце шпинделя токарного обрабатывающего центра и вращается вместе с ним. Гидроцилиндр состоит из корпуса (статора) 2 с упором, крышками 5 и 6 и однолопастного ротора 19 с лопастью 7, закрепленного шпонками 25 на гайке 8. Гайка установлена в статоре на конических роликоподшипниках 21 и связана с винтовой втулкой 9, в правый его конец ввинчена тяга 10, которая через промежуточные звенья перемещает цанговую насадку при зажиме и разжиме детали. При подаче масла в одну из полостей статора 2 ротор 19 с лопастью 7 проворачивается до упора и вращает гайку 8, которая перемещает винт с тягой 10 вправо или влево. Винтовая втулка, перемещаясь в шлицевом отверстии крышки 6, не вращается. Масло из резиновых шлангов подается через отверстие в приемную невращающуюся муфту 1, установленную на шарикоподшипниках 22, сидящих на валу, который запрессован в крышку 5. Вал имеет каналы для прохода масла в одну из полостей статора. Гидроагрегат с электродвигателем и насосом включают только во время остановки станка, а сила зажима детали цанговой насадкой сохраняется при обработке детали вследствие самоторможения винтовой пары: гайки и винтовой втулки.

Шпинделю станка передается возвратно-поступательное и вращательное движение. Сухарики 17, которые подпружинены пружиной 23 перемещается по шпинделю и поднимает втулку 15, которая в свою очередь сжимает цанговую насадку 3, соединяющаяся через шлицевое соединение. Происходит зажим детали. Для раскрепления детали из гидроцилиндра высасывается масло из полостей статора, происходит обратное действие винтовой пары, сухарик опускается и опускается втулка. Замена насадки производится при необходимости при раскрепления детали. Подача поршня контролируется датчиком FESTO, который находится на корпусе гидроцилиндра.

Схема работы гидравлического привода.

При перемещения рукоятки 5 в крайнее положение переключается золотник 4 и включается электродвигатель насоса 2. Масло из бака 1 по трубопроводу через лопастной насос 2, работающий от электродвигателя, и трубопроводу 3 под давлением 6,5МПа подается в золотник 4. Из него масло по трубопроводам 7 поступает в правую или левую полость лопастного цилиндра 8. При подаче масла в правую полость цилиндра лопасть с ротором 9 поворачивается до упора 10 и вытесняет масло из левой полости. Масло через левый трубопровод 7, золотник 4 по трубопроводу 14 стекает в бак 1. При переключении рукоятки 5 золотника 4 в другую сторону масло поступает в левую полость цилиндра 8, а из его правой полости и золотника 4 по трубопроводу 14 сливается в бак 1. Масло, которое просочилось из золотника 4 отводится по трубопроводу 13 в бак. Необходимое давление масла в гидросистеме регулируется клапаном 12 и определяется манометром 6.

Список литературы

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3т. – 8-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроения, 2001.

2. Болотин Х.Л., Костромин Ф.П. Станочные приспособления. Изд. 5-е, перераб. и доп. М., «Машиностроение», 1973, 344с.

3. Антонюк В.Е. Справочник конструктора по расчету и проектированию станочных приспособлений, 1969г.

4. Станочные приспособления: Справочник. В 2-х т./Ред. Совет: Б.Н. Вардашкин (пред.) и др. – М.: Машиностроение,/ Под ред. Б.Н. Вардашкина, В.В. Данилевского., 1984 – 656с., ил.

5. Боженко Л.И. Технология машиностроения. Проектирования технологического приспособления: Учебник. – Львов, 2001. – 296с.,ил.