Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ёирина
Введение
В современных технологических процессах поточно-массовом производстве затраты на изготовление и эксплуатацию технологической оснастки составляет до 20% себестоимости продукции. Наибольший удельный вес в общем парке технологической оснастки составляет станочное приспособление, применяемое для установки и закрепления заготовок деталей.
Применение приспособлений позволяет устранить разметку заготовок перед обработкой, повысить точность обработки, снизить себестоимость продукции, облегчить условия работы и обеспечить ее безопасность, расширить технологические возможности оборудования и сократить число рабочих, необходимых для выпуска продукции.
Постоянное совершенствование методов обработки связанное с нарастанием темпов технологического процесса, требует создание наиболее рациональной конструкции и экономического обоснования применения различных видов приспособлений, снижения их металлоемкости при обеспечении необходимой жесткости.
Изучение закономерности влияния приспособления на точность и производительность выполняемых операций позволяет проектировать приспособление интенсифицирующее производство и повышающее его точность. Проводимая работа по унификации и стандартизации элементов приспособления создала основу для автоматизированного проектирования приспособлений с использованием ЭВМ и автоматов для графического изображения, что приводит к ускорению технологической подготовки производства.
Целью данного курсового проекта является рассчитать и сконструировать станочное приспособление – для фрезерования паза шириной 30 мм детали Цапфа кулачковая.
1.1 Выбор способа базирования детали
Цапфа участок вала или оси, поддерживаемый опорой. Кулачковая цапфа представляет собой деталь типа втулки с наружными и внутренними цилиндрическими поверхностями вращения.
В детали необходимо профрезеровать паз шириной 30 мм.
Технологическими базами для установки детали в приспособлении являются наружная цилиндрическая поверхность вращения и плоскость, показанные на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 — Эскиз детали
Данная деталь изготавливается из стали 18ХГТ ГОСТ 4543-71. Материал применяется для деталей, работающих при больших скоростях и средних давлениях с ударными нагрузками(шестерни, шатуны, ходовые винты, пальцы, валы). Данный материал обладает следующими химическим составом и, физико-механическими свойствами, приведенными в таблицах 1.1 и 1.2.
Таблица 1.1 — Химический состав сталь 18ХГТ ГОСТ 4543-71,%
|
Углерод |
Кремний |
Марганец |
Хром |
Титан |
|
С |
Si |
Mn |
Cr |
Ti |
|
0,17-0,23 |
0,17-0,37 |
0,80-1,10 |
1,00-1,30 |
0,03-0,09 |
Таблица 1.2 — Физико-механические свойства сталь 18ХГТ ГОСТ 4543-71
|
Предел текучести σт Н/мм2 |
Временное сопротивление σв Н/мм2 |
Относительное удлинение δ, % |
Относительное сужение Ψ,% |
|
885 |
980 |
9 |
50 |
Для разработки теоретической схемы базирования изображаем заготовку в достаточном для четкого представления числе проекций. В соответствии с ГОСТ 21495-76 выбираем комплект баз, нумеруя их римскими цифрами над стрелочками с палочками. Нумерацию начинаем с базы, на которой располагается наибольшее количество опорных точек. Выбранная схема базирования представлена на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 — Теоретическая схема базирования:
I — установочная база;
II — двойная опорная база;
III — скрытая опорная база.
Для материализации схемы установки определяем тип установочных элементов и форму их поверхностей. Выбираем тип зажимных элементов и место их приложения к заготовке. Схему установки заготовки изображаем условными символами, в соответствии с ГОСТ 3.1107-81, на достаточном числе проекций, для четкого представления о заготовке, на рисунке 1.3.
Рисунок 1.3 — Схема установки заготовки в приспособлении:
- неподвижная опора с призматической формой рабочей поверхности.
Данное проектируемое фрезерное приспособление предназначено для обеспечения требуемого положения заготовки в процессе обработки. Приспособление устанавливается на столе сверлильного станка СЧПУ модели 2С150ПМФ4. Для фрезерования паза выбираем концевую фрезу с коническим хвостовиком ГОСТ 17026-71. При обработке паза на данном станке главным движением является вращательное движение фрезы, движением подачи – поступательное движение стола станка.
В качестве установочных элементов применяется две призмы: 2- подвижная; 3- неподвижная, в соответствии с рисунком 1.4.
Призма — установочный элемент с рабочей поверхностью в виде паза, образованного двумя плоскостями наклоненными друг к другу под углом 2α=90°. Призма определяет положение оси заготовки z перпендикулярной основанию, вследствие совмещения её с осью углового паза. Призма определяет также положение продольной оси заготовки х.
В качестве зажимного механизма применяется винтовой зажим представленный в виде винта 6 со сферическим наконечником, который перемещается в штыре 5 и фиксируется в корпусе подвижной призмы двумя штифтами 4.
Достоинства винтового зажима: простота конструкции, удобство в эксплуатации, надёжность закрепления заготовок.
Недостатки винтового зажима: значительное время необходимое для зажима-разжима заготовки, большие затраты рабочим мускульной силы,непостоянство силы зажима, возможность смещения заготовки под действием силы трения на торце винта.
Взаимное расположение установочных и зажимных элементов четко просматривается на принципиальной схеме приспособления.
Рисунок 1.4 —Принципиальная схема приспособления:
1 – неподвижная призма; 2- деталь; 3- подвижная призма; 4- штифт; 5- штырь; 6- винт.
2 Конструкторский раздел
2.1 Расчет приспособления на точность
Для определения допуска выполняемого размера анализируется размеры обрабатываемой поверхности. С целью выявления тех элементов поверхностей, точность которых не обеспечивается инструментом, а зависит от приспособления.
Определяем погрешность изготовления приспособления [ ]:
, (2.1)
где Т – допуск выполняемого размера, мм; Т=2 мм;
б – погрешность базирования, мм;
У – погрешность установки приспособления на станке, мм;
У=0мм (с.171,табл.79)
з–погрешность закрепления (с.165, табл.76);
и – погрешность положения детали из-за износа установочных элементов приспособления, мм;
пи – погрешность от перекоса (смещения) инструмента, мм; пи=0 мм;
КТ=1…1,2 – коэффициент учитывающий отклонение рассеяния значений составляющих величин от закона нормального распределения;
КТ1 = 0,8…0,85 – коэффициент учитывающий уменьшение предельного значения погрешности базирования при работе на настроечных станках;
КТ2=0,6…0,8 – коэффициент учитывающий долю погрешности, вызываемой факторами, не зависящими от приспособления;
- экономическая точность обработки, мм; =52 мкм=0,052 мм.
Определяем погрешность базирования по формуле:
б=0,5*ТD /sinα, (2.2)
где α – половина угла призмы; α=45⁰;
ТD – допуск на диаметр, мм;
ТD=0,16 мм (с. 153, табл. 74).
Подставим данные в формулу (2.2):
б=0,5*0,16 /sin45⁰=0,11 мм,
Определяем погрешность положения делали, из-за износа установочных
элементов приспособления по формуле:
и=U0*k1*k2*k3*k4, (2.3)
где U0 – средний износ установочных элементов, мм; U0=1 мкм=0,001 мм (с.174, табл. 81);
k1 – коэффициент учитывающий влияние материала заготовки;
k1=0,97 (с. 186, табл. 82);
k2 – коэффициент учитывающий влияние оборудования; k2=1,25 (с. 186, табл. 82);
k3 – коэффициент учитывающий влияние условий обработки; k3=1,0 (с.186, табл. 82);
K4 – коэффициент учитывающий влияние числа установок;
K4=1,0 (с.186, табл. 82).
Подставим данные в формулу (2.3):
и=0,001*0,97*1,25*1*1=0,0012 мм,
Исходя из формулы (2.1) определяем погрешность изготовления приспособления:
пр.≤ 2 -1 √(0,8*0,11)2+0,112+02+0,00122+02+(0,6*0,052)2 =1,86 мм.
Таким образом, приспособление обеспечит необходимую точность.
2.2.1 Расчет режимов резания
При назначении элементов режимов резания учитывают характер обработки, тип и размеры инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования. Данные заносим в таблицу 2.1.
Таблица 2.1 — Исходные данные для расчета режимов резания
|
Тип и размеры инструмента |
Концевая фреза с коническим хвостовиком Ø30 мм ГОСТ 10902-64 |
|
Материал режущей части инструмента |
Р6М5 |
|
Твердость материала |
980 МПа |
|
Метод получения заготовки |
Поковка |
|
Состояние поверхности |
Предварительно обработанная |
|
Наименование и модель станка |
2С150ПМФ4 |
|
Диапазон частот вращения шпинделя |
28…4500 мин-1 |
|
Диапазон подач |
1-5000 мм/мин |
|
Мощность привода |
5,5-11 кВт |
Рассчитываем режим резания, используя справочный материал в [ ].
Определяем глубину фрезерования t и ширину фрезерования В по условиям обработки:
t=30 мм; В=8 мм,
Выбираем максимальную допустимую на прочность фрезы подачу на зуб
Sz=0,05мм/об (с. 77, табл. 404).
По эмпирической формуле определяем скорость резания (с. 276):
Vрез=Сv*Dq*Kv/Tm*tx*Szy*Вu*zp, (2.4)
где Cv – поправочный коэффициент;
Cv=234 (с. 407, табл. 81);
D – диаметр фрезы, мм; D=30 мм;
Т – период стойкости инструмента, мин;
Т=12мин (с. 411, табл.30);
t – глубина фрезерования, мм;
t=30 мм;
Sz – подача на зуб фрезы, мм/об;
В – ширина фрезерования, мм;
В=8 мм;
z – число зубьев фрезы;
z=4;
Кv – общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактические условия резания;
q, x, y, u, p, m – показатели степени; q=0,44; x=0,24; y=0,26; u=0,1; p=0,13; m=0,37 (с. 407, табл. 81);
Определяем общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактические условия резания.
КV=КМVКNVКИV, (2.5)
где КМV – коэффициент учитывающий качество обрабатываемого материала, который определяется по формуле:
КМV=Кr*(750/σв)nv, (2.6)
где Кr — коэффициент характеризующий группу стали по обрабатываемости;Кr=1 (с. 359-361, табл. 2);
nv – показатель степени
nv=0,9 (с. 259-361, табл. 2);
σв — предел прочности материала, МПа; σв= 980 МПа;
Подставим данные в формулу (2.6):
КМV=1*(750/980)0,9 = 0,8.
КNV – коэффициент учитывающий состояние поверхности заготовки; КNV = 0,8 (с. 359-361, табл. 5);
КИV – коэффициент учитывающий материал инструмента; КИV=1 (с. 359-361, табл. 6);
Подставляем данные в формулу (2.5):
КV=0,8*0,8*1=0,64.
По выбранным данным рассчитываем скорость резания исходя из формулы (2.4):
Vрез=234*300,44*0,64/1200,73*30,0,24*0,050,26*80,1*4013=75 м/мин,
Определяем частоту вращения шпинделя станка и корректируем по паспортным данным:
n=1000·V/π·D=1000*75/3,14*30=743 об/мин, (2.7)
где V – скорость резания, м/мин
D – диаметр фрезы, мм;
Принимаем n=200 об/мин.
Определяем действительную скорость резания, которая определяется по формуле:
Vд=πDn/1000=3,14*30*160/1000=18,84м/мин, (2.8)
Определяем минутную подачу и корректируем по паспортным данным:
Sм=S*n=Sz*z*n=0,05*4*200=40 мм/мин, (2.9)
Принимаем Sм=100 мм/мин.
2.2.2 Расчёт сил резания
Определяем силу резания при фрезеровании по формул
Рz=10*СP*tx*Szy*Bu*z*KMP/Dg*nw, (2.10)
где CР – поправочный коэффициент;
CР=12,5 (с. 412, табл. 83);
KМР – коэффициент учитывающий фактические условия обработки;
x, y, u, g, w – показатели степени; x=0,85, y=0,75, u=1, g=0,73, w=-0,13 (c. 412, табл. 83); Определяем поправочный коэффициент по формуле:
KМР=( σв/750)n, (2.11)
где n – показатель степени; n=0,3;
Подставим данные в формулу (2.11):
KМР=(980/750)0,3=1,08.
Подставим данные в формулу (2.10):
Рz=10*12,5*300,86*0,050,75*81*4*1,1/300,73*200-0,13=1389 Н,
Определяем силу PУ из соотношения:
PУ : Рz=0,5 (2.12)
Из формулы (2.12) выражаем силу PУ :
PУ= Рz*0,5=1389*0,5=694 Н,
Определяем крутящий момент по формуле:
МКР= Рz*d/2*100=1389*0,03/2*100=2,03 Н*м, (2.13)
Определяем мощность резания по формуле:
NРез=Рz*V/1020*60=1389*18,84/1020*60=3,3кВт, (2.14)
Но необходимо, чтобы соблюдалось условие NРез≤ Nшп
По паспортным данным станка определяем мощность на шпинделе станка: Nшп=5,5 кВт.
3,3≤5,5,
Условие выполнено.
2.2.3 Расчет усилия зажима
Для определения усилия зажима заготовки составляют уравнение моментов из условия равновесия заготовки под действием всех сил. Для этого вычерчиваем эскиз обработки. На нем изображают места приложения и направления сил, действующих на заготовку в процессе обработки.
Рисунок 2.1 – Схема действия сил на заготовку во время обработки
Усилие зажима определяется по формуле:
W= (2.15)
где К – коэффициент запаса;
f – коэффициент трения в местах контакта заготовки с опорами;
f=0,16 (табл. 96);
Коэффициент запаса К, учитывающий нестабильность силовых воздействий на заготовку, вводят при вычислении силы W для обеспечения надежного закрепления:
К=К0*К1*К2*К3*К4*К5*К6 , (2.16)
где К0=1,5 – гарантированный коэффициент запаса; (с.382);
К1 - учитывает увеличение силы резания из-за случайных неровностей на обрабатываемых поверхностях заготовок,при черновой обработке;
К1=1,0 (с. 382);
К2 – учитывает увеличение сил резания вследствии затупления режущего инструмента; принимаю при фрезеровании с осевой силой
К2=1,3 (с. 382, табл. 2);
К3 – учитывает увеличение силы резания при прерывистом резании; если резание не является прерывистым.
К3=1,0 (с.383);
К4 – характеризует постоянство силы, развиваемой ЗМ; для ЗМ с немеханизированным приводом
К4=1,3 (с.383);
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; при установке заготовки плоской поверхностью на призмы расположение точек контакта непостоянное и К6=1,0;
Определяем коэффициент запаса исходя из выбранных его составляющих:
К=1,5*1*1,3*1,0*1,3*1,0*1,0=2,5.
Подставив данные в формулу (2.15) получаем:
W=2,5*4051+13504*0,25/0,25*0,25=16983 Н,
Т.к. составляющие силы резания меньше, чем усилие зажима,
следовательно заготовка в приспособлении будет надежно закреплена.
Расчет винтового зажимного механизма, производим используя справочник [ ].
Предварительно определяем диаметр винта по формуле:
d = c* √W/[σр], (2.17)
где с – коэффициент для метрической резьбы; с = 1,4;
W – прилагаемое усилие, H;
W = 16983 Н;
[σ] – допускаемое напряжение материала, МПа; [σ] = 110 МПа;
Подставим данные в формулу (2.17):
d = 1,4* √16983/110=18,24 мм.
Следуя из условий прочности по табл. 4, с. 386, принимаем М20, выбираем номинальный внутренний d1 = D1 =17,924 мм и средний диаметры d2 = D2 = 18,376 мм и шаг резьбы Р = 2,5 мм, а также находим возникающее в материале винта напряжение растяжения σр = 98 МПа.
По известным диаметру и шагу резьбы принимаем для метрической резьбы, половину угла при вершине резьбы β = 30°.
Определяем угол подъема резьбы по формуле:
α=arctg P/(π*d2), (2.18)
где Р – шаг резьбы, мм;
d2 – средний диаметр резьбы, мм.
Подставив данные в формулу (2.18) получаем:
α = arctg 2,5/3,14*18,376 = 2°30',
Принимаем α = 2°30' для метрических резьб.
Определяем приведенный угол трения в резьбе по формуле:
φпр = arctg (0,1*cos β), (2.19)
где β – половина угла при вершине резьбы;
Подставим данные в формулу (2.19):
φпр = arctg (0,1*cos 30°) = 6°24',
Принимаем φпр = 6°24'
Определяем КПД винтовой пары по формуле:
η=tgα/tg(α+φпр)=tg2°30'/tg(2°30'+6°24')=0,27, (2.20)
η<0,4 и Т.к. КПД равен 0,27, то винтовой ЭЗМ надежен против самоотвинчивания.
Определяем момент винтовой пары по формуле:
М =0,1*W* d2=0,1*16983*22,051=42542Н*мм, (2.21)
Определяем плечо ключа по формуле:
L = M/(147…196) = 42542/147 = 290 мм. (2.22)
2.4 Расчет детали приспособления на прочность
Для расчета на прочность детали приспособления будем использовать справочник [ ].
При нагружении соединения силами в плоскости (по поверхности) стыка деталей в случаях установки винта без зазора и работы на срез винта проверочный расчет осуществляется по формуле:
τср=4Р/π*d2*i≤[τср], (2.23)
где Р – срезающая сила, Н;
[τср] – допускаемое напряжение среза, МПа;
i – число стыков (количество штифтов или винтов) в соединении;
d – диаметр винта, мм;
Из формулы (2.23) выражаем диаметр винта d и определяем размер опасного сечения по формуле:
d = 4Р/ √π* τср*i = √4*16983/3,14*110*3 = 18 мм,
Т.к. диаметр сечения винта равен 18 мм, что меньше, чем принят в конструкции, то условие на прочность соблюдено.
2.5 Описание конструкции и принципа работы приспособления
В приспособление фрезерное устанавливают заготовку для фрезерования в ней паза шириной 30мм и глубиной 8 мм в детали цапфа кулачковая,концевой фрезой с коническим хвостовиком Ø30 мм ГОСТ 17026-71. Заготовка устанавливается в двух призмах 3,4 по наружной цилиндрической поверхности. Неподвижная призма 3 закрепляется на корпусе приспособления с помощью четырех винтов 13 и фиксируется двумя штифтами 21. Усилие зажима передается через винт 5 со сферическим наконечником, который перемещается в штыре 9, на подвижную призму 4. Правильное направление при зажиме осуществляют две направляющие 7, которые закрепляются на корпусе приспособления с помощью шести винтов 13 и фиксируются четырьмя штифтами 20. Винт 5 фиксируется в корпусе подвижной призмы 4 с помощью двух штифтов 19. Корпус приспособления закрепляется на плите с помощью двух шпонок 6. Шесть болтов 8 устанавливаются в Т-образные пазы стола и фиксируют приспособление на столе станка, при помощи шести гаек 15 и шести шайб 17.
2.6 Мероприятия по ресурсо- и энергосбережениям
Максимального снижения массы, можно добиться путем придания детали рациональной формы, путём снижения металлоемкости приспособления, как показано на рисунке 2.2.
а) б)
Рисунок 2.2 – Конструкция основания приспособления:
а) базового; б) проектируемого.
Дня уменьшения металлоемкости приспособления целесообразно применять схему основания на рисунке 2.2, б), т.к. это никак не повлияет на характеристики приспособления и в итоге способствует снижению массы приспособления.
Анализируя данное приспособление можно сказать, что оно имеет
достаточные габариты для удобного и жёсткого крепления на столе станка. Приспособления имеет небольшую высоту. На нём рационально размещены установочные и зажимные элементы, что не увеличивает высоты приспособления и обеспечивает устойчивость конструкции на станке.
Уменьшение металлоёмкости основания приспособления, в виде изготовления его из двух частей повлекло к уменьшению веса и никак не отыгралось на устойчивости приспособления и процессе обработки заготовки.
Т.к. деталь имеет небольшие габаритные размеры, то для крепления детали используется ручной привод с небольшим усилием зажима. Применяемый ручной привод позволяет не применять гидравлические и пневматические системы, которые требуют использование дополнительных затрат.
2.7 Расчет экономической эффективности применения приспособления
Применение приспособлений экономически выгодно в том случае , если годовая экономия от его применения больше годовых затрат, связанных с его эксплуатацией.
При технико-экономических расчетах, производимых при выборе соответствующей конструкции приспособления, необходимо сопоставлять экономичность различных вариантов приспособлений для операции сверление. Считая, что расходы на режущий инструмент, амортизацию станка и электроэнергию для этих вариантов одинаковы, определяют и сравнивают лишь те элементы себестоимости операции, которые зависят от конструкции приспособления.
Определяем себестоимость обработки при использовании проектируемого (Са) и базового (Сб) приспособлений по формулам:
Са=За(1+Н/100)+(Sа/П)(I/A+q/100), (2.24)
Сб=Зб(1+Н/100)+(Sб/П)(I/A+q/100), (2.25)
где За ,Зб – штучная заработная плата станочника при использовании проектируемого и базового приспособлений для фрезерования, руб.;
За=Зб= Тшт.Tст./60, (2.26)
где Тшт. – штучное время обработки детали, мин;
Tст. – часовая тарифная ставка станочника для 2-го разряда, Tст.=677,7 руб./час, 3-го Tст.=677,7руб./час;
Подставим данные в формулу (2.27):
Тшт. = 1,84*2,6 = 4,8 мин,
Подставим данные в формулу (2.26):
За = 4,8*677,7/60 = 20,8 руб.,
Зб = 4,8*677,7/60 = 20,8 руб.,
Н – цеховые накладные расходы в % к заработной плате рабочих; Н =90%;
Sа , Sб – затраты на изготовление проектируемого и базового приспособлений, руб.;
Sа=C*N=150*14= 2100 руб., (2.29)
Sб=C*N=300*14 = 4200 руб., (2.30)
где С- постоянная, зависящая от сложности приспособления и его габаритов. Для нового приспособления; С=150;
N-количество деталей в приспособлении; в проектируемом N= 14 шт.,
П - годовая программа выпуска деталей, П= 5000 шт.
А-срок амортизации приспособления в течении которого его используют для изготовления деталей; для проектируемого А = 2 года, для базового А = 3 года;
q- годовые доходы, связанные с эксплуатацией приспособления, берут равным 20% от затрат на изготовление, т.е. q=20% от S,руб.;
qа=0,2*Sа= 0,2*2100 = 420 руб., (2.31)
qб= 0,2*Sб = 0,2*4200= 840руб., (2.32)
Определяем себестоимость обработки при использовании проектируемого (Са) и базового (Сб) приспособлений, используя формулы (2.24, 2.25):
Са = 20,8*(1+90/100)+(2100/5000)*(1/2+420/100) = 40,402 руб.,
Сб = 20,8*(1+90/100)+(4200/5000)*(1/2+840/100) = 42,96руб.,
Экономический эффект от применения приспособления составляет:
Э= (Са-Сб)*П = (42,96-40,402)*5000 = 12790 руб. (2.33)
Заключение
В данном курсовом проекте необходимо было рассчитать и сконструировать станочное приспособление – для фрезерования паза шириной 30 мм. В ходе работы была определена схема базирования заготовки. При обработке детали были выбраны установочные элементы приспособления, были произведены расчеты на точность приспособления, расчеты основных параметров зажимного механизма и осуществлен их выбор, что позволило создать компактную и рациональную конструкцию приспособления. В результате технико-экономического сравнения определена себестоимость донного приспособления, что позволило получить экономический эффект от применения данного приспособления равный 12790 рублей. При выполнении расчетов в данном курсовом проекте широко использовалась справочно-нормативная литература.
Список литературы
Приложение
24