3 Конструкторская часть

3.1 Описание приспособления

Основным назначением станочных приспособлений является установка и ориентация заготовок на металлорежущих станках. Для обеспечения полной ориентации в пространстве заготовку лишают шести степеней свободы. Но для снижения стоимости и простоты конструкции достаточно лишение трёх степеней свободы.

В данной конструкции фрезерно-сверлильного приспособления ДП.151001.07.007.СБ зажим заготовки осуществляется двумя способами:

- гайкой М24 поз.21, которая накручивается на неподвижный палец поз.5 и зажимает деталь через быстросменную шайбу поз.20.

- второй способ предусматривает зажим заготовки по четырём отверстиям. При этом зажим происходит через гайку М16 поз.13 которая неподвижно соединена с пальцем поз.3. По пальцу посредством резьбового соединения перемещаются втулка с двумя конусами поз.9. При перемещении втулки вверх происходит разжим 6-ти плунжеров поз.14 ( 3 вверху и 3 внизу) что обеспечивает зажим детали по двум отверстиям.

Фиксация по оставшимся двум отверстиям осуществляется аналогичным образом.

Базирование данного приспособления на станке мод. 2204ВМФ4 осуществляется по двум пальцам ø50h6 и ø17f7.

Зажим приспособления происходит с помощью станочных болтов в вставляемых в пазы плиты поз.1 и затягиваемых гайкой.

3.2 Погрешность установки

Погрешность установки заготовки E_y заготовки в приспособлениях вычисляют с учётом погрешностей E_б базирования и погрешности закрепления заготовок E_з.

Погрешность установки определяют как предельное поле рассеяния положений измерительной поверхности относительно поверхности отсчёта в направлении выдерживаемого размера. Тогда:

, мм (27)

Погрешность базирования E_б возникает при не совмещении измерительной и технологической баз заготовки и определяется в зависимости от схемы установки детали в приспособлении.

Рисунок 3.1 - Схема расположения отверстий

В данном случае базирование детали осуществляется по схеме два пальца – без зазора. Осуществление данной схемы стало возможно за счёт принципа действия базирующего устройства (см. описание приспособления).

E_б=2Δ+δ₁+ δ₂ (28)

где: Δ – минимальный радиальный зазор посадки заготовки на палец.

δ₁ – допуск на межцентровое расстояние

δ₂- допуск на межцентровое расстояние

В соответствии с Рисунком 3.1:

Δ=0, δ₁=0,1мм; δ₂=0,1мм

E_б=0,1+0,1=0,2мм

В данном приспособление зажим осуществляется с помощью гайки, которая накручиваются на неподвижную шпильку, и зажимает деталь через быстросменную шайбу. Так как сила зажима направлена перпендикулярно выдерживаемого размера, на который рассчитываем погрешность, то E₃ = 0.

Следовательно, погрешность установки будет составлять: E_у=0,2мм.

3.3 Расчет усилия зажима приспособления

При проектировании зажимного устройства необходимо учитывать три важных условия: заготовка должна занимать устойчивое положение до приложения сил закрепления; в процессе закрепления заготовки не должно быть нарушено приданное ей при установке положение; силы, возникающие при обработке, не должны смещать заготовку.

В конструкции проектируемого приспособления для обеспечения наилучшего закрепления зажим осуществляется двумя способами:

- гайкой М24 , которая накручиваются на неподвижную шпильку, и зажимает деталь через быстросменную шайбу.

- гайками М16, жестко соединёнными с пальцами, по которым перемещается коническая втулка посредством резьбового соединения. При движении втулки вверх происходит разжим трёх плунжеров зажимающих деталь по отверстию ø52.

Данная конструкция полностью удовлетворяет поставленным условиям проектирования.

Рассмотрим вторую схему зажима:

Рисунок 2 Схема зажима заготовки

Сила зажима данной схемы равна[4]:

; (29)

где W – усилие зажима гайкой;

tgφ – коэффициент трения между конусом и шариком;

n – число плунжеров;

α – угол конуса;

значение tgφ принимаем равным 0,05

отсюда φ=2,86⁰

Сила зажима гайкой определяется по формуле:

(30)

где D – максимальный диаметр в точке контакта плунжера и конуса, мм ;

d –минимальный диаметр в точке контакта плунжера и конуса, мм ;

μ – коэффициент трения резьбы , мм ;

Q – исходная сила , развиваемая винтовым механизмом , Н ;

l – длина рукоятки ключа , мм ;

r_ср – средний радиус резьбы , мм ;

α – угол подъема резьбы ;

Р – шаг резьбы , мм ;

φ_пр – приведенный угол трения ;

Величина исходного усилия Q на рукоятке (ключе) лимитируется условием прочности болта на растяжение и принимается равной 100Н [5] . Длина рукоятки ключа l = 14d [5 ] . Принимаем l = 190 мм.

В приспособлении для зажима детали используется гайка М16 :

Максимальный диаметр торца конуса D = 26,8 мм. , минимальный диаметр торца конуса d = 23,4 мм , шаг резьбы Р = 2 , средний радиус резьбы

r_ср = 14,701 мм . Коэффициент трения резьбы μ = 0,1 . Тогда угол подъема резьбы будет равен .

tgα = P/(2*π* r_ср ) (31)

tgα = 2/ (2*π*14,701)

tgα = 0,021

α = 1°12´

Приведенный угол трения составляет φ_пр = 6°40΄ . Так как величина угла подъема резьбы меньше приведенного угла трения α ≤ 6°40´ , условие самоторможения выполняются .

Запас самоторможения определяется по формуле :

К = (2*π*r_ср*f_пр) / Р (32)

где: f_пр – приведенный коэффициент трения (f_пр = 0,1)

К = (2* π*14,701*0,1) / 2

К = 4,616

Определяем силу зажима гайкой :

В связи с тем что заготовка зажимается подобным образом в двух местах следовательно сила Р будет в два раза больше и составит:

F=10029,2Н

Определяем силу резания при фрезеровании .

Исходные данные для расчета берем из Приложения Б.

Главная составляющая силы резания при фрезеровании – окружная сила которая определяются по формуле :

P_z = (10*С_р*t^x*S_z^y*B^u*z*К_мр)/(D^q*n^w) (33)

где С_р коэффициент и показатели степени из таблицы [2] равны :

С_р = 54,5 ; x = 0,9 ; y = 0,74 ; u = 1 ; q = 1 ; w = 0

t – глубина резания , t = 2,5 мм. ;

S_z - подача на зуб , S_z = 0,1 мм/зуб ;

В – ширина фрезерования , В = 120 мм ;

Z – число зубьев фрезы , z = 8 ;

D – диаметр фрезы , D = 125 мм ;

n - число оборотов , n = 160 об/мин .

К_мр - поправочный коэффициент на качество обрабатываемого

материала

К_мр = (НВ / 190)ⁿ

где: НВ твердость обрабатываемого материала по Бринеллю, НВ = 220

n – показатель степени из таблицы для фрезерования n = 1

К_мр = 1,16

P_z = (10*54,5*2,5^0,9*0,1^0,74*120¹*8*1,16)/(125^1*160⁰)

P_z = 2015,4 (Н)

Из полученных результатов видно что полученная сила зажима может достигать 5-ти кратное превосходство перед силой резания следовательно условие надежности закрепления детали в горизонтальном перемещении выполняется.

Найдем силу зажима гайкой обеспечивающую лишение вертикального перемещения:

Сила зажима гайкой определяется по формуле:

W = Q*l {(r_ср*tg(α+φ_пр)+⅓*μ+(D³-d³)/(D²-d²)} (34)

где D – наружный диаметр опорного торца гайки , мм ;

d – внутренний диаметр опорного торца гайки , мм ;

μ – коэффициент трения на торце гайки , мм ;

Q – исходная сила , развиваемая винтовым механизмом , Н ;

l – длина рукоятки ключа , мм ;

r_ср – средний радиус резьбы , мм ;

α – угол подъема резьбы ;

Р – шаг резьбы , мм ;

Φ_пр – приведенный угол трения ;

Величина исходного усилия Q на рукоятке (ключе) лимитируется условием прочности болта на растяжение и принимается равной 100Н [5] . Длина рукоятки ключа l = 14d [5] . Принимаем l = 190 мм.

В приспособлении для закрепления детали используется гайка М24 :

Наружный диаметр опорного торца гайки D = 45 мм. , внутренний диаметр опорного торца гайки d = 26 мм , шаг резьбы Р = 3 , средний радиус резьбы

r_ср = 22,051 мм . Коэффициент трения на торце гайки μ = 0,1 . Тогда угол подъема резьбы будет равен .

tgα = P/(2*π* r_ср ) (35)

tgα = 3/ (2*π*22,051)

tgα = 0,021

α = 1°12´

Приведенный угол трения составляет φ_пр = 6°40΄ . Так как величина угла подъема резьбы меньше приведенного угла трения α ≤ 6°40´ , условие самоторможения выполняются .

Запас самоторможения определяется по формуле :

К = (2*π*r_ср*f_пр) / Р (36)

где: f_пр – приведенный коэффициент трения (f_пр = 0,1)

К = (2* π*22,051*0,1) / 3

К = 4,616

Определяем силу зажима гайкой :

W = 100*190 / {(22,051*tg(1°12´+6°40΄)+⅓*0,1*(45³-26³)/(45²-26²)}

W= 3908,25 Н

Из полученных результатов видно что условие закрепления выполняется.