МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ФГБОУ ВПО «ВГТУ», ВГТУ) Институт машиностроения и аэрокосмической техники Кафедра «Технология машиностроения» КУРСОВОЙ ПРОЕКТ по дисциплине «Технологическая оснастка» Тема проекта: Проектирование станочного приспособления для обработки детали «Штуцер». Выполнил студент гр. ТМ-131 /Л.С. Шишкина/ Руководитель проекта __________________________________ /В.А. Сай/ Дата___________________Оценка_________________Подпись Воронеж 2016 1 Институт машиностроения и аэрокосмической техники Кафедра «Технология машиностроения» ЗАДАНИЕ на курсовой проект по дисциплине «Технологическая оснастка» Тема проекта: Проектирование станочного приспособления для обработки детали «Штуцер». Студент группы ТМ -131_____________________________/Л.С. Шишкина/ Техническое задание на проектирование специального приспособления 1. Наименование и область применения: Деталь «Штуцер» является элементом регулирующей арматуры в нефтегазовом оборудовании. Данная деталь является соединительным элементом регулирующей арматуры. 2. Основание для разработки: операционная карта технологического процесса механической обработки детали. 3.Цель и назначение разработки: проектируемое приспособление должно обеспечить: точную установку и надежное закрепление заготовки, а также постоянное во времени положение заготовки относительно стола станка и режущего инструмента с целью получения необходимой точности размеров обрабатываемых элементов детали и их относительного положения относительно других поверхностей заготовки; облегчение и удобство установки, закрепления и снятия заготовки; время установки не должно превышать 1 мин.; обеспечить рост производительности труда на данной операции на (10 -15)%. 4. Технические (тактико-технические) характеристики: тип производства серийный; программа выпуска - 10000 шт. в год. Установочные и присоединительные размеры приспособления должны соответствовать станку ИР500МФ4. Регулировки конструкции приспособления не допускается. Время закрепления заготовки не более 0,5 мин. Выходные данные операции: фрезерование 4-х пазов. 5. Документация, используемая при разработке: ЕСТП. Общие правила обеспечения технологичности конструкции. 6. Документация, подлежащая разработке: пояснительная записка; чертеж детали (формат А2); чертеж общего вида приспособления (формат А1), спецификация; чертеж силового привода (формат А3), спецификация. Срок защиты курсового проекта______________________________ Руководитель__________________________________________/В.А. Сай/ Задание принял студент________________________________/Л.С. Шишкина_/ Замечания руководителя Содержание Введение ....................................................................................................................... 5 1 Описание конструкции и назначения детали ........................................................ 6 2 Разработка технологической операции обработки детали и составление операционных карт и карта-эскиз на эту операцию ................................................ 7 3 Расчет режимов резания .......................................................................................... 8 3.1 Исходные данные для расчета ........................................................................ 8 3.2 Расчет режимов резания .................................................................................. 9 3.3 Сила резания ................................................................................................... 10 3.4 Расчет крутящего момента на шпинделе и эффективной мощности резания. ....................................................................................................................... 11 4 Эскизная проработка компоновки приспособления и схема базирования ...... 12 5 Расчет силы зажима ............................................................................................... 13 6 Выбор зажимного устройства и расчет исходного усилия РИ ........................... 15 7 Расчет параметров пневмопривода ...................................................................... 16 8 Расчет приспособления на точность обработки .................................................. 17 8.1 Погрешность установки................................................................................. 17 8.2 Погрешность базирования............................................................................. 17 8.3 Погрешность закрепления ............................................................................. 18 8.4 Погрешность положения ............................................................................... 18 Заключение ................................................................................................................ 20 Список литературы ................................................................................................... 21 Введение Курсовой проект по дисциплине: “Технологическая оснастка” является одной из самостоятельных работ будущего инженера. Эта работа направлена на решение конкретных задач при проектировании технологической оснастки с учётом требований передового производства. Основной целью курсового проекта является закрепление и углубление знаний, полученных во время лекционных, практических занятий и производственных практик, а также приобретение практических навыков в работе со справочной литературой, стандартами. Выполненный курсовой проект даёт возможность объективно оценить уровень теоретической и практической подготовки студента, необходимой для его будущей инженерной деятельности. В данной пояснительной записке представлен курсовой проект, выполненный на тему «Проектирование станочного приспособления для обработки детали «Штуцер». Для достижения поставленной цели была проанализирована конструкция детали, разработан технологический процесс, включая операционную карту. На основании разработанной схемы базирования было спроектировано ориентировочное станочное зажимное приспособление. Далее, исходя из расчета режимов резания, была составлена расчетная схема и выполнен расчет усилия закрепления заготовки в данном приспособлении. Был произведен расчет требуемого диаметра штока пневмоцилиндра и выбран ближайший стандартный пневмоцилиндр. Для разрабатываемой конструкции был проведен точностный расчет приспособления. 1 Описание конструкции и назначения детали Деталь «Штуцер» является элементом регулирующей арматуры в нефтегазовом оборудовании. Данная деталь является соединительным элементом регулирующей арматуры. Общий вид детали представлен на рисунке 1: Рисунок 1 - Общий вид детали "Штуцер" 2 Разработка технологической операции обработки детали и составление операционных карт и карта-эскиз на эту операцию Согласно заданию требуется спроектировать приспособление для фрезерования 4-х выступов. Данный переход выполняется за один установ на горизонтально фрезерном станке ИР500МФ4. Операционная карта и карта-эскиз приведены в приложении 1. 3 Расчет режимов резания 3.1 Исходные данные для расчета Вид обработки – фрезерование. Обработка производится цельной концевой фрезой JS512030F3C.0Z2NXT ∅3 (изготовитель – фирма SECO). Изображение инструмента представлено на рисунке 2 Рисунок 2 - Общий вид фрезы и параметры 3.2 Расчет режимов резания При фрезеровании различают подачу на зуб s z , подачу на один оборот s и подачу минутную s M , которые находятся в следующем соотношении: sM s n sz z n (3.1) где n – частота вращения фрезы, об/мин; z – число зубьев фрезы. Согласно каталогу фирмы SECO [7, с.30] для фрезы ∅3 мм и обрабатываемого материала рекомендуются следующие режимы: s z = 0,017 мм/зуб; максимально допустимая скорость резания Vmax = 120 м/мин. Исходя из этой скорости резания рассчитаем число оборотов шпинделя для фрезы ∅3 мм: nр 1000 υ D (3.2) С учетом всех имеющихся данных получим: nр 1000 120 12739 об/мин 3 Однако, согласно паспортным данным станка [8], максимальное число оборотов шпинделя – 3000 об/мин. Чтобы во время обработки станок не работал на пределе возможностей шпинделя, ограничимся количеством оборотов шпинделя n = 2900 об/мин. Скорость резания будет равна: V n D 1000 После подстановки значений получим: V 2900 3 27 м/мин. 1000 (3.3) Тогда, с учетом всех имеющихся значений и выражения (3.1) получим следующее: s 0,017 2 0,034 мм/об, s M 0,034 2900 99 мм/мин. Согласно паспортным данным станка [8] данные режимы могут быть реализованы. 3.3 Сила резания Осевую составляющую силы резания определим при помощи программы «Iscar’s Machining Power» [9]. Результаты расчета приведены на рисунке 3: Рисунок 3 – Результаты расчета усилия резания Величины остальных составляющих силы резания приведены в таблице 3.1: Таблица 3.1 – Значения составляющих силы резания при фрезеровании Сила Вертикальная со- Радиальная соОкружная сила подачи Ph, Н ставляющая- Pv, ставляющая- Py, резания- Pz, Н Н Н 45 89 63 179 Поскольку максимальной силой является сила Pz, то именно ее будем учитывать в дальнейших расчетах. 3.4 Расчет крутящего момента на шпинделе и эффективной мощности резания. Для проверки расчетов, выполненных по программе, рассчитаем крутящий момент на шпинделе и эффективную мощность резания согласно [2, с.290], по следующим формулам: Pz D , 2 1000 (3.4) Pz υ , 1020 60 (3.5) М кр Ne С учетом рассчитанных значений Pz и υ имеем: М кр Ne 179 3 0,3 Н∙м, 2 1000 179 27 0,09 кВт. 1020 60 Полученные значения крутящего момента и мощности совпадают со значениями, рассчитанными по программе, а так же допустимы согласно паспортным данным станка. 4 Эскизная проработка компоновки приспособления и схема базирования Приспособление представляет собой основание, на котором устанавливаются базирующие элементы для установки заготовки, прижимы и пневмопривод. Схема базирования заготовки приведена на рисунке 4: Рисунок 4 - Схема базирования заготовки Компоновка приспособления представлена в графической части курсового проекта (приложение 2). 5 Расчет силы зажима От проворота вокруг оси окружной силой Pz деталь защищена за счет конструкции приспособления. Основное усилие, которое стремится сместить заготовку – это осевое усилие Pх, которое стремиться сместить заготовку в продольном направлении. Упрощенная схема для расчета усилия закрепления, необходимого для того, чтобы удержать заготовку в процессе обработки, приведена на рисунке 5: Рисунок 5 - Схема расчета усилия закрепления Исходя из выше указанной схемы и уравнений равновесия сил, а так же введя коэффициент запаса К получим: Pз K Px f1 f 2 (5.1) где К – коэффициент запаса, f1 и f2 – коэффициенты трения между заготовкой и прижимом и между заготовкой и поверхностью призмы. Величина коэффициента К [3, с.382]определяется следующим образом: К К 0 К1 К 2 К 3 К 4 К 5 К 6 (5.2) где: К0 – гарантированный коэффициент запаса, К0=1,5; К1 – коэффициент, учитывающий увеличение сил резания из-за случайных неровностей на обрабатываемых поверхностях заготовок, в данном случае К1=1,1; К2 – коэффициент, учитывающий увеличение сил резания вследствие затупления режущего инструмента, К2=1,7; К3 – коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при прерывистом резании, К3=1; К4 – коэффициент, учитывающий постоянство силы, развиваемой зажимным устройством, К4=1; К5 – коэффициент, учитывающий эргономику ручных зажимных устройств, в данном случае применяется пневматическое зажимное устройство и К5=1; К6 – учитывается только при наличии моментов, стремящихся перевернуть заготовку, К6=1. Так же необходимо, чтобы выполнялось следующее условие: КР≥2,5 С учетом всех коэффициентов имеем: К 1,5 1,1 1,7 1 1 1 1 2,8 Поскольку КР=2,8 > 2,5, то условие выполнено, и коэффициент запаса достаточен. Значение коэффициентов трения f1=f2=0,15. С учетом коэффициента запаса К и прочих значений, суммарное усилие будет равно: Pз 2,8 89,56 836 Н 0,3 6 Выбор зажимного устройства и расчет исходного усилия РИ Усилие от пневмоцилиндра передается на прижим через рычажный механизм, с соотношением длин плеч 2:1, поэтому исходное усилие будет в 2 раза меньше требуемого усилия зажима. Pи РЗ 418 Н 2 (6.1) 7 Расчет параметров пневмопривода В качестве привода для приспособления будет использоваться пневмоцилиндр с креплением на лапах стяжках, подключаемый к цеховой сети с давлением 0,6 МПа. Диаметр поршня пневмопривода определим следующим образом: D 4 Pu P (7.1) где Ри-исходное усилие, развиваемое приводом; Р – давление в заводской пневмосети; - КПД привода. С учетом числовых значений получим: D 4 418 32 мм. 0,85 3,14 0,6 Согласно таблице 50 [1, 607] и исходному усилию принимаем поршневой пневмоцилиндр двухстороннего действия со следующими параметрами: - диаметр цилиндра D=32 мм; - диаметр штока d=12 мм; - максимальный ход поршня Smax=10 мм; - действительное толкающее усилие (не менее) – 470 Н; - действительное тянущее усилие (не менее) – 420 Н. Чертеж пневмоцилиндра – лист 3 графической части курсового проекта (приложение 2). 8 Расчет приспособления на точность обработки Точность выполняемых при обработке размеров зависит от следующих параметров: - погрешность установки εу; - погрешность базирования εб; - погрешность закрепления εз; - погрешность положения εпр. 8.1 Погрешность установки Погрешность установки εу есть отклонение фактически достигнутого положения заготовки при установке в СП от требуемого. εу возникает вследствие несовмещения измерительных и технологических баз, неоднородности качества поверхностей заготовок, неточности изготовления и износа опор СП, нестабильности сил закрепления и др. εу вычисляют по погрешностям: базирования εб, закрепления εз и положения εпр. Согласно таблице 1 [3, с.521], εу=30мкм. 8.2 Погрешность базирования Погрешность базирования εб есть отклонение фактически достигнутого положения заготовки при базировании от требуемого; определяется, как предельное поле рассеяния расстояния между технологической и измерительной базами в направлении выдерживаемого размера. Приближенно εб можно оценить разностью между наибольшим и наименьшим значениями указанного расстояния. Величина ее зависит от принятой схемы базирования и точности выполнения баз заготовок (включая отклонения размера, формы и взаимного расположения баз). Значения εб определяют соответствующими геометрическими расчетами или анализом размерных цепей, что в некоторых случаях обеспечивает более простое решение задачи. В общем случае погрешность базирования следует определять исходя из пространственной схемы расположения заготовки. Однако для упрощения расчетов обычно ограничиваются рассмотрением смещений только в одной плоскости (плоская схема расчета). Погрешность базирования εб в данном случае можно принять равной нулю поскольку технологическая и измерительная базы совмещены. 8.3 Погрешность закрепления Погрешность закрепления εз — это разность между наибольшей и наименьшей величинами проекций смещения измерительной базы на направление выполняемого размера в результате приложения к заготовке силы закрепления. В основном возникает в связи с изменением контактных перемещений в стыке «заготовка — опоры приспособления». Деформациями жестких заготовок и элементов приспособления под действием сил закрепления обычно пренебрегают. На погрешность закрепления εз наибольшее влияние оказывают следующие факторы: непостоянство силы закрепления, неоднородность шероховатости и волнистости базы заготовок, износ опор. Согласно таблице 12 [3, с.531] εз будет равно: εз = 10 мкм 8.4 Погрешность положения Погрешность положения εпр заготовки возникает в результате погрешностей изготовления СП, погрешностей установки и фиксации СП на станке и износа опор СП. Погрешность изготовления приспособления εус зависит в основном от точности изготовления деталей СП. как правило εус ≤ 10 5 мкм. Принимаем εус = 10 мкм. Составляющая εс возникает в результате перемещений и перекосов элементов приспособления на столе, планшайбе или шпинделе станка. В массовом производстве при однократном неизменном закреплении СП на станке эту величину доводят до определенного минимума выверкой и считают постоянной в течение эксплуатации данного СП. При определенных условиях составляющая εс может быть устранена соответствующей настройкой станка. В серийном производстве, когда имеет место многократная периодическая смена СП на станках, εс превращается в некомпенсируемую случайную величину, изменяющуюся в определенных пределах. На величину ее влияют износ и возможные повреждения поверхностей сопряжения в процессе регулярной смены СП. При соблюдении рациональных условий смены СП и при правильном выборе зазоров в сопряжениях величину εс можно снизить до 0,01—0,02 мм. ПР ус 2 С2 102 152 18 мкм Суммарная погрешность вычисляется следующим образом: 2 б З2 ПР 30 2 10 2 18 2 48 мкм 2 Точность изготовления приспособления намного выше, чем допуск на получаемый размер. Заключение Применение технологической оснастки помогает существенно укоротить время технологического процесса, упростить обработку деталей и обеспечивает требуемую точность обработки. Важным итогом выполненного курсового проекта были полученные практические навыки конструирования и расчета приспособления. В соответствии с целями курсового проекта, была разработана схема базирования, на практике были решены задачи по расчету режимов резания, усилия закрепления, определены размеры и типы зажимного устройства. Было определено исходное усилие закрепления и произведена компоновка зажимного приспособления. Помимо этого был произведен расчет приспособления на точность. Спроектированное приспособление обеспечивает требуемую точность базирования, а так же надежное закрепление заготовки и быстродействие. Список литературы 1. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя в 3-х томах. Т. 3/Под ред. И. Н. Жестковой – М.:Машиностроение 2001 – 858 с. 2. Справочник технолога – машиностроителя. В 2-х т. С74 Т. 2/Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. 4-е изд., перераб. и доп. – М.:Машиностроение, 1986 – 656 с. 3. Станочные приспособления. Справочник в 2-х томах. Т. 1/Под ред. Б. Н. Вардашкина, В. В. Данилевского и А. А. Шатилова. М.:Машиностроение, 1984 – 592 с. 4. Корсаков В. С. Основы конструирования приспособлений: Учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1983 - 277 с. 5. Переналаживаемая технологическая оснастка/ В. Д. Бирюков, Д. И. Полякова. – М.: Машиностроение,1988 - 256 с. 6. Параметры обрабатываемого материала: http://www.splavkharkov.com/mat_start.php?name_id=733 7. Цельные концевые фрезы. SECO 2015 – 343 с. 8. Параметры оборудования: http://novator-grp.ru/rus/stanki-ussr/IR-500/ 9. Приложение для расчета усилий резания фирмы ISCAR: http://mpwr.iscar.com/machiningpwr/machiningpower.wgx?vwginstance=ff7b2951c 6a346a2925619261197043d
