Методичні вказівки до виконання контрольної роботи з дисципліни " Технологічна оснастка" для студентів спеціальності 090202

. В случае, когда приспособле­ние будет одноместным, если же >1 - приспособление многоместное. Количество мест соответствует числовому значению отношения, округлен­ному до ближайшего большего.

В нашем случае, приняв, что работа будет выполняться в две смены (n=2) и действительный годовой фонд времени составляет 2020 часов (F_д=2020 ч.), определим такт выпуска при заданной годовой програм­ме (N=60000 шт.)



Сопоставляя значения такта выпуска и штучного времени (по усло­вию 3.1.)



и отношения , находим, что выполнение программы обеспечивается с применением при этом одноместного приспособления.

Схемой обработки детали и структурой технологической операции предусматривается одновременная обработка только одной позиции од­ной детали.

3. Выбор схемы базирования

Выбор схемы базирования осуществляется исходя из конструкции детали, схемы и способа обработки поверхности. При этом поверхности, принимаемые в качестве технологических баз, должны иметь достаточную про­тяженность и площадь и обеспечивать такую схему базирования, при ко­торой число лишаемых степеней свободы достаточно для получения вы­держиваемых на данной операции размеров, допусков отклонений формы и расположения поверхностей. Вместе с этим, заготовка должна занимать в приспособлении надлежащее ей положение под действием собственно­го веса и должно обеспечиваться устойчивое положение ее при обработке.

Схемой обработки на данном этапе предусматривается фрезерова­ние уступа (пов. Б. см. рис. 3.1 и 3.2 ). Положение обрабатываемых поверхностей уступа определяется его размерами по ширине и глубине. В этом случае важно обеспечить точность установки вдоль осей У и Z . Неточная установка вдоль оси X не имеет значе­ния. В этом случае, в качестве поверхности для установочной базы может быть принята поверхность А, от которой заданы размеры, ко­ординирующие расположение других ответственных поверхностей дета­ли. Эта поверхность имеет достаточную для базирования площадь. Ба­зирование по ней лишает заготовку трех степеней свободы. Для направляющей базы может быть принята поверхность В, обладающая достаточной для этой цели протяженностью. Бази­рование по этой поверхности лишает заготовку двух степеней свобо­ды. Торец детали (пов. Г) может быть исполь­зован как опорная поверхность. В комплекте баз эта поверхность является опорной базой, лишающей заготовку одной степени свободы. Пример выполнения теоретической схемы базирования приведен на рис. 3.2.

4. Выбор установочных элементов для реализации

принятой схемы базирования

Для реализации принятой схемы базирования установочные элемен­ты выбираем с учетом конструкции детали, формы, размеров, точности и качественного состояния базовых поверхностей.

В нашем случае конструкция детали достаточно жесткая, матери­ал сравнительно высокой твердости, что обеспечивает достаточную контактную жесткость. Базовые поверхности плоские, обработанные с достаточно высокой точностью и низкой шероховатостью (см. чертеж детали на рис. 3.1).

С учетом этих особенностей, в качестве установочных элементов по ГОСТ 13440-68 (приложение I) для опорной и установочной ба­зовых поверхностей принимаем штыри опорные с плоской головкой (один для опорной и три для установочной баз); для направляющей базы - плас­тину опорную плоскую по ГОСТ 4743-68 (приложение I). Размеры установочных элементов принимаем в соответствии с размерами базо­вых поверхностей. Шероховатость их рабочих поверхностей не должна быть больше шероховатости базовых поверхностей детали.

Эскизы выбранных установочных элементов приведены на рис.3.3.

В нашем случае, опорные штыри под установочную базовую поверх­ность размещаем в трех точках, как показано на рис. 3.4. Такое раз­мещение обеспечивает наилучшую устойчивость заготовки и распреде­ление опорных реакций сил резания и закрепления. Пластину опорную, с помощью которой реализуется направляющая база, располагаем вдоль пов. В, симметрично оси детали. На этом же уровне со стороны опорной базовой поверхности (пов. Г), размещаем штырь установоч­ный, который выполняет роль упора.

Координирующие размеры, указывающие взаимное расположение ус­тановочных элементов и положение их относительно базовых поверхностей, приведены на рис. 3.4.

3.2. Силовой расчет приспособления

3.2.1. Теоретические сведения

Силовой расчет приспособления выполняется с целью обеспече­ния гарантированной неподвижности обрабатываемой заготовки под действием технологических нагрузок.

Силовой расчет приспособления включает:

- анализ схемы действия сил;

- расчет зажимного механизма;

- расчет усилия закрепления;

- расчет силового привода.

В процессе анализа схемы действия сил необходимо:

- определить величины и характер действия основных силовых фак­торов;

- проанализировать усилия механической обработки и определить величину коэффициента запаса;

- установить наиболее опасную, с точки зрения возможной поте­ри неподвижности заготовки, ситуацию воздействия технологи­ческих нагрузок.

Основными силовыми технологическими факторами, действующими при механической обработке, являются силы резания, трения, веса и инерции.

Величины сил резания и трения рассчитываются по известным формулам /7, 6/ теории резания и обработки. Эмпирические коэффи­циенты и показатели степени определяются по справочникам /8/. Силами веса и инерции в большинстве случаев, кроме обработки сравни­тельно тяжелых (более 100 Н) и быстроперемещающихся заготовок (более 1 м/с), пренебрегают.

Как известно /1, 8/, условия механической обработки в опре­деленной мере носят случайный характер, что обусловливает возмож­ные случайные изменения силовых факторов, зависящих от условий об­работки. В первую очередь это касается силы резания. Для компенса­ции возможных случайных отклонений силовых факторов от рассчитан­ных (средних) значений в силовой расчет вводится коэффициент запаса

K=K₀∙K₁∙K₂∙K₃∙K₄∙K₅∙K_6,

где К₀-= 1,5 - гарантированный коэффициент запаса;

К₁= 1,0 - 1,2 - учитывает состояние базовых поверхностей;

К₂= 1,0 - 1,9 - учитывает затупление инструмента;

К₃= 1,0 - 1,2 - учитывает ударную нагрузку на инструмент;

К₄= 1,0 - 1,3 - учитывает стабильность сил, развиваемых приво­дом;

К₅= 1,0 - 1,2 - учитывает удобство управления зажимными меха­низ-

мами с ручным приводом;

K₆= 1,0 - 1,5 - учитывает определенность расположения опорных

точек при смещении заготовки моментом сил.

Величины коэффициентов К₁,...,К₆ определяются в результате анализа условий обработки. Если условия обработки благоприятные, то соответствующие коэффициенты принимают значение 1,0. В этом слу­чае общий коэффициент запаса равен по величине гарантированному ко­эффициенту запаса, т.е. К = К₀ = 1,5.

При наиболее неблагоприятных условиях, например, в случае об­работки заготовки, установленной в немеханизированном приспособле­нии по протяженным опорным базовым поверхностям, изношенным инстру­ментом с ударным нагружением и при действии момента сил, общий ко­эффициент запаса достигает максимальной величины К=9,6. Во всех других случаях коэффициент запаса принимает промежуточные значения, соответствующие конкретным условиям обработки.

Определение ситуации, при которой наиболее вероятна потеря не­подвижного положения заготовки, осуществляется в процессе анализа возможных последствий для различных вариантов нагружения заготовки. Для облегчения анализа следует изобразить в 2 - 3 проекциях заготов­ку на данном этапе обработки с указанием координат мест расположения установочных элементов (для этой цели можно использовать эскиз, полученный при выполнении предыдущего раздела). К изображению обраба­тываемой поверхности на эскизе присоединяется упрощенное изображе­ние режущего инструмента и указываются основные кинематические осо­бенности данного вида обработки и направления действия технологи­ческих силовых факторов (составляющих силы резания, силы веса и т.д.) путем изображения соответствующих векторов в местах приложения сил. Варианты действия силовых факторов, при которых составляющие силы резания прижимают заготовку к установочным элементам, не являются опасными, т.к. в этих случаях устойчивость положения заготовки уве­личивается. Очевидно, что наиболее опасны ситуации, при которых воз­можны смещение или поворот заготовки относительно установочных эле­ментов. При этом следует принимать во внимание не только значитель­ные смещения и повороты, но также и возможность незначительных по величине смещений и поворотов, например, в пределах зазоров при ус­тановке на пальцы по отверстию. Как правило, таких наиболее опасных ситуаций оказывается несколько.

Для каждой из этих ситуаций проводится расчет величины усилия закрепления, включающий:

- определение направления действия и точки приложения усилия закрепления;

- составление уравнений равновесия заготовки под действием технологических нагрузок и усилия закрепления;

- определение величины усилия закрепления.

Направление действия и точка приложения усилия закрепления оп­реде-ляются исходя из общего требования: необходимо исключить воз­можность смещения или поворота, характерных для рассматриваемой опасной ситуации. То есть, сила закрепления непосредственно или че­рез создаваемые нею силы трения и реакции опор должна препятствовать возможному смещению или повороту заготовки. При этом следует стре­миться к такому выбору направления и точки приложения усилия зак­репления, чтобы одновременно исключить возможность потери непод­вижного состояния заготовки для всех опасных ситуаций. В противном случае, закрепление заготовки необходимо осуществлять несколькими силами, приложенными в различных точках, что существенно усложнит приспособление и процесс его проектирования.

При выборе направления действия и точки приложения усилия зак­репления необходимо руководствоваться следующими правилами :

1.Сила закрепления должна быть направлена перпендикулярно рабо­чей поверхности установочного элемента, с которым заготовка имеет наибольшую площадь контакта.

2.Сила закрепления должна быть направлена параллельно силе ве­са заготовки.

3.Сила закрепления должна быть направлена параллельно силе ре­зания.

4.Сила закрепления должна быть направлена перпендикулярно нап­равлению выполняемого на данной операции размера.

5.Сила закрепления не должна опрокидывать или сдвигать заготов­ку по установочным элементам.

6.Сила закрепления не должна деформировать заготовку.

На практике редко можно выбрать направление действия и точку приложения усилия закрепления, удовлетворяющие всем правилам. В этих случаях необходимо искать оптимальные (т.е. обеспечивающие ми­нимальные погрешности и величину усилия закрепления) решения.

Как известно, равновесие заготовки, как твердого тела, находя­щегося под действием совокупности сил, описывается системой уравне­ний, включающей, в общем случае, шесть уравнений. Три уравнения ха­рактеризуют соотношение проекции сил, а три - соотношение моментов сил относительно осей выбранной системы координат. При выборе сис­темы координат необходимо учитывать принятую схему базирования (целесообразно совмещать базовые плоскости и оси с элементами системы координат).

Однако в большинстве случаев при проектировании станочных прис­пособлений нет необходимости рассматривать полную систему шести урав­нений равновесия. Как правило, схемы нагружения заготовок достаточно просты, а возможные смещения и повороты заготовок независимы. Поэтому, обычно, удается определить усилие закрепления, используя меньшее число уравнений (чаще всего одно-два уравнения). При анали­зе "опасной" ситуации, связанной с возможным смещением заготовки используется уравнение проекций действующих сил на направление сме­щения; в случае поворота - уравнение моментов относительно точки или оси поворота.

Величина усилия закрепления для рассматриваемой опасной ситуа­ции определяется путем разрешения составленного уравнения относитель­но иско-мой силы (все необходимые данные подготовлены на предыдущих этапах про-ектирования). Если анализируется несколько опасных ситуаций, компенсиру-емых одной силой закрепления, то для дальнейших расчетов при проектирова-нии принимается максимальное (из рассчитанных) значение усилия закрепле-ния.

После определения величины усилия закрепления целесообразно оценить точность проектируемого приспособления (см. разд. 3.3), а за­тем продолжить силовой расчет приспособления.

Дальнейший силовой расчет приспособления предполагает расчет зажимного механизма, который включает:

- выбор вида зажимного механизма;

- определение коэффициента передачи зажимного механизма;

- расчет силы зажима.

Зажимной механизм реализует усилие закрепления путем преобра­зова-ния силы, развиваемой приводом приспособления. Характер преоб­разования определяется величиной передаточного отношения, которое однозначно соответствует виду зажимного механизма. Зажимные механиз­мы принято разделять на элементарные и комбинированные, т.е. состоя­щие из нескольких элементарных. Наиболее распространенными видами элементарных зажимных механизмов являются винтовые, рычажные и кли­новые .

Выбор вида зажимного механизма осуществляется с учетом приня­тых решений по принципиальной схеме приспособления, требований и ог­раничений по габаритам и компоновке основных элементов приспособле­ния. В частности, винтовые зажимные механизмы чаще используются в приспособлениях с ручным приводом, а рычажные и клиновые - с механи­зированным приводом. Рычажные и клиновые механизмы, а также их ком­бинации позволяют изменять направление действия и величину силы тя­ги, т.е. силы, развиваемой приводом. Это позволяет создавать /1-6/ более компактные зажимные механизмы и, соответственно, приспособления. Клиновые механизмы, кроме того, обладают свойством самоторможе­ния. Передаточные отношения для наиболее распространенных типов элементарных зажимных механизмов известны и приведены в литературе /1-8/. Например, для винтового зажимного механизма передаточное от­ношение имеет вид /8/

,

где l - длина вылета ключа, мм;

r_ср. - средний радиус резьбы, мм;

- угол подъема резьбы;

- угол трения в резьбовой паре.

С учетом этого получаем выражение для определения величины си­лы тяги .

При использовании комбинированного зажимного механизма переда­точное отношение определяется как произведение передаточных отноше­ний элементарных механизмов, входящих в состав комбинированного



n - количество элементарных зажимных механизмов.

Например, при использовании клино-рычажного механизма (рис. 3.5):



где - передаточное отношение для рычажного зажимного механизма;

- передаточное отношение для клинового механизма;

l₁ и l₂ - плечи рычага;

- угол клина;

и - углы трения для поверхностей трения.


Рис. 3.5. Комбинированный (клино-рычажный) зажимной механизм

Следовательно, силу тяги в этом случае можно определить, исполь­зуя выражение

.

Исходным условием при определении величин перемещений элемен­тов зажимного механизма является обеспечение возможности свободного доступа к установочным элементам приспособления при установке и сня­тии обрабатываемой заготовки. Величина отвода прижимного элемента, обеспечивающая это условие, преобразуется элементарными зажимными механизмами с учетом принятых значений конструктивных параметров. Итоговое перемещение входного звена зажимного механизма является перемещением выходного звена исполнительного механизма (двигателя) силового привода. Сила тяги создается силовым приводом приспособле­ния, который обеспечивает необходимые законы изменения силы тяги и перемещения выходного звена привода. Тип силового привода (ручной или механизированный) устанавливается на этапе выбора принципиаль­ной схемы приспособления.

Расчет силового привода приспособления предполагает определе­ние структурных и конструктивных особенностей привода и расчет па­раметров исполнительного механизма привода. Полный расчет привода при выполнении контрольной работы не выполняется (в связи с боль­шим объемом и самостоятельным значением этих расчетов). При ис­пользовании механизированного привода необходимо принять решение о типе привода (пневматический, гидравлический, пневмогидравлический, магнитный, центробежный и т.д.). При выполнении контрольной рабо­ты рекомендуется применять пневматический или гидравлический при­вод. Пневматический привод целесообразно использовать для создания сравнительно небольших усилий тяги (до 2500 Н) и перемещений (до 50 мм) прижимного элемента (т.е. в конечном итоге, перемещений вы­ходного звена исполнительного механизма привода), что обусловлено ограничением габаритов пневматического двигателя, а также нестабильностью силы тяги при больших перемещениях исполнительного элемента.

В качестве исполнительного механизма в пневматическом и гидрав­лическом приводе используются цилиндры и мембранные камеры. Цилинд­ры используются для обеспечения сравнительно боль­ших (10–100 мм) перемещений выходного звена (штока).

Основные параметры цилиндра – диаметры поршня и штока опреде­ляются с учетом конструктивных особенностей цилиндра.

Диаметр поршня цилиндра одностороннего действия (рабочий ход выполняется под действием давления жидкости или газа, а обратный ход – под действием пружины) определяется выражением

м,

где W – сила тяги, Н;

L – наибольший ход штока цилиндра, мм;

c – жесткость пружины обратного хода, Н/мм;

р – давление рабочей среды (жидкости или газа), Н/м² (Па);

- коэффициент полезного действия цилиндра.

Жесткость пружины рекомендуется определять по формуле /2/

.

Диаметр штока цилиндра предварительно можно принять равным:

для пневматического ,

для гидравлического .

Диаметр поршня одноштокового цилиндра двустороннего действия (рабо­чий и обратный ходы выполняются под действием давления рабочей сре­ды) определяется выражением

, м.

При использовании двухштокового цилиндра двустороннего дейст­вия диаметр поршня можно определить следующим образом

, м ,

где a – принятая величина отношения диаметра штока к диаметру поршня.

Усилие на штоке мембранной камеры (диафрагменного двигателя) сложным образом зависит от свойств деформируемого элемента, конст­руктивных особенностей и величины перемещения штока. Для упрощения расчета примем приближенное соотношение величин в виде /1/

.

Это выражение приближенно определяет величину диаметра мембра­ны при смещении штока от исходного положения на величину 0.2 (т.е. рабочего хода).

По рассчитанному значению диаметра рекомендуется установить величину диаметра двигателя, ориентируясь на стандартные ряды зна­чений диаметров, приняв ближайшее к расчетному значению большее стандартное значение. Соответственно следует уточнить все размеры двигателя (в том числе и диаметр штока).

2. 
   Порядок выполнения раздела работы
   

1. 
   Определить величины и характер действия основных силовых факторов.
   
2. 
   Проанализировать условия механической обработки и определить
   

величину коэффициента запаса.

3. 
   Определить наиболее опасную ситуацию воздействия технологи­ческих
   

нагрузок.

4. 
   Определить направление действия и точку приложения усилия закрепления.
   
5. 
   Составить уравнение равновесия и определить величину усилия закрепления.
   

6. Определить вид зажимного механизма.

7. 
   Определить коэффициент передачи зажимного механизма.
   
8. 
   Рассчитать величину зажимной силы (силы тяги).
   

9. Определить величину перемещения прижимного элемента и што­ка двигателя.

10. 
    Выбрать тип двигателя.
    

10. 
    Рассчитать величину рабочего диаметра двигателя.
    

10. 
    Уточнить параметры двигателя по стандартным значениям для двигателя.
    

3.2.3. Пример выполнения раздела работы