6.2 Принципиальная схема приспособления

Возможны два варианта закрепления заготовки по способу расположения и принципу действия зажима. По первому способу зажим действует снизу через отверстие в заготовке на конусную оправку, которая разжимает цангу, закрепляя и центрируя деталь (рис. 6.3 а). По второму способу зажим действует сверху через Г-образные прихваты (рис.6.3б).

Рисунок 6.3 – Схемы установки, реализующие предложенную схему базирования

Вариант 6.3а является более предпочтительным в данном случае за счет того, что данная схема закрепления обеспечивает быстрое закрепление, не требует дополнительных съемных или поворотных элементов (Г-образные прихваты) ,которые необходимы при варианте на рисунке 6.3б. Кроме того, за счет использования в первом случае силового привода (пневмоцилиндра) возможна механизация зажима при небольших габаритах приспособления. Учитывая, что время выполнения рассматриваемой операции соизмеримо со временем установки и снятия заготовки, а производство среднесерийное, принимаем решение о разработке приспособления с механическим зажимом (пневмоцилинрдом).

Рисунок 6.4 – Принципиальная схема приспособления:

1. Установочный элемент, 2 – цанга, 3 – пневмоцилиндр, 4 – конусная оправка

C учетом сказанного выше выполняем принципиальную схему станочного приспособления (рис. 6.4). Особенностью предложенной схемы является конструкция конусной оправки и разжимной цанги, которые обеспечивают центрирование детали, ее закрепление с равномерным распределением силы закрепления. Недостатком конструкции является сложность ее изготовления.

6.3 Расчет силы закрепления с определением характеристик силового привода

Сила закрепления детали в приспособлении должна обеспечить отсутствие сдвига и поворота детали при обработке.

В соответствии с исходными данными обработка выполняется сверлом, схема для которого представлена на рисунке 6.5.

Рисунок 6.5 – Схема резания на рассматриваемой операции

(М_кр. – крутящий момент; Р_ос – осевая сила резания, действующая в направлении оси сверла)

Из анализа схемы рисунок 6.5 и схемы установки рисунок 6.4 определяем, что заготовка при обработке может:

- провернуться вокруг свое оси под действием крутящего момента М_кр.;

- оторваться от установочного элемента при опрокидывании под действием осевой силы Р_ос.

Для предотвращения этих смещений заготовку необходимо закрепить, приложив силу, величину которой требуется рассчитать. В начале, составляем расчетную схему, на которой показываем силы, действующие на заготовку в процессе обработки: силы резания, крутящие моменты, силы и моменты трения, силы закрепления, силу тяжести, реакции поверхностей и т.д. (рисунок 6.7).

Рисунок .6 – Расчетная схема для составления уравнений равновесия

Удержание заготовки реализуется за счет сил и моментов трения. Это позволяет повысить точность базирования.

1. Расчет требуемой силы закрепления из условия неопрокидывания заготовки под действием осевой силы Р_ос.

,

Выразим из уравнения Q

,

где G=mg – сила тяжести;

m – масса детали, кг. Масса детали 0,021 кг;

l – длина, мм;

К - коэффициент запаса.

Значение коэффициента запаса закрепления определим как произведение первичных коэффициентов по [3], стр. 82-85:

. (6.1)

где К₀ – коэффициент гарантированного запаса. Принимаем по [3], стр. 85 К₀ = 1,5;

К₁ – коэффициент, учитывающий увеличение сил резания из-за случайных неровностей на обрабатываемых поверхностях. Принимаем по [3], стр. 85 К₁ = 1;

К₂ – коэффициент, характеризует увеличение сил резания вследствие затупления режущего инструмента. Принимаем по [3], стр. 85, таб. 9 К₂ = 1;

К₃ – коэффициент, учитывает увеличение сил резания при прерывистом резании. Принимаем по [3], стр. 85 К₃ = 1;

К₄ – коэффициент, характеризует постоянство силы закрепления в зажимном механизме. Принимаем по [3], стр. 85 К₄ = 1;

К₅ – коэффициент, характеризует эргономику ручных зажимных элементов. Принимаем по [3], стр. 85 К₅ = 1;

К₆ – коэффициент, учитывается только при наличии крутящего момента, стремящего повернуть заготовку. Принимаем по [3], стр. 85 К₆ = 1,5.

Подставим численные значения в формулу, определим коэффициент запаса закрепления

Принимаем по [3], стр. 85 К = 2,5.

В уравнение подставив численные значения, получим

Q = 2955 Н

При таком значении силы закрепления отрыв заготовки от установочного элемента под действием осевой силы будет невозможен.

2. Расчет требуемой силы закрепления из условия непроворачиваемости заготовки под действие крутящего момента М_кр.

где f - коэффициент трения стали по стали, f = 0,16;

р- давление в зоне контакта цанги с деталью

Выразим из уравнения Q_цан

.

Подставим численные значения

Произведем расчет силы зажима на цанге

,

Именно это значение силы закрепления предотвратить возможность проворота заготовки при воздействии на нее крутящего момента М_кр.

Таким образом, в результате расчётов были определены два значения силы закрепления, которую требуется приложить к заготовке для предотвращения ее смешения по соответствующим расчетным направлениям.

В качестве требуемой силы закрепления принимаем наибольшую по значению силу из двух расчётных. В нашем случае это сила 16926 Н. Такое значение обеспечит надежное гарантированное закрепление заготовки по всем направлениям.

Диаметр поршня пневмоцилиндра D, мм может быть определен по формуле.

, (6.2)

где Q – сила на штоке пневмоцилиндра, Н;

р – давление сжатого воздуха, МПа. Принимаем равным стандартному давлению в централизованной сети предприятия р = 0,5 МПа;

η – КПД, учитывающий потери в пневмоцилиндре, η = 0,9.

Принимая силу на штоке пневмоцилиндра равную силе закрепления, получим величину диаметра поршня:

Округляя полученное значение в большую сторону, согласно [12] выбираем пневмоцилиндр с диаметром поршня 220 мм. В целях увеличения производительности труда выбираем пневмоцилиндр двустороннего действия.

Таким образом, сила на штоке пневмоцилиндра при давлении воздуха в бесштоковой полости составит

, Н.

Сила на штоке при давлении воздуха в штоковой полости может быть определено по формуле:

, (6.3)

где d – диаметр штока, мм. У пневмоцилиндра с диаметром поршня 220 мм диаметр штока составляет 70 мм.

Тогда сила на штоке пневмоцилиндра при давлении воздуха в штоковой полости составит:

Н.

6.4 Расчет приспособления на точность

Чтобы обработать деталь на станке, необходимо выдержать заданную точность размеров и формы поверхностей.

При построении технологического процесса и выборе оборудования и приспособлений необходимо учитывать возможность обеспечения заданной точности. Производим расчёт точности станочного приспособления. Расчет приспособление по позиционному допуску R0,1 Ø 5,5^+0,12_, остальные размеры обеспечиваются программой ЧПУ или инструментом и не зависят от приспособления. Для этого воспользуемся по [1], с. 62, формула (1.19) неравенством:

(6.4)

где ε_∑ – суммарная погрешность по выполняемому операционному размеру, возникающая на данной технологической операции;

_εобр – погрешность, свойственная методу обработки на рассматриваемой операции, ε_обр=0,01 мм по [1] стр. 65 табл. 2.7;

_εн – погрешность настройки технологической системы на выполняемый размер (погрешность настройки), ε_н=0,010 мм по [1] стр. 68 табл. 2.9;

_εпр – погрешность, связанная с фактическим расположением заготовки в приспособлении (погрешность приспособления);

_εдр – другие погрешности, обусловленные факторами, независящими от метода обработки, способа настройки и конструкции приспособления.

Определим расчетом допускаемую погрешность приспособления по выполняемому размеру по [1] стр. 63 формула 2.19

(6.5)

где [] – допустимая погрешность приспособления,

k_T - коэффициент, учитывающий отклонение рассеяния составляющих величин от нормального закона распределения, k_T = 1,2.

,

Определим расчетом ожидаемую погрешность приспособления по выполняемому размеру по [1] стр. 69 формула 2.23

, (13.6)

где_{погрешность не совмещения баз, возникает при несовмещении измерительной и технологической баз заготовки при ее установке в приспособление, ;}

_{погрешность от смещения инструмента определяется точностью направления инструмента относительно положения обрабатываемой заготовки (только кондуктора), ;}

_{погрешность износа, вызвана износом установочных элементом приспособлений, она характеризует отклонение заготовки от требуемого положения вследствие износа установочных элементов в направлении выполняемых размеров, ;}

_{погрешность установки приспособления на станке, зависит смещения или перекоса корпуса приспособления на столе, планшайбе или шпинделе станка, что обусловлено неточностью изготовления посадочных мест корпуса приспособления, ;}

погрешность, возникающая в результате закрепления заготовки при ее закреплении в приспособлении. Принимаем по [1] стр. 71-73 таблицы 2.11 ;

погрешность, связанная с неточностью изготовления деталей приспособления и его сборки

Подставим значения в формулу (13.6), определим погрешность приспособления

- условие выполняется