В.В. Зіль, В.І. Холоша – Д.: Національний гірничий факультет, 2010 – с. 69

 

Автори:

Т.В. Біркіна, викладач-методист ОДПК (розділ 7.8.9);

В.В. Зіль, доцент, к.т.н. НГУ (розділ 6.11);

В.І. Холоша, доцент, к.т.н. НГУ (розділ 1…5,10).

 

 

В методичному посібнику та додатках наведені головні схеми, формули та алгоритми визначення точності обробки деталі, згідно обраної схеми базування, розрахунку сили затиску, затискних механізмів та механізованих приводів верстатних затискних пристроїв. Посібник може бути використаним при проведенні практичних занять, індивідуальних розрахункових робіт з дисципліни “Технологічне оснащення” та при виконанні конструкторського розділу дипломного проекту.

 

 

Відповідальний за випуск завідуючий кафедрою ТГМ,

доктор технічних наук, професор. Дідик Р.П.

 

 

Зміст

 

 

1.	Вступ
2.	Технічні вимоги до верстатних пристроїв
3.	Порядок проектування верстатного пристрою
4.	Базування деталей.
5.	Розрахунок точності верстатного пристрою
6.	Розрахунок сил затискування
7.	Затискні механізми привода верстатного пристрою
8.	Механізовані приводи верстатних простроїв.
9.	Розрахунок на міцність слабкої ланки.
10.	Економічне обгрунтування проекту пристрою.
11.	Вимоги до загального виду креслення пристрою
	Література
	Додаток №1
	Додаток №2
	Додаток №3
	Додаток №4
	Додаток №5
	Додаток №6
	Додаток №7
	Додаток №8
	Додаток №9
	Додаток №10

 

 

1. Вступ

В сучасних технологічних процесах поточно-масового виробництва витрати на виготовлення i експлуатацію технологічної оснастки складають до 20% собівартості продукції:

Підвищення ефективності використання верстатів в значній мipi
залежить від технічного рівня оснастки. Застосування на верстатах
прогресивної оснастки значно підвищує точність та продуктивність
обробки заготовок, забезпечує можливість зменшення складових штучно-
калькуляційного часу.

Максимальну частку в загальному парку технологічної оснастки складають верстатні затискні пристрої, що використовуються для базування i закріплення заготовок, що оброблюються на металорізальних верстатах.

Постійно збільшується кількість пристроїв, що значно впливає на вартість i строки підготовки виробництва, i це потребує розробки раціональних конструкцій пристроїв, економічного обґрунтування розробок, зниження ix металоємкості.

Як правило, кожна конструкторська задача має багато рішень. Використовуючи теоретичні знання i практичний досвід, конструктор повинен вибирати з багатьох можливих варіантів, найкращий.

Метою методичного посібника по проектуванню верстатних пристроїв є за­кріплення і практичне засвоювання матеріалу дисципліни «Технологічна оснастка».

При конструюванні верстатних пристроїв студенти повинні набути від­повідні знання та вміння, а саме:

- оволодіти методикою проектування верстатного оснащення для виконання технологічних операцій;

-знати загальноросповсюджені конструкції верстатних пристроїв, їх складові, визначати технічні вимоги до них;

-використовувати нормативно-технічні документи і типові конструкторські рішення при проектування верстатних пристроїв;

-розраховувати економічну ефективність використання верстатного при­строю;

-знати основи базування деталей в пристроях верстатів і вміти правильно вибирати технологічні бази;

-вміти розраховувати похибки встановлення деталей;

-вміти розраховувати зусилля затискування;

-використовувати ЕОТ при виконанні розрахунків та аналізу, а також для оформлення текстових і графічних документів.

В методичному посібнику та додатках наведені узвичаєні схеми базування де­талей на верстатних пристроях та палетах, схеми закріплення та розрахунки зусиль затискування, методичні вказівки по визначенню технічних вимог до верстатних пристроїв.

Методичний посібник може бути корисним при проведенні практичних занять по дисципліні «Технологічна оснастка».

2. Технічні вимоги до верстатних пристроїв.

Верстатний пристрій (ВП) застосовується для розміщення деталі на столі верстата і надання їй однозначного положення відносно системи ко­ор­динат або виконавчих органів верстата. При цьому, зазвичай використовується схема повного базування як деталі в пристрої, так і пристою або палети на столі верстата. Кон­струк­ція ВП повинна забезпечувати надійне закріплення заготовки, достатню жорсткість та вібровитривалість при екстремальних умовах механічної обробки, мінімальні витрати часу на установку і зняття деталі. Ефективність використання верстатного пристрою, при безумовному виконанні технічних умов, залежить від технологічності конструкції, оптимального співвідношення експлуатаційних і ре­монтних витрат.

Верстатні пристрої повинні відповідати технічним вимогам:

-мати підвищену розмірну жорстість, похибки базування і закрі­плення як деталі, так і самого пристою на верстаті повинні бути мінімальні;

-мати підвищену точність для повного використання потужності верстата на чорнових операціях;

-забезпечувати повне базування деталі;

-забезпечувати концентрацію технологічних переходів механічної обробки, завдяки можливості підводу різального інструменту до усіх поверхонь без перебазування деталі;

-забезпечувати мінімальний допоміжний час на установку, закрі­плення та зняття деталі;

-забезпечувати зміну заготовки поза робочою зоною верстата;

-забезпечувати мінімальні витрати часу на установку, вивірку та закріп­лен­ня на столі верстата;

-забезпечувати мінімальні витрати часу на переналагодження для обробки деталі іншого типорозміру;

-відповідати умовам безпечної експлуатації.

Загальні вимоги безпеки до роботи верстатних пристроїв:

-зовнішні елементи конструкції ВП не повинні мати гострих країв, виступаючих кутів і т. ін. Радіуси закруглень і фаски повинні бути не менше 1мм;

-конструктивні елементи ВП, які виходять за габарити стола, не повинні бути завадою для роботи верстата або його керуванню;

-засоби з’єднання ВП з верстатом і змінними наладками повинні виклю­чити можливість ослаблення кріплення під час експлуатації;

-конструкція ВП повинна передбачати вільне або примусове ви­ведення мас­тильно-охолоджувальної рідини і стружки;

-в разі імовірності виникнення шкідливих аерозолів або газів в зоні меха­нічної обробки, необхідно оснастити робоче місце системою примусового виведення і нейтралізації шкідливих речовин згідно з ДЕСТ 12.1.005-76;

-якщо заготовка ставиться в пристрій за допомогою наван­та­жувального механізму (при масі більше 12 кг), то компоновка конструктивних елементів при­строю повинна дозволяти вільне встановлення захватних засобів навантажувального механізму;

-верстатні пристрої масою більше 16 кг повинні мати конструктивні еле­мен­ти (постійні або зйомні), які забезпечують використання наван­та­жу­вальних меха­нізмів при установці пристрою на стіл верстата;

-максимальний гарантований зазор між заготовкою і затиску­вальними еле­ментами механізованого приводу повинен не перевищувати 5мм;

-конструкція верстатного пристрою повинна передбачати надійне зма­щування всіх поверхонь тертя.

3. Порядок проектування верстатного пристрою.

Згідно з завданням на курсовий проект або розрахунково-графічну роботу верстатний пристрій проекту­ється на одну з операцій розробленого технологічного процесу. Верстатні при­строї розширюють технологічні можливості металорізального обладнання, підви­щують продуктивність обробки заготовок, поліпшують умови праці робітника та підвищують культуру виробництва. Вибір пристрою залежить від типа виробництва і низки інших факторів. Насамперед верстатний пристрій повинен підвищувати продуктивність праці і точність обробки, запобігати усуненню розмітки заготовки і пов’язаної з нею вивірки деталі при установці.

На початку проектування верстатного пристрою необхідно розробити прин­ципову схему базування і кріплення заготовки.

Вихідні дані для проектування верстатного пристрою:

-основний конструкторський документ на деталь і відповідну їй заготовку;

-технологічні документи на попередню операцію, та на операцію для якої проектується пристрій;

-річна програма випуску деталей;

-альбом типових конструкцій верстатних пристроїв, додаток №2;

-паспортні дані металорізальних верстатів;

-визначити можливість обробки деталі в одномістному пристрої.

Задана виробнича програма може бути виконана в одномістному пристрої якщо витрати часу на виготовлення одної деталі не перевищуе витрат часу на виготовлення одної деталі на операціїї, тобто штучній час на операции менше або дорівнюе такту випуску деталей

 

,

 

де – F_Д – дійсний річний фонд часу при однозмінній роботі, год.;

n – кількість робочих змін;

N – виробнича програма, шт.

При умові, якщо штучній час на операции більше такту випуску, то неохідно проектувати багатомістний пристрій. Кількість міст визначаеться відношенням величини штучного часу до такту випуску. Получена величина округляеться до найближчого більшого значення.

3.1 Ідея конструкції пристрою.

3.1.1 Перш за все слід визначити особливості обробки на заданій операції:

-тип виробництва;

-яка модель верстата вибрана;

-як розташовується деталь при обробці;

-які рухи виконує інструмент, а які заготовка.

3.1.2 Аналіз моделі верстата допоможе визначити в якій площині розташовувати пристрій, забезпечити установку і закріплення корпусу пристрою на столі верстату. Розмір пазів та відстань між пазами на столі верстату можна визначити згідно паспорту верстата.

3.1.3 Згідно конструкції деталі необхідно вибрати установчі або опорні елементи та їх взаємне розташування, додаток № 1.

3.1.4 Затискний механізм слід розташувати так, щоб не деформувати установочні елементи i забезпечити їх вільний pyx.

3.1.5 Визначити місце розташування механізованого приводу i кількість; необхідних приводів.

3.1.6 Підібрати корпус пристрою, в разі необхідності передбачити ребра жорсткості, допоміжні елементи (підставки, стойки).

3.1.7 Перевірити необхідність використання направляючих елементів.

При конструюванні пристрою слід використовувати базу конструкцій пристроїв для різних деталей на різноманітних операціях, додаток №2, [1, 9, 11].

Ретельно проаналізувавши конструкцію пристрою, можна використати для свого варіанту окремі вузли або навіть всю конструкцію, змінивши тільки змінну наладку - установочні елементи.

В конструкції верстатного пристрою необхідно по можливості вико­рис­товувати стандартні та уніфіковані елементи пристроїв, передбачати можли­вість швидкої переналадки на обробку подібної деталі. Разом з тим, конструкція при­строю повинна забезпечувати якнайменші витрати допоміжного часу на установку, вивірку і затискування заготовки при гарантованій точності обробки.

 

3.2. Принцип дії пристрою.

Технічно грамотно i послідовно описати роботу затискного пристрою:

-указати, для якої операції та обробки якої деталі сконструйовано пристрій;

-пояснити, як заготовка базується в пристрої;

-який елемент безпосередньо передає силу затиску на заготовку;

-пояснити рухи затискного механізму: куди подається стисле повітря (чи робоча рідина) в приводі, що при цьому відбувається до моменту затиску; указати, як відбувається розкріплення деталі.

Принцип дії пристрою необхідно викладати стисло, конкретно з зазначенням номеру вузла або деталі згідно ескізу пристрою.

 

4. Базування деталей.

Положення заготовки відносно пристрою визначається комплектом баз. Базою називають поверхню або сполучення поверхонь, вісь, точку, які належать заготовці і використовується для базування. Відповідно, процес надання заготовці належного положення відносно системи координат верстата або різального інструменту називають базуванням. Комплектом баз називають сукупність трьох баз, які утворюють систему координат заготовки. Бази, які використовують при базуванні заготовки під час виготовлення, називають технологічними.

Із теоретичної механіки відомо, що однозначне положення твердого тіла відносно визначеної системи координат забезпечується накладанням геометричних зв’язків, які позбавляють тіло трьох переміщень уздовж осей X, Y, Z і трьох обер­тань відносно тих же осей; іншими словами - шести ступенів вільності. Кожна опорна точка, яка символізує одну з зв’язків заготовки у визначеній системі координат, позбавляє заготовку однієї ступені вільності. Таким чином, для повного базування заготовки необхідно і достатньо наявності шести опорних точок (правило шести точок). Більша кількість опорних точок не додає визначеності в базуванні, бо невідомо, з якими з них контактують базові поверхні заготовки.

Схему розташування опорних точок на базових поверхнях заготовки на­зи­­вають схемою базування. На малюнках 1-3 наведені найбільш розпов­сюджені схеми базування, зліва представлена при’вязка заготовки до коорди­натної системи, справа - спрощене зображення положення заготовки в пристрої.

Повне базування заготовки забезпечує сукупність технологічних баз. Окремі технологічні бази заготовки під час базування по різному впливають на визначення її положення в просторі. Класифікують технологічні бази в залежності від того скільки ступе­нів вільності і якого типу позбавляється заготовка при базуванні по даній поверхні (базі). Загальна класифікація передбачає установчі, направляючі і опорні технологічні бази.

База, яка позбавляє заготовку трьох ступенів вільності – пересування уздовж однієї з координатних осей і обертання відносно двох інших – нази­ва­ється уста­нов­чою (Мал.4.1 точки 1, 2, 3). База, яка позбавляє заготовку двох стеупенів вільності – пересування уздовж однієї з координатних осей і обертання відносно однієї з двох інших – називається направляючою (Мал.4.1 точки 4, 5).

База, яка позбавляє заго­товку однієї ступені вільності називається опорною, точка 6, (Мал.4.1).

Поверхня, яка на малюнку 4.2 контактує з опорними точками 1, 2, 3, 4, називається подвійною направляючою базою, опорною точкою 5 – упор­ною базою, а поверхня шпонкового пазу, яка контактує з опорною точкою 6 – додатковою базою. На малюнку 4.3 відпо­відно: торець деталі - установча база, зовні­шня циліндрична поверхня – направ­ляюча база, шпонковий паз – додатко­ва база.

 

 

 

 

Мал.4.1. Схема базування призматичних деталей

 

 

Мал.4.2. Схема базування циліндричних деталей

 

Мал.4.3. Схема базування коротких циліндричних деталей (диск, кільце)

 

Вибір технологічних баз і послідовності обробки поверхонь заготовки є відпо­відальним етапом розробки технологічного процесу, від якого залежить досягнення необхідної точності і економічності технологічного процесу.

Узвичаєні схеми базування, для розрахунку похибки базування, наведені в додатку №3.

 

5. Розрахунок точності верстатного пристрою.

Перша задача конструктора визначити доцільність обраного методу установки заготовки в пристрої та вибрати стандартні (по можливості) установочні елементи.

5.1 Розробити схему базування деталі, додаток № 3. Схема базування повинна дотримуватися правила 6-ти точок i відповідати конфігурації деталі. Зображення схеми базування повинно супроводжуватися назвою схеми базування та класифікацією баз за позбавленими ступенями свободи.

 

5.2. Розрахувати точность верстатного пристрою.

Умовою, за якою верстатний пристрій забезпечує необхідну точність обробки, є виконання нерівності:

e £ [e], (1)

де [e] - допустима величина похибки пристрою, мкм;

e - дійсна величина похибки пристрою, мкм

Допустима величина похибки пристрою залежить від величини допуску на геометричний параметр, який забезпечується в даному пристрої і визна­чається з ура­хуванням похибки механічної обробки по формулі:

[e] = , (2)

де Т - допуск на геометричний параметр, що забезпечується;

 

D_н - похибка настройки технологічної системи;

D_у - похибка із-за пружних відхилень елементів технологічної системи;

D_ц - похибка із-за зношування різального інструменту;

D_т - похибка із-за теплових деформацій елементів технологічної системи;

D_Sф – сумарна похибка форми.

Значення основних складових цієї формули визначити досить складно, тим біль­ше, що на них значною мірою впливають випадкові фактори. Тому в інженерних розрахунках з достатньою точністю використовують іншу формулу:

[e] = T-k_у · w, (3)

де w - середньо економічна точність виду механічної обробки, [5] і додаток № 4;

k_у – коефіцієнт запасу (0,6 – 0,8).

Дійсна похибка верстатного пристрою вміщує три складові і розра­хо­вується по формулі:

e = , (4)

де e_б – похибка базування (Додаток №3);

e_к – похибка закріплення (Додаток №5);

e_п – похибка положення;

Всі похибки, які складають дійсну похибку, визначаються як різниця між граничними положеннями проекцій вимірювальної бази на напрямок розміру, що виконується. Значення складових дійсної похибки залежать від витоків, що спри­чинили коливання положення вимірювальної бази, або її проекції. Похибка базування виникає, якщо не співпадають технологічна і вимі­рю­вальна база. Похибка закріплення обумовлена неоднорідністю властивостей, твердістю і шорсткістю, поверхонь, які є технологічними базами, а також нестабільністю сили кріплення. Похибка положення комплексно характеризує неточність базування пристрою на столі верстата, знос установчих елементів та похибки виготовлення конструктивних елементів пристрою.

Дійсну похибку верстатного пристрою в першу чергу оцінюють на мінімальність. Тобто, складові загальної похибки будуть мінімальні, якщо виконані такі умови:

-похибка базування дорівнює нулю, якщо прийнята схема базування забезпечує співпадання технологічної і вимірювальної бази для розміру, що виконується;

-похибка закріплення дорівнює нулю, якщо лінія дії сили закріплення перпендикулярна напрямку розміру, що виконується;

-похибка положення дорівнює похибці зносу установчих елементів пристрою, якщо використовується одномісний пристрій.

Якщо якась з цих умов не виконується, то відповідна похибка повинна бути визначена з використанням типових методик, а загальна дійсна похибка розраховується по формулі (4). Вкінець перевіряється умова по формулі (1). У випадку негативного результату, треба переглянути прийняті технічні рішення з метою зменшення складових дійсної похибки. Починати слід з похибки, яка має най­біль­ше значення, або вплив на сталість технологічної операції.

Наприклад, якщо найбільше значення має похибка базування, то зменшити її можна, якщо змінити схему базування, або призначити технологічні (більш жорсткі) допуски на розміри заготовки, що впливають на величину цієї по­хибки.

Якщо найбільше значення має похибка кріплення, то зменшити її можна, по-перше зміною точки прикладення і напрямку дії сили затиску, по-друге, використанням установчих елементів з підвищеною контактною жорсткістю.

Якщо найбільше значення має похибка положення і зокрема її складова, що визначається зносом установчих елементів, то зменшити її можливо використанням більш зносостійких матеріалів або передбачити періодичну зміну установчих елементів пристрою. Кількість деталей, що можливо обробити до досягнення граничного зносу установчого елементу, визначається по формулі:

N_з = , (5)

де [e_з] - гранична величина зносу, зазвичай відома або визначається як допустима частка загальної допустимої похибки пристрою;

a - кут між напрямком розміру, що обробляється і напрямком, що є перпендикулярним до поверхні установчого елементу в зоні контакту з заготовкою;

b - емпіричний коефіцієнт, який характеризує вплив умов механічної обробки на величину зносу установчого елементу, додаток № 6.

Для визначення похибки базування рекомендується скористатися додатком №2. Насамперед треба визначити типову схему базування, що відповідає схемі базування верстатного пристрою. Виділити розміри і допуски, які характеризують поверхню, що обробляється, а також розміри і допуски (розмірні ланцюги), що з’єднують технологічну і вимірювальну бази заготовки. Похибка базування розраховується по формулі з індексом, що відповідає позначенню розміру, що виконується. Якщо належної схеми не знайдено, то похибка базування може бути визначена на підставі правила: