Содержание и объем курсового проекта разработаны в соответствии с рабочим учебным планом и рабочей программой по дисциплине «Технологическая оснастка».
Курсовой проект состоит из пояснительной записки и графической части.
Расчетно-пояснительная записка должна содержать 10–15 листов формата А4. Последовательность комплектования пояснительной записки: титульный лист, задание на курсовое проектирование, содержание, листы записки в порядке ее выполнения, список использованных источников, приложения.
Содержание пояснительной записки.
Пояснительная записка должна содержать:
Введение
1. Общий раздел:
1.1. Описание конструкции детали, операции, для которой необходимо разработать приспособление.
1.2. Разработка схемы базирования детали на данной операции.
1.3. Выбор типа приспособления и описание принципа его работы.
2. Специальный раздел.
2.1. Расчет погрешности базирования.
2.2. Разработка схемы силового замыкания заготовки в приспособлении.
2.3. Расчет сил резания, крутящего момента для заданной технологической операции.
|
|
2.4. Расчет усилия зажима заготовки в приспособлении.
2.5. Определение основных параметров привода приспособления.
2.6. Расчет экономической эффективности приспособления.
3. Список литературы.
4. Приложения.
Расчетно-пояснительная записка оформляется в соответствии с требованиями ЕСКД, а также стандарта КТИ по оформлению курсовых и дипломных проектов.
Содержание графических документов.
Графическая часть должна содержать:
1) Чертеж изготавливаемой детали.
2) Сборочный чертеж проектируемого приспособления.
3) Схема базирования заготовки в проектируемом приспособлении.
Графическая часть проекта выполняется на 2 листах формата А1, в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД.
Чертежи должны содержать все необходимые сведения для изготовления приспособления: виды, разрезы, сечения, обозначения шероховатости поверхностей. В технических требованиях, приводимых на чертежах, должны быть указаны: вид термообработки, твердость, материалы, точность формы и расположения поверхностей.
В специальной и справочной литературе [1, 5, 9] приводится необходимая последовательность конструирования приспособлений.
Принятые в расчетах нормативные, табличные и другие данные должны сопровождаться ссылками на источники в соответствии со списком использованной литературы, приведенным в конце пояснительной записки.
Последовательность работы при выполнении курсового проекта.
Конструирование приспособления – творческий процесс. Для него характерны трудоемкость, многовариантность возможных решений, определенная последовательность выполнения. На первом этапе конструирования получают и анализируют исходные данные, определяют условия использования приспособления и предъявляемые к нему требования. На этом этапе выбирают, обосновывают, рассчитывают отдельные элементы приспособления. Определяют техническую и экономическую целесообразность возможных вариантов конструкции приспособления.
|
|
На втором этапе из выбранных элементов разрабатывают общий вид приспособления и рабочие чертежи оригинальных деталей. Тип производства является основным определяющим фактором при выборе конструктивного варианта приспособления.
В массовом и крупносерийном производстве используются специальные приспособления высокой производительности. Это приспособления с зажимными устройствами с быстродействующими пневмо- или гидроприводами, многоместные, автоматизированные. В серийном производстве могут применяться простые приспособления на принципах агрегатирования – каждое новое приспособление создается из узлов многократно используемых, а так же нормализация и стандартизация узлов и деталей. В индивидуальном производстве используют в основном универсальные приспособления общего назначения, а также систему универсально-сборных приспособлений (УСП). Таким образом, в зависимости от конкретных условий, определяемых требованиями чертежа и технологического процесса, с помощью приспособления можно одновременно решать несколько различных задач. Для этого в нем предусмотрены детали и узлы с соответствующим целевым назначением. В общем случае приспособление может иметь следующие детали и узлы: корпус, опорные элементы, зажимные устройства, элементы для координации и направления инструмента, элементы, обеспечивающие точное расположение приспособления на станке, делительное устройство.
На основе этого анализа устанавливают следующее:
а) обрабатываемую деталь;
б) операцию, для которой проектируется приспособление;
в) станок для данной операции;
г) размеры детали, которые необходимо получить при данной операции;
д) установочные базы;
е) место действия зажимного условия;
ж) установочные места принятого оборудования (размеры стола, количество Т – образных пазов и т. д.);
з) инструмент для данной операции (геометрические параметры).
Методические рекомендации по выполнению разделов
Курсового проекта
Основные рекомендации для выполнения курсового проекта:
1. Обработку вопросов и выполнение необходимых расчетов, в соответствии с заданием на проектирование, целесообразно производить параллельно с выполнением графических документов.
2. При выполнении курсового проекта необходимо строго соблюдать единую систему конструкторской и технологической документации, государственные стандарты, нормативные документы и рекомендации.
3. Графическую часть проекта выполнять на листах чертежной бумаги. Каждый документ, отдельный чертеж должен иметь рамку и основную надпись.
В соответствии с заданием на курсовое проектирование разрабатывается станочное приспособление (механизмы, устройства) на одну из операций технологического процесса изготовления деталей. В процессе разработки приспособления (механизма, устройства) необходимо предусмотреть обеспечение заданной производительности и требуемой точности изготовления деталей, применяя быстродействующие пневматические, гидравлические и другие зажимы, непрерывную и позиционную обработку группы деталей несколькими инструментами при наименьшем рабочем пути инструментов, стабильное взаимное положение заготовки и режущего инструмента при обработке, удобную установку, контроль и снятие детали, свободное удаление стружки, удобство управления станком и приспособлением, а также условия, обеспечивающие безопасность работы и обслуживания данного приспособления.
|
|
Ниже приведены уточнения и дополнения по ходу выполнения пояснительной записки и графических документов курсового проекта:
Во введении указывается цель проекта, его связь с задачами машиностроения, обосновывается актуальность выбранной пояснительной записки.
Общий раздел
Изучив конструкцию и служебное назначение, изготавливают детали в проектируемом приспособлении, и проведя технологический контроль чертежа детали, а также требований стандартов ЕСКД, выполняют чертеж детали. В описании конструкции детали (п.1.1) указывается название детали и ее служебное назначение. Исходя из заданной программы выпуска, определяется тип производства. Анализируются конструктивные элементы и размеры детали, заданные на чертеже, а также нормы точности, предъявляемые к поверхностям детали.
Далее описывается операция, для которой необходимо разработать приспособление. В описании операции указывают, какую поверхность необходимо обработать, ее размер, квалитет точности, шероховатость. Затем выбирается метод обработки и оборудование. Подбирается модель станка и приводится его техническая характеристика (диаметр шпинделя, размеры рабочей поверхности стола, наибольший вес обрабатываемой детали, расстояние от оси шпинделя до поверхности стола, мощность электродвигателя и др.). Кратко описывается кинематика станка. В пункте «Разработка схемы базирования» (п.1.2) выбирается метод установки детали и установочные элементы приспособлений.
При установке обрабатываемой детали в приспособление должно соблюдаться правило шести точек. Оно позволяет правильно решить вопрос о выборе установочных баз. При выборе установочных элементов пользуются литературными источниками [3] и ГОСТ, и лишь при необходимости используют специальные детали. Общие требования, предъявляемые к установочным элементам, определены необходимостью уменьшить погрешности, влияющие на точность изготовления детали при использовании приспособлений:
|
|
1) число и расположение установочных элементов должны обеспечить необходимое базирование заготовки, устойчивость и жесткость ее закрепления. Изменение числа установочных элементов всегда приводит к появлению неопределенности базирования. Для обеспечения положения заготовки в приспособлении расстояние между опорами выбирают возможно большим. При выполнении условий неотрывности обрабатываемая заготовка лишается всех степеней свободы, и положение ее базовых поверхностей в пространстве является определенным;
2) количество основных опор, на которые устанавливают обрабатываемую заготовку, не должно быть больше шести (правило шести точек). В процессе обработки деталей неизбежно возникают погрешности. Если они находятся в пределах допускаемых отклонений, заданных чертежом или техническими условиями, то точность обработки будет обеспечена. Любая схема базирования может обеспечить одинаковое положение всех заготовок партии только в том случае, если у них не будет погрешности в размерах и во взаимном расположении баз. В действительности же погрешности всегда имеют место и влияют на положение заготовки в приспособлении. Расчет величины погрешности базирования при установке заготовок производится по литературным источникам [2], [4].
Необходимо также описать: на какие поверхности будет устанавливаться деталь в приспособлении, что лишит деталь шести степеней свободы. Выбираются установочные элементы, их конструкция и размеры. Приводится схема базирования детали с указанием шести баз. Схема базирования выбирается согласно ГОСТ (приложение 3).
В пункте 5.1.3 «Выбор типа приспособления и описание принципа его работы» указывается, для какой операции проектируется приспособление, для какого типа производства необходимо спроектировать специальное приспособление с использованием стандартных деталей и узлов, а также специальных деталей. Затем определяется предварительная конструкция приспособления и описывается, как устанавливается заготовка, чем закрепляется, описывается работа приспособления.
Необходимо привести схему приспособления, указать конструкцию элементов приспособления, их назначение, конструктивные особенности, материалы, виды термической обработки, а также последовательность наладки приспособления, закрепления и открепления изготавливаемой детали.
Специальный раздел
Согласно выбранной схеме базирования заготовки в приспособлении необходимо в п. 2.1. рассчитать погрешность базирования. В процессе обработки деталей неизбежно возникают погрешности. Если они находятся в пределах допустимых отклонений, заданных чертежом или техническими условиями, то точность обработки обеспечена.
Любая схема базирования может обеспечить одинаковое положение всех заготовок партии только в том случае, если у них не будет погрешностей в размерах и во взаиморасположении баз. В действительности же погрешности всегда имеют место и влияют на положение заготовки в приспособлении. Практически каждая деталь из партии занимает свое положение в приспособлении, несколько отличающееся от положения других. Расстояние между возможными крайними положениями, которые может занимать исходная база у разных деталей партии при их установке в приспособлении, измеренное в направлении исходного диаметра, будет называться погрешностью установки. Определение величины погрешности установки сводится к решению чисто геометрических задач. Расчет величины погрешности базирования при установке заготовок производится по формулам в зависимости от выбранной схемы установки.
При установке заготовок на призмы расчет производится по следующим схемам:
1) Основной размер задан от верхней образующей (рис. 1).
Рис. 1 | . При α = 90о , |
где – допуск на размер D, α – угол призмы.
2) Размер задан от нижней образующей (рис. 2).
Рис. 2 | . При α = 90о . |
3) Размер задан от центра детали (рис.3).
Рис. 3 | . При α = 90о . |
Стандартные опорные призмы по ГОСТ 12195-86.
– При установке заготовок по двум отверстиям и перпендикулярной к ним плоскости расчет погрешности базирования позволяет установить величину наибольшего угла смещения – перекоса (рис. 4)..
Рис. 4. Схема установки на два пальца
,
где α – max возможный угол поворота заготовки вследствие наличия зазоров между базовыми отверстиями и установочными пальцами;
– max зазоры в соединении отверстия и пальца соответственно в каждом из двух соединений (мм):
;
L – расстояния между центрами отверстий.
– При установке заготовки на пальцы и оправки погрешность базирования рассчитывается для каждой типовой схемы (рис. 5).
Рис. 5 | , где – зазор при одностороннем смещении заготовки; – при произвольном смещении заготовки. |
– При установке заготовок на плоскость (рис. 6).
Рис. 6. Схема установки на плоскость |
Более подробно c формулами, определяющими погрешность базирования при различных схемах установки можно ознакомиться в [7, 8].
Рассчитанную погрешность базирования необходимо сравнить с допуском на обрабатываемый размер. Должно выполняться условие . В противном случае необходимо изменить схему базирования для обеспечения обработки заготовки в приспособлении без брака.
Далее в п. 2.2. разрабатывается схема силового замыкания заготовки в приспособлении. Силовое замыкание или закрепление заготовки производится с помощью зажимных устройств различной конструкции.
Основное назначение зажимных устройств в приспособлении – обеспечение надежного контакта заготовки с установочными элементами, предупреждение ее смещения и вибраций в процессе обработки. Принцип действия и конструкцию зажимного устройства выбирают, исходя из конкретных условий выполнения операции: типа производства, величины сил резания, действующих на заготовку, типа станка и т. п. Надежность закрепления проверяется расчетами, выполняемыми при проектировании приспособлений. Зажимные устройства условно делят на три группы, и методика расчета зависит от того, к какой группе относится зажимное устройство.
К I группе относятся зажимные устройства, имеющие в своем составе силовой механизм и привод, который обеспечивает перемещение контактного элемента и создает исходное усилие Ри, преобразуемое в зажимное усилие Q (приводы пневматические, гидравлические, пневмогидравлические и т. д.).
Во II группу входят зажимные устройства, имеющие в своем составе только силовой механизм, который приводится в действие непосредственно рабочим, прилагающим исходное усилие Ри на тяге С. Это устройства с ручным приводом.
К III группе относятся зажимные устройства, которые не имеют силового механизма, а используемые приводы лишь условно можно называть приводами, так как они не вызывают перемещений элементов зажимного устройства, а только создают зажимное усилие Q. К этой группе относятся вакуумные и магнитные устройства.
Для расчета сил закрепления необходимо знать условия проектируемой обработки: величину, направление и место приложения сил, сдвигающих заготовку, а также схему ее установки и закрепления. Рассчитать усилие зажима заготовки и основных параметров зажимного механизма можно, используя литературные источники [1], [2], [3], [4], [9].
Общность расчетов зажимных устройств заключается в: 1) определении сил и моментов резания; 2) выборе коэффициента трения; 3) составлении расчетной схемы и исходного уравнения для расчета зажимного усилия Q; 4) выборе коэффициента надежности закрепления К.
Расчет зажимных устройств первой группы проводится, исходя из требующегося зажимного усилия Q и условий выполнения операции. Выбирают тип силового механизма и по нему выбирают и рассчитывают привод.
Для второй группы зажимных устройств по зажимному усилию Q выбирают силовой механизм, имея в виду, что рабочий может приложить вполне определенное усилие Ри (не более 150 Н).
Для третьей группы по зажимному усилию и площади заготовки, на которой распределяется удельное усилие q,определяют требуемое усилие Ри, по которому рассчитывают необходимый вакуум или силовой магнитный поток. В этом пункте необходимо составить схему силового замыкания, т. е. показать место приложения силы закрепления и ее направления относительно заготовки.
В п. 2.3. необходимо произвести расчет сил резания или крутящего момента для заданной технологической операции. Действующие на заготовку силы и моменты резания можно рассчитать по нормативам режимов резания. При токарной обработке резцами силу резания, действующую на заготовку, принято представлять тремя составляющими: Рz, Py, Px. При обработке на сверлильных станках и других станках сверлами и зенкерами, действие инструмента на заготовку принято заменять силой Ро и крутящим моментов М. При фрезеровании действие фрезы на заготовку можно заменить силами Рz и Ро. Величину необходимого зажимного усилия определяют на основе решения задачи статики, рассматривая равновесие заготовки под действием приложения к ней сил. Для этого необходимо изобразить на схеме базирования заготовки все действующие на нее силы: силы резания, моменты резания, зажимное усилие, реакции опор и силы трения в местах контакта. На основании решений уравнений статики получают формулы для расчета зажимного усилия.
В п. 2.4. определяют основные параметры привода приспособления. Исходными данными для выбора зажимного устройства служат: величина зажимного усилия Q, тип производства, размеры и конфигурация заготовки, характер выполняемой операции. При больших усилиях Q следует выбирать зажимное устройство I или II группы, учитывая при этом, что устройства II группы – это ручные зажимные устройства, их используют в единичном и мелкосерийном производствах. Ручные устройства с эксцентриковыми механизмами не следует применять в приспособлениях, предназначенных для станков, где приспособление вращается с заготовкой (токарных, револьверных), так как под действием инерционных сил, приложенных к рукоятке эксцентрика зажимное устройство может открепиться. Для крупносерийного и массового производства предназначены зажимные устройства I группы с быстродействующими приводами. При малых усилиях Q и для закрепления тонкостенных заготовок применяют устройства III группы. Они могут применяться в любом типе производства. Это вакуумные, магнитные, электромагнитные приводы.
Силовые механизмы зажимных устройств делятся на простые и комбинированные. Простые состоят из одного элементарного механизма: винтового, эксцентрикового, клинового или рычажного. Комбинированные представляют комбинацию нескольких простых: рычажного и винтового, рычажного и эксцентрикового, рычажного и клинового. Выбор силового механизма с рычажными зажимами производится с учетом приведения их в действие. В зажимных устройствах I группы применяются пневматические, гидравлические, пневмогидравлические, механизированные, центробежноинерционные и др. приводы. В III группе – вакуумные и магнитные. К основным параметрам приводов относят: диаметры цилиндров, диаметры штоков приводов, ход штока, диаметры трубопроводов.
Диаметры цилиндров пневмоприводов выбирают из нормального ряда [1]: 50, 60, 75, 100, 125, 150, 200, 250 и 300 мм.
Диаметры гидроприводов из ряда [1]: 40, 50, 60, 75, 100 мм.
Также выбирают тип цилиндра: одностороннего действия или двустороннего.
Усилие Ршт на штоке пневматических и гидравлических цилиндров определяют по формуле:
а) для цилиндров одностороннего действия
; (1)
б) для цилиндров двухстороннего действия
, (2)
где Dц – диаметр цилиндра, мм; dшт – диаметр штока, мм; р – давление воздуха или масла, МПа; η – коэффициент полезного действия.
Усилие на штоке пневматической диафрагменной камеры
, (3)
где D – диаметр пневмокамеры (внутренний), мм; d – диаметр диска, мм (d ≈ 0,7D).
Формулы для определения расчетных зависимостей размерных механизмов и приводов приведены в [1, 7].
В п. 2.5. производят расчет усилия зажима заготовки в приспособлении согласно выбранному типу зажимного устройства. Усилие зажима, создаваемое винтовыми механизмами, рассчитывается по формуле:
, (4)
где Р – усилие, приложенное к гаечному ключу или рукоятке, Н; L – длина ключа или рукоятки, мм; α – угол подъема резьбы (у стандартных метрических резьб α = 2о30/); φ – угол трения в резьбе (φ = 6о34/ для метрических резьб); k – коэффициент, зависящий от формы и размеров поверхности соприкосновения зажимного элемента с зажимаемой поверхностью.
Усилие зажима, развиваемое Г-образным прихватом, определяется по формуле:
, (5)
где Р – действующее на прихват усилие, Н; l – плечо прихвата, мм; Н – высота прихвата, мм.
Усилие зажима, развиваемое эксцентриком, определяется по формуле:
, (6)
где Р – усилие, приложенное к рукоятке, Н; L – плечо рукоятки, мм; ρ – радиус эксцентрика в точке касания, мм; φ, φ1 – углы трения.
У круглого эксцентрика:
; (7)
, (8)
где D – диаметр эксцентрика, мм; е – эксцентриситет, мм; α – угол подъема эксцентрика.
Значения коэффициента k из формулы (4) для различных случаев:
– винт со сферическим опорным торцем k = 0;
– винт с плоским опорным торцем:
k = 0,6μ r; (9)
– винт со сферическим опорным торцем, входящим в конусное углубление:
; (10)
– винт с кольцевым опорным торцем или гайка:
, (11)
где μ – коэффициент трения на торце винта или гайки (μ = 0,1); r – радиус опорного торца болта ( резьбы), мм; R – радиус сферы опорного торца винта, мм; β – угол при вершине конусного углубления (β = 120о); Dнар и Dвн – наружный и внутренний диаметр опорного торца винта или гайки, мм.
Рассчитав усилие зажима заготовки, необходимо сравнить его с силой резания, действующей на заготовку в процессе обработки. Усилие зажима должно быть больше силы, действующей на заготовку. Если это условие выполняется, значит, заготовка будет надежно закреплена.
В п. 2.6. необходимо рассчитать экономическую эффективность приспособления. При этом необходимо учитывать, что применение станочных приспособлений способствует решению двух основных задач:
1) обеспечению заданной точности обработки;
2) повышению производительности и облегчению труда рабочих.
Для выполнения операций технологического процесса могут быть использованы приспособления, равноценные по точности, но различные по их сложности, производительности и стоимости. Применение сложных специальных приспособлений или автоматизированных с пневматическим или гидравлическим приводом повышает производительность труда, но при малом годовом выпуске деталей такие приспособления могут оказаться неэкономичными: от их применения себестоимость операции не снижается, а повышается. Поэтому при оснащении операции приспособлением необходимо производить экономические расчеты. Расчет экономической эффективности применения приспособления основывается на сопоставлении затрат и экономии, возникающих при его использовании и относимых к годовому периоду. Условие эффективности применения приспособления выражается формулой
Э ≥ Р, | (12) |
где Э – годовая экономия (руб); Р – годовые затраты в приспособлении (руб).
Годовая экономия:
, | (13) |
где Тшт – штучное время при обработке детали без приспособления; – штучное время на операции после внедрения приспособления; ам – себестоимость одной станко-минуты (руб/мин); Тшт и определяются по нормативам времени; q – годовая программа в шт.
, | (14) |
где апер. – переменные затраты (заработная плата); ап..п. – переменно-постоянные затраты (затраты на амортизацию, эксплуатацию станка, эксплуатацию универсальных приспособлений); апост – постоянные прочие затраты (косвенные) цеховые расходы, которые при данном объеме выпуска продукции остаются постоянными. Все данные в таблице источника [ 8 ].
Годовые затраты на приспособление рассчитываются в зависимости от типа приспособления
Рсп = 0,6 Ссп, | (15) |
где Рсп – годовые затраты на специальные приспособления (руб); Ссп – стоимость специального приспособления выбирается по источнику [ 8 ];
для специального приспособления:
для универсально-наладочного приспособления: | (16) (17) |
для универсально-сборного приспособления: | (18) |
где Рком – затраты на одну компоновку, собранную один раз (руб); Кпов – коэффициент повторяемости запуска партии деталей в течение года; Сн – стоимость специальной наладки выбирается по источнику
[8, 9]; Су – стоимость постоянной части универсально-наладочного приспособления.
Подобные расчеты проводятся после того, как специальное приспособление уже спроектировано и необходимо установить, будет ли оно экономически эффективным. Методика расчета экономической эффективности в источниках [8], [9], приложения (1,2).