Определение усилия зажима детали в приспособлении
Величину усилия зажима, необходимого для надежного крепления детали, можно определить на основе решения задачи статики, рассматривая равновесие детали под действием приложенных к ней сил. Рекомендуется следующий порядок расчета:
1) составить расчетную схему, т.е. на схеме установки изобразить все силы, действующие на деталь: силу резания, зажимные усилия, реакции опор и силы трения в местах контакта детали с установочными элементами и зажимными устройствами.
Расчетную схему следует составлять для наиболее неблагоприятного варианта местоположения режущего инструмента по длине обрабатываемой поверхности, при котором для удержания детали от перемещения и поворота под действием силы резания требуется приложить наибольшее зажимное усилие;
2) составить уравнение сил и моментов из условия равновесия детали и определить величину проекции на направлении силы резания и сил трения.
Уравнение сил можно составить в таком виде: сумма проекции всех сил удерживающих деталь, равна проекции силы резания.
Для составления уравнения моментов необходимо установить точку, относительно которой возможен поворот детали под действием силы резания, и определить относительно этой точки момент сил, удерживающих деталь, и момент силы резания;
3) ввести коэффициент надежности закрепления К, в процессе обработки увеличение силы резания по сравнению с рассчитанной формулой.
Увеличение силы резания может произойти из-за затупления инструмента, изменения твердости материала и величины припуска.
Коэффициент К учитывает также возможное изменение условий закрепления в процессе обработки.
Для удобства расчетов коэффициента К можно ввести в полученное уравнение сил путем умножения на К силы резания, сдвигающей деталь, а в уравнение моментов – умножение на К момента силы резания;
4) определить величину зажимного усилия из полученных уравнений сил и моментов.
Пример. При фрезеровании паза (рис. 3.4) деталь под действием силы резания может перемещаться вдоль опорных пластин. Составляющая силы резания, вызывающая перемещение детали, равна Рz.
Реакция опоры составляет:
.
Силы трения Т1 – в местах контакта детали с зажимным устройством и Т2 – с установочными элементами соответственно будут равны:
,
.
где f1и f2 – коэффициенты трения, соответственно, между деталью и зажимными устройствами и между деталью и установочными устройствами.
Уравнение сил, составленное из условий равновесия детали
.
После подстановки значения Т1 и Т2 и введения коэффициента К оно примет вид:
,
откуда
.
Рис.3.4. Схема фрезерования паза
Пример. При сверлении отверстия в детали, закрепленной в трехкулачковом патроне (рис. 3.5), деталь может перемещаться вдоль кулачков под действием силы резания Рх (усилие подачи) и провертываться в кулачках под действием момента резания Мкр. Для обеспечения неподвижности детали относительно патрона необходимо приложить такое усилие зажима, чтобы не было ни перемещения, ни провертывания детали относительно кулачков. В зависимости от формы насечки на кулачках сопротивление перемещению и провертыванию может быть различным, так как при этом могут быть разными коэффициенты трения.
Допустим, что при перемещении детали в кулачках вдоль ее оси коэффициент трения будет f1 , а при провертывании – f2. Тогда силы трения между кулачками и деталью будут составлять:
при перемещении
,
при провертывании
.
Определим величину усилия зажима при условии недопустимости перемещения детали в кулачках. Пользуясь принятыми обозначениями (рис. 3.5), имея в виду, что у патрона три кулачка, составим уравнение сил:
.
После подстановки значений Т1и введения коэффициента К уравнение примет следующий вид:
.
Пример расчета погрешностей базирования Δб и закрепления Δз при обработке деталей в патронах.
При заданном размере Н1 от оси детали (рис 3.6) погрешность базирования равна 0, так как технологическая и измерительная базы совмещены. Погрешность закрепления в патроне не будет зависать от его точности, т.е. от биения после зажима детали и смятия поверхностных слоев детали в зоне контакта с кулачками.
Рис. 3.5. Схема сверления отверстия
Рис. 3.6. Схема установки цилиндрической детали в трехкулачковом самоцентрирующемся патроне
Если же Н2 дан от базирующей поверхности, то погрешность базирования определяется в зависимости от погрешности точки В, относительно центра и равна этой погрешности. При изменении диаметра D в пределах допуска δ величина погрешностей базирования будет равна половине допуска.
Величины погрешностей закрепления могут быть приняты по табл. 3.12, 3.13, 3.14.
При установке деталей в призму имеются погрешности базирования и закрепления. Погрешность базирования Δб для трех точек определяется аналитически и графически. Величина погрешности зависит от допуска δ на базовый диаметр и угла призмы α. Допуск на диаметр детали δ = D – D1 (рис. 3.7).
Величина погрешности базирования имеет три значения:
Δб1 = КК1; Δб2 = ОО1; Δб3 = СС1.
Из рис. 3.7 видно, что
Δб1 = Кq = К1q; Δб2 = Оq-О1q; Δб3= Сq-С1q;
; 
,
откуда
.
Теперь определим величину зажимного усилия при условии недопустимости провертывания детали в кулачках.
Так как деталь зажата в трех кулачках, уравнение моментов будет иметь вид:
,
где Мкр – момент силы резания;
Т2 – сила трения между кулачком и деталью при провертывании последней;
r – радиус наружной цилиндрической поверхности детали на участке закрепления ее в кулачках.
Рис. 3.7. Установка детали в призме с построением схемы для расчета погрешности базирования
После подстановки значения Т2 и введения коэффициента К уравнение примет вид:
,
откуда
.
При расчетах по определению величины зажимного усилия для коэффициентов трения детали в местах контакта с установочными элементами и с зажимными устройствами можно принимать следующие значения:
f = 0,16...0,18 – при контакте с гладкой поверхностью;
f = 0,18...0,30 – по линии и со сферой;
f = 0,5...0,6 – с рифлеными (насеченными) закаленными поверхностями.
Коэффициент надежности закрепления К принимать 1,5...2,5. Меньшее значение К принимать при чистовой обработке, большее – при черновой.
Таблица 3.12
Погрешности установки единичных заготовок в трехкулачковом самоцентрирующем патроне
| Заготовка воспринимающая силу зажима | Радиальное смещение заготовки, мкм при диаметрах, мм до 50 120 – 150 | Осевое смещение заготовки, мкм при диаметрах, мм до 50 120 – 150 |
| Чисто обработанная | 50 80 | 30 50 |
Таблица 3.13
Погрешность установки заготовок в тисках
| Тип тисков | Метод установки | Смещение заготовки, мкм |
| Винтовые тиски Эксцентриковые тиски | На подкладке в свободном состоянии На подкладке с простукиванием при зажиме С подкладкой Без подкладки | 100 – 200 100 – 200 – 40 – 100 |
Таблица 3.14
Осадка заготовок при закреплении в приспособлениях силой, направленной перпендикулярно к опорной базирующей поверхности
| Поверхность, воспринимающая силу зажима | Осадка заготовки, мкм |
| После черновой обработки резанием После чистовой обработки резанием | 50 – 75 10 – 15 |
3.14.5. Расчет приспособления на точность. Умение определять погрешность установки позволит конструировать такие приспособления, которые сводят до минимума отклонения от заданной точности.
Полная погрешность обработки зависит от суммы базирования, закрепления, наладки станка, точности инструмента, случайных отклонений, точности обработки деталей приспособления и т.д. и определяется путем суммирования составляющих.
Погрешность обработки может быть определена по формуле
,
где d – допуск на размер при выполнении операции;
åDс – сумма систематических погрешностей, состоящая из погрешностей наладки, приспособления, инструмента и др.
Величину åDс следует определять с учетом взаимной компенсации ее отдельных составляющих.
Учитывая возможность компенсации составляющих åDс при проектировании, принимаем åDс = 0;
К – коэффициент, зависящий от закона рассеяния погрешностей, К=1;
Dб – погрешность базирования;
Dз – погрешность закрепления;
Dр – погрешность, вызываемая рассеянием размеров в результате действия случайных факторов (изменение структуры и механических свойств обрабатываемого металла, припуска и др.), Dр принимаем равной 0,32×s;
где s – среднее квадратичное отклонение, приближенно принимаем 
.
Если при расчете Dобр получится больше d, то следует уменьшить погрешность базирования Dб изменением базирования детали или обосновать расширение допуска на операцию.
Примечание. При установке на магнитной плите погрешностью закрепления пренебрегают.
.
Из приведенных формул и рис. 3.7 видно, что максимальная погрешность будет иметь место в верхней части (КК1); минимальная – в нижней (СС1).
В приведенных формулах учтен только допуск на диаметр и не учтены допуски на овальность, конусность, которые будут влиять на Dб, но в меньшей степени, так как допуски на овальность и конусность в два-три раза меньше допусков на диаметр.
По приведенным формулам рассчитывают максимальную погрешность, так как в формулы вошел весь допуск на диаметр. Действительную величину погрешности заранее определить невозможно. Общая сумма погрешностей не должна выходить за пределы допуска на операцию.
На рис. 3.8 приведен пример выполнения операции сверления при установке на призму. Если допуск d на операцию меньше погрешности базирования, то обрабатывать отверстие следует в зоне В, так как погрешность базирования в этой зоне в пять раз меньше, чем в зоне А (при a = 90 °).
Погрешность закрепления в горизонтальной плоскости Dз (рис. 3.9) зависит от точности выполнения угла призмы a, вернее симметричности его относительно вертикали, проведенной через вершину угла призмы.
Если обозначить через b разность половин углов a/2 смещение оси цилиндра вправо или влево будет
,
при D = 50 мм, d= 90 °, b= 10¢, Dз = 0,1 мм.
Если при таком базировании сверлить отверстие, то ось его пройдет левее или правее центра детали на 0,1 мм (рис. 3.9). Поэтому при изготовлении призм равенство половин угла рекомендуется выдержать с точностью 5¢, т.е. b= 5¢.
К установочным устройствам для внутренних цилиндрических баз (отверстий) относятся различные оправки, конструктивные особенности которых весьма разнообразны.
Рис. 3.8. Схема установки детали в призму для сверления отверстия с выдерживанием размера Н± d
Рис. 3.9. Схема образования погрешности закрепления в горизонтальной плоскости из-за неточности выполнения половины угла призмы при ее изготовлении
Экономическое обоснование принятого варианта технологического процесса
В курсовом проекте сравниваются два варианта ТП: базовый и проектируемый. В качестве базового варианта принимается заводской ТП. При отсутствии базового варианта в проекте рассматриваются (сравниваются) два возможных варианта изготовления детали.
Все расчеты настоящего раздела выполняются с использованием цен и тарифных ставок, действующих в Республике Беларусь на момент выполнения расчетов. Не допускается выполнение расчетов в копейках с увеличением конечного результата до рублей.
При оценке эффективности того или иного варианта ТП наиболее выгодным признается тот, у которого сумма текущих и приведенных капитальных затрат на единицу продукции будет минимальной.
Расчеты приведенных затрат и технологической себестоимости выполняются для всех изменяющихся операций ТП.
Приведенные затраты для двух сравниваемых вариантов ТП рассчиты-ваются по формуле
З = С + Ен∙(Кс + Кзд), (3.13)
где С – технологическая себестоимость, р;
Ен – нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений (Ен= 0,1);
Кс, Кзд – удельные капитальные вложения в станок и здание соответственно.
Расчет основной и дополнительной зарплаты выполняется, по формуле
С3 = Сч×Кд×Зн×Ко.м, (3.14)
где Сч – часовая тарифная ставка рабочего (принимается по установленным тарифным ставкам), р/ч;
Кд – коэффициент, учитывающий дополнительную зарплату и начисления (Кд = 1,7);
3н – коэффициент, учитывающий оплату наладчика (Зн = 1,0);
Ко.м – коэффициент, учитывающий оплату рабочего при многостаночном обслуживании (Ко.м = 1,0).
Расчет часовых затрат по эксплуатации рабочего места выполняется по формуле
Сэксп = Сч.з×Км, (3.15)
где Сч.з – часовые затраты на базовом рабочем месте (принимаются по материалам производственной практики), р/ч;
Км – коэффициент показывающий во сколько раз затраты, связанные с работой данного станка, больше, чем аналогичные расходы у базового станка.
Удельные капитальные вложения в станок рассчитываются по формуле
, (3.16)
где Цс – отпускная цена станка, р;
Км – коэффициент учитывающий затраты на транспортировку и монтаж (Км = 1,1);
Сп – принятое число станков на операцию (Сп = 1,0);
N – годовой объем выпуска деталей.
Удельные капитальные вложения в здание рассчитываются по формуле
, (3.17)
где Спл – стоимость 1м2 производственной площади (принимается по материалам производственной практики), р/м2;
Пс – площадь, занимаемая станком с учетом проходов, м2;
Сп – принятое число станков на операцию (Сп = 1,0).
Площадь, занимаемая станком Пс .определяется по формуле
, (3.18)
где f – площадь станка в плане (длина к ширине), м2;
Кс – коэффициент, учитывающий дополнительную производственную площадь (Кс = 3,5 при f = 2...4м2; Кс = 3 при f = 4...6м2; Кc = 4 при f < 2 м2).
Технологическая себестоимость рассчитывается для всех операций по формуле
С = (Сз + Сэксп)∙ 
. (3.19)
Экономический эффект от внедрения принятого варианта ТП рассчитывается по формуле
Э = (Збаз – Зпр)∙N, (3.20)
где Збаз – приведенные затраты по базовому варианту ТП;
3пр – приведенные затраты по проектируемому варианту.
Результаты расчетов приведенных затрат сводятся в табл.3.15.
Таблица 3.15
Расчет приведенных затрат
| Операция | Модель станка | Тшт, мин | Сз, р | Сэксп, р | Кс, р | Кзд, р | С, р |
| Базовый вариант | |||||||
| 010. Токарная | 16К20 | 7,8 | (3.14) | (3.15) | (3.16) | (3.17) | (3.19) |
| 025.Сверлильная | 2Н55 | 6,4 | (3.14) | (3.15) | (3.16) | (3.17) | (3.19) |
| … | |||||||
| Итого ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ Проектируемый вариант | |||||||
| 05.Токарная с ЧПУ | 16К20Т1 | 2,3 | (3.14) | (3.15) | (3.16) | (3.17) | (3.19) |
| 20. Сверлильная с ЧПУ | 2Р135Ф | 3,4 | (3.14) | (3.15) | (3.16) | (3.17) | (3.19) |
| Итого ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ |
Примечание: В таблице в скобках указаны номера формул, по которым выполняются расчеты.
Дата добавления: 2018-09-24; просмотров: 8057;