4.6. Проектирование специальной технологической оснастки

К проектированию технологической оснастки приступают после окончательной разработки техпроцесса на обрабатываемую деталь. Конструкцию специального станочного или контрольного приспособления (или специального режущего, или измерительного инструмента) разрабатывают на одну - две операции техпроцесса по согласованию с руководителем проекта.

В этом разделе расчетно-пояснительной записки необходимо обосновать применение специальной оснастки, запроектированной в техпроцессе, а также принятую конструкцию с указанием эффективности ее применения. Указать назначение и дать краткое описание конструкции в общем виде, принципа работы приспособления, а также при необходимости – отдельных элементов. Привести необходимые расчеты (обеспечения точности, зажимных усилий, экономической целесообразности применения спроектированной оснастки и пр.).

От конструкции станочного приспособления обычно зависит точность и производительность данной операции, так как вспомогательное время на установку и снятие детали, в основном, определяется конструкцией приспособления.

Приступая к проектированию конструкции специального приспособления, необходимо изучить справочную литературу, альбомы чертежей специальных приспособлений, проанализировать имеющиеся конструкции оснастки для обработки однотипных деталей, подобрать подходящую конструкцию или выбрать идею конструкции; наметить пути их усовершенствования или замены новой принципиально отличающейся от старой конструкции.

При создании новой конструкции приспособления необходимо учитывать следующее: максимальное использование нормализованных и унифицированных сборочных единиц и конструкций (установочных, зажимных и прочих элементов); возможность быстрой переналадки приспособления для обработки других подобных деталей; обеспечение наименьшей величины вспомогательного времени на установку, выверку и закрепление обрабатываемых деталей. Рекомендуется использовать быстродействующие пружинные зажимы, выталкиватели для удаления деталей, а также применять приспособления с пневматическими, гидравлическими, гидропластовыми и другими более совершенными зажимными устройствами. При необходимости предусматривается создание многоместных приспособлений для одновременной и последовательной обработки нескольких деталей.

Проектирование приспособлений рекомендуется выполнять в три этапа: составляют принципиальную схему установки и закрепления обрабатываемой заготовки в приспособлении; выполняют расчеты элементов приспособления и конструктивные оформления в виде эскизного проекта; оформляют окончательно сборочный чертеж.

При составлении принципиальной схемы на основании всех сведений об операции, для которой проектируют приспособление, схемы базирования и закрепления заготовки на данной операции и других исходных данных вычерчивают операционный эскиз заготовки в рабочем положении. Эскиз специального приспособления должен выражать саму его идею, он должен содержать основные его элементы. Поэтому выбирают и показывают установочные элементы, конструкцию зажима и другие особенности. Зажимное устройство проектируют с учетом максимального усилия резания при обработке.

Основными расчетами при проектировании приспособлений являются точностной, силовой и технико-экономический.

При установке и закреплении заготовки в приспособлении должна быть реализована не только заданная схема базирования, но она должна обеспечить и заданную точность обработки. Приспособление должно быть спроектировано так, чтобы соблюдалось условие Ткр ≥ ∆1 + ∆2, где Ткр – допуск на координирующий размер обрабатываемой детали; ∆1 – суммарная погрешность координирующего размера, обусловленная действием различных факторов обработки (погрешность базирования и закрепления, износ инструмента, погрешность настройки, метода обработки и т. п.) без учета влияния приспособления; ∆2 – погрешность координирующего размера, обусловленная применением приспособления (неточность изготовления деталей приспособления, его сборки и пр.). Если проведенный точностной расчет покажет, что конструкция приспособления и принятая схема базирования не обеспечивают требуемой точности обработки, то надо сменить схему базирования или конструкцию приспособления и заново произвести расчет на точность. Если и при новых условиях требуемая точность обработки не обеспечивается, то следует изменить метод обработки или по заданию руководителя определить предполагаемый процент брака при выбранном методе обработки.

Вторым важным требованием к конструкции приспособления является следующее. Предполагаемая схема закрепления и зажимные усилия должны обеспечивать надежное закрепление заготовки в процессе обработки, причем деформации ее под действием сил резания и закрепления, нарушающие точность обработки, должны быть минимальны. Основная задача силового расчета зажимных устройств приспособления сводится к определению величины силы закрепления обрабатываемой заготовки и подбору по ней силового узла, т. е. привода приспособления. При расчете зажимных усилий определяют их величину, место приложения к обрабатываемой заготовке и направление. Расчет проводят с учетом действующих на обрабатываемую заготовку сил резания и их моментов, которые определяют по формулам теории резания или выбирают по нормативным справочникам.

Приспособление в целом должно быть достаточно массивным и жестким, хорошо воспринимающим все усилия, возникающие при обработке закрепленной в ней заготовки. Кроме того, оно должно быть достаточно устойчивым на столе станка, т. е. размеры основания приспособления должны быть больше его высоты. Все эти требования приводят к тому, что размеры отдельных деталей и сборочных единиц приспособлений назначаются конструктивно, получаются с большим запасом прочности и не требуют каких-либо расчетов на прочность. Поэтому при конструировании приспособлений расчеты на прочность выполняют только для проверки наиболее слабых звеньев, вызывающих сомнение в достаточности их прочности.

Для обработки заготовки можно разработать несколько различных вариантов приспособлений, которые полностью обеспечат требования операционного эскиза и производительности. Поэтому, сопоставляя их по экономичности, окончательно выбирают один из вариантов.

Окончательное проектирование специального приспособления заключается в постепенном его построении вокруг контуров изделия. Оформление сборочного чертежа начинают с вычерчивания заготовки. Затем последовательно вокруг заготовки наносят отдельные элементы приспособления, вычерчивая сначала установочные элементы, опоры, затем зажимные устройства, направляющие элементы (например, кондукторные втулки). Определяют контур корпуса, объединяющего все элементы приспособления, предусматривая при этом соответствие его посадочных поверхностей посадочным местам станка, и все прочие вспомогательные элементы.

По согласованию с руководителем проектируют специальный режущий инструмент, предусмотренный в технологическом процессе (фасонные резцы, наборы фрез, протяжки для фасонных поверхностей, многоступенчатые зенкеры, развертки и комбинированный инструмент). Выбор конструкции инструмента должен быть обоснован технической и экономической целесообразностью. Кроме разработки конструкции, необходимо произвести расчеты геометрических параметров, формы и размера инструмента (например, сечение державки резца, хвостовика зенкера и пр.). Желательно провести расчет на прочность. Материал для инструмента выбирают в зависимости от его формы и размеров, материала обрабатываемой детали, принятых режимов резания.

При оформлении чертежей допускаются некоторые условности: у многозубого инструмента вычерчивают только 2-3 зуба; винтовые линии у фрезы, разверток и прочего инструмента заменяют прямыми линиями; канавки у разверток, метчиков и фрез в ряде случаев не изображают; сечения для обозначения геометрических параметров вычерчивают неполными; профиль фасонного инструмента вычерчивают в большом масштабе или заменяют чертежом шаблона или контршаблона; на чертежах метчиков, зенкеров, сверл помещают профиль канавочной фрезы, используемой при изготовлении инструмента этих видов. На чертеже режущего инструмента, выполняемого после его расчета, указывают все данные, необходимые для изготовления инструмента.

Специальный измерительный инструмент, предусмотренный в техпроцессе (пространственные калибры для проверки межосевого расстояния, шаблоны, шлицевые калибры, конусные калибры, ступенчатые пробки для проверки соосности и пр.), проектируют также после согласования с руководителем проекта. К ним можно отнести также простейшие контрольные приборы и приспособления.

Конструкцию измерительных инструментов или приспособлений выполняют, как правило, в масштабе 1:1. Исключение составляют инструменты, имеющие очень большие или очень малые габаритные размеры. В этом случае в правом верхнем углу листа вычерчивают этот инструмент в натуральную величину без простановки размеров.

При проектировании предельных резьбовых, гладких и пространственных калибров выполняют расчет допусков и исполнительных размеров, строят в увеличенном масштабе схему взаимного расположения полей допусков измеряемого изделия и калибров.

В расчетно-пояснительной записке обосновывают выбор материала и конструкции инструмента или приспособления, дают методику пользования им. На чертеже инструмента показывают все виды сечения и указывают необходимые для его изготовления данные.

Рекомендуемая литература [3, 7, 12, 20, 29, 30, 39, 43, 46, 47, 48, 50].