Шишкин Основы проектирования станочных приспособлений 2010
.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
В.П. Шишкин, В.В. Закураев
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТАНОЧНЫХ
ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
Теория и задачи
Под редакцией А.Е. Беляева
Допущено Учебно-методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения
(УМО АМ) в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»
Москва 2010
УДК 621.7/.9(075) ББК 34.63-5 Ш65
Шишкин В.П., Закураев В.В. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТАНОЧНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ. Теория и задачи: Учебное пособие / Под ред.
А.Е. Беляева. – М.: НИЯУ МИФИ, 2010. – 288 с.
Изложены теоретические сведения по основным разделам курса «Технологическая оснастка» (схемы базирования, расчеты погрешности установки и закрепления); приведены варианты задач по перечисленным разделам.
Предназначено для студентов специальности 151001 «Технология машиностроения», а также для подготовки бакалавров техники и технологии по направлению 150900 – «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств».
Подготовлено в рамках Программы создания и развития НИЯУ МИФИ.
Рецензент д-р техн. наук В.И. Занько
ISBN 978-5-7262-1268-5 |
© Национальный исследовательский |
|
ядерный университет «МИФИ», 2010 |
Редактор Н.В. Шумакова Оригинал-макет изготовлен М.В. Макаровой
Подписано в печать 10.12.2009. Формат 60х84 1/16
Уч.-изд.л. 18,0. Печ.л. 18,0. Тираж 100 экз.
Изд. № 3/1/54 Заказ № 11
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ». 115409, Москва, Каширское ш., 31
ООО «Полиграфический комплекс «Курчатовский». 144000, Московская область, г. Электросталь, ул. Красная, д. 42
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................... |
|
5 |
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ........................................................ |
7 |
|
ГЛАВА 1. БАЗИРОВАНИЕ И БАЗЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ......................... |
8 |
|
1.1. Принципы базирования заготовок................................................................. |
8 |
|
1.1.1. Основные понятия и определения..................................................... |
8 |
|
1.1.2. |
Классификация баз........................................................................... |
10 |
1.1.3. |
Правило шести точек........................................................................ |
12 |
1.2. Типовые схемы базирования заготовок...................................................... |
16 |
|
1.2.1. Базирование заготовки по трем плоским поверхностям............... |
17 |
|
1.2.2. Базирование заготовки по плоской |
|
|
|
и наружной цилиндрической поверхностям .................................. |
19 |
1.2.3. Базирование заготовки по плоской и двум |
|
|
|
наружным цилиндрическим поверхностям.................................... |
24 |
1.2.4. Базирование заготовки по плоской и внутренней |
|
|
|
цилиндрической поверхностям....................................................... |
27 |
1.2.5. Базирование заготовки по плоской и двум |
|
|
|
внутренним цилиндрическим поверхностям.................................. |
31 |
1.2.6. Базирование заготовки по центровым отверстиям ....................... |
35 |
|
1.2.7. Базирование заготовки по плоскости (плоскостям) |
|
|
|
и элементу (элементам) симметрии................................................ |
39 |
1.3. Задачи для практических занятий................................................................ |
46 |
|
ГЛАВА 2. ЗАКРЕПЛЕНИЕ ЗАГОТОВОК............................................................. |
55 |
|
2.1. Основные определения и назначения зажимных устройств ..................... |
55 |
|
2.2. Силы, действующие на заготовку при обработке ...................................... |
59 |
|
2.2.1. |
Силы резания .................................................................................... |
59 |
2.2.2. |
Объемные силы................................................................................. |
68 |
2.2.3. Второстепенные и случайные силы................................................ |
70 |
|
2.3. Методика расчета сил закрепления............................................................. |
71 |
|
2.3.1. Варианты методики расчета сил закрепления................................ |
71 |
|
2.3.2. Упругие характеристики зажимных устройств.............................. |
72 |
|
2.3.3. Общие типовые схемы расчета сил закрепления........................... |
77 |
|
2.3.4. Расчет сил закрепления заготовок |
|
|
|
при наличии действующих на нее моментов ................................. |
83 |
2.3.5. Расчетные факторы для определения сил закрепления................. |
95 |
|
2.3.6. Расчет сил закрепления как многовариантная задача ................. |
101 |
|
2.4. Особенности методики расчета сил закрепления заготовки |
|
|
на станках с ЧПУ ........................................................................................ |
107 |
|
2.5. Задачи для практических занятий.............................................................. |
112 |
|
2.5.1. Расчет сил закрепления заготовки при точении........................... |
112 |
|
2.5.2. Расчет сил закрепления заготовки при фрезеровании................. |
117 |
|
2.5.3. |
Расчет сил закрепления заготовки при обработке отверстий..... |
129 |
3
ГЛАВА 3. ПОГРЕШНОСТИ УСТАНОВКИ ЗАГОТОВОК В СТАНОЧНЫХ |
||
ПРИСПОСОБЛЕНИЯХ.......................................................................................... |
137 |
|
3.1. Точность и погрешность при механической обработке. |
|
|
Общие понятия и определения .................................................................. |
137 |
|
3.2. Погрешности механической обработки. Классификация |
|
|
погрешностей.............................................................................................. |
138 |
|
3.3. Виды размеров, получаемых на технологических операциях................. |
141 |
|
3.4. Погрешность установки.............................................................................. |
149 |
|
3.4.1. |
Погрешность базирования............................................................. |
150 |
3.4.2. |
Погрешность закрепления ............................................................. |
155 |
3.4.3. Погрешность положения заготовки в приспособлении............... |
158 |
|
3.4.4. Рекомендации по уменьшению составляющих |
|
|
|
погрешности установки ................................................................. |
160 |
3.5. Задачи для практических решений............................................................ |
164 |
|
ГЛАВА 4. РАСЧЕТ ПОГРЕШНОСТЕЙ СТАНОЧНЫХ |
|
|
ПРИСПОСОБЛЕНИЙ ............................................................................. |
185 |
|
4.1. Цели расчета погрешностей станочных приспособлений....................... |
185 |
|
4.2. Общая методика расчета погрешностей станочных приспособлений |
|
|
на точность................................................................................................. |
185 |
|
4.2.1. |
Последовательность расчетов........................................................ |
186 |
4.2.2. |
Определение параметров точности............................................... |
187 |
4.2.3. |
Разработка расчетной схемы ......................................................... |
188 |
4.2.4. |
Определение расчетного уравнения.............................................. |
191 |
4.2.5. Определение параметров, входящих в расчетные уравнения..... |
194 |
|
4.2.6. Пример расчета погрешностей обработки.................................... |
196 |
|
4.3. Расчет погрешностей сверлильных приспособлений .............................. |
197 |
|
4.4. Расчет погрешностей приспособлений с делительными |
|
|
устройствами............................................................................................... |
200 |
|
4.5. Контроль станочных приспособлений...................................................... |
206 |
|
4.6. Задачи для практических решений............................................................ |
211 |
|
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ..................................................................................................... |
237 |
|
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ..................................................................................................... |
244 |
|
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ..................................................................................................... |
251 |
|
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 ..................................................................................................... |
256 |
|
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 ..................................................................................................... |
263 |
|
ПРИЛОЖЕНИЕ 6 ..................................................................................................... |
271 |
|
ПРИЛОЖЕНИЕ 7 ..................................................................................................... |
278 |
|
ПРИЛОЖЕНИЕ 8 ..................................................................................................... |
282 |
|
ЛИТЕРАТУРА |
.......................................................................................................... |
286 |
4
ВВЕДЕНИЕ
Все возрастающие требования к качеству машин и механизмов предопределяют и высокое качество изготовления деталей. С точки зрения технологии машиностроения одной из основных задач является обеспечение требуемой точности изготовления каждой конкретной детали.
При разработке технологического процесса изготовления деталей существенное влияние на точность обработки оказывают приспособления как составные элементы технологической системы (ТС) «станок–приспособление–инструмент-заготовка». Проектирование приспособления представляет собой комплексную и многовариантную задачу как для технолога (разработчика технологического процесса), так и для конструктора-разработчика приспособления. С первых шагов освоения дисциплины «Технологическая оснастка» формируются навыки конструкторской проработки вариантов технологического оснащения процесса механической обработки заготовок.
При изучении курса «Технологическая оснастка студенты специальности «Технология машиностроения», как правило, испытывают трудности при выборе рациональных схем базирования заготовки, при расчетах погрешности установки, зажимных устройств и определении наиболее ответственных размеров приспособления. Причины затруднений объясняются тем, что, с одной стороны, данная дисциплина по Государственному общеобразовательному стандарту высшего профессионального образования является одной из первых в цикле специальных дисциплин подготовки инженеров специальности 120100, а с другой стороны, у студентов отсутствуют опыт проектных работ и достаточная производственная инженерная практика, особенно у студентов дневной формы обучения.
При написании данного пособия проанализированы различные подходы к процессу проектирования станочных приспособлений
5
[10], [11], [21], [29] и ряд других. С учетом этого анализа в данной работе значительное внимание уделено следующим вопросам проектирования, а именно:
•формированию умения разработки теоретических схем базирования как многовариантной задачи;
•возможности решения траекторной задачи с учетом создания рациональной расстановки сил резания, позволяющей уменьшить силы закрепления;
•формированию умения расчета погрешности базирования при различных компоновках приспособления и расчета приспособления на точность.
Впредлагаемом учебном пособии приводится значительный объем справочного материала для решения практических задач.
пособие представляет собой сочетание расширенной теоретической части по основным разделам курса (схемы базирования, расчеты погрешности установки и сил закрепления) и сборника задач по перечисленным разделам. Таким образом, пособие позволяет закрепить полученные знания и приобрести начальные умения и навыки по базовым разделам курса. Рекомендуется использовать при проведении практических работ, при выполнении домашних заданий, курсовом и дипломном проектировании.
6
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
∆ст.г |
– |
геометрические погрешности станка; |
∆ст.т |
– |
погрешностьстанкаприеготемпературной деформации; |
∆ст.упр – |
погрешность станка, обусловленная упругой деформа- |
|
цией его узлов; |
||
∆ст.из |
– |
погрешности износа узлов станка; |
∆и.г |
– |
геометрические погрешности инструмента; |
∆н |
– |
погрешность настройки инструмента; |
∆и.т |
– |
погрешность тепловых деформаций инструмента; |
∆у.и |
– |
погрешность инструмента, обусловленная его упругой |
деформацией; |
||
∆и.из |
– |
погрешности износа инструмента; |
∆п.г |
– |
геометрические погрешности станочных приспособле- |
ний; |
|
|
∆п.б |
– |
погрешность базирования; |
∆п.из |
– |
погрешность износа элементов приспособлений; |
∆п.з |
– |
погрешность закрепления заготовки в приспособлении; |
∆п.уст – |
погрешность установки; |
|
∆п |
– |
погрешность положения заготовки в приспособлении; |
∆т.п |
– |
погрешность, вызванная температурными деформа- |
циями приспособления; |
||
∆у.п |
– |
погрешность от упругих деформаций элементов при- |
способлений; |
||
∆и.п – |
погрешность, определяемая износом установочных |
|
элементов приспособления; |
||
∆з.г |
– |
геометрическая погрешность заготовки (неравномер- |
ность припуска); |
||
∆з.ост – |
погрешности заготовки, вызванные остаточными тех- |
|
нологическими напряжениями; |
||
∆з.упр – |
погрешности упругих деформаций заготовки (при за- |
|
жиме). |
|
|
|
|
7 |
Глава 1
БАЗИРОВАНИЕ И БАЗЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ
1.1. Принципы базирования заготовок
Разработка теоретической схемы базирования на каждой конкретной технологической операции является начальным и наиболее ответственным этапом при определении конструкции приспособления. Правильный выбор комплекта баз при многовариантном решении позволяет обеспечить требуемую точность обработки заготовки и заложить основы создания наиболее рациональной конструкции приспособления.
1.1.1. Основные понятия и определения
Термины и определения основных понятий базирования и баз в машиностроении устанавливает ГОСТ 21495–76, [1].
Базирование – придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат.
При механической обработке заготовок применяется прямоугольная система координат. Оси системы координат располагают параллельно направлениям перемещений исполнительных органов технологического оборудования (продольное и поперечное перемещения суппорта, вертикальное перемещение консоли фрезерного станка и т.д.). Причем названия и направления осей конкретно не оговариваются. На оборудовании с числовым программным управлением названия и направления осей конкретизированы однозначно.
База – поверхность или выполняющие ту же функцию сочетание поверхностей, ось, точка, принадлежащие заготовке или изделию и используемые для базирования.
Данный ГОСТ подчеркивает недопустимость применения вместо термина «база» термина «базирующая поверхность».
8
Комплект баз – совокупность баз, образующих систему координат заготовки или изделия.
На рис. 1.1 представлены примеры баз.
а |
б |
в
Рис. 1.1. Примеры баз
На рис. 1.1, а представлен вариант базирования призматической заготовки для обработки шпоночного паза на вертикальнофрезерном станке. Комплект баз состоит из трех баз (1, 2, 3), причем, базы 2, 3 – поверхности в виде плоскостей, а база 1 – сочета-
9
ние поверхностей. На рис. 1.1, б приведен пример базы в виде оси, относительно которой рабочие поверхности 1, 2, 3 ступенчатого вала должны быть выполнены соосно. Пример базы в виде точки (рис. 1.1, в) поясняет коническая передача, у которой такой базой является точка пересечения осей конических зубчатых колес.
1.1.2. Классификация баз
Приведенные выше термины и их определения охватывают основные термины общих понятий теории базирования. Вторая группа терминов характеризует классификацию баз. Схематично классификация баз представлена на рис. 1.2.
1. По назначению
1.1. Конструкторская |
2. По лишаемым |
|
|
основная |
степеням свободы |
|
|
вспомогательная |
|
|
|
1.2. Технологическая |
2.1. Установочная |
|
3. По характеру |
|
|||
|
2.2. Направляющая |
|
проявления |
1.3. Измерительная |
2.3. Опорная |
|
|
|
2.4. Двойная направляющая |
|
3.1. Скрытая |
|
2.5. Двойная опорная |
|
3.2. Явная |
|
Рис. 1.2. Схема классификации баз |
|
|
1.1.2.1. Классификация баз по назначению
Конструкторская база – база, используемая для определения положения детали или сборочной единицы в изделии.
Технологическая база – база, используемая для определения положения заготовки или изделия в процессе изготовления или ремонта (не допускается термин «установочная база»).
Измерительная база – база, используемая для определения относительного положения заготовки или изделия и средств измерения (не допускается термин «контрольная база»).
10