Основы проектирования приспособлений

Приспособление является частью технологической оснастки которая добавляется к технологическому оборудованию для того что бы осуществить обработку деталей. Основное назначение приспособлений состоит в том что бы ориентировать деталь относительно инструмента (базировать ее забазировать ее) и закрепить. Когда проектируется технологический процесс необходимо отводить специальное время на базирование и закрепление деталей оно считается вспомогательным и нормируется на основе справочных данных. Используемое в машиностроении приспособление бывает следующих групп.

УП универсальное приспособление – характеризуется большими технологическими возможностями так как позволяют устанавливать детали различной формы и размеров но при этом требуют достаточно продолжительного времени и больших труда затрат. Работу могут осуществлять только высококвалифицированные рабочие. Используется данное приспособление в условиях мелкосерийного и индивидуального производства.

СП специальное приспособление предназначены для установки и обработки какой то конкретной детали на определенной операции механической обработки соответственно использование данного приспособления на другой операции практически не возможно применяются в условиях массового производства не требуют высококвалифицированной рабочей силы и характеризуются высокой производительностью

УПП универсальные переналаживаемые приспособления – используются в условиях серийного производства конструктивно характеризуются тем что содержат нормализованный узел универсального приспособления и сменные наладки к нему (кулачки опоры штифты) соответственно после обработки одной группы деталей меняются наладки и обрабатываются новые детали. УПП сочетают в себе простоту и удобство универсальных приспособлений с производительностью и точностью специальных.

УСП универсально сборное приспособление – характеризуется тем что имеется комплект нормализованных деталей приспособления из которого можно собрать различные по форме и конструкции приспособления в основном данный вид приспособлений используется в условиях мелкосерийного и опытного производства

Методика проектирование приспособления

Процесс проектирования представляет собой ряд последовательно выполняемых этапов начиная от получения задания на проектирование и заканчивая разработкой готовых чертежей (сборочный и деталировка) в конструкции приспособления отображется необходимая схема базирования деталей а так же способ ее закрепления исходными данными для конструирования приспособления являются следующие:

1. Операционные эскизы на выполняемую и предшествующую операцию механической обработки где должно быть указанно требуемая точность а так же схема базирования и закрепления заготовки

2. Должны быть указаны сведения о применяемом оборудовании инструменте и режимах резания

3. Необходимы требования по производительности обработки а так же примерные нормы времени на установку и закрепление детали.

Проектирование приспособления начинается с выбора схемы базирования детали при этом необходимо использовать наиболее чистые и точные поверхности детали. Они должны располагаться на максимально возможном расстоянии друг от друга быть жесткими и стабильными. Необходимо обеспечить определенность базирования детали ( на деталь должно быть наложено 6 связей) кроме того рекомендуется осуществлять проверочный расчет на точность установки.

Обязательным условием при проектировании приспособления является расчет необходимого усилия закрепления с этой целью необходимо определить силы резания а так же направления их действия. Для расчета сил резания используются эмпирические формулы, которые позволяют исходя из режимов резания а так же силы. Точки приложения сил закрепления определяются исходя из операционных эскизов. Тип привода зажимного устройства (механический электромагнитный пневматический гидравлический) определяется исходя из конструкции приспособления и условий обработки деталей, например в условиях массового производства как правило используют пневматический или гидравлические приводы причем они должны обеспечивать максимальную производительность. Само приспособление для обработки деталей может быть одно и многоместным. Многоместное приспособление позволяет осуществлять одновременную обработку нескольких деталей это особенно важно в условиях крупносерийного и массового производства когда необходимо синхронизировать по времени обработку деталей на отдельных операциях.

Следующим этапом является разработка эскизного проекта приспособления. Данный проект содержит конструктивные решения которые позволяют составить общее представление об устройстве и принципе действия основных элементов. На данном этапе проектирования уточняются: тип и размеры установочных элементов и зажимных устройств. Выбирается вид и конструкция направляющих устройств на детали. Определяется положение инструмента. Выявляются вспомогательные элементы конструкции их размеры и конструкция. Рекомендуется при этом максимально использовать нормализованные и стандартные детали и узлы.

Эскизный проект должен быть согласован с технологом проектировщиком технологической документации и он является исходным документом для разработки рабочих чертежей проекта

Разработка сборочного чертежа приспособление

Первоначально необходимо в 3х проекциях изобразить контур обрабатываемой детали . затем последовательно к изображенному контуру вычерчиваются:

1. Детали и узлы приспособления предназначенные для базирования

2. Показываются зажимные устройства и привод приспособления

3. Показываются детали и узлы предназначенные для направления инструмента а так же элементы для настройки инструмента

4. Показываются вспомогательные устройства приспособления необходимые для его работы

5. Вычерчивается общий корпус приспособления связывающий его элементы между собой

Общий вид приспособления должен вычерчиваться в натуральную величину в масштабе 1 к 1

Для особо крупный и особо мелких деталей допускается изменение масштаба но эти изображения должны показываться отдельно на общем виде просталяют габаритные размеры посадки основных соединений а так же указываются условия (ТУ) которые необходимо выдержать при сборке отладке и регулировке. Кроме чертежа общего вида разрабатывается деталировка (чертеди отдельных деталей) спецификации на приспособления и пояснительная записка в которой должны быть выполнены расчеты: погрешности обработки в данном приспособлении (расчет на точность) расчет необходимых усилий закрепления при необходимости расчет отдельных деталей на прочность и жесткость

Расчет экономической эффективности применения данного приспособления

Расчет необходимого усилия закрепления

Для обеспечения надежного контакта заготовки с приспособлением а так же не допущения вибраций и смещения заготовки ее необходимо закрепить что осуществляется приложение специально действующих сил выбор места приложения сил закрепления должен осуществляться по следующим правилам:

1. При закреплении детали должно обеспечиваться необходимое базирование деталей

2. Силу закрепления необходимо направлять на ту поверхность которая имеет наибольшую площадь контакта с установочными элементами приспособления

3. Сами элементы закрепления не должны вызывать деформации деталей и ее порчи

4. При закреплении недостаточно жестких деталей сила закрепления должны располагаться над опорами либо как можно ближе к ним.

5. Во избежание вибрации места крепления детали должно быть как можно ближе к месту обработки

6. Линия действия сил закрепления по возможности должна располагаться по направлению действия сил резания

7. Закрепление и раскрепление деталей должно производиться с минимальными затратами сил и времени

8. Зажим должен не затруднять установку и снятие детали а так же очистку приспособления от стружки

Величину сил закрепления необходимо определять решая задачу статики (теоретическая механика) на равновесие твердого тела при этом необходимо указать все силы действующие на деталь в процессе обработки в частности к данным силам относят: силы резания, силы собственного веса детали, силы закрепления и реакции опор, центробежные и энерцыоные силы. Силы резания определяются исходя из условий обработки по эмпирическим зависимостям либо по специальным таблицам. Например при точении (рис 06,03,2012)

В основном расчет должен осуществляться исходя из главной составляющей силы резания P_z (касательная или тангенциальная составляющая. Она определяет мощность потребную на резание а так же крутящий момент, возникающий при обработке

Составляющая P_y называется радиальной (направлена по радиусу) она определяет нагрузки приходящиеся на деталь и соответственно влияет на точность обработки

P_x осевая составляющая силы резания оказывает влияние на точность обработки а так же определяет нагрузки приходящиеся на привод продольной подачи.

Любую из составляющих сил резания можно рассчитать по следующей зависимости:

P_z=C_pz*t^Pz*S^pzK_Pz

Рz - Это величина перемещения инструмента за один оборот детали

Cpz – коэффициент который определяет свойство того материала который подвергается резанию

Pz – показатели степени которые указывают как данный параметр влияет на силу резания

Для токарной обработки в зависимости от свойств обрабатываемого материала значение коэффициентов могут быть следующими. Хрz – 0,85 …. 1,1

Ypz = 0,55 …. 0,75

Kpz – зависит от конкретных условий обработки в частности от твердости обрабатываемого материала геометрии инструмента а так же схемы закрепления детали (в патроне в центрах и тд) когда расчеты не очень точные то можно вычитать равные единицы.

Так как в процессе резания силы могут изменяться то для обеспечения надежности закрепления сила резания увеличивают на коэффициент запаса в зависимости от условия обработки коэффициент запаса может изменяться от 2 до 7 (Кзап) его определяют по следующей формуле К_зап=К1*К2*К3*К4*К5

К1 – гарантированный коэффициент запаса (1,5)

К2 – коэффициент учитывающий наличие на заготовки случайных дефектов (пригар окалина твердые включения)

К3 – коэффициент учитывающий увеличение сил резания связанное с затоплением инструмента определяется в зависимости от типа инструмента изменятся в диапазоне от 1 до 1.2

К4 – коэффициент учитывающий колебания силы закрепления связанное с типом привода приспособления (механические пневматические гидравлические) изменяется от 1 до 1.3

К5 – коэффициент учитывающий удобство управления приспособления (эргономика) если удобно то 1 если не удобно то 1.2

Определение величины сил закрепления выполняет в следующий последовательности

1. Выбирают рациональную схему установки детали а так же тип и расположение опор

2. Намечают места приложения сил закрепления

3. Определяют величину и направление действия сил резания для наиболее не благоприятного момента обработки

4. Разрабатывают схему действия сил при этом особо отмечают те силы которые стремятся нарушить положение детали а так же силы закрепления

5. Из основных уравнений статики выбирают и используют те которые позволяют определить силы закрепления

Если силы резания пытаются сдвинуть деталь то составляется уравнение баланса сил если же силы закрепления пытаются повернуть деталь составляется уравнение моментов

Примеры расчета сил закрепления

Рис (06,03,2012) пояснение. Сила закрепления (W) и сила резания (Ррез) действует на деталь во взаимно перпендикулярных направлениях. Сила резания противодействует двум силам трения. F1 – сила трения между деталью и зажимным устройством и F2 – между деталью и базовыми элементами приспособления для того чтобы положение детали не изменялось при обработки необходимо что бы сила резания была меньше сил трения.

Пример еще один

Пояснение деталь установлена в токарный патрон испытывает сложное нагружение которое связано в крутящим моментом создаваемым силой Рz а так де осевая составляющая силы резания Рх стремиться сдвинуть деталь вдоль ее оси по этому необходимо для каждого из выше указанных случаев рассчитать силу закрепления и в качестве расчетной для дальнейшего использования выбрать наибольшую.

Пояснения к картинки. К цилиндрической заготовки установленной в специальный патрон растачивается отверстие для обеспечения постоянства положения заготовки при обработки необходимо что бы момент сил резания был меньше момента от сил закрепления. В свою очередь силы закрепления на прямую зависят от действующих сил трения по этому учитывая вышесказанное можно записать следующее соотношение. E Mтр = W*f*R+W*f2*2/3*(R³₂-R³₁/R²₂-R²₁ )

W=(K*Pz*r)/f1*R+2/3*f2*(R³₂-R³₁/R²₂-R²₁)