§ 36. Методика конструирования специальных приспособлений

Конструирование приспособления целесообразно начинать с уточнения схемы установки, определения типа и размера установочных элементов, их количества и взаимного расположения. Зная из технологического процесса силы резания, конструктор устанавливает место приложения сил зажима и определяет их величину. Исходя из регламентированного времени на закрепление и открепление заготовки и силы зажима определяется тип зажимного устройства и его основные размеры, Далее устанавливают тип и размер деталей для направления и контроля положения режущих инструментов. Выявляют необходимые вспомогательные устройства, устанавливают их конструкцию и размеры.

При выборе конструкции и размеров перечисленных элементов следует в максимальной степени использовать имеющиеся нормали и стандарты. Разработку общего вида приспособления начинают с нанесения на лист контура заготовки в нескольких проекциях на достаточном расстоянии друг от друга. Вычерчивание общего вида ведут методом последовательного нанесения отдельных элементов приспособления вокруг контуров заготовки. Сначала вычерчивают установочные детали, затем зажимные устройства, детали для направления инструмента и вспомогательные устройства. Вслед за этим определяют контуры корпуса приспособления, который объединяет в единое целое перечисленные выше элементы.

На общем виде приспособления указывают его общие габаритные размеры; размеры, выдерживаемые при сборке и отладке приспособления; нумерацию деталей и их спецификацию с указанием использованных нормалей и ГОСТов. Общий вид должен содержать технические условия на сборку приспособления. При деталировке рабочие чертежи составляют только на специальные детали.

Для повышения точности обработки приспособление должно быть жестким. Это достигается уменьшением числа стыков и устранением внецентренного приложения нагрузки. Предпочтительны цельные и сварные конструкции, менее желательны конструкции сборные. Контактные деформации стыков уменьшают улучшением чистоты сопряженных поверхностей.

На рабочих чертежах проставляют допуски и размеры приспособления. По точности исполнения эти размеры можно разбить на три группы. К первой группе относятся размеры тех сопряжений, от которых зависит точность выполняемой обработки (например, расстояние между осями кондукторных втулок сверлильного приспособления). Ко второй группе относятся размеры тех сопряжений, от погрешностей которых точность обработки не зависит. К третьей группе относятся свободные размеры обработанных и черных поверхностей. Допуски на размеры первой группы берут в 2—3 раза меньше допусков на размеры, выдерживаемые при обработке. В отдельных случаях эти допуски определяют расчетно-аналитическим путем, учитывая условия данной обработки. Допуски на размеры второй группы назначают в зависимости от функционального назначения и условий работы данного сопряжения. Обычно эти допуски берут по 2—3-му классам точности. Свободные размеры выполняют по 7-му классу точности для обработанных и по 9-му классу для черных поверхностей.

При конструировании специального приспособления необходимо обосновывать экономическую целесообразность его изготовления и эксплуатации. В расчетах на рентабельность обычно сопоставляют различные конструктивные варианты приспособления для выполнения одной и той же технологической операции. Величину программы выпуска, при которой оба сопоставляемых варианта в экономическом отношении равноценны, можно рассчитать по формуле

где S_a и S_b — себестоимость изготовления приспособления по вариантам а и b, руб.; L_a и L_b — штучная зарплата при использовании этих приспособлений, руб.; i — срок амортизации приспособления, годы; q — расходы, связанные с применением приспособлений (ремонт, содержание, регулировка) %, обычно q = 20%; z — процент накладных расходов на зарплату.

Если заданная программа выпуска больше рассчитанной по приведенной формуле, то выгоднее применять приспособление Ь, и наоборот.

Пример расчета и эскизной разработки специального приспособления. Спроектировать двухместное (по условиям заданной производительности) приспособление для фрезерования уступа на торце ступенчатого вала (рис. 87). Базами для установки служат нижний торец 1 и цилиндрическая шейка 2. Обработка производится цилиндрической фрезой. Тангенциальная сила резания P_z = 200 кГ; плечо действия этой силы от оси заготовки r = 50 мм.

Решение. В соответствии с указанными базами установку заготовок производим в призме с упором в нижний торец. На эскизах А и Б показаны схемы установки. Погрешность установки по отношению к заданному размеру 40^-0,1 для схемы А. суммируется из погрешностей базирования, закрепления и изготовления приспособления (из-за невозможности выдержать одинаковую глубину призматических канавок). При угле призмы α = 90° и допуске на диаметр базовой шейки δ = 0,08 мм погрешность базирования

Примем в проектируемом приспособлении гидравлическое зажимное устройство. При этом условии погрешность закрепления определяется неоднородностью качества базовой поверхности заготовки. Для нашего случая эта величина не превышает ε₃ = 0,01 мм [5]. Погрешность изготовления приспособления и неоднородность износа призм можно принять ε_пр = 0,015 мм. Погрешность установки для выполняемого размера определим по формуле

Погрешность установки для схемы Б равна нулю. Следовательно, по условию точности нужно предпочесть схему Б.

Если проанализировать обе схемы с точки зрения производительности, то схема Б также имеет преимущество, так как обработка уступов на обеих заготовках может производиться двумя фрезами параллельно, тогда как по схеме А ее делают последовательно одной фрезой.

Определим необходимую силу закрепления заготовок и диаметр гидроцилиндра, приняв давление масла р = 60 кГ/см².

Сила P_z создает момент М = P_z r, стремящийся повернуть заготовку в призме вокруг ее оси. Этому моменту противодействует момент трения от сил трения, возникающих в местах контакта заготовки с призмой и зажимающим элементом.

Необходимую силу зажима одной заготовки найдем по формуле (126), приняв коэффициент запаса k по формуле (131), коэффициент трения f₁ = f_г = 0,16 и радиус базовой шейки R = 50 мм

Сила зажима на две заготовки 2Q = 2600 кГ. Диаметр гидроцилиндра найдем по формуле

Примем D = 75 мм.

Компоновочная схема приспособления показана на нижней части рисунка. Корпус приспособления 1 отлит из серого чугуна СЧ12-28. К его обработанной плоскости прикреплены винтами призмы 2 для обрабатываемых заготовок 3. В нижней части корпуса расположены упоры 4. Гидроцилиндр 5 прямого действия смонтирован на вертикальной полке. Его шток связан со стержнем зажим-

ного устройства резьбовым соединением. Для настройки фрез на размер на верхней части корпуса закреплены угловые установы 6. На нижней части корпуса предусмотрены две направляющие шпонки 7, входящие в Т-образный паз стола фрезерного станка, Крепление корпуса приспособления к столу станка производится двумя болтами, вводимыми в вырезные проушины.

На схеме показаны основные габаритные размеры приспособления и размеры В и С, от которых зависит точность выполняемой обработки. Размер В от оси призмы до боковой плоскости установа и размер С от нижнего упора до нижней плоскости установа проверяют по специальному эталонному валику.