Назначение, устройство и принцип действия проектируемого приспособления

 

мкм

 

2.1.5 Расчеты допусков  и посадок приспособления

 

Расчеты допусков и посадок выполняют для ответственных  размеров в сопряжении станочных  приспособлений.

Имеются следующие  три группы размеров СП, их сборочных  единиц и деталей:

1. Свободные размеры  (например, габаритные размеры корпуса  приспособления), которые не влияют  на точность обработки заготовок.  Их назначают из конструктивных  соображений с учетом стандартов  на заготовки деталей приспособлений  и действующих сортаментов материалов, а также с учетом необходимости  уменьшать габаритные размеры,  металлоемкость и трудоемкость  изготовления.

2. Размеры деталей  и сборочных единиц СП, не влияющие  непосредственно на точность  обработки заготовок (например, размеры  выталкивателей и некоторых других  вспомогательных механизмов; диаметры  отверстий под запрессованные  штифты и т.п.). Эти размеры и  допуски на них назначают с  учетом соответствующих стандартов  на детали и сборочные единицы  СП или на основе производственного  опыта.

3. Размеры, существенно  влияющие на точность обработки  заготовок (например, координаты  и размеры отверстий кондукторных  втулок, диаметры рабочих шеек  цилиндрических оправок, размеры  установочных элементов для ориентации  СП относительно системы координат  станка с ЧПУ и т.д.). Как правило,  их назначают на основе имеющегося  опыта в зависимости от требований  к точности обработки. Расчетно-аналитические  методики определения допусков  разработаны лишь для некоторых  частных случаев.

Допуски на координирующие и установочные размеры.

Допуски на координирующие и установочные размеры СП (например,

координаты кондукторных втулок, расстояние от поверхности  установа «под щуп» до опор фрезерного приспособления и т.п.) определяют по формуле:

 

   ITL_П = ψ ∙ ITL_Д - ω                            (10)

где ITL_Д – допуск на выполняемый размер L_S детали; ITL_П – допуск на размер Lп приспособления, влияющий на точность размера d_Д; ω – допустимое смещение заготовки относительно опор приспособления при установки по охватывающим и охватываемым поверхностям на пальцы, отверстия, выступы и т.д.; ψ – коэффициент ужесточения допуска ITL.

Определяем исполнительный размер диаметра паза корпус кондуктора и допуск на координирующий размер приспособления.

На заготовку  Ø58 устанавливают по внутренней поверхности призмы. Допуск расположения обработанной поверхности детали относительно оси базы зависимый и составляет 0,8 мм.

При расчете исполнительных размеров установочных элементов СП исходят из допустимого смещения: для посадок с зазором, когда  положение обработанной поверхности  задано зависимым допуском расположения

 

                                                       (11)

 

В соответствии с  таблицей коэффициент ужесточения ψ =0,5.

Из условия  удобной установки допустимое смещение ω = 0,3 мм.

Из выражения (10)

 

ITL_П = 0,5 ∙ 0,8 – 0,3 = 0,1 мм

 

 

Из условия (11)

 

es ≤ 2 ω = 0,6 мм

 

По условию  диаметр базы составляет Ø58js7=58 мм.

Проверяем возможность  применения для диаметра корпуса поля допуска js7: Ø58js7 = Ø58 ; es=0,6 мм.; условие (11) выполняется (0,6 = 2∙0,3).

Допуски на диаметры отверстий и координаты кондукторных втулок назначают в зависимости  от исполнительного размера режущего инструмента, точности обрабатываемых отверстий  и точности расстояний между их осями.

 

2.2 Расчет усилий  закрепления детали в приспособлении

 

Определение усилий зажима [4], необходимых для надежного  удержания обрабатываемых деталей, является основой для установления расчетно-конструктивных параметров силовых  цилиндров, приводов и зажимных устройств  приспособлений. Расчет необходимых  зажимных сил выполняется в следующем  порядке.

1) Выбирается  оптимальная схема базирования  и закрепления детали (смотри  рисунок 2.1).

2) На составленной  схеме (смотри рисунок 2.1) изображаются  стрелками все приложенные к  детали силы: стремящиеся сдвинуть  или повернуть деталь в приспособлении (силы резания и их моменты)  и удерживающие ее (зажимные силы, силы трения и реакции опор).

Рисунок 2.1 – Схема действия сил резания P, зажима W

 

3) Вводится коэффициент  надежности закрепления k, учитывающий  возможное увеличение силы резания  в процессе обработки. Величина  коэффициента запаса (надежности) k устанавливается дифференцированно  с учетом конкретных условий  обработки и закрепления детали. Определяется он по формуле:

 

k = k₀ ∙ k₁ ∙ k₂ ∙ k₃ ∙ k₄ ∙ k₅ ∙ k₆ ,                      (12)

где k₀ - гарантированный коэффициент запаса надежности закрепления [2]. Для всех случаев рекомендуется принимать k₀ =1,5.

    k₁ - коэффициент, учитывающий увеличение силы резания из-за случайных неровностей на заготовках [2]. При черновой обработке k₁ = 1,2, при чистовой и отделочной k₁ = 1;

    k₂ – коэффициент, учитывающий увеличение силы резания от затупления режущего инструмента [2], k₂ = 1,7;

   k₃ – коэффициент, учитывающий условия обработки при прерывистом резании [2], k₃ = 1,2;

   k₄ – коэффициент, характеризующий погрешность зажимного устройства [2] Для ручных зажимов k₄ = 1,3, для пневматических, гидравлических и других устройств, развивающих постоянную силу зажима, k₄ = 1;

  k₅ -коэффициент, характеризующий степень удобства расположения рукояток в ручных зажимных устройствах [2]. При удобном их расположении k₅ =1, при неудобном k₅ = 1,2;

  k₆ - коэффициент, учитывающий только наличие моментов,  стремящихся повернуть заготовку на опорах [2]; при установке на точечные опоры k₆ = 1, при установке на пластины опорные k₆ = 1,5;

 

k =1,2 × 1,7 × 1,2 × 1,3 × 1 × 1 = 3,18.

 

4) Устанавливаются  усилия зажима [3]. Величина зажимного  усилия определяется на основе  решения задачи статики на  равновесие детали под действием  всех приложенных к ней сил  и моментов.

Для упрощения  расчета при определении необходимой  силы зажима исходят из предположения, что на заготовку действует только сила подачи Ps.

При этом условии  зажимы, действуя нормально к поверхности  детали,

должны создать силу трения P, превосходящую усилие подачи Ps:

 

                                      (13)

 

где  - коэффициент трения, равный 0,2,

     Р – окружная сила резания.

Обычно необходимая  сила зажима определяется из соотношения 

 

                                     (14)

 

 где Q - общая сила зажима;

      k - коэффициент надежности;

      f - коэффициент сцепления. 

Окружную силу резания определяем по формуле:

 

(15)

 

где   С_р ,К_р, х, у, u, q, w – коэффициенты выбираются  по таблице [5],

      S_z - подача на зуб, мм/зуб;

      В – ширина фрезы, мм;

      Z_ф – число зубьев фрезы, мм;

      D_ф – диаметр фрезы, мм;

      п – частота вращения шпинделя, об/мин.

Глубина паза составляет 5,5 мм, следовательно, выбираем глубину  резания для фрезы 6 мм. При глубине  резания до 6 мм подача на зуб составит s_z = 0,70 мм/зуб

Скорость резания  рассчитывается по формуле:

 

 

,     (16)

 

где D – диаметр фрезы, мм

     Т – стойкость фрезы, мин;

     t – глубина резания, мм;

    s_z – подача на зуб фрезы, мм/зуб;

    В – ширина фрезеруемой поверхности, мм;

    z – число зубьев фрезы;

    С_v, q, m, x, y, u, p – табличные коэффициент и показатели степеней;

    К_v – поправочный коэффициент на скорость резания.

 

м/мин

 

Частота вращения фрезы определяется по формуле:

 

,

(17)

 

об/мин

 

Н

 

Р_s = 0,2 ∙1106,4 = 221,28 H

 

 

Н

 

Рассчитываю номинальный (наружный) диаметр резьбы винта  d по формуле:

 

,                                 (18)

 

где с – коэффициент, для основной метрической резьбы с = 1,4;

    Q – потребная сила зажима, Н;

   [s] - допускаемое напряжение растяжение (сжатие), для винтов из стали 45 с учетом износа резьбы можно принимать [s] = 80…100 МПа.

 

мм

 

Принимаем конструктивно  шпильку М12 [2]

 

2.3 Прочностной  расчет ответственных деталей  приспособления

 

Резьбовые соединения [4] работают с предварительной затяжкой. В результате затяжки в поперечном сечении данной шпильки возникают  продольная сила и крутящий момент. Таким образом, стержень шпильки  испытывает растяжение и кручение, а резьба болта - срез и смятие. Расчет стержня резьбового штифта на растяжение производится по формуле:

 

                        (19)

 

где К_зат – коэффициент затяжки;

    К – коэффициент переменной нагрузки;

    F_з – допускаемая сила затяжки, Н;

    [s_р]  – допускаемое напряжение на растяжение материала резьбового штифта, МПа;

    d_р – расчетный диаметр резьбового штифта, рассчитывается по формуле:

 

         d_p = d - 0,9 ∙ Р, мм                             (20)

 

где  d = 12  номинальный  диаметр резьбового штифта, мм;

    Р = 1,5 шаг резьбы, в мм;

По формуле 12:

 

d_p = 12 –  0,9 × 1,5 = 10,65 мм.

 

По  формуле 11 рассчитываю напряжение растяжения в данной винтовой паре:

 

=7,77 МПа

 

Допускаемое напряжение материала резьбовой  шпильки [1, 4] принимается равным 98 МПа. Условие s_Р £ [s_Р] выполняется

Условие прочности при кручении:

 

,                              (21)

 

где W_P – полярный момент сопротивления, рассчитывается по

 

формуле:

 

, мм³                          (22)

 

где d – номинальный диаметр резьбовой шпильки, мм;

    [t_К] – допускаемое напряжение кручения для валов, МПа;

    М_К – максимальный допустимый крутящий момент, рассчитывается по формуле:

 

, Н/мм                         (23)

 

где G – модуль сдвигу для стали [4], МПа;

      [j₀] – приведенный угол трения, в рад/мм;

      l_P – полярный момент инерции, для круга рассчитывается по формуле:

, мм⁴                                                  (24)

 

По  формуле 24 рассчитываю полярный момент инерции:

 

 мм⁴.

 

По  формуле 23 рассчитываю максимальный допустимый крутящий момент:

 

 кН/мм.

 

По  формуле 22 рассчитываю полярный момент сопротивления:

 

 мм³.

 

По  формуле 21 рассчитываю напряжение, возникающее при кручении:

 

 МПа.

 

[t_К] = 40 ¸ 50 МПа – допускаемое напряжение при кручении для вала из стали 45 [4]. Так как напряжение, возникающее при кручении в ходит в диапазон допускаемого, то условие прочности соблюдается.

Условие прочности при срезе:

 

, МПа                          (25)

 

где А_ср – площадь среза для круга рассчитывается по формуле:

 

, мм²                                               (26)

 

     Q – сила резьбового зажима с гайкой, Н;

    [t_ср] – допускаемое напряжение при срезе, МПа.