К выполнению практических заданий

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАДАНИЙ

По курсу «Технологическая оснастка» предусматривается шесть  практических занятий, к выполнению которых необходимо приступить после проработки соответствующих разделов курса (см. рабочую программу).

Целью практических занятий является приобретение студентами навыков проектирования и расчета средств технологического оснащения автоматизированного производства. В первую очередь к этим средствам относятся приспособления для металлорежущих станков, поэтому цель работ заключается в приобретении навыков проектирования и расчета таких приспособлений.

Практические работы являются самостоятельной инженерной работой студента.

Задачи практических занятий:

- закрепить теоретические знания, полученные при изучении дисциплины «Технологическая оснастка», и расширить технический кругозор;

- научиться самостоятельно проектировать и конструировать технологическую оснастку, выполнять инженерно-технические расчеты, связанные с выбором оптимального варианта конструкции, ознакомиться с нормализованными элементами оснастки.

Выполнение практических работ является подготовкой к завершаемому этапу обучения студента в университете, т.е.к выполнению выпускной квалификационной работы.

Студенты, успешно выполнившие и защитившие практические работы, допускаются к экзамену по дисциплине «Технологическая оснастка».

Задание для выполнения практических работ выдается студентам индивидуально на занятиях. Практические работы выполняются в виде пояснительной записки, печатным текстом на листах формата А4 на одной стороне листа с тем, чтобы с другой стороны можно было внести дополнения или исправления после рецензирования. Поля на листе: слева – 30 мм, справа – 10 мм, сверху – 15 мм, снизу – 20 мм. Пояснительная записка должна иметь титульный лист, оглавление и сквозную нумерацию страниц, начиная с первой страницы - титульного листа. Номер страницы на нем не ставится. При использовании тех или иных методик расчета, теоретических положений или различных справочных материалов в тексте должны делаться ссылки на соответствующие литературные источники, которые представляют собой порядковый номер источника в перечне используемой литературы, заключенный в квадратные скобки.

В перечне используемой литературы указываются порядковый номер источника, фамилия автора и инициалы, наименование источника, издательство и год издания.

Все рисунки в пояснительной записке должны иметь номера и названия.

Буквенные обозначения должны быть расшифрованы, указаны еди­ницы измерения используемых и получаемых в процессе вычисления величин в международной системе СИ.

 

Практическая работа №1

Практическая работа №2

Определение силы закрепления заготовки

В станочном приспособлении

Для выполнения работы студентам необходимо изучить схемы действия сил при различных способах обработки и по указанию преподавателя произвести расчет силы закрепления заготовки в выбранном станочном приспособлении.

Расчетные схемы и исходные уравнения для расчета исходного усилия Р _и

Силовые механизмы обычно играют роль усилителя. Его основной характеристикой является коэффициент усиления i – передаточное отношение сил:

Выбор конструктивной схемы силового механизма производится также с учетом конкретных условий компоновки приспособления. В начале занятия студенты получают у преподавателя графические схемы для определения исходного усилия для различных вариантов закрепления заготовки и исходными данными для проведения расчетов.

Для выбранного силового механизма необходимо определить коэффициент усиления i и исходное усилие Р _и, которое должно быть приложено к силовому механизму приводом или рабочим.

Расчетная формула для нахождения Р _и может быть получена на основе решения задачи статики – рассмотрения равновесия силового механизма под действием приложенных к нему сил.

Силовой расчет станочных приспособлений можно разбить на следующие этапы:

- Определение сил и моментов резания.

- Выбор коэффициента трения f заготовки с опорными и зажимными элементами.

- Составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета зажимного усилия Р _з.

- Расчет коэффициента надежности закрепления К.

- Составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета исходного усилия Р _и.

- Расчет диаметров силовых цилиндров пневмо- и гидроприводов.

Определение сил и моментов резания

Действующие на заготовку силы и моменты резания можно рассчитать по формулам, приводимым в справочниках и нормативах по режимам резания применительно к определенному виду обработки.

Выбор коэффициента трения заготовки с опорными и зажимными элементами

В приспособлениях силы трения возникают на поверхностях контакта заготовки с опорными и зажимными элементами. Величина коэффициента трения зависит от многих факторов. При использовании приспособлений его определение связано с определенными трудностями. В приспособлениях встречается много различных сочетаний контактных поверхностей, различающихся по форме, состоянию поверхности, твердости и т.д. Значения коэффициента трения для некоторых сочетаний контактных поверхностей приведены в табл. 2.

Составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета зажимного усилия Р _з

Величину необходимого зажимного усилия определяют на основе решения задачи статики, рассматривая равновесие заготовки под действием приложенных к ней сил. Для этого необходимо составить расчетную схему, то есть изобразить на схеме базирования заготовки все действующие на нее силы: силы и моменты резания, зажимные усилия, реакции опор и силы трения в местах контакта заготовки с опорными и зажимными элементами.

 

Таблица 2

Значения коэффициента трения f

Характеристика контактируемых поверхностей	Значение f
Обработанная поверхность заготовки контактирует с плоскостью опорных элементов (пластин, магнитной плиты и т.п.) или плоскостью контактных элементов зажимных устройств.	0,1 – 0,15
Обработанная поверхность заготовки контактирует с опорным элементом (базирование на призму или на опорный штырь со сферической головкой).	0,18 – 0,3
Необработанная поверхность заготовки контактирует с  закаленным насеченным элементом (базирование на штыри с насеченной головкой).	0,5 – 0,8
Контактный элемент при закреплении соприкасается с    цилиндрической поверхностью заготовки (при установке в кулачках, в цанге и т.п.) и имеет: острые рифления гладкую поверхность кольцевые канавки крестообразные канавки	0,7 – 1,0 0,25 0,35 0,45
Контактный элемент соприкасается с необработанной     поверхностью и имеет: кольцевые канавки насечку	0,4 – 0,5 0,5 – 0,8

 

Примеры расчета зажимного усилия Р _з

Пример 1. Фрезерование плоскости при данном способе базирования и закрепления заготовки (рис. 1).

Рис. 1. Фрезерование плоскости

Из уравнения равновесия:

где

Введем коэффициент надежности закрепления К:

 

 

Пример 2. Сверление отверстия в заготовке, закрепленной в 3-х кулачковом патроне (рис. 2).

 

Рис. 2. Сверление отверстия

 

При перемещении заготовки в кулачках вдоль оси имеем коэффициент трения f ₁ , а при поворачивании f ₂

Тогда

Определим величину зажимного усилия при условии недопустимости перемещения заготовки в кулачках.

Тогда 3 Т ₁ = Р _о . Введем К:

откуда

При условии недопустимости провертывания заготовки в кулачках

или

откуда

 

Окончательно имеем

Расчет коэффициента надежности закрепления К

Так как в производственных условиях могут иметь место отступления от технических условий, применительно к которым рассчитывались по нормативам силы и моменты резания, возможное увеличение их следует учесть путем введения коэффициента надежности (запаса) закрепления К и умножения на него сил и моментов, входящих в составленные уравнения статики.

Значение коэффициента надежности К следует выбирать дифференцированно в зависимости от конкретных условий выполнения операции и способа закрепления заготовки. Его величину можно представить как произведение частных коэффициентов, каждый из которых отражает влияние определенного фактора:

где К ₀ – гарантированный коэффициент запаса надежности закрепления, К ₀ = 1,5;

К ₁ – коэффициент, учитывающий увеличение силы резания из-за случайных неровностей на заготовках; К ₁ = 1,2 – для черновой обработки; К ₁ = 1,0 – для чистовой обработки;

К ₂ – коэффициент, учитывающий увеличение силы резания вследствие затупления инструмента (табл. 3);

К ₃ – коэффициент, учитывающий увеличение силы резания при прерывистом резании, К ₃ = 1,2;

К ₄ – учитывает непостоянство зажимного усилия; К ₄ = 1,3 – для ручных зажимов; К ₄ = 1,0 – для пневматических и гидравлических зажимов.

К ₅ – учитывает степень удобства расположения рукояток в ручных зажимах; К ₅ = 1,2 – при диапазоне угла отклонения рукоятки 90º; К ₅ = 1,0 – при удобном расположении и малой длине рукоятки;

 

Таблица 3

Значения коэффициента К₂

Способ обработки	Компоненты сил резания	К 2	Обрабатываемый материал
Сверление	Крутящий момент М Осевая сила Р 0	1,15 1,00	Чугун
Предварительное (по корке) зенкерование	Крутящий момент М Осевая сила Р0	1,3 1,2	Чугун при износе по задней поверхности резца – 1,5 мм
Предварительное точение	Тангенциальная сила Pz Радиальная сила Ру   Сила подачи Рх	1,0 1,4 1,2 1,6 1,25	Сталь и чугун Сталь Чугун Сталь Чугун
Цилиндрическое предварительное и чистовое фрезерование	Окружная сила Pz	1,75 – 1,9   1,2 – 1,4	Вязкие стали   Твердые стали и чугуны
Торцевое предварительное и чистовое фрезерование	Окружная сила Pz	1,75 – 1,90   1,2 – 1,4	Вязкие стали   Твердые стали и чугуны
Шлифование	Тангенциальная сила Pz	1,15 – 1,20	Сталь
Протачивание	Сила резания Pz	1,55	Сталь

К ₆ – учитывает неопределенность из-за неровностей места контакта заготовки с опорными элементами, имеющими большую опорную поверхность, учитывается только при наличии крутящего момента, стремящегося повернуть заготовку; К ₆ = 1,0 – для опорного элемента, имеющего ограниченную поверхность контакта с заготовкой; К ₆ = 1,5 – для опорного элемента с большой площадью контакта.

Величина К может колебаться в пределах 1,5…8,0.

Если К < 2,5, то при расчете надежности закрепления ее следует принять равной К = 2,5  согласно ГОСТ12.2.029-77.

 

Примеры выполнения практических заданий

  ПРИМЕР 1. ФРЕЗЕРНОЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЕ

Задание на проектирование

Следует разработать конструкцию фрезерного приспособления для обработки паза в детали «Валик», выдерживая размеры: 14±0,055; 5^+0,075; 12_-0,18 и угол 90°±0,5°. Операционный эскиз представлен на рис. 3.

Материал заготовки - сталь 45 (ГОСТ 1050-88). Станок - горизонтально-фрезерный модели 6Р82Г. Режущий инструмент - фреза дисковая трехсторонняя диаметром Ø80 мм, ГОСТ 3755-84. Материал режущей части фрезы - быстрорежущая сталь Р6М5. Число зубьев фрезы Z = 18. Режим резания: S = 0,02 мм/зуб; t = 5 мм. Годовая программа выпуска деталей - 5000 штук.

I. Анализ технического задания на проектирование

Станочного приспособления

Согласно заданию предлагается разработать конструкцию станочного фрезерного приспособления для обработки паза в детали
«Валик» (рис. 3).

Учитывая требуемую точность обработки (размер 5 выполняется по Н 11, размер 12 - по h 12) и шероховатость получаемых поверхностей, можно утверждать, что обработку можно выполнить методом фрезерования.

Заготовка имеет удобные базовые поверхности: буртик, базирование по которому лишает заготовку трех степеней свободы; отверстие диаметром Ø 3 Н 8, базирование по которому лишит заготовку еще двух степеней свободы; отверстие диаметром Ø4 Н 14, базирование по которому лишит заготовку последней шестой степени свободы (см. операционный эскиз). Таким образом, на рассматриваемой операции осуществляется полное базирование.

Выбранная схема базирования обеспечивает выполнение требуемых размеров и взаимного расположения поверхностей.

Обработка производится на универсальном горизонтально-фрезерном станке модели 6Р82Г.

Учитывая небольшие габариты заготовки, при разработке конс­трукции приспособления следует предусмотреть его многоместность. Однако такое решение не должно в значительной степени усложнять конструкцию приспособления, так как годовая программа выпуска составляет 5000 штук. Поэтому на этом этапе проектирования остановимся на двухместном приспособлении.

По причине малой годовой программы на этом этапе следует осторожно отнестись к вопросу механизации приспособления. Однако следует обратить внимание на тот факт, что обработка проводится на универсальном станочном оборудовании, которое не имеет собственной гидростанции. Поэтому при необходимости механизации приспособления следует использовать пневмодвигатели.

Рис. 3. Операционный эскиз. Материал – сталь 45

 

Выбор системы станочного приспособления зависит от типа производства и конфигурации заготовки. Обращая внимание на годовую программу выпуска деталей (N _год = 5000 шт.), можно говорить о серийном типе производства.

В таком производстве целесообразно применять переналаживаемые станочные приспособления. Распространенной системой переналаживаемого приспособления является система универсально-наладочных приспособлений (УНП). Приспособления этой системы состоят из двух частей: базового блока и сменных наладок.

Базовый блок, как правило, представляет собой корпус, элементы механизации и элементы, позволяющие фиксировать и закреплять сменную наладку. Обычно базовый блок гостирован или нормализован.

 Конструкция сменной наладки определяется конфигурацией заготовки. При смене объекта производства базовый блок не снимается со стола станка, а производится замена наладки. Наличие только одного базового блока для проведения обработки нескольких заготовок в значительной мере снижает затраты на технологическую оснастку, что уменьшает себестоимость выпускаемой продукции и сокращает сроки подготовки производства.

В данном случае остановимся на конструкции УНП. Базовый блок для фрезерных приспособлений, как правило, представляет собой машинные тиски с различной степенью механизации, основной частью которых являются подвижные губки. Анализируя конфигурацию заготовки и схему ее базирования, приходим к выводу о невозможности применения таких базовых блоков в рассматриваемом случае. Поэтому примем решение о проектировании базового блока, который будет использоваться при изготовлении заготовок нескольких типоразмеров. Этот базовый блок оснастим элементом механизации (пневмодвигателем), который обеспечит закрепление заготовки, сохранив при этом вспомогательное время при выполнении технологической операции.

Таким образом, в задачу проектирования в данном случае входит разработка базового блока и сменной наладки

Заключение

Для выполнения фрезерной операции разработана конструкция универсально-наладочного приспособления (УНП). При этом спроектирован и базовый блок и сменная наладка. Базовый блок механизирован с помощью двух пневмоцилиндров, что позволяет получить стабильную силу закрепления и сократить вспомогательное время при выполнении технологической операции.

Наладка позволяет реализовать схему базирования, представленную на операционном эскизе, а также обеспечивает настройку режущего инструмента на размер.

Произведен силовой расчет приспособления, в результате чего определен силовой параметр пневмоцилиндра. Приспособление проверено на точность при получении размера 12_{-0,18 мм}

ПРИМЕР 2. СВЕРЛИЛЬНОЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЕ

Заключение

Для выполнения сверлильной операции разработана конструкция универсального наладочного приспособления (УНП). Базовый блок выбран гостированным, а наладочная часть спроектирована. Гостированный блок имеет пневмоцилиндр, который обеспечивает постоянную по величине силу закрепления и позволяет сократить вспомогательное время при выполнении технологической операции.  Произведен силовой расчёт приспособления, в результате чего был выбран соответствующий базовый блок. Приспособление проверено на точность получения диаметра Ø40 ±0,2 мм на данной операции

Библиографический список

Основной

1. Блюменштейн В.Ю.  Проектирование технологической оснастки: учеб. пособие / В.Ю. Блюменштейн, А.А. Клепцов. — С.Пб: Лань, 2014. — 224 с.

2. Большагин Н.П. Технологическая оснастка: учеб. пособие — М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. — 24 с.

3. Григорьев С.Н. Инструментальная оснастка станков с ЧПУ: справочник / С.Н. Григорьев, М.В. Кохомский, А.Р. Маслов; под ред. А.Р. Маслова.- М.: Машиностроение, 2006. - 544с.

4. Зубарев Ю.М. Расчет и проектирование приспособлений в машиностроении: учеб. — С.Пб: Лань, 2015. — 320 с.

5. Косов Н.П. Технологическая оснастка: вопросы и ответы: учеб. пособие для вузов / Н.П. Косов, А.Н. Исаев, А.Г. Схиртладзе. - М.: Машиностроение, 2007.- 304с.

6. Максаров В.В. Технологическая оснастка: учебное пособие / В.В. Максаров, В.А. Красный, А.Е Ефимов. – СПб, 2018, Изд-во «Лема». - 169 с.

7. Тарабарин О.И. Проектирование технологической оснастки в машиностроении: учеб. пособие / О.И. Тарабарин, А.П. Абызов, В.Б. Ступко. — СПб: Лань, 2013. — 304 с.

 

Дополнительный

 

8. Ансеров, М.А. Приспособления для металлорежущих станков: учебник для вузов / М.А. Ансеров. - М.: Машиностроение, 1979. – 652с.

9. Горошкин, А.К. Приспособления для металлорежущих станков: учебник для вузов / А.К. Горошкин. – М.: Машиностроение, 1979. – 303с.

10. Корсаков В.С. Основы конструирования приспособлений: учебник для вузов / В.С. Корсаков. - М.: Машиностроение, 1983. – 277с.

11. Справочник технолога-машиностроителя: в 2 т. / Под ред. А.М. Дальского [и др.].-5-е изд. – М.: Машиностроение, 2001. – 944с.

12. Терликова Т.Ф. Основы конструирования приспособлений: учеб. пособие для вузов / Т.Ф. Терликова, А.С. Мельников, В.И. Баталов. - М.: Машиностроение, 1980. – 119с.

Содержание

Методические указания к выполнению практических заданий.. 1. Практическая работа №1 Исследование погрешности базирования и путей ее уменьшения при установке заготовки по различным схемам..........	3     4
2. Практическая работа №2 Определение силы закрепления заготовки в станочном приспособлении.............................................	6
3. Практические работы №№ 3 - 6  ........................	12
Выполнение практической работы №3....................	12
Выполнение практической работы №4....................	24
Выполнение практической работы №5....................	29
Выполнение практической работы №6....................	38
Библиографический список.............................	47

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАДАНИЙ

По курсу «Технологическая оснастка» предусматривается шесть  практических занятий, к выполнению которых необходимо приступить после проработки соответствующих разделов курса (см. рабочую программу).

Целью практических занятий является приобретение студентами навыков проектирования и расчета средств технологического оснащения автоматизированного производства. В первую очередь к этим средствам относятся приспособления для металлорежущих станков, поэтому цель работ заключается в приобретении навыков проектирования и расчета таких приспособлений.

Практические работы являются самостоятельной инженерной работой студента.

Задачи практических занятий:

- закрепить теоретические знания, полученные при изучении дисциплины «Технологическая оснастка», и расширить технический кругозор;

- научиться самостоятельно проектировать и конструировать технологическую оснастку, выполнять инженерно-технические расчеты, связанные с выбором оптимального варианта конструкции, ознакомиться с нормализованными элементами оснастки.

Выполнение практических работ является подготовкой к завершаемому этапу обучения студента в университете, т.е.к выполнению выпускной квалификационной работы.

Студенты, успешно выполнившие и защитившие практические работы, допускаются к экзамену по дисциплине «Технологическая оснастка».

Задание для выполнения практических работ выдается студентам индивидуально на занятиях. Практические работы выполняются в виде пояснительной записки, печатным текстом на листах формата А4 на одной стороне листа с тем, чтобы с другой стороны можно было внести дополнения или исправления после рецензирования. Поля на листе: слева – 30 мм, справа – 10 мм, сверху – 15 мм, снизу – 20 мм. Пояснительная записка должна иметь титульный лист, оглавление и сквозную нумерацию страниц, начиная с первой страницы - титульного листа. Номер страницы на нем не ставится. При использовании тех или иных методик расчета, теоретических положений или различных справочных материалов в тексте должны делаться ссылки на соответствующие литературные источники, которые представляют собой порядковый номер источника в перечне используемой литературы, заключенный в квадратные скобки.

В перечне используемой литературы указываются порядковый номер источника, фамилия автора и инициалы, наименование источника, издательство и год издания.

Все рисунки в пояснительной записке должны иметь номера и названия.

Буквенные обозначения должны быть расшифрованы, указаны еди­ницы измерения используемых и получаемых в процессе вычисления величин в международной системе СИ.

 

Практическая работа №1