Приспособление для установки заготовки

3.2.1. Описание конструкции

Описывают функциональное назначение приспособления. На рисунке изображают принципиальную схему приспособления. Характеризуют схему установки заготовки с указанием количества степеней свободы, лишаемых при базировании. Указывают назначение конструктивных элементов. Обосновывают выбор привода.

3.2.2. Расчет на точность

Процесс обработки на металлорежущих станках сопровождается возникновением различных погрешностей. Положение усугубляется при обработке на предварительно настроенных станках (без подналадки) для повышения производительности труда. Для обеспечения заданной точно­сти обработки необходимо выполнение условия [1, с. 151]

S_e ≤ T, (3.1)

где S _е - суммарная погрешность обработки, мм;

Т - величина допуска выполняемого размера при обработке заго­товки в рассматриваемой операции, мм.

Для определения Т анализируют размеры обрабатываемой поверхно­сти с целью выявления тех элементов поверхностей, точность которых не обеспечивается инструментом, а зависит от приспособления. Например, при обработке на валу шпоночного паза допуск по ширине гарантируется мерной фрезой, а глубина паза (или размер привязки дна паза) и продольная привязка зависят от приспособления. Выбирая в качестве опорной базы торец заготовки, от которого задан размер продольной привязки паза (совмещение технологической и измерительной баз), исключают из дальнейшего рассмотрения этот размер. Таким образом, в качестве Т принимается величина допуска по глубине паза.

В общем случае суммарная погрешность, учитывающая наиболее значительные погрешности, может быть представлена выражением

S_е = ε_У + ε ₀ + ε _П, (3.2)

где ε_у - погрешность установки заготовки в приспособлении;

ε_о - погрешность обработки заготовки;

ε_п - погрешность положения заготовки.

При проявлении погрешностей в различных плоскостях системы координат ε_У можно определить по формуле

(3.3)

где ε_б - погрешность базирования; ε₃ - погрешность закрепления; ε_пp - погрешность приспособления. Погрешность базирования ε_б определяется из геометрических построений по формулам [1, с. 151-161]. Погрешность закрепления ε₃ определяется по таблицам [1, с. 162-168].

Погрешность положения ε_п определяется по формуле:

(3-4)

где ε_пр - погрешность изготовления приспособления в направлении расположения допуска Т;

ε_ус - погрешность установки приспособления на станке;

ε_и - погрешность положения заготовки из-за износа установочных элементов приспособления.

Погрешность установки приспособления на станке ε_ус может быть определена по методике [1, с. 169-171]. Погрешность положения из-за из­носа установочных элементов ε_и определяется по методике [1, с. 169-176]. При этом формула, приведенная на с. 169, должна иметь вид:

U=U₀·K₁·K₂·Ky·K₄·(N/N₀), (3.5)

где U - износ установочных элементов, мкм;

U₀ - средний износ установочных элементов для чугунной заготовки при усилии зажима Р₀ = 10 кН и базовом числе установок N₀= 100 000, мкм;

К₁, К₂, К₃, К₄ - коэффициенты [1, с. 176];

N - число установок заготовки на данной операции (годовая программа выпуска деталей по заданию на дипломный проект).

В тех случаях, когда настройка взаимного положения инструмента и приспособления на станке осуществляется с помощью щупа, погрешность от смещения инструмента ε_пи может быть определена по формуле [1, с. 173]

; (3.6)

где Δ_Н - погрешность установки инструмента по щупу, зависящая от точности механизма перемещения инструмента;

Т_щ - допуск на изготовление щупа.

В случаях применения кондукторных втулок [1, с. 173, 176-185] можно использовать формулу

(3.7)

где ε_пи1 - погрешность смещения (перекоса) инструмента от зазо­ров в направляющих кондукторных втулок;

ε_пи2 - погрешность установки кондукторной плиты относительно приспособления.

Все значения погрешностей в вышеприведенных формулах могут быть определены или по расчетным зависимостям, или по таблицам, исключение составляет погрешность изготовления приспособления ε_пр. Так как она является единственной неизвестной величиной, то в методике [1] предлагается следующее решение: определить часть допуска Т выполняемого размера за вычетом всех остальных погрешностей, устанавливая диапазон, в котором должна находиться точность приспособления. Определив этот диапазон, затем можно принять окончательное решение по назначению точности изготовления приспособления для обеспечения заданного размера поверхности.

Упрощенная формула [1, с. 151-152] может быть представлена так:

(3.8)

где - диапазон, в котором должна находиться точность приспо­собления;

К_Т = 1…1,2 - коэффициент, учитывающий отклонение рассеяния значений составляющих величин от закона нормального распределения;

K_Т1 = 0,8...0,85 - коэффициент, учитывающий уменьшение предельного значения погрешности базирования при работе на настроенных станках;

K_Т2 = 0,6...0,8 - коэффициент, учитывающий долю погрешности обработки в суммарной погрешности, вызываемой факторами, не зависящими от приспособления;

ω - экономическая точность обработки [1, с. 31 -33]. Полученное значение погрешности приспособления отражают в тех­нических требованиях на изготовление приспособления. Примеры расчета на точность рассмотрены в [1, с. 185-198].

3.2.3. Расчет зажимного механизма

Зажимной механизм - это совокупность зажимного элемента, простых промежуточных элементов и привода. Назначение зажимного элемента - непосредственное воздействие на заготовку с целью ее прижима к опорам. Исходное усилие привода Q, передаваемое на зажимной элемент, создается приводом. Обычно простые элементы осуществляют три функции или часть из них:

- усиливают исходную силу (механизмы-усилители);

- обеспечивают эффект самоторможения в критических ситуациях;

- изменяют направление действия исходной силы для удовлетворения различных конструктивных требований (например, уменьшение габаритов приспособления).

Каждый элементарный (простой) механизм характеризуется передаточными отношениями сил и перемещений. Сложные зажимные механизмы имеют передаточное отношение, равное произведению передаточных отношений составляющих элементарных механизмов.

В зависимости от вида привода зажимные механизмы классифици­руют на ручные, механизированные и автоматизированные.

Ручные устройства приводятся в действие рукой рабочего, и мус­кульное усилие не должно быть больше 145... 195 Н, а в некоторых случаях еще меньше [1, с. 385-389].

В механизированных и автоматизированных механизмах исходная сила тоже имеет ограниченные значения, так как ее значительное увеличе­ние ведет к увеличению размеров привода.

При проектировании приспособления необходимо определить мно­жество параметров зажимного механизма. При этом необходимое усилие зажима W можно определить исходя из усилия резания, а для ручных ме­ханизмов необходимо учитывать вышеизложенное ограничение по диапа­зону прикладываемого усилия.

Технические задачи со многими неизвестными решаются методом подбора. В каждом конкретном случае выбирают принципиальную схему зажимного механизма. Для каждого элементарного механизма либо опре­деляют передаточное отношение по конструктивным соображениям и при­нимаемой исходной силе, либо задаются передаточными отношениями и определяют исходную силу. Зная исходную силу, определяют параметры привода.

Необходимые справочные данные для расчетов находят по справоч­нику [1, с. 218-373].

Расчет выполняют, считая, что заготовка в процессе обработки находится в равновесии, несмотря на действующие силы резания, зажима и реакции опор. В некоторых случаях учитывают вес, центробежные и инерционные силы, возникающие при определенных условиях обработки.

Чтобы определить усилие зажима заготовки, составляют уравнение моментов из условия равновесия заготовки под действием всех сил. Для этого вычерчивают эскиз заготовки, на котором изображают места приложения и направления сил, действующих на заготовку в процессе обработки. Следует помнить, что эффективность зажима заготовки повышается при выполнении следующих условий:

- сила зажима должна быть направлена перпендикулярно к плоскостям установочных элементов, чтобы исключить сдвиг заготовки при зажиме;

- при базировании заготовки по нескольким базам сила зажима должна быть направлена к тому установочному элементу, с которым заготовка имеет наибольшую площадь контакта;

- направления силы зажима и силы тяжести по возможности должны совпадать;

- направление силы зажима по возможности должно совпадать с направлением силы резания и т. д.

Величину сил резания и их моментов определяют по методике и справочным материалам [54] применительно к конкретному виду обработки.

В общем виде усилие зажима W может быть представлено неравен­ством [1, с. 199]

W>K·f·P_РЕЗ (3.9)

где K – коэффициент запаса, определяемый по [1, с. 199-207];

f - коэффициент трения в местах контакта детали и приспособления, определяемый по таблице [1, с. 207];

P_РЕЗ - усилие резания.

Для некоторых вариантов обработки применимы формулы методики [1, с. 200-217].

Общая формула для зажимного механизма

W=i∙Q, (3.10)

где W- сила зажима, Н;

i - общее передаточное отношение сил зажимного механизма;

Q - исходная сила, развиваемая приводом.

Из выражения (3.10) можно определить Q

Q=W/i (3.11)