Проектування і розрахунок установочно-затискного пристосування

http://www.ce-studbaza.ru/werk.php?id=9198

Проектування і розрахунок установочно-затискного пристосування

Обґрунтування конструкції пристосування

Конструкція спеціальних установочно-затискних пристосувань (УЗП) визначається наступними параметрами:

1) Форма і розміри оброблюваної деталі(заготівлі);

2) Кількість, форма, розташування, розміри і вимоги якості оброблюваних поверхонь;

3) Структура технологічного процесу обробки деталі на верстаті, тобто його технологічне компонування (кількість робочих позицій, характер обробки поверхонь на кожній позиції, тип і кількість різальних інструментів).

Ці параметри впливають на габарити пристосування, схему установки і закріплення оброблюваної деталі і, отже, на конструкцію базових елементів і механізму затиску.

Проектований верстат по типу технологічного компонування відноситься до класу багатопозиційних периферійних із круговим рухом позиціонування. УЗП установлюються по периферії планшайби поворотно-ділильного столу (ПДС). Конструкція (форма, характер базування і кріплення) підстави пристосування, яким воно встановлюється на планшайбі ПДС, уніфіковані [ ]. Форма підстави - круговий сегмент, кут якого дорівнює 360/Z, де Z - число позицій столу (Z=8). Пристосування встановлюється на планшайбі на два базових пальці втулками 12(див. креслення пристосування МШ50.7090203.10К-06) і кріпляться до неї чотирма гвинтами.



1. Вибираємо схему базування оброблюваної деталі в пристосуванні. При цьому виходимо з характеру і вимог точності розташування оброблюваних поверхонь.

У деталі (креслення обробки МШ50.7090203.10К-01) необхідно обробити 19 отворів - 8 наскрізних отворів: Æ9.2 у вертикальній площині (агрегати 3,7), 8 отворів М8-7Н и 3 східчасті отвори Æ25Н14/ Æ31Н13 у горизонтальній площині (інші агрегати). Необхідно забезпечити точність розташування осей отворів у межах: -0.2...+0.2 мм для 8-ми різьбових отворів М8-7Н щодо осі лівого східчастого отвору Æ25/31; -0.26..+0.26 мм для 3-х східчастих отворів щодо площини 146х89 і 8-ми отворів Æ9.2 щодо площини 146х41.5.

Вибираємо в якості базових наступні поверхні заготівлі:

1) Настановна площина - площина 146х89 забезпечує орієнтацію деталі по трьох координатах (позбавляє 3-х ступенів волі) - переміщення перпендикулярно цієї площини і проверт щодо осей у ній;

2) площину 146х41.5 приймаємо як направляючу базу. Вона позбавляє деталь 2-х ступенів волі - переміщення перпендикулярне до неї і проворот щодо осі, перпендикулярної настановної площини;

3) Напівциліндричні(округлені) поверхні з діаметром 21 мм (бонки), відстань між осями яких дорівнює 126 мм (див. ескіз деталі мал.1.6 і креслення обробки МШ50.7090203.10К-01),приймаємо як опорну базу, що орієнтує її уздовж направляючої бази.

Таким чином, маємо повну схему базування. Деталь позбавлена 6-ти ступенів волі (зорієнтована по всім 6-ти координатах.

Як базові деталі (див.креслення пристосування) використовуємо:

1) настановна база - дві прямокутні планки (поз.23);

2) направляюча база - опорна планка (поз.19), що встановлюється з боку підходу різальних інструментів і має фігурний проріз для обробки 3-х східчастих отворів Æ25/31 і 8-ми різьбових отворів М8-7Н;

3) опорна база - підводима притискна призма (поз.20) по округленому контурі заготівлі.

По класифікації схем базування [19] прийнята схема буде мати позначення УНО 4.3.6.

2. Як механізм затиску заготівлі (див.креслення пристосування і мал.4.1 ) приймаємо кліно-плунжерний механізм із пневмоприводом, що містить у собі :

1) однобічний (одне скосий) клин (поз.26), виконаний за одне ціле зі штоком пневмоцилиндра;

2) клин через ролик 13, установлений на осі у плунжері-штовхальнику 12, надає зусилля притиску притискній призмі 20. Призма переміщається в направляючої 21, а з плунжером з єднана через тягу 27. Заготівля притискається до опорної планки 19, а скосами на притискній призмі до настановних базових планок 23.

Процес завантаження-вивантаження деталі в пристосуванні протікає в наступній послідовності:

1) на завантажувальній позиції відбувається віджим деталі. Поршень пневмоцилиндра піднімається нагору, піднімає клин, звільняє плунжер і знімає притискне зусилля з рухливої призми;

2) Під дією пружини 42 і стакана 11 плунжер із призмою відводяться від деталі на відстань приблизно 10 мм;

3) оператор знімає готову деталь з баз пристосування і встановлює на те ж місце нову заготівлю.

4) при повороті планшайби на наступну позицію відбувається затиск деталі (поршень опускається вниз і клином через плунжер і рухливу призму притискає деталь до базових деталей).

Перерозподіл тиску повітря в пневмоцилиндрах затискних пристосувань відбувається через пневморозподільник, установлений на центральній колоні поворотного столу.

Крім розглянутих 3-х елементів конструкції пристосування (базування деталі, механізм затиску з пневмоприводом і настановних елементів самого пристосування) на корпусі пристосування в напрямку осей різальних інструментів (у горизонтальній і у вертикальної площинах) установлені 4 пальця-ловителя (поз.7), на яких базуються кондукторні плити всіх кондукторів для підвищення точності напрямку різальних інструментів.



Розрахунок надійності закріплення заготівель

Для розрахунку зусиль затиску і необхідного для цього діаметра пневмоцилиндра визначаємо найбільш небезпечні варіанти нагружения заготівлі в пристосуванні. Усього на верстаті в процесі обробки мають місце 3 варіанти нагружения (кількості і напрямки сил і моментів різання).

1) Тільки горизонтальні сили Рг і моменти Мг різання. Це має місце на 1,3,4 і 6-й операційних станціях, де працюють тільки горизонтально встановлені силові агрегати. З них найбільш навантажена по сумарному зусиллю різання 4-я і 6-я позиції (Рг=1201 Н, Мг=4.0 Нм), а по діючому моменті, що крутить - 1-я позиція (Рг=492 Н, Мг=20.2 Нм).

2) Діють і горизонтальні і вертикальні навантаження. Це має місце на 2-й і 5-й операційних станціях. На 2-й станції вертикально прикладені Рв=3844 Н, Мв=16.8 Нм (свердління 8-ми отворів Æ9.2 мм), а горизонтально Рг=498 Н, Мг=24.06 Нм (розсвердління 3-х отворів Æ29 мм).

3) Діє тільки крутить момент Мг=5.13 Нм (нарізування різьблення М8-7Н в 4-х отворах на 7-й операційної станції).

Тому що по другому варіанті нагружения вертикальна сумарна сила різання Рг=3844 Н притискає заготівлю до основної настановної бази і сприяє її нерухомості в напрямку обох базових площин (настановної і спрямован), те як найбільше небезпечний варіант приймаємо варіант 1.

Розрахункова схема пристосування приведена на мал.4.1. За розглянутою схемою нагружения і базування-закріплення деталі можливі два варіанти її зсуву під дією сил і моментів різання:

а) зсув (віджим від бази) під дією осьового зусилля подачі Рг. Для забезпечення нерухомого положення деталі в процесі обробки необхідно забезпечити ефект самогальмування в парі клин-ролик;

б) проворот (перекидання) її у вертикальній площині щодо правої крайки правої опорної планки настановної бази під дією моменту різання Мг. Утримуючим від проворота деталі буде момент сил тертя, що виникає на опорному торці бази 146х41.5 і вертикальна складова Рн сили затиску від скосу притискної призми (45о) у вертикальній площині.

У такий спосіб умови нерухомості деталі при обробці для двох прийнятих гіпотез розкріплення будуть мати вид:

- по 1-й гіпотезі - віджим деталі від бази, необхідно перевірити наявність самогальмування в парі клин-ролик



K = tg(fпр)/tg(a) = fпр/tg(a) > [K], (4.1)



де K - запас самогальмування; fпр - приведений кут тертя, а fпр=0.23 - приведений коефіцієнт тертя в місцях контакту клин-ролик, плунжери-втулки, клин-втулки; a=11.32о - кут скосу клина; [K]=1.1-1.5 - запас самогальмування, що допускається.

Для підвищення ефекту самогальмування установлюємо вісь пневмоцилиндра (і, відповідно, вісь клина) таким чином, щоб напрямок сили різання було перпендикулярно поверхні клина в крапці контакту її з роликом.

Крім того, для більшої надійності необхідно забезпечити умову



Кз*Рг < Pзаж. (4.2)



- по 2-й гіпотезі - проворот(перекидання) деталі від дії моменту різання Мг



Кз*Мг < Рн*LА+Мтр, (4.3)



де Кз=1.5 - коефіцієнт запасу, LА=112 мм - відстань від ймовірної крапки перекидання (крапка А на мал.4.1 ) до крапки додатка вертикальної складової сили затиску Рн, Мтр - момент тертя в опорній базі.



Мтр = (Рзаж-Рг)*f*Rтр, (4.4)

Рн = 0.5*Рзаж*h.



У рівняннях (4.4): Рзаж,Н - зусилля, що розвивається механізмом затиску, f=0.15 - коефіцієнт тертя заготівлі по опорах (алюміній по сталі), h=0.96 - коефіцієнт утрат на тертя в парі притискна призма-заготівля, Rтр = (164+42)/4 = 47 мм - радіус тертя в направляючій площині (площини проворота). З виражень (4.3) і (4.4) виводимо формулу для розрахунку Рзаж.



Рзаж = (Рг*f*Rтр + K*Мг) / f*Rтр. (4.5)



Зусилля затиску Рзаж, що розвивається механізмом затиску при зусиллі на штоку(клині) пневмоцилиндра [1] Q, визначається по формулі



(4.6)



де a=11.32о - кут робочої ділянки клина, jпр - приведений кут тертя клина з роликом, d=12 мм, D=25 мм - діаметри осі і ролика, j2=arctg(f1) - кут тертя плунжера в направляючій утулці, j1=arctg(f2) - кут тертя клина по його направляючій утулці



jпр = arctg(f)*d/D (4.7)



Коефіцієнти тертя в контактах механізму затиску для матеріалів, з яких виготовлені його деталі(алюміній по сталі) мають значення f=0.1, f1=tgj1=0.15, f2 = tgj2 = 0.15.

Множник при Q у вираженні (4.4) позначимо через і. Тоді необхідне зусилля на штоку пневмоцилиндра



Q = Рзаж/i. (4.8)



Фактичне зусилля пневмоцилиндра при діаметрі поршня Dц і тиску повітря р визначається по вираженню



Q = 0.785*Dц2*р, (4.9)



відкіля необхідний діаметр пневмоцилиндра



Dц = Q / 0.785*р, мм, (4.10)



Тиск у пневмоцилиндрі верстата р = 0.4-0.6 МПа. Робимо обчислення і перевірки за вираженнями (4.1)-(4.10).

Запас самогальмування в клиновому механізмі

К = 0.23/tg(11.36о)= 0.23/0.2 = 1.15 > [K]=1.1.

Розраховуємо необхідне зусилля затиску. Одержуємо:

По 1-й гіпотезі: Pзаж = Кз*Рг = 1.5*1201 = 1800 Н.

По 2-й гіпотезі:

- на 4-й і 6-й операційних станціях:

Рзаж = (1201*0.15*47 + 1.5*4000) /(0.15*47) = 2052 Н.

- на 1-й операційної станції:

Рзаж = (492*0.15*47 + 1.5*20200) /(0.15*47) = 4790 Н.

jпр = arctg(0.1)*12/25 = 2.74о,

Передаточне число клинового механізму:





Тоді необхідне зусилля, що розвивається пневмоцилиндром, по найбільшому необхідному зусиллю затиску

Q = 4790 / 2.45112 = 1954.2 Н,

і діаметр пневмоцилиндра

Dц = 1954.2/(0.785*0.4) = 6223.57 = 78.5 мм.

Попередньо був прийнятий діаметра пневмоцилиндра Dц=125 мм.



Розрахунок погрішності установки заготівель у пристосуванні

Погрішність установки eу деталей у затискних пристосуваннях у загальному випадку визначається по вираженню



, (4.11)



де eб - погрішність базування, eз - погрішність закріплення (зсув деталі під дією сил затиску), eпр – погрішність пристосування.

Погрішністю закріплення зневажаємо (eз=0), тому що сила затиску спрямована уздовж осі деталі перепендикулярно контрольованим розмірам і не впливає на їхню точність.

Погрішність базування при обраній схемі базування і розташуванні контрольованих розмірів буде визначатися максимальною величиною зсуву осей оброблюваних отворів щодо базових площин. Визначаємо погрішність положення осей оброблюваних отворів щодо баз у двох напрямках для кожної з трьох їхніх груп.

1) 3 отвору Æ25/31.

Від настановної площини(бази) положення їхніх осей визначається розміром 20.5±0.26. Тут настановна і вимірювальна бази збігаються, тому

eб =0. У напрямку уздовж настановної площини положення осей цих отворів ув язано тільки між собою заданими відстанями між ними. При цьому eб також дорівнює 0, тому що всі три отвори обробляються одночасно налагодженими інструментами.

2) 8 отворів Æ9.2 мм.

Ці отвори також обробляються одночасно з використанням багатошпин-дельних насадок. Тому погрішність відстаней між їхніми осями дорівнює погрішності координат розташування шпинделів насадки (дорівнює 0.01 мм). Відстань до крайнього отвору також задано від направляючої базової площини (29.3 мм), тому і тут eб=0.

3) 8 різьбових отворів М8-7Н. Ці отвори обробляються двома групами: 4 отвору верхнього ряду і 4 - нижнього. Тут також положення отворів уздовж направляючої і настановної площин ув язано тільки між собою. У напрямку, перпендикулярному цим площинам, положення верхнього ряду отворів ув язано з віссю трьох отворів Æ25/31 (13±0.2). Задане також положення цих рядів відносно один одного (26±0.2 мм). Тут погрішність базування також дорівнює eб=0.

Погрішність пристосування - це зсув осі отвору базової втулки щодо середньої осі встановлених різальних інструментів (теоретичного положення осі оброблюваної деталі), що визначається точністю зборки верстата (юстировки силових агрегатів щодо затискних пристосувань за допомогою монтажного шаблона). Допуск на розташування юстировочных отворів у монтажному шаблоні звичайно приймається рівним 0.02 мм (±0.01). Крім того, при юстіровці силових вузлів допуск на точність юстировки також дорівнює 0.02 мм. У такий спосіб сумарна погрішність пристосування eпр=0.04. Тоді

що значно менше допуску на зсув осей оброблюваних отворів щодо осі деталі eу=0.04 < d=0.4.



Перевірочний розрахунок на міцність елементів пристосування

Найбільш навантаженими деталями в пристосуванні будуть: місце контакту ролика з клином (зминання) і вісь ролика (зріз).

Спочатку визначаємо максимальне, діюче по нормалі в крапці контакту, зусилля в парі клин-ролик N. Максимальне зусилля, що розвивається пневмоцилиндром по вираженню (4.8)



Qmax = 0.785*1252*0.4 = 4906 Н,

Рзажмах = Qmax * і = 4906 * 2.45112 = 12025.2 Н.



1) Перевірочний розрахунок контактних напруг в парі клин-ролик:



sк = 418* Рзаж*E/(b*rр) < [sк] (4.12)



де E=2.1*105 Мпа - модуль пружності стали, b=20 мм - ширина ролика, rр=12.5 мм - радіус ролика.

sк = 418*12025.2*2.1*105 / (20*12.5) = 1160.4 Мпа

Ролик виготовлений зі сталі 40Х с загартуванням ТВЧ. Контактна напруга, що допускається, для нього дорівнює [sк ]=1500 Мпа.

Клин виготовлений зі сталі 45 із загартуванням ТВЧ із напругою, що допускається, [sк ]=1300 Мпа.

У такий спосіб у даному випадку умова міцності (4.12) виконується.



2) Перевірочний розрахунок осі ролика на зріз:

Умова міцності має вид

tср = Рзаж/(pd2/4) < [t], (4.13)

де [t]=245 МПа (вісь із загартованої до HRc 37-41 сталі 40Х). Підставляючи значення параметрів, одержуємо

tср = 12025.2/(p*162/4) = 61.3 Мпа < [t]=245 Мпа.

Умова міцності осі на зріз також виконується.