Методические указания к выполнению контрольной работы № 2

Целью контрольной работы №2 является изучение отдельных теоретических вопросов по теме №5 «Средства технологического оснащения механообрабатывающего производства» и практическое использование полученных знаний при проектировании приспособления для механической обработки заготовки.

Основные задачи контрольной работы:

– получение знаний о металлорежущих станках, приспособлениях для закрепления заготовок на станках, инструментах: вспомогательном для установки инструмента и металлорежущем;

– получение навыков расчета усилия закрепления простейшей детали в приспособлении при механической обработке.

Контрольная работа состоит из двух частей:

1) написание реферата по двум теоретическим вопросам;

2) расчет усилия закрепления крышки в скальчатом кондукторе.

В первой части нужно, применяя список рекомендуемых источников ответить на вопросы:

1) по металлорежущим станкам;

2) по приспособлениям для закрепления заготовок на металлорежущих станках.

При ответах на вопросы нужно выбрать вариант задания (см. п.4) и кратко изложить взятый из литературы материал с необходимыми рисунками, схемами, таблицами, расчетами, выполняя требования по выполнению реферата (см. п.5).

Во второй части нужно рассчитать усилие закрепления крышки в скальчатом кондукторе на сверлильной операции.

Расчет зажимного усилия начинают с построения схемы установки и закрепления заготовки в приспособлении с указанием места приложения и направления действия сил и их моментов (сил резания, зажима, массы, реакции опор, сил трения). Величину сил резания и их моментов определяют из условий обработки по формулам теории резания металлов [27]. Чтобы обеспечить надежность зажима, силы резания увеличивают на коэффициент запаса, величина которого зависит от условий обработки. Расчет зажимного усилия следует производить по методикам, приводимых в работах [1, 6, 13, 27, 28].

В качестве примера выбрана крышка 1 из эскиза сборочного узла входного вала редуктора (рис. 3). Размеры детали приведены на рис. 1.

Рис. 3. Эскиз сборочного узла входного вала редуктора

1, 7 – крышки, 2 – прокладка регулировочная, 3, 6 – корпус редуктора,

4 – крышка корпуса, 5 – зубчатое колесо, 8 – вал, 9 – болт М 8× 20,

10 – болт М 10× 20, 11 – манжета, 12, 13 – подшипник

Расчет усилия закрепления крышки необходимо производить, используя схему базирования и закрепления заготовки на сверлильной операции.

На этой операции крышка базируется по наружной цилиндрической посадочной поверхности А – второй опорной базе, лишающей заготовку двух степеней свободы, и торцу Б – установочной технологической базе, лишающей заготовку трех степеней свободы (рис. 4).

В данном случае производится неполное базирование заготовки, т.к. остается одна степень свободы – возможность поворота заготовки вокруг оси. Выбор такой схемы базирования оправдан, т.к. не задано угловое положение крепежного отверстия относительно какого-либо элемента на поверхности А, а важно только взаимное угловое расположение крепежных отверстий.

Реализуется такая схема базирования и закрепления на кондукторе при установке заготовки, например, наружной цилиндрической поверхностью с зазором в отверстие втулки, укрепленной на основании кондуктора. Усилие закрепления Q от кондукторной плиты приложено через опорную плиту по оси заготовки.

Рис. 4. Схема базирования и закрепления крышки по наружной

цилиндрической поверхности и торцу на сверлильной операции

Сила Q вызывает появления сил трения: F _тр1, направленной по окружности торца заготовки, предотвращающее проворот заготовки в отверстии под действием крутящего момента М_кр, и F _тр2 – по радиусу верхней плоскости заготовки, предотвращающие поворот заготовки относительно точки В под действием осевой силы резания Р _о в вертикальной плоскости.

На схеме (рис. 4) указаны размеры а, в, с, составляющие плечи при определении моментов поворота под действием силы закрепления, резания и трения.

Расчет производится в следующей последовательности:

1. Определение размеров промежуточной заготовки на сверлильной операции:

– номинальный диаметр d _заг наружной цилиндрической поверхности А крышки (рис. 4). Из сборочного чертежа узла редуктора (рис. 3) эта поверхность на крышке (позиция 1) имеет размер Æ 80 d 11. Механическая обработка включает следующие операции:

– точение однократное;

– шлифование однократное.

В соответствии с типовым технологическим маршрутом обработки крышки [11, табл. 9] сверлильная операция осуществляется перед шлифовальной, поэтому поверхность имеет припуск под последующее шлифование. Этот припуск для номинального размера крышки d _дет=80 мм составит Z =0, 1 мм на сторону [10, Прил. 7, табл. 3]. Тогда номинальный диаметр промежуточной заготовки равен

мм;

– номинальная высота h _заг крышки. В соответствии с типовым технологически маршрутом обработки крышки [11, табл. 9] ее торец, который упирается в подшипник (рис. 3), подрезан с припуском по шлифование. Этот припуск для номинального размера h _дет=20 мм при диаметре торца 80 мм составит Z =0, 3 мм [10, Прил. 7, табл. 5]. Тогда номинальная высота промежуточной заготовки составит

мм;

– номинальная толщина заготовки крышки h _1заг. В соответствии с типовым технологическим маршрутом обработки крышки [11, табл. 9] перед сверлильной операцией фланец окончательно обрабатывается и h _1заг= h _1дет=5 мм;

– номинальная высота посадочной поверхности заготовки крышки

h _2заг = h _заг – h _1заг.= 20, 3 – 5 = 15, 3 мм.

2. Определим значения сил и моментов резания.

Сверлильная операция состоит из одного технологического перехода: сверлить 4 отверстия диаметром 8, 5 мм на длину 5 мм (межцентровое расстояние 100 мм).

Исходные данные:

– материал детали – серый чугун СЧ15 с НВ=190 МПа;

– материал режущий, пластины резца Р6М5;

а) выбираем диапазон подач [27, с. 277, табл. 25] при сверлении серого чугуна с диаметром сверла D =8-10 мм с НВ> 170 S =0, 24-0, 31 мм/об. Принимаем S =0, 3 мм/об.

б) рассчитаем скорость резания [27, с. 276] по формуле

, (12)

где C_v и K_v – поправочные коэффициенты;

q, y, m – показатели степени;

Т – период стойкости.

Значения коэффициента C_v и показателей степени q, y, m определяем из справочника [27, с. 272, табл. 28]. При обработке серого чугуна с НВ=190 МПа спиральным сверлом с материалом режущей части Р6М5 при S £ 0, 3 мм/об: C_v =14, 7; q =0, 25; y =0, 55; m =0, 125.

Значение периода стойкости определяем из [27, с. 279, табл. 30]. При сверлении серого чугуна спиральным сверлом с материалом режущей части из быстрорежущей стали для диаметра сверла D =6-10 мм период стойкости T =35 мин.

Общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактические условия резания определяется по формуле

, (13)

где K _{м v} – коэффициент, учитывающий влияние материала заготовки;

K _{и v} – коэффициент, учитывающий материал инструмента;

K_tv – коэффициент, учитывающий глубину сверления.

Для серого чугуна [27, с. 261, табл. 1]. При сверление серого чугуна сверлами из быстрорежущей стали n_v =1, 3. В нашем случае НВ=190 K _{м v} =1.

При сверление чугуна сверлами с материалом режущей части Р6М5 K _{и v} =1 [27, с. 263, табл. 6].

При сверлении отверстий глубиной £ 3 D K_tv =1, 0 [27, с. 280, табл. 31].

Тогда .

В результате:

в) определим силы резания.

В соответствии с рекомендациями [27, с. 277] крутящий момент при сверлении определяется по формуле

, Н´ м (14)

а осевая сила по формуле

, Н (15)

где 10 – переводной коэффициент из килограмма в ньютоны;

C _м, С_р и K_p – поправочные коэффициенты;

q, y – показатели степени.

При сверлении серого чугуна с НВ=190 сверлами с материалом режущей части из быстрорежущей стали [27, с. 281, табл. 32]:

– для крутящего момента: С _м=0, 021; q =2, 0; y =0, 8;

– для осевой силы: С _м=42, 7; q =1, 0; y =0, 8.

Коэффициент K_p = K _{м p}, т.е. учитывает только свойства обрабатываемого материала.

Для серого чугуна при НВ=190 K _{м р} =1.

Крутящий момент при сверлении

, Н´ м

Осевая сила

, Н

3. Расчет потребного зажимного усилия из условия предотвращения проворота заготовки крышки относительно торца отверстия оправки под действием крутящего момента:

а) составление уравнение моментов из схемы, базирования и закрепления заготовки (рис. 4).

Провороту заготовки относительно торца отверстия под действием крутящего момента М_кр препятствует сила трения F _тр2 на плече .

Сила трения возникает под действием реакции опоры R

(16)

Сила трения F _тр2 определяется по формуле

(17)

Для большей надежности закрепления рекомендуется [1, с. 45] вводить коэффициент запаса K =1, 5…2, 5. Примем K =2, 5.

Тогда уравнение моментов примет вид:

(18)

б) определение потребного зажимного усилия из формулы (18).

(19)

Торец заготовки крышки предварительно обработан, так же как и торец отверстия оправки, поэтому в зоне контакта обрабатываемых поверхностей согласно рекомендации [1, с. 41] коэффициент трения f =0, 15.

Плечо С определяется по формуле

(20)

где C ₁ – фаска на торце заготовки крышки, которая с учетом припуска на шлифование на сторону поверхности А составит

мм.

Тогда

Тогда

Н

4. Расчет потребного зажимного усилия из условия предотвращения проворота заготовки, относительно точки О (опрокидывания) в пределах зазора между посадочной поверхностью заготовки крышки и отверстия в оправке (рис. 4).

а) составление уравнения моментов относительно точки О.

Провороту заготовки относительно точки О под действием крутящего момента, вызванного осевой силой Р _о на плече а, препятствует момент, вызванный силой закрепления Q ₂ на плече С.

мм

С учетом коэффициента запаса K =2, 5 [1, с. 45], уравнение примет вид:

(21)

б) определение потребного зажимного усилия из формулы (21).

Н

Таким образом потребное зажимное усилие Q ₁, полученное из условия предотвращения проворота заготовки относительно торца отверстия оправки предотвратит и опрокидывания заготовки Q ₁> Q ₂.

На основании условия Q ₁ определяется усилие закрепления кондуктора W _з> Q ₁.

5. Выбор стандартного скальчатого кондуктора.

Кондуктор нужно выбрать из двух условий:

а) по усилию закрепления W _з> Q ₁;

б) по габаритным размерам, в нашем случае диаметру D =120 мм и высоте h _з=20, 3 мм заготовки крышки.

Скальчатые кондукторы с консольным зажимом по ГОСТ 16888-71 с усилием зажима W _{з max}=690 Н необходимое усилие зажима не обеспечивают. Выберем кондуктор скальчатый консольный с пневматическим зажимом 7300-0282 ГОСТ 16889-71 (Приложение Г) с усилием закрепления W _з=6120 Н > Q ₁ и габаритными размерами зоны размещения заготовки B ´ L ´ H _max=250´ 125´ 180 мм, позволяющими разместить заготовку крышки.

Значения размера L, не указанное в таблицах (Приложение Г) принято равным L = B/2 = 2=125 мм.