Расчет и конструирование станочного приспособления – зажимного приспособления для комплексной обработки детали на станке Schaublin CNC-140

коэффициент учитывающий увеличение сил резания при прерывистом резании; К₃=1 (см. стр.85 т.2 [Косилова]);

К₄ – характеризующий постоянства силы резания; К₂=1,3 (см. стр.85 т.2 [Косилова]);

К₆ – характеризующий вид опор в приспособлении; К₆=1,5 (см. стр.85 т.2 [Косилова])., тогда  К=1,5×1×1,05×1×1,3×1,5=3,07

 Принимаем К=3,1

 Силу резания определяем по формуле (см. стр.271 т.2 [Косилова])

Р_z=10С_рt^xS^yVⁿK_p  ,

где    С_р – коэффициент (см. стр.273-274 табл.22 т.2 [Косилова]); С_р=243

x, y, n – показатели степени (см. стр.273-274 табл.22 т.2 [Косилова]);

x=0,9; y=0,6; n=-0,3.

          t – глубина резания, t=0,35мм (см. п2,7 переход 1);

          S – подача мм/об, S=0,5мм/об (см. п2,7 переход 1);

          V – скорость резания, м/мин, V=85 м/мин; (см. п2,7 переход 1);

          K_p – поправочный коэффициент;

Поправочный коэффициент определяется по формуле (см. стр.271 т.2 [Косилова]);

K_p= K_мр×K_φр×K_yp×K_xp×K_rp   ,

где    K_мр – коэффициент учитывающий качество обрабатывающего материала   (см. стр.264 табл.9 т.2 [Косилова]);

K_мр=(750/σ_в)ⁿ  ,

где    σ_в – предел прочности для материала детали, МПа σ_в=600МПа;

n – показатель степени (см. стр.264 табл.9 т.2 [Косилов]); n=0,75;

,тогда                                     K_мр=(750/600)^0,75=1,18

K_φр, K_yp, K_xp, K_rp – коэффициенты учитывающие геометрию инструмента             (см. стр.275 табл.23 т.2 [Косилова]);

Тогда                         K_p=1,18×1×1×1×1=1,18

Рассчитываем силу резания

R= Р_y=10×350×0,35^0,9×0,5^0,6×85^-0,3×1,18= 279 Н

Крутящий момент на шпинделе определяется по формуле

М=(Р_z×D_oб)/(2×100)   ,

где Р_z – тангенциальная сила резания, Н;

D_oб – диаметр обрабатываемой детали, мм;

Тангенциальная сила резания Р_z (см. стр.271 т.2 [Косилова]);

Р_z=10С_рt^xS^yVⁿK_p­  ,

где    С_р – коэффициент (см. стр.273-274 табл.22 т.2 [Косилова]); С_р=350

x, y, n – показатели степени (см. стр.273-274 табл.22 т.2 [Косилова]);

x=1; y=0,75; n=-0,15.

  Р_z=10×350×0,35¹×0,5^0,75×85^-0,15×1,18=441,4Н

Отсюда М=(441,4×120)/(2×100)    М=26,4 Н м

Р₃=[2×3,07×26,4-0,16×279×(120/1000)]/[0,16×(120/1000)]

Р₃=8158,5Н=8,158 кН

4.2.2. Определим необходимый диаметр цилиндра из условия необходимого усилия на штоке Р=8,158 Н

Определим D^цил по формуле (см. стр.92 табл.22 т.2 [Косилов]);

D^цил=√(1,27Р/р×η_мех+d²)

Где    Р=Р₃ – необходимое усилие, Н;

Р – давление масла, МПа;

Р=4,9МПа (см. паспорт станка Schaublin-140CNC);

η_мех – механический КПД, η_мех=0,93;

d – диаметр штока, d=24мм; тогда           

D^цил=√(1,27×8158/4,9×0,93+24²) =53,4мм

Принимаем D^цил=60мм.

4.2.3 Расчет штока на растяжение

При расчете приспособления шток нагружен осевой силой, т.е. он работает на растяжение и необходимым усилием его работы является:

σ_р≤[σ_р]

Где    [σ_р] – допустимое напряжение при растяжении, МПа

[σ_р]=σ_р=540МПа – для стали 45 ГОСТ1050-88 прошедшей закалку и высокий отпуск (см. стр.69[Марочник сталей])

σ_р – расчетное напряжение при растяжении, МПа.

Рассчитаем напряжение материала штока при растяжении по формуле (см. стр. 26 [Бородин Н.А.Сопротивление материалов: Пособие для студ. ссузов, обуч. По спец. Тех. Проф. – 2-е изд., - испр. – М.: Дрофа, 2001. – 288с.: ил.])

σ_р=N/A  ,

где    N=Р₃ – усилие зажима, Н;

          А=(Пd²)/4 – площадь поперечного сечения штока, мм²;

Отсюда

σ_р=(8158×4)/(3,14×19²)

σ_р=28,8 МПа.

σ_р≤[σ_р]

28,8 МПа ≤540 МПа

Условие выполнено.

4.2.4. Расчет резьбы М24-6g на срез

При работе приспособления резьба М24-8g нагружена большой осевой силой (по продольной оси штока), поэтому необходимо проверить денный элемент на срез по условию:

[τ_ср] ≤ τ_ср  ,

где      [τ_ср] – допустимое напряжение среза, МПа;

            τ_ср – расчетное напряжение среза, МПа;

Допустимое напряжение среза определяется по формуле (см. стр.86 табл.15 т.1 [Анурьев]);

[τ_ср]=142 МПа

Расчетное напряжение среза определим по формуле (см. стр.515 т.2 [Анурьев]);

τ_ср=(4 Р₃)/ (Пd²₁)

Где      Р₃ – сила, действующая на резьбу, Н;

d₁ – внутренний диаметр резьбы, мм;

d₁=24мм;

Отсюда τ_ср=(4×8158)/(3,14×24²)=18МПа

[τ_ср] ≤ τ_ср

18 МПа ≤ 142 МПа

Условие выполняется

4.2.5 Точностной расчет приспособления

Допустимая погрешность установки определяется по формуле:

где δ – технологический допуск на выполняемый размер, δ=120мкм;

Σ∆ф - суммарная погрешность формы обрабатываемой поверхности в результате геометрических погрешностей станка и деформаций заготовки при её закреплении, ∆ф = 18 мкм;

∆у – погрешность, вызываемая упругими отжатиями

технологической системы под влиянием сил резания;

∆н – погрешность настройки станка;

∆и – погрешность от размерного износа инструмента;

∆τ – погрешность обработки, вызываемая тепловыми деформациями технологической системы.

Погрешность, вызываемая упругими отжатиями технологической системы под влиянием сил резания определяется по формуле:

где ω – податливость системы, мкм / Н;

Ру max, Ру min - максимальное и минимальное значения составляющей силы резания, совпадающей с направлением выдерживаемого размера, Н.

Податливость системы определяется по формуле:

где у - смещение элемента технологической системы, у = 40 мкм;

Р - сила упругости, Р = 686 Н.

Определяем податливость системы:

Максимальная и минимальная составляющие силы резания определяются по формуле:

где С_Р - коэффициент, С_Р = 350;

tmax, min- максимальная и минимальная глубина резания, tmax=0,36 мм, tmin =0,35 мм;

S - подача, S = 0,5 мм/об;

V - скорость резания, V = 85 м/мин;

К_Р - поправочный коэффициент, К_Р = 1,1;

x, y, n - показатели степени,

x = 0,9; y = 0,6; n = - 0,3.

Определяем составляющие силы резания:     

Определяем погрешность, вызываемую упругими отжатиями технологической системы:

Погрешность настройки станка определяется по формуле:

где КР и Ки – коэффициенты, учитывающие отклонение закона элементарных величин ∆Р и ∆изм от нормального закона распределения,   КР = 1,14…1,73; Ки = 1;

∆_Р – погрешность регулирования положения инструмента, ∆_Р=20 мкм;

∆изм – погрешность измерения размера детали, ∆изм = 25 мкм.

Определяем погрешность настройки станка:

Погрешность от размерного износа инструмента определяется по формуле:

где L – полная длина пути резания, м;

u₀ – относительный размерный износ инструмента, u₀ =6 мкм/км.

Полная длина пути резания определяется по формуле:

где L_н – длина начального изнашивания инструмента, Lн = 1000 м;

L_N – длина пути резания для партии заготовок N, обрабатываемых в период между подналадками станка.

Длина пути резания для партии заготовок определяется по формуле:

L_N = Lд·N, м

где Lд – длина пути резания при обработке одной заготовки, м;

N – партия заготовок, обрабатываемая в период между

подналадками станка, шт.

Длина пути резания при обработке одной заготовки определяется по формуле:

Lд = V · t₀, м.

где V- скорость резания, V = 85 м/мин;

t 0 – начальное время, t₀ = 0,21 мин.

Определяем длину пути резания при обработке одной заготовки:

Lд = 85×0,21 = 17,85 м.

Количество заготовок в партии, обрабатываемых в период между подналадками станка определяется по формуле:

где Т – стойкость инструмента, Т = 30 мин.

Определяем количество заготовок в партии:

Определяем длину пути для партии заготовок:

L_N = 17,85 · 143 = 2552 м

Определяем полную длину пути резания для партии деталей:

L = 1000+2552 = 3552 м

Определяем погрешность от размерного износа инструмента:

Погрешность обработки, вызываемая тепловыми деформациями технологической системы, определяется по формуле:

∆τ = (0,1…0,15) ∆Σ, мкм

где ∆Σ = δ = 120 мкм.

Определяем погрешность обработки, вызываемую тепловыми деформациями технологической системы:

∆τ = 0,1 · 120 = 12мкм

Определяем допустимую погрешность установки:

Погрешность установки определяется по формуле:

где ε б – погрешность базирования, ε б = 0;

ε з – погрешность закрепления, ε з = 0;

ε пр – погрешность приспособления.

Отсюда ε у = ε доп = ε пр = 92 мкм

Погрешность приспособления определяется по формуле:

где ε изг.пр. – погрешность, характеризующая неточность изготовления деталей в приспособлении, его сборки и регулировки;

ε изн.у.э. – погрешность износа установочных элементов.

Принимаем ε изн.у.э. ≈ ε пр /2 ≈ 46 мкм;

εст–погрешность, характеризующая точность выверки

приспособления на станке, ε ст = 0.

Отсюда

Технические требования на изготовление приспособления следующие:

Радиальное биение в приспособлении не более 0,02 мм на длине 100 мм.

Таким образом, выполненные силовой и точностной расчеты приспособления показали, что спроектированное приспособление обеспечивает надёжное закрепление детали и получение размеров с заданными допусками.

4.3. Расчет и конструирование контрольно-измерительного инструмента.

Расчет калибра на глубину отверстия Ø13  (^+0,24) относительно базовой поверхности  .

Расчет калибра ведем по ГОСТ 16085-80, по формулам для

измерительных элементов, контролирующих расположение отверстий.

А так же ГОСТ 2534-77 – «Калибры предельные глубин».

Т_р =0,016 – позиционный допуск изделия в диаметральном выражении