Проектирование секторной оправки для токарной черновой обработки наружной поверхности гильзы блока цилиндров 240-1002021 двигателя Д – 240 трактора МТЗ – 80 «Беларусь»

17 Проектирование станочного приспособления

17.1 Проектирование секторной оправки.

Задание: спроектировать секторную оправку для токарной черновой обработки наружной поверхности гильзы блока цилиндров 240-1002021 двигателя Д – 240 трактора МТЗ – 80 «Беларусь».

17.1.1 Обоснование цели технологической операции и задания проектирования

Рисунок 17.1 – Операционный эскиз заготовки

17.1.1.1 Определение количественных и качественных результатов выполнения операции

17.1.1.1.1 Точность размеров

На данной операции должны формироваться три линейных размера: 14^+0,2, 26, 30±0,5, три диаметральных размера:Æ 136_-0,5, Æ 120_-1, Æ 127,5_-0,5.

Диаметр 136_-0,5 должен быть обработан с точностью IT12, Æ136_-0,5 = 500 мкм.

Диаметр 120_-1 обрабатывается по IT14, Æ120_-1 =1000 мкм.

Диаметр 127,5_-0,5 обрабатывается с точностью IT12, Æ127,5_-0,5 = 500 мкм.

Длина конуса 30±0,5, величина допуска составляет 1000 мкм, что соответствует точности IT15. Размер 14^+0,2 имеет допуск 200 мкм и обрабатывается по IT12. Поскольку размер 26 задан свободным, то допуск на его изготовление принимаем по 14 квалитету (ГОСТ 25346-89) 26 = 520 мкм.

17.1.1.1.2 Точность формы и расположения поверхностей

Точность формы и расположения поверхностей не оговорено, поэтому они лежат в пределах допусков размеров соответствующих поверхностей.

17.1.1.1.3 Степень шероховатости

Все обрабатываемые на данной операции поверхности имеют шероховатость Ra = 12,5 мкм (ГОСТ 2789-73).

17.1.2 Выяснение количественных и качественных данных о заготовке поступающей на операцию

На данную операцию заготовка поступает предварительно обработанной только по внутренней поверхности (черновая расточка) и по торцам (отрезка литейных прибылей). Масса заготовки – 9,5 кг. Материал – специальный легированный чугун. Заготовка представляет собой тело вращения (втулку) не очень жесткую. Имеются достаточно развитые поверхности, принимаемые за базовые, к ним можно отнести отверстие и торец опорного фланца. Уточним точностные параметры поверхностей, которые могут быть базовыми.

17.1.2.1 Точность размеров

Диаметр отверстия 109,12^+0,35, IT12, ТÆ109,12^+0,35 = 350 мкм. Длина отверстия 250 мм. Отношение l/d > 2, что говорит о возможности использовании его в качестве технологической базы.

17.1.2.2 Точность формы

Поскольку допуск на отклонения от цилиндричности и круглости не оговорен, то он может быть установлен в пределах допуска на размер Т Æ109,12 = Т ф = 350мкм. Отклонение от плоскостности торца не указывается, и поэтому его принимаем равным допуску на линейный размер 205_{-1 ,} Т_™ = Т₂₅₀ = 1000мкм.

17.1.2.3 Точность расположения

Радиальное биение отверстия не оговорено, значит, ТäÆ109,12 = 500 мкм. Торцевое биение торца в чертеже не нормируется, значит, мы в праве взять его равным допуску на размер 250_-1 Тäт = Т₂₅₀ = 1000 мкм.

17.1.2.4 Степень шероховатости

Шероховатость отверстия и торца составляет 12,5 мкм по критерию шероховатости Ra.

17.1.3 Составление перечня реализуемых функций

0. Перемещение и предварительная ориентация заготовки

1. Базирование заготовки

2. Закрепление заготовки

3. Базирование приспособления на станке

4. Закрепление последнего на станке

5. Подвод и отвод энергоносителя

6. Образование исходной силы для закрепления

7. Управление энергоносителем

8. Замена зажимных (установочных) элементов

9. Объединение функциональных узлов

    10.Непосредственно обработка

11 Поворот и фиксация шпиндельного блока и холостые ходы

12 Создание безопасных условий труда

17.1.4 Разработка и обоснование схемы базирования

Из всего комплекса поверхностей, а также исходя из жесткости детали, единственно правильный вариант базирования будет по внутренней поверхности гильзы с упором в торец. Причем в больший торец, тек как он является измерительной базой для большинства линейных размеров, получаемых на данной операции. Схема базирования представлена на рисунке 17.2.

Рисунок 17.2 - Схема базирования

Окончательный анализ структуры связей произведем, составив таблицу 17.1.

Таблица 17.1

Индекс связи

X

X

Y

Y

Z

Z

w

wx

wy

wy

wz

Wz

Способ реализации

Реакция

R

R

R

R

R

R

R

R

R

Сила закрепления

Сила трения

Из таблицы 17.1 видно, что на заготовку наложено 9 односторонних связей. Только она из них X¹ полная, остальные – неполные, что обусловлено наличием зазора между секторами и заготовкой. Чтобы система стала уравновешенной во время обработки необходимо лишить заготовку возможности перемещаться по координатам X, w_x, w_x¹.На рисунке 17.3 показана функциональная структура проектируемого приспособления.

Рисунок 17.3 – Функциональная структура приспособления

17.1.5 Разработка и обоснование схемы закрепления

Для определения взаимного влияния поля возмущающих сил и поля уравновешивающих сил построим графическую модель возмущающих сил во взаимосвязи с принятой схемой базирования.

Рисунок 17.4 – Структура поля возмущающих сил по составляющим Px, Py, Pz.

Из рисунка видно, что составляющая Px¹ поля возмущающих сил уравновешивается реакцией Rx¹ (Rx¹ = Px¹). Остальные составляющие поля возмущающих сил неуравновешенны и требуют приложения дополнительных сил закрепления.

После приложения дополнительных сил (сил закрепления W) появляются две силы трения Fтр1 и Fтр2, которые не дают заготовке перемещаться вдоль оси X, а также проворачиваться вокруг той же оси.

Рисунок 17.5 – Структура поля уравновешивающих сил, создаваемая зажимным механизмом.

Данная схема закрепления хотя и требует большие энергозатраты, но в нашем случае гильза не жесткая, а эта схема позволяет без значительных деформаций обработать деталь и получить нужные точностные характеристики. В следствии этого погрешности закрепления на диаметральные размеры равны нулю.

Для анализа структуры и качества связей, возникающих при закреплении заготовки, построим таблицу 17.2 односторонних связей.

Таблица17.2

Индекс связи

X

X

Y

Y

Z

Z

wx

Wx

wy

wy

wz

wz

Способ реализации

Реакция

R

R

R

R

R

R

R

R

R

Сила закрепления

W

W

W

W

W

W

W

W

Сила трения

F(w)

F(w)

F(w)

Проанализировав данную таблицу видно, что исключается зазор, и связи из неполных перешли в полные.

Рассчитаем силу закрепления и основные параметры секторной оправки.

,                                                    (32)

где  Мр – момент резания;

        Pz = 1144,6 Н – сила резания;

        D = 127,5 мм – диаметр обработки.

Определим силу закрепления:

,                                                       (33)

где  f = 0.35 – коэффициент трения;

       d = 0.10912 м;

       К = К0*К1*К2*К3*К4*К5*К6,                                 (34)

       где   К0 = 1,5, К1 = 1,2, К2 = 1, К3 = 1,2, К4 = 1, К5 = 1, К6 = 1 (3, табл. 9, с. 85).

        К = 2,16 принимаем К = 2,5.

.

Рассчитаем необходимую силу на штоке, чтобы реализовать силу закрепления через конус 10⁰.

.

Конструктивно диаметр штока принимаем 30 мм. Воспользуемся формулой F = P*S, где F = Qшт = 1600Н, P = 0,32 МПа, , отсюда .

Принимаем диаметр поршня пневмоцилиндра 100 мм.