РАСЧЕТ ЗАЖИМНОГО МЕХАНИЗМА И ПРИВОДА ПРИСПОСОБЛЕНИЯ

1 Исходные данные

Заданием для проектирования приспособления операция 015 горизонтально-фрезерная, на данной операции производится фрезерование паза 15, технологический эскиз представлен на рисунке 1.

2 Выбор аналога приспособления

Схема базирования для выполнения рассматриваемой операции была разработана ранее, представлена на рисунке 2.1.

Из рассматриваемой схемы базирования можно отметить, что заготовка базируется по нижнему торцу - 3 опорные точки, выполняющие функции установочной базы. По наружной цилиндрической поверхности в призме, имеющей самый точный размер Ø68h6 – 2 опорные точки (двойная опорная база). И одна скрытая база – сила трения между деталью, призмой и прижимом.
За аналог приспособления берем конструкцию, которую я сам спроектировал, т.к. не нашел в литературе.

Рассматриваемая конструкция представляет собой зажимное приспособление с опорой-основанием 13, призмой 12 и упором 11.
Резиновая диафрагма 5 закреплена между крышкой 4 и корпусом пневмокамеры. Зажимная сила передается от диска 6 штоку 9 с упором 11. Положение приспособления на столе фрезерного станка определяется шпонками 15. Воздух подается через штуцер 2. Пневмокамера крепится на стенке-опоре 10. Все детали крепятся на основании 1.
Данное приспособление обеспечивает точное центрирование заготовки по наружному цилиндру. От проворота детали нам ничего не надо применять, т.к. ориентировать заготовку не требуется.
Выполним операционный эскиз (рисунок 2.3). На технологическом эскизе обозначим положение фрезы и направление движения инструмента.

3 Точностной расчет приспособления

Точностной расчет приспособления предполагает анализ погрешностей, возникающих при установке заготовки в приспособлении. При этом сравниваются фактическая εф и допустимая εдоп погрешности установки заготовки.
ξ_ф≤ξ_доп
Из анализа операционного эскиза следует:
- размер 8Н10(+0,058) формируется режущим инструментом – фрезой;
- размер 5±0,15 –размер достигается настройкой фрезы на размер;
- настроечный размер принимаем 83±0,1 мм.
Зависимость для расчета ξ_ф будет иметь следующий вид:
ξ_ф=√(ξ_б^2+ξ_з^2 )
где ξ_б – погрешность базирования заготовки в приспособлении;
ξ_з – погрешность закрепления заготовки в приспособлении.
При установке в проектируемом приспособлении конструкторская база не совпадает с технологической базой.
В этом случае погрешность базирования заготовки ξ_б будет равна величине допуска линейного размера 83-0,14 мм.
S_max1=L_max-l_min
S_max1=83,0-82,86=0,14 мм.
Погрешность закрепления заготовки в приспособлении в нашем случае можно принять нулю, так как направление вектора зажима не совпадает с направлением выполняемого размера.
Допустимая погрешность ξ_доп установки заготовки в приспособление выполняется по зависимости:
ξ_доп=√((Т-∆_пр )^2-τ^2 )
где Т – величина допуска на выполняемый размер;
∆_пр – погрешность размера, связанная с приспособлением;
τ – погрешность размера, связанная с методом обработки.
Величина ∆_пр вычисляется по формуле:
∆_пр=∆_пр1+∆_пр2
где ∆_пр1 – погрешность изготовления приспособления;
∆_пр2 – погрешность установки приспособления на станке.
Погрешность выполняемого размера равен 0,3 мм, а погрешность ∆_пр1 можно принять 1/3 от допуска на настроечный размер. В нашем случае настроечным является размер 〖83〗_(-0,14). Тогда ∆_пр1=0,046 мм. Погрешность ∆_пр2 согласно рекомендациям справочников для деталей нормальной точности может быть принята 0,02 мм.
∆_пр=0,046+0,02=0,066 мм.
ξ_доп=√((0,3-0,066)^2-〖0,02〗^2 )=0,23 мм
Получаем:
0,14≤0,23.
Принимаемая схема базирования обеспечивает точность выполнения размера 5±0,15 мм.












4 Расчет составляющих сил резания

Определим усилие возникающие в процессе резания:
P_z=(10∙C_p∙t^x∙s_z^y∙B^u∙z)/(D^q∙n^w )∙К_мp
где t – глубина фрезерования, мм;
Sz – подача на зуб, мм/зуб;
B – ширина фрезерования, мм;
z – число зубьев фрезы;
D – диаметр фрезы, мм;
n – частота вращения шпинделя, об/мин;
Кмр – коэффициент качества обрабатываемого материала.


Коэффициенты:
К_мp=(σ_в/750)^n
σ_в= 410 МПа, для стали 10 ГОСТ 1050-2013;
k_mp=(410/750)^0,3=0,83
C_p=68,2; x=0,86; y=0,72; u=1,0; q=0,86; w=0
P_z=(10∙68,2∙5^0,86∙〖0,1〗^0,72∙8∙16)/〖63〗^0,86 ∙0,83=1562 Н.


Горизонтальная составляющая: P_h=1,1∙1562=1719 Н.
Вертикальная: P_v=0,25∙1562=391 Н
Радиальная: P_y=0,5∙1562=781 Н
Осевая: P_x=0,3∙1562=469 Н
Составим расчетную схему действующих сил в процессе фрезерования.


Рисунок 4.1 - Расчетная схема для определения силы зажима заготовки

Рассмотрим условие равновесия сил относительно оси z. Сила резания P_z стремится сдвинуть заготовку влево. Это усилие воспринимает призма, в которую упирается заготовка. Смещения заготовки не происходит, расчет относительно оси z не требуется.
Сила резания P_z стремится опрокинуть заготовку относительно точки А. Этому препятствует составляющая силы резания P_y и сила зажима заготовки. Уравнение равновесия моментов сил будет иметь вид:
-К∙P_z∙b+W∙c+К∙P_y∙d
Cледовательно:
W=(K∙(P_z∙b-P_y∙d))/c
W=(2,7∙(1562∙22-781∙66))/17=-2729 Н.
Получается, что силы резания будут прижимать заготовку к призме и опоре-основанию, а прижим нужен только для фиксации заготовки.
Так как фреза является трехсторонней, составляющие силы резания на ее боковых гранях P_х, направленные вдоль оси фрезы, будут компенсировать друг друга. Значит, разворота заготовки в процессе фрезерования не будет.












5 Расчёт привода приспособления

В нашем приспособлении планируется использовать диафрагменную пневмокамеру.


Рисунок 5.1 - Схема конструкции пневмокамеры (D – диаметр диафрагмы; d диаметр опорного диска диафрагмы; N – толкающая сила на штоке; p- давление воздуха, подаваемого в пневмокамеру)

Расчетные зависимости для определения размерных параметров элементов пневмокамеры:
Q_н=(π∙(D-d)^2∙p)/4,

где Q_н – сила на штоке пневмокамеры в начальном положении диафрагмы;
p – давление воздуха в пневмокамере (0,5 МПа или 50 Н/см2);
D – диаметр нажимного диска;
d - диаметр штока пневмокамеры, d=12 мм.
Диафрагма оттягивается в процессе работы, следовательно, чтобы учесть ее амортизирующие свойства, рассчитывают силу на штоке Q_к в конечном положении сила на штоке будет равна:
Q_н=0,9∙(π∙(D-d)^2∙p)/4
Из формулы определяем соотношение размеров нажимного диска и штока:
(D-d)^2=(4∙Q_к)/(0,9∙π∙p)
Так как усилие зажима нам требуется только для ориентации детали и от несчастного случая примем усилие зажима Q_к=500 Н.

Получаем:
(D-d)^2=(4∙500)/(0,9∙3,14∙50)=14,1 〖см〗^2.
При d=1,2 см диаметр нажимного диска будет иметь значение 5,0 см.
Принимаем камеру диаметром 90 мм.