Шишкин Основы проектирования станочных приспособлений 2010. Конструкторскотехнологическое обеспечение машиностроительных производств Москва 2010
 Скачать 7.83 Mb.
|
|
, мкм, в стыке заготовка-опора СП Тип опоры Перемещение Опора с головкой сферической ГОСТ 13441-68*) 8,2(θ 2 Q 2 /rи) 1/3 +0.46Rmax{Q 1/3 /[3.3πHB(θrи) 2/3 ]} 1/3 насеченной ГОСТ 13442-68*) 0,46Rmax{Ql 2 /[πD 2 (b1+2u) 2 HB]} 1/3 плоской ГОСТ 13440-68*) и пластины опорной ГОСТ 4743-68*) (4+ Rmax 3 )[100Q/(AC`σ T b Σ )] 1/(2+ν3) +0.13R B3 Призма с углом 2α 1/sin И K и 0.4 (q/d) 0.2 + +1.07C ш /К и 1/[5(ν0 +ν3 )] (q/d) 1/[10(ν0 +ν3 )] } Примечания 1. сила, действующая по нормали на опору, Н. 2. суммарная линейная нагрузка, действующая по нормали к рабочим поверхностям призмы, Н/см. 3. индексы 0 и 3 означают, что рассматриваемые параметры относятся к заготовке и к опоре соответственно. 4. ЕЕ - соответственно модули упругости, ГПа, и коэффициенты Пуассона материала опоры и заготовки. 5. Упругая постоянная материалов контактирующих заготовки и опоры (1/ГПа). θ=(1- μ 0 2 )/ ЕЕ. НВ-твердость материала заготовки по Бринеллю. 7. С- безразмерный коэффициент стеснения, характеризующий степень упрочнения поверхностных слоев обработанных без заготовки 8. d– диаметр цилиндрической базы заготовки, мм. 9. ITd– допуск на диаметр, мм. 10. σ T – предел текучести материала заготовки, МПа. 11. A– номинальная площадь опоры, мм 12. Радиус изношенной сферической опоры, мм, и, где r– радиус неизношенной сферической опоры(ГОСТ мм. 13. u– линейный износ опоры (призмы, мм. 14. 2α- угол призмы. 15. R max – наибольшая высота неровностей профиля, мкм, см. табл. 16. R z - высота неровностей профиля по десяти точкам, мкм. 250 17. среднеарифметическое отклонение профиля, мкм. 18. Для практических расчетов принимают R max ≈ 1.25R z ≈6R a 19. ν и b – безразмерные параметры опорной кривой. 20. W и R B соответственно высота, и длина волны поверхности, мкм. 21. Безразмерный приведенный параметр кривой опорной поверхности, характеризующий условия контакта базы заготовки с опорой. b Σ =0.24(0.4-0.1ν 3 )b 3 (4+R max 3 ) 2+ ν3/ Rmax 3 ν3 22. Безразмерный коэффициент, учитывающий влияние износа призм, K и = ) 5 , 0 /( d R R и и − , где и – радиус изношенной поверхности призмы, мм если обрабатываемая поверхность заготовки расположена с одной стороны от призмы, то и 2 +(0.5ITd+0.57u)ctgα] 2 /u; если обрабатываемая поверхность заготовки расположена с двух сторон от призмы, то и. 23.С M ,С B ,С ш – Безразмерные расчетные коэффициенты (см. табл. П. При проектном расчете опор, не бывших в эксплуатации, принимают и =r; u=0 и Ки=1. Перемещения Y рассчитывают по средним значениям входящих параметров. Таблица П Данные для определения коэффициентов СМ, СВ ,С ш Материал заготовки СМ Ка Ка Сталь Чугун Бронза Алюминиевые сплавы 0,026 0,033 0,04 0,056 0,82 1,145 1,2 1,46 0,695 0,536 0,55 0,49 0,62 0,67 0,676 0,87 0,55 0,582 0,575 0,56 Примечания 1.С В =К(1+W 3 ) α 2.C ш =K 1 (1+W 3 +Rz 0 + Rz 3 ) α1 Таблица П Формулы для расчета погрешности закрепления Δ 3 252 Таблица П Параметры качества цилиндрических баз заготовок Rz 3 ΔRz 3 W 3 ΔW 3 Материал заготовки Метод обработки базы мкм V 3 Точение 30 15 7,5 3,8 20 10 5 2,5 10 8 5 3 10 8 6 2 1,94 1,89 1,8 1,51 Сталь Шлифование цилиндрических наружных поверхностей 7,5 3,8 1,7 1 5 2,5 1,25 0,65 5 3 2 1,5 5 2 2 1 2,18 1,94 1,92 1,9 Чугун Точение 30 15 7,5 3,8 20 10 5 2,5 10 8 5 3 10 8 6 2 2,6 2,2 2,1 1,8 Шлифование цилиндрических наружных поверхностей 7,5 3,8 1,7 5 2,5 1,25 5 3 2 5 2 2 1,99 1,95 1,83 Бронза 30 15 7,5 3,8 20 10 5 2,5 10 8 5 3 10 8 6 2 2,2 1,95 1,9 1,4 Алюминиевые сплавы Точение 30 15 7,5 3,8 20 10 5 2,5 10 8 5 3 10 8 6 2 1,8 1,65 1,6 1,6 Примечание. Значение ΔW 3 приведены для случая обработки баз заготовок на нескольких станках одной модели. При обработке баз на одном и том же станке ΔW 3 ≈ 0,3W 3 . 253 Таблица П Параметры качества плоских баз стальных и чугунных заготовок Во многих технологических расчетах необходимо знать жесткость стыка заготовка-опоры приспособления j = Q/y·10 6 , где, как указано выше, нормальная сила Q в На перемещение Y в мкм. Пример П 1. Дано заготовки из чугуна (Е = 140 ГПа, μ 3 = 0,25; НВ170-190; R max = 230-300 мкм) устанавливают на сферические опоры (Е = 210 ГПа, μ 0 = 0,3; r = 20 мм. Действующая по нормали на одну опору сила Q = 2000±300 Н. Допустимый износ опоры u = 300 мкм = 0,3 мм. Определить минимальную жесткость стыка вначале эксплуатации (u = 0, и = r) и погрешность закрепления до допустимого износа. 2. Исходя из условий Q = 2000 Н ΔQ = 600 Н R max = 250 мкм ΔR max = = 100 мкм твердость НВ = 180, по табл. П вычисляем 254 θ = (1 – 0,3 2 )/210 + + (1 – 0,25 2 )/140 = 1,1/10 3 , 1/ГПа; и = 20 2 /(20 – 8·0,3) = 22,8 мм. 3. По табл. П. 3.1 Y = 8,2 (1,1/10 3 ·2000 2 /20) 1/3 + 0,46·250·{2000 1/3 [3,3π180(1,1/10 3 ·20) 2/3 ]} 1/3 = = 161,2 мкм. 4. ς= 2000/161,2·10 6 = 12,4·10 6 Нм. 5. По табл. П Δ 3 I = {6,2[(1,1/10 3 ) 2 /(20·2000)] + + 250/(19,56·2000 8/9 )· [1/(10,4· 180·· (1,1/10 3 ·20) 2/3 ]} 1/3 · 600 = 10 мкм Δ 3 II = {2000 1/3 /[22,4·180·(1,1/10 3 ·20) 2/3 ]} 1/3 ·100 = 57 мкм и = 125{(1,1/10 3 ·2000/20 2 ) 2/3 + = 250/20 11/9 [2000 1/3 /(10,4·180·(1,1/10 3 ) 2/3 )](22,8-20)} = 4,96 мкм 6. 2 з 57 4,96 62,8 мкм Пример П 1. Дано заготовки из чугуна (R max = 230- 300 мкм НВ170-190) устанавливают на рифленые опоры 7034-0379 ГОСТ 13442–68* (D = 20 мм t = = 2 мм b 1 = 0,5 мм. Действующая по нормали на одну опору сила Q = = 2000±300 Н. Допустимый износ опоры u = 300 мкм. Определить минимальную жесткость стыка заготовка-опора приспособления вначале эксплуатации (u = 0) и погрешность закрепления при эксплуатации до допустимого износа. 2. Исходя из условий Q = 2000 Н ΔQ = 600 Н R max = 250 мкм ΔR max = = 100 мкм НВ = 180. 3. По табл. П 3.1 Y = 0,46·250{2000·2 2 /[π·20 2 (0,5 + 20 2 ) ·180]} 1/3 = 35,75 мкм 4. ς = 2000/35,75·10 6 = 55,95·10 6 Нм. 5. По табл. П 3.3 Δ 3 I = 0,15·250/2000 2/3 [2 2 / (π20 2 ·0,5 2 ·180] 1/3 ·600 = 6 мкм Δ 3 II = 0,46[2000·2 2 /( π20 2 ·0,5 2 ·180) 1/3 ] ·100 = 24,2 мкм и = 0,46·250[2000·2 2 /( π20 2 ·180] 1/3 ·[1/0,5 2/3 – 1/(0,5 + + 2·0,3) 2/3 ] = 24,7 мкм 6. 2 з 24,2 24,7 49,65 мкм Пример П 1. Дано заготовки из стали 45, диаметром 50 +0,2 мм, обработанные точением (Rz 3 = 30 мкм ΔRz 3 = 20 мкм V 3 = 1,9; W 3 = 8 мкм ΔW 3 = 6 мкм, устанавливают в призме с углом 2α = 90 ° для фрезерования шпоночного паза. Нормальная нагрузка 255 на опоре q = 2000 Н/см. Максимально допустимый износ опорной поверхности призмы u = 0,3 мм. Сила резания приложена с одной стороны призмы. Определить минимальную жесткость стыка заго- товка-опора СП вначале эксплуатации (u = 0, Кии погрешность закрепления при эксплуатации до допустимого износа. 2. По табл. П. 3.2 См = 0,026; Ка Ка Св = 0,82 (1 + 8) 0,695 = 3,8; С ш = (0,62 91 + 8 + 3,5 + 30) 0,55 = 4,85. Вычисляем и = 0,22 [ 3 , 0 50 28 , 2 ⋅ ⋅ + (0,5·0,2 + 0,57·0,3)ctg 45 °] 2/0,3 = 26,3 мм К и = ·50) 5 , 0 3 , 26 /( 3 , 26 − = 4,5. 3. По табл. П при Rz 0 = 3,5 мкм и V 0 = 2 Y = 1/sin 45 °·{[0,026/(10·1)] 2000 + 1,15·3,8/1 0,4 (2000/50) 0,2 + + 1,07·4,85/1 1/[5(2+1,9)] · (2000/50) 1/[1092+1,9)] } = 18,4 мкм 4. j = 2000·2l/18,4·10 6 = 219·10 6 l Нм. 5. По табл. П при Rz 0 = 1,1 мкм и V 0 = 1,4. Δ 3 I = 0,1·0,026/sin 45 °·600 = 2,2 мкм Δ 3 II = {1,1·2000 1/[10(1,1+1,9)] 0,62·0,55/[sin 45 o (1 + 8 + 1,1 + + 30) 1-0,55 ]} ·20 = 2 мкм Δ 3 III = {0,87·2000 0,2 ·0,82·0,695/[sin 45 o ·50 0,2 (1 + 8) 1-0,695 ]}6 = 5,9 мкм и = 0,1/sin 45 o · [0,4·0,026·2000/ (1 + 4,5) 2 + 3·0,82(1 + 8) 0,695 / (1 + + 4,5) 0,4 · (2000/50) 0,2 ] (4,5 – 1) = 6,25 мкм 6. 2 з 2 5,9 6,25 12,85 мкм В компоновках разборных СП необходимо учитывать перемещения, при этом следует пользоваться следующей зависимостью, где p 0 – давление, возникающее в стыках разборных СП при установке их элементов, МПа р – давление, возникающее в стыках элементов разборных СП от сил закрепления и резания, МПа n – число стыков в направлении действия сил. 256 ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Погрешность положения заготовки в приспособлении п Погрешность положения пр заготовки возникает в результате погрешностей изготовления СП, погрешностей установки и фиксации СП на станке и износа опор СП. Погрешность изготовления приспособления ус зависит в основном от точности изготовления деталей СП. Точность изготовления опор и других стандартных деталей СП см. Расчеты допусков и посадок для СП в некоторых распространенных случаях см. Допуски ответственных размеров нестандартных изделий СП обычно составляют 10-30% допуска на соответствующий обрабатываемый размер заготовки. Как правило, ус <=0,01-0,005 мм. Составляющая с возникает в результате перемещений и перекосов корпуса приспособлений на столе, планшайбе или шпинделе станка. В массовом производстве при однократном неизменном закреплении СП на станке эту величину доводят до определенного минимума выверкой и считают постоянной в течение эксплуатации данного СП. При определенных условиях составляющая сможет быть устранена соответствующей настройкой станка. В серийном производстве, когда имеет место многократная периодическая смена СП на станках, с превращается в случайную некомпенсируе- мую величину, изменяющуюся в определенных пределах. На величину с влияют износи возможные повреждения поверхностей сопряжения в процессе регулярной смены СП. При соблюдении рациональных условий смены СП и при правильном выборе зазоров в сопряжениях величину с можно снизить до 0,01-0,02 мм. Составляющая и характеризует изменение положения базирующих поверхностей опор в результате их износа в процессе эксплуатации СП. Интенсивность износа опор зависит от их конструкции и размеров, материала и массы заготовки, состояния ее база также условий установки заготовки в СП и снятия после обработки. Число установок, вызывающих износ опоры на 1 мкм, называют износостойкостью опор С. Величину С рассчитывают в порядке, указанном в табл. П. При известной величине С ф (фактическая износоспособность) можно определить погрешность обработки, связанную с износом 257 опор при заданном числе установок N, или оценить допустимое по износу число установок и, следовательно, найти периодичность замены опор СП. В этом случае необходимо предварительно рассчитать допустимый износ опор и доп . Износостойкость можно также определить по зависимости С=m-m 1 П 1 -m 2 П 2 . Коэффициенты m, m 1 и m 2 приведены в табл. Па критерии Пи П – в табл. П. Таблица П Коэффициенты m, m 1 , m 2 Опоры m Постоянные с головками сферической плоской и рифленой 1529 2248 981 1212 481 65497 Пластины опорные 6832 4287 293750 Призмы 1818 1014 1309 Таблица П Расчет износостойкости Сопор Последовательность и содержание расчета Формула, рисунок или таблица Выбрать твердость HV рабочих поверхностей опор Табл. П Определить критерий износостойкости Пс учетом материала заготовки и опор Табл. П Вычислить силу Q, действующую по нормали на опору, с учетом сил резания, закрепления, массы заготовки и т. п. По нормативным материалам для данной схемы базирования заготовки Определить номинальную площадь касания F с базой заготовки Табл. П Вычислить критерий нагружения опор П П) Для найденных значений Пи П определить С Рис. П К=Кt*KL*Ky м При L<25 мм К при 25<L<100 мм К при L>100 мм К Определить поправочные коэффициенты К общий К, учитывающий время неподвижного контакта заготовки с опорами (м – машинное время обработки) К, учитвающий влияние длины L пути скольжения заготовки по опорам СП в момент базирования К, учитывающий условия обработки Табл. П Вычислить фактическую износостойкость Сф Сф=С/K 258 Таблица П Твердость опор СП Твердость опор э HV Область применения 46,5-56 56-61 61-66 470-615 615-717 717-830 При серийном производстве деталей по 8-12 ква- литету При обработке деталей по 7-8 квалитету и установке по необработанным базам При массовом или серийном производстве деталей по 6-7 квалитету Таблица П Критерий износостойкости П Материал опор Материал заготовки Сталь 20 (цементо- ванная, закаленная) Сталь Х закаленная) Сталь У10А закаленная) Сталь 45 (хромированная базирующая поверхность опор) Сплав ВК8 Чугун Сталь незака- ленная закаленная Рис. П. Графики для определения износостойкости С опоры а – штырей с плоской головкой б – штырей со сферической головкой в – пластин г – призм 260 Таблица П Номинальная площадь касания опор с базой заготовки, F, мм 2 Опоры постоянные со сферической головкой ГОСТ 13441-68 * ) Призмы опорные Пластины опорные ГОСТ 4743-68 * ) Материал заготовки Материал заготовки Номинальный диаметр D опоры, мм Сталь Чугун Диаметр устанавливаемых валов, мм Сталь Чугун Исполнение Исполнение с пазами) Размеры в плане, мм 6 1,76 1,31 10-15 7,9 4,0 640 480 16*60 12 2,78 2,06 15-20 11,6 6,0 960 720 16*90 16 3,36 2,50 20-25 15,0 7,1 1066 800 20*80 20 3,90 2,90 25-35 21,2 11,2 1600 1200 20*120 25 4,52 3,35 35-45 28,5 14,8 1660 1250 25*100 30 5,18 3,76 45-60 36,1 18,7 1500 1875 25*150 40 5,27 4,56 60-80 48,5 25,2 2400 1800 30*120 - - - 80-100 61,0 31,6 3600 2700 30*180 Примечания 1. Таблица составлена для случая, когда действующая на опору нормальная сила Q=10 кН, причем площадь F не зависит от силы Q для пластин (ГОСТ 4743-68*). 2. Для опор со сферической головкой (ГОСТ 13441-68*) и опорных призм в общем случае табл, где табл – указанная в таблице площадь F. 3. Величину F для постоянных опор с плоской (ГОСТ 13440-68) и насеченной (ГОСТ 13442-68*) головками определяют по фактической площади рабочей поверхности. Таблица П Поправочный коэффициент К Материал заготовки Методы обработки К y Точение, фрезерование, сверление без охлаждения Чугун Шлифование без охлаждения 1,58 Точение, фрезерование, сверление сохла- ждением 0,94 Сталь с твердостью НВ 150-220 Тоже, без охлаждения 1,0 э 46,5-63 Шлифование с охлаждением 1,32 261 Пример П Дано У цилиндрических заготовок диаметром d = 50 +0.2 мм, устанавливаемых в призму с углом 2 α = о (рис. П, фрезеруют шпоночный паз. Определить погрешность установки при выполнении размера после обработки 15000 деталей. Фрезы после переточки настраивают по установу; сила, действующая на призму, Q = 10000 Н (что соответствует нагрузке q = = 2000 Н/см); машинное время м = 1,95 мин, фрезерование выполняют с охлаждением призма изготовлена из стали Х, подвергнута цементации и закалке. Все остальные данные, необходимые для расчета, принять по примеру П.3.3 Рис. П. Схема к примеру П 2. 2 б з.о з.и ус с у и Δ = Δ + ε + ε + ε + Δ + Δ 3. По табл.П.2 б sin 1) 0,5 0,2(1/ sin 45 1) 0,041 мм 41 мкм = α − = ⋅ ° − Из примера П ε з.о =6,6 мкм. Износостойкость призмы рассчитывают поданным табл. 1, 6. Твердость призмы HV650 (табл. П. Критерий П = 1,03 табл. П, F = 36,1 мм (табл. П, 2 1000 / (36,1 650) 0,042 Π По табл.П.4.1 m = 1818, m 1 = 1014, m 2 = 1309, 721 042 , 0 1309 03 , 1 1014 С установок/мкм, у L t K K K K ⋅ ⋅ = Определим поправочный коэффициент (табл. П) 262 54 , 1 95 , 1 79 , 0 = ⋅ = t K ; K L = 1 при L 25 ≤ мм у 94 , 0 Фактическая износостойкость С ф = 721/1,45 = 500 установок/мкм. Нормальный износ призмы u = 15000/500 = 30 мкм, и = 30/0,707 = 42,5 мкм. Радиус изношенной поверхности призмы при одностороннем приложении силы резания 3 и 0,22 ( 2,28 50 3 10 (0,5 0,2 0,057 3 10 )ctg 45 ) 28 см 10 R − − − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ + ⋅ ⋅ ° = = ⋅ , и 0,5 50 3,2 По табл. П 0,2 0,695 з.и 2 0,4 0,1 0,4 0,026 2000 3 0,82(1 8) 2000 (3,2 1) 4,6 мкм 45 (1 3,2) (1 3,2) 50 ⎛ ⎞ ⋅ ⋅ ⋅ + ⎛ ⎞ ε = + ⋅ − Согласно рекомендациям, приведенным на см. [14], принимаем ус = 10 мкм и с = 20 мкм. 2 у 6,6 4,6 42,5 10 20 115,4 мкм = + + + + + = |