Шишкин Основы проектирования станочных приспособлений 2010. Конструкторскотехнологическое обеспечение машиностроительных производств Москва 2010
 Скачать 7.83 Mb.
|
|
1.3. Задачи для практических занятий Разработать теоретические схемы базирования. Задача 1. Обеспечить при фрезеровании симметричность шпоночного паза относительно цилиндрической поверхности (рис. 1.44). Рис. 1.44 Задача 2. Обеспечить при сверлении отверстий d 1 и d 2 перпендикулярность их осей к поверхности Асимметричность относительно продольной оси и соосность отверстия d 1 относительно втулки D (рис. 1.45). Рис. 1.45 47 Задача 3. Обеспечить при фрезеровании плоскостей Б и В параллельность основанию и симметричность относительно плоскости симметрии (рис. 1.46). Рис. 1.46 Задача 4. Обеспечить при растачивании отверстия d размер Н, параллельность оси отверстия к плоскости А, перпендикулярность к базе Б и симметричность к плоскости В (рис. 1.47). Рис. 1.47 Задача 5. Обеспечить при нарезании резьбы М ее радиальное биение относительно отверстия d (рис. 1.48). В Б 48 Рис. 1.48 Задача 6. Обеспечить при растачивании отверстия d симметричность его оси к продольной оси симметрии заготовки и перпендикулярность к основанию (рис. 1.49). Рис. 1.49 Задача 7. Обеспечить при шлифовании поверхностей Б и В требуемые биения относительно базы А (рис. 1.50). Рис. 1.50 49 Задача 8. Обеспечить при фрезеровании поверхности В ее перпендикулярность к базам А, Б и выдержать размер L (рис. 1.51). Рис. 1.51 Задача 9. Обеспечить при сверлении отверстия d угол α, размер L в требуемых допусках и перпендикулярность оси отверстия к базе Б (рис. 1.52). Рис. 1.52 Задача 10. Обеспечить при сверлении отверстия d требуемый размер L, симметричность оси отверстия к базе Б и параллельность к базе В (рис. 1.53). 50 Рис. 1.53 Задача 11. Обеспечить при шлифовании поверхностей Б требуемые биения относительно базы А (рис. 1.54). Рис. 1.54 Задача 12. Обеспечить при растачивании отверстия d симметричность оси к контуру заготовки и перпендикулярность к базе А рис. 1.55). Рис. 1.55 51 Задача 13. Обеспечить при фрезеровании поверхностей Б требуемые отклонения размера L и допуск расположения (рис. 1.56). Рис. 1.56 Задача 14. Обеспечить при фрезеровании лыски требуемые отклонения (рис. 1.57). Рис. 1.57 Задача 15. Обеспечить при фрезеровании паза шириной b его симметричность относительно базы и выдержать размер Н (рис. 1.58). Рис. 1.58 52 Задача 16. Обеспечить при сверлении отверстия d перпендикулярность к базе и требуемый размер Н (рис. 1.59). Рис. 1.59 Задача 17. Обеспечить при шлифовании поверхности А требуемое биение (рис. 1.60). Рис. 1.60 Задача 18. Обеспечить при фрезеровании плоскости Б угол α в требуемом допуске (рис. 1.61). Рис. 1.61 53 Задача 19. Обеспечить при фрезеровании плоскостей Б и В параллельность основанию и выдержать размеры L и Н (рис. 1.62). Рис. 1.62 Задача 20. Обеспечить шлифованием поверхностей Аи Б биения в пределах 0,03 мм относительно нарезанной резьбы (рис. 1.63). Рис. 1.63 Задача 21. Обеспечить требуемые отклонения боковых поверхностей вилки при обработке их точением (рис. 1.64). Рис. 1.64 54 Задача 22. Обеспечить при обработке отверстий d требуемые позиционный допуски перпендикулярность к поверхности А (рис. 1.65). Рис. 1.65 Рис. 1.66 Задача 23. Обеспечить при обработке отверстия d требуемый угол о и перпендикулярность оси отверстия к основанию (рис. 1.66). Задача 24. Обеспечить при обработке трех отверстий d позиционный допуск относительно баз А, Б и перпендикулярность осей отверстий относительно базы В (рис. 1.67). Рис. 1.67 55 Глава 2 ЗАКРЕПЛЕНИЕ ЗАГОТОВОК 2.1. Основные определения и назначение зажимных устройств Закрепление заготовок в приспособлениях является одним из наиболее важных моментов эксплуатации приспособлений. Так, если допущена ошибка в схеме базирования, то она приведет к появлению брака. Если же допущена ошибка при расчете требуемых сил закрепления, то при эксплуатации возможны случаи травматизма, что недопустимо. И виноват будет конструктор, разработавший конструкцию приспособления. Поэтому данному разделу в методике проектирования необходимо уделить значительно большее внимание. Наиболее полно теоретический материал по расчету сил закрепления на настоящее время представлен в источнике [11]. В данном пособии работа профессора В.С. Корсакова является основой, которую авторы попытались расширить применительно к одному конкретному вопросу, а именно расчету сил закрепления. Основные определения по базированию и закреплению, как отмечалось выше, изложены в ГОСТ 21495–76. Согласно данному стандарту установка – процесс базирования и закрепления заготовки или изделия закрепление – приложение сил и пар сил к заготовке или изделию для обеспечения постоянства их положения, достигнутого при базировании. Вопросы базирования рассмотрены в данном пособии выше. В свою очередь закрепление заготовки предопределяет ряд нескольких последовательных задач. Первоочередной задачей при проектировании зажимного устройства, как этапа конструкторской проработки приспособления, является расчет требуемой силы закрепления. 56 Основное назначение зажимных устройств – обеспечение надежного контакта заготовки с установочными элементами, предупреждающими ее смещения и вибрации в процессе обработки [11]. На рис. 2.1 представлены варианты поведения заготовки при ее смещении и нарушении контакта с установочными элементами приспособления и комплексное поведение заготовки при неправильно рассчитанных силах закрепления. Рис. 2.1. Схемы поведения заготовки при неправильном закреплении Рассматриваемый пример характерен для операции строгания с закреплением заготовки в машинных тисах. На риса представлен вариант поведения заготовки при недостаточной силе закрепления, в результате чего заготовка смещается относительно губок без нарушения ее контакта с рабочей поверхностью приспособления по основанию заготовки, которая может быть установочной базой или направляющей, что определяется комплектом баз. В результате возникает смещение заготовки на величину ∆ см. На рис. 2.1, б представлено нарушение контакта заготовки (∆k) с установочной поверхностью приспособления. Причиной такого поведения заготовки без нарушения схемы базирования является 57 наличие зазоров в направляющих элементах подвижной губки, низкая жесткость крепления губок к корпусу и подвижному элементу тисов. На практике в большей степени встречаются случаи, когда проявляется комплексное смещение и нарушение контакта заготовки с установочными элементами приспособления, естественно, при недостаточных силах закрепления заготовки. На рис. 2.1, в показано смещение заготовки при нарушении контакта на величину ∆k по одной базе и ее смещение подругой на величину ∆ см. В качестве дополнительных назначений зажимных устройств следует выделить устройства для повышения жесткости технологической системы (для исключения вибрации заготовки. Наиболее простыми примерами проявления вибрации при механической обработке заготовок является обтачивание или шлифование заготовок малого диаметра при достаточно большой ее длине. В результате чего возникает автоколебательные процессы, приводящие к дроблению при обработке. При такой обработке появляется огранка на поверхности обрабатываемой заготовки или увеличение шероховатости поверхности, что в томи другом случаях является недопустимым. В качестве приспособлений для повышения жесткости технологической системы возникает необходимость применения люнетов подвижных и неподвижных) или применение дополнительных регулируемых опор. Применение люнетов на операции точения и дополнительной опоры при фрезеровании показано на рис. 2.2. Кроме этого, само приспособление может являться источником автоколебательных процессов в технологической системе (также, как и инструмент, заготовка и станок. Поэтому при проектировании приспособления необходимо стремиться к повышению его жесткости. Следующим дополнительным назначением зажимных устройств в отдельных случаях является синтез их функциональных назначений с установочными элементами приспособлений. На рис. 2.3 показан пример применения призмы (установочный элемент приспособления по опорной базе для короткого корпуса подшипника) в качестве зажимного устройства. 58 а) б) в) Рис. 2.2. Повышение жесткости технологической системы за счет приспособлений а – применение неподвижного люнета б – применение подвижного люнета в – применение дополнительной регулируемой опоры Таким образом, назначение зажимных устройств в приспособлениях является достаточно ответственным как по закреплению заготовок, таки по определению в отдельных случаях их положения в пространстве, те. базированию, а в целом – установке заготовки Рис. 2.3. Установочный элемент (призма, выполняющая функцию зажимного устройства 2.2. Силы, действующие на заготовку при обработке При расчете требуемой силы закрепления первоочередной задачей является выявление всех действующих на заготовку сил, их изменение как по величине, таки по направлению и месту приложения в каждый момент времени. Только в таком случае появляется возможность определить максимальную силу закрепления заготовки и избежать нарушения контакта ее с установочными элементами или смещения. По своей природе силы, действующие на заготовку, различны, поэтому выделяют несколько групп сил, которые необходимо учитывать при расчете требуемой силы закрепления заготовки. 2.2.1. Силы резания Для большинства случаев основной силой, по которой рассчитывают силу закрепления, является сила резания. Но данное условие не всегда является обязательным. Сила резания как вектор может менять как величину, таки направление. Для отдельных методов обработки необходимо рассматривать только изменение величины силы (работа осевого инструмента, для других – изменение только направления, например, растачивание отверстия резцом, но достаточно часто возникает необходимость учитывать изменение силы и по величине и по направлению. На рис. 2.4 показаны эпюры осевой силы Рои момента от сил сопротивления резанию М р при сверлении сквозного отверстия. 60 Величина осевой силы увеличивается при врезании, причем, нелинейно, так как сила сопротивления, возникающая на поперечной кромке, составляет до 57 % общей осевой силы, а длина кромки по сравнению с главными режущими кромками достаточно мала [18]. При выходе инструмента на полную глубину резания (те. на диаметр обрабатываемого отверстия) осевая сила достигает максимума и при увеличении глубины сверления практически не меняет своего значения. На выходе сверла из отверстия происходит изменение осевой силы по величине, так как уменьшается глубина резания. Но при работе сверла на самом последнем участке обрабатываемого отверстия резание производится переходом главных режущих кромок во вспомогательные. При правильной заточке сверла на второй половине оборота резание производится вспомогательными режущими кромками. В результате происходит кратковременное изменение осевой силы на противоположное, что объясняется наличием угла наклона канавок сверла (на практике говорят, что заготовку подхватывает. Рис. 2.4. Эпюры осевой силы и момента от сил сопротивления резанию при сверлении Момент от сил сопротивления резанию изменяется практически в течение всей продолжительности сверления отверстия. При врезании увеличение момента резания происходит из-за увеличения глубины резания. При увеличении глубины отверстия некоторое повышение момента от сил сопротивления резанию (дона- блюдается за счет увеличения сил трения по вспомогательным режущим кромкам сверла ив отдельных случаях, трения стружки о 61 стенку обрабатываемого отверстия. На выходе сверла первоначально происходит снижение момента за счет уменьшения глубины резания, а затем момент вновь возрастает, особенно при обработке вязких материалов. Увеличение момента происходит из-за среза металла вспомогательными режущими кромками (именно в этот момент времени осевая сила Ро меняет свое направление. По длительности увеличение момента соответствует времени поворота сверла на последнюю половину оборота. При точении или растачивании на токарных операциях наблюдается изменение величины сил резания (рис. 2.5) за счет неравномерного распределения припуска как по длине, таки по сечению. Причем неравномерный припуск по сечению образуется или за счет погрешности формы (овальность, или при отсутствии соосности заготовки и обрабатываемой поверхности. Колебания сил резания при неравномерном припуске по сечению приводит к изменению величины силы резания дважды за один оборот овальной заготовки или один раз за оборот при отсутствии её соосности с получаемой поверхностью. Рис. 2.5. Источники изменения величины силы резания при точении К изменению величины силы резания при механической обработке может привести различная по поверхности твердость обрабатываемого материала. Изменение направления действия сил резания характерно для многих операций механической обработки. На рис. 2.6 показаны примеры изменения направления силы резания при растачивании отверстия в корпусе подшипника и при обработке контура плиты концевой фрезой с прямым зубом. При растачивании отверстия (риса) в каждый момент времени за один оборот расточной оправки происходит изменение направления силы резания. Для положения резца в точке 1 характерно смещение заготовки под действием составляющих силы резания ′ y P и x P′ , действующих на заготовку. Под действием составляющей z P′ возможно нарушение контакта заготовки с установочными элементами. В точках 2, 3 и 4 меняют направление составляющие ′ y P и z P′ при неизменном направлении составляющей силы резания x P′ , которая в сумме с другими ( ′ y P или z P′ ), действует на смещение заготовки. Величина силы резания при равномерном припуске остается постоянной. а) б) Рис. 2.6. Изменение направления сил резания при растачивании отверстия (аи при обработке контура заготовки фрезерованием (б) При фрезеровании контура результат воздействия инструмента на заготовку 1 – возможное смещение относительно плоскости основания. Для расчета сил закрепления определяющим является именно смещение заготовки, а не направление смещения. Значительно более сложные явления происходят, если силы резания меняют как свою величину, таки направление при врезании инструмента и на его выходе. Существенное влияние при этом оказывает глубина резания. Наиболее характерными примерами являются операции фрезерования дисковой фрезой паза или цилиндрической плоскости. На рис. 2.7 представлено изменение величины и направления силы резания при глубине резания t < 2,5 мм. Как следует из схем, составляющие силы резания, действующие на заготовку при врезании инструмента, стремятся ее сместить и нарушить контакт. Тогда как после врезания преобладает действие сил резания на смещение и прижим заготовки. Необходимо отметить, что и при работе каждого зуба фрезы наблюдается изменение величины и направления действующих сил (положения 1, 2). Рис. 2.7. Изменение величины и направления силы резания при фрезеровании с малой глубиной резания Фрезерование плоскости цилиндрической фрезой с большой глубиной резания принципиально отличается от предыдущей схемы действия силы тем, что одновременно врезании участвуют несколько режущих кромок. На рис. 2.8 показаны схемы действия сил и их эпюра. Следует иметь ввиду, что силы резания на каждом зубе по величине неодинаковы, так как сечение срезаемой стружки изменяется. Так, сила резания на зубе 1 несколько большая по сравнению с силой резания на зубе 2, так как сечение стружки зуба 1 большее. Положение Положение Аналогично предыдущей схеме фрезерования в зависимости от положения зубьев, участвующих врезании, по углу поворота фрезы вектор суммарной силы Р совершает колебания в пределах некоторого угла. То есть процесс резания носит динамический характер, итак же работает приспособление. Рис. 2.8. Фрезерование плоскости цилиндрической фрезой с большой глубиной резания Динамику процесса резания возможно уменьшить увеличением количества зубьев фрезы, одновременно участвующих врезании. Причем увеличение количества зубьев приводит и к изменению направления действующих сила именно, уменьшается вертикальная составляющая суммарной силы резания. Сказанное выше полностью относится к дисковым или цилиндрическим фрезам с прямыми зубьями. На рис. 2.9 представлены графики изменения составляющих Рви Р г суммарной силы резания в зависимости от количества зубьев на фрезе. Несколько иной характер изменения силы резания проявляется при работе цилиндрических фрез с косыми или винтовыми зубьями. Увеличение угла наклона зубьев фрезы приводит к некоторому снижению касательной составляющей силы Р, с одной стороны, ас другой стороны, появляется возможность обеспечить более равномерное фрезерование по колебанию сил резания. Условие Рис. Графики изменения сил резания при фрезеровании цилиндрической фрезой с прямыми зубьями для разного их количества Р в , Р г – соответственно, вертикальная и горизонтальная составляющие суммарной силы резания угол поворота фрезы количество зубьев фрезы при одинаковых диаметрах равномерности (постоянства суммарной ширины и площади сечения слоя, срезаемого одним или несколькими зубьями фрезы) определяется коэффициентом кратности [19], и при увеличении этого коэффициента неравномерность фрезерования снижается. Таким образом, применение цилиндрических фрез с косыми или винтовыми зубьями приведет к меньшим требуемым силам закрепления заготовки в приспособлении. Изменение направления силы резания в некоторых случаях приводит к тому, что возникает необходимость составлять разные схемы расчета требуемой силы закрепления и выбирать большую из рассчитанных. Например, при фрезеровании шпоночной фрезой заготовки, закрепленной в призме (рис. 2.10), режущие кромки фрезы дважды за один оборот стремятся сдвинуть заготовку вдоль оси и повернуть её относительно той же оси. То есть, в первом случае проверяется условие равновесия всех действующих сила во втором случае условие равновесия определяется моментами сил. Причем сила резания при работе таким инструментом меняет и свою величину. Рис. 2.10. Действие сил резания на заготовку при фрезеровании шпоночной фрезой Рассмотренные схемы обработки и изменения сил резания как по величине, таки по направлению, показывают насколько важно |