126323 (Виготовлення корпуса гідроциліндра Г 29-3), страница 10

, Н (7.1)

де C_P, x, y, n - постійна й показники ступеня для конкретних умов обробки;

t - глибина різання, мм;

S - подача на оберт, мм/об.;

V - швидкість різання, м/хв;

n - частота обертання шпинделя, об./хв.

При обробці стали різцем із твердого сплаву значення коефіцієнта С_р і показників ступеня у формулах сили різання при гострінні для сил Р_Z, P_Y, P_х складуть:

для Р_Z: C_P = 300; x= 1,0; y= 0,75; n= - 0,15 [9] ;

для Р_у: C_P = 243; x= 0,9; y= 0,6; n= - 0,3 [9] ;

для Р_х: C_P = 339; x= 1,0; y= 0,5; n= - 0,4 [9].

Поправочний коефіцієнт K_P являє собою добуток ряду коефіцієнтів, що враховують фактичні умови різання.

, (7.2)

де КМ - поправочний коефіцієнт, що враховує вплив якості оброблюваного матеріалу на силові залежності:

, (7.2.1)

де НВ - твердість;

n - показник ступеня; n = 0,75 [9]

Тоді:

К_p, К_p, К_р, К_rр - поправочні коефіцієнти, що враховують вплив геометричних параметрів ріжучої частини інструмента на тридцятимільйонні сили різання:

для Р_Z: К_р=0,94; К_р =1,1; К_р =1,0; К_rр =0,93 [9] ;

для Р_у: К_р=0,77; К_р =1,4; К_р =1,25; К_rр =0,82 [9].

для Р_х: К_р=1,11; К_р =1,1; К_р =0,85; К_rр =1,0 [9] ;

Підставивши вихідні дані у формулу (7.2) одержимо:

К_PZ =0,7920,941,11,00,93= 0,762;

К_Pу =0,7920,771,41,250,82= 0,875;

К_PХ =0,7921,111,10,851,0= 0,822.

Підставивши вихідні дані у формулу (7.1) одержимо:

P_Z = 103002^1,00,26^0,7556^-0,150,762 = 910,14 Н;

P_у = 102432^,0,90,26^0,656^-0,3 0,875 = 528,53 Н;

P_Х =103392^1,00,26^0,556^-0,40,822= 567,95

7.3 Розрахунок зусилля затискача

У процесі обробки на заготівлю впливає система сил. З однієї сторони діє сила різання, що прагнути вирвати заготівлю з кулачків, з іншої сторони сила затискача, що перешкоджає цьому. З умови рівноваги моментів даних сил і з урахуванням коефіцієнта запасу визначаємо необхідне зусилля затискача.

Схема закріплення заготівлі представлена на малюнку 7.2.

1-заготівля; 4-затискної механізм (клиновий); 2-кулачок змінний; 3-кулачок постійний; 5-корпус.

Мал..7.2. Схема закріплення заготівлі

Сумарний крутний момент від дотичній тридцятимільйонної сили різання прагнути провернути заготівлю в кулачках і дорівнює:

, (7.3)

Повороту заготівлі перешкоджає момент сили затискача, обумовлений у такий спосіб:

, (7.4)

де W - сумарне зусилля затискача доводиться на три кулачки, Н;

f - коефіцієнт тертя на робочій поверхні змінного кулачка, f=0,3;

D₁ - діаметр оброблюваної поверхні, мм; d₁ = 39,315 мм.

D₂ - діаметр, мм; d₂ = 146 мм.

З рівності моментів М_Р і М_З визначимо необхідне зусилля затискача, що перешкоджає провороту заготівлі в кулачках.

(7.5)

де К - коефіцієнт запасу;

P_Z - тангенціальна сили різання, Н;

Значення коефіцієнта запасу К, залежно від конкретних умов виконання технологічної операції, визначається по формулі [9, c.382]:

K = К₀К₁К₂К₃ К₄К₅К₆, (7.6)

де K₀ - гарантований коефіцієнт запасу;

K₀ =1,5 [9, c.382] ;

K₁ - коефіцієнт, що враховує збільшення сили різання через випадкові нерівності на оброблюваних поверхнях заготівлі;

K₁ =1,2 - при чорновій обробці [9,c.382] ;

K₂ - коефіцієнт, що враховує збільшення сили різання внаслідок затуплення різального інструменту;

K₂ =1,0 - при чорновій обробці чавуну для P_Z [9,c.383] ;

K₂ =1,4 - при чорновій обробці чавуну для P_у [9,c.383] ;

K₃ - коефіцієнт, що враховує збільшення сили різання при переривчастому різанні;

K₃ =1,2 [9,c.383] ;

K₄ - коефіцієнт, що характеризує сталість сили, що розвивається затискним механізмом;

K₄ = 1,0 - для механізованих приводів [9,c.383] ;

K₅ - коефіцієнт, що характеризує ергономіку немеханізованого затискного механізму;

K₅ = 1,0 - для механізованих приводів [9,c.383] ;

K₆ - коефіцієнт, що враховується тільки при наявності моментів, що прагнуть повернути заготівлю, установлену плоскою поверхнею;

K₆ = 1,0 [9,c.384].

Підставивши вихідні дані у формулу (7.6) одержимо:

К_z=1,51,21,01,21,01,01,0 = 2,16;

К_y=1,51,21,41,21,01,01,0 = 3,024.

Якщо К2,5, то по рекомендаціях [9,c.384] приймаємо К=2,5.

Підставивши вихідні дані у формулу (7.5) одержимо:

Н.

Сила Р_у прагнути вивернути заготівлю з кулачків щодо осі ОО_{1 (}див. мал.7.1) створюючи момент від сили затискача:

, (7.7)

Даному моменту перешкоджає момент від сили затискача:

, (7.7)

Необхідна сила затискача дорівнює:

= 5145,13 Н

Для подальших розрахунків приймаємо найгірший випадок W=5145,13 H.

Величина зусилля затискача W₁, що прикладається до постійних кулачків, трохи збільшується в порівнянні із зусиллям затискача W і розраховується по формулі:

, (7.8)

де f₁ - коефіцієнт тертя напрямного постійного кулачка й корпуса патрона; f₁ =0,1;

L_К - виліт кулачка, мм; L_К = 30 мм;

Н_К - довжина напрямного постійного кулачка, мм; Н_К = 50 мм.

У процесі конструювання патрона дані розміри можуть трохи змінитися, але це, як показує практика, не внесе істотних змін у розрахунок зусиль.

Підставивши вихідні дані у формулу (7.8) одержимо:

Н.

7.4 Розрахунок затискного механізму патрона

Визначаємо зусилля Q, створюване силовим приводом, що збільшується затискним механізмом і передане постійному кулачку:

, (7.8)

де i_C - передатне відношення по силі затискного механізму (виграш у силі).

Для клинового механізму:

, (7.9)

де ( - кут нахилу клина, приймаємо 15?.

і ₁ - кути тертя на поверхнях кулачка й втулки й обумовлені по формулі: = arctg f₁= arctg 0.1=5˚43, приймаємо = ₁=6˚.

Підставивши вихідні дані у формулу (7.9) одержимо:

,

приймаємо найближче стандартне значення

Підставивши вихідні дані у формулу (7.8) одержимо:

Q=6274,55/2,3=2728 Н.

Приймаємо клиновий затискної механізм.

7.5 Розрахунок силового привода

На початку спробуємо застосувати пневматичний привод, тому що в будь-якому виробництві є трубопроводи для подачі стисненого повітря. Діаметр поршня пневмоцилиндра визначається по формулі [17,c.449]:

, (7.10)

де р - надлишковий тиск повітря, прийняте в розрахунках 0,4 Мпа;

( = 0,9 - КПД привода.

Підставивши вихідні дані у формулу (7.10) одержимо:

При розрахунку по формулі (7.10) діаметр поршня вийшов більше 80 мм, отже по рекомендаціях [17] будемо застосовувати гідравлічний привід, де за рахунок регулювання тиску масла можна одержати більші вихідні зусилля. При заданому зусиллі Q підбираємо тиск масла (Р_г =1,0; 2,5; 5,0; 7,5 Мпа) так, щоб діаметр поршня не перевищував 80 мм.

Як привод приймаємо гідроциліндр двосторонньої дії з робочим тиском 1,0 Мпа.

Визначимо діаметр поршня гідроциліндра, підставивши вихідні дані у формулу (7.10):

мм.

Приймаємо за ДСТ15608-81 найближче значення D= 63 мм.

Хід поршня циліндра розраховується по формулі:

, (7.11)

де S_w - вільний хід кулачків, по рекомендаціях [17], приймаємо 5 мм;

i_п=1/ i_c - передатне відношення затискного механізму по переміщенню, приймаємо 2,3;

Значення по рекомендаціях [14] приймаємо із запасом 10...15…15 мм.

Підставивши вихідні дані у формулу (7.11) і з огляду на рекомендації [14] одержимо: 15 мм.

За результатами розрахунків виконуємо креслення пристосування.

7.6 Розрахунок погрішності установки заготівлі в пристосуванні

Погрішність установки визначається по формулі:

, (7.12)

де ε_б - погрішність базування, рівна в цьому випадку ε_б=0, т.до вимірювальна база використовується в якості технологічної; ε_з - погрішність закріплення (зсув вимірювальної бази під дією сил затискача), у цьому випадку ε_б=0; ε_пр - погрішність елементів пристосування, що залежить від точності їхнього виготовлення. На малюнку 7.3. представлена розмірна схема патрона із клиновим затискним механізмом.

Мал..7.3. Розрахункова схема погрішностей патрона

, (7.13)

де ωА_Δ - коливання замикаючого розміру А_Δ;

Δ_1...…Δ₅-погрішності, що виникають внаслідок неточності виготовлення розмірів, через коливання зазорів у сполученнях.

Точність тридцятилітніх розмірного ланцюга задаємо по 7 квалітету.

Підставивши вихідні дані у формулу (7.13) одержимо:

Погрішність установки не повинна перевищувати величини мінімального припуску на чистову обробку :

, 0,0234<0.0652

Погрішність установки не перевищує встановленої величини , отже, точність пристосування задовольняє вимогам.

7.7 Опис конструкції й принципу роботи пристосування

Що самоцентрує 3-х кулачковий патрон із клиновим затискним механізмом призначений для базування й закріплення деталі "Корпус гідроциліндра" на токарському верстаті.

Патрон складається з корпуса 1, у якому встановлений клин 4, у похилі пази якого входять підкуркульники 5. До підкуркульників гвинтами 32 за допомогою сухарів 6 кріпляться кулачки 7. Деталь установлюється до упору в опору 8, що кріпиться до стійки 9 корпуса 1 гвинтами 27. До клина 4 за допомогою втулки 2, зафіксованої гвинтом 13 кріпиться гвинт 30. Гвинт 13 входить в отвір вала. Щоб визначити радіальне положення цього отвору, у втулці встановлений фіксатор 34 з конічною головкою. Між корпусом 1 і корпусом 3 установлені дві пружини 12. До корпуса 3 гвинтами 25 кріпиться кришка 10. В отворах корпуса 1 і корпуси 3 установлені напрямні шпонки 16 і 11. Патрон кріпиться до шпинделя за допомогою гвинтів 29. Гвинт 30 за допомогою муфти з'єднаний зі штоком 19 гідроциліндра.

Гідропривід установлений на кінець шпинделя й кріпиться до верстата гвинтами. Гідропривід містить корпус 14, у якому на підшипниках 26 установлена кришка 9, що кріпиться гвинтами 18 до корпуса 14 гідроприводу. На кінці штока 19 установлений поршень 12, закріплений гайкою 30 зі стопорною шайбою 20. Для запобігання ударів поршня об стінки гідроциліндра на ньому встановлені демпфери 25. Між підшипниками 26 установлена втулка 13. Лівий підшипник фіксується кільцем 21. Для підведення масла до гідроциліндра в корпусі 14 є два отвори з конічним різьбленням для кріплення шлангів. Для подачі масла в робочі порожнини гідроциліндра в кришці 9 є канали, вихідні отвори яких закриті пробками. Для ущільнення в гідроциліндрі встановлені ущільнювальні кільця 22,23,24.

Патрон, що самоцентрує, працює в такий спосіб. Заготівля встановлюється до упору в опору 8. При подачі повітря в ліву порожнину гідроциліндра клин 4 відходить вправо, підкуркульники сковзають по похилому пазу нагору й кулачок піднімається, закріплюючи заготівлю.

При подачі повітря в праву порожнину гідроциліндра клин 4 відходить уліво, підкуркульники сковзають по похилому пазу долілиць і кулачок опускається, розкріплюючи заготівлю.

8. Проектування пристосування для контролю биття отвору

8.1 Опис конструкції пристосування

Пристосування призначене для контролю радіального биття отвору корпуса гідроциліндра.

Пристосування містить: плиту 1 до якої по засобом болтів 20 і гайок 23 приєднується чавунна стійка 8. У стійці 8 за допомогою підшипників 6 і втулки 5 базується шпиндель 3, на передньому кінці якого за допомогою болтів 2 кріпиться клиновий патрон 1. На задній кінець шпинделя 3 монтується силовий привод (пневмоцилиндр.) 9 з муфтою 10. З'єднання клинового патрона 1 зі штоком пневмоцилиндра здійснюється за допомогою тяги 4, що проходить через центральний отвір шпинделя. Також пристосування містить: щуп 11, передачу важільну 13, тримач індикатора 14, що кріпиться до передачі важільній гвинтом 21, пружину стиску 22 і індикатор 15, за допомогою яких відбувається вимір і зняття даних; передача важільна 13 кріпиться до опори 17 гвинтами 16, опора у свою чергу прикріплена до плити за допомогою болтів 18 і гайок 19.

Пристосування для контролю биття отвору корпуса гідроциліндра працює в такий спосіб: деталь установлюється й закріплюється в патроні, за допомогою щупа 11 здійснюється контроль биття отвору деталі за рахунок обертання кришки вручну й пересування щупа 11, що забезпечується переміщенням опори 17 по Т-Образних пазах плити 24, дані вимірів контролер зчитує з індикатора годинного типу 15.

9. Розрахунок і проектування різального інструменту

9.1 Мети й завдання проектування

На токарських операціях застосовуються різці з механічним кріпленням ріжучої пластини за ДСТ 20872-73. Недоліками таких різців є недостатня продуктивність внаслідок низької надійності закріплення ріжучої пластини, великий час заміни пластини. Тому, основне завдання проектування - удосконалення конструкції токарського різця з метою усунення зазначених вище недоліків.

9.2 Проектування й розрахунок різця

Як об'єкт проектування приймемо токарський упорний різець, використовуваний при обробці торцевої поверхні заготівлі на 040 токарській операції.

Як матеріал для корпуса різця вибираємо сталь 40Х с

_в= =690МПа й допустимим напруженням на вигин _{и. буд.} = 200 МПа, що ріже частина твердий сплав Т15К6.

2. Головна сили різання

P_z = 10·C_p·t^x·S^y·Vⁿ· K_p, H (9.1), K_p = K_мр·K _р·K_р·K_р (9.2),

де K_мр = 0,94. K_р ^- коефіцієнт, що враховує вплив головного кута в плані, приймаємо по [9]: K_р^z = 0,89; K_р^y = 0,5; K_р^x = 1,17; K_р - коефіцієнт, що враховує вплив переднього кута, приймаємо по [9]: K_р^z = 1,25; K_р^y = 2,0; K_р^x = 2,0. K_р - коефіцієнт, що враховує вплив кута нахилу головної ріжучої крайки, приймаємо по [9]:

K_р ^z= 1; K_р ^y= 1,25; K_р^х = 0,85.

K_p^z = 0, 94 ·0,89·1,25·1 = 1,05;

K_p^y =0,94·0,5·2,0·1,25=0,94;

K_p^x = 0,94·1,17·2,0·0,85=1,87.

Режими різання на 2-ом переході операції 040: t=0,9мм; S=0,12 мм/об.; V=110м/хв [див. табл.6.6.]

Розрахунок тридцятимільйонні сили різання зробимо за методикою викладеної в [9]: для P_z:

C_p = 300; x = 1.0; y= 0.75; n = - 0,15;

для P_y: C_p = 243; x = 0,9; y= 0.6; n = - 0,3;

для P_х: C_p = 339; x = 1.0; y= 0.5; n = - 0,4.

P_z = 10·300·0,9¹·0.12^0.75·110^-0,15·1,05 = 2865,6 H;

P_y = 10·243·0,9^0.9·0.12^0.6·110^-0,3·0.94 = 142 H;

P_x = 10·339·0,9¹·0.12^0.5·110^-0,4·1,87 = 260,5 H.

3. Розрахунок перетину корпуса різця зробимо за методикою викладеної в [18] з 50. За умови, що державка має квадратний перетин, тобто h??b

Ширину державки визначимо по формулі:

b = (9.3)

де L-Виліт різця, приймаємо L=70 мм.

Підставивши дані у формулу (9.3), одержимо:

b = = 0,0182м = 18,2 мм;

Приймаємо найближчий більший перетин корпуса (b=20мм). Керуючись наведеними співвідношеннями, одержимо висоту корпуса різця h b =20 мм. Приймаємо: h( b??20(20 мм.

4. Перевіряємо корпуса різця на міцність і твердість:

Максимальне навантаження, що допускається міцністю різця:

P_{z. доп}. =bh²_{и. буд.} /6L=2010^{-3 (}20 10^-3) ² 200 /67010^-3 = 914,3 Н

Максимальне навантаження, що допускається твердістю різця:

P_{z. ж.} =3f E J /L³ =3 0,0510^-3 210 ¹¹ 10^-31,33 10^-8/ (70 10^-3) ³ =326 Н

де f - допускається стріла, що, прогину різця при чистовому гострінні f=0,05мм

Е - модуль пружності матеріалу корпуса різця Е=210 ¹¹Па.

J - момент інерції прямокутного перетину корпуса:

J = bh ^3/12=2010^-3 (2010^-3) ^3/12=1333 мм ⁴

Різець має достатню міцність і твердістю, т.до виконується умова: P_{z. доп}.  P_z P_{z. ж.} 914,3 Н  286,5Н 326 Н - умова виконується.

5. Конструктивні розміри різця беремо за ДСТ 20872-80; загальна довжина різця L=150 мм; ріжуча пластина із твердого сплаву Т15К6 № 01114-220408, за ДСТ 19046-80.

6. Геометричні параметри леза різця: головний кут у плані 93

7. За ДСТ 5688-61 приймаємо: якість обробки (параметри шорсткості) передньої й задньої поверхні леза різця й опорної поверхні корпуса; граничні відхилення габаритних розмірів різця; марку твердого сплаву пластини й матеріалу корпуса; зміст і місце маркування.

8. Вибираємо матеріал різця: для корпуса - сталь 40Х (твердість 40...45 HRCЕ), оксидувати, для пластини - твердий сплав Т15К6 для гвинта й гайки - сталь 45 (головку гвинта, скіс, ролик до 32...37 HRCЕ).

9. Технічні вимоги на різець приймаємо за ДСТ 266613-85.

Для вдосконалення конструкції різця змінимо, спосіб кріплення ріжучої пластини, це дозволить підвищити надійність кріплення пластини й знизити час заміни пластини. Пластина в стані витримати велике зусилля різання, що дозволяє збільшити подачу інструмента, а отже, і продуктивність обробки. Скорочується час на заміну або поворот ріжучої пластини при затупленні. Різець зручний в експлуатації, простий по конструкції, не складний у виготовленні.

9.3 Опис конструкції різця

Різець токарський збірний з механічним кріпленням пластини 2 містить державку 1, у різьбові отвори якої загвинчені гвинти 7 і 8, які служать для регулювання положення різця. Для закріплення пластини служить гвинт 3 з гайкою 6 і шайбою 5, що своїм скосом упирається в ролик 4.

Складальне креслення різця із вказівкою всіх граничних відхилень і технічних вимог представлений на аркуші графічної частини дипломного проекту.

10. Лінійна оптимізація режимів різання на токарській операції

10.1 Вихідні дані

Перехід чистового гостріння отвору пов. 39,828^+0,062 мм на токарно-гвинторізному верстаті 16Б16П різцем з кут у плані - = 60⁰.

оброблюваний матеріал - сталь 45Л ДЕРЖСТАНДАРТ 977-75;

межа міцності матеріалу інструмента = 690 МПа;

діаметр оброблюваної поверхні -. 39,828^+0,062 мм;

різальний інструмент - Різець розточувальної із пластинами із твердого сплаву за ДСТ 18882-73, Т15К6;

головний кут у плані - = 60⁰;

6) глибина різання - t = 0,26мм;

7) устаткування - токарський - гвинторізний верстат 16Б16П:

7.1) потужність електродвигуна = 8 кВт;

7.2) Подача мінімальна (хвилинна) = 2 мм/хв;

Подача максимальна (хвилинна) = 1200 мм/хв;

7.3) Частота обертання мінімальна = 20 об./хв;

Частота обертання максимальна = 2000 об./хв.

10.2 Розрахунок обмежень

10.2.1 Обмеження по кінематиці верстата

а) Розрахуємо обмеження, що встановлюють зв'язок між розрахунковою подачею й кінематичними, відповідно мінімальними й максимальними, можливостями верстата:

> , ^мм/_об.; ; ;

, ^мм/_об.; ; ;

;

;

.

б) Розрахуємо обмеження, що встановлюють зв'язок між швидкістю різання й кінематичними, відповідно мінімальними й максимальними, можливостями верстата:

, , ,

.

мал.10.1. Обмеження по кінематиці верстата

10.2.2 Обмеження по потужності привода головного руху:

(10.1)

(10.2)

Мал..10.2. Обмеження по потужності привода головного руху

10.2.3 Обмеження по температурі в зоні різання

(10.3)

,

Мал..10.3. Обмеження по температурі в зоні різання

10.2.4 Обмеження по точності:

, (10.4)

де ? - допуск на діаметр, мм;

g - коефіцієнт, що враховує спосіб установки заготівлі, приймаємо g=3 (для установки заготівлі в патроні);

t - глибина різання;

D - діаметр оброблюваного отвору;

l - довжина заготівлі;

k_у - коефіцієнт, що враховує вплив геометрії різального інструменту на тридцятилітній сили різання Р_у. Коефіцієнт k_у визначаємо по формулі:

k_у= k_уγ· k_уφ· k_уλ· k_уr (10.5)

де k_{уγ -} коефіцієнт, що враховує вплив на Р_у переднього кута, приймаємо k_уγ=1,35;