Курсова робота Проектування кулачкових самоцентруючих патронів
ТОЛЬЯТТИНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра "Технологія машинобудування"
ПРОЕКТУВАННЯ КУЛАЧКОВИХ САМОЦЕНТРНИХ ПАТРОНІВ
Курсова робота з дисципліни «Технологічне оснащення»
Студент: Бережнов Є. П.
Викладач: Кучеров Андрій Олегович
Мета курсової роботи – навчитися проектувати верстатні пристрої на прикладі розробки конструкції токарного самоцентруючого трикулачкового патрона.
Завдання курсового проекту:
- Вивчити конструкцію кулачкового патрона;
- Розібратися в методиці проектування верстатного пристрою;
- Виконати необхідні розрахунки для проектування патрона та силового приводу до нього;
- розробити конструкцію токарного кулачкового самоцентруючого патрона з механізованим приводом;
1.1 Збір вихідних даних
Вигляд обробки – чорновий.
Матеріал та геометрія різальної частини інструменту – різець розточувальної з Т15К6 с
Режими різання: глибина t=1.2мм, подача S=0,45мм/об.
Швидкість різання визначаємо за такою формулою:
;
м/хв
Металорізальний верстат – 16К20Ф3 (найбільший діаметр патрона – 200мм, внутрішній конус шпинделя – Морзе 6).
1.2 Розрахунок сил різання
Розрахунок сил різання здійснимо за методикою, викладеною в [3]. При внутрішньому точенні складові Pz , Py сили різання розраховуються за такою формулою:
,
де Ср, Х, У, n – постійна та показники ступеня для конкретних умов обробки. При обробці сталі різцем, оснащеним пластиною із твердого сплаву, рівні:
Поправочний коефіцієнт Кр представляєсобою твір низки коефіцієнтів, що враховує фактичні умови різання
Кр = Кмр. Кφр. Кγр. Кλр
де Кмр = коефіцієнт, що враховує вплив якості оброблюваного матеріалу на силові залежності (n '= 0,75 для сталі [3]).
Кφр-коефіцієнт, що враховує вплив кута в плані різця на сили.
Кγр - коефіцієнт, що враховує вплив переднього кута різця на сили.
Кλр - коефіцієнт, що враховує вплив кута нахилу ріжучої кромки.
Кφр=0,94, Кγр=1,1, Кλр=1
Кφр=0,77, Кγр=1,4, Кλр=1,25
Кмр =
Крz=1. 0,94. 1,1. 1 = 1,034
Кру=1. 0,77. 1,4. 1,25 = 1,3475
1.3 Розрахунок зусилля затиску
У процесі обробки заготівлі її впливає система сил. З одного боку діє складові сили різання, з іншого – сила затиску перешкоджає цьому. З умови рівноваги моментів цих сил і з урахуванням коефіцієнта запасу визначаються необхідні затискне та вихідне зусилля.
Сумарний момент, що крутить, від дотичної складової сили різання, що прагне провернути заготівлю в кулачках дорівнює:
Повороту заготовки перешкоджає момент сили затискання, який визначається таким чином:
З рівності Мр і Мз визначаємо необхідне зусилля затиску, що перешкоджає повороту заготовки в кулачках.
де
Сила Ру прагне вивернути заготівлю з кулачків.
На даний момент перешкоджає момент від сили затиску.
Необхідна сила затиску дорівнює:
, де
d2 = 102мм, Pу = 854Н, f = 0,4, l = 105мм, К = 2,52
Для подальших розрахунків приймаємо найгірший випадок
Величина зусилля затиску W1, що прикладається до постійних кулачків, дещо збільшується в порівнянні з зусиллям W і розраховується за формулою:
де lk – виліт кулачка, відстань від серединиробочої поверхні змінного кулачка до середини напрямної постійного кулачка.
Нк - довжина напрямної постійного кулачка, мм.
f – коефіцієнт тертя у напрямних постійного кулачка та корпусу
нд =30мм, - товщина змінного кулачка,
вк +вз =20+30=50мм, - товщина постійного кулачка
Вк =40мм, - ширина напрямної постійного кулачка
В1 = 25мм - ширина змінного кулачка
Підставимо вихідні дані у формулу:
1.4 Розрахунок затискного механізму патрона
Приступаючи до розрахунку затискного механізму, необхідно визначитися з його конструкцією. У самоцентруючих механізмах настановні елементи (кулачки) повинні бути рухомими у напрямку затиску і закон їхнього відносного руху необхідно витримати з високою точністю. Тому на рух кулачків накладаються умови: різноспрямованість, одночасність та рівна швидкість руху. Цю умову можна витримати, забезпечуючи рух трьох кулачків від джерела руху.
У кулачкових патронах найбільше застосування отримали важільні та клинові затискні механізми, рух яким передається центральною втулкою, пов'язаною із силовим приводом.
Важелевий механізм є нерівноплечий кутовий важіль, змонтований в корпусі патрона на нерухомих осях, і які своїми сферичними кінцями входить з посадкою в пази постійного кулачка і центральної втулки.
При розрахунку затискного механізму визначається зусилля Q, що створюється силовим приводом, яке збільшується затискним механізмом і передається постійному кулачку
де iс – передатне відношення за силою затискного механізму
Дане відношення для важільного механізму дорівнює
де
А і Б – плечі важеля
На етапі розрахунку зовнішній діаметрпатрона можна визначити за формулою:
Дп = d2 +2. Нк = 102 +2. 80=262мм, так як Дп 200мм, вибираємо важільний затискний механізм з iс =2.
1.5 Розрахунок силового приводу
Для створення вихідного зусилля Q використовується силовий привід, що встановлюється задній кінець шпинделя. У його конструкції можна виділити силову частину, що обертається разом із шпинделем, і муфту для підведення робочого середовища. Як приводи найбільше застосування отримали пневматичні і гідравлічні циліндри, що обертаються.
Слід спробувати застосувати пневматичний привід, тому що у будь-якому виробництві є трубопроводи для подачі стисненого повітря. Діаметр поршня пневмоциліндра визначається за формулою:
де Р – надлишковий тиск повітря. Р = 0,4 МПа.
У конструкції верстата 16К20Ф3 можна вбудувати привід силовий з діаметром поршня не більше 120мм. Якщо при розрахунку за формулою діаметр вийде більше 120 мм, слід застосовувати гідравлічний привід, де за рахунок регулювання тиску масла можна отримати великі вихідні зусилля. При заданому зусиллі Q підбираємо тиск олії (Рг = 1; 2,5; 5; 7,5 МПа), щоб діаметр поршня не перевищував 120мм.
мм, - для пневмоприводу
мм, - для гідроциліндра
Хід поршня циліндра розраховується за формулою:
+10 ... 15мм,
де Sw – вільний перебіг кулачків. Sw = 5мм
- Передатне відношення затискного механізму по переміщенню.
+10 = 20мм.
1.6 Розрахунок похибки установки заготівлі в пристрій
Похибка установки визначається за такою формулою:
де εδ - похибка базування, що дорівнює нулю, так як вимірювальна база використовується як технологічна.
εз – похибка закріплення – це усунення вимірювальної бази під впливом сил затиску. εз =0
εпр – похибка елементів пристосування, яка залежить від точності виготовлення.
∆1 , ∆3 – похибки, що виникають внаслідок неточності виготовлення розмірів А1 та А3 (∆1 =0,013мм, ∆3 =0,008мм)
∆2 , ∆4 , ∆6 – похибки через коливання зазорів у сполученнях (∆2 =0,009мм, ∆4 =0,013мм)
∆5 – похибка, що виникає через неточність виготовлення плечей важеля.
Z=0.0315