Задачи курсового проектирования

Задачи курсового проектирования

Настоящее учебно-методическое пособие (УМП) является руководством к выполнению курсового проекта (КП) по дисциплине «Технология двигателей».

Целью выполнения проекта является:

1) Приобретение студентами навыков самостоятельной работы и закрепление теоретических знаний.

2) Развитие умения практического использования теоретических знаний.

3) Овладение принципиальными основами проектирования технологического процесса (ТП) изготовления деталей.

4) Развитие навыков самостоятельного и творческого подхода к решению технологических задач при проектировании ТП с учетом применения прогрессивных технологий и технологического оборудования.

Тематика курсовых проектов

Задание на КП выдается ведущим преподавателем, либо выбирается студентом самостоятельно и затем согласовывается с ведущим преподавателем.

Тема КП предусматривает разработку технологического процесса изготовления детали с установленным годовым объемом выпуска или указанием типа производства.

Например:

1) Разработать технологический процесс обработки детали – «Корпус клапана 03Д49.107.23».

Годовой выпуск деталей – 5000 шт.

2) Разработать технологический процесс обработки детали – «Тарелка Д42.86.06-1».

Тип производства – среднесерийное.

При выборе объекта для разработки ТП (то есть детали) следует стремиться к тому, чтобы тематика КП по возможности отражала конкретные производственные задачи, направленные на совершенствование базового (заводского) ТП.

С целью практического ознакомления с типовыми ТП механической обработки и конструктивными особенностями реальных деталей целесообразно в качестве объектов выбирать детали базовых конструкций серийных машин машиностроительных предприятий. Для повышения уровня самостоятельности принимаемых студентами технологический решений при выполнении КП рекомендуется выбирать детали оригинальных конструкций (например, вновь разрабатываемых при выполнении УИРС, НИР и др.).

Структура и объем курсового проекта

Курсовой проект состоит из:

1) расчетно-пояснительной записки (РПЗ) – 30…35 стр.;

2) комплекта технологической документации изготовления детали (альбома карт технологического процесса механической обработки детали приводится в сокращенном объеме);

3) графической части – 3…4 листа формата А1 (841× 594).

Курсовой проект необходимо выполнять на основе последний достижений науки и техники, новейших форм организации производства, с применением механизации и автоматизации технологических процессов при соблюдении норм и требований ЕСКД и ЕСТПП.

Курсовой проект, независимо от варианта задания, имеет унифицированную структуру и содержание всех составных частей, включая расчетно-пояснительную записку.

Расчетно-пояснительная записка

4.1. Составные части и содержание

Расчетно-пояснительная записка состоит из:

- титульного листа (Приложение 1);

- бланка задания на КП (Приложение 2);

- содержания (Приложение 3);

- реферата (Приложение 4);

- разделов РПЗ с изложением соответствующих материалов, обоснований и расчетов;

- списка литературы.

Содержание РПЗ включает следующие разделы:

Реферат

1. Конструктивно-технологическая характеристика детали

1.1. служебное назначение детали

1.2. особенности конструкции

1.3. характеристика технологичности

2. Характеристика типа производства

3. Выбор вида и метода получения заготовки

4. Анализ базового технологического процесса

5. Предлагаемый вариант технологического процесса

6. Определение промежуточных припусков и размеров

7. Определение режимов резания и норм времени

8. Проектирование станочного оборудования

9. Проектирование контрольно-измерительного приспособления

10. Заключение

Список литературы

Приложение: Альбом ТП (на технологических картах для разработанного варианта (ТП)

Проектирование приспособлений

Методика проектирования контрольно-измерительных приспособлений

Контрольно-измерительные приспособления (КИП) предназначены для проверки соответствия полученных при обработке у деталей показателей точности их заданным значениям с допусками [ 7, 9 ].

Требования к проектированию:

2.1.1. По возможности обеспечить схему базирования, соответствующую методически точной схеме измерения;

2.1.2. Стремиться к максимально простой и удобной в пользовании конструкции;

2.1.3. Максимально уменьшать собственную погрешность приспособления за счет предельного сокращения числа звеньев измерительной размерной цепи;

2.1.4. Стремиться к максимальному использованию унифицированных конструктивных элементов;

2.1.5. Стремиться к максимальному снижению себестоимости приспособления.

Исходные данные:

2.2.1. Рабочий чертеж детали с указанием требований точности на получаемые размеры, а также нормы точности на формы и относительное расположение поверхностей;

2.2.2. Справочные материалы по проектированию контрольно-измерительных приспособлений с указанием типовых схем контроля и измерения параметров точности и стандартных конструкций элементов;

2.2.3. Примеры типовых конструкций контрольно-измерительных приспособлений.

Этапы проектирования:

2.3.1. Изучение рабочего чертежа детали. Особое внимание обращается на измерительные базы и нормы точности контролируемых параметров;

2.3.2. Выявление измерительных баз и контролируемых поверхностей;

2.3.3. Составление схемы базирования для выполняемого измерения;

2.3.4. Выбор установочных (и если требуется зажимных) элементов, предпочтительно стандартных конструкций;

2.3.5. Выбор (предпочтительно стандартных) элементов ориентирования и косвенного измерения (оправок, переходных втулок и т.д.), а также (если необходимо) зажимных устройств;

2.3.6. Осуществление предварительной компоновки приспособления с необходимыми видами и разрезами (составление компоновочной схемы);

2.3.7. Составление расчетной схемы и выполнение точностного расчета приспособления;

2.3.8. Внесение, если требуется, по результатам расчетов необходимых корректив в эскизный проект приспособления, и завершение его выпуском сборочного чертежа с необходимыми видами и разрезами;

2.3.9. Определение и простановка на чертежах необходимых размеров с допусками, шероховатостью обрабатываемых поверхностей и норм точности геометрии и расположения основных поверхностей;

2.3.10. Составление технических требований на изготовление (сборку) и эксплуатацию приспособления;

2.3.11. Составление спецификации на сборочный чертеж приспособления.

Указанные этапы выполняются аналогично выполнению подобных этапов проектирования станочных приспособлений (см. п. 1.3).

Пример расчета зажимных усилий

В качестве примера рассмотрим расчет усилий зажима применительно к одному из станочных приспособлений для фрезерной операции по выполнению фрезерования торцовой фрезой открытой горизонтальной плоской поверхности призматической заготовки, удерживаемой в приспособлении тремя Г-образными прихватами с ручными винтовыми приводами, зажим заготовки которыми осуществляется посредством вращения гаек.

На рис. 7.1 (а, б) приведена расчетная схема рассматриваемого приспособления со схематичным изображением установочных и зажимных элементов, а также векторов действующих на заготовку 1 сил в ее равновесном состоянии и радиусов-векторов приложения этих сил. Инструмент – торцовая фреза 2 (рис.7.1а) изображена относительно заготовки 1 в наиболее неблагоприятном положении, соответствующем наиболее опасным условиям воздействия на заготовку сил резания, так как в рассматриваемом случае при

Рис. 7.1

врезании фрезы 2 на всю ширину В обрабатываемой поверхности составляющая силы резания, действующая в направлении подачи будет оставаться неизменной при B=const, а момент относительно опоры 0.1,

создаваемый некоторой долей суммарной силы резания , при относительном перемещении фрезы 2 в направлении подачи будет уменьшаться от своего максимального значения в т. О до некоторого минимального значения по мере уменьшения радиуса-вектора .

Для рассматриваемой схемы обработки результирующая сила резания

где - ее составляющие, соответственно, тангенциальная и в направлении подачи, определяемые по известным полуэмпирическим зависимостям для обработки фрезерованием.

При этом можно считать, что часть силы в направлении действия своего вектора будет стремиться развернуть заготовку, а другая ее часть – сдвинуть заготовку относительно опор 0.1, 0.2 и 0.3, то есть

где - доля силы , стремящаяся развернуть заготовку относительно опор 0.1, 0.2 и 0.3;

- доля силы , стремящаяся поступательно сдвинуть заготовку относительно опор 0.1, 0.2 и 0.3.

Соотношение этих долей силы можно определить из пропорционального отношения

где и - коэффициенты трения соответственно при вращательном (тангенциальном) и поступательном движениях заготовки, согласно которому в направлении действия большего коэффициента трения будет действовать и большая сила трения.

Абсолютные значения и , например, можно определить по формулам

Составляющая будет стремиться развернуть заготовку относительно опор 0.1, 0.2 и 0.3, воздействуя на нее моментами, соответственно и , результирующее значение которых найдется как векторная сумма

В соответствии с расчетной схемой (рис. 1 а):

с учетом направлений векторов моментов

Воспользуемся дополнительными построениями и найдем радиусы и :

где - диаметр режущей части фрезы 2

;

Для предотвращения смещения заготовки от воздействия на нее суммарного момента от сил резания необходимо обеспечить условие < - суммарный противодействующий момент, создаваемый силами трения между опорами и соприкасающимися с ними участками базовой поверхности заготовки. При этом будет создаваться силами трения только на опорах 0.1, 0.2 и 0.3, опоры 0.4, 0.5 и 0.6 не должны воспринимать нагрузок со стороны сил резания во избежание их износа. Кроме того, в рассматриваемой схеме приспособления силы трения между прихватами и контактирующими с ними поверхностями заготовки также в расчет не принимаются, так как конструкция используемых прихватов не обладает жесткостью в тангенциальном направлении (то есть не способна оказывать сопротивление скручивающим нагрузкам). Вводя коэффициент запаса надежности , получим

где - противодействующие моменты, создаваемые силами трения в опорах соответственно 0.1, 0.2 и 0.3.

Применительно к рассматриваемой расчетной схеме:

для 0.1:

для 0.2:

для 0.3: ,

где - части соответственно суммарных сил зажима ;

f - коэффициент трения в паре опора-заготовка;

Считая, что можно записать

После преобразования окончательно имеем

Возвращаясь к исходному уравнению, запишем

откуда находим искомое значение .

Для предотвращения смещения заготовки от сдвигающего усилия необходимо выполнить условие:

< ,

при < ,

или с учетом коэффициента запаса надежности

Суммарная сила зажима Q на каждом прихвате будет равна сумме найденных долей:

Определив Q, находим зажимную силу на штоках прихватов , для чего воспользуемся расчетной схемой на рис. 1 б.

Зависимость между силой зажима Q и осевой силой на штоке 6 прихвата 3 определяется из равенства моментов относительно т. О [4]

где N - нормальная сила, стремящаяся перекосить направляющую 4 прихвата 3 в корпусе 5.

Тогда .

С другой стороны ,

где - сила трения направляющей 4 в корпусе 5.

где f – коэффициент трения между поверхностями направляющей 4 и корпуса 5.

С учетом сопротивления от усилия предварительного сжатия возвратной пружины 7

Для обеспечения необходимой осевой силы требуемый момент затяжки гайки 8 определится выражением:

где - средний диаметр резьбы гайки;

- угол наклона витков резьбы ;

- коэффициент трения в резьбе;

- коэффициент трения на торце гайки;

t – шаг резьбы;

D – диаметр опорной поверхности гайки;

d – наружный диаметр резьбы на штоке.

Пример расчета погрешности контрольно-измерительного приспособления

Произведем определение в общем виде суммарной погрешности измерения одного из вариантов КИП, расчетная схема которого приведена на рис. 7.2.

В соответствии с приведенной схемой посредством рассматриваемого приспособления производится проверка регламентируемого допуска неперпендикулярности торца А относительно центрального отверстия D детали 1, устанавливаемой с зазором на жесткую оправку 2 с буртом 3 и хвостовиком 4, размещенного посредством двух опор качения: верхней 5 и нижней 6 в корпусе 7. абсолютная величина неперпендикулярности определяется измерительным прибором 8 (например, индикатором часового типа).

Определяемая норма точности расположения поверхности А относительно отверстия D — неперпендикулярность представляет собой величину перекоса ρ торца А относительно оси отверстия D детали 1 в пределах измерительного диаметра d_u.

В рассматриваемой измерительной системе суммарный перекос (абсолютная неперпендикулярность торца А относительно оси отверстия D)

где ρ _{i —} элементарный перекос, обусловленный i-м фактором (структурной или методической ошибкой измерительной системы);

n — число факторов (ошибок),

и определяется следующими звеньями (ошибками) измерительной размерной цепи (ИРЦ):

1) наличием зазора S₁ между диаметром оправки d_ОП и отверстия D детали, который вызывает элементарный перекос ρ ₁ торца А относительно оси отверстия D при неперпендикулярности торцев: нижнего (опорного) В детали и верхнего С бурта 3 оправки 2 относительно оси оправки 1 (на схеме указанный перекос соответствует углу Θ ₁ отклонения оси ).

Рис. 7.2

При этом ,

где — активная длина оправки 2,

где К₁ — передаточное отношение по величине S₁.

При этом максимальная величина перекоса будет соответствовать .

где — максимальный и минимальный диаметры соответственно отверстия и оправки в пределах их конструкторских допусков;

2) технологическим перекосом оси оправки 2 относительно оси ОО₁ хвостовика 4 на угол Θ ₂, который будет вызывать дополнительную неперпендикулярность ρ ₂ торца А, при этом

где h_НП — заданный технологический допуск непараллельности оси оправки относительно оси ОО₁ хвостовика на активной длине l_ОП оправки, тогда перекос ρ ₂определится выражением:

где К₂ — передаточное отношение по величине h_НП;

3) дополнительным увеличением погрешности измерения ρ ₃при наличии допуска е возможного смещения осей оправки 2 и хвостовика 4, которая выразится в увеличении измерительного диаметра d_uна величину е, что в расчете необходимо учитывать, принимая

;

4) погрешностью измерения неперпендикулярности торца А относительно отверстия D, обусловленной совокупным влиянием радиальных зазоров и биения в опорах качения 5 и 6 соответственно .и При условии равенства последних тангенс угла перекоса Θ ₃ между осью ОО посадочного отверстия под опоры качения в корпусе 7 и осью ОО₁ хвостовика 4 определится выражением

где l_х — расстояние между центральными сечениями опор качения.

Тогда

где К₃ — передаточное отношение по величине S_П.

В расчете следует учитывать максимальное значение .

5) погрешностью П измерительного прибора 8, в качестве которого в данном приспособлении используется индикатор часового типа. Так как по приведенной измерительной схеме величина ρ контролируется прибором 8 непосредственно, без масштабирования, то передаточное отношение П К₄ =1.

С учетом выявленных элементарных погрешностей (звеньев ИРЦ), обусловливающих суммарную погрешность измерения, основное уравнение ИРЦ будет иметь вид:

с учетом дополнительной погрешности е окончательно получим:

Подставив в полученное выражение численные значения исходных параметров, определим величину ρ , которую сравним с заданным (конструкторским) значением Тρ контролируемого параметра точности расположения торца А относительно оси отверстия D. Если при этом ρ < (1/5) Тρ , то приспособление пригодно для контроля параметра с установленной нормой точности, а если ρ > (1/5) Тρ , то необходимо принять меры по повышению разрешающей способности проектируемого КИП.

В общем случае это может быть достигнуто изменением конструкции отдельных элементов приспособления, ужесточением допусков их изготовления или применением принципиально другой схемы измерения (контроля) параметра точности с целью уменьшения величин отдельных звеньев ИРЦ, либо исключения их из состава последней.

Применительно к рассматриваемому КИП для уменьшения погрешности измерения можно, например, применить разжимную конструкцию оправки 2, что позволит устранить зазор S₁ и, тем самым, исключить из основного уравнения ИРЦ составляющую ρ ₁. Однако при этом следует иметь ввиду, что это повлечет за собой усложнение конструкции приспособления и повышению себестоимости его изготовления.

От других составляющих в рассматриваемой схеме измерения избавиться в принципе не возможно, поэтому их можно только уменьшить, ужесточив на них допуски.

Применение другой схемы измерения для контроля рассматриваемого параметра точности не позволит сократить число элементарных погрешностей.

Проанализировав таким образом конструктивную схему, принимают окончательное решение по конструкции КИП и нормам точности на изготовление его конструктивных элементов.

Пример проектирования станочного приспособления

В качестве примера рассмотрим проектирование станочного приспособления для фрезерной операции контурного фрезерования шатуна, выполняемой на станке с ЧПУ.

Расчет усилий зажима

Расчет зажимных сил осуществляем по наиболее неблагоприятным условиям работы приспособления, которым соответствуют наибольшие нагрузки, действующие на заготовку в процессе ее обработки.

При контурном фрезеровании шатуна обычно используют цилиндрические фрезы, длина рабочей части которых должна перекрывать всю ширину фрезеруемой поверхности.

Для обрабатываемого шатуна наибольшая ширина фрезерования равна ширине наружной поверхности кривошипной головки B_кр=146 мм. Поэтому для обеспечения достаточной жесткости инструмента выбираем цилиндрическую концевую фрезу с диаметром режущей части D_фр=63 мм и длиной 200 мм [13] (таб. 67, с. 174-175) с винтовыми зубьями (для снижения детонационных явлений) в количестве Z=8 шт.; материал режущих элементов – твердый сплав марки Т15К6.

Принимаем максимальную глубину чернового фрезерования t=3 мм. Рекомендуемая подача при черновом фрезеровании и глубине t=3 мм для материала Т15К6 составляет S_z=0, 15 мм/зуб [13] (таб. 36, с. 285).

Определим расчетное значение скорости резания [13] (с. 282):

м/мин, (1)

где C_V – постоянная, соответствующая виду и условиям обработки: для фрезерования цилиндрической твердосплавной фрезой конструкционной стали C_V=234 [13] (таб. 39, с. 286);

q, m, x, y, n, p – эмпирические показатели степеней;

– общий поправочный коэффициент, учитывающий изменяемые условия обработки, где

– коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого материала [13] (таб. 1, с. 261):

n_V=1; K_Г=0, 8 – для режущего материала из твердого сплава [13] (таб. 2, с. 262);

σ _В=780 – временное сопротивление разрыву для обрабатываемого материала (материал шатуна – сталь 18Х2НЧМА) в нормализованном состоянии [11] (с. 280-281);

K_П_V – коэффициент, учитывающий состояние поверхностного слоя заготовки: для поковки K_П_V=0, 8[13] (таб. 5, с. 263);

K_И_V – коэффициент, учитывающий вид инструментального материала: для Т15К6 при обработке конструкционной стали K_И_V=1, 0 [13] (таб. 6, с. 263);

K_ТИ – коэффициент, учитывающий количество одновременно работающих инструментов: для одноинструментальной обработки K_ТИ=1, 0 [13], (таб. 7, с. 264);

K_ТС – коэффициент, учитывающий количество станков, обслуживаемых одним рабочим: для одного обслуживаемого станка K_ТС=1, 0 [13] (таб. 8, с. 264).

C_М_V=234; q=0, 44; x=0, 24; y=0, 26; u=0, 1; p=0, 13; m=0, 13 [13] (таб. 39, с. 286);

T=180 мин – стойкость твердосплавного инструмента при черновом фрезеровании [43] (таб. 40, с. 280).

м/мин

Определим расчетное значение частоты вращения шпинделя станка:

мин^-1.

Принимаем действительное значение частоты вращения мин^-1, т.к. станок с ЧПУ и имеет бесступенчатое регулирование скоростных параметров.

Определяем силу резания [13] (с. 282):

, (2)

где C_p – постоянная, соответствующая виду и условиям обработки: для фрезерования цилиндрической твердосплавной фрезой конструкционной стали C_p=12, 5 [13] (таб. 41, с. 291);

x=0, 85; y=0, 75; u=1, 0; q=0, 73; w=-0, 13 – эмпирические показатели степеней для этих же условий обработки [13] (таб. 41, с. 291);

, n=0, 75 – поправочный коэффициент и показатель степени для обработки фрезерованием стали с кГс/см² [13] (таб. 9, с. 264).

кГс

Для определения усилий зажима и параметров исполнительного гидроцилиндра составляем расчетную схему (рис. 7.5).

Сила резания P_Z будет стремиться развернуть заготовку относительно точки О₁и одновременно сместить ее в направлении действия вектора . Очевидно, критическое расположение инструмента относительно заготовки будет соответствовать его расположению в точке А (рис. 7.5, б), т.к. в этом случае на заготовку будет действовать максимальный крутящий момент М_КР, стремящийся развернуть ее относительно точки О₁, тогда как сдвигающая сила P_S будет одинаковой в любом месте контура шатуна.

При этом составляющая силы P_Z будет создавать крутящий момент М_КР, а составляющая – сдвигающую силу P_S, т.е.

(3)

Для упрощения расчетов можно пренебречь разницей коэффициентов трения в поступательном f_s и тангенциальном f_τ направлениях между контактирующими поверхностями шатуна (торцами его головок) и буртов установочных пальцев, считая их одинаковыми и для пары сталь-сталь равными f_s=f_τ=f=0, 15 [12] (таб. 21, с. 98). При таком условии доли и будут равными, т.е.

(4)

Заготовка удерживается в приспособлении в неподвижном состоянии силами трения F_ТР и между контактирующими поверхностями шатуна (торцами его головок) и торцовыми поверхностями опорных буртов пальцев соответственно в опорах О и О₁.

При этом в каждой из опор часть силы трения ( ) будет создавать противодействующий крутящий момент М_ПР ( ), компенсирующий М_КР, а другая часть – ( ) будет компенсировать сдвигающую силу P_S.

Таким образом неподвижность заготовки будет обеспечиваться условием:

(5)

Учитывая, что

; (6)

;

; (7)

где ( ) и ( ) составляющие зажимных сил, создающие, соответственно, силы трения ( ) для противодействия моменту М_КР и силы трения ( ) для противодействия сдвигающей силе P_S, т.е. в каждой из опор:

выражение (5) запишется в виде:

. (8)

Уравнения статического равновесия системы получим, введя коэффициенты запаса надежности:

, (9)

где K_З._S, K_З._M – коэффициенты запаса надежности соответственно противодействию сдвигающей силе и крутящему моменту.

Поскольку используется гидроцилиндр дифференциального типа, то усилия зажима обеих головок шатуна будут одинаковыми, т.е.

Q=Q₁, (10)

при этом доли ( ) и ( ), затрачиваемые соответственно на создание сил трения ( ) и ( ) также будут одинаковыми в обеих опорах.

Тогда система (9) запишется в виде:

. (11)

Отсюда определяем составляющие и :

(12)

, (13)

Принимая K_З._S=K_З._M=1, 5, а также учитывая фактические значения R=750 мм, R₁=100 мм, R₂=878 мм, определим числовые значения и :

кГс,

кГс.

Суммарная сила зажима на каждом штоке:

кГс.

а)

б)

Рис. 7.5. Расчетная схема для определения усилий зажима и параметров гидроцилиндра

С учетом передаточного отношения клинового механизма с углом клина α =10º усилие на штоке гидроцилиндра будет равно:

кГс.

Приняв рабочее давление гидроцилиндра P=5 МПа ( кГс/см²), определим требуемый диаметр гидроцилиндра:

см=57, 8 мм.

Принимаем размер рабочего диаметра гидроцилиндра (диаметра его поршня d_П) d_ГЦ=60 мм.

Оформление альбома карт ТП

Альбом представляет собой комплект технологических документов, оформляемых на стандартных бланках 11 формата – технологических картах различного типа и подшивается к пояснительной записке после раздела «Список литературы».

Составными элементами альбома являются:

1) титульный лист – оформляется также на стандартном бланке (приложение 7) и содержит наименование и обозначение заводского чертежа детали и подписи с указанием фамилий и инициалов разработчика (студента) и руководителя проекта.

2) Маршрутные карты (две формы – первый лист и продолжение, Приложение 8) – содержат описание маршрутного технологического процесса в виде перечня наименований операций с указанием применяемого технологического оборудования. Последней операцией обычно является контрольная (контроль ОТК, мастера и т.д.).

12 3 4 5 6 Следующая ⇒