Проектирование и расчет технологической оснастки

Теоретические сведения

Технологическая оснастка представляет собой дополнительные или вспомогательные устройства, предназначенные для реализации технологических возможностей оборудования или работающие автономно на рабочем месте с использованием ручного, пневматического, электромеханического и других приводов. При выборе технологической оснастки в соответствии с ГОСТ14.305.-73 ЕСТПП определяют по каталогам исходя из вида работы принадлежность конструкции к определенной системе технологической оснастки. К системам технологической оснастки относятся:

· неразборная специальная оснастка (НСО);

· универсально-наладочная оснастка (УНО);

· сборно-разборная оснастка (СРО);

· универсально-безналадочная оснастка (УБО);

· специализированная наладочная оснастка (СНО).

Конструкцию оснастки выбирают с учетом стандартных и типовых решений для данного вида технологической операции с учетом габаритных размеров изделия, вида заготовки, характеристики материала изделия, точности параметров изделия, технологических схем базирования и фиксации изделий, характеристик оборудования, типа производства.

Технологическая оснастка применяется для выполнения следующих операций:

1) подготовка выводов радиоэлементов к монтажу (гибка, обрезка, формовка, лужение);

2) подготовка проводов и кабелей к монтажу (снятие изоляции, зачистка, заделка, маркировка, вязка жгутов, лужение);

3) механосборка (расклепка, развальцовка, запрессовка, расчеканка, свинчивание, стопорение резьбовых соединений);

4) установка радиоэлементов на печатные платы (укладка, закрепление, склеивание);

5) монтажные работы (пайка, сварка, накрутка, демонтаж элементов);

6) регулировочные и контрольные операции (подстройка параметров, визуальный и автоматический контроль) и т.д.

Использование технологической оснастки имеет целью механизировать или автоматизировать отдельные операции технологического процесса. Выбор технологической оснастки проводят в соответствии с ГОСТ14.305-73 путем сравнивания вариантов и определения принадлежности к стандартным системам оснастки. На первом этапе используют стандарты: ОСТ4ГО.054.263 – ОСТ4Г0.054.268, научно-технические журналы, патентную и справочную литературу.

Выбор конструкции оснастки осуществляют путем расчета следующих технико-экономических показателей: коэффициент загрузки единицы технологической оснастки и затраты на оснащение технологической операции.

Коэффициент загрузки К_з единицы оснастки рассчитывается по формуле

К_з = Т_штN/Ф_д, (6.1)

где Т_шт – штучно-калькуляционное время выполнения технологической операции;

N – программа выпуска;

Ф_д – годовой фонд рабочего времени.

На втором этапе осуществляется доработка конструкции рабочих узлов технологической оснастки в соответствии с размерами обрабатываемых деталей и радиоэлементов и техническими условиями на изделие. Конструкция приспособления должна быть увязана с конструкцией технологического оборудования, например, расположением стола станка, пресса, крепежных пазов на нем.

К проектированию специализированных групповых приспособлений предъявляются следующие требования:

1) приспособление должно иметь комплект сменных или регулируемых элементов (направляющие, установочные, зажимные и др.), обеспечивающих стабильность установки любой из деталей группы;

2) количество деталей, входящих в сменный комплект, должно быть минимальным;

3) переналадка приспособления должна быть простой, доступной рабочему 2-3 разряда, и проводиться не более 5–10 мин.

Сборочный чертеж технологической оснастки содержит обычно две–три проекции общего вида с соответствующими разрезами и сечениями, обеспечивающими возможность деталирования. На нем указывают габаритные и присоединительные размеры, а также размеры, износ которые влияет на точность приспособления. К таким размерам относятся различного рода посадки, обозначаемые в соответствии со СТ СЭВ 144-75. В технических требованиях приводят следующие сведения:

– характеристики совместно используемого оборудования, тип привода;

– наибольшие габаритные размеры обрабатываемых деталей или элементов;

– характер смазки трущихся деталей и др.

На завершающем этапе проектирования технологической оснастки выполняют поверочный расчет, который имеет целью определение ее работоспособности, производительности и других технических характеристик.

При расчетах чаще всего определяют механические характеристики работы приспособления. Усилие, разрабатываемое винтовым механизмом, зависит от величины приложенного момента, формы рабочего торца винта и вида резьбы.

Для винтов со сферическим торцом:

(6.2)

где F_прил – усилие, приложенное к рукоятке винтового механизма,

Н; L – длина рукоятки,

м; r_ср – средний радиус резьбы, м;

a – угол подъема резьбы;

x – приведенные угол и радиус трения.

Угол подъема резьбы и приведенный угол трения:

(6.3)

где S – шаг резьбы, мм;

f – коэффициент трения на плоскости;

b – половина угла при вершине профиля резьбы, град.

Для винтов с плоским торцом:

F = , (6.4)

где m – коэффициент трения на плоском торце;

D – наружный диаметр плоского торца, м.

Условие самоторможения винтового механизма определяется неравенством:

a < x_пр. (6.5)

Для резьбы величина угла подъема лежит в пределах 1,5 – 4^o, а приведенный угол трения изменяется в зависимости от величины коэффициента трения в пределах от 6 до 16^o, условие торможения, как правило, выполняется. Для проверочных расчетов винтового механизма выбирают исходные данные в пределах:

F_прил = 15–25 Н; L = 0,08–0,24 м; f = 0,1–0,15; r_ср = 0,45d;

D = 0,8d; m = 0,1; b = 120^o,

где d – номинальный диаметр резьбы, в мм.

КПД винтового механизма рассчитывается по формуле:

z= . (6.6)

Для самотормозящихся винтовых механизмов КПД меньше 0,5. Выбрав номинальный диаметр винта в зависимости от требуемого усилия зажима F, проверяют прочность винта:

s_р = < s_р.доп, (6.7)

где s_р – напряжение растяжения винта, Мпа;

s_р.доп – допустимое напряжение растяжения материала винта, Мпа;

K – коэффициент, для метрической резьбы с крупным шагом – 0,5.

Для винтов с резьбой М6-М18, изготовленных из углеродистых сталей обыкновенного качества марок Ст3, Ст5, допустимое напряжение до 200 Мпа, качественных сталей 10…85 – до 430 Мпа.

Усилие, развиваемое рычажным механизмом (рисунок 6.1), определяется по формуле

F = F_прил , (6.8)

где L₁, L₂ – плечи рычага;

f_o – коэффициент трения на оси;

r – радиус оси.

В эксцентриковых механизмах применяются круговые и криволинейные эксцентрики, представляющие собой диск или валик со смещенной осью вращения относительно геометрической оси. Угол подъема кругового эксцентрика достигает максимального значения при угле поворота 90°. Однако при этом возможна нестабильность усилия. В связи с этим для обеспечения незначительного изменения зажимного усилия выбирают рабочий участок профиля кругового эксцентрика в пределах 30-45^о влево и вправо от расчетной точки контакта детали с эксцентриком. Усилие зажима круговым эксцентриком определяют по формуле

, (6.9)

где F_прил – сила, приложенная к рукоятке эксцентрика (100–150 Н);

L₁ – плечо приложения силы, м, L₁ = L + 0,5D, где L – длина рукоятки;

D – диаметр кругового эксцентрика;

L₂ – расстояние от оси вращения эксцентрика до точки соприкосновения с изделием;

м; f – угол трения между эксцентриком и изделием, град;

f₁ – угол трения на оси эксцентрика, град;

a – угол подъема кривой эксцентрика, град.

Условие самоторможения кругового эксцентрика:

D/L ³ 14, (6.10)

где L – эксцентриситет (1,5–5,0 мм).

При выполнении операций сборки неразъемных соединений путем расклепывания усилие, прикладываемое к детали, определяют таким образом:

F = (2 – 2,5)s_вS, (6.11)

где s_в – предел прочности материала детали на растяжение;

S – площадь приложения давления.

Для развальцовки это усилие определяется так:

F = s_вS. (6.12)

При свободной гибке выводов радиоэлементов усилие выбирается из условия

F_r = s_т, (6.13)

где L – длина линии изгиба;

d – диаметр вывода;

B – плечо гибки, равное r+1,25d, где r – внутренний радиус гибки;

s_т – предел текучести материала выводов.

Рассчитанное усилие, необходимое для работоспособности приспособления, должно быть в 5–8 раз меньше усилия, развиваемого приводом приспособления или технологическим оборудованием.

Усилие, развиваемое пневмоприводом (рисунок 6.2):

Fп = pD²pz/4 – F_c, (6.14)

где D – диаметр поршня или диафрагмы в пневмоцилиндре;

p – давление сжатого воздуха;

F_c – усилие сопротивления возвратной пружины в крайнем рабочем положении поршня.

Рисунок 6.2. Схема пневмопривода

1 – привод; 2 – плечи; 3 – губки Рисунок 6.1. Схема рычажного механизма

Время срабатывания пневмопривода:

(6.15)

где L – длина хода поршня;

d – диаметр воздухопровода;

v – скорость подачи воздуха (150–250 м/с).

Порядок выполнения задания

10 Составить эскиз технологической оснастки и определить параметры, подлежащие расчету.

11 Выполнить расчет параметров технологической оснастки по 2–3 вариантам.

12 Выбрать тип привода и рассчитать потребляемую мощность.

Практическое занятие №7