Приспособления для токарного станка - это дополнительные устройства к станку, предназначенные для закрепления обрабатываемых деталей или расширения его технологических возможностей. С этой целью при выполнении токарных работ применяются зажимные и поводковые патроны, центры, хомутики, оправки, упоры, планшайбы, люнеты и ряд других приспособлений.
Приспособления для токарного станка по металлу, разработанные в настоящее время, позволяют расширить функциональный потенциал оборудования и упростить выполнение некоторых работ. Для крепления деталей применяются универсальные приспособления – центры, втулки и оправки. Центры применяются для деталей длиной более трех метров с базовыми поверхностями в форме центровых отверстий. Угол конуса переднего центра зависит от типа работ. Для обычных операций он равен 60°, для тяжелых работ – 90°. В зависимости от конструкции они подразделяются на вращающиеся и неподвижные, устанавливаются в пиноли передней и задней бабки. Материалом является инструментальная сталь с твердостью HRC 55-58. В данной статье предлагается приспособление для токарного станка по металлу с целью закрепления сошника для последующего его упрочнения.
Снижение эксплуатационных затрат на поддержание в работоспособном состоянии техники возможно путем рационального восстановления и упрочнения деталей сельскохозяйственных машин, на основе разработки оригинальной технологической оснастки, например, для дисковых рабочих органов. Выполнен критический обзор приспособлений для фиксирования деталей различных форм и назначения. Выявлен основной их недостаток – невозможность прочного закрепления в токарном станке и фиксирования деталей типа «диск» с гарантией точности при их обработке, а также сложность конструкции устройств, что сказывается на трудоемкости выполнения работ. С целью устранения недостатков, разработаны приспособление для токарного станка по металлу и способ закрепления диска сошника в токарном станке при упрочнении с помощью левой и правой оправок. Конструкция имеет следующие размеры: наружный диаметр оправок – 45 мм, резьбовое соединение – М16, размер шестигранных торцевых гаек «под ключ» – 24, общая длина приспособления в сборе – 258 мм, правая оправка имеет длину 50 мм, левая оправка, снабженная прижимающей торцевой поверхностью диаметром 60 мм. Общее усилие затягивания резьбового соединения – 200 Н. При этом минимальный коэффициент запаса по усталостной прочности конструкции равен 16; эквивалентные нормальные напряжения в теле приспособления не превышают 3,5 МПа; коэффициент запаса по усталостной прочности равен 2,637; перемещение рабочей кромки диска составляет 1,034 мм. Аналитический расчет в программном комплексе АРМ Win Machine подтвердил, что при обработке диска в сборе обеспечиваются прочность и жесткость конструкции приспособления. Апробация установки приспособления на токарном станке по металлу с имитацией обработки подтвердила работоспособность технического решения.
Международная практика свидетельствует о том, что доля восстанавливаемых деталей в общем объеме потребления запасных частей достигает в развитых зарубежных странах 30…35%, однако в России этот показатель за последние годы снизился. По прогнозам специалистов ФГБНУ ГОСНИТИ, к 2020 г. объемы восстановления должны увеличиться до 6…7 млрд руб., что составит 25…30% от поставки новых запасных частей.
Прогноз на увеличение объемов восстановления деталей в России соответствует мировым тенденциям, поэтому необходимо уделить большое внимание вопросам организации и технологиям восстановления деталей, постоянно увеличивать ассигнования на разработку новых способов и передового оборудования.
В отечественной и зарубежной сельскохозяйственной технике широко применяются дисковые рабочие органы, в частности, зерновые сеялки включают дисковые сошники. При эксплуатации последние претерпевают диаметральный износ дисков, в связи с чем встает вопрос о снижении износа. Обзор литературных источников показывает, что уменьшить износ можно путем упрочнения рабочих кромок дисков. При этом возникла необходимость в разработке приспособления для токарного станка по металлу для установки дисковых рабочих органов при восстановлении и упрочнении на токарном станке, которое может быть применено в ремонтных мастерских региональных аграрных предприятий.
Цель работы – разработка приспособления для фиксации диска сошника сеялки СЗТ‑3,6А в токарном станке. Для достижения цели поставлены задачи: провести обзор и выполнить анализ существующих приспособлений для фиксации деталей в виде диска, разработать приспособление для фиксации диска сошника и обосновать его конструктивные параметры.
Существует множество конструкций технологической оснастки, применяемых для фиксирования деталей различной формы и назначения с последующей обработкой их рабочих поверхностей: устройство для крепления заготовок на шпинделе токарного станка, в частности штамповок колес, устройство для закрепления цилиндрических заготовок при обработке на токарном станке, планшайба для закрепления детали сложной формы, оправка для позиционирования и закрепления дисков автомобильных колес при обработке на токарных станках, автоматический цанговый патрон для закрепления цилиндрического изделия, устройство для центрирования и закрепления зубчатых колес, зажимное приспособление для деталей цилиндрической формы, универсальное зажимное устройство для тонких цилиндрических деталей, зажимной патрон для заготовок оболочек с соосными цилиндрическими отверстиями.
Исходя из недостатков вышеупомянутых устройств, задачей изобретения является создание приспособления для токарного станка по металлу для точного базирования и надежной фиксации диска при упрочнении с низкой трудоемкостью снятия и закрепления диска со ступицей при обеспечении простоты конструкции.
Приспособление для установки дисковых рабочих органов при упрочнении на токарном станке выполнено из двух оправок. Левая оправка содержит узел крепления в шпинделе станка, резьбовое отверстие, шестигранную головку под ключ и прижимающую торцевую поверхность. Правая оправка содержит посадочную часть, резьбовую часть, прижимающую поверхность, шестигранную головку под ключ и центрирующее отверстие.
Данная конструкция должна обладать достаточной прочностью и жесткостью, удовлетворять требованиям: стержень правой оправки должен быть прямолинейным, а опорная плоскость левой оправки – перпендикулярной к оси резьбы; резьба на левой и правой оправках не должна быть смята и иметь трещин; оправки должны надежно фиксировать диск, не допуская его прокручивания.
В процессе разработки конструкции были выполнены:
- 1) измерения геометрических параметров диска в сборе;
- 2) построение 2D-модели диска с выполнением рабочих чертежей деталей предлагаемой конструкции, построение 3D-модели сборки устройства в графическом редакторе КОМПАС 3D;
- 3) аналитическое обоснование параметров приспособления и проверка на прочность и жесткость разработанной конструкции;
- 4) изготовление опытного экземпляра приспособления и практическая апробация на токарном станке.
Общий вид предлагаемого приспособления для токарного станка по металлу для установки дисковых рабочих органов при упрочнении на токарном станке представлен на рисунке 1.
В ступице диска 1 установлена правая оправка за счет посадочной поверхности 2, имеющей цилиндрическую форму, до касания с прижимающей поверхностью 3 ступицы диска. На резьбовую часть 4 накручена левая оправка с помощью внутренней резьбы 5 до полного прилегания прижимающей торцевой поверхности 6 к ступице диска. Шестигранные головки 7 и 8 обеспечивают зажим ступицы диска, последний относительно оправок установлен неподвижно. Для закрепления диска в токарном станке на левой оправке выполнен узел для крепления, имеющий форму цилиндрической поверхности 9, обеспечивающий надежную фиксацию в шпинделе станка. Для фиксирования диска задней бабкой на правой оправке выполнено центрирующее отверстие 10.
Аналитическая оценка прочности и жесткости конструкции показала, что суммарные нормальные напряжения, действующие в конструкции, максимальные напряжения изгиба и деформация диска меньше допустимых значений при принятых конструктивных параметрах. В этой связи конструкция имеет следующие геометрические размеры: наружный диаметр оправок – 45 мм, резьбовое соединение – М16, размер шестигранных торцевых гаек «под ключ» – 24, общая длина приспособления в сборе – 258 мм, правая оправка имеет длину 50 мм, левая оправка снабжена прижимающей торцевой поверхностью диаметром 60 мм. Общее усилие затягивания резьбового соединения составляет 200 Н. В целях проверки прочности и жесткости, а также для выявления слабых мест проведен автоматизированный расчет в программном комплексе Win Machine.
В частности, для предлагаемой конструкции в сборе составлены графические модели и проведен расчет в модулях APM Shaft (рис. 2), APM Studio и APM Structure 3D (рис. 3).
Рис. 1. Общий вид оправок в сборе: 1 – ступица диска; 2 – посадочная поверхность; 3 – прижимающая поверхность; 4 – резьбовая часть стержня; 5 – внутренняя резьба; 6 – прижимающая торцевая поверхность; 7, 8 – шестигранные головки; 9 – цилиндрическая поверхность; 10 – центрирующие отверстие; 11 – диск
Рис. 2. Результаты расчета в модуле APM Shaft: а – коэффициент запаса по усталостной прочности; б – эквивалентные нормальные напряжения
Рис. 3. Результаты расчета в модулях APM Studio и APM Structure 3D: а – коэффициент запаса по усталостной прочности; б – перемещение рабочей кромки диска
На основании результатов расчетов выполнены рабочие чертежи деталей приспособления, изготовлен опытный экземпляр, осуществлена сборка конструкции с диском и выполнена апробация установки приспособления на токарный станок по металлу (рис. 4) с имитацией силового воздействия при обработке. За счет соосного выполнения посадочного и резьбового элементов правой и левой оправок приспособления и наличия прижимающих торцевых поверхностей оправок осуществляется надежное крепление и фиксация дискового рабочего органа. При этом обеспечивается простота конструкции и низкая трудоемкость.
Рис. 4. Приспособление для закрепления диска сошника в токарном станке при упрочнении
В результате установлено, что при обработке обеспечивается прочность и жесткость конструкции и диска. При этом минимальный коэффициент запаса по усталостной прочности конструкции равен 16 (рис. 2, а); эквивалентные нормальные напряжения в теле приспособления не превышают 3,5 МПа (рис. 2, б); коэффициент запаса по усталостной прочности равен 2,637, что достаточно (рис. 3, а); перемещение рабочей кромки диска составляет 1,034 мм, что не повлияет на контакт диска и обрабатывающего ролика при упрочнении (рис. 3, б).
Изготовленный опытный экземпляр приспособления прошел апробацию на токарном станке и подтвердил свою работоспособность. Приспособление для токарного станка по металлу для установки дисковых рабочих органов может быть применено в ремонтных мастерских региональных аграрных предприятий при восстановлении и упрочнении дисковых рабочих органов.
