Выбор схемы закрепления заготовки, расчет усилия зажима

Составление расчетной схемы и исходного управления для расчета зажимного усилия Рз

Закрепление заготовки производится с помощью зажимных устройств различных конструкций. Принцип действия и конструкцию зажимного устройства конструктор выбирает исходя из конкретных условий выполнения операций: типа производства, величин сил резания, действующих на заготовку при выполнении операций, конструктивных особенностей заготовки, типа станка.

Методика силового расчета станочных приспособлений в некоторой степени определяется применяемыми зажимными устройствами, которые разделяются на три группы.

Рис. 2.4.1. Схемы зажимных устройств.

К первой группе относятся зажимные устройства, имеющие в своем составе силовой механизм (СМ) и привод (П), который обеспечивает перемещение контактного элемента (К) и создает исходное усилие Р_и, преобразуемое силовым механизмом в зажимное усилие Р_з. Используемые приводы достаточны разнообразны: пневматические, гидравлические, пневмогидравлические, электрические и т.д. Применяются в серийном, крупносерийном производствах.

Во вторую группу входят зажимные устройства, состоящие лишь из силового механизма, который приводится в действие непосредственно рабочим, прилагающим исходное усилие Р_и на плече l. Эти устройства иногда называют зажимным устройством с ручным приводом (единичное и мелкосерийное производство).

К третьей группе относятся зажимные устройства, которые в своем составе не имеют силового механизма, а используемые приводы лишь условно можно назвать приводами, так как они не вызывают перемещений элементов зажимного устройства и только создают зажимное усилие Р_з, которое в этих устройствах является равнодействующей равномерно распределенной нагрузки q, непосредственно действующей на заготовку и создаваемой либо в результате атмосферного давления, либо посредством магнитного силового потока. К этой группе относятся вакуумные и магнитные устройства. Применяются во всех видах производства.

Силовой расчет станочных приспособлений можно разбить на следующие этапы:

1. Определение сил и моментов резания.

2. Выбор коэффициента трения f заготовки с опорными и зажимными элементами.

3. Составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета зажимного усилия Р_з.

4. Расчет коэффициента надежности закрепления К.

5. Составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета исходного усилия Р_и.

6. Расчет диаметров силовых цилиндров пневмо- и гидроприводов.

Определение сил и моментов резания

Действующие на заготовку силы и моменты резания можно рассчитать по формулам, приводимым в справочниках и нормативах по режимам резания применительно к определенному виду обработки.

Выбор коэффициента трения заготовки с опорными и зажимными элементами

В приспособлениях силы трения возникают на поверхностях контакта заготовки с опорными и зажимными элементами. Величина коэффициента трения (зависит от многих факторов. При использовании приспособлений его определение связано с определенными трудностями. В приспособлениях встречается много различных сочетаний контактных поверхностей, различающихся по форме, состоянию поверхности, твердости и т.д. Значения коэффициента трения для некоторых сочетаний контактных поверхностей приведены в табл.

Таблица 2.4.1 Значение коэффициента трения f

Составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета зажимного усилия Р_з

Величину необходимого зажимного усилия определяют на основе решения задачи статики, рассматривая равновесие заготовки под действием приложенных к ней сил. Для этого необходимо составить расчетную схему, то есть изобразить на схеме базирования заготовки все действующие на нее силы: силы и моменты резания, зажимные усилия, реакции опор и силы трения в местах контакта заготовки с опорными и зажимными элементами.

Расчетную схему следует составлять для наиболее неблагоприятного местоположения режущего инструмента по длине обрабатываемой поверхности.

По расчетной схеме необходимо установить направления возможного перемещения или поворота заготовки под действием сил и моментов резания, определить величину проекций всех сил на направление перемещения и составить уравнения сил и моментов:

Примеры расчета зажимного усилия Р_з

Пример 1. Фрезерование плоскости при данном способе базирования и закрепления заготовки.

Рис. 2.4.2. Фрезерование плоскости.

Из уравнения равновесия:

,

где .

Введем коэффициент надежности закрепления К:

Пример 2. Сверление отверстия в заготовке, закрепленной в 3-х кулачковом патроне.

Рис. 2.4.3. Сверление отверстия.

При перемещении заготовки в кулачках вдоль оси имеем коэффициент трения f ₁ , а при поворачивании f ₂ .

Тогда

; .

Определим величину зажимного усилия при условии недопустимости перемещения заготовки в кулачках. Предположим, что в патроне 3 кулачка. Тогда 3 Т ₁ = Р _о . Введем К:

,

откуда

.

При условии недопустимости провертывания заготовки в кулачках

или

,

откуда

.

Окончательно имеем

Расчет коэффициента надежности закрепления К

Так как в производственных условиях могут иметь место отступления от тех условий, применительно к которым рассчитывались по нормативам силы и моменты резания, возможное увеличение их следует учесть путем введения коэффициента надежности (запаса) закрепления К и умножения на него сил и моментов, входящих в составленные уравнения статики.

Значение коэффициента надежности К следует выбирать дифференцированно в зависимости от конкретных условий выполнения операции и способа закрепления заготовки. Его величину можно представить как произведение частных коэффициентов, каждый из которых отражает влияние определенного фактора:

К ₀ – гарантированный коэффициент запаса надежности закрепления, К ₀ = 1,5;

К ₁ – коэффициент, учитывающий увеличение силы резания из-за случайных неровностей на заготовках;

К ₁ = 1,2 – для черновой обработки;

К ₁ = 1,0 – для чистовой обработки;

К ₂ – коэффициент, учитывающий увеличение силы резания вследствие затупления инструмента (табл. 5.2);

К ₃ – коэффициент, учитывающий увеличение силы резания при прерывистом резании, К ₃ = 1,2;

К ₄ – учитывает непостоянство зажимного усилия;

К ₄ = 1,3 – для ручных зажимов;

К ₄ = 1,0 – для пневматических и гидравлических зажимов;

Таблица 2.4.2 Значение коэффициента К ₂

К ₅ – учитывает степень удобства расположения рукояток в ручных зажимах;

· К ₅ = 1,2 – при диапазоне угла отклонения рукоятки 90⁰;

· К ₅ = 1,0 – при удобном расположении и малой длине рукоятки;

К ₆ – учитывает неопределенность из-за неровностей места контакта заготовки с опорными элементами, имеющими большую опорную поверхность (учитывается только при наличии крутящего момента, стремящегося повернуть заготовку);

· К ₆ = 1,0 – для опорного элемента, имеющего ограниченную поверхность контакта с заготовкой;

· К ₆ = 1,5 – для опорного элемента с большой площадью контакта.

Величина К может колебаться в пределах 1,5…8,0. Если К < 2,5, то при расчете надежности закрепления ее следует принять равной К = 2,5 (согласно ГОСТ 12.2.029-77).

В таблице 5.3 приведены схемы для определения силы зажима Р_з заготовок для различных видов механической обработки.

Таблица 2.4.3 Схемы для определения зажимного усилия Р_з

При обработке заготовки на нее действуют силы резания. Их величина, направление и место приложения могут изменяться в процессе обработки одной поверхности, влияя на положение заготовки в приспособлении. В табл. показаны примеры действия сил и моментов резания для различных случаев обработки.

Таблица 2.4.4. Схемы действия сил и моментов резания для различных случаев обработки деталей

Кроме сил резания на заготовку действуют объемные силы (силы тяжести, центробежные, инерционные) и второстепенные.

Сила тяжести заготовки учитывается при установке на вертикальные или наклонные поверхности установочных элементов.

Центробежные силы возникают в процессе обработки при смещении центра тяжести заготовки относительно ее оси вращения.

Инерционные силы имеют значение, когда заготовка совершает возвратно-поступательное движение или вращается с большим угловым ускорением.

К второстепенным силам относятся силы, возникающие при отводе режущего инструмента (сверла, метчика, зенкера).