Материал: Проектирование станочных приспособлений. Сай В.А., Бородкин В.В

5. Составление расчетной схемы и исходного уравнения 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. 5.1. Схемы зажимных устройств

К первой группе относятся зажимные устройства (рис. 5.1а), 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 Р₃ .Используемые приводы достаточны разнообразны: пневматические, гидравлические, пневмогидравлические, электрические и т.д. Применяются в серийном, крупносерийном производствах.

Во вторую группу (рис. 5.16) 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 Р₃ , 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 (рис. 5.1 в). 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 Р₃.

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.

5.1. 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.

5.2. 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. 5.1.

Таблица 5.1

Значение коэффициента трения f

Окончание табл. 5.1

5.3. Составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета зажимного усилия р3

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 Р₃

Пример 1. Фрезерование плоскости при данном способе базирования и закрепления заготовки (рис. 5.2)

Рис. 5.2. Фрезерование плоскости

Из уравнения равновесия:

Введем коэффициент надежности закрепления К:

Пример 2. Сверление отверстия в заготовке, закрепленной в 3-х кулачковом патроне (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Сверление отверстия

При перемещении заготовки в кулачках вдоль оси имеем коэффициент трения f₁, а при поворачивании f₂.

Тогда

Определим величину зажимного усилия при условии недопустимости перемещения заготовки в кулачках. Предположим, что в патроне 3 кулачка. Тогда 3 Т₁=Р₀. Введем К:

откуда

При условии недопустимости провертывания заготовки в кулачках

или

откуда

Окончательно имеем

5.4. 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:

,

где К₀ - гарантированный коэффициент запаса надежности закрепления, К₀ =1,5;

К₁ - коэффициент, учитывающий увеличение силы резания из-за случайных неровностей на заготовках;

Таблица 5.2

Значение коэффициента Kj

К₁ = 1,2- для черновой обработки;

К₁ - 1,0 - для чистовой обработки;

К₂ - коэффициент, учитывающий увеличение силы резания вследствие затупления инструмента (табл. 5.2);

К₃ - коэффициент, учитывающий увеличение силы резания при прерывистом резании, К₃ = 1,2;

К₄ - учитывает непостоянство зажимного усилия;

К₄= 1,3 - для ручных зажимов;

К₄ = 1,0 — для пневматических и гидравлических зажимов;

К₅ - учитывает степень удобства расположения рукояток в ручных зажимах;

• К₅ = 1,2 - при диапазоне угла отклонения рукоятки 90°;

• К₅ = 1,0 - при удобном расположении и малой длине рукоятки;

К₆ - учитывает неопределенность из-за неровностей места контакта заготовки с опорными элементами, имеющими большую опорную поверхность (учитывается только при наличии крутящего момента, стремящегося повернуть заготовку);

• К₆ = 1,0 - для опорного элемента, имеющего ограниченную поверхность контакта с заготовкой;

• К₆ = 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 Р₃ заготовок для различных видов механической обработки.

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 Р₃ заготовок для различных видов механической обработки.

Таблица 5.3

Схемы для определения исходного усилия Р3