Закрепление заготовок в станочных приспособлениях. Методика расчёта сил зажима.

При обработке заготовки различными методами на неё действует ряд сил, которые могут вызывать смещение заготовки относительно установочных элементов, деформацию заготовки и элементов приспособления, а также их вибрации.

К этим силам относятся:

1. силы резанья, переменные по величине, направлению и месту приложения. Величина их изменяется в зависимости от режимов резанья.

Неустановившийся режим возникает при врезании и выходе инструмента. Установившийся режим также подвергает колебанию вследствие неравномерного припуска, нестабильных механических свойств обрабатываемого материала, степени затупления.

При затуплении сила резанья может возрастать. Силы резанья носят ударный характер (строгание, долбление).

2. Объёмные силы:

а). вес заготовки:

учитывается при установке заготовки на вертикальных или наклонных элементах приспособления, а также при проектировании поворотных и вращающихся приспособлений.

б). центробежные силы – они возникают при смещении силы тяжести от оси вращения заготовки. Их необходимо учитывать при высоких скоростях резанья, когда по величине они сопоставимы с силами резанья. Для частичной компенсации действия этих сил устанавливают дисбаланс.

в). силы инерции – возникают, когда заготовка имеет возвратно-поступательные движения (строгание, плоское шлифование) или при резком изменении скорости вращения. Величину силы инерции при возвратно-поступательном движении учитывают в основном при чистовой обработке на строгальных станках.

3. Силы второстепенные и случайного характера:

а). силы при отводе инструмента (вывод сверла)

б). силы трения (трение в центрах)

в). силы сопротивления вращению (сопротивление воздуха или охлаждающей жидкости при вращении заготовки).

Требования к зажимным элементам.

1. Надёжность в работе, простота конструкции и удобства обслуживании;

2. Не должны вызывать деформации заготовки и установочных элементов приспособления и портить их поверхности;

3. Работать с лишними затратами сил и временем работающего персонала;

4. Должны обеспечить равномерность зажима;

5. Не должны сдвигать заготовку во время закрепления;

6. Силы резанья не должны восприниматься зажимными устройствами;

7. Место приложения силы зажима должно выбираться из условия наибольшей жесткости и устойчивости закрепления;

8. Необходимость стремиться к применению таких конструкций зажимных устройств, которые обеспечат постоянство силы зажима;

9. В ручных зажимах усилие руки не должно превышать 147 Н (15 кг);

10. При усилиях 200-250 Н число зажатий в смену не должно превышать 750 раз во избежание значительной утомляемости рабочего.

Расчетные факторы для определения сил зажима.

Выбрав схему базирования и расположения установочных элементов, намечают схему закрепления детали, при этом должны удовлетворятся следующие требования:

- в процессе зажима не должно нарушаться положение детали

- заданная ей при базировании схема зажима должна быть достаточной, чтобы исключить возможность смещений и вибраций заготовки при обработке, для этого необходимо выбрать следующие величины:

1. коэффициент запаса (к)

2. выбрать коэффициент статического трения, т.к. при расчете сил зажима считается вероятным смещение ими сдвиг заготовки (F)

3. знать значение жесткости систем установочных и зажимных элементов приспособления в нормальном и тангенциальном направлениях

Значение сил резания и моментов рассчитываются по формулам, известным из теории резания (Справочник технолога том 2).

При расчете сил зажима, чтобы обеспечить полную неподвижность и фиксацию обрабатываемой детали, в расчет вводят коэффициент запаса к.

P_z < Q;

P_z ∙ k =Q;

k=k₀ ∙ k₁ ∙ k₂ ∙ k₃ ∙ k₄ ∙ k₅ ∙ k₆

k₀=1,5

k₁- коэффициент, учитывающий наличие случайных неровностей на черновых заготовках

для черновой обработки k₁ =1,2

для чистовой обработки k₁ =1

k₂- коэффициент, учитывающий увеличение сил резания от прогрессирующего затупления инструмента (1 ÷ 1,9) (Корсаков стр.111 т.14)

k₃- коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при прерывистом резании

(до 1,3)

к₄- коэффициент, характеризующий зажимное устройство с точки зрения развиваемых им сил

для ручных зажимных устройств к₄ = 1,3

для механизированных к₄ = 1

Если допуск влияет на усилие зажима (пневмокамеры и т.д.), то к₄ = 1,2

к₅- коэффициент, характеризующий зажимное устройство с точки зрения удобства обслуживания

при удобном расположении рукояток, малого диапазона угла поворота к₅ = 1

при больших значениях угла поворота, более 90⁰ к₅ > 1

к₆- коэффициент учитывается только при наличии моментов, стремящихся повернуть заготовку

В случае, когда заготовка установлена базовой плоскостью на опоры с ограниченной поверхностью контакта к₆=1

Если заготовка устанавливается на планки и др. элементы с большой поверхностью контакта к₆=1,5

Значения коэффициентов трения выбираются по справочнику. Среднее значение коэффициентов трения при контакте обрабатываемых поверхностей обработки с плоскими закаленными или шлифовальными элементами можно принимать как 0,16. При повышении удельного давления до 500 кг/см² значение коэффициента f уменьшается на 0,01-0,02. Наличие на поверхности контакта СОЖ также уменьшает значение f на 0,01-0,02. При установке заготовок с необработанными поверхностями на сферически опоры коэффициент f зависит от величины нормального давления и радиуса сферы головки. При практически применяемых нагрузках на опору коэффициент трения можно брать в пределах 0,2 ÷ 0,25. При установке заготовок необработанными поверхностями на опоры с насеченными поверхностями патронов (кулачки патронов), коэффициент трения 0,2 и выше.

Зависимость между коэффициентом трения и нормальной силой для заготовки из серого чугуна и конструкционной стали : f=0,0005 ∙N+0,2

где N – нормально действующая сила.