4.5 Зажимные элементы (механизмы)

Зажимными называются механизмы, устраняющие возможность вибрации или смещения заготовки под действием собственного веса и сил, возникающих в процессе обработки.

Таким образом, они предназначены для сохранения в течении всего времени обработки на операции плотного контакта между базовыми поверхностями заготовки и установочными элементами.

Необходимость применения зажимных механизмов отпадает в двух случаях:

- когда обработке подвергается тяжелая, устойчивая заготовка, по сравнению с весом которой силы резания незначительны;

- когда силы, возникающие при обработке, приложены так, что они не могут нарушить произведенную установку заготовки.

Требования, предъявляемые к зажимным элементам:

1) При зажиме не должно нарушаться положение заготовки, достигнутое установкой. Это удовлетворяется рациональным выбором направления и точки приложения силы зажима.

2) Сила зажима должна быть минимально необходимой, но достаточной для надежного обеспечения неизменного положения заготовки относительно установочных элементов в процессе обработки.

3) Зажимной механизм должен быть простым по конструкции, максимально удобным и безопасным в работе.

4) Зажим не должен вызывать деформации закрепляемых заготовок или порчи (смятия) их поверхностей.

5) Зажим и открепление заготовок должны производиться с минимальной затратой сил и времени рабочего. При использовании ручных зажимов усилие руки не должно превышать 15 кг (147 Н).

6) Силы резания не должны, по возможности, восприниматься зажимными устройствами. Им следует противопоставлять установочные элементы, как более жесткие.

4.5.1 Методика расчета сил зажима

Расчет сил зажима может быть сведен к решению задачи статики на равновесие твердого тела (заготовки) под действием системы внешних (и внутренних) сил.

К заготовке с одной стороны приложены силы, возникающие в процессе обработки, с другой – искомые зажимные силы и реакции опор. Под действием этих сил заготовка должна находится в равновесии. При расчетах следует ориентироваться на такую стадию сдвигающих сил и моментов, при которой силы зажима получаются наибольшими.

Исходными данными для расчета являются:

- схема базирования заготовки;

- величина, направление и место приложения сил, возникающих при обработке;

- схема закрепления заготовки, то есть направления и точки приложения зажимной силы.

Рассмотрим подробнее выбор исходных данных. Типовые схемы установки уже изучены достаточно подробно. Рассмотрим силы, определяющие в отдельных случаях возможность смещения заготовки, возникновения вибраций или деформаций.

При обработке на заготовку действуют силы резания, объемные силы, а также силы второстепенного и случайного характера.

Силы резания. По величине, направлению и месту приложения силы резания являются переменными факторами. При неустановившемся режиме (врезании инструмента) сила резания возрастает от нуля до максимума и уменьшается от максимума до нуля (сход инструмента).

При установившемся режиме она также не постоянна и изменяется в определенных пределах. Амплитуда колебаний силы резания в этом случае достигает 0,1 ее номинальной величины. Точка приложения силы резания в процессе обработки непрерывно перемещается по обрабатываемой поверхности, поэтому сила резания имеет не статический, а динамический характер. При обработке прерывистых поверхностей динамичность резания еще более возрастает. С затуплением инструмента сила резания увеличивается на 10…70% и более.

Величина сил резания рассчитывается по формулам теории резания металлов или выбирается из нормативов. Но с учетом сказанного выше при расчетах зажимных сил, величину сил резания увеличивают, вводя коэффициент запаса К, гарантируя тем самым надежность закрепления заготовки.

Этот коэффициент должен учитывать возможные отклонения в условиях обработки на операции: неоднородность обрабатываемых заготовок, затупление режущего инструмента и связанное с ним увеличение сил резания, а также непостоянство условий установки и закрепления заготовок. В зависимости от конкретных условий выполнения технологической операции значение К следует выбирать дифференцировано. Величину К можно определить как произведение первичных коэффициентов:

К= К₀ К₁ К₂ К₃ К₄ К₅ К₆;

где К₀ – гарантированный коэффициент запаса; для всех случаев принимается равным 1,5.

К₁ – учитывает наличие случайных неровностей на черновых поверхностях заготовок (колебание припусков). При черновой обработке К₁=1,2, при чистовой К₁=1,0.

К₂ – учитывает увеличение сил резания при затуплении инструмента. Значения К₂ для различных инструментов даны в книге Корсакова В.С. «Основы конструирования приспособлений».

К₃ – учитывает увеличение сил резания при обработке прерывистых поверхностей при работе с зазорами: К₃=1,2.

К₄ – характеризует постоянство зажимной силы. Для зажимов с ручным приводом К₄=1,3, с механизированным приводом – К₄=1,0, если допуск на размер заготовки не влияет на силу зажима.

К₅ – характеризует зажимные механизмы с ручным приводом. При удобном положении рукоятки зажима и малом диапазоне угла ее отклонения К₅=1,0; при большом диапазоне угла отклонения рукоятки (более 90⁰) или неудобном расположении рукояток К₅=1,2.

К₆ – принимается в расчет только при наличии в наладке моментов, стремящихся провернуть заготовку, и характеризует влияние макронеровностей базовой поверхности. Если заготовка установлена базовой плоскостью на опоры с ограниченной поверхностью контакта (штыри, пластинки) К₆=1,0. Если на планки или другие элементы с большой поверхностью контакта (опоры-шайбы), то величины К₆=1,5.

В целом коэффициент К может колебаться в пределах от 1,5 до 2,5.

Объемные, силы тяжести заготовки, центробежные и инерционные силы – возникают при определенных условиях обработки. Сила тяжести заготовки действует и учитывается при установке на вертикальные и наклонно расположенные элементы.

Центробежные силы возникают в процессе обработки при смещении центра тяжести заготовки относительно ее оси вращения. Величина действующих на заготовку центробежных сил и моментов (при динамическом дисбалансе) сопоставима с силами резания при чистовой обработке.

Инерционные силы (моменты) возникают и имеют значение тогда, когда заготовка совершает возвратно-поступательное движение или вращается с большими угловыми ускорениями.

Кроме этого в ряде случаев возникают второстепенные силы, такие как трение в центрах, трение при выводе сверла и др., которые в большинстве случаев не учитываются ввиду незначительности их величины.