5.5 Зажимные устройства

Зажимные устройства служат для закрепления обрабатываемой заготовки в приспособлении. При закреплении они должны создавать плотное прилегание детали к установочным элементам приспособления для того, чтобы обеспечить правильное положение заготовки в приспособлении. Закрепление заготовки должно надежно обеспечить неизменность ее положения во время обработки.

При конструировании зажимных устройств приспособлений

исходят из следующих основных требований:

- в процессе зажима не должно нарушаться положение детали, заданное ей при базировании;

- силы зажима должны быть достаточными, чтобы исключить возможность смещения и вибраций детали в процессе обработки;

- силовые механизмы должны быть быстродействующими и легко управляемыми.

Из этих основных требований следует:

1. силу зажима необходимо прикладывать там, где она не вызывает деформации детали и возможно ближе к месту обработки, что исключает вибрации в процессе обработки за счет повышения жесткости;

2. для уменьшения силы зажатия по возможности использовать при закреплении детали ее собственный вес и силы резания;

3) при значительных усилиях резания предусматривать установку в приспособлении специальных упоров, которые должны воспринимать эти усилия;

4) в качестве зажимных устройств применять наиболее производительные, исходя из заданных конкретных условий;

5) обеспечить выполнение требований техники безопасности.

Рисунок 5.5 – Зажимные устройства

5.6 Методика определения зажимного усилия

При различных методах обработки на заготовку могут действовать силы резания и объемные силы (центробежные, инерционные, вес заготовки). Силы резания в процессе обработки изменяются по величине, направлению и месту приложения. При затуплении инструмента они возрастают на 10-30 % и более.

Для расчета сил зажима Q нужно знать условия обработки, т.е. величину, направленность и место приложения сил, сдвигающих заготовку, а также схему ее установки и закрепления. Расчет сил зажима в первом приближении сводится к задаче статики на равновесие заготовки под действием приложенных к ней внешних сил, т.е. сил резания, сил зажима и реакций опор. При расчетах следует ориентироваться на такую стадию изменения сдвигающих сил и моментов, при которых силы зажима получаются наибольшими.

Величину необходимых сил зажима следует рассчитывать с наибольшей точностью.

При завышенном ее значении увеличивается стоимость изготовления и эксплуатации приспособлений за счет увеличения его габаритов и веса, диаметра пневматических цилиндров, расхода сжатого воздуха и т.д.

Заниженные значения сил не обеспечивают надежного зажима заготовки. Рассмотрим основные случаи воздействия на заготовку сил резания, сил зажима и их моментов.

1 Сила зажима Q и сила резания Р действуют в одном направлении и прижимают заготовку 1 к опорам приспособления (рисунок 5.6, а)

Рисунок 5.6 – Схемы установки заготовок и определения сил

зажима

Если сила Р не вызывает сдвигающих сил N, то Q = 0; это наиболее благоприятный случай расположения сил. Такой случай имеет место при протягивании отверстий на протяжном станке. Когда возникают сдвигающие силы N, не совпадающие с направлением зажимных сил, тогда

Q = K · N, ( 5.1 )

где К – коэффициент запаса.

2. Действия сил зажима Q и силы Р взаимно противоположны (рисунок 5.6, б). Величина силы зажима определяется из равенства

Q = K · P. ( 5.2 )

3. Заготовка 1 базируется на установочных элементах приспособления и прижимается к ним силой зажима Q, а сила резания Р действует в перпендикулярном направлении (рисунок 5.6, г). Силе резания Р противодействует сила трения Т между опорной поверхностью приспособления и нижней базовой плоскостью детали, а также между верхней плоскостью детали и поверхностью зажима. Требуемая сила зажима Q определяется по формулам

( 5.3 )

( 5.4 )

где f₁ и f₂ – коэффициенты трения заготовок в местах зажима и на

опорах.

4. Заготовка установлена и закреплена в трехкулачковом патроне (рисунок 5.6, в).

На заготовку действует крутящий момент М_рез, стремящийся повернуть ее вокруг оси, и осевая составляющая усилия резания Р_х, направленная по оси и стремящаяся ее сдвинуть. Сила зажима определяется из равенства:

( 5.5 )

Отсюда

( 5.6 )

( 5.7 )

где Q_сум – суммарная сила зажима всеми кулачками, Н;

f - коэффициент трения между поверхностями детали и

кулачков;

R - радиус заготовки, мм;

K - коэффициент запаса;

M_рез - момент силы резания, Н·м;

Q - сила зажима, развиваемая одним кулачком, Н;

Z - число кулачков, шт.

При большом значении Р_х полученная сила проверяется на профильный сдвиг по формуле

( 5.8 )

тогда ( 5.9 )

Коэффициент f в зависимости от материала кулачков берется из таблицы 5.1.

Таблица 5.1

Состояние контактирующих поверхностей (базирующих и установочных)·	Коэффициент f
Обработанные базирующие поверхности детали и установочные пластинки	0,1-0,15
Необработанные базирующие поверхности детали и установочные штыри со сферической головкой	0,2-0,3
Необработанные базирующие поверхности детали и рифленые установочные элементы приспособления	0,5-0,7

5. Заготовка установлена и закреплена на цанговой оправке. При обработке возникает момент резания М_рез, стремящийся повернуть деталь вокруг оси. Ему противодействует момент силы трения, возникающий между базирующей поверхностью заготовки и установочной поверхностью цанги, определяется по формуле

( 5.10 )

тогда ( 5.11 )

При расчете величины сил зажима для приспособлений, где применяются передаточные механизмы, необходимо учитывать передаточные отношения этих механизмов. Значение зажимной силы будет зависеть от величины исходной силы N, развиваемой приводом, и передаточного отношения между исходной силой N и силой Q

Q = N·i , ( 5.12 )

где i – передаточное отношение механизма.

В приспособлениях применяют следующие типы элементарных зажимных устройств: винтовые, эксцентриковые, рычажные, клиновые, реечно-рычажные с замками. Эти устройства могут применяться в различных сочетаниях, образуя более сложные зажимные устройства.

В качестве силовых узлов применяют пневмоцилиндры, пневмокамеры с упругими элементами, гидроцилиндры, электроприводы. Конструкция, расчет и примеры применения этих устройств приводятся в специальной литературе. На рисунке 5.5 показаны конструкции наиболее распространенных типов зажимных устройств, а в таблица приведены формулы для их расчета.

Таблица 5.2 Формулы для расчета зажимных устройств

Вид зажимного устройства	Расчетные формулы	Обозначения
1	2	3
Винт с нажимным сферическим концом (рисунок 5.5,а)		Q - необходимая сила закрепления заготовки;
Винт с гайкой (рисунок 5.5, б)		М – момент на винте (рукоятке) для обеспечения силы закрепления;
Винтовой прихват (рисунок 5.5, в)
Рычажный зажимной элемент (рисунок 5.5, г )
		rcp- средний радиус резьбы; α - угол подъема резьбы; φ - угол трения; d - диаметр резьбы;
Эксцентриковый зажим (рисунок 5.5, д)
Клиновой зажимной элемент (рисунок 5.5, е )
		f - коэффициент трения; D-диаметр опорной поверхности гайки; l1, l2 - плечи прихвата;
Цанговый зажим с осевым упором (рисунок 5.5, ж)
без осевого упора