4.2 Характеристика зажимных устройств

Основное назначение зажимного устройства – обеспечить надежный контакт заготовки с установочными элементами и предотвратить в процессе обработки смещение заготовки под действием сил.

Потребность в зажимных устройствах исключается в случаях, когда:

1) силы обработки весьма малы по сравнению с весом заготовок и силами трения;

2) силы обработки (сборки) по направлению таковы, что не могут нарушить положение заготовки, обусловленное базированием.

Основные требования к зажимным устройствам:

1. простота, надежность, жесткость и износостойкость;

2. постоянная по величине сила закрепления и минимальное время закрепления - открепления заготовки;

3. отсутствие деформации заготовки и ее смещения в процессе закрепления.

Выполнение требований, предъявляемых к зажимным устройствам, связано с правильным определением значений, направления и мест приложения сил зажима. Анализ зажимов и приводов приспособления предполагает выявление их устройства, принципа действия, расчетных размеров, а также групп, к которым относятся рассматриваемые зажимы.

При определении потребных сил зажима в случаях, когда силы обработки совпадают с ними по направлению, иногда необходимо учитывать упругие характеристики зажимных устройств. В этом плане применяемые в приспособлениях зажимные устройства подразделяются на два типа /8/:

1) самотормозящие устройства: винтовые, клиновые, эксцентриковые и другие механизмы, обеспечивающие жесткое замыкание независимо от вида привода. Упругие отжатия таких устройств прямо пропорциональны приложенной силе;

2) автоматизированные зажимные устройства: пневматические, гидравлические, пневмогидравлические механизмы прямого действия без промежуточных элементов. Если к зажимному элементу этих устройств (например к штоку) приложить возрастающую силу, то перемещение элемента (штока) не произойдет до тех пор, пока значение этой силы не превысит определенный уровень, после чего шток сразу переместиться на значительную величину.

Рассмотрим заготовку, установленную в приспособлении (в соответствии с рисунком 4.1а). Сила Fз распределяется между всеми основными составляющими элементами: опорами 1, самой заготовкой 2, зажимным устройством 3 и корпусом 4 приспособления. Корпус является тем элементом, на котором замыкаются все действующие силы.

Рисунок 4.1 - Влияние упругих деформаций элементов приспособлений на силу закрепления

Если сила обработки Р направлена против силы закрепления Fз, то зависимость смещения y заготовки и силы Р будет определяться упругой характеристикой зажимного устройства. На рисунке 4.1б прямые 1 и 2 представляют упругое смещение заготовки при использовании зажимных устройств соответственно первого и второго типов, полагая, что все другие элементы рассматриваемой системы (за исключением заготовки) являются абсолютно жесткими. Однако в действительности установочные элементы не являются абсолютно жесткими, поэтому под действием сил обработки упругие смещения перераспределяются и имеют вид, представленный на рисунке 4.1в. Величина у здесь характеризует полное восстановление предварительно деформированных звеньев системы, связанных с установочными элементами. Дальнейшее увеличение силы Р приведет к отрыву заготовки от установочных элементов. Сравнивая характеристики 1 и 2 можно констатировать, что момент отрыва произойдет раньше у зажимных устройств второго типа (кривая 2).

Сила Р₁, характеризуемая отрезком а₁а, соответствует моменту отрыва заготовки от опор приспособления с зажимными устройствами первого типа. Для ее нахождения можно воспользоваться рисунком 4.1г, где по оси абсцисс отложены силы, а по оси ординат – перемещения заготовки. Прямая I выражает зависимость этих величин для системы зажимных элементов, а прямая II – для системы установочных элементов. Тангенсы углов  и ^I равны соответственно 1/J_I и 1/J_II, где J_I и J_II – соответственно жесткость системы зажимных и установочных элементов.

Состояние системы при действии на нее силы Fз представлено линией с-с. Установочные элементы при этом деформируются на величину у=Fз/ J_II. Под воздействием силы Р₁ (состояние системы характеризует линия с₁с₁) происходит перемещение заготовки на величину у, т.е. до полного упругого восстановления размеров установочных элементов. На такую же величину увеличивается упругая деформация зажимного элемента. Из рисунка 4.1г следует, что

Р₁=Fз+у J_I=Fз(1+ J_I/J_II). (4.3)

При наличии зажимного устройства второго типа сила Р₂ (в соответствии с рисунком 4.1в), при которой происходит отрыв заготовки от приспособления, равна силе зажима Fз, что показано отрезком а₁-б. Отношение сил

Р₁/Р₂=1+ J_I/J_II. (4.4)

Из равенства следует, что отрыв заготовки от опор при наличии зажимных элементов первого типа наступает при больших значениях сил обработки, чем при использовании зажимных элементов второго типа.

Расчет сил зажима предполагает наличие данных о жесткости установочных элементов и коэффициентах трения f.

Если значения J_I и J_II неизвестны, то с достаточной точностью можно принять

(4.5)

Значение коэффициента трения f зависит от состояния поверхности заготовок и вида опор. Для обработанных заготовок можно принимать f=0,16. Для необработанных поверхностей f=0,2…0,25. Для рифленых опор и при больших силах взаимодействия f=0,7.

Для чугунных и стальных заготовок зависимость между коэффициентом трения f и силой N имеет вид

f=0,0005N+0,2, (4.6)

где N – сила, действующая на 1 см² установочного элемента нормально к поверхности.