Определение усилия затяжки инструмента многооперационного станка

Цель и задачи практической работы:

- изучить конструкцию механизма автоматического зажима инструмента сверлильно - фрезерно - расточного станка и методику расчета механизма зажима.

После выполнения работы студент должен:

- знать назначение и особенности конструкции механизма автоматического зажима инструмента;

- уметь рассчитывать режимы резания при фрезеровании, составлять расчетную схему механизма, определять требуемое усилие зажима инструмента в шпинделе станка для данной системы сил, действующих на инструмент в процессе резания, выбирать основные конструктивные элементы механизма.

1 Порядок проведения работы:

1.1 Изучить конструкцию механизма автоматического зажима инструмента.

1.2 Рассчитывать режимы резания при фрезеровании.

1.3 Составить расчетную схему механизма для заданных условий обработки (варианты заданий приведены в табл. 2.1);

1.4 Определить необходимое усилие закрепления инструментальной оправки в шпинделе станка;

1.5 Выбрать по действующим нормативным документам основные элементы механизма автоматического зажима инструментальной оправки.

2 Механизм зажима инструментальных оправок многооперационного станка

Механизм зажима инструментальных оправок размещен внутри шпинделя. На рис. 6 представлен эскиз механизма. Тяга (шомпол) 1 находится в крайнем правом положении под действием тарельчатых пружин 2 и прочно удерживает инструментальную оправку 3 за хвостовик 4 рычагами 5 в посадочном гнезде шпинделя 6.

Для раскрепления оправки 3 служит гидроцилиндр одностороннего действия 7. При подаче масла под давлением в правую полость гидроцилиндра 7 его шток 8 через упорный подшипник 9 воздействует на тягу 1, перемещая ее влево и сжимая пакет тарельчатых пружин 2. Рычаги 5, попадая в расточку шпинделя 6, освобождают хвостовик 4, а тяга 1 при дальнейшем ходе упирается в хвостовик и выталкивает справку 3 с инструментом из шпинделя 6 примерно на 6 мм.

Рисунок 6 – Механизм зажима инструментальных оправок

многооперационного станка

Для надежного захвата оправки 3 рычагами 5 пружины 10 поджимают левые концы рычагов к хвостовику 4 в начале хода тяги 1 вправо (после смены инструмента). При сбрасывании давления поршень гидроцилиндра 7 под действием разжимающихся тарельчатых пружин 2 перемещаются вправо, рычаги 5 попадают в суженную часть отверстия шпинделя 6 и удерживаются в зажатом положении. Чтобы исключить опасность включения вращения шпинделя при не зажатой инструментальной оправки, сзади шпинделя установлен микропереключатель, на который воздействует удлиненный правый ключ штока 8 гидроцилиндра 7.

Затяжка оправок пакетом тарельчатых пружин повышает надежность работы механизма закрепления, обеспечивает постоянство усилия зажима, жесткости станка оправки и посадочного отверстия шпинделя станка, исключает аварийные ситуации при непредвиденных остановках станка.

Расчет режимов резания при фрезеровании

3.1 На основании исходных данных, приведенных в таблице 3, назначаются значения подачи на зуб S при черновом фрезеровании концевыми фрезами по таблицам 4 и 5.

Таблица 3 – Варианты для выполнения практической работы №3

№ варианта	Dфр	Вфр	Z	t	Материал инструмента	Обрабатываемый материал	Механические характеристики
1	25	25	5	5	Р6М5	чугуны	НВ 150
2	32	27	5	6	Р6М5	чугуны	НВ 190
3	40	32	6	8	Р6М5	чугуны	НВ 180
4	50	35	6	8	Р6М5	чугуны	НВ 170
5	18	9	5	4	Р6М5	чугуны	НВ 150
6	15	7	4	3	Р6М5	чугуны	НВ 180
7	12	12	2	2	Т5К10	сталь	Gвр = 500мПа
8	16	10	3	3	Т5К10	сталь	Gвр = 650мПа
9	20	10	4	4	Т5К10	сталь	Gвр = 700мПа
10	25	15	4	4	Т5К10	сталь	Gвр = 750мПа
11	32	16	4	4	Т5К10	сталь	Gвр = 800мПа
12	40	18	6	8	Т5К10	сталь	Gвр = 850мПа
13	50	15	6	9	Т5К10	сталь	Gвр = 900мПа
14	25	20	5	3	Р6М5	чугуны	НВ 190
15	32	25	5	4	Р6М5	чугуны	НВ 175

3.2 Рассчитывается скорость резания по формуле:

V = .

Значения коэффициента С и показателей степени приведены в таблице 6, а периода стойкости инструмента Т в таблице 7.

Общий поправочный коэффициент на скорость, учитывающий фактические условия резания, определяется из выражения:

,

где К_мv - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала, при обработки сталей К = , при обработки чугунов К = ;

K_шv- коэффициент, учитывающий влияние состояния поверхности заготовки, для заготовок без корки K =1.0;

К_иv- коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала на скорость резания, для сплава Т5К10, К = 0.65; для быстрорежущей стали Р6М5, К = 1.0.

Таблица 4 – Подачи при фрезеровании твердосплавными концевыми фрезами плоскостей и уступов

Вид твердосплавных элементов	Диаметр фрезы D, мм	Подача на зуб S , мм/зуб, при глубине резания t,мм
		1…3	5		8	12	20
Коронка	10…12 14…16 18…20	0.01…0.03 0.02…0.06 0.04…0.07	------ 0.02…0.04 0.03…0.05		------ 0.02…0.04	-----
Винтовые пластинки	20 25 30 40 50 60	0.1 0.12 0.15 0.18 0.2 0.2	0.08 0.1 0.12 0.13 0.15 0.16		0.05 0.1 0.1 0.11 0.12 0.12	------ 0.08 0.09 0.1 0.1	------ ------ 0.07 0.09 0.1

Таблица 5 – Подачи при фрезеровании чугунов концевыми фрезами из быстрорежущей стали

Диаметр фрезы, мм	Подача на зуб S , мм/зуб, при глубине резания t, мм
	3	5	6	8
16 20 25	0.24 0.3 0.36	0.18 0.21 0.27	------ ------ 0.24
32 40 50	0.12 0.36 0.45	0.15 0.24 0.3	0.12 0.21 0.24	0.12 0.15 0.21

Таблица 6 – Значение коэффициента С_v и показателей степени в формуле скорости резания при обработке плоскостей и уступов концевыми фрезами

Инструментальный материал	Сv	q	x	y	u	p	m	Тип фрезы
Т5К10	145	0.44	0.24	0.26	0.1	0.13	0.37	концевые с коронками
Т5К10	234	0.44	0.24	0.26	0.1	0.13	0.37	с напаянными пластинками
Р6М5	72	0.7	0.5	0.2	0.3	0.3	0.25

Таблица 7 – Среднее значение стойкости Т концевых фрез

	Стойкость Т, мин, при диаметре фрезы D, мм
D	20	25	40	60
T	80	90	120	180

3.3 Определяется частота вращения инструмента

n =

3.4 Определяется сила резания.

Главная составляющая силы резания при фрезеровании это окружная сила

.

Значение коэффициента C и показателей степени приведены в таблице 8 Поправочный коэффициент К рассчитывается по формулам:

• при обработке сталей К = ,

• при обработке чугунов К = .

Таблица 8 – Значение коэффициента C и показателей степени в формуле окружной силы P при фрезеровании концевыми фрезами

Обрабатываемый материал	Материал инструмента	C	X	Y	u	q	W
Сталь	Твердый сплав	12.5	0.85	0.75	1.0	0.73	-0.13
чугуны	Быстрорежущая сталь	30	0.83	0.65	1.0	0.83	0

Величины составляющих силы резания применяются в отношении к главной составляющей силы резания P_z:

- горизонтальная сила подачи Р_y= 0.3P_z;

- вертикальная сила подачи Р_x= 0.5P_z.

3.4 Определяется крутящий момент на шпинделе по формуле:

М = .

3.5 Определяется мощность резания по формуле:

;

Составляется расчетная схема, пример расчетной схемы представлен на рис. 7

Рисунок 7 - Расчетная схема для расчета усилия затяжки инструментальной оправки в шпинделе многооперационного станка

4 Рассчитывается величина момента трения между хвостовиком инструмента, выполненного с конусом Морзе и внутренней поверхностью инструментальной оправки по методике, изложенной в практической работе №1, и по таблице 9 назначается конструктивные параметры конической инструментальной оправки, изображенной на рис. 8.

Таблица 9 - Конструктивные параметры конических хвостовиков с конусностью 7:24

Номер справки	D, мм	d, мм	L, мм	Конус Морзе
40	40	18	83.4	2,3
50	50	25	126.8	3,4

Рисунок 8. – Эскиз инструментальной оправки

5 Рассчитываются тяговые усилия, необходимые для затяжки и освобождения инструментальной оправки в шпинделе станка.

Тяговое усилие затяжки определяется по формуле:

,

а усилие, необходимое для освобождения оправки

= ,

где f - коэффициент трения в соединении, рекомендуется f = 0.2;

- угол скоса захвата, можно принять = 45.

6 Выбор элементов конструкции механизма автоматического зажима инструмента.

Определяется диаметр тяги исходя из условия прочности ее на растяжения

d = ;

где Q – расчетное тяговое усилие затяжки,

[_в] – допускаемое напряжение на растяжение для материала тяги, для углеродистых конструкционных сталей [_в] = 150…200 мПа.

По таблице 10 подбирают тарельчатые пружины малой жесткости с многократным циклом нагружения, внутренний диаметр которых соответствует диаметру тяги.

Таблица 10 – Основные размеры тарельчатых пружин

Наружный диаметр D,мм	внутренний диаметр D1, мм	Величина деформации пружины f	Усилие при прогибе пружины Р ,Н
30 35 40 45 50 50 55 60 60 65 70 70 80 80 100 100	15 15 20 25 20 25 25 25 30 30 30 30 35 40 40 50	1.0 1.0 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 2.0 2.0 2.0 2.5 2.0 2.5 3.0 3.0 3.5	1400 2800 1300 3200 4600 2400 4100 4800 2500 7600 4800 10500 10500 5300 18500 7400

Число пружин в пакете определяется по формуле:

N = ,

где Р - предельное усилие при прогибе пружины,

Число пружин в пакете принимается с учетом коэффициента К=1,2…1,5 для обеспечения возможности регулировки усилия затяжки инструментальных оправок и с учетом того, что при сжатии поршнем гидроцилиндра усилие, воздействующее на них, не должно превышать суммарного предельного рабочего усилия.

Принимают диаметр поршня гидроцилиндра ближайшим большим к наружному диаметру тарельчатых пружин и определяют необходимое давление в рабочей плоскости гидроцилиндра по формуле:

P = ,

где - усилие освобождения оправки;

D –наружный диаметр поршня гидроцилиндра; d - диаметр штока гидроцилиндра; - механический КПД гидроцилиндра, = 0.9

7 Содержание отчета:

7.1 Цель работы

7.2 Расчет режимов резания

7.3 Схема механизма автоматического закрепления оправок

и краткое ее описание

7.4 Расчетная схема механизма закрепления

7.5 Расчет момента трения между хвостовиком инструмента и оправкой

7.6 Расчет усилия затяжки инструментальной оправки в

шпинделе станка

7.7 Выбор конструктивных элементов механизма автоматического закрепления

инструментальных оправок многооперационного станка

7.8 Расчет необходимого давления в рабочей полости гидроцилиндра.

8 Контрольные вопросы:

1 Каков порядок расчета режимов резания при фрезеровании?

2 Какие вы знаете ширины и глубины фрезерования при различных типах фрез?

3 Как определяется усилие закрепления инструментальной оправки в шпинделе станка?

4 Как определяется величина давления в рабочей полости гидроцилиндра?

5 Какие вы знаете механизмы автоматического закрепления инструментов в шпинделе станков с ЧПУ?

6 Какими преимуществами обладает гидромеханические механизмы закрепления инструментов?

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению практических работ по дисциплине

«Автоматизация станочного оборудования»

(для студентов специальности 7.090 203

заочной формы обучения)

Составитель Виталий Семенович Гузенко

Редактор ХАХИНА Нелли Александровна

Подп в печ. ______________ Формат60x84/16.

Офсетная печать. Усл. печ. л. . Уч. - изд. д. . Тираж 50.

ДГМА. 84313, г. Краматорск, ул. Шкадинова, 72.

20