Технологическая оснастка
.pdf
Т а б л и ц а 21 Уравнения равновесия и формулы для расчета зажимных сил, предупреждающих поворот
заготовки при действии момента сил обработки
Схема действия |
Характеристика уста- |
Исходные усло- |
Группа |
Уравнение равновесия |
Расчетная формула |
|||||||
сил и моментов |
новки и действующих |
вия |
зажимного |
(без учета веса заготовки) |
|
|
|
|
|
|||
|
силовых факторов |
|
устройства |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
5 |
|
|
|
6 |
||
|
Цилиндрическая заго- |
Сила Р направ- |
1, 2 |
|
При P |
|
|
kM |
p |
|
||
|
товка радиусом r уста- |
лена в сторону |
|
|
3W f1 |
W |
|
|||||
|
|
|
|
|
3 f1r |
|||||||
|
новлена в трехкулачко- |
патрона, расчет |
|
kM р M тр1 |
|
|
||||||
|
вом патроне и находится |
ведется из усло- |
|
3W f1r |
W (kM p Pf2 rср) / |
|||||||
|
под действием момента |
вия действия Мр |
|
|
|
|
|
/(3 f1r 3 f1 f2 rср) |
||||
|
сил обработки Мр и |
|
|
|
При P |
|
W |
kP |
|
|
|
|
|
осевой силы P. Созда- |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
3W f |
|
3 f1 |
||||||
|
ваемые силами W и Р |
Сила Р направ- |
|
|
|
|
1 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
моменты трения Mтр1 (в с |
лена в сторону |
|
kM р |
M тр1 M тр2 |
За потребную за- |
||||||
|
контакте кулачков с |
от патрона и |
|
3W f1r ( P |
3W f 1) f2rср |
жимную силу при- |
||||||
|
наружной цилиндриче- |
стремится вытя- |
|
|||||||||
|
ской поверхностью заго- |
нуть заготовку |
1,2 |
kP |
|
|
|
нимается большее |
||||
|
товки) и Mтp2 (в контакте |
из кулачков, |
3W f |
|
значение из W и |
|||||||
|
|
|
|
1 |
|
|||||||
|
уступов кулачков радиу- |
расчет ведется |
|
|
|
|
|
|
|
W |
||
|
сом rср с торцовой по- |
из условия дей- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
верхностью заготовки) |
ствия силы Р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
противодействуют пово- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
роту заготовки от Мр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
41
42
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Заготовка диаметром D |
Зажимное устройство |
2 |
|
центрируется по выточке |
достаточной жестко- |
|
|
и поджимается к трем |
сти в тангенциальном |
1 |
|
точечным опорам двумя |
направлении и вос- |
|
|
или несколькими прихва- |
принимает Мр |
2 |
|
тами. При этом реакции |
|
|
|
|
|
|
|
всех трех опор имеют |
Зажимное устройство |
|
|
одинаковое значение. На |
незначительной тан- |
|
|
заготовку действуют мо- |
генциальной жестко- |
1 |
|
мент сил обработки Мр и |
сти и не воспринима- |
|
|
осевая сила Р. Моменты |
ет Мр |
|
|
трения Mтр1 и Mтр2 проти- |
|
|
|
водействуют повороту |
|
|
|
заготовки. R1, R2 – реак- |
|
|
|
ции соответственно за- |
|
|
|
жимных и установочных |
|
|
|
элементов |
|
|
|
|
|
|
Продолжение табл. 21
5
M р M тр1 M тр2 |
|
|
|||||||||||
Wf1r1 Wf2 r2 Pf2 r2 |
|
|
|||||||||||
kM p R1 f1r1 R2 f2 r2 |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
j |
|
|
|
|
|
|
|
|
W P |
1 |
|
f r |
|
|
||||||||
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
j1 j2 |
1 1 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
j |
|
|
|
|
|
|
|
|
W P |
|
1 |
|
f |
|
r |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
j1 j2 |
2 2 |
|
|
|||||
kM p M тр2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
(W P) f2 r2 |
R |
|
f |
r |
= |
||||||||
kM |
p |
M |
|
тр2 |
2 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 2 |
|
|||
|
|
|
|
|
j |
|
|
|
|
|
|
||
W |
P |
|
2 |
|
|
f |
|
r |
|
||||
j1 |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
j2 |
2 2 |
|
||||||
6
W (kM p Pf2
r2 ) /( f1r1 f2 r2 )
W (kM p f1r1P
|
|
j1 |
|
f |
r |
P |
|
|
|
||||
|
j1 |
|
j2 |
2 2 |
|
|
|
|
j2 |
|
) /( f1r1 |
f2 r2 ) |
|
j1 |
|
|
||||
|
j2 |
|
|
|||
W kM p Pf2r2 f2r2
W (kM p f2 r2 P
j2 j1 j2
5
Продолжение табл. 21
|
|
1 |
|
|
|
2 |
3 |
4 |
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Заготовка центрируется |
Зажим- |
|
kM p M тр1 M тр2 |
|
W |
|
|
Pf |
r |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
kM |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
по поверхности диаметром |
ное устрой- |
|
Wf1r1 (W P) f2 rпр |
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
2 пр |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
D1; опирается на кольцевую |
ство облада- |
|
|
|
f1r1 f2rпр |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
поверхность диаметрами D и |
ет достаточ- |
|
kM p M тр1 M тр2 |
|
W (kM p f1r1P |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
d; равномерно поджимается |
ной жестко- |
|
|
|
j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к кольцевой поверхности |
стью в тан- |
|
W |
P |
1 |
|
|
f r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f 2 rпрP |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j1 |
|
j2 |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
j1 |
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j2 |
1 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
силой W. На заготовку дей- |
генциальном |
|
|
|
j2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j2 |
|
|
|
) /( f1r1 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
ствуют момент Мр и осевая |
направлении |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
W |
P |
|
|
|
f |
r |
|
|
|
|
|
j1 |
|
j2 |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
сила Р. Повороту заготовки |
и восприни- |
|
|
|
j1 |
j2 |
2 пр |
|
f |
|
r |
|
|
) |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
препятствуют создаваемые |
мает момент |
|
kM p M тр2 |
|
|
|
|
|
|
|
2 пр |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W kM p Pf 2 rпр |
|
|
||||||||||||||||||||
rпр 1 ( |
D |
3 |
d |
3 |
|
силами W и Р моменты тре- |
Мр |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
) , |
|
(W P) f2 rпр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f 2 rпр |
|
||||||||||||||||||
|
|
ния Мтр1(в плоскости кон- |
Зажим- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
D2 d 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
3 |
|
такта зажимного элемента) и |
ное устрой- |
|
kM p M тр2 |
|
|
|
W (kM p f 2 rпрP |
|
||||||||||||||||||||||
где rпр –приведенный |
Мтр2 (в плоскости контакта |
ство не обла- |
|
|
|
j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
радиус кольцевой |
|
установочного элемента) |
дает доста- |
|
W P |
2 |
|
|
f2 rпр |
|
j1 |
j2 |
|
|
/( f 2 rпр ) |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
поверхности |
|
|
|
|
точной тан- |
|
|
|
j1 |
j2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
генциальной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
жесткостью |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и не воспри- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нимает Мр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
43
44
Окончание табл. 21
|
1 |
|
|
2 |
3 |
4 |
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Цилиндрическая заготовка |
Зажимное устрой- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
kP |
|
|
|
|
|
|
|
|
закреплена в призме с углом |
ство воспринимает |
|
kP W f1 |
2 |
|
|
|
|
W |
|
|
|
, |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f1 fпр |
|
|
|||||
|
|
|
|
и находится под действи- |
как Р, так и Мр. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
2 sin( / 2) |
W f |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
ем момента обработки Мр и |
Расчет из условия |
|
|
|
|
1 |
|
где |
|
fпр – приведенный |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
W |
f |
пр |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
осевой силы Р. Создаваемые |
действия Р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
коэффициенттрения, |
|||||||||||
|
|
|
|
силы и моменты трения про- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
тиводействуют сдвигу вдоль |
|
1,2 |
kM |
|
|
M |
|
|
M |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
W |
Расчет из условия |
p |
|
тр1 |
тр2 |
fпр |
f2 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
оси и повороту заготовки |
|
|
|
|
|
|
|
|
sin( |
/ 2) |
|||||||||||||||
R R1 |
R2 |
|
|
|
W f1r W fпрr |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
2 sin( / 2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
действия момента |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W |
|
|
|
kM p |
|
|
. |
|
|||
|
|
|
|
|
Мр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r( f1 |
f |
пр) |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
За потребную силу |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
зажима принимается |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
большее значение из |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W |
И W |
|
|
|
|
|
||||
3.3.Выбор и расчет зажимных устройств
исиловых приводов
Зажимные устройства, применяемые в приспособлениях, подразделяются на две основные группы. К первой группе относятся устройства, упругие отжимы которых прямо пропорциональны приложенным к ним силам. Эти устройства имеют в своей конструкции механизмы самотормозящего типа (винтовые, клиновые безроликовые и эксцентриковые элементарные зажимы). При этом привод их может быть ручным и механизированным. Kо второй группе устройств относятся пневматические, гидравлические, пневмогидравлические механизмы прямого действия (без самотормозящихся механизмов). Группы зажимных устройств указаны в графе 4 табл. 20
итабл. 21.
Врезультате расчета зажимных устройств определяются размеры их элементов (плечи рычагов, диаметры резьб, размеры эксцентриков) и передаточное отношение силы зажима на заготовку со стороны силы привода. Силовой привод рассчитывается для вновь проектируемого приспособления исходя из сил резания с учетом передаточного отношения зажимного механизма или проверяется на соответствие требуемой силе зажима заготовки в уже имеющемся приводе приспособления (проверочный расчет).
Зажимные устройства приспособлений разделяются на простые (элементарные) и сложные (комбинированные), состоящие из нескольких простых.
Простые механизмы – это винтовые, клиновые, рычажные, эксцентриковые и др. В зависимости от источника привода зажимные устройства подразделяются на ручные, механизированные и автоматизированные. Расчет зажимных механизмов производят исходя из зажимной силы W, определенной по формулам, приведенным в табл.20. Например, винтовые зажимные устройства применяются с ручным закреплением, в механизированных приспособлениях, в приспособлениях-спутниках. При расчете определяется номинальный (наружный) диаметр резьбы винта d по формуле
d С |
W |
, |
45
где С – коэффициент, для основной метрической резьбы C = l,4; W – потребная сила зажима, Н; – допустимое напряжение растяжения (сжатия), для винтов из стали 45 с учетом износа резьбы можно принять = 80... 100 MПa.
Полученное значение d округляется до ближайшего большего стандартного значения (обычно от М8 до М52).
Далее определяется момент М, который нужно развить на винте (гайке) для обеспечения заданной зажимной силы W:
M Rср W tg МТР ,
где Rср – средний радиус резьбы; а – угол подъема резьбы; – угол трения в резьбе; Мтр – момент трения на опорном торце винта (гайки).
Затем определяется длина рукоятки (ключа) l по заданной силе воздействия из условия равновесия винта (гайки). Рпр l= М, отсюда l
= М/Рпр (здесь сила привода Рпр 150Н). Расчет других механизмов ( клиновых, рычажных, цанговых) широко освещен в литературных источниках [2, 5, 6, 9, 16, 17]. В приспособлениях широко используются приводы: пневматические, гидравлические, пневмогидравлические, магнитные, электромеханические, центробежноинерционные, от сил резания, от движущихся элементов станков [2, 5, 6, 9, 16, 17]. Применение механизированных силовых приводов облегчает труд рабочих, повышает быстродействие приспособлений и производительность станков.
46
Остановимся на характеристике пневматических приводов. Пневматические приводы бывают поршневыми диафрагменными, сильфонными и вакуумными. Поршневые и диафрагменные приводы бывают односторонние и двусторонние. В табл. 22, 23 приведены примеры наиболее часто применяемых пневмоприводов.
Т а б л и ц а 22
Параметры пневмоприводов
Параметры |
|
|
Диаметр D цилиндров, мм |
|
|
|||||
50 |
60 |
75 |
100 |
125 |
150 |
200 |
250 |
300 |
||
|
||||||||||
Толщина стенки цилиндра |
6 |
8 |
8 |
10 |
12 |
12 |
14 |
16 |
16 |
|
чугунного |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стального |
4 |
4 |
5 |
6 |
6,5 |
7 |
7,5 |
9 |
10 |
|
диаметр шпилек d, мм |
М8 |
М8 |
М10 |
М10 |
М12 |
М16 |
М20 |
М20 |
М24 |
|
Количество шпилек |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
|
Диаметр штока d, мм |
16 |
16 |
20 |
25 |
30 |
30 |
40 |
50 |
55 |
|
Диаметр резьбы на штоке |
М10 |
М10 |
М12 |
М16 |
М20 |
М20 |
М24 |
М3О |
М36 |
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 23
Параметры диафрагменных пневмокамер
Толщина диафрагмы t, мм |
|
3...4 |
4.-.5 |
5.-.6 |
|
6...8 |
|
8...10 |
||
Расчетный диаметр диафрагмы |
125 |
|
160 |
20,0 |
250 |
|
320 |
|
400 |
|
D, мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для резиновых диафрагм D 1 |
0,7 |
D |
|
|||||
Диаметр опорной шайбы D1, мм |
88 |
|
115 |
140 |
175 |
|
225 |
|
280 |
|
Для резиновых диафрагм D 1 = D - 2t - (2...4) |
||||||||||
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
115 |
|
150 |
185 |
235 |
|
300 |
|
375 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
47 |
|
Силы на штоке поршневых пневмоприводов подразделяются на толкающие и тянущие и определяются по формулам:
для привода одностороннего действия
Рм 4 D2 p Рn ;
для привода двустороннего действия:
толкающая сила Рм 4 D2 p ;
тянущая сила Ри 4 D2 d 2 p ,
где D – диаметр поршня пневмопривода, мм (для заводских пневмосетей р = 0,4...0,6 МПа); Ри – сила сопротивления возвратной
пружины при крайнем рабочем положении поршня, Н; d – диаметр штока пневмоцилиндра, мм;
КПД (обычно = 0,85... 0,95).
Приближенный расчет силы на штоке пневмокамер двустороннего действия приведен в табл. 24.
Т а б л и ц а 24
Расчет силы на штоке пневмокамер двустороннего действия
|
|
|
Тип диафрагмы |
|
|
||
|
резинотканевая |
|
|
резиновая |
|||
|
|
|
Положение |
диафрагмы |
|
|
|
Пара- |
Исходное |
|
При ходе 0,3 D для |
Исходное |
|
При ходе 0,22 D |
|
метр |
|
|
тарельчатых и |
|
|
|
|
|
|
|
0,07 D для плоских |
|
|
|
|
|
|
|
диафрагм |
|
|
|
|
|
|
D 1 = 07D |
D 1 = D-2t-(2...4) |
||||
48
Сила |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
π |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
на |
Рш |
|
|
D D1 |
p |
Рш 0,75 |
|
D D1 2 p |
Рш |
|
|
D1 |
p |
Р |
|
0,95 D 2 |
p |
||
16 |
16 |
||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||
што- |
|
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
|
|
ш |
|
16 |
1 |
|
||
ке |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D1 – внутренний диаметр мембраны, зажатый двумя пластинками штока мембраны; D – внутренний диаметр мембраны, зажатый корпусом мембраны. Для диафрагменных приводов рациональные длины L рабочих ходов штока можно принимать в следующих пре-
делах: для тарельчатых резинотканевых диафрагм |
L |
= |
= (0,25;..0,35)D; для простых резинотканевых диафрагм |
L |
= |
= (0,18...0,22)D; для плоских резиновых диафрагм L = (0,3 5... 0,45)D.
Вакуумные приводы, гидравлические и пневмогидравлические имеют аналогичную методику расчета силы на штоке. Расчет магнитных, электромеханических и других приводов приводится во многих литературных источниках [2, 5, 6].
3.4. Пример силового расчета приспособления
При обработке заготовок типа валов, осей, фланцев и т.д. в машиностроении часто используют самоцентрирующиеся механизмы в виде клиновых и рычажных патронов с механизированными приводами.
Основные размеры рычажных и клиновых патронов выбирают по ГОСТ 24351-80.
Задание: рассчитать силу зажима Wк нa каждом кулачке трехкулачкового патрона, определить силу тяги Q на штоке пневматического привода приспособления, рассчитать диаметр пневмоцилиндра, обеспечивающего силу тяги Q при черновой токарной обработке заготовки из стали 45 по схеме, показанной на рис. 7. Заготовка зажимается в трехкулачковом патроне по наружному диаметру 70 мм, наружный диаметр обрабатываемой поверхности 60 мм, глубина резания t = 3 мм, продольная подача 0,3 мм/об, частота вращения шпинделя 250 мин-1.
а
49
lк
шт.
шт.
Рис. 7
Методика расчета:
1. Определяем силу резания Pz по формуле
Pz 10 Сpt x S yV n K p ,
где Сp – коэффициент силы резания;
х, у, n – показатели степени для силы резания Pz; Кр – поправочный коэффициент.
Численное значение коэффициента Ср и показатели х, у, п определяем по табл. 22 [17, с.273], при этом принимаем во внимание, что обрабатывается конструкционная сталь с σв = 750 МПа, материал режущей части резца – твердый сплав. Согласно табличным данным Ср = 300; х = 1; у = 0,75; п = 0,15. Поправочный коэффициент Кр определяем по формуле
Kp Kтp K p K yp Kλp Krp .
Численные значения этих коэффициентов приведены в табл. 9, 10, 23 [17, с. 264-265, 275].
Ктp = 0,85; Кφp = 1,08; Кyp = 1,25; Кλp = 1; Кrp = 1.
50