Шишкин Основы проектирования станочных приспособлений 2010

закрепления Q должна быть достаточной для предупреждения смещения установленной в приспособлении заготовки. Если величина Q оказывается больше Q′, найденной из условий точности выполнения операции, то необходимо внести коррективы в её построение (изменение схемы установки и закрепления заготовки, режима резания, условий выполнения операции), вследствие чего возможно уменьшение первоначальных погрешностей закрепления ε3 и формы ф. При повторной проверке должно соблюдаться условие Q ≤ Q′.

Во втором (более частом) случае расчет сил закрепления носит поверочный характер. Найденная из условий обработки необходимая сила закрепления должна быть меньше силы, которую развивает зажимное устройство используемого приспособления, или равна ей. Если этого нет, то изменяют условия обработки в целях уменьшения необходимой силы закрепления с последующим поверочным расчетом. Может решаться и обратная задача – по силе закрепления находят режимы резания, число рабочих ходов (проходов) и другие условия обработки.

Укрупненные алгоритмы расчета силы закрепления и зажимного устройства показаны на рис. 2.13 (алгоритм для первого случая расчета дан на рис. 2.13, а, для второго случая на рис. 2.13, б).

2.3.2. Упругие характеристики зажимных устройств

Рассчитывая силы закрепления, необходимо учитывать характеристику зажимного устройства. В приспособлениях применяют зажимные устройства двух типов. У устройств первого типа величины упругого отжима прямо пропорциональны приложенным силам. К этим устройствам относятся самотормозящие зажимные механизмы (винтовые, клиновые, эксцентриковые и др.) независимо от вида привода (ручной, пневматический, гидравлический). Если к зажимному элементу этих механизмов приложить дополнительную силу, то величина упругого отжима элемента в направлении приложенной силы будет изменяться по линейному (или близкому к нему) закону в зависимости от величины этой силы.

На рис. 2.14 представлены упругие характеристики зажимных устройств первого типа.

71

системы, связанных с установочными элементами. Дальнейшее увеличение силы приводит к отрыву заготовки от установочных элементов.

Силу Р1, соответствующую моменту отрыва заготовки от опор приспособления с зажимным устройством первого типа, можно найти из схем, показанных на рис. 2.14, г, где по оси абсцисс отложены силы, а по оси ординат перемещения. Линия 1 выражает зависимость между этими величинами для системы установочных элементов, а линия 2 – для зажимного устройства. Тангенс угла наклона этих прямых к оси абсцисс равен соответственно 1/J2 и 1/J1, где J2, J1 – жесткости установочных и зажимных элементов.

Состояние системы при наличии силы закрепления Q характеризуется вертикальной линией с-с, а состояние в момент отрыва заготовки от опор – линией с1-с1. Смещение заготовки, соответствующее полному упругому восстановлению системы установочных элементов,

На эту же величину возрастает упругая деформация зажимного устройства. Из рисунка следует, что Р1 = Q + yJ1, а из условия

(2.1)

Значение силы Р1 характеризуется отрезком О1а (рис. 2.14, в).

К устройствам второго типа относятся пневматические, гидравлические и пневмогидравлические механизмы прямого воздействия, т.е. непосредственно воздействующие на заготовку (рис. 2.15, а).

Если к зажимному элементу этих устройств (например, штоку пневмоцилиндра ) приложить возрастающую по величине силу, то перемещения элемента штока не произойдет до тех пор, пока приложенная сила Р не превысит противодействующую силу (от давления сжатого воздуха на поршень). У устройств этого типа с промежуточными звеньями без самоторможения величина отжима зажимного элемента сначала изменяется по линейному закону из-за упругих деформаций звеньев, а затем, при определенном значении прилагаемой силы, элемент перемещается на большую величину. Уменьшение объема бесштоковой полости цилиндра при минимальных перемещениях поршня не повышает давления сжатого

74

воздуха всей пневматической системы, что и приводит к меньшему значению сила РІІ, при которой происходит отрыв заготовки от опор. При зажимном устройстве второго типа сила РІІ, при которой заготовка отрывается от опор приспособления, равна силе закрепления Q. На рис. 2.15, в сила РІІ характеризуется отрезком O1b. Из выражения (2.2) следует, что

Рис. 2.15. Упругие характеристики зажимного устройства второго типа и их сопоставление для обоих типов

На рис. 2.15, г приведено соотношение сил закрепления заготовки Q и сил, действующих на заготовку при обработке для зажимных устройств обоих типов. Отношение J1/J2 составляет 0,4…0,6, о чем более подробно изложено ниже при рассмотрении расчетных факторов для определения сил закрепления. Данное соотношение жесткостей зажимного устройства и установочных элементов позволяет сделать следующие выводы:

75

•для зажимного устройства первого типа при одинаковой силе закрепления Q для нарушения контакта заготовки с установочными элементами приспособления потребуется большая на 40…60 % сила Р, возникающая при обработке;

•при определении требуемой силы закрепления по известной действующей силе Р зажимное устройство первого типа потребует на 40...60 % меньшее значение силы закрепления Q, что уменьшает металлоемкость приспособления.

2.3.3. Общие типовые схемы расчета сил закрепления

Расчеты требуемых сил закрепления выполнены с учетом исключения как нарушения контакта заготовки с установочными элементами приспособления, так и смещения её вдоль установочных элементов.

1. Сила Р, возникающая при обработке заготовки, и сила закрепления Q действуют однонаправлено и прижимают заготовки к опорам приспособления (рис. 2.16, а).

Такое действие сил характерно для протягивания отверстий (гладких и зубчатых). При постоянстве значения силы Р требуемая сила закрепления Q может быть принята равной нулю. При нестабильной силе Р должно быть Q > 0 для предупреждения вибраций, зазоров в системе и для повышения её жесткости.

2. Сила Р направлена против зажимного устройства (рис. 2.16, б). Силу Q при наличии зажимного устройства первого типа найдем по формуле (2.2), но с учетом коэффициента запаса k:

76

Рис. 2.16. Схемы для расчета сил закрепления заготовки

77

3. Силы, возникающие при обработке, стремятся сместить заготовку по опорам (рис. 2.16, в). Эта схема характерна для случаев, когда направление подачи инструмента меняется (фрезерование замкнутого контура плиты концевой фрезой с прямыми зубьями). Смещение заготовки предупреждается силами трения, возникающими в местах контакта заготовки с опорами и зажимными элементами. Условием равновесия системы является:

где Σ Fтр – суммарная сила трения по зажимному устройству и опорам. Согласно этому условию должно соблюдаться неравенство

где f1 и f2 – коэффициенты трения заготовки с установочными и зажимными элементами.

Вводя коэффициент запаса k > 1, получим окончательно

Эта расчетная схема применима в отдельных случаях для установки на два пальца и перпендикулярную к ним плоскость.

Из условий точности обработки и предохранения базового отверстия от вмятин ромбического пальца сила резания должна восприниматься только силой трения на базовой плоскости заготовки, т.е. пальцы должны быть полностью разгружены.

4. Силы, возникающие при обработке (рис. 2.16, г), направлены против опор (сила Р1) и одновременно стремятся сдвинуть заготовку в боковом направлении (сила Р2). Приведенное на расчетной схеме действие сил наблюдается при плоском шлифовании как периферией, так и торцем круга, при фрезеровании цилиндрическими и дисковыми фрезами при малой глубине резания, при протягивании по незамкнутому контуру и некоторых других (строгание, долбление и т.д.). Как видно из представленного перечня данный типовой случай является одним из часто применяемых при расчете силы закрепления заготовки в приспособлении. Причем наиболее важным моментом при расчете силы Q является обоснование именно такой схемы действующих сил.

78

В приспособлениях с зажимами первого типа действие силы Р1 может вызвать изменение установившихся реакций опорных и зажимных элементов. По аналогии с п.3

Из условий закрепления Σ Fтр = kP2; подставляя вместо Σ Fтр его значение из формулы (2.10), а вместо R1 иR2 их значения из уравнения (2.9) получим:

При достаточной жесткости опор и наличии зажимного устройства второго типа силу Q находим по аналогии с предыдущим случаем:

Если kP2 < P1f2 и вибраций при обработке нет, то Q = 0.

5. Сила Р1 направлена навстречу силе закрепления (рис. 2.16, д). Сила закрепления Q должна быть достаточной для обеспечения контакта заготовки с опорами приспособления и предупреждения ее сдвига в направлении действия силы Р2.

Рассматриваемая схема действия сил на заготовку является другой наиболее распространенной схемой, к которой относятся фрезерование цилиндрической фрезой при большой глубине резания, обработка дисковой фрезой при отрезке, концевой фрезой с винтовыми зубьями при обработке контура и т.д. Особенностью применения данной типовой схемы, как и для предыдущей, является её обоснование. Необходимо учитывать, что при одинаковых схемах

79

могут возникнуть действия сил как при рассматриваемой схеме, так и по предыдущей типовой схеме. В конечном случае рассматриваемая схема действия сил Р1 и Р2 приведет к большему значению требуемой силы закрепления.

При использовании зажимного устройства первого типа первому условию удовлетворяет равенство

Для зажимного устройства второго типа первому условию отвечает равенство

Из найденных значений Q' и Q″ выбирают большее для обоих типов зажимных устройств.

При выборе схем установки нужно обеспечить три условия: заготовка должна занимать устойчивое положение до приложения сил закрепления; в процессе закрепления заготовки не должно быть нарушено приданное ей при установке положение; силы, возникающие при обработке, не должны смещать заготовку. Первое условие обеспечивают правильной расстановкой элементов относительно центра тяжести заготовки, второе – выбором направления и места приложения силы закрепления, выполнение третьего условия рассмотрено в приведенных выше примерах расчета.

80