Практичне заняття n 8 визначення геометричних і силових параметрів токарного патрона

Мета і завдання: Засвоїти методику визначення габаритів затискного пристрою за розмірами робочої зони верстата та сил затиску заготовки, які компенсують сили різання при механічній обробці, і визначити геометричні та силові параметри токарного патрона.

Література :

• обов'язкова : [3], [7];

• додаткова : [2], [5].

Послідовність виконання роботи

8.1 Вибір моделі верстата за розмірами його робочої зони– — [3],с.35–43,табл.9; [2;5],розд.1 ( див. практ. роб. № 5 і 6 ).

Вибрати модель токарного верстата таку, щоб зовнішні найбільші діаметри заготовки були менші за відповідні верстата :

• габаритний – за допустимий Dст над станиною;

• оброблюваний – за допустимий Dсуп над супортом; занести розміри робочої зони верстата в табл. 8.2 звіту.

8.2 Вибір токарного патрона за геометричними параметрами.

8.2.1 Вибрати токарний патрон за табл. 8.1 такий, щоб його зовнішній діаметр D був менший за допустимий Dст над станиною верстата, і занести в табл. 8.3 звіту його геометричні параметри: зовнішній діаметр D; діаметр отвору Dо; допустимий діаметр розведення кулачків Dк; довжину кулачка Lк; умовний номер приєднувального конуса шпинделя К; дві останні цифри XX для позначення типорозміру патрона: 7100–00XX .

Якщо умовні номери К приєднувального конуса токарного патрона і шпинделя верстата співпадають, то патрон приєднують безпосередньо до фланцевого кінця шпинделя; якщо ж ні – то через відповідний перехідний фланець за ГОСТ 3889–80.

8.2.2 Накреслити в масштабі 1:2–1:4 схеми закріплення заготовки в токарному патроні – виконати п.8.1 звіту, рис. 8.1 :

а) прямих кулачках ( в затиск або в розтиск );

б) у зворотних кулачках .

Таблиця 8.1 – Параметри токарних патронів за ГОСТ 2675–80

D мм	Do мм	Dк мм	Lк мм	Умовний номер конуса К	Відповідні цифри позначення ХХ
125	25	50	51	3 ; 4	25 ; 26
160	40	75	70	4 ; 5	27 ; 29
200	50	100	85	4 ; 5 ; 6	31 ; 32 ; 33
250	65	125	105	5 ; 6 ; 8	35 ; 36 ; 37
315	80	150	125	6 ; 8	39 ; 41
400	100	200	145	8 ; 11	43 ; 45
500	140	260	170	8 ; 11	47 ; 49
630	190	360	225	11 ; 15	51 ; 53

8.2.3 Перевірити умову таку, щоб діаметр установчої поверхні заготовки dз – діаметр закріплення, не перевищував допустимий діаметр розведення кулачків Dк більш як на 10% :

а) в затиск: dз < 1,1·Dк (в розтиск: dз < 1,1·Dк+2·Lк/3 );

б) dз < 1,1·Dк + 2·Lк·2/3 .

8.2.4 Перевірити умову таку, щоб при обертанні патрона зовнішній край розведених кулачків не зачіпав станину верстата:

а) в затиск: dз + 2·Lк < Dст (в розтиск: dз + 2·Lк·2/3 < Dст );

б) dз + 2·Lк/3 < Dст .

Якщо геометричні умови закріплення заготовки в патроні не виконуються, то слід вибрати патрон більшого типорозміру або верстат з більшими розмірами робочої зони – виконати п. 8.2 звіту.

8.3 Розрахунок сил затиску.

Під час механічної обробки з боку інструмента (різця) на заготовку діє сила різання Pz, яка намагається змістити заготовку. Перешкодити цьому зміщенню і утримати її в пристрої (в патроні) повинні сили затиску Q і тертя Fт, направлені проти зміщення. Тертя виникає між заготовкою і затискними елементами (кулачками) внаслідок прикладання до них з боку пристрою сил затиску Q :

Fт = f · Q , ( 8.1 )

де f – коефіцієнт тертя між опорною поверхнею затискних елементів (кулачків) і установчою поверхнею заготовки.

При установці на вже оброблену поверхню заготовку затискають в негартованих, розточених до діаметру dз кулачках : f=0,16 .

Необроблену заготовку затискають в загартованих кулачках з рифленнями, щоб сили затиску і коефіцієнт тертя були більші:

• f=0,4..0,5 для умови непрокручування ( див. п. 8.3.1 );

• f=0,6..0,7 для умови невивертання заготовки ( див.п. 8.3.2 ).

8.3.1 Умова непрокручування заготовки.

Сила різання Pz створює момент сил Мр , який намагається прокрутити заготовку навколо осі обертання:

Мр = K · Pz · Ro = K · Pz · do / 2 , ( 8.2 )

де Ro ( do )–найбільший радіус ( діаметр ) обробки;

К – коефіцієнт запасу, приймають при обробці: K=2,5 – при чистовій; K=3,5 – при чорновій.

Сили тертя Fт на кулачках створюють момент сил тертя Мт, який повинен перевищувати момент сил різання :

Мт = 3 · Fт · Rз = 3 · f · Q · dз / 2 , ( 8.3 )

де Rз=dз/2–радіус або діаметр закріплення.

Умова непрокручування заготовки – рівняння рівноваги моментів:

Мр = Мт . ( 8.4 )

Завдання: в п. 8.3 звіту – підставити рівняння (8.2) і (8.3) у (8.4), записати його і знайти силу затиску для схем а) і б) :

Q = K · Pz · do / ( 3 · f · dз ) . ( 8.5 )

8.3.2 Умова невивертання заготовки.

Сила різання Pz створює момент сил Мр , який намагається вивернути заготовку навколо кромки зовнішнього торця кулачка :

Мр = K · Pz · lр , ( 8.6 )

де lр – плече сили різання: відстань від найдальшої точки прикладання сил різання ( від вершини різця ) до осі вивертання ( до кромки торця кулачка ).

Сили тертя Fт на кулачках створюють момент сил тертя Мт, який протидіє моменту сил різання :

Мт = Fт · lт = f · Q · 1,5 · dз / 2 , ( 8.7 )

де lт = Rз·( 1+ sіn(120^O-90^O)) = 1,5·Rз – плече сили тертя Fт відносно осі вивертання (кромки торця протилежного кулачка).

Сила затиску Q на кулачках створює момент сили затиску Мз, який протидіє моменту сил різання :

Mз = Q · lз / 2 , ( 8.8 )

де lз – довжина закріплення (контакту кулачків і заготовки).

Умова невивертання заготовки – рівняння рівноваги моментів :

Mp = Mз + Mт . ( 8.9 )

Завдання: в п. 8.4 звіту – підставити рівняння (8.6)-(8.8) у (8.4), записати його і знайти силу затиску для схем а) і б) :

Q = 2 · K · Pz · lр / ( lз + 1,5 · f · dз ) . ( 8.10 )

Накреслити схеми дії сил різання, затиску і тертя на заготовку для випадків прокручування (рис.8.2) і вивертання (рис.8.1); показати ці сили, їх напрямки і плечі відносно осей провороту, а також патрон, кулачки і заготовку ( в масштабі 1:2–1:4 ).

8.4 Силовий розрахунок механізму.

Знайдені 4 значення сил закріплення звести в табл. 8.4 звіту і вибрати найбільше для подальшого розрахунку вхідного зусилля.

Токарний патрон має механізм: зубчасту конічну і спіральнорейкову передачі [7], який вхідне зусилля з ключа збільшує і передає на кулачки. Рівняння рівноваги вхідного і вихідного моментів сил :

M = F · l · і · ККД = Q · Lк , ( 8.11 )

де F – вхідна сила, Н, яку робітник прикладає до ручки ключа патрона, щоб отримати потрібну силу затиску Q на кулачках;

l – довжина ручки ключа, мм – приймають l = D ;

і – передавальне число силового механізму патрона, для різних типорозмірів патронів усереднене значення : і = 60 ;

ККД – коефіцієнт корисної дії патрона : ККД = 0,4 .

Зусилля F не може перевищувати 80 Н в масовому виробництві; 100, 120, 140 Н – відповідно у велико-, середньо- і дрібносерійному; 160 Н – в одиничному виробництві; інакше потрібно збільшити довжину ручки ключа.