§ 34. Закрепление заготовок и зажимные устройства приспособлений.

Основное назначение зажимных устройств приспособлений — обес­печение надежного прижатия заготовки к установочным элементам и предупреждение ее смещения в процессе обработки. В ряде случаев зажимные устройства выполняют функцию центрирующе-зажимных устройств (самоцентрирующие патроны, цанги и пр.).

При различных методах обработки на заготовку могут действовать силы резания и объемные силы (центробежные, инерционные, вес за­готовки). Силы резания в процессе обработки изменяются по величине, направлению и месту приложения. При затуплении инструмента они возрастают на 10—30% и более. Объемные силы сопоставимы с силами резания при чистовой обработке.

Для расчета сил зажима Q нужно знать условия обработки, т. е. величину, направленность и место приложения сил, сдвигающих за­готовку, а также схему ее установки и закрепления. Расчет сил зажима в первом приближении сводится к задаче статики на равновесие заго­товки под действием приложенных к ней внешних сил, т. е. сил резания, сил зажима и реакций опор. При расчетах следует ориентироваться на такую стадию изменения сдвигающих сил и моментов, при которой силы зажима получаются наибольшими.

Если величина Q оказывается больше Q^’ , найденной из условия точности выполнения операции, то необходимо внести коррективы в ее построение (изменение схемы установки и закрепления заготовки, из­менение условий выполнения операции).

Для уменьшения сил зажима следует по возможности сдвигающим силам противопоставлять жесткие установочные элементы приспособ­ления. Рассмотрим основные схемы расчета зажимных сил:

1. Силы обработки (рис. 83, а) направлены против опор (компонент Р₁) и одновременно стремятся сдвинуть заготовку в боковом направле­нии (компонент Р₂).Из условий статики

P₂ (Q+P₁)f₂+Qf₁

Здесь f₁ и f₂ — коэффициенты трения между заготовкой и зажим­ными и установочными элементами. Вводя коэффициент запаса  > 1, получим

Q=(P₂-f₂P₁)/(f₁+f₂), (123)

Рис. 83

2. Для схемы на рис. 83, б

Q=(P₂+f₂P₁)/(f₁+f₂), (124)

3. При закреплении заготовки в трехкулачковом патроне (рис. 83, в) силу зажима на одном кулачке находим по формуле

Q=M/(3fR), (125)

где М — момент резания; f — коэффициент трения между заготовкой и кулачками; R — радиус заготовки.

4. На цилиндрическую заготовку диаметром 2R в призме с углом  (рис.83, г) действует момент резания М. Этот момент воспринимается

моментом трения на боковых плоскостях призмы и в месте контакта с заготовкой зажимного элемента. Условие равновесия —

M=f₁RQ+f₂RQ1/(sin/2),

Отсюда

Q=M/(f₁R+f₂R/sin/2). (126)

5. В заготовке одновременно растачиваются несколько отверстий однорезцовыми скалками (рис. 83, д). В зависимости от взаимного угло­вого положения резцов может возникнуть максимальная сдвигающая сила

Р = P₁ + Р₂ + Р₃ + Р₄ или наибольший суммарный момент

M=P₁l₁+ P₂l₂+ P₃l₃+ P₄l₄ В первом случае

Q=P/(f₁+f₂). (127) Во втором случае

Q=M/L (128)

Из найденных величин принимается большее. Для уменьшения си­лы зажима следует вращение отдельных шпинделей давать в другом направлении.

6. При установке заготовок на плоские планки (рис. 83, е) сила резания Р стремится повернуть заготовку вокруг опоры О. Момент си­лы Р должен уравновешиваться моментом сил трения, возникающих на поверхностях заготовки с планками и зажимным устройством.

Pr=M_TP. (129)

Если сила Q приложена в центре тяжести опорных поверхностей пла­нок и давление q постоянно, то момент трения в общем виде

(130) Здесь F₁ и F₂ — площадь опорных поверхностей планок;

q=Q/(F₁+F₂).

Приведенные примеры иллюстрируют методику расчета зажимных сил. В ряде случаев при расчете приходится принимать во внимание упругие свойства установочных и зажимных устройств [5]. При выпол­нении расчетов можно принимать следующие значения коэффициентов трения f: установка заготовки обработанной поверхностью на плоские элементы — 0,16; установка черными поверхностями на элементы со сферической головкой — 0,180,30; установка на рифленые элемен­ты — 0,7 и выше. Выбор коэффициента запаса  следует производить с учетом условий обработки и закрепления заготовки. Его величину можно представить произведением первичных коэффициентов

=₀₁₂₃….₆ ,

где ₀— гарантированный коэффициент запаса, его рекомендуется во всех случаях брать равным 1,5; ₁ учитывает неровности на обрабаты­ваемой

поверхности, приводящие к увеличению силы резания; при черновой обработке — 1,2, при чистовой и отделочной ₁ — 1,0; ₂ учи­тывает увеличение сил резания от затупления инструмента; ₂ = 1,0 —1,8 (большие значения при фрезеровании и протягивании); ₃ учи­тывает условия обработки при прерывистом резании, в этом случае ₃ — 1,2; ₄ характеризует стабильность развиваемой зажимной силы, для ручных зажимных устройств ₄ = 1,3, для пневматических, гид­равлических и других устройств, развивающих постоянную силу за­жима, ₄ = 1,0; ₅ характеризует только ручные зажимные устройст­ва, при удобном расположении рукоятки ₅ = 1,0, при неудобном

Рис. 84

₅ = 1,2; ₆ учитывает только наличие моментов, стремящихся повер­нуть заготовку на базовой плоскости, при установке на точечные опо­ры ₆ =1,0, при установке на планки ₆ = 1,5 (учитывается неста­бильность расположения точек контакта).

По найденной силе Q рассчитывают зажимные устройства приспособ­лений. Зная силу Q, можно выбрать схему зажимного устройства с руч­ным приводом, считая, что усилие на рукоятке не должно превышать 15 кГ. По силе Q можно найти силу на штоке пневматического и гидрав­лического приводов, а по ней диаметр цилиндра при заданном давле­нии рабочей среды. Расчеты носят силовой характер. В ряде случаев рассчитывают или проверяют размеры отдельных деталей зажимных систем на прочность. При выборе зажимных устройств следует в мак­симальной степени использовать существующие стандарты и нормали.

Зажимные устройства должны быть простыми, надежными в рабо­те и удобными в обслуживании. Закрепление и открепление заготовок должно производиться с минимальной затратой сил и времени рабоче­го. Зажимные устройства должны обеспечивать равномерное закрепле­ние всех заготовок в многоместных приспособлениях. Для повышения

точности обработки предпочтительны устройства, обеспечивающие по­стоянную силу закрепления.

В приспособлениях применяют следующие типы элементарных за­жимных устройств: винтовые, эксцентриковые, рычажные, клиновые, реечно-рычажные с замками. Эти устройства могут применяться к раз­личных сочетаниях, образуя более сложные зажимные системы.

В качестве силовых узлов применяют: пневмоцилиндры, пневмо-камеры с упругими элементами, гидроцилиндры, пневмогидравлику, электроприводы. Для непосредственного закрепления используют вакуумные, магнитные и электромагнитные плиты и патроны.

В качестве центрирующе-зажимных устройств применяют: цанги; оправки и патроны с тарельчатыми пружинами и гидропластмассовыми втулками; мембранные патроны и патроны с гофрированными втулка­ми. Конструкции, расчет и примеры применения этих устройств при­водятся в специальной литературе [5]. В табл. 15 и на рис. 84 даны рас­четные зависимости для некоторых наиболее распространенных типов зажимных устройств.

Таблица 15

Формулы для расчета зажимных устройств

Вид зажимного устройства	Расчётные формулы	Обозначения
Винт с нажимным сферическим концом (рис.84,а) Винт с гайкой (рис.84,б) Винтовой прихват (рис.84,в) Рычажный зажимной элемент (рис.84,г) Эксцентриковый зажим (рис.84,д) Клиновой зажимной элемент (рис.84,е) Цанговый зажим с осевым упором (рис.84,ж) без осевого упора Пневматический зажим прямого действия (рис.84,з)	M=Qrсрtg(+); M0.1dQ M=Q[rсрtg(+)+(f/3)(D3--d3)/(D2-d2)] N=Q(l1+l2)/l2 N=(l1+l1’f1+0.96)/(l2-l2’f2—0.4) (при l2l1) M=Q[Rsin++esin(+)] N=Qtg(+2) N=Q[tg(+)+tg’] N=Qtg(+)	Q – необходимая сила закрепления заготовки; M – момент на винте для обеспечения силы закрепления; rср – средний радиус резьбы;  - угол подъёма резьбы;  - угол трения; d – диаметр резьбы; f – коэффициент трения; D – диаметр опорной поверхности гайки; l1l2 - плечи прихвата;  - радиус круга трения цапфы e – эксцентриситет эксцентрика; Dц – диаметр цилиндра; P – давление сжатого воздуха;  - к.п.д. цилиндра (=0,850,9 )