сил и времени; они должны обеспечивать равномерный зажим заготовок, особенно в многоместных приспособлениях; зажимные устройства не должны сдвигать заготовку при ее закреплении и по возможности воспринимать силы резания. Последним следует противопоставлять жесткие установочные элементы приспособления. Место приложения сил закрепления выбирают по условию наибольшей жесткости и устойчивости крепления и минимальной деформации заготовки. Для повышения точности обработки предпочтительны устройства, обеспечивающие постоянную силу закрепления.

В ручных зажимных устройствах сила на рукоятке не должна превышать 150 Н. Значения моментов, развиваемых рукой на маховичках и рукоятках различных конструкций и размеров, приведены в табл. 11. Средняя продолжительность закрепления заготовок различными зажимными устройствами: в трехкулачко-вом патроне ключом - 4 с; одним винтовым зажимом (ключом) - 4,5 с; штурвалом - 2,5 с; поворотом рычага - 2,5 с; маховичком или звездочкой - 2 с, поворотом рукоятки пневмо- и гидрокрана- 1,5 с. При необходимости увеличить число зажатий применяют приспособления с силовыми (пневматическими, гидравлическими) узлами.

§ 2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА СИЛ ЗАКРЕПЛЕНИЯ

Расчет сил закрепления производят при конструировании новых приспособлений и при использовании имеющихся универсальных (и переналаживаемых) приспособлений. Для расчета сил закрепления в первом, наиболее общем случае необходимо знать условия проектируемой обработки - величину, направление и место приложения сил, сдвигающих заготовку, а также схему ее установки и закрепления. Расчет сил закрепления в первом приближении может быть сведен к задаче статики на равновесие заготовки под действием приложенных к ней внешних сил.

К обрабатываемой заготовке приложены силы, возникающие в процессе обработки, искомые силы закрепления и реакции опор. Под действием этих сил заготовка находится в равновесии. Сила 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 ее построение (изменение схемы установки и закрепления заготовки, режима резания, условий выполнения операции), вследствие чего возможно уменьшение первоначальных значений погрешностей закрепления е и формы Аф. При повторной проверке должно соблюдаться условие Q <: Q.

Во втором (более частом) случае расчет силы закрепления носит поверочный характер. Найденная из условий обработки необходимая сила закрепления должна быть меньше силы, которую развивает зажимное устройство используемого приспособления,

На-чало

1 г

исходные данные

(схепа ус-таноЬки, режимы резания

Выбор слемы затитого у строй-сгпЬа

Расчет сдвигающей, силы Р

Расчет силы-

закрепм

ния d

Расчет деформации и погрешности обработки й

изменение 1 и f или) 2

Ненец

изменение

ретина резания

Рис. 38. Укрупненные алгоритмы расчета зажимных устройств

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. 38. Алгоритм для первого случая расчета дан на рис. 38, а, для второго случая - на рис. 38, б.

Рассчитывая силы закрепления, необходимо учитывать упругую 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 Б направлении приложенной силы будет изменяться по линейному (или близкому к нему) закону в зависимости от величины этой силы.

К устройствам второго типа относятся пневматические, гидравлические и пневмогидравлические механизмы прямого действия.

8 7

Рис. 39. Упругие характеристики зажимных устройств

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 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.

Рассматривая закрепленную в приспособлении заготовку (рис, 39, а), можно установить, что сила закрепления Q воспринимается всеми звеньями системы, состоящей из установочных элементов /, заготовки 2, зажимного устройства 3 и корпуса 4 приспособления. Корпус является звеном, через которое происходит силовое'замыкание системы. Сила закрепления и реакции установочных элементов показаны стрелками. Если сила Р, возникающая при обработке, направлена против силы закрепления, то зависимость смещения заготовки у от силы Р будет определятьс$ упругой характеристикой этого устройства.

На рис. 39, б прямые 5 vi6 выражают смещения заготовки при наличии зажимных устройств первой и второй групп при условии, что все звенья системы, кроме зажимного устройства, абсолютно жесткие. Если эти звенья имеют характеристику первого типа, то под влиянием силы Р их упругие деформации перераспределяются. Соответствующее перемещение заготовки показано на

рис. 39, в. Отрезок Ау соответствует полному упругому восстановлению предварительно деформированных звеньев системы, связанных с установочными элементами. Дальнейшее увеличение силы приводит к отрыву заготовки от установочных элементов. Сопоставляя характеристики 7 и S, можно установить, что при одинаковых упругих свойствах системы этот момент наступает раньше в приспособлении, оборудованном зажимным устройством второго типа.

Силу Pl, соответствуюш,ую моменту отрыва заготовки от опор приспособления с зажимным устройством первого типа, можно найти из схем, показанных на рис. 39, г, где по оси абсцисс отложены силы, а по оси ординат - перемещения. Линия 10 выражает зависимость между этими величинами для системы установочных элементов, а линия 9 - для зажимного устройства. Тангенс угла наклона этих прямых к оси абсцисс равен соответственно l/J и где 2. -1 - жесткости установочных и зажимных эле-

ментов.

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

На эту же величину возрастает упругая деформация зажимного устройства. Из рисунка следует, что Pi, = Q -\- yJi, а из условия (12) -

= q(i+). (13)

Значение силы Pj характеризуется отрезком Oju (рис. 39, в). При зажимном устройстве второго типа сила Рц, при которой заготовка отрывается от опор приспособления, равна силе закрепления Q. На рис. 39, в сила Рц характеризуется отрезком Оф. Из выражения (13) следует, что

Ниже рассмотрены примеры расчета сил закрепления применительно к схемам установки на рис. 40 и 41. Расчеты выполнены с учетом условия обеспечения плотного контакта заготовки с установочными элементами приспособления в процессе обработки.

Зажимное устройство, предупреждающее смещение заготовки от действия силы. 1. Сила Р, возникающая при обработке деталей, и сила закрепления Q прижимают заготовку к опорам приспособления (рис. 40, а). При постоянном значении силы Р сила Q = = 0. Этой схеме соответствуют операции обтачивания в центрах,

Рис. 40. Схемы для расчета сил закрепления заготовки от смещения

протягивания отверстий, цекования бобышек (см. рис. 36, а). Если возникают дополнительные сдвигающие силы N, направленные против силы закрепления, то

где k - коэффициент запаса (ft > 1).

При нестабильной силе Р (например, при фрезеровании) должно быть Q > О для предупреждения вибраций, зазоров в системе и для повышения ее жесткости.

2. Сила Р направлена против зажимного устройства (рис. 40, б). Для зажимного устройства второго типа Q = kP. Силу Q при наличии зажимного устройства первого типа найдем по формуле (13)

3. Силы, возникающие при обработке, стремятся отодвинуть заготовку от опор (рис. 40, в). Эта схема характерна для случаев, когда направление подачи инструмента меняется (маятниковое фрезерование, фрезерование замкнутых контуров). Смещение заготовки предупреждается силами трения, возникающими в местах контакта заготовки с опорами и зажимными элементами. Согласно этому условию должно соблюдаться неравенство

P<Qh+ Qf2.

где /2 --коэффициенты трения заготовки с установочными и йажимными элементами.

Вводя коэффициент запаса ft>l, получим окончательно

Эта расчетная схема применима также для Случая установки на два пальца и перпендикулярную к ним плоскость (см. рис. 24).

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

4, Силы, возникающие при обработке (рис. 40, г), направлены против опор (сила Pj) и одновременно стремятся сдвинуть заготовку Б боковом направлении (сила Ра)- При достаточной жесткости опор и наличии зажимного устройства второго типа силу Q находим по аналогии с предыдущим случаем:

P,<(Q + Pi)f2 + Qfi или

h-Vf:

Если kP < Pi/i и вибраций при обработке нет, то Q = 0. В приспособлениях с зажимами первого типа действие силы Р^ может вызвать изменение установившихся реакций опорных зажимных элементов. По аналогии с п. 2

Силы трения, препятствующие сдвигу заготовки.

Из условий закрепления F = kP; подставляя вместо F его значение из формулы (11), а вместо и R, их значения из уравнений (14), получим

kP2 + fiPi-ril--/ i,

=-tt+h--

При Ji = Ja

kP, + -~(h + f2)

Если = /а = /, TO

h + h

5. Сила Pl направлена навстречу силе закрепления (рис. 40, д). Сила закрепления Q должна быть достаточной для обеспечения контакта заготовки с опорами присшсобления и предупреждения ее сдвига в направлении действия силы Р^. При зажимном устройстве второго типа первому условию отвечает равенство Q = к^Р^, а второму - равенство kP = Q -f-+ (Q -Л)/2; отсюда

p. f 1/2 + feaPg ~ /i + /a

Из найденных значений Q и Q выбирают большее.

при использовании зажимного устройства первого типа перво- му условию удовлетворяет равенство

Второму условию должно отвечать равенство откуда

к^Рг - hPi -rrrr + fP -TJrr

h + h

Силу закрепления Q принимают по большему из значений Q и Q .

При выборе схем установки нужно обеспечивать 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.

На рис. 40, е показана схема обработки заготовки, закрепленной горизонтально приложением силы Q. Рассмотрим на примере этой схемы два последних условия расчета силы закрепления. Плечо а силы Q (рис. 40, ж) должно быть выбрано таким, чтобы заготовка была плотно прижата к установочным элементам приспособления. До начала обработки на заготовку кроме силы закрепления Q действуют реакции опор R и Ri, а также силы трения F, Fi и р2 (массу, заготовки не учитываем). Последние четыре силы препятствуют повороту заготовки по часовой стрелке от действия силы Q. Приравняв сумму моментов сил относительно точки О нулю, получим

Q= li ±M, 5,

Из суммы моментов сил относительно точки 0, равной нулю, находим

Q (n + f,m) = R (c-fb),

где /, /i, - коэффициенты трения в местах касания заготовки опор приспособления и зажимных элементов.

Рис. 41. Схемы для расчета сил закрепления заготовки от проворачивания

R{c-fb),

Подставляя в последнюю формулу значение силы Q из выра жения (15) получим

но Ri = Rf- QU. Отсюда

Подставляя выражение (16) в формулу (17), после преобразо ваний получим, что при любом значении силы Q

c - fb

(16)

(17)

а <

-{Ь-\-кс)-\-Ы.

При установившемся процессе иа заготовку действуют силы и 2 (рис. 40, з). Из условия равновесия

Qa + Qfl - kP - kPl = 0; --а + /2/

где k - коэффициент запаса.

Зажимное устройство, предотвращающее проворачивание заготовки от действия момента. 1. Заготовка, установленная в трех-кулачковом патроне, находится под действием момента М и осевой силы Р (рис. 41, а). Силу закрепления можно найти из равенства

кМ 3fR

(18)

где R - радиус заготовки; / - коэффициент трения ее поверхности в кулачках.

При больших значениях Р могут возникнуть дополнительные силы трения между торцом заготовки и уступами кулачков.

Если -g- > /iQ (где - коэффициент трения при сдвиге заготовки вдоль кулачков), то расчет Q следует вести из условия

где /а - коэффициент трения заготовки с уступами кулаЧков; Ri - средний радиус расположения площадки контакта.

При противоположном направлении силы Р следует пользоваться формулой (18). Значение Q проверяют на невозможность осевого сдвига заготовки по формуле kP - 3/iQ.

2. Заготовка, центрируемая по выточке (рис. 41, б), прижимается к трем опорам прихватами. В процессе обработки возникают сдвигающий момент М и осевая сила Р. При равных реакциях опор возможны следующие схемы расчета. При жесткой установке, зажимном устройстве второго типа и достаточной жесткости закрепления в тангенциальном направлении сила Q находится из равенства

kM =h QR2 + f2QRi + hPRi, откуда

fiRi + hRi

Величины Ri, R2 и места, где учитываются коэффициенты трения /1 и /2, показаны на рис. 41, б. При тех же условиях, но при малой тангенциальной жесткости зажима, трение между заготовкой и прихватами не учитывают:

kM =/aQi?i + fiPRx или

kM ~ fiPR

При условиях, приведенных в п. 1, и зажиме первого типа сила Р вызывает изменение реакций опор и зажимного устройетваз

Ш - hT,Ri + fiTiR,.

После преобразования получим

kM - hR,P-jIj-+ кЯгР -г-т- (19)

Q Ji + J2 Н + J г

Если в предыдущем случае тангенциальная жесткость зажима невелика, то формула (19) примет вид

Q 1 -f J 2

3. В отличие от схемы, показанной на рис. 41,6, заготовка устанавливается иа кольцевую поверхность (рис. 41, в). При равномерном давлении на поверхность имеем аналогичные четыре случая расчета:

I - (В

kM-4-hP-

/2 -та-Ж +

3 D~d

i г)8

Q D2 rf2 + 1 Л + Уз .

1 03 rf3

1 , D-d h

3 D2 -rfi

4. Цилиндрическая заготовка закреплена в призме с углом ос (рис. 41, г). Без учета трения на торце имеем 1

kMhRQ + f,RQ

sin -р-

Если, заготовка сдвигается под действием осевой силы Р вдоль призмы, то

Q =--г-.

п + п-

SlHg-