Силовой расчет станочных приспособлений

Силовой расчет станочных приспособлений можно разбить на следующие этапы:

■ определение сил и моментов резания;

■ выбор коэффициента трения / заготовки с опорными и зажимными элементами;

■ составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета зажимного усилия Р₃;

расчет коэффициента надежности закрепления К,

■ составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета исходного усилия Р_и;

■ расчет диаметров силовых цилиндров пневматических и гидравлических приводов.

Определение сил и моментов резания. Действующие на заго­товку силы и моменты резания можно рассчитать по формулам, приводимым в справочниках и нормативах по режимам резания применительно к определенному виду обработки. На рис. 88 — 90 показаны некоторые схемы определения сил зажима для различ­ных видов механической обработки.

Для сверления используются следующие схемы:

■ рис. 88, а — сверление с применением зажима с от­водным прихватом. Сила закрепления Р₃ определяется по формуле

где К — коэффициент запаса; М_кр — крутящий момент от сил резания; f_x — коэффициент трения; I — плечо (рас­стояние от точки приложения силы зажима до центра от­верстия);

рис. 88, б — сверление заготовки, установленной в при­змах. Сила закрепления определяется по формуле

§ рис. 88, в — одновременная обработка нескольких от­верстий в кондукторе. Сила закрепления Р₃ определяет­ся по формуле

где К — коэффициент запаса; М_кр — крутящий момент от сил резания; л — число одновременно работающих сверл; /) — коэффициент трения; D — расстояние между осями отверстий; d_G — диаметр центрального отверстия, являющийся одновременно сборочной базой детали.

Для фрезерования используются следующие схемы:

■ рис. 89, а — фрезерование по замкнутому контуру. Сдви­гу заготовки под действием силы обработки Р препят­ствуют силы трения /, и /₂, возникающие в местах контак­та заготовки с опорами и зажимным механизмом. Сила закрепления Р₃ определяется по формуле

где К — коэффициент запаса; /, и /₂ — коэффициенты трения в местах контактов;

■ рис. 89, б — фрезерование по подаче (попутное фрезеро­вание). Сила обработки Р направлена под углом в направ­лении опор. Составляющая Р, стремится сдвинуть заго­товку в боковом направлении, а Р₂ — прижать к опорам. Сила закрепления Р, определяется по формуле

■

§ рис. 89, в — фрезерование против подачи (встречное фрезерование). Сила обработки Р направлена под углом навстречу силе зажима. Составляющая Р₂ стремится ото рвать заготовку от опор, а составляющая Р_х — сдвинуть заготовку в боковом направлении. Сила закрепления Р₃ определяется по формуле

§ рис. 89, г—обработка заготовки (цилиндрическое фрезе­рование), закрепленной в приспособлении горизонталь­но приложенной силой Р₃. Сила Р₃ определяется из ра­венства нулю всех сил относительно точки О. Плечо а₀ силы Р₃ должно быть взято таким, чтобы заготовка была плотно прижата к установочным элементам приспо­собления. Сила закрепления Р_ч определяется по формуле

где G — вес заготовки, Н;

§ рис. 89, д — торцовое фрезерование. Сила закрепле­ния Р₃ определяется по формуле

где л, — число прихватов;

§ рис. 89, е — фрезерование торца вала, базируемого в призму в многоместном приспособлении. Сила закре­пления Р₃ определяется по формуле:

Для точения используют следующие схемы:

■ рис. 90, а — короткая заготовка диаметром D установлена в патроне с л, кулачками. Опасен поворот заготовки под действием момента М_кр. Сила закрепления Р₃ определя­ется по формуле

§ рис. 90, б — установка заготовки диаметром D в трехку- лачковом патроне, имеющем кулачки с коротким усту­пом. Опасен сдвиг заготовки под действием составля­ющей силы резания Р,. Сила закрепления Р₃ определяет­ся по формуле

§ рис. 90, в — установка заготовки диаметром D в четырехку- лачковом патроне, имеющем кулачки с коротким уступом.

Опасен сдвиг заготовки под действием составляющей си­лы резания Р,. Сила закрепления Р₃ определяется по фор­муле

§ рис. 90, г — оправка с креплением заготовки двумя кону­сами, стягиваемыми с силой Р₃. Сила закрепления Р₃ определяется по формуле

■ рис. 90, g — заготовка установлена в центрах и поджата задней бабкой с силой Р₃. Тангенциальная составляющая силы резания и осевая сила, действующая со стороны переднего центра, условно не показаны. Сила закрепле­ния Р₃ определяется по формуле

где Р_х, Р_у, P_z — составляющие сил резания; D — диаметр обрабатываемой поверхности; х — расстояние от середи­ны центрового гнезда до середины пиноли; у — длина пи- ноли; а! — угол при вершине центра; р — угол между об­разующей конуса центра задней бабки и осью суппорта;

ф! — угол трения на поверхности конуса центра; ф₂ — угол трения на поверхности пиноли задней бабки станка; 1„ — длина обрабатываемой детали.

Выбор коэффициента трения. В приспособлениях встречается много различных сочетаний контактных поверхностей, различа­ющихся по форме, состоянию поверхности, твердости и т.д. Значе­ния коэффициента трения f для некоторых сочетаний контактных поверхностей приведены в табл. 94.

Значение коэффициента надежности закрепления К следует вы­бирать дифференцированно в зависимости от конкретных условий выполнения операции и способа закрепления заготовки. Данные по выбору коэффициента К приведены в практикуме («Практиче­ское занятие № 10»)

Составление расчетной схемы и исходного уравнения для рас­чета исходного усилия Р„. Для определения исходного усилия со­ставляется геометрическая схема зажимного устройства и из урав­нения сил, приложенных к нему, выводится зависимость исходного усилия Р_и от сила закрепления Р₃.

На рис. 91 представлены механизмы, в которых передача зажим­ного усилия осуществляется через зажимающие винтовые устрой­ства и промежуточные механизмы. Для этого используют следу­ющие схемы:

■ рис. 91, а — передача силы зажима через рычажное звено. Применяют для крепления заготовок в приспособлениях закрытого типа, когда со стороны крепления расположена кондукторская плита или стенка приспособления, которые по соображениям точности нельзя нагружать зажимными усилиями. Исходное усилие Р_и определяется по формуле

где r_cp — средний радиус резьбы винта; а₃ — угол подъема резьбы винта; < р₃ — приведенный угол трения в резьбе, Фз = 10°30'; т) — коэффициент, учитывающий потери от трения в шарнире (на оси) прихвата, т| = 0, 85; D_H — на­ружный диаметр опорного торца или гайки; d₁₀ — диа­метр резьбы винта;

§ рис. 91, б— кулачок качающийся. Применяют при зажи­ме по необработанной поверхности заготовки. Пружин­ный упор служит для отвода кулачка в исходное положе­ние. Зажимной болт вынесен за стенку приспособления. Исходное усилие Р_и определяется по формуле

где 0 — угол между плечом рычага и направлением дей­ствия силы;

§ рис. 91, в — зажим комбинированный. При освобождении заготовки зажимающие кулачки откидываются вместе с болтом. Исходное усилие Р_и определяется по формуле

§ рис. 91, г— передача силы зажима через рычажное зве­но. Исходное усилие Р_и определяется по формуле

На рис. 92 представлены зажимные механизмы, в которых ис­ходная сила от пневмопривода или гидропривода передается через промежуточные звенья (прихваты и кулачки). Для этого использу­ют следующие схемы:

■ рис. 92, а — двухплунжерный механизм с боковыми при­хватами. Исходное усилие Р_и определяется по формуле

где q — сопротивление пружины, Н;

■ рис. 92, б — зажимной механизм с двумя рычагами: дву- плечным и одноплечным. Исходное усилие Р_и определя­ется по формуле

§ рис. 92, в — зажимной механизм с двумя двуплечными рычагами и вертикальным расположением оси штока па­раллельно направлению усилия зажима. Исходное уси­лие Р_и определяется по формуле

§ рис. 92, г— зажимной механизм, обеспечивающий сим­метричное воздействие усилий зажима в боковом на­правлении. Исходное усилие Р_и определяется по фор­муле

На рис. 93 представлены зажимные механизмы, в которых ис­ходное усилие передается через клинорычажные и клинокулачко- вые звенья. Для этого используют следующие схемы:

■ рис. 93, а — зажим с качающимся прихватом. Величина подъема прихвата незначительная и зависит от хода плунжера и соотношения плеч прихвата. Съем заготовки допускается только в сторону, так как прихват не повора­чивается и не отводится. Исходное усилие Р_и определяет­ся по формуле

и роликом; ф₉ — угол трения на направляющей поверх-
ности; /, — коэффициент трения опорных элементов;
d₈ — внутренний диаметр ролика; D₂ — наружный диа-
метр ролика;

■ рис. 93, б — клиноплунжерный механизм, у которого тре-
ние качения по наклонной плоскости и трение скольжения
по горизонтальной плоскости. Механизм имеет двуплеч-
ный рычаг. Исходное усилие Р_и определяется по формуле

■ рис. 93, в — зажимной механизм с тремя кулачками и цен-
тральным клином. Исходное усилие Р_и определяется
по формуле

где а₆ — угол конуса; ср₈ — угол трения на конусе; щ —
число кулачков, п, = 3;

■ рис. 93, г— клиноплунжерный механизм с клином, у ко-
торого трение качения по обеим сторонам. Механизм
имеет угловой рычаг. Исходное усилие Р_и определяется
по формуле

На рис. 94 представлены зажимные механизмы, в которых исходное усилие передается через кулачковое звено. Для этого используют следующие схемы:

■ рис. 94, а — зажим эксцентриковый с костылем. Приме-
няют в тех случаях, когда по условиям закрепления зажи-
мающий эксцентрик должен быть вынесен за стенку
приспособления. Исходное усилие Р_и определяется
по формуле

§ рис. 94, б — зажим эксцентриковый с Г-образными при­хватами. Применяют для одновременного крепления за­готовки двумя прихватами. Положение прихватов регу­лируют по высоте гайками. Исходное усилие Р_и определя­ется по формуле

§ рис. 94, в — зажим эксцентриковый с двумя откидыва­ющимися костылями (прихватами). Обеспечивает воз­можность быстрого съема детали. Исходное усилие Р_и определяется по формуле

■ рис. 94, г — зажим эксцентриковый с качающимся при­хватом. Применяют в случаях, не требующих отвода при­хвата. Положение по высоте регулируют сменными шай­бами под кулачком. Исходное усилие Р_и определяется по формуле

где е — эксцентриситет эксцентрика, мм; ср₄ — угол трения в месте приложения зажимного усилия; а₄ — угол кривой эксцентрика.

Расчет диаметров силовых цилиндров пневматических и ги­дравлических приводов приведен в разделе 1 («Практическое за­нятие № 10»),