Оправки составляют значительную группу станочных
приспособлений для установки заготовок. Они просты по
конструкции, широко распространены в машиностроении и
в большей части используются для обработки заготовок —
тел вращения с центральными отверстиями (втулки, коль-
ца, фланцы, стаканы, гильзы, зубчатые колёса) на токар-
ных, круглошлифовальных, фрезерных, зубообрабатываю-
щих, протяжных, отделочных станках. В данной главе при-
ведены конструкции и методика расчёта оправок.
По конструкции станочные оправки подразделяются на
жёсткие (цельные) и регулируемые (разжимные).
Жёсткие оправки по форме рабочей поверхности подраз-
деляются на конические и цилиндрические. Цилиндричес-
кие оправки могут быть для установки заготовок с зазором и
с натягом (прессовые). Поскольку рабочие части жёстких оп-
равок предназначены для установки заготовок, к ним предъяв-
ляются требования точности, жёсткости, прочности и изно-
состойкости, как к установочно-зажимным элементам при-
способлений. Для обеспечения этих эксплуатационных
требований оправки изготавливаются из сталей 20, 20Х с
химико-термической обработкой (цементация слоя толщиной
1,2...1,5 мм) или из углеродистых и легированных сталей
У8...У12, ХВГ с закалкой до твёрдости 58...64 HRC и отдел-
кой рабочих поверхностей с Racp — 0,4...0,1 мкм. Для эконо-
мии материала жёсткие оправки с рабочим диаметром
Dpo > 50 мм могут изготавливаться полыми (пустотелыми).
Регулируемые (разжимные) оправки подразделяются на
кулачковые, с тарельчатыми пружинами, с упругими раз-
жимными шайбами, зубчатые, гидропластмассовые (жидко-
стные) с тонкостенной гильзой, цанговые, с гофрированны-
ми втулками. В таблице 2.1 показана достигаемая на раз-
личных оправках соосность базовой (отверстие) и обрабаты-
ваемой цилиндрических поверхностей заготовок.
Из таблицы 2.1 следует, что наиболее точную обработку
заготовок обеспечивают оправки с тонкостенной гильзой (гид-
ропластмассовые и жидкостные) и гофрированными втулка-
ми. Они используются для изготовления прецизионных де-
талей. Упругие разжимные элементы обычно изготавлива-
ются из легированных рессорно-пружинных сталей марок
55ГС, 65С2В А (табл. 10.1). По способу установки на станках
оправки могут быть центровые (установка в центрах), флан-
цевые (установка фланцами на столах), шпиндельные или
Таблица 2.1
Разновидности оправок и достигаемая точность
обработки заготовок
Разновидности оправок
| Степени точности соосности
|
Конические центровые
| 4...7
|
Цилиндрические центровые: гладкие
| 3...5
|
ступенчатые
| 4...6
|
Цилиндрические прессовые для уста- новки заготовок с натягом
| 2...4
|
Зубчатые
| 4...6
|
Кулачковые
| 8...10
|
С тарельчатыми пружинами
| 8...9
|
С упругими разжимными шайбами
| 4...9
|
Гидропластмассовые и жидкостные с тонкостенной гильзой
| 3...5
|
Цанговые
| 5...10
|
С разрезным установочно-разжимным элементом
| 3...4
|
С гофрированными втулками
| 1...3
|
консольные (установка хвостовиками в отверстия шпинде-
лей станков).
На рисунке 2.1 показана фланцевая кулачковая двухме-
стная оправка с независимым зажимом каждой заготовки 3
по отверстию. Заготовки 3 пакетом центрируются и закреп-
ляются по отверстию кулачками 7, 8 при перемещении пол-
зунов 2, 6 под действием пакетов тарельчатых пружин 5, 7.
Одновременно заготовки 3 поджимаются в осевом направле-
нии стаканом 4.
Приспособление пояском А центрируется по отверстию, а
торцом В устанавливается на вращающемся столе зубофре-
зерного станка и закрепляется через отверстия В фланца
Рис. 2.1 Фланцевая кулачковая оправка
для установки двух заготовок зубчатых колес
корпуса 11 к столу посредством его Т-образных пазов. После
нарезания зубьев червячной фрезой 9, вращаемой с часто-
той п и перемещаемой с подачей S, заготовки 3 открепляют-
ся гидроприводом (пневмоприводом) путём перемещения
вверх тяги 10, ввинченной в шток поршня гидро- (пневмо-)
цилиндра, встроенного в стол станка.
Расчёт конических оправок
Конические оправки могут быть с гладкой и шлицевой
рабочими поверхностями для установки заготовок соответ-
ственно по гладким и шлицевым отверстиям. Они использу-
ются при небольших силах резания. Базовые отверстия заго-
товок должны выполняться с точностью не ниже 9-го квали-
тета. При базировании по наружному диаметру шлицевого
отверстия внутренний диаметр шлицевой конической оправ-
ки обычно выполняется на 1 мм меньше внутреннего диа-
метра заготовки, а ширина шлицев оправки на 0,25...0,5 мм
меньше ширины впадин заготовки.
В качестве исходных при расчёте конических оправок
используются следующие данные (рис. 2.2, а):
&з тах-> &з mm ~ наибольший и наименьший диаметры
базового отверстия заготовки, мм;
13, 1з1 — длина базового отверстия и обрабатываемой по-
верхности, мм;
dm 3 > d 3 i — допуски торцового биения на диаметре DH и
радиального биения по наружному диаметру заготовки, мм;
у — поперечное смещение заготовки от действия ради-
альной составляющей силы резания, мм.
При достаточно хорошем прилегании поверхностей оп-
равки к поверхностям элементов станка (гнезда шпинделя,
центров передней и задней бабок и т.п.) значение у можно
принимать в зависимости от величины отношения L 0 / D 0
LJD0
| 1
| 2
| 3
| 4
| 5
|
у, мкм
| 0,43
| 0,86
| 4,9
| 10,4
| 18,7
|
Рис. 2.2 Схемы центровых оправок:
а — конической; б — цилиндрической для установки
заготовок с зазором
где L 0 — длина оправки при установке в центрах или длина
вылета консоли оправки при установке в гнездо шпинделя
станка, мм;
D 0 — наибольший диаметр оправки, мм.
Расчёт выполняется в следующем порядке.
1. Вычисляется наибольший диаметр оправки:
D 0 = D 3 max + 0,02, мм.
2. Определяется конусность оправки с точки зрения точ-
ности обработки торцов заготовки:
3. Определяется конусность оправки с точки зрения точ-
ности обработки цилиндрической поверхности заготовки (по
биению):
для оправок с конусностью К0 > 1:15000:
для оправок с конусностью К0 < 1:10000.
4. За конусность К0 оправки принимается меньшее из
двух значений Кто и Кро. Рекомендуется округлять К0 до
значений из ряда: 1:500; 1:1000; 1:1500; 1:2000; 1:2500;
1:3000; 1:4000; 1:5000, а для особо точной обработки и для
контрольных конических оправок — 1:10000; 1:20000;
1:40000.
5. Выявляется рабочая длина оправки:
где 1зд — запас длины конусной части оправки со стороны
меньшего диаметра; рекомендуется 1зд = 10 мм при К0 > 1:2000;
/„, = 15 мм при К0 = 1:2500 и 1:3000; 1зд = 20 мм при
К„ < 1:3500.
6. Диаметры и длины крайних нерабочих шеек (хвосто-
ииков) выбираются, исходя из конструктивных соображений.
7. Общая длина оправки в зависимости от D 0 не должна
превышать таких значений:
1)„, мм
| до 10
| 10...15
| 15...20
| 20...25
| 25...35
|
/.,„ мм
| 80
| 100
| 150
| 200
| 250
|
/),„ мм
| 35...45
| 45...55
| 55...65
| 65...80
| свыше 80
|
/.,„ мм
| 350
| 410
| 480
| 530
| 580
|
Ксли длина Lpo окажется больше указанных значений,
■ мдует прибегнуть к селективной подборке заготовок по ди-
аметру отверстия и воспользоваться комплектом конических
оправок.
8. Допуск радиального биения 8^ конической оправки от-
носительно оси центров рекомендуется принимать в диапазо-
не 0,003 < 8ро < 0,15 dp 3, а для особо точных оправок с конусно-
стью К0 1:10000 принимается в пределах 0,002 < 8^ < 0,2 dp 3.
2.3 Расчёт оправок
для установки заготовок (деталей) с зазором
Исходными данными расчёта цилиндрических оправок
для установки заготовок с гарантированным зазором явля-
ются (рис. 2.2, б): Мр — момент резания, Нмм; 13 — длина
заготовки, мм; DH — наружный диаметр обрабатываемой
поверхности, мм; 2г — припуск на обработку, мм; D 3 — ди-
аметр базового отверстия заготовки, мм; 83 — допуск на ди-
аметр отверстия, мм: 8и — допуск на износ рабочей поверх-
ности оправки, мм; п — число заготовок, одновременно ус-
танавливаемых на оправку; е — допуск соосности (эксцент-
риситет) цилиндрических поверхностей заготовки, мм;
/ — коэффициент трения (для сталей принимается / = 0,16).
Расчёт оправок осуществляется в приведённой ниже пос-
ледовательности.
1. Выбирается гарантированный зазор sr для свободной
установки заготовки на оправку. Обычно принимается по-
садка H7/h6. Более точно sr можно определить, исходя из
требований к точности обработки заготовки, по формуле:
где у — поперечное смещение заготовки под действием силы
резания (значения у принимаются по данным, приведённым
в расчёте конических оправок), мм;
еоп — допуск соосности рабочей поверхности и поверхно-
стей оправки, контактирующих со станком (рекомендуется
принимать по 8-й степени точности по ГОСТ 24643-81);
S 0 — допуск на диаметр рабочей поверхности оправки
(рекомендуется принимать по h6), мм;
8и — допуск на износ рабочей поверхности оправки (ре-
комендуется принимать 0,01...0,02), мм.
2. Вычисляется номинальное значение диаметра Dpo ра-
бочей поверхности оправки:
Dpo = D3 -sr.
3. Находится длина Lpo рабочей шейки оправки:
4. Выявляются наружные диаметры опорного бурта D 6 и
нажимной быстросъёмной шайбы Dm:
D 6 = Dm = D 3 -2 z - (2...5).
5. Определяется толщина кш нажимной шайбы:
кш > 0,2 Dm.
6. Вычисляется момент трения Мтр, создаваемый при
зажиме заготовки в оправке:
Мтр = k ■ Мр,
где k — коэффициент запаса (принимается k = 2...3 или вы-
числяется по методике, изложенной в подразделе 9.1).
7. Вычисляется потребная сила зажима заготовок:
8. По силе W расчётом определяется диаметр резьбы dp
хвостовика и округляется в большую сторону до ближай-
шего стандартного значения. При этом следует соблюсти ус-
ловие
dp < Dpo - (0,2...0,3), мм.
2.4 Расчёт оправок
для установки заготовок с натягом
На эти оправки заготовка устанавливается по отверстию
с натягом. Они используются для обработки толстостенных
заготовок с базовым отверстием, как правило, не ниже 7-го
квалитета точности. Оправки с буртом (рис. 2.3, а) позволя-
ют точно фиксировать заготовку вдоль оси и используются
для обработки наружной цилиндрической поверхности и сво-
бодного торца заготовки. Оправки без опорного бурта
(рис. 2.3, б) применяются для обработки наружной цилинд-
рической поверхности и обоих торцов заготовки, однако для
точной осевой фиксации заготовки необходимо при запрес-
совке использовать упорные кольца.
Рис. 2.3 Центровые оправки
для установки заготовок с натягом:
а — с открытым буртом; б — без бурта;
в — расположение полей допусков
В качестве исходных при расчёте оправок для установки
заготовок с натягом используются следующие данные:
l 3, D 3, D 3 max, D 3 min — длина, номинальный, наибольший
и наименьший диаметры базового отверстия заготовки, мм;
DH — наружный диаметр заготовки, мм;
Е3, Е0 — модули упругости материалов заготовки и оп-
равки, МПа;
/л3, /л0 — коэффициенты Пуассона материала заготовки
и оправки;
Мр — момент резания, Нмм;
Р0 — осевая составляющая силы резания, Н;
f — коэффициент трения (для стальной пары принима-
ется / = 0,16).
Расчёт производится в такой последовательности.
1. Вычисляется длина рабочей шейки оправки, мм:
с буртом:
Lpo = h ~ (1 — 5)»
без бурта:
Lpo = l 3 - (1...10).
Меньшая длина оправок без бурта обусловлена тем, что
оба торца заготовки должны выступать за пределы рабочей
поверхности оправки для обеспечения их обработки.
2. Находятся крутящий момент и осевая сила, передачу
которых должна обеспечивать проектируемая оправка (мо-
мент и сила трения):
Мтр = k - Мр,
где k — коэффициент запаса, определяется по методике, из-
ложенной в подразделе 9.1.
Fmp и соответствующее давление р вычисляются для прес-
совых оправок без бурта, а также для оправок с буртом, если
осевая составляющая силы резания Р0 направлена в обрат-
ную сторону от бурта. Мтр определяется в случае, если в
отверстии заготовки нет шпоночного паза, а на оправке не
предусмотрена шпонка. В противном случае передачу вра-
щения заготовке обеспечивает шпоночное соединение, а не I
момент трения в паре заготовка-оправка (рис. 2.3, б).
3. Определяется давление в соединении отверстие заго-
товки — рабочая поверхность оправки, необходимое для на-
дёжного закрепления заготовки.
Из условий действия Мтр:
Из условий действия Р:
Для дальнейших расчётов за давление р принимается
большее значение из р' и р".
4. Рассчитывается номинальный диаметр рабочей повер-
хности оправки, мм:
(2.1)
где X — коэффициент, значения которого принимаются в
зависимости от отношения l 3 / D 3:
IJD3
| 0,025
| 0,05
| 0,075
| 0,10
| 0,15
| 0,20
| 0,25
| 0,30
| 0,35
| 0,40
| 0,45
|
X
| 0,2
| 0,3
| 0,36
| 0,42
| 0,52
| 0,61
| 0,67
| 0,73
| 0,77
| 0,80
| 0,83
|
IJD,
| 0,50
| 0,55
| 0,60
| 0,65
| 0,70
| 0,75
| 0,80
| 0,85
| 0,90
| 0,95
| 1,00
|
X
| 0,86
| 0,88
| 0,90
| 0,92
| 0,94
| 0,95
| 0,96
| 0,97
| 0,98
| 0,99
| 1,00
|
при l 3 / D 3 > 1 значение X соответствует 1; t 3 — отношение
D 3 / DH; t 0 — отношение dJDp, оно вычисляется только для
пустотелых оправок с диаметром внутреннего отверстия d 0.
Рекомендуется принимать
Отклонение (допуск) наружного диаметра Dpo рабочей
поверхности оправки рекомендуется назначать по гб, а от-
клонение внутреннего диаметра dQ пустотелой оправки — по
Н9. Допуск соосности отверстия и рабочей поверхности пус-
тотелой оправки принимается в пределах 9, 10-й степеней
точности.
5. Вычисляются размеры D 0 и 1Н направляющей (правой
на рис. 2.3, а) поверхности оправки, мм:
**о ~ -^з лил»
Отклонение диаметра D 0 направляющей поверхности при-
нимается по е8.
'•*• 6. Определяется диаметр бурта (для оправок с опорным
буртом):
2>„ = ЛК -(1...10).
Допуск диаметра D6 принимается по h9. При проектиро-
вании оправки без опорного бурта диаметр левой поверхнос-
ти (рис. 2.3, б) принимается равным диаметру направляю-
щей поверхности с отклонением по hll.
7. Выявляются размеры Dn и 1п проточки между рабочей
и направляющей поверхностями оправки, мм:
Dn = D 0 - (2...3),
ln > l 3 - Lpo + (3...5).
"* Отклонение диаметра Dn принимается по h9.
При проектировании оправки без опорного бурта разме-
ры проточки между рабочей и левой поверхностями прини-
мается аналогично.
8. Определяется длина оправки, мм:
Lpo < (5...7) Dp 0.
9. Вычисляется потребная сила Рп, Н для запрессовки
заготовки на оправку (значение Рп необходимо знать для
подбора пресса):
(2.2)
где imin — диаметральный гарантированный натяг (значение
1 тт = D po - D s max)> MM5
5U — допуск на износ рабочей поверхности оправки (для
оправки диаметром D ^ < 80 мм рекомендуется 8и = 0,01...0,015),
мм;
80 — допуск на диаметр Dpo (принимается по гб), мм.
Поля допусков целесообразно располагать так, как показано
на рисунке 2.3, в.
10. Для сплошных оправок (t 0 = 0) и наиболее распростра-
нённых значений для сталей Е0 = Е3 = 2,1 • 10 МПа и д, = ц3 = 0,3
формулы (2.1) и (2.2) принимают вид:
11. Торцовое биение опорного бурта оправки следует за-
давать в пределах 6, 7-й степеней точности. Радиальное бие-
ние 8ро рабочей поверхности принимается:
для сплошных оправок: 8^ = 8рз - 2у,
для пустотелых оправок:
где 8рз — допуск радиального биения обработанной поверх-
ности заготовки, мм;
у — упругое поперечное смещение заготовки под дей-
ствием радиальной составляющей силы Р обработки (при-
нимается в таких же пределах, как и при расчёте коничес-
ких оправок).
2.5 Расчёт гидропластмассовых оправок
с тонкостенной гильзой
На рисунке 2.4 показана шпиндельная оправка с упру-
гой гильзой, разжимаемой изнутри гидропластмассой (на-
пример, состав гидропластмассы марки СМ в % по массе:
полихлорвиниловая смола марки М (20), дибутилфталат (78),
стеарат кальция (2); температура плавления 413 К, темпе-
ратурный режим эксплуатации 278...333 К). При закручи-
вании винта 5 в корпус 1 гидропластмасса 2 сжимается и
разжимает тонкостенную гильзу 3. Таким образом выбира-
ется зазор между гильзой и заготовкой 4 и последняя ока-
зывается сбазированной (сцентрированной) и закреплённой
на оправке. Схема расчёта тонкостенной гильзы представ-
лена на рисунке 2.5.
Рис. 2.4 Схема шпиндельной гидропластмассовой оправки
|
Исходными данными для расчёта гидропластмассовых вту-
лок являются: 13 и D 3 — длина и диаметр базового отверстия
заготовки, мм; Мр — крутящий момент от сил резания, Нмм;
Р0 — осевая составляющая силы резания, Н. Значения рг, рк,
Wp» 21, Smax принимаются по таблице 2.2. Расчёт оправок осу-
ществляется в следующей последовательности.
Рис. 2.5 Схема для расчёта тонкостенных гильз:
положение в свободном (а)
а рабочем (б) состояниях
1. По диаметру D 3 отверстия заготовки в соответствии с
таблицей 2.2 определяются геометрические размеры: наруж-
ный диаметр D; внутренний диаметр й^ тонкостенной гиль-
зы; диаметры dn поясков буртов; толщина tn круговой поло-
сти для размещения гидропластмассы (этот размер необхо-
дим для выполнения круговой канавки на корпусе оправки,
формирующей круговую полость оправки); длина буртов 1б
тонкостенной гильзы.
2. Принимается значение давления рг гидропластмассы в
полости оправки. По таблице 2.2 в соответствии с принятым
давлением рг находятся значения: удельного давления рк в
зоне контакта тонкостенной гильзы с заготовкой; величина Wy;
суммарная длина 21 нерабочей (неконтактирующей) зоны тон-
костенной втулки.
Таблица 2.2
Данные для расчёта тонкостенных гильз
гидропластмассовых оправок
Диаметр
| D
| dx
| d „
|
|
|
|
|
|
|
|
заготовки D, с до- пусками, мм
| (до- пуск поп8)
| (до- пуск по Н7)
| (до- пуск по Н8)
| t.
| Ч
| Рг,
МПа
| Рк,
МПа
| Н/мм
| 2/, мм
| МПа
|
1
| 2
| 3
| 4
| 5
| 6
| 7
| 8
| 9
| 10
| 11
|
|
|
|
|
|
| 16
| 0,75
| 5
| 14
| 600
|
28Н5Н6
|
|
|
|
|
| 19
23
| 3,8
7,35
| 10
15
| 12 11
| 700 800
|
| 27,98
| 26,66
| 18
|
|
| 27
| 11,35
| 20
| 10
| 900
|
28Н7
|
22
| 2,6
| 10
| 13
| 800
|
|
|
| 7
| 8
| 25
| 5,85
| 15
| 11,5
| 900
|
28Н8
|
24
| 1,55
| 8
| 14
| 900
|
|
|
|
|
16
| 1,1
| 7
| 16
| 600
|
32Н5(Н6)
| 31,98
| 30,42
| 22
|
|
| 19,5 23
27
| 4,2 7,8 12
| 13 20 25
| 13,5
12
11,5
| 700 800 900
|
32Н7
|
22 25
| 2,8 6
| 10 18
| 14,5 13
| 800 900
|
Продолжение таблицы 2.2
1
| 2
| 3
| 4
| 5
| 6
| 7
| 8
| 9
| 10
| 11
|
|
|
|
|
|
| 17
| 4,5
| 28
| 29
| 600
|
71Н8
|
|
|
|
|
| 21
| 8,3
| 42
| 26
| 700
|
| 70,975
| 67,45
| 57
|
|
| 30
| 17,8
| 70
| 22,5
| 900
|
|
16
| 2
| 20
| 33
| 600
|
71Н9
|
|
|
|
|
| 20 28
| 5,3 13,4
| 30 60
| 29
25
| 700 900
|
71Н10
|
24
| 1,45
| 20
| 3,
| 900
|
|
|
|
|
14
| 6,1
| 30
| 28
| 450
|
80Н5(Н6)
|
|
|
|
|
| 21,5
| 14
| 60
| 24
| 600
|
|
|
|
|
| 10,5
| 27,5
| 20
| 75
| 22
| 700
|
|
13
| 3,7
| 25
| 32
| 450
|
80Н7
|
|
|
|
|
| 19
| 10
| 50
| 26
| 600
|
| 79,975
| 76,075
| 66
|
|
| 24
| 15
| 65
| 24
| 700
|
|
|
| 12,2
| 1,1
| 15
| 38
| 450
|
80Н8
|
|
|
|
|
| 17,6
| 6,3
| 40
| 30
| 600
|
|
|
|
| 12
|
| 21,5
| 10,6
| 55
| 27
| 700
|
80Н9
|
17
| 3,75
| 30
| 33,5
| 600
|
|
|
|
|
|
| 20
| 7,4
| 45
| 30
| 700
|
80Н10
|
24,5
| 4
| 35
| 36
| 900
|
|
|
|
|
| 14
| 6,1
| 35
| 31
| 450
|
90Н5(Н6)
|
|
|
|
|
| 21,5 27,5
| 13,7 20
| 65 85
| 26
24
| 600 700
|
|
12
| 0,8
| 15
| 43
| 450
|
|
|
|
|
|
| 13
17,5
| 3,5 5,9
| 26 40
| 35 33 5
| 450 600
|
90Н8
| 89,972
| 85,672
| 74
|
| 11,5
| 19
21,5 24
| 9,8 10 15
| 52 57 70
| 29 30
27
| 600 700 700
|
90Н9
|
16,5
| з,з
| 30
| 38
| 600
|
|
|
|
|
| 20
| 6,9
| 45
| 34
| 700
|
9ОН10
|
24,4
| 3,1
| 35
| 40,5
| 900
|
|
|
|
|
| 14,5
| 7,9
| 45
| 33
| 450
|
100Н5(Н6)
| 99,972
| 95,092
| 84
|
| 12
| 23
| 16,5
| 80
| 28
| 600
|
|
|
|
|
|
| 30,5
| 24
| 100
| 25,5
| 700
|
Продолжение таблицы 2.2
1
| 2
| 3
| 4
| 5
| 6
| 7
| 8
| 9
| 10
| 11
|
|
|
|
|
|
| 13,5
| 5,15
| 40
| 37
| 450
|
100Н7
|
|
|
|
|
| 20,5 26
| 12,3 18
| 70 90
| 31 28
| 600 700
|
|
12,5
| 2,4
| 25
| 43
| 450
|
100Н8
|
|
|
|
|
| 18
| 8
| 50
| 35
| 600
|
| 99,972
| 95,092
| 84
| 12
| 12
| 23
| 13
| 75
| 32
| 700
|
|
12
| 0,5
| 10
| 50
| 450
|
100Н9
|
|
|
|
|
| 17 21
| 5,4 9,5
| 40 6
| 39
35
| 600 700
|
100Н10
|
25
| 6,2
| 60
| 41
| 900
|
3. Длина Ьг тонкостенного участка гильзы выбирается по
конструктивным соображениям с учётом длины 13 отверстия
заготовки из условия:
13>Ьг> 21.
4. Определяется момент, передачу которого за счёт созда-
ния сил трения может обеспечить оправка с тонкостенной
втулкой выбранных параметров, Нмм:
где f — коэффициент трения между заготовкой и гильзой
оправки (для сталей принимается / = 0,16).
5. Проверяется условие
где k — коэффициент запаса.
Для создания в случае необходимости больших момен-
тов Мтр следует либо увеличить длину Ьг тонкостенного
участка гильзы оправки в пределах, указанных в пункте 3
данного расчёта, либо принять по таблице 2.2 следующее
по величине значение рг и соответствующие новые значе-
ния Wy и 21.
6. По окончательно выбранному значению рг в соответ-
ствии с таблицей 2.2 определяется наибольшее напряже-
ние <Утах, возникающее в материале гильзы, по которому
выбирается материал для тонкостенной гильзы:
при отак, МПа
| 600
| 750
| 900
| 1300
| 1500
|
стали
| 65Г, 55ГС
| 50ХФА 50ХГФА
| 50С2, 60С2
| 60С2ХА,
| 60С2ХФА, 65С2ВА
|
Радиальное биение тонкостенной гильзы относительно оси
вращения шпинделя станка принимается в пределах 2, 3-й
степеней точности.
7. При использовании пневмо- и гидроприводов диаметр d ^
мм плунжера гидропластмассовой оправки определяется по
формуле:
где D 4 — диаметр цилиндра привода, мм;
рц — давление в цилиндре привода, МПа.
При использовании ручного привода (рис. 2.4) рекомен-
дуются значения dnA = 14; 15; 16; 17; 18; 19 мм.
Необходимая осевая сила ручного привода Рпл, Н нахо-
дится по формуле:
Необходимое осевое перемещение Z ^ (ход) плунжера мож-
но определить по формуле
где д3 и 8г — поля допусков соответственно на диаметры D 3
заготовки и D тонкостенной гильзы, мм.
Плунжеры гидропластмассовых оправок изготовляются
из сталей марок 18ХГТ и 20 ХС с цементацией слоя толщи-
ной 1,0...1,2 мм и закалкой до твёрдости 57...61 HRC 9. После
изготовления плунжер притирается по отверстию корпуса
оправки с выдерживанием диаметрального зазора в преде-
лах до 0,01 мм.
8. Сопряжение рабочих поясков диаметром dn буртов
гильзы с корпусом оправки рекомендуется выполнять по
посадке Н7/и7. Для удобства запрессовки можно увеличи-
вать на 0,1 мм диаметр dn пояска левого бурта тонкостен-
ной гильзы и соответствующей поверхности корпуса оп-
равки.
2.6 Расчёт оправок с гофрированными втулками
На оправках с гофрированными втулками рекомендует-
ся обрабатывать заготовки с базовыми отверстиями, выпол-
ненными по 6...9-му квалитетам точности. Высокая точность
центрирования заготовок на оправках может снижаться за
счёт неравномерного изнашивания гофрированных втулок
(износ составляет в среднем 1 мкм на каждые 10000 закреп-
лений).
На рисунке 2.6 показана центровая оправка для шлифо-
вания наружной цилиндрической поверхности диаметром
90 мм рейки поршня рулевого управления автомобиля. Заго-
товка 3 базируется и закрепляется двумя гофрированными
втулками 4 по отверстию диаметром 30Н8. Между гофриро-
ванными втулками 4 установлена проставка 5. Осевая сжи-
мающая сила Р0 на втулках создаётся гайкой 7 и передаётся
через нажимное кольцо 6. Вращение оправки обеспечивается
посредством поводка 1.
Расчёт оправок сводится к определению геометрических
размеров гофрированных втулок (рис. 2.6, б) и определению
сил привода оправки. Под действием осевой сжимающей си-
лы Р0 гофрированные втулки упруго деформируются. При
;»том наружные их диаметры увеличиваются, а внутренние
уменьшаются. По внутреннему диаметру каждая втулка цен-
трируется и закрепляется на цилиндрической поверхности
корпуса 2 (рис. 2.6, а) оправки, а по наружному — центри-
рует и закрепляет заготовку 3. Контакт гофрированной втул-
ки с корпусом оправки и заготовкой показан на рисунке 2.6, е.
В местах контакта кольца с заготовкой и корпусом оправки
действуют постоянные по углу поворота кольцевые силы Wx,
W 2 и Wz.
В качестве исходных при расчёте оправок с гофриро-
ванными втулками принимаются следующие данные:
l 3 nD 3 — длина и диаметр базового отверстия заготовки, мм;
83 — допуск на диаметр D 3, мм, Мр — крутящий момент от
сил резания, Нмм; se — гарантированный зазор между базо-
вым отверстием заготовки и наружной цилиндрической по-
верхностью гофрированных втулок оправки. Рекомендуется
принимать:
при 20 < D 3 < 29 мм sr = 10 мкм;
при 29 < D 3 < 53 мм, sg = 20 мкм;
при 53 < D 3 < 80 мм, se = 30 мкм;
при D 3 > 80 мм, se = 40 мкм.
Данные по геометрическим размерам гофрированных вту-
лок и расчётным коэффициентам представлены в таблице 2.3
[1, 3, 14].
Расчёт оправок с гофрированными втулками производится
в следующей последовательности.
1. По диаметру базового отверстия заготовки по табли-
це 2.3 находятся основные геометрические размеры гофри-
рованной втулки (рис. 2.6, б): диаметр Dx буртов; наруж-
ный диаметр D 2 внутреннего пояска; толщина h кругового
рабочего пояска; диаметр dl выточек: диаметр d 2 отверстия
втулки; длина L втулки; длина (ширина) I гофры: расстоя-
ние li от торца втулки до боковой поверхности гофры; дли-
на (ширина) 12 буртов; длина (ширина) /3 внутренней про-
точки втулки.
2. Вычисляется диаметр наружной рабочей поверхности
втулки, мм
D = D 3 - зг.
3. Вычисляется диаметр центральной расточки гофриро-
ванной втулки (гофры):
d = D - 2 h.
4. Вычисляется приращение наружного диаметра гоф-
рированной втулки для центрирования и закрепления заго-
товки:
где 8д — допуск на наружный диаметр гофрированной втул-
ки (обычно принимается по h6), мкм.
5. Вычисляется потребная осевая сжимающая сила, Н:
где X — коэффициент, принимается по таблице 2.3.
6. Вычисляется наибольшее напряжение атах, МПа, воз-
никающее в материале гофрированной втулки при её нагру-
жении силой Р0, Н:
где у/ — коэффициент, принимается по таблице 2.3.
7. По сгтах в соответствии с рекомендациями подразде-
ла 2.5 подбирается материал гофрированных втулок.
8. Вычисляется момент Мтр, Нмм, создаваемый оправ-
кой с выбранными гофрированными втулками при силе воз-
действия Р0:
где пв — количество гофрированных втулок оправки.
При этом должно соблюдаться условие, когда передавае-
мый оправкой момент должен быть больше момента Мр ре-
зания, умноженного на коэффициент запаса, т.е.
9. Допуск на разностенность по толщине h тонкостенно-
го участка гофрированной втулки следует принимать в пре-
делах 3, 4-й степеней точности; допуск биения торцов втул-
ки относительно отверстия — в пределах 4-й степени точно-
сти; допуск радиального биения наружной рабочей поверх-
ности диаметром D относительно отверстия диаметром d2
(рис. 2.6, б) — в пределах 1, 2-й степеней точности.
Рис. 2.6 Оправка цент- ровая с гофрированны- ми втулками и ручным приводом (а), гофриро- ванная втулка (б) и схема действия сил в контакте втулки с корпусом оправки и заготовкой (в)
|
„: Таблица 2.3