Расчет усилия зажима заготовки в приспособлении

Закрепление заготовок

После лишения заготовки шести степеней свободы в результате выбора комплекта технологических баз, заготовка должна быть закреплена. При закреплении учитываются все силы, действующие на заготовку. Они могут быть представлены как сумма сил, стремящихся сместить заготовку в процессе обработки и суммы сил, препятствующих этому смещению (рисунок 9).

Рисунок 9. Схема сил, действующих на заготовку в процессе обработки

 

На рисунке 9 показано фрезерование цилиндрической заготовки концевой фрезой. При этом, стол, на котором закреплена заготовка, является магнитным и поворачивается в процессе фрезерования.

Общее уравнение баланса сил записывается в следующем виде:

Q + P + F _тр = K ·(P _рез + F _и)

где Q - сила закрепления;

P = mg - вес заготовки;

F _тр = f·N - сила трения, определяется как произведение коэффициента трения f (для трения стали по стали: f = 0,1) на силу давления N (реакцию опоры) в этой точке;

P _рез - сила резания, определяется в зависимости от режимов обработки, технологического метода обработки, материала режущей части инструмента, материала обрабатываемой детали и условий обработки;

F _и - сила инерции, возникают если заготовка вращается и её центр масс не совпадает с осью вращения (токарная обработка). В случае, когда заготовка неподвижна (фрезерование и сверление на сверлильном станке), инерционные силы не учитываются;

K - коэффициента запаса при закреплении заготовки (K _min = 2,5).

Для надежного закрепления заготовки в процессе механической обработки необходимо из уравнения баланса сил найти силу закрепления заготовки Q. Эта сила определяется по формулам теории "Сопротивления материалов" и "Теоретической механики".

Рекомендации к выбору направления действия силы закрепления Q

Для закрепления заготовки необходимо выбрать направление силы закрепления Q. При этом учитывают следующие правила, которые позволяют уменьшить эту силу:

1. Направление силы закрепления Q не должно вызывать опрокидывающих моментов (рисунок 10):

Рисунок 10. Схема возникновения опрокидывающих моментов

 

На рисунке 10. показаны варианты выбора направления силы закрепления Q. При этом можно сделать следующие выводы:

- Направление Q 1 - допустимо, так как не возникает опрокидывающих моментов;

- Направление Q 2 - допустимо, но возникает прижимной момент M приж, который может привести к сдвигу заготовки;

- Направление Q 3 - недопустимо, так как возникает опрокидывающий момент M сдв, который опрокидывает заготовку через опорные точки 4 и 5;

- Направление Q 4 - оптимально, так как не возникает опрокидывающих моментов и нагрузка приходится на три опорные точки (1, 2, 3), что более предпочтительно случая Q 1, где нагрузка передается на две точки (4 и 5). Чем больше опорных точек находится в направлении силы закрепления Q, тем меньше на них нагрузка N, а следовательно меньше износ опор.

2. Направление силы закрепления Q не должно быть направлено навстречу силы резания P _рез (рисунок 11):

Рисунок 11. Схема увеличения силы Q из-за неправильного выбора направления

На рисунке 11 показаны варианты выбора силы закрепления Q как по направлению силы резания P _рез, так и против. При этом можно сделать следующий вывод:

- Если силу Q ₁ направить в направлении силы P _рез, то значение Q ₁ уменьшается на величину силы P _рез, так как P _рез помогает прижимать заготовку к опоре, увеличивая силу реакции опоры N. Сила N очень важна, так как от неё зависит сила трения F _тр, которая не дает заготовке смещаться;

- Если силу Q ₂ направить навстречу силе P _рез, то значение Q ₂ увеличивается на значение силы P _рез. Это приводит к увеличению нагрузки на силовой механизм, а значит увеличение габаритных размеров приспособления и экономических затрат на изготовление и эксплуатацию приспособления.

Расчёт силы закрепления Q

Для расчёта силы закрепления Q необходимо выполнить фиксированную последовательность действий в следующем порядке:

1. Выбирается комплект технологических баз с таким расчётом, чтобы погрешности базирования и погрешности закрепления исключались, либо, если это невозможно, имели минимально возможные значения.

Затем изображается схема базирования заготовки, на которой вычерчивается контур заготовки и указываются расположения опор.

При этом расположения опор выбираются конструктивно, с таким расчётом, чтобы площадь S _max, образованная опорами, была максимальной (рисунок 12).

Рисунок 12. Эскиз заготовки и её схема базирования: а - эскиз заготовки; б - схема базирования заготовки

 

На рисунке 12 показана заготовка призматической формы, у которой фрезеруется верхняя плоскость в размер H. В связи с тем, что плоскость фрезеруется только в размер H, назначается следующий комплект технологических баз:

- установочная явная технологическая база (опорные точки 1, 2, 3);

- направляющая явная технологическая база (точки 4, 5);

- опорная явная технологическая база (точка 6).

2. Рассчитывается сила резания P _рез (составляющие Px, Py, Pz), которые действуют на заготовку в процессе обработки со стороны режущего инструмента (РИ).

Для расчета силы резания P _рез необходимо знать режимы обработки (глубина резания t, скорость резания V, подача S), которые указаны в описании технологического процесса.

Если режимы обработки неизвестны, нужно назначить режимы обработки по соотвествующему справочнику.

3. На схему установки заготовки наносятся все силы, действующие на заготовку в процессе обработки, кроме сил трения: составляющие Px, Py, Pz; вес заготовки
P = mg; реакции в опорах N (рисунок 13).

4. Выбирается направление силы закрепления Q в соответствии с рекомендациями указанными выше (рисунок 13).

Рисунок 13. Схема установки заготовки с силами, действующими в процессе обработки

 

Нужно отметить, что реакции N возникают в тех точках, которые воспринимают на себе нагрузку от силы закрепления Q. Например, на рисунке 13 реакции N возникают в точках 1, 2 и 3, которые не дают перемещаться заготовке в вертикальном направлении. Силы трения F_тр, которые возникают в этих точках, не дают перемещаться в остальных направлениях.

В точках 4,5 и 6 реакции N не возникают потому, что они не воспринимают нагрузки в процессе обработки.

5. Определяются направления сил трения F _тр, которые возникают в тех опорах, где возникают реакции N.

Известно, что направление сил трения F _тр противоположно возможному смещению заготовки.

Поэтому, нужно понять куда будет смещаться заготовка под влиянием силы резания P _рез (рисунок 14).

Рисунок 14. Схема определения возможного смещения заготовки

 

На рисунке 14 показано возможное смещение заготовки под действием P _рез - поворот вокруг опорной точки 6 (точка О) по часовой стрелке.

Затем, необходимо направить силы трения F _тр1, F _тр2, F _тр3, возникающие в опорных точках 1, 2, 3, в направлении обратном смещению заготовки (рисунок 15).

Рисунок 15. Схема расчёта силы закрепления Q