Зажимные элементы удерживают обрабатываемую заготовку от смещения и вибраций, возникающих под действием усилий резания.

Классификация зажимных элементов

Зажимные элементы приспособлений делятся на простые и комбинированные, т.е. состоящие из двух, трёх и более сблокированных элементов.

К простым относятся клиновые, винтовые, эксцентриковые, рычажные, рычажно-шарнирные и др. - называются зажимами.

Комбинированные механизмы обычно выполняются как винто-
рычажные,эксцентрико-рычажные и т.п. и называются прихватами.
Когда используются простые или комбинированные
механизмы в компоновках с механизированным приводом

(пневматическим или другим) их называют механизмами - усилителями. По числу ведомых звеньев механизмы делятся: 1. однозвенные - зажимающие заготовку в одной точке;

2. двухзвенные - зажимающие две заготовки или одну заготовку в двух точках;

3. многозвенные - зажимающие одну заготовку во многих точках или несколько заготовок одновременно с равными усилиями. По степени автоматизации:

1. ручные - работающие с помощью винта, клина и других
стройств;

2. механизированные, в
подразделяются на

а) гидравлические,

б) пневматические,

в) пневмогидравлические,

г) механогидравлические,

д) электрические,

е) магнитные,

ж) электромагнитные,

з) вакуумные.

3. автоматизированные, управляемые от рабочих органов станка. Приводятся в действие от стола станка, суппорта, шпинделя и центробежными силами вращающихся масс.

Пример: цетробежно-энерционные патроны для токарных полуавтоматах.

Требования, предъявляемые к зажимным устройствам

Они должны быть надёжными в работе, просты по конструкции и удобны в обслуживании; не должны вызывать деформации закрепляемых заготовок и порчи их поверхностей; закрепление и открепление заготовок должно производиться с минимальной затратой сил и рабочего времени, особенно при закреплении нескольких заготовок в многоместных приспособлениях, кроме того, зажимные устройства не должны сдвигать заготовку в процессе её закрепления. Силы резания не должны по возможности восприниматься зажимными устройствами. Они должны восприниматься более жёсткими установочными элементами приспособлений. Для повышения точности обработки предпочтительны устройства обеспечивающие постоянную величину сил зажима.

Сделаем маленькую экскурсию в теоретическую механику. Вспомним что такое коэффициент трения?

Если тело весом Q перемещается по плоскости с силой Р, то реакцией на силу Р будет сила Р 1 направляемая в противоположную сторону, то есть

скольжения.

Коэффициент трения

Пример: если f = 0,1; Q = 10 кг, то Р = 1 кг.

Коэффициент трения меняется в зависимости от шероховатости поверхности.

Первый случай

Второй случай

Сила резания Р z и сила зажима Q направлены в одну

В этом случае Q => О

Сила резания Р г и сила зажима Q направлены в про-тивоположные стороны, тогда Q = k * P z

где к - коэффициент запаса к = 1,5 чистовая обработка к = 2,5 черновая обработка.

Третий случай

Силы направлены взаимно-перпендикулярно. Сила резания Р, противово-действунт силе трения на опоре (установочной) Qf 2 и силе трения в точке зажима Q*f 1 , тогдаQf 1 + Qf 2 = к*Р z

г
де f, и f 2 - коэффициенты трения скольжения Четвертый случай

Заготовку обрабатывают в трёхкулачковом патроне

Расчёт резьбовых зажимных механизмов Первый случай

Зажим винтом с плоской головкой Из условия равновесия

где Р - усилие на рукоятке, кг; Q - усилие зажима детали, кг; R cp - средний радиус резьбы, мм;

R - радиус опорного торца;

Угол подъёма винтовой линии резьбы;

Угол трения в резьбовом соединении 6; - условие самоторможения; f- коэффициент трения болта о деталь;

0,6 - коэффициент учитывающий трение всей поверхности торца. Момент P*L преодолевает момент силы зажима Q с учётом сил трения в винтовой паре и на торце болта.

Второй случай

■ Зажим болтом со сферической поверхностью

С увеличением углов α и φусилие Р увеличивается, т.к. в этом случае направление усилия идет вверх по наклонной плоскости резьбы.

Третий случай

Этот метод зажима применяется при обработке втулок или дисков на оправках: токарных станках, делительных головок или поворотных столах на фрезерных станках, долбежных станках или других станках , зубофрезерных, зубодолбёжных, на радиально-сверлильных станках и т.п. Некоторые данные по справочнику:

1. 
   Винт Ml6 со сферическим торцем при длине рукоятки L = 190мм и усилии Р = 8кг, развивает усилие Q = 950 кг
2. 
   Зажим винтом М = 24 с плоским торцем при L = 310мм; Р = 15кг; Q = 1550мм
3. 
   Зажим шестигранной гайкой Ml 6 гаечным ключом L = 190мм; Р = 10кг; Q = 700кг.

Зажимы эксцентриковые просты в изготовлении по этой причине нашли широкое применение в станочных приспособлениях. Применение эксцентриковых зажимов позволяет значительно сократить время на зажим заготовки но усилие зажима уступает резьбовым.

Эксцентриковые зажимы выполняются в сочетании с прихватами и без них.

Рассмотрим эксцентриковый зажим с прихватом.

Эксцентриковые зажимы не могут работать при значительных отклонениях допуска (±δ) заготовки. При больших отклонениях допуска зажим требует постоянной регулировки винтом 1.

Расчёт эксцентрика

Рассмотрим схему эксцентрика. Линия KN делит эксцентрик на дв? симметричные половины состоящие как бы из 2 х клиньев, навернутых на «начальную окружность».

Для зажима обычно используется участок Nm нижнего клина.

Рассматривая механизм как комбинированный состоящий из рычага L и клина с трением на двух поверхностях на оси и точки «m» (точка зажима), получим силовую зависимость для расчёта усилия зажима.

где Q - усилие зажима

Р - усилие на рукоятке

L - плечо рукоятки

r -расстояние от оси вращения эксцентрика до точки соприкосновения с

заготовкой

α - угол подъёма кривой

α 1 - угол трения между эксцентриком и заготовкой

α 2 - угол трения на оси эксцентрика

Во избежание отхода эксцентрика во время работы необходимо соблюдать условие самоторможение эксцентрика

Условие самоторможения эксцентрика. = 12Р

о чяжима с экспентоиком

Для приближённых расчётов Q - 12Р Рассмотрим схему двухстороннего зажима с эксцентриком

Клиновые зажимы

Клиновые зажимные устройства нашли широкое применение в станочных приспособлениях. Основным элементом их является одно, двух и трёхскосые клинья. Использование таких элементов обусловлено простотой и компактностью конструкций, быстротой действия и надёжностью в работе, возможностью использования их в качестве зажимного элемента, действующего непосредственно на закрепляемую заготовку , так и качестве промежуточного звена, например, звена-усилителя в других зажимных устройствах. Обычно используются самотормозящиеся клинья. Условие самоторможения односкосого клина выражается зависимостью

α >2ρ

где α - угол клина

ρ - угол трения на поверхностях Г и Н контакта клина с сопрягаемыми деталями.

Самоторможение обеспечивается при угле α = 12°, однако для предотвращения того чтобы вибрации и колебания нагрузки в процессе использования зажима не ослабли крепления заготовки, часто применяют клинья с углом α .

Вследствие того, что уменьшение угла приводит к усилению

самотормозящих свойств клина, необходимо при конструировании привода к клиновому механизму предусматривать устройства, облегчающие вывод клина из рабочего состояния, так как освободить нагруженный клин труднее, чем вывести его в рабочее состояние.

Рассмотрим схему действия сил в односкосом, наиболее часто применяемом в приспособлениях, клиновом механизме

Построим силовой многоугольник.

При передачи сил под прямым углом имеем следующую зависимость

+закрепление, - открепление

Самоторможение имеет место при α

Цанговый зажимной механизм известен достаточно давно. Закрепление заготовок при помощи цанг оказался очень удобным при создании автоматизированных станков потому, что для закрепления заготовки требуется лишь одно поступательное движение зажимаемой цанги.

При работе цанговых механизмов должны выполняться следующие требования.

1. 
   Силы закрепления должны обеспечиваться в соответствие с возникающими силами резания и не допускать перемещения заготовки или инструмента в процессе резания.
2. 
   Процесс закрепления в общем цикле обработки является вспомогательным движением поэтому время срабатывание цангового зажима должно быть минимальным.
3. 
   Размеры звеньев зажимного механизма должны определяться из условий их нормальной работы при закреплении заготовок как наибольшего так и наименьших размеров.
4. 
   Погрешность базирования закрепляемых заготовок или инструмента должна быть минимальной.
5. 
   Конструкция зажимного механизма должна обеспечивать наименьшие упругие отжатия в процессе обработки заготовок и обладать высокой виброустойчивостью.
6. 
   Детали цангового зажимного и особенно зажимная цанга должны обладать высокой износоустойчивостью.
7. 
   Конструкция зажимного устройства должна допускать его быструю смену и удобную регулировку.
8. 
   Конструкция механизма должна предусматривать защиту цанг от попадания стружки.

следовательно и отверстия цанг доходят до 100 мм. Цанги с большим диаметром отверстия применяются для закрепления тонкостенных труб, т.к. относительное равномерное закрепление по всей поверхности не вызывает больших деформаций труб.

Цанговый зажимной механизм позволяет производить закрепление заготовок различной формы поперечного сечения.

Стойкость цанговых зажимных механизмов колеблется в широких пределах и зависит от конструкции и правильности технологических процессов при изготовлении деталей механизма. Как правило раньше других их строя выходят зажимные цанги. При этом количество закреплений цангами колеблется от единицы (поломка цанги) до полумиллиона и более (износ губок). Работа цанги считается удовлетворительной, если она способна закрепить не менее 100000 заготовок.

Классификация цанг

Все цанги могут быть разбиты на три типа:

1. Цанги первого типа имеют «прямой» конус, вершина которого обращена от шпинделя станка.

Для закрепления необходимо создать силу втягивающую цангу в гайку, навинченную на шпиндель. Положительные качества этого типа цанг -они конструктивно достаточно просты и хорошо работают на сжатие (закалённая сталь имеет большое допустимое напряжение при сжатии чем при растяжении. Несмотря на это, цанги первого типа в настоящее время находят ограниченное применение из-за недостатков. Какие это недостатки:

а) осевая сила, действующая на цангу, стремится отпереть ее,

б) при подачи прутка возможно преждевременное запирание цанги,

в) при закреплении такой цангой возникает вредное воздействие на

г) наблюдается неудовлетворительное центрирование цанги в
шпинделе, так как головка центрируется в гайке , положение которой на
шпинделе не является стабильным из-за наличия резьбы.

Цанги второго типа имеют «обратный» конус, вершина которого обращена к шпинделю. Для закрепления необходимо создать силу, втягивающую цангу в коническое отверстие шпинделя станка.

Цангами этого типа обеспечивается хорошее центрирование закрепляемых заготовок, т. к. конус под цангу расположен непосредственно в шпинделе, во время подачи прутка до упора не может

возникнуть заклинивание, осевые рабочие силы не раскрывают цангу, а запирают её, увеличивая силу закрепления.

Вместе с тем ряд существенных недостатков снижает работоспособность цанг этого типа. Так многочисленных контактов с цангой коническое отверстие шпинделя сравнительно быстро изнашивается, резьба на цангах часто выходит из строя, не обеспечивая стабильного положения прутка по оси при закреплении - он уходит от упора. Тем не менее цанги второго типа получили широкое применение в станочных приспособлениях.

3.1. Выбор места приложения зажимных усилий, вида и количества зажимных элементов

При закреплении заготовки в приспособлении должны соблюдаться следующие основные правила:

· не должно нарушаться положение заготовки достигнутое при ее базировании;

· закрепление должно быть надежным, чтобы во время обработки положение заготовки сохранялось неизменным;

· возникающие при закреплении смятие поверхностей заготовки, а также ее деформация должны быть минимальными и находиться в допустимых пределах.

· для обеспечения контакта заготовки с опорным элементом и устранения возможного его сдвига при закреплении зажимное усилие следует направлять перпендикулярно к поверхности опорного элемента. В отдельных случаях зажимное усилие можно направлять так, чтобы заготовка одновременно прижималась к поверхностям двух опорных элементов;

· в целях устранения деформации заготовки при закреплении точку приложения зажимного усилия надо выбирать так, чтобы линия его действия пересекала опорную поверхность опорного элемента. Лишь при закреплении особо жестких заготовок можно допускать, чтобы линия действия зажимного усилия проходила между опорными элементами.

3.2. Определение количества точек приложения зажимных усилий

Количество точек приложения зажимных усилий определяется конкретно к каждому случаю зажима заготовки. Для уменьшения смятия поверхностей заготовки при закреплении необходимо уменьшать удельное давление в местах контакта зажимного устройства с заготовкой путем рассредоточения зажимного усилия.

Это достигается применением в зажимных устройствах контактных элементов соответствующей конструкции, которые позволяют распределить зажимное усилие поровну между двумя или тремя точками, а иногда даже рассредоточить по некоторой протяженной поверхности. Количество точек зажима во многом зависит от вида заготовки, метода обработки, направления силы резания. Для уменьшения вибрацийи деформаций заготовки под действием силы резания следует повышать жесткость системы заготовка-приспособление путем увеличения числа мест зажатия заготовки и приближения их к обрабатываемой поверхности.

3.3. Определение вида зажимных элементов

К зажимным элементам относятся винты, эксцентрики, прихваты, тисочные губки, клинья, плунжеры, прижимы, планки.

Они являются промежуточными звеньями в сложных зажимных системах.

3.3.1. Винтовые зажимы

Винтовые зажимы применяют в приспособлениях с ручным закреплением заготовки, в приспособлениях механизированного типа, а также на автоматических линиях при использовании приспособлений-спутников. Они просты, компактны и надежны в работе.

Рис. 3.1. Винтовые зажимы: а – со сферическим торцем; б – с плоским торцем; в – с башмаком.

Винты могут быть со сферическим торцем (пятой), плоским и с башмаком, предупреждающим порчу поверхности.

При расчете винтов со сферической пятой учитывается только трение в резьбе.

где: L - длина рукоятки, мм; - средний радиус резьбы, мм; - угол подъема резьбы.

где: S – шаг резьбы, мм; – приведенный угол трения.

где: Pu 150 Н.

Условие самоторможения: .

Для стандартных метрических резьб , поэтому все механизмы с метрической резьбой самотормозящие.

При расчете винтов с плоской пятой учитывается трение на торце винта.

Для кольцевой пяты:

где: D – наружный диаметр опорного торца, мм; d – внутренний диаметр опорного торца, мм; – коэффициент трения.

С плоскими торцами:

Для винта с башмаком:

Материал: сталь 35 или сталь 45 с твердостью HRC 30-35 и точностью резьба по третьему классу.

3.3.2. Клиновые зажимы

Клин применяется в следующих конструктивных вариантах:

1. Плоский односкосый клин.

2. Двускосый клин.

3. Круглый клин.

Рис. 3.2. Плоский односкосый клин.

Рис. 3.3. Двускосый клин.

Рис. 3.4. Круглый клин.

4) кривошипный клин в форме эксцентрика или плоского кулачка с рабочим профилем, очерченным по архимедовой спирали;

Рис. 3.5. Кривошипный клин: а – в форме эксцентрика; б) – в форме плоского кулачка.

5) винтовой клин в форме торцевого кулачка. Здесь односкосый клин как бы свернут в цилиндр: основание клина образует опору, а его наклонная плоскость - винтовой профиль кулачка;

6) в самоцентрирующих клиновых механизмах (патроны, оправки) не пользуются системы из трех и более клиньев.

3.3.2.1. Условие самоторможение клина

Рис. 3.6. Условие самоторможение клина.

где: - угол трения.

где: – коэффициент трения;

Для клина с трением только по наклонной поверхности условие самоторможение:

с трением на двух поверхностях:

Имеем: ; или: ; .

Тогда: условие самоторможение для клина с трением на двух поверхностях:

для клина с трением только на наклонной поверхности:

С трением на двух поверхностях:

С трением только на наклонной поверхности:

3.3.3.Эксцентриковые зажимы

Рис. 3.7. Схемы для расчета эксцентриков.

Такие зажимы являются быстродействующими, но развивают меньшую силу, чем винтовые. Обладают свойством самоторможения. Основной недостаток: не могут надежно работать при значительных колебаниях размеров между установочной и зажимаемой поверхностью обрабатываемых деталей.

где: (- среднее значение радиуса, проведенного из центра вращения эксцентрика в точку А зажима, мм; (- средний угол подъема эксцентрика в точке зажима; (, (1 – углы трения скольжения в точке А зажима и на оси эксцентрика.

Для расчетов принимают:

При l 2D расчет можно производить по формуле:

Условие самоторможения эксцентрика:

Обычно принимают .

Материал: сталь 20Х с цементацией на глубину 0,8 1,2 мм и закалкой до HRC 50…60.

3.3.4. Цанги

Цанги представляют собой пружинящие гильзы. Их применяют для установки заготовок по наружным и внутренним цилиндрическим поверхностям.

где: Pз – сила закрепления заготовки; Q – сила сжатия лепестков цанги; - угол трения между цангой и втулкой.

Рис. 3.8. Цанга.

3.3.5. Устройства для зажима деталей типа тел вращения

Кроме цанги для зажима деталей имеющих цилиндрическую поверхность, применяют разжимные оправки, зажимные втулки с гидропластом, оправки и патроны с тарельчатыми пружинами, мембранные патроны и другие.

Консольные и центровые оправки применяют для установки с центральным базовым отверстием втулок, колец, шестерен, обрабатываемых на многорезцовых шлифовальных и других станках.

При обработке партии таких деталей требуется получить высокую концентричность наружных и внутренних поверхностей и заданную перпендикулярность торцов к оси детали.

В зависимости от способа установки и центрирования обрабатываемых деталей консольные и центровые оправки можно подразделить на следующие.виды: 1) жесткие (гладкие) для установки деталей с зазором или натягом; 2) разжимные цанговые; 3) клиновые (плунжерные, шариковые); 4) с тарельчатыми пружинами; 5) самозажимные (кулачковые, роликовые); 6) с центрирующей упругой втулкой.

Рис. 3.9. Конструкции оправок: а - гладкая оправка; б - оправка с разрезной втулкой.

На рис. 3.9, а показана гладкая оправка 2, на цилиндрической части которой установлена обрабатываемая деталь 3. Тяга 6, закрепленная на штоке пневмоцилиндра, при перемещении поршня со штоком влево головкой 5нажимает на быстросменную шайбу 4и зажимает деталь 3на гладкой оправке 2. Оправка конической частью 1 вставляется в конус шпинделя станка. При зажиме обрабатываемой детали на оправке осевая сила Q на штоке механизированного привода вызывает между торцами шайбы 4, уступом оправки и обрабатываемой деталью 3момент от силы трения, больший, чем момент М рез от силы резания Р z . Зависимость между моментами:

откуда сила на штоке механизированного привода:

По уточненной формуле:

Где: - коэффициент запаса; Р z - вертикальная составляющая сила резания, Н (кгс); D - наружный диаметр поверхности обрабатываемой детали, мм; D 1 - наружный диаметр быстросменной шайбы, мм; d - диаметр цилиндрической установочной части оправки, мм; f= 0,1 - 0,15 - коэффициент трения сцепления.

На рис. 3.9, б показана оправка 2с разрезной втулкой 6, на которой устанавливают и зажимают обрабатываемую деталь 3. Конической частью 1оправку 2 вставляют в конус шпинделя станка. Зажим и разжим детали на оправке производят механизированным приводом. При подаче сжатого воздуха в правую полость пневмоцилиндра поршень, шток и тяга 7 движутся влево и головка 5 тяги с шайбой 4 перемещает разрезную втулку 6 по конусу оправки, пока она не зажмет деталь на оправке. Во время подачи сжатого воздуха в левую полость пневмоцилиндра поршень, шток; и тяга перемещаются вправо, головка 5 с шайбой 4отходят от втулки 6 и деталь разжимается.

Рис.3.10. Консольная оправка с тарельчатыми пружинами (а) и тарельчатая пружина (б) .

Крутящий момент от вертикальной силы резания Р z должен быть меньше момента от сил трения на цилиндрической поверхности разрезной втулки 6 оправки. Осевая сила на штоке механизированного привода (см. рис. 3.9, б ).

где: - половина угла конуса оправки, град; - угол трения на поверхности контакта оправки с разрезной втулкой, град; f=0,15-0,2 - коэффициент трения.

Оправки и патроны с тарельчатыми пружинами применяют для центрирования и зажима по внутренней или наружной цилиндрической поверхности обрабатываемых деталей. На рис. 3.10, а, б соответственно показаны консольная оправка с тарельчатыми пружинами и тарельчатая пружина. Оправка состоит из корпуса 7, упорного кольца 2,пакета тарельчатых пружин 6, нажимной втулки 3 и тяги 1, соединенной со штоком пневмоцилиндра. Оправку применяют для установки и закрепления детали 5 по внутренней цилиндрической поверхности. При перемещении поршня со штоком и тягой 1 влево последняя головкой 4 и втулкой 3 нажимает на тарельчатые пружины 6.Пружины выпрямляются, их наружный диаметр увеличивается, а внутренний уменьшается, обрабатываемая деталь 5 центрируется и зажимается.

Размер установочных поверхностей пружин при сжатии может изменяться в зависимости от их размера на 0,1 - 0,4 мм. Следовательно, базовая цилиндрическая поверхность обрабатываемой детали должна иметь точность 2 - 3-го классов.

Тарельчатую пружину с прорезями (рис. 3.10, б ) можно рассматривать как совокупность двухзвенных рычажно-шарнирных механизмов двустороннего действия, разжимаемых осевой силой. Определив крутящий момент М рез от силы резания Р z и выбирая коэффициент запаса К , коэффициент трения f и радиус R установочной поверхности тарельчатой поверхности пружины, получим равенство:

Из равенства определим суммарную радиальную силу зажима, действующую на установочной поверхности обрабатываемой детали:

Осевая сила на штоке механизированного привода для тарельчатых пружин:

с радиальными прорезями

без радиальных прорезей

где: - угол наклона тарельчатой пружины при зажиме детали, град; К=1,5 - 2,2 - коэффициент запаса; М рез - крутящий момент от силы резания Р z ,Н-м (кгс-см); f=0,1- 0,12 - коэффициент трения между установочной поверхностью тарельчатых пружин и базовой поверхностью обрабатываемой детали; R - радиус установочной поверхности тарельчатой пружины, мм; Р z - вертикальная составляющая сила резания, Н (кгс); R 1 - радиус обработанной поверхности детали, мм.

Патроны и оправки с самоцентрирующими тонкостенными втулками, наполненными гидропластмассой, применяют для установки по наружной или внутренней поверхности деталей, обрабатываемых на токарных и других станках.

На приспособлениях с тонкостенной втулкой обрабатываемые детали наружной или внутренней поверхностью устанавливают на цилиндрическую поверхность втулки. При разжиме втулки гидропластмассой детали центрируются и зажимаются.

Форма и размеры тонкостенной втулки должны обеспечивать достаточную ее деформацию для надежного зажима детали на втулке при обработке детали на станке.

При конструировании патронов и оправок с тонкостенными втулками с гидропластмассой рассчитывают:

1. основные размеры тонкостенных втулок;

2. размеры нажимных винтов и плунжеров у приспособлений с ручным зажимом;

3. размеры плунжеров, диаметр цилиндра и ход поршня для приспособлений с механизированным приводом.

Рис. 3.11. Тонкостенная втулка.

Исходными данными для расчета тонкостенных втулок являются диаметр D д отверстия или диаметр шейки обрабатываемой детали и длина l д отверстия или шейки обрабатываемой детали.

Для расчета тонкостенной самоцентрирующей втулки (рис. 3.11) примем следующие обозначения: D - диаметр установочной поверхности центрирующей втулки 2, мм; h - толщина тонкостенной части втулки, мм; Т - длина опорных поясков втулки, мм; t - толщина опорных поясков втулки, мм; - наибольшая диаметральная упругая деформация втулки (увеличение или уменьшение диаметра в ее средней части) мм; S max - максимальный зазор между установочной поверхностью втулки и базовой поверхностью обрабатываемой детали 1 в свободном состоянии, мм; l к - длина контактного участка упругой втулки с установочной поверхностью обрабатываемой детали после разжима втулки, мм; L -длина тонкостенной части втулки, мм; l д - длина обрабатываемой детали, мм; D д - диаметр базовой поверхности обрабатываемой детали, мм; d - диаметр отверстия опорных поясков втулки, мм; р - давление гидропластмассы, требуемое для деформации тонкостенной втулки, МПа (кгс/см 2); r 1 - радиус закругления втулки, мм; M рез =P z r - допустимый крутящий момент, возникающий от силы резания, Н-м (кгс-см); P z - сила резания, Н (кгс); r -плечо момента силы резания.

На рис. 3.12 показана консольная оправка с тонкостенной втулкой и гидропластмассой. Обрабатываемую деталь 4базовым отверстием устанавливают на наружную поверхность тонкостенной втулки 5. При подаче сжатого воздуха в штоковую полость пневмоцилиндра поршень со штоком перемещается в пневмоцилиндре влево и шток через тягу 6и рычаг 1передвигает плунжер 2,который нажимает на гидропластмассу 3. Гидропластмасса равномерно давит на внутреннюю поверхность втулки 5,втулка разжимается; наружный диаметр втулки увеличивается, и она центрирует и закрепляет обрабатываемую деталь 4.

Рис. 3.12. Консольная оправка с гидропластмассой.

Мембранные патроны применяют для точного центрирования и зажима деталей, обрабатываемых на токарных и шлифовальных станках. В мембранных патронах обрабатываемые детали устанавливают по наружной или внутренней поверхности. Базовые поверхности деталей должны быть обработаны по 2-За-му классам точности. Мембранные патроны обеспечивают точность центрирования деталей 0,004-0,007 мм.

Мембраны - это тонкие металлические диски с рожками или без рожков (кольцевые мембраны). В зависимости от воздействия на мембрану штока механизированного привода - тянущего или толкающего действия - мембранные патроны подразделяются на разжимные и зажимные.

В разжимном мембранном рожковом патроне при установке кольцевой детали мембрана с рожками, штоком привода прогибается влево к шпинделю станка. При этом рожки мембраны с зажимающими винтами, установленными на концах рожков, сходятся к оси патрона, и обрабатываемое кольцо устанавливается центральным отверстием в патроне.

При прекращении нажима на мембрану под действием упругих сил она выпрямляется, ее рожки с винтами расходятся от оси патрона и зажимают обрабатываемое кольцо по внутренней поверхности. В зажимном мембранном рожковом патроне при установке кольцевой детали по наружной поверхности мембрана штоком привода прогибается вправо от шпинделя станка. При этом рожки мембраны расходятся от оси патрона и обрабатываемая деталь разжимается. Затем устанавливается следующее кольцо, нажим на мембрану прекращается, она выпрямляется и рожками с винтами зажимает обрабатываемое кольцо. Зажимные мембранные рожковые патроны с механизированным приводом изготовляются по МН 5523-64 и МН 5524-64 и с ручным приводом по МН 5523-64.

Мембранные патроны бывают рожковые и чашечные (кольцевые), их изготовляют из стали 65Г, ЗОХГС с закалкой до твердости HRC 40-50. Основные размеры рожковых и чашечных мембран нормализованы.

На рис. 3.13, а, б показана конструктивная схема мембранно-рожкового патрона 1. На заднем" конце шпинделя станка установлен пневмопривод патрона. При подаче сжатого воздуха в левую полость пневмоцилиндра поршень со штоком и тягой 2 перемещается вправо. При этом тяга 2, нажимая на рожковую мембрану 3,прогибает ее, кулачки (рожки) 4 расходятся, и деталь 5 разжимается (рис. 3.13, б ). Во время подачи сжатого воздуха в правую полость пневмоцилиндра его поршень со штоком и тягой 2перемещается влево и отходит от мембраны 3. Мембрана под действием внутренних упругих сил выпрямляется, кулачки 4мембраны сходятся и зажимают по цилиндрической поверхности деталь 5 (рис. 3.13, а).

Рис. 3.13. Схема мембранно-рожкового патрона

Основные данные для расчета патрона (рис. 3.13, а) с рожко-, вой мембраной: момент резания М рез , стремящийся повернуть обрабатываемую деталь 5 в кулачках 4патрона; диаметр d = 2b базовой наружной поверхности обрабатываемой детали; расстояние l от середины мембраны 3до середины кулачков 4.На рис. 3.13, в дана расчетная схема нагруженной мембраны. Круглая, жестко закрепленная по наружной поверхности мембрана нагружена равномерно распределенным изгибающим моментом М И , приложенным по концентрической окружности мембраны радиуса b базовой поверхности обрабатываемой детали. Данная схема является результатом наложения двух схем, показанных на рис. 3.13, г, д, причем М И =М 1 +М 3 . М рез

Силы P з вызывают момент, изгибающий мембрану (см. рис. 3.13, в).

2. При большом количестве кулачков патрона момент М п можно считать равномерно действующим по окружности мембраны радиуса b и вызывающим ее изгиб:

3. Радиусом а наружной поверхности мембраны (из конструктивных соображений) задаются.

4. Отношение т радиуса а мембраны к радиусу b установочной поверхности детали: а/b = т.

5. Моменты М 1 и М 3 в долях от М и (М и = 1) находят в зависимости от m= a/b по следующим данным (табл. 3.1):

Таблица 3.1

6. Угол (рад) разжима кулачков при закреплении детали с наименьшим предельным размером:

7. Цилиндрическая жесткость мембраны [Н/м (кгс/см)]:

где: МПа - модуль упругости ( кгс/см 2); =0,3.

8. Угол наибольшего разжима кулачков (рад):

9. Сила на штоке механизированного привода патрона, необходимая для прогиба мембраны и разведения кулачков при разжиме детали, на максимальный угол :

При выборе точки приложения и направления зажимного усилия необходимо соблюдать следующее: для обеспечения контакта заготовки с опорным элементом и устранения возможного ее сдвига при закреплении зажимное усилие следует направлять перпендикулярно к поверхности опорного элемента; в целях устранения деформации заготовки при закреплении точку приложения зажимного усилия надо выбирать так, чтобы линия его действия пересекала опорную поверхность установочного элемента.

Количество точек приложения зажимных усилий определяют конкретно к каждому случаю зажима заготовки в зависимости от вида заготовки, метода обработки, направления силы резания. Для уменьшения вибрации и деформации заготовки под действием сил резания следует повышать жесткость системы заготовка – приспособление путем увеличения числа точек зажима заготовки за счет введения вспомогательных опор.

К зажимным элементам относятся винты, эксцентрики, прихваты, тисочные губки, клинья, плунжеры, планки. Они являются промежуточными звеньями в сложных зажимных системах. Форма рабочей поверхности зажимных элементов, контактирующих с заготовкой, в основном такая же, как и установочных элементов. Графически зажимные элементы обозначаются согласно табл. 3.2.

Таблица 3.2 Графическое обозначение зажимных элементов

ЛЕКЦИЯ 3

3.1. Назначение зажимных устройств

Основное назначение зажимных устройств приспособлений - обеспечение надежного контакта (неотрывности) заготовки или собираемой детали с установочными элементами, предупрежде­ние ее смещения в процессе обработки или сборки.

Зажимной механизм создает силу для закрепления заготовки, определяемую из условия равновесия всех сил, приложенных к ней

При механической обработке на заготовку действуют:

1) силы и моменты резания

2) объемные силы - сила тяжести заготовки, центробежные и инерционные силы.

3) силы, действующие в точках контакта заготовки с приспособлением – сила реакции опоры и сила трения

4) второстепенные силы, к которым относятся силы, возника­ющие при отводе режущего инструмента (сверла, метчики, раз­вертки) от заготовки.

При сборке на собираемые детали действуют сборочные силы и силы реакции, возникающие в точках контакта сопрягаемых по­верхностей.

К зажимным устройствам предъявляются следующие требования :

1) при зажиме не должно нарушаться положение заготовки, до­стигнутое базированием. Это удовлетворяется рациональным вы­бором направления и мест приложения сил зажима;

2) зажим не должен вызывать деформации заготовок, закрепля­емых в приспособлении, или повреждения (смятия) их поверх­ностей;

3) сила зажима должна быть минимально необходимой, но дос­таточной для обеспечения фиксированного положения заготовки относительно установочных элементов приспособлений в процессе обработки;

4) сила зажима должна быть постоянной на всем протяжении технологической операции; сила зажима должна быть регулируемой;

5) зажим и открепление заготовки необходимо производить с ми­нимальной затратой сил и времени рабочего. При использовании ручных зажимов усилие не должно превышать 147 Н; Средняя продолжительность закрепления: в трехкулачковом патроне (ключом) - 4 с; винтовым зажимом (клю­чом) - 4,5…5 с; штурвалом - 2,5…3 с; поворотом рукоятки пневмо-, гидрокрана - 1,5 с; нажатием кнопки - менее 1 с.

6) зажимной механизм должен быть простым по конструкции, компактным, максимально удобным и безопасным в работе. Для этого он должен иметь минимальные габаритные размеры и содержать ми­нимальное число съемных деталей; устройство управления зажим­ным механизмом должно располагаться со стороны рабочего.

Необходимость применения зажимных устройств исключается в трех случаях .

1) заготовка имеет большую массу, по сравнению с которой силы резания малы.

2) силы, возникающие при обработке, направлены так, что не могут нарушить положение заготовки, достигнутое при базировании.

3) заготовка, установленная в приспособление, лишена всех сте­пеней свободы. Например, при сверлении отверстия в прямоугольной планке, закладываемой в ящичный кондуктор.

3.2. Классификация зажимных устройств

Конструкции зажимных устройств состоят из трех основных частей: контактного элемента (КЭ), привода (П) и силового механизма (СМ).

Контактные элементы служат для непосредственной передачи зажимного усилия на заготовку. Их конструкция позволяет рассредоточить усилия, предотвращая смятие поверхностей заготовки.

Привод служит для преобразования определенного вида энергии в исходное усилие Р и , передаваемое силовому механизму.

Силовой механизм необходим для преобразования полученного исходного зажимного усилия Р и в усилие зажима Р з . Преобразование производится механически, т.е. по законам теоретической механики.

В соответствии с наличием или отсутствием в приспособлении этих составных частей зажимные устройства приспособлений разделяются на три группы.

К первой группе относятся зажимные устройства (рис. 3.1а), имеющие в своем составе все перечисленные основные части: силовой механизм и привод, который обеспечивает перемещение контактного элемента и создает исходное усилие Р и , преобразуемое силовым механизмом в зажимное усилие Р з .

Во вторую группу (рис. 3.1б) входят зажимные устройства, состоящие лишь из силового механизма и контактного элемента, который приводится в действие непосредственно рабочим, прилагающим исходное усилие Р и на плече l . Эти устройства иногда называют зажимным устройством с ручным приводом (единичное и мелкосерийное производство).

К третьей группе относятся зажимные устройства, которые в своем составе не имеют силового механизма, а используемые приводы лишь условно можно назвать приводами, так как они не вызывают перемещений элементов зажимного устройства и только создают зажимное усилие Р з , которое в этих устройствах является равнодействующей равномерно распределенной нагрузки q , непосредственно действующей на заготовку и создаваемой либо в результате атмосферного давления, либо посредством магнитного силового потока. К этой группе относятся вакуумные и магнитные устройства (рис. 3.1в). Применяются во всех видах производства.

Рис. 3.1. Схемы зажимных механизмов

Элементарным зажимным механизмом называют часть зажимного устройства, состоящую из контактного элемента и силового механизма.

Зажимными элементами называют: винты, эксцентрики, прихваты, тисочные губки, клинья, плунжеры, прижимы, планки. Они являются промежуточными звеньями в сложных зажимных системах.

В табл. 2 приведена классификация элементарных зажимных механизмов.

Таблица 2

Классификация элементарных зажимных механизмов

По источнику энергии привода (здесь говорится не о виде энергии, а именно о местонахождении источника) приводы делятся на ручные, механизирован­ные и автоматизированные. Ручные зажимные механизмы приводит в действие мускульная сила рабо­чего. Механизированные зажимные ме­ханизмы работают от пневматического или гидравлического привода. Автома­тизированные устройства перемещают­ся от движущихся узлов станка (шпин­деля, суппорта или патронов с кулач­ками). В последнем случае зажим заго­товки и разжим обработанной детали производится без участия рабочего.

3.3. Зажимные элементы

3.3.1. Винтовые зажимы

Винтовые зажимы применяют в приспособлениях с ручным закреплением заготовки, в приспособлениях механизированного типа, а также на автоматических линиях при использовании приспособлений-спутников. Они просты, компактны и надежны в работе.

Рис. 3.2. Винтовые зажимы :

а – со сферическим торцом; б – с плоским торцом; в – с башмаком. Условные обозначения: Р и - сила, приложенная на конце рукоятки; Р з - сила зажима;W – сила реакции опоры; l - длина рукоятки; d - диаметр винтового зажима.

Расчет винтового ЭЗМ. При известной си­ле Р 3 вычисляют номинальный диаметр винта

где d - диаметр винта, мм; Р 3 - сила закре­пления, Н; σ р - напряжение растяжения (сжа­тия) материала винта, МПа

В серийном и мелкосерийном производстве проектируют оснастку с использованием универсальных зажимных механизмов (ЗМ) или специальных однозвенных с ручным приводом. В тех случаях, когда требуются большие силы закрепления заготовок, целесообразно применять механизированные зажимы.

В механизированном производстве используют зажимные механизмы, у которых прихваты автоматически отводятся в сторону. Этим обеспечивается свободный доступ к установочным элементам для очистки их от стружки и удобство переустановки заготовок.

Рычажные однозвенные механизмы с управлением от гидро- или пневмопривода используют при закреплении, как правило, одной корпусной или крупной заготовки. В таких случаях прихват отодвигают или поворачивают вручную. Однако лучше использовать дополнительное звено для отвода прихвата из зоны загрузки заготовки.

Зажимные устройства Г-образного типа применяют чаще для закрепления корпусных заготовок сверху. Для поворота прихвата во время закрепления предусматривают винтовой паз с прямолинейным участком.

Рис. 3.1.

Комбинированные зажимные механизмы используют для закрепления широкой номенклатуры заготовок: корпусов, фланцев, колец, валов, планок и пр.

Рассмотрим некоторые типовые конструкции зажимных механизмов.

Рычажные зажимные механизмы отличаются простотой конструкции (рис. 3.1), значительным выигрышем в силе (или в перемещении), постоянством силы зажима, возможностью закрепления заготовки в труднодоступном месте, удобством эксплуатации, надежностью.

Рычажные механизмы используют в виде прихватов (прижимных планок) или в качестве усилителей силовых приводов. Для облегчения установки заготовок рычажные механизмы выполняют поворотными, откидными и передвижными. По конструкции (рис. 3.2) они могут быть прямолинейными отодвигаемыми (рис. 3.2, а) и поворотными (рис. 3.2, б), откидными (рис. 3.2, в) с качающейся опорой, изогнутыми (рис. 3.2, г) и комбинированными (рис. 3.2,

Рис. 3.2.

На рис. 3.3 приведены универсальные рычажные ЗМ с ручным винтовым приводом, используемые в индивидуальном и мелкосерийном производствах. Они просты по конструкции и надежны.

Опорный винт 1 устанавливают в Т-образный паз стола и крепят гайкой 5. Положение зажимного прихвата 3 по высоте регулируют винтом 7 с опорной пятой 6, и пружиной 4. Сила закрепления на заготовку передается от гайки 2 через прихват 3 (рис. 3.3, а).

В ЗМ (рис. 3.3, б) заготовку 5 крепят прихватом 4, а заготовку 6 прихватом 7. Сила закрепления передается от винта 9 на прихват 4 через плунжер 2 и регулировочный винт /; на прихват 7 - через закрепленную в нем гайку. При изменении толщины заготовок положение осей 3, 8 легко регулируется.

Рис. 3.3.

В ЗМ (рис. 3.3, в) корпус 4 зажимного механизма крепят к столу гайкой 3 посредством втулки 5 с резьбовым отверстием. Положение изогнутого прихвата 1 но высоте регулируют опорой 6 и винтом 7. Прихват 1 имеет люфт между конической шайбой, установленной иод головкой винта 7, и шайбой, которая находится выше стопорного кольца 2.

В конструкции дугообразный прихват 1 во время крепления заготовки гайкой 3 поворачивается на оси 2. Винт 4 в данной конструкции не крепится к столу станка, а свободно передвигается в Т-образном пазу (рис. 3.3, г).

Используемые в зажимных механизмах винты развивают на торце силу Р, которая может быть рассчитана по формуле

где Р - усилие рабочего, приложенное к концу рукоятки; L - длина рукоятки; г ср - средний радиус резьбы; а - угол подъема резьбы; ср - угол трения в резьбе.

Момент, развиваемый на рукоятке (ключе), для получения заданной силы Р

где М, р - момент трения на опорном торце гайки или винта:

где /- коэффициент трения скольжения: при закреплении / = 0,16...0,21, при раскреплении / = 0,24...0,30; D H - наружный диаметр трущейся поверхности винта или гайки; с/ в - диаметр резьбы винта.

Приняв a = 2°30" (для резьбы от М8 до М42 угол а меняется от 3°10" до 1°57"), ф = 10°30", г ср = 0,45с/, Д, = 1,7с/, d B = d и/= 0,15, получим приближенную формулу для момента на торце гайки М гр = 0,2dP.

Для винтов с плоским торцом М т р = 0,1с1Р+ н, а для винтов со сферическим торцом М Л р ~ 0,1 с1Р.

На рис. 3.4 приведены другие рычажные зажимные механизмы. Корпус 3 универсального зажимного механизма с винтовым приводом (рис. 3.4, а) крепят к столу станка винтом / и гайкой 4. Прихват б во время крепления заготовки поворачивают на оси 7 винтом 5 по часовой стрелке. Положение прихвата б с корпусом 3 легко регулируется относительно неподвижного вкладыша 2.

Рис. 3.4.

Специальный рычажный зажимной механизм с дополнительным звеном и пневмоприводом (рис. 3.4, б) используют в механизированном производстве для автоматического отвода прихвата из зоны загрузки заготовок. Во время раскрепления заготовки / шток б перемещается вниз, при этом прихват 2 поворачивается на оси 4. Последняя совместно с серьгой 5 поворачивается на оси 3 и занимает положение, показанное штриховой линией. Прихват 2 отводится из зоны загрузки заготовок.

Клиновые зажимные механизмы бывают с односкосым клином и клиноплунжерные с одним плунжером (без роликов или с роликами). Клиновые зажимные механизмы отличаются простотой конструкции, удобством наладки и эксплуатации, способностью к самоторможению, постоянством силы зажима.

Для надежного закрепления заготовки 2 в приспособлении 1 (рис. 3.5, а) клин 4 должен быть самотормозяшимся за счет угла а скоса. Клиновые зажимы применяют самостоятельно или в качестве промежуточного звена в сложных зажимных системах. Они позволяют увеличивать и изменять направление передаваемой силы Q.

На рис. 3.5, б показан стандартизованный клиновой зажимной механизм с ручным приводом для закрепления заготовки на столе станка. Зажим заготовки осуществляется клином /, перемещающимся относительно корпуса 4. Положение подвижной части клинового зажима фиксируется болтом 2 , гайкой 3 и шайбой; неподвижной части - болтом б, гайкой 5 и шайбой 7.

Рис. 3.5. Схема (а) и конструкция (в) клинового зажимного механизма

Усилие зажима, развиваемое клиновым механизмом, рассчитывают но формуле

где ср и ф| - углы трения соответственно на наклонной и горизонтальной поверхностях клина.

Рис. 3.6.

В практике машиностроительного производства чаще используют оснастку с наличием роликов в клиновых зажимных механизмах. Такие зажимные механизмы позволяют уменьшить вдвое потери на трение.

Расчет силы закрепления (рис. 3.6) производится по формуле, аналогичной формуле для расчета клинового механизма, работающего при условии трения скольжения на контактирующих поверхностях. При этом углы трения скольжения ф и ф, заменяем на углы трения качения ф |1р и ф пр1:

Чтобы определить соотношение коэффициентов трения при скольжении и

качении, рассмотрим равновесие нижнего ролика механизма: F l - = T - .

Так как Т = Wf F i =Wtgi р цр1 и / = tgcp, получим tg(p llpl = tg

верхнего ролика вывод формулы аналогичен.

В конструкциях клиновых зажимных механизмов используют стандартные ролики и оси, у которых D = 22...26 мм, a d = 10... 12 мм. Если принять tg(p =0,1; d/D = 0,5, тогда коэффициент трения качения будет / к = tg

0,1 0,5 = 0,05 =0,05.

Рис. 3.

На рис. 3.7 приведены схемы клиноплунжерных зажимных механизмов с двухонорным плунжером без ролика (рис. 3.7, а); с двухопорным плунжером и роликом (рис. 3.7, (5); с одноопорным плунжером и тремя роликами

(рис. 3.7, в); с двумя одноопорными (консольными) плунжерами и роликами (рис. 3.7, г). Такие зажимные механизмы надежны в работе, просты в изготовлении и могут обладать свойством самоторможения при определенных углах скоса клина.

На рис. 3.8 показан зажимной механизм, применяемый в автоматизированном производстве. Заготовку 5 устанавливают на палец б и крепят прихватом 3. Сила закрепления на заготовку передается от штока 8 гидроцилиндра 7 через клин 9, ролик 10 и плунжер 4. Отвод прихвата из зоны загрузки во время съема и установки заготовки осуществляет рычаг 1, который поворачивает на оси 11 выступ 12. Прихват 3 легко перемешается от рычага 1 или пружины 2, так как в конструкции оси 13 предусмотрены прямоугольные сухари 14, легко перемещаемые в пазах прихвата.

Рис. 3.8.

Для увеличения силы на штоке пневмопривода или другого силового привода применяют шарнирно-рычажные механизмы. Они являются промежуточным звеном, связывающим силовой привод с прихватом, и применяются в том случае, когда для крепления заготовки требуется большая сила.

По конструкции их делят на однорычажные, двухрычажные одностороннего действия и двухрычажные двустороннего действия.

На рис. 3.9, а показана схема шарнирно-рычажного механизма (усилителя) одностороннего действия в виде наклонного рычага 5 и ролика 3, соединенного осью 4 с рычагом 5 и штоком 2 пневмоцилиндра 1. Исходная сила Р, развиваемая пневмоцилиндром, через шток 2, ролик 3 и ось 4 передается на рычаг 5.

При этом нижний конец рычага 5 перемещается вправо, а его верхний конец поворачивает прихват 7 вокруг неподвижной опоры б и закрепляет заготовку силой Q. Значение последней зависит от силы W и соотношения плеч прихвата 7.

Силу W для однорычажного шарнирного механизма (усилителя) без плунжера определяют по уравнению

Сила IV , развиваемая двухрычажным шарнирным механизмом (усилителем) (рис. 3.9, б), равна

Силу If" 2 , развиваемую двухрычажным шарнирно-плунжерным механизмом одностороннего действия (рис. 3.9, в), определяют по уравнению

В приведенных формулах: Р- исходная сила на штоке механизированного привода, Н; a - угол положения наклонного звена (рычага); р - дополнительный угол, которым учитываются потери на трение в шарнирах

^p = arcsin/^П;/- коэффициент трения скольжения на оси ролика и в шарнирах рычагов (f ~ 0,1...0,2); (/-диаметр осей шарниров и ролика, мм; D - наружный диаметр опорного ролика, мм; L - расстояние между осями рычага, мм; ф[ - угол трения скольжения на осях шарниров; ф 11р - угол трения

качения на опоре ролика; tgф пp =tgф-^; tgф пp 2 - приведенный коэффициент

жере; tgф np 2 =tgф-; / - расстояние между осью шарнира и серединой на-

трения, учитывающий потери на трение в консольном (перекошенном) плун- 3/ , правляющей втулки плунжера (рис. 3.9, в), мм; а - длина направляющей втулки плунжера, мм.

Рис. 3.9.

действия

Однорычажные шарнирные зажимные механизмы применяют в тех случаях, когда требуются большие силы закрепления заготовки. Это объясняется тем, что во время крепления заготовки угол а наклонного рычага уменьшается и сила зажима увеличивается. Так, при угле а = 10° сила W на верхнем конце наклонного звена 3 (см. рис. 3.9, а) составляет JV ~ 3,5Р, а при а = 3° W~ 1 IP, где Р - сила на штоке 8 пневмоцилиндра.

На рис. 3.10, а приведен пример конструктивного исполнения такого механизма. Заготовку / крепят прихватом 2. Сила закрепления на прихват передается от штока 8 пневмоцилиндра через ролик 6 и регулируемое по длине наклонное звено 4, состоящее из вилки 5 и серьги 3. Для предотвращения изгиба штока 8 для ролика предусмотрена опорная планка 7.

В зажимном механизме (рис. 3.10, б) пневмоцилиндр расположен внутри корпуса 1 приспособления, к которому винтами прикреплен корпус 2 зажимного

Рис. 3.10.

механизма. Во время закрепления заготовки шток 3 пневмоцилиндра с роликом 7 перемещаются вверх, а прихват 5 со звеном б поворачивается на оси 4. При раскреплении заготовки прихват 5 занимает положение, показанное штриховыми линиями, не мешая смене заготовки.

4. Назначение зажимов и особенности их конструкций в зависимости от схемы приспособления

Основное назначение зажимных устройств состоит в обеспечении надежного контакта заготовки с установочными элементами и предупреждении ее смещения и вибраций в процессе обработки.

Зажимные устройства используются также для обеспечения правильной установки и центрирования заготовки. В этом случае зажимы выполняют функцию установочно-зажимных элементов. К ним относятся самоцентрирующие патроны, цанговые зажимы и другие устройства.

Заготовка может не закрепляться, если обрабатывается тяжелая деталь (устойчивая), по сравнению с весом которой силы резания незначительны; сила, возникающая в процессе резания, приложена так, что не нарушает установки детали.

В процессе обработки на заготовку могут действовать следующие силы:

Силы резания, которые могут быть переменными вследствие разного припуска на обработку, свойств материала, затупления режущего инструмента;

Вес заготовки (при вертикальном положении детали);

Центробежные силы, возникающие в результате смещения центра тяжести детали относительно оси вращения.

К зажимным устройствам приспособлений предъявляются следующие основные требования:

При закреплении заготовки не должно нарушаться ее положение, достигнутое установкой;

Силы зажима должны исключать возможность перемещения детали и ее вибрацию в процессе обработки;

Деформация детали под действием зажимных сил должна быть минимальной.

Смятие базирующих поверхностей должно быть минимальным, поэтому усилие зажима должно быть приложено так, чтобы деталь прижималась к установочным элементам приспособления плоской базирующей поверхностью, а не цилиндрической или фасонной.

Зажимные устройства должны быть быстродействующими, удобно расположенными, просты по конструкции и требовать минимальных усилий от рабочего.

Зажимные устройства должны быть износоустойчивыми, а наиболее изнашиваемые детали – сменными.

Силы зажима должны быть направлены на опоры, чтобы не деформировать деталь, особенно нежесткую.

Материалы: стали 30ХГСА, 40Х, 45. Рабочая поверхность должна быть обработана по 7 кв. и точнее.

Обозначение зажимов:

Обозначение устройства зажима:

П – пневматическое

Н – гидравлическое

Е – электрическое

М – магнитное

ЕМ – электромагнитное

Г – гидропластовое

В единичном производстве применяют ручные приводы: винтовые, эксцентриковые и др. В серийном производстве применяют механизированные приводы.

5. ЗАЖАТИЕ ДЕТАЛИ. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ СОСТАВЛЕНИЯ СХЕМЫ К РАСЧЕТУ УСИЛИЯ ЗАЖАТИЯ ДЕТАЛИ. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСИЛИЯ ЗАЖАТИЯ ДЕТАЛИ В ПРИСПОСОБЛЕНИИ. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ К РАСЧЕТУ УСИЛИЯ, ПОТРЕБНАЯ ВЕЛИЧИНА УСИЛИЯ ЗАЖАТИЯ.

Величину потребных сил зажима определяют решая задачу статики на равновесие твердого тела под действием всех приложенных к нему сил и моментов.

Расчет сил зажима производится в 2-х основных случаях:

1. при использовании имеющихся универсальных приспособлений с зажимными устройствами, развивающими определенную силу;

2. при конструировании новых приспособлений.

В первом случае расчет зажимной силы носи проверочный характер. Найденная из условий обработки необходимая зажимная сила должна быть меньше или равна той силе, которую развивает зажимное устройство используемого универсального приспособления. Если это условие не выдерживается, то производят изменение условий обработки в целях уменьшения необходимой зажимной силы с последующим новым проверочным расчетом.

Во втором случае методика расчета зажимных сил заключается в следующем:

1. Выбирается наиболее рациональная схема установки детали, т.е. намечается положение и тип опор, места приложения сил зажима с учетом направления сил резания в самый неблагоприятный момент обработки.

2. На выбранной схеме стрелками отмечаются все приложенные к детали силы, стремящиеся нарушить положение детали в приспособлении (силы резания, силы зажима) и силы, стремящиеся сохранить это положение (силы трения, реакции опор). При необходимости учитываются и силы инерции.

3. Выбирают уравнения равновесия статики, применимые к данному случаю и определяют искомое значение величины сил зажима Q 1 .

4. Приняв коэффициент надежности закрепления (коэффициент запаса), необходимость которого вызывается неизбежными колебаниями сил резания в процессе обработки, определяется фактически потребная сила зажима:

Коэффициент запаса К рассчитывается применительно к конкретным условиям обработки

где К 0 = 2,5 – гарантированный коэффициент запаса для всех случаев;

К 1 – коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовок; К 1 = 1,2 – для черновой поверхности; К 1 = 1 – для чистовой поверхности;

К 2 – коэффициент, учитывающий увеличение сил резания от прогрессирующего затупления инструмента (К 2 = 1,0…1,9);

К 3 – коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при прерывистом резании; (К 3 = 1,2).

К 4 – коэффициент, учитывающий постоянство силы зажима, развиваемой силовым приводом приспособления; К 4 = 1…1,6;

К 5 – данный коэффициент учитывается только при наличии крутящих моментов, стремящихся повернуть обрабатываемую деталь; К 5 = 1…1,5.

Типовые схемы к расчету усилия зажатия детали и потребная величина усилия зажатия:

1. Сила резания Р и сила зажима Q одинаково направлены и действуют на опоры:

При постоянном значении Р сила Q = 0. Этой схеме соответствует протягивание отверстий, обтачивание в центрах, цекование бобышек.

2. Сила резания Р направлена против зажимного усилия:

3. Сила резания стремится сдвинуть заготовку с установочных элементов:

Характерно для маятникового фрезерования, фрезерования замкнутых контуров.

4. Заготовка установлена в патроне и находиться под действием момента и осевой силы:

где Q c – суммарная сила зажима всеми кулачками:

где z – число кулачков в патроне.

С учетом коэффициента запаса k потребная сила, развиваемая каждым кулачком, будет:

5. Если в детали сверлится одно отверстие и направление силы зажима совпадает с направлением сверления, то сила зажима определяется по формуле:

k  M = W  f  R

W = k  M / f  R

6. Если в детали сверлится одновременно несколько отверстий и направление силы зажима совпадает с направлением сверления, то сила зажима определяется по формуле: