Лекция 8 осень 2017
РАСЧЁТ СИЛЫ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ЗАГОТОВКИ
Последовательность действий при нахождении необходимой силы(сил) закрепления заготовки должна быть следующей:
1. Разработать схему закрепления заготовки.
Названная схема предполагает изображение заготовки в процессе выполнения заданной технологической операции (как на предполагаемом станке) в одной-трёх проекциях (по необходимости), установленной на ранее выбранных реальных опорах. Инструмент показывают в наиболее опасном положенииотносительно заготовки. На схеме показывают векторы и точки приложения всех действующих на заготовку смещающих и удерживающих сил.
2. Расчётом определяют значения смещающих сил с использованием известных формул из курсов Физика и Резание металлов. Мало значимые силы отбрасывают и в дальнейших расчётах не учитывают.
3. Проанализировать, что может произойти с заготовкой, если смещающие силы(Р1, Р2,…) не будут уравновешены закреплением заготовки. Назначить точку приложения и направление действия силы(сил) закрепления W, способной предотвратить предполагаемые смещения заготовки.
|
|
4. Составить уравнения статики, учитывающих действие всех значимых смещающих сил. Количество возможных уравнений статики равно шести - в соответствии с количеством степеней свободы твёрдого тела. На практике часто удаётся обойтись меньшим количеством уравнений, в соответствии с условиями конкретной задачи.
5. Решить уравнения статики относительно силы W.
6. Увеличить найденное значение силы закрепления W, умножив на коэффициент запаса, учитывающий затупление инструмента, неравномерность припуска и другие не учтённые в расчёте обстоятельства (kз = 1,5 на чистовых операциях; kз = 2,5 на черновых операциях).
ТИПОВЫЕ СХЕМЫ ДЛЯ РАСЧЁТА УСИЛИЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ЗАГОТОВКИ
Расчётные схемы для нахождения значений силы W многообразны. Однако анализ нескольких типовых схем расчёта позволяет ориентироваться в любой нетиповой ситуации и самостоятельно разрабатывать алгоритмы расчёта W. Условимся обозначать буквой Р(с тем или иным индексом) любую активную силу, способную сместить заготовку из положения, достигнутого при базировании.
Типовая схема 1. Силы W и Р параллельны и направлены на опору (рис. 8.1, а).
Возможно только одно уравнение статики: сумма сил в направлении координатной оси Y равна нулю (8.1). Обе силы W и Р прижимают заготовку к опоре.
(8.1)
В уравнении два неизвестных:W, N. Уравнение не имеет решения. Но заготовка будет находиться в закреплённом состоянии, и тем более будет закреплена, если
W> Р. (8.2)
Принимают коэффициент запаса kз, гарантирующий соблюдение (8.2) при вибрациях резания и при затуплении инструмента. Тогда силу W можно определитьиз равенства (8.3)
|
|
(8.3)
Коэффициент запаса принимают равным kз = 2.5 на черновых технологических операциях и kз = 1.5 - на получистовых и чистовых операциях.
Типовая схема2. Сила W направлена на опоры, навстречу силе Р (рис. 8.1, б).
Сила W удерживает заготовку до начала действия силы Р. Уравнение статики в направлении оси Х единственно возможное и имеет вид:
(8.4)
В уравнении (8.4) два неизвестных, оно тоже не имеет решения. Поэтому принимают решение, аналогичноетиповой схеме 1:
(8.5).
Типовая схема3. Смещающая сила Р направлена не на опору (рис. 8.1 .в, г)
Сила W направлена на опору и удерживает заготовку до приложения силы Р. Сила Р стремится повернуть (опрокинуть) заготовку, создавая момент сил на плече l1 относительно точки О. Заготовка будет оставаться закреплённой, если момент силы W относительно (.)О уравновесит момент силы Р. Силы Р и Wмогут находится в одной или в разных плоскостях. Возможно составить два уравнения статики – вдоль оси Х и поворот относительно оси Z (в точке О):
(8.8)
(8.7)
Для вычисления W достаточно второго уравнения, с последующим умножениемрезультата решения на коэффициент запаса kз:
(8.8)
Аналогичное решение будет, если силы W и Р взаимно перпендикулярны (рис. 8.1, г).
Типовая схема4. Силы W и Р действуют в перпендикулярных плоскостях (рис. 8.2 ).
Сила W направлена на опору. Сила Р не направлена на опору. Силе Р могут противодействовать только силы трения в контактах заготовки с нижней опорой и с зажимным элементом приспособления на верхней плоскости.
Возможны два уравнения статики – равенства сил в вертикальной и горизонтальной плоскостях:
(8.9)
(8.10)
Выразив в (8.10) силы трения через W и коэффициенты трения f1, f2, получим, учётом коэффициента запаса:
, (8.11)
Заметим, что, увеличив коэффициенты трения в опорах, мы можем уменьшить необходимую силу закрепления W.
Типовая схема5. На заготовку действуют сила Р и крутящий момент Мр.
Сила W параллельна Р и направлена на опору (рис. 7.3, б). Уравнения статики отражают равенство сил в вертикальном направлении и равенство момента (смещающего) Мр и моментов сил трения (удерживающих) на нижней и верхней поверхностях заготовки:
(8.12)
(8.13)
Для вычисления момента трения Мтр1 известно плечо его действия и коэффициент трения в контакте заготовки с зажимным элементом
(8.14)
Плечо С действия момента трения Мтр2 в контакте заготовки с нижней опорой зависит от конструкции площадки контакта (табл. 8.1). Реакция опоры N определяется из (8.12). В результате Мтр2 равен:
(8.15)
После подстановки (8.12), (8.15) в (8.13):
(8.16)
и искомая сила W равна
(8.17)
Типовая схема6. На заготовку действуют три составляющие силы резания при точении.
Здесь возможны две расчётные ситуации:
1. Кулачки патрона не могут отойти от заготовки под действием силы Ру (например, в спирально реечном самоцентрирующем патроне);
2. Кулачки патрона могут отойти от заготовки под действием силы Ру (например, в рычажном токарном патроне).
Рассмотрим ситуацию 1.
Со стороны кулачков патрона действуют по нормали к заготовке силы W/3, создающие в контакте с заготовкой силы трения, удерживающие заготовку и от поворота в кулачках силой Pz и от смещения вдоль оси силой Px. Для удобства силы закрепления и силы трения в контакте заготовки с кулачками приведём к одному кулачку (рис. 8.4).
Уравнения статики: 1) осевая сила Рхуравновешена силой трения Fx,
2) момент силы Pz уравновешен моментом силы трения Fz:
(8.18)
Решение:
Силы трения FxиFz находят из уравнений (8.18).
Поскольку в контакте заготовки возможна только одна сосредоточенная сила трения, то она равна геометрической сумме
(8.19)
Отсюда, суммарная сила трения в контактах кулачков с заготовкой равна
|
|
. (8.20)
Для её создания к каждому кулачку нужно приложить силу
(8.21)
где i количество кулачков
В том случае, когда кулачки патрона могут быть раздвинуты действием момента силы Ру, делают дополнительный расчёт W2 с использованием третьего уравнения статики – равенства моментов сил относительно координатной оси Z:
, (8.23)
Из него следует:
(8.24)
Результирующая сила закрепления, действующая на каждом из n кулачков патрона и предотвращающая поворот заготовки в кулачках патрона, смещение заготовки воль оси и раздвижение кулачков, равна:
(8.25)
СИЛОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ СТАНОЧНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
Силовые механизмы в конструкциях СП предназначены для перемещения прихвата и для передачи в конце хода силы закрепления от силового привода к заготовке. Силовые механизмы в конструкции приспособления могут выполнять следующие задачи:
- перемещать зажимные элементы приспособления к заготовке;
- закреплять заготовку;
- изменять величину и направление силы, созданной рабочим-станочником или силовым приводом:
- снижать физические нагрузки рабочего при закреплении заготовок вручную;
- применить более компактный силовой привод на механизированном приспособлении;
Каждый механизм является совокупностью последовательно или параллельно соединённых звеньев, передающих усилие и движение от начального звена к конечному звену. Начальным звеном будем считать элемент механизма, к которому приложена внешняя сила Q. Конечное звено передаёт на заготовку развиваемую механизмом силу закрепления W.
Классификация силовых механизмов. Силовые механизмы СП разделяют на две группы, существенно отличающиеся своими эксплуатационными характеристиками, - самотормозящие и несамотормозящие механизмы (рис. 8.5).
Самоторможение – это свойство механизмов сохранять созданную силу закрепления W после снятия силы Q, приложенной к механизму извне.
Самотормозящие механизмы
Достоинства самотормозящих механизмов:
- внешний источник силы нужен только в моменты закрепления и раскрепления заготовки;
|
|
- исключена аварийная ситуация в процессе выполнения технологической операции из-за отказа силового привода на механизированных приспособлениях;
- только самотормозящие механизмы позволяют использовать приспособления с закреплением заготовок вручную (мускульной силой рабочего).
Недостатки самотормозящих механизмов:
- пониженный коэффициент полезного действия из-за необходимости преодоления сил трения в механизме;
- необходимость создания больших усилий от внешнего источника при раскреплении заготовки.