1. Расчет усилия зажима для закрепления заготовок в приспособлениях

Зажимные устройства должны обеспечивать надежный контакт с установочными элементами приспособлений, предупреждать смещение и вибрацию заготовки в процессе обработки. Зажимные устройства используются также для правильной установки и центрирования заготовки, выполняя функцию установочно-зажимных устройств. К ним относятся самоцентрирующие патроны, цанговые зажимы и другие устройства. В процессе обработки на заготовку действуют силы резания, объемные силы, а также силы случайного характера. Величина, направление и место приложения сил резания являются переменными. Сила закрепления должна определяться при условии действия на заготовку максимальных сил и моментов для расчетного вида обработки. Объемные силы, или силы тяжести заготовки, учитываются при установке заготовки на вертикальные и наклонно расположенные элементы. Центробежные силы возникают в процессе обработки при смещении центра тяжести заготовки относительно оси вращения. Инерционные силы возникают, когда заготовка совершает возвратно-поступательное движение или вращается с большими угловыми ускорениями (например, при торможении шпинделя).

Величины центробежных и инерционных сил обычно малы по сравнению с силами и моментами резания. Для расчета сил закрепления необходимо знать величину, направление и место приложения сил резания, сдвигающих заготовку, а также схему установки и закрепления заготовки. Силу закрепления Q определяют из равновесия силовых факторов, действующих на заготовку. Составляющие силы резания определяют по формулам теории резания [12].

Рассчитывая силу закрепления, необходимо учитывать упругую характеристику зажимного устройства.

В приспособлениях применяют зажимные устройства двух типов.

В зажимных механизмах типа I существует линейная зависимость между силой и перемещением элементов приспособления в направлении приложенной силы. Если к зажимному элементу механизмов типа I приложить дополнительную силу от заготовки, то величина упругого отжима элемента приспособления в направлении приложенной силы будет изменяться по линейному или близкому к нему закону. К устройствам типа I относятся самотормозящиеся механизмы (винтовые, клиновые, эксцентриковые и др.) независимо от вида привода (ручной, пневматический, гидравлический).

К зажимным механизмам второго типа относят пневматические, гидравлические и пневмогидравлические механизмы прямого действия. Если к зажимному элементу этих устройств приложить возрастающую силу, направленную против силы зажима, то перемещение элемента штока не произойдет, пока приложенная сила не превзойдет силу зажима. В устройствах этого типа величина упругого отжима зажимных инструментов сначала изменяется по линейному закону, а затем элемент перемещается на большую величину. На рис. 19 показаны закрепленная в приспособлении заготовка и действие сил.

Из рис. 19 видно, что сила закрепления Q воспринимается установочными элементами 1, заготовкой 2, зажимными элементами 3 и корпусом 4 приспособления. Если сила P, возникающая при обработке, направлена против силы закрепления, то зависимость смещения заготовки у от силы Р будет определяться упругой характеристикой этого устройства.

При действии силы зажима Q установочные элементы приспособления будут испытывать деформации сжатия. Также деформацию сжатия будут испытывать и зажимные элементы устройства типа I. На рис. 19, б показаны упругие характеристики зажимных устройств I и II типов, соответственно ломаные линии 2 и 1. Усилие Р_II, при котором произойдет отрыв заготовки от установочных элементов в устройствах II, будет равно силе Q.

в

Усилие Р_I отрыва заготовки от установочных элементов в механизмах типа I: P_I = Q , где J₂ и J₁ – жесткости установочных и зажимных элементов.

Величина жесткости J = .

y – величина упругого восстановления.

Сила отрыва Р_I (рис. 19, в) расходуется на упругое восстановление системы установочных элементов, при этом на величину у = Q  должна увеличиться упругая составляющая зажимного устройства. Состояние системы при наличии силы Q характеризуется линией С-С, а состояние в момент отрыва заготовки от опор линией С₁-С₁.