72. Зажимные устройства. Типовые схемы и методика расчета сил закрепления

Назначение ЗУ: обеспечение надежного контакта заготовки с установочными элементами. Предупреждение ее смещения и вибраций в процессе обработки, а также для обеспечения правильной установки и центрирования заготовки.

В процессе обработки на заготовку действуют силы резания, объемные силы (сила тяжести, центробежные силы, инерциальные силы).

Место приложения силы закрепления выбирают по условию наибольшей жесткости и устойчивости крепления и минимальной деформации заготовок.

ЗУ должны удовлетворять следующим требованиям:

• При зажиме не должно нарушаться первоначально заданное положение детали, достигнутое при базировании

• Сила закрепления должна быть достаточной (является расчетной величиной)

• ЗУ должны быть автоматизированы и механизированы

• ЗУ должны быть надежны в работе, удобны в обслуживании, просты по конструкции

Методика расчета сил закрепления:

Все силы, действующие на заготовку, разделяют на две группы:

1. Силы, которые стремятся сдвинуть заготовку (сила резания, реакция опор, вес заготовки центробежные силы)

2. Силы, которые стремятся сохранить положение заготовки (сила трения, вес, сила закрепления)

Определяют силу закрепления W на основе решения задач статики из уравнения равновесия заготовки под действием приложенных к ней сил.

Составляют систему уравнений:

Порядок расчета:

1. разработать расчетную схему для наиболее неблагоприятного положения заготовки при обработке

2. составить расчетное уравнение

3. определить значение параметров, входящих в расчетное уравнение

4. определить силу закрепления

Пример.

а) W=0

б) W=k*Р_рез(б)

k – коэф-т запаса

в) 1. ЗУ, предупреждающее смещение заготовки под действием силы

В этом случае необходимо учитывать упругие характеристики ЗУ. Возможны два варианта:

• величина упругого отжима прямо пропорциональна приложенным силам (самотормозящие зажимные механизмы, винтовые, клиновые). Тогда:

• сначала величина упругого отжима по линейному закону, а затем по нелинейному (пневматические, гидравлические и т.п. механизмы прямого действия):

J₁ и J₂ – жесткость зажимных и установочных элементов соответственно

2 . ЗУ, предупреждающие проворачивание заготовки под действием момента

3 – кол-во кулачков

3f₁W l_kP (контроль, при котором …….)

Расчетный фактор для определения силы закрепления – это жесткость систем установочных и зажимных устройств.

Жесткость системы установочных элементов по нормам J₂:

- жесткость стыка заготовки с опорами

- жесткости постоянных стыков приспособления и его элементов, передающих силу закрепления.

Жесткость системы зажимных элементов по нормам J₁:

- жесткость стыка заготовки зажимом

- жесткости постоянных стыков приспособления и его элементов, передающих силу закрепления.

Ориентировочные соотношения:

Структура ЗУ

ЗУ представляет собой силовой агрегат, в структуре которого имеется силовой привод (СПр) для создания исходной силы Q и силопреобразующее устройство (СПУ) для создания и передачи на заготовку силы закрепления W.

Равновесие сил в структуре ЗУ выражается уравнением силового замыкания:

i – передаточное отношение СПУ

η – КПД ЗУ

Группы зажимных устройств:

1. ЗУ, работающие по принципу прямой передачи тягового усилия Q на заготовку через контактный элемент

2. ЗУ, работающие по принципу преобразования тягового усилия Q с помощью силового механизма в силу закрепления W и передачу ее на заготовку

С помощью контактных элементов (КЭ) может изменяться характер действия силы закрепления, а также точки их приложения.

Форма рабочей поверх-ти КЭ может быть плоская, сферическая, рифленая. Контакт с заготовкой м.б. точечным, линейным, плоским.

Силовые мех-мы (СМ) – устр-во мех. типа, которое служит в приспособлении для преобразования тягового усилия Q в усилие зажима заготовки W.

В основе работы простых мех-ов используются эффекты: - рычажные

- клиновые

Рычажные мех-мы можно свести к 3-ем схемам:

Силовые мех-мы на основе клинового эффекта

К линовой эффект – возможность изменения силы за счет изменения угла наклона клина

- без учета трения

- с учетом сил трения

Для этих мех-ов характерны свойства:

• Не прямо пропорциональное уменьшение передаточного отношения при увеличении α

• Возможность создания эффекта самоторможения: сила закрепления W сохраняется при отсутствии силы Q. Сила открепления заготовки должна быть больше, чем W, т.к. преодолевается трение покоя.

К мех-ам на основе клинового эффекта относят:

• Клиновые

С трением скольжения и качения не явл. самотормозящими

С двумя углами клина

α1 обеспечивает быстрый подвод клина к заготовке

Клиноплунжерные мех-мы

• Винтовые

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

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.

Условие самоторможения: .

• Эксцентриковые

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.

Условие самоторможения эксцентрика:

Обычно принимают .

• Центрирующие (цанговые)

Применяют для установки заготовок по наружным и внутренним цилиндрическим поверхностям: цанги, разжимные оправки, зажимные втулки с гидропластом, мембранные патроны.

Цанги представляют собой пружинящие гильзы

3. ЗУ, работающие по принципу использования эффекта деформирования или перемещения контактных поверхностей

Мембранные и пружинные ЗУ

4. ЗУ, работающие по принципу создания скрытого силового поля на заготовку, образуемого силопреобразующим устройством, выполненным совместно с силовым приводом.

Вакуумные, магнитные и электромагнитные ЗУ

Типовые схемы

Выбрав схему закрепления заготовки и разместив деталь в приспособлении, определяют величину и место приложения сил закрепления детали. Для расчета сил закрепления Q надо знать величину направления и место приложения сил , сдвигающих заготовку и схему установки и закрепления заготовки.

1 схема Q = 0

2 схема Q = kP или Q = kP J₂ / (J₁+J₂)

3 схема Q = kP / (f₁+f₂)

4 схема Q = (kP₂ – P₁f₂) / (f₁+f₂) пневматическое, гидравлическое зажимное устройство – 1 группы или

Q = винтовое, клиновое, эксцентриковое ЗУ 2 группы

5 схема Q’ = k₁P₁ Q” = (k₂P₂ + P₁f₂) / (f₁+f₂) выбирают большее из Q’ и Q” пневматическое, гидравлическое ЗУ – 1 группы или Q’= k₁P₁J₂/(J₁+J₂)

Q”= винтовое, клиновое, эксцентриковое ЗУ 2 группы

6 схема Q = kM / (3fR) или если R большое, то Q = (kМ – f₂RP)/ (3fR - 3f2f2R)

7 схема Q = kM / (f₁R+f₂R/sin(/2)) при наличии Pос Q = kР / (f ‘₁+f ‘₂1/sin(/2))

73. Силовые приводы станочных приспособлений. Расчёт силовых приводов.

Привод, преобразуя определенный вид энергии, развивает силу Q, которая с помощью силового механизма преобразуется в силу зажима Р и передается через контактные элементы заготовке. К силовым приводам относятся пружинно-гидравлические приводы, в которых тяговое усилие создаётся с помощью тарельчатых пружин, а гидропривод используется для снятия тягового усилия.

А. Тягущего действия

Б. Толкающего действия

1. Пружинная камера

2. Гидравлическая камера

1. Пневматические приводы – работают по принципу подачи сжатого воздуха. В качестве пневматического привода могут быть использованы пневматические цилиндры и пневматические камеры. Сила Q (Н) в пневмоцилиндрах зависит от их типа и без учета сил трения ее определяют по следующим формулам:

а) Для пневмоцилиндром двухстороннего действия. Для левой части цилиндра

Для полости цилиндра со штоком

б) Для цилиндров одностороннего действия

р – давление сжатого воздуха в МПа;

D – диаметр поршня в мм;

d – диаметр штока в мм;

 – это КПД, учитывающий потери в цилиндре при D = 150-200 мм,  = 0,90-0,95

q – сила сопротивления пружин в Н;

р = 0,4-0,63 МПа

Пневматические камеры имеют ряд преимуществ: долговечность, выдерживают до 600 тыс. включений (пневмоцилиндры 10 тыс.), компактны, имеют небольшую массу и проще в изготовлении. Недостатки: небольшой ход стола и непостоянство развиваемых усилий.

2. Гидравлические приводы: преимущества по сравнению с пневматическими – большие силы (15 МПа и выше); их рабочая жидкость практически несжимаема; обеспечивают плавную передачу развиваемых сил силовым механизмом, компактны.

3. Пневмогидравлические: обладают рядом преимуществ по сравнению с 1) и 2), имеют высокие рабочие силы, быстроту действия, низкую стоимость и не большие габариты.

4. Электромеханические: широко применяются в токарных станках с ЧПУ, агрегатных станах, автоматических линиях. Приводятся в действие от электродвигателя и через механические передачи силы передаются на контактные элементы зажимно го устройства.

5. Электромагнитные и магнитные зажимные устройства. Выполняются в виде плит и планшайб для закрепления стальных и чугунных заготовок. Используется энергия магнитного поля от электромагнитных катушек или постоянных магнитов.

6. Вакуумные приводы: применяют для крепления заготовок из различных материалов с плоской или криволинейной поверхностью, принимаемой за основную базу. Работают по принципу использования атмосферного давления.

P = F(0,1 – p)10^–4

F – площадь полости приспособления, из которой удаляется воздух, см²

p – давление (p = 0,01…0,015 МПа). Давление создается одно- и двуступенчатыми насосами.

II том стр. 90…