7.2. Методика проектирования контрольно-измерительных приспособлений

Контрольно-измерительные приспособления (КИП) предназначены для проверки соответствия полученных при обработке у деталей показателей точности их заданным значениям с допусками [ 7, 9 ].

Требования к проектированию:

2.1.1. По возможности обеспечить схему базирования, соответствующую методически точной схеме измерения;

2.1.2. Стремиться к максимально простой и удобной в пользовании конструкции;

2.1.3. Максимально уменьшать собственную погрешность приспособления за счет предельного сокращения числа звеньев измерительной размерной цепи;

2.1.4. Стремиться к максимальному использованию унифицированных конструктивных элементов;

2.1.5. Стремиться к максимальному снижению себестоимости приспособления.

Исходные данные:

2.2.1. Рабочий чертеж детали с указанием требований точности на получаемые размеры, а также нормы точности на формы и относительное расположение поверхностей;

2.2.2. Справочные материалы по проектированию контрольно-измерительных приспособлений с указанием типовых схем контроля и измерения параметров точности и стандартных конструкций элементов;

2.2.3. Примеры типовых конструкций контрольно-измерительных приспособлений.

Этапы проектирования:

2.3.1. Изучение рабочего чертежа детали. Особое внимание обращается на измерительные базы и нормы точности контролируемых параметров;

2.3.2. Выявление измерительных баз и контролируемых поверхностей;

2.3.3. Составление схемы базирования для выполняемого измерения;

2.3.4. Выбор установочных (и если требуется зажимных) элементов, предпочтительно стандартных конструкций;

2.3.5. Выбор (предпочтительно стандартных) элементов ориентирования и косвенного измерения (оправок, переходных втулок и т.д.), а также (если необходимо) зажимных устройств;

2.3.6. Осуществление предварительной компоновки приспособления с необходимыми видами и разрезами (составление компоновочной схемы);

2.3.7. Составление расчетной схемы и выполнение точностного расчета приспособления;

2.3.8. Внесение, если требуется, по результатам расчетов необходимых корректив в эскизный проект приспособления, и завершение его выпуском сборочного чертежа с необходимыми видами и разрезами;

2.3.9. Определение и простановка на чертежах необходимых размеров с допусками, шероховатостью обрабатываемых поверхностей и норм точности геометрии и расположения основных поверхностей;

2.3.10. Составление технических требований на изготовление (сборку) и эксплуатацию приспособления;

2.3.11. Составление спецификации на сборочный чертеж приспособления.

Указанные этапы выполняются аналогично выполнению подобных этапов проектирования станочных приспособлений (см. п. 1.3).

7.3. Методика расчета зажимных усилий

Проектирование станочных приспособлений сопровождается проведением расчетов по определению усилий зажима (противодействующим силам резания и гарантированно обеспечивающим фиксацию выбранного положения заготовки в приспособлении).

При проектировании станочного приспособления выбору зажимных устройств и расчету усилий зажима обрабатываемых заготовок необходимо уделять особое внимание. Это обусловлено тем, что зажимные усилия должны обеспечивать надежное закрепление заготовок в приспособлениях, не допуская их сдвига, поворота или вибраций в процессе обработки.

Поэтому силы зажима заготовки в приспособлении определяют в зависимости от сил резания и их моментов, действующих на заготовку в процессе ее обработки при наиболее неблагоприятных условиях, то есть при максимальных значениях сил резания и их моментов, с учетом метода обработки заготовки, состояния материала, поверхностей заготовки и технологической системы и др. факторов.

В связи с этим определение требуемых величин зажимных сил производится в следующем порядке:

• составляют расчетную схему, на которой условно (упрощенно) изображают относительное расположение заготовки в закрепленном состоянии (с указанием опор и элементов зажимных устройств) и режущего инструмента при наиболее неблагоприятных условиях воздействия на заготовку сил резания;

• изображают точки приложения и векторы действующих на заготовку сил резания, сил зажима, действующих со стороны зажимных устройств, а также их реакции и векторы сил трения в местах контакта поверхностей заготовки с опорами;

• проставляют на расчетной схеме необходимые размеры радиусов-векторов действия всех сил относительно точек их приложения, а также расстояния между опорами и точками приложения усилий зажима;

• составляют исходное расчетное уравнение статического равновесия (УСР) заготовки в силовом поле всех действующих на нее сил с учетом принятого запаса надежности закрепления;

• решают УСР в общем виде относительно требуемых усилий зажима;

• определяют усилия или моменты на приводах выбранных зажимных устройств (которыми могут служить винтовые, эксцентриковые, клиновые устройства, а также гидро-, пневмомеханические и др. исполнительные механизмы) и устанавливают их типоразмер или конкретные размеры их элементов, например, диаметры резьб, размеры эксцентриков с рычагами, диаметры поршней и штоков гидро-, пневмоцилиндров, либо требуемые давления в их рабочих полостях, размеры плеч передаточных рычагов и т.д.;

• подставляя в полученные уравнения общего вида исходные данные, получают численные значения искомых параметров, по которым окончательно уточняют размеры конструктивных элементов предварительно скомпонованного приспособления.

При определении сил трения в местах контакта поверхностей заготовки с опорами и зажимными элементами необходимо использовать нормативные коэффициенты трения f с учетом состояния контактирующих поверхностей и условий их контакта.

Коэффициенты запаса надежности К_З.Н. зависят от состояния обрабатываемой поверхности заготовки, степени затупления инструмента, вида и метода обработки и др. факторов [6, 15]. Результирующее значение К_З.Н. определяется по формуле

где	КЗ.П.	- постоянный коэффициент запаса надежности;
	ki	- i-ый поправочный коэффициент, учитывающий влияние отдельного фактора, в частности:
	k1	- состояние обрабатываемой поверхности заготовки;
	k2	- увеличение силы резания при затуплении инструмента;
	k3	- увеличение силы резания при обработке прерывистых поверхностей
	k4	- постоянство силы зажима заготовки;
	k5	- удобство расположения рукоятки зажимного устройства с ручным приводом;
	k6	- наличие крутящих моментов, действующих на заготовку со стороны инструмента

Значения коэффициента k₁ приведены в табл. 1, коэффициентов k₂…k₆ — в табл. 2 15.

Таблица 1

Поправочный коэффициент k₁ , учитывающий состояние поверхности заготовки

№ п/п	Метод обработки	Компоненты сил резания	k1	Обрабатываемый материал
1.	Сверление: предварительное (по корке) Зенкование чистовое	Крутящий момент Осевая сила Крутящий момент Осевая сила Крутящий момент и осевая сила	1,15 1,10 1,30 1,20 1,20	Чугун Чугун (износ по задней поверхности 1,5 мм) Чугун (износ по задней поверхности 0,7-0,8 мм)
2.	Точение: предварительное и растачивание чистовое и растачивание	Pz Py Px Pz Py Px	1,00 1,00 1,40 1,20 1,60 1,25 1,00 1,05 1,05 1,40 1,00 1,30	Сталь Чугун Сталь Чугун Сталь Чугун Сталь Чугун Сталь Чугун Сталь Чугун
3.	Фрезерование: цилиндрическое предварительное и чистовое торцевое предварительное и чистовое	Окружная сила Pz Тангенциальная сила Pτ (или в направлении подачи Ps )	1,6...1,8 1,2...1,4 1,6...1,8 1,2...1,4	Вязкая сталь Твердая сталь и чугун Вязкая сталь Твердая сталь и чугун
4.	Шлифование	Окружная сила Pz	1,15...1,20	Чугун и сталь

Таблица 2

Поправочные коэффициенты k₂…k₆

Коэффициент		Условия применения	Значение коэффициента
Обозначение	Назначение
k2	Изменение величины припуска черновых заготовок	Для чистовой и отделочной обработки для черновой обработки	1,0 1,2
k3	Увеличение сил резания при прерывистом резании	При точении	1,2
k4	Род привода	Для пневматических, гидравлических и других приводов Для ручных зажимов	1,0 1,3
k5	Расположение рукояти для ручных зажимных устройств	Расположение рукоятки: с малым диапазоном угла ее отклонения; с большим диапазоном угла ее отклонения (более 90º)	1,0 1,2
k6	Наличие моментов, стремящихся повернуть заготовку на опорах	Установка на опоры с ограниченной поверхностью контакта (штыри и др.); установка на пластины и другие элементы с большой поверхностью	1,0 1,5

Величины необходимых сил зажима следует рассчитывать с возможно большей точностью, так как при завышенных их значениях увеличивается стоимость изготовления и эксплуатации приспособления за счет увеличения его металлоемкости и энергопотребления, а также увеличиваются габариты приспособления, что делает его менее удобным в работе, и, кроме того, возможны повреждения поверхностей заготовки зажимными элементами и ее деформация. Заниженные значения сил зажима не обеспечат гарантированно надежного закрепления заготовки.