3.4 Разработка компоновки главного вида приспособления
Компоновка приспособления выполняется на основе имеющейся принципиальной схемы и отличается от неё большей детализацией. На компоновке появляются вспомогательные элементы конструкции (кондукторные втулки, установы, копиры, фиксаторы и др.), определяются очертания корпуса, отражается конструкция основных деталей приспособления.
Компоновка является предварительным упрощенным вариантом главной проекции сборочного чертежа приспособления. Основная цель её разработки – подобрать элементы конструкции приспособления в соответствии с принципиальной схемой и связать их в цельный механизм.
При разработке компоновки рекомендуется вначале изобразить заготовку в рабочем положении в одной из проекций, а затем все остальные элементы конструкции в следующей последовательности: установочные элементы, зажимные механизмы, силовые приводы, детали для направления режущего инструмента, вспомогательные элементы для каждой проекции. После чего нужно определить очертания и размеры корпуса приспособления, который объединяет все перечисленные элементы.
В примере 5 приведен пример компоновки главной проекции приспособления по шагам.
Пример 5 – Компоновка приспособления по шагам.
Шаг 1. Изображение главной проекций обрабатываемой детали (см. рисунок 12) в соответствии с операционным эскизом.
Рисунок 12 – Главная проекция обрабатываемой детали
Шаг 2. Изображение установочных элементов (см. рисунок 13).
В качестве опорных элементов в спроектированном приспособлении применяются:
специальная опора, в отверстии которой базируется заготовка по цилиндрической поверхности Ø90 f9;
стандартный установочный срезанный палец по ГОСТ 12210-66.
Конструкция специальной опоры (см. рисунок 14) для точной установки на корпусе приспособления предусматривает два отверстия под штифты Ø6 мм., 2 резьбовых отверстии М6, ступенчатое отверстие для установки срезанного пальца.
Рисунок 13 – Деталь установлена на установочный элемент (специальная опора, см. рисунок 15) и срезанный палец ( см. рисунок 14)
Рисунок 14 – Эскиз установочного срезанного пальца
Обозначение пальца по ГОСТ: Палец 7030-0925 10f9 ГОСТ 12210-66
Рисунок 15 – Эскиз специальной опоры
Установочный палец устанавливается на специальную опору.
Эскиз специальной опоры в сборе с установочным срезанным пальцем представлен на рисунке 16.
Рисунок 16 – Эскиз опоры в сборе
Шаг 3. Изображение зажимного механизма.
Деталь зажимается в проектируемом приспособлении при помощи прихвата.
Рисунок 17 – Зажим детали прихватом
Шаг 4. Изображение силового привода – гидроцилиндра двойного действия
Рисунок 18 – Зажим детали прихватом при помощи гидроцилиндра
Рисунок 19 – Компоновка главного вида приспособления
3.5 Расчет требуемой силы зажима заготовки
3.5.1 Вывод формулы для расчета усилия зажима заготовки
При механической обработке резанием на заготовку действуют силы резания, силы тяжести заготовки, центробежные и инерционные силы. Эти силы могут привести к смещению заготовки в приспособлении в процессе обработки. Поэтому, при разработке конструкции приспособления, особое внимание уделяется расчету требуемой силы закрепления. Сила закрепления должна обеспечить неизменное положение заготовки относительно установочных элементов приспособления, предотвратить её сдвиг или поворот под действием сил резания, то есть обеспечить надежное закрепление в течение всего времени обработки.
Для того чтобы предотвратить перемещение заготовки под воздействием сил резания, к ней необходимо приложить силу закрепления W, величина которой позволяет противодействовать силам резания напрямую или через силы трения. Такая сила называется требуемой силой закрепления заготовки в приспособлении. Она гарантирует неизменность положения заготовки, достигнутого при её базировании, в процессе обработки.
В процессе обработки действительные значения силы резания могут существенно отличаться от расчетных и справочных значений. Причиной этого являются различные
случайные и систематические факторы, действующие в процессе резания. Например, непостоянство механических свойств материала, неравномерность наклепа и припуска по обрабатываемым поверхностям, износ режущего инструмента и т. д. Кроме того, при принятой схеме расчета сил зажима, возможны различные состояния контакта (смятие поверхностей, наличие смазки, различная шероховатость) между опорными поверхностями приспособления и заготовкой, заготовкой и зажимом. Все эти изменения сил резания и состояний контакта расчетным путем учесть невозможно. Поэтому в практических расчетах величину силы резания, найденную расчетным путем, искусственно увеличивают, умножая на коэффициент запаса закрепления k.
Необходимую величину силы закрепления определяют путем решения задачи статики, рассматривая равновесие заготовки под действием приложенных к ней сил и моментов. Для этого необходимо составить расчетную схему.
Расчетная схема должна содержать:
– схему установки заготовки;
– силы и моменты резания, действующие на заготовку;
– силы закрепления заготовки;
– реакции установочных и зажимных элементов;
– силы и моменты трения в местах контакта заготовки с установочными и зажимными элементами.
Расчетную схему следует составлять для наиболее неблагоприятного положения режущего инструмента на обрабатываемой поверхности, когда силы и моменты, стремящиеся изменить положение заготовки в приспособлении, максимальны. По расчетной схеме устанавливают направление возможного перемещения или поворота заготовки под действием сил и моментов резания, определяют величину проекций всех сил на направление перемещения и составляют уравнения равновесия для сил и моментов.
Решив полученные уравнения, находят формулы для расчета силы закрепления W.
Для большинства схем установки имеются расчетные формулы для определения требуемой силы закрепления, которые можно найти в справочной литературе.
Пример 6 – Вывод формулы для расчета требуемой силы зажима заготовки
Схема сил, действующих на заготовку, приведена на рисунке 20.
Рисунок 20 – Схема сил, действующих на заготовку
Сила резания Pz и сила зажима заготовки W действуют на заготовку во взаимно перпендикулярных направлениях. Силе резания противодействуют силы трения F1 и F2.
Уравнение равновесия под действием указанных сил:
К*Pz = F1+F2;
F1 = W*f1;
F2 = W*f2;
К*Pz = W*f1 + W*f2,
где f1– коэффициент трения в контакте зажимного устройства и заготовкой;
f2 – коэффициент трения в месте контакта заготовки и опоры;
К – коэффициент запаса.
К*Pz = W*f1 + W*f2;
К*Pz = W(f1 + f2)
W = К*Pz/ f1 + f2