Расчёт сил закрепления заготовок
Методика расчёта сил зажима
В процессе обработки на заготовку со стороны режущего инструмента действуют силы резания, стремящиеся сдвинуть её с установочных элементов. Для того, чтобы этого не произошло заготовку необходимо закрепить.
Рассмотрим основные случаи воздействия на заготовку сил резания и сил зажима.
1. Сила зажима Q и сила резания Р действуют в одном направлении и прижимают заготовку к установочным элементам приспособления (см.рис.а). Если сила Р не вызывает сдвигающих сил, то Q=0. Это идеальный случай. На практике всегда возникает какая-либо сдвигающая, опрокидывающая или проворачивающая сила.
2. Действия сил резания и сил зажима противоположны по направлению (см.рис.б). В этом случае величина силы зажима определится из равенства Q = Р. Величину сил резания находят по формулам теории резания, исходя из конкретных условий обработки. Чтобы обеспечить надёжность зажима, силы резания увеличивают на коэффициент запаса k. Этот коэффициент учитывает изменение условий в процессе обработки, прогрессирующее затупление инструмента и связанное с ним увеличение сил резания, неоднородность обрабатываемого материала и т.п.
3. Заготовка базируется на установочных элементах
и прижимается к ним силой Q, а сила резания Р действует перпендикулярно к ней (рис. в), то есть стремится сдвинуть заготовку с
установочных элементов. Силу резания уравновешивает сила трения Fтp, создаваемая силой Q. По закону Амонтона-Кулона, сила трения прямо пропорциональна силе нормального давления
где
f - коэффициенты трения между трущимися поверхностями.
Поскольку сила трения возникает при закреплении в двух местах (между заготовкой и зажимом, и между заготовкой и установочными элементами) результирующая сила трения будет равна
где f1 - коэффициент трения между заготовкой и зажимом;
f2 - коэффициент трения между заготовкой и установочными элементами.
Учитывая коэффициент запаса k и условие равенства сил получим:
Коэффициент запаса сил зажима.
Коэффициент k может быть представлен как произведение первичных коэффициентов:
где
ko — гарантированный коэффициент запаса — рекомендуется принимать для всех случаев равным 1,5;
k1 - коэффициент, учитывающий наличие случайных неровностей на поверхности заготовки, вызывающих увеличение сил резания. При черновой обработке k1=1,2; при чистовой и отделочной обработке k1=1.
k2 — коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при затуплении инструмента. Его значения выбираются по таблице 1.
k3 — коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при прерывистом резании. При точении с ударами и торцовом фрезеровании он достигает значения 1,2. При обработке без ударов k3=1,0.
k4 — коэффициент, учитывающий постоянство развиваемых сил зажима. Для ручных зажимных устройств k4=1,3; для механических устройств прямого действия (пневматических, гидравлических и т.п.) k4=1,0. Если величина допуска на размер заготовки влияет на силу закрепления, что имеет место при использовании пневмокамер, мембранных патронов и т.п., k4=1,2.
k5 — коэффициент, учитывающий удобство расположения рукояток в ручных зажимных устройствах. При удобном расположении и малом диапазоне угла её поворота k5=1,0, при большом диапазоне (более 90°) k5=1,2.
k6 — коэффициент, учитывающий наличие моментов, стремящихся повернуть заготовку. Если заготовка установлена базовой плоскостью на опоры с ограниченной поверхностью контакта, k6=1,0. Если на планки или другие элементы с большой поверхностью контакта, k6=1,5.
Таблица 1
Значения коэффициента k2
| Метод обработки | Силовые компоненты резания | Коэффициент k2 | Материал обрабатываемой заготовки |
| Сверление | Mкр | 0,15 | Чугун |
| P0 | 1,0 | ||
| Зенкерование | Мкр | 1,3 | Чугун |
| P0 | 1,2 | ||
| Предварительное точение (значения в скобках — для чистовой обработки) | Рz | 1,0 | Сталь |
| 1,0 | Чугун | ||
| Рy | 1,4(1,1) | Сталь | |
| 1,2(1,4) | Чугун | ||
| Рx | 1,6(1,0) | Сталь | |
| 1,25(1,3) | Чугун | ||
| Цилиндрическое и торцовое фрезерование | Рz | 1,7 | Сталь |
| 1,3 | Чугун | ||
| Шлифование | Рz | 1,20 | — |
| Протягивание | Рz | 1,5 | — |