Зажимные механизмы и их расчет

Зажимные механизмы (ЗМ) предупреждают перемещение заготовок относительно опор СП. Силу закрепления Р₃ определяют из усло­вия равновесия силовых факторов, действую­щих на заготовку (табл. 8). При расчетах Р₃ всегда учитывают силы резания, реакции опор, силы трения (или соответствующие моменты). Дополнительно учитывают силу тяжести (при обработке массивных или не вертикально установленных заготовок), силы инерции (при обработке в быстровращающихся СП, рабо­тающих с резкими ускорениями и торможе­ниями, с реверсом). Значения коэффициентов, встречающихся в формулах, приведены в табл. 9 и 10.

Коэффициент запаса К вводят в формулы при вычислении силы Р₃ для обеспечения на­дежного закрепления заготовки:

К = К₀К₁К₂К₃К₄К₅К₆

В формуле использованы следующие коэф­фициенты.

Коэффициент гарантированного запаса К₀ = 1,5. Коэффициент К₁ учитывает увеличе­ние сил резания из-за случайных неровностей на обрабатываемых поверхностях: К₁ = 1,2 при черновой обработке и К₁ = 1 при чисто­вой обработке.

Коэффициент К₂ характеризует увеличение сил резания вследствие затупления режущего инструмента.

Коэффициент К₃ учитывает увеличение сил резания при прерывистом резании. При пре­рывистых точении и торцовом фрезеровании К₃ = 1,2.

Коэффициент К₄ характеризует постоян­ство силы закрепления в ЗМ. Для ЗМ с руч­ным приводом, а также с пневмо- и гидроцилиндрами одностороннего действия К₄ = 1,3. Если на силу закрепления влияют от­клонения размеров заготовки, что имеет место при использовании пневмокамер, пневморычажных систем, приспособлений с упругими элементами (мембранные, гидропластмассовые и др.), K₄ = 1,2. При использовании пневмо- и гидроцилиндров двойного действия, электромеханических, магнитных и вакуумных ЗМ К₄ = 1,0.

Коэффициент K₅ характеризует эргономи­ку ручных ЗМ. При неудобном расположении и угле поворота рукоятки более 90° К₅ = 1,2; при удобном расположении и малом угле по­ворота рукоятки K₅ = 1,0.

Коэффициент К₆ учитывают только при наличии моментов, стремящихся повернуть за­готовку, установленную плоской поверх­ностью на постоянные опоры. При установке заготовки на штыри К₆ = 1,0; при установке на опорные пластинки — К₆ = 1,5.

Если в результате расчета значение коэф­фициента запаса К окажется меньше 2,5, при­нимают К = 2,5.

Элементарные зажимные механизмы (ЭЗМ). Различают ЭЗМ: винтовые, эксцентриковые, рычажные, клиновые, клиноплунжерные, рычажно-шарнирные и реечные. Винтовые, экс­центриковые, клиновые и клиноплунжерные без роликов ЭЗМ являются самотормозящи­ми.

Расчет винтового ЭЗМ. При известной си­ле Р₃ вычисляют номинальный диаметр винта

,

где d — диаметр винта, мм; P_з — сила закре­пления, Н; σ_р — напряжение растяжения (сжа­тия) материала винта, МПа.

Вычисленный диаметр округляют до бли­жайшего большего значения (табл. 11).

Исходя из условий закрепления заготовки, выбирают конец нажимного винта (торец гай­ки), вычисляют КПД (η) механизма и крутя­щий момент М_кр, который нужно приложить к винту для надежного закрепления заготовки (табл. 12). Если η<0,4, винтовой ЭЗМ на­дежен против самоотвинчивания; в противном случае для винта следует выбрать резьбу с мелким шагом. По моменту М_кр выбирают форму рукоятки с учетом требований эргоно­мики.

Для винтов М8—М12 применяют головки: с накаткой по ГОСТ 14731-69 (М_кр = 0,19 ÷ 0,24 кН·мм) и звездообразные по ГОСТ 12463-67 (М_кр = 2÷3 кН·мм). Ру­коятки со стержнем по ГОСТ 13430—68 — ГОСТ 13432-68 и ГОСТ 13447-68 с винтами М8 — М12 применяют при М_кр = 8,8÷26,5 кН·мм, а с винтами М16—М42 — при М_кр= 18 ÷ 53 кН·мм.

Если М_кр > М_кр.пр, применяют стандарти­зованные нажимные винты с шестигранными головками или углублением под ключ, а также шестигранные гайки.

Расчет ЭЗМ с круглыми стандартными эксцентриковыми кулачками (рис. 14). Если угол поворота эксцентрикового кулачка не ограничен (γ≤130°),  то  ход  кулачка h = 0,5(∆_гар+∆h+∆+Р_з/I).

Если угол поворота ограничен (γ≤60°), то ход кулачка

h = (∆_гар+∆+Р_з/I)/(1-cosγ),

где ∆_гар — гарантированный зазор при уста­новке заготовки; ∆_гар = 0,2 ÷ 0,4 мм; ∆h - за­пас хода, учитывающий погрешности изгото­вления, и износ кулачка; ∆h = 0,4÷0,6 мм; ∆ — отклонение размера заготовки (берут по чертежу), мм; I = 10³ ÷ 2·10³ Н/мм - жест­кость эксцентрикового ЭЗМ; Р_з — сила закрепления заготовки, Н.

При выборе кулачка (табл. 13) значения h и Р_з округляют до ближайших больших в со­ответствии с ГОСТ 9061-68.

Расчет клиновых и клиноплунжерных ЭЗМ. Ход плунжера (кулачка)

S(Р_з) = ∆_гар + ∆ + Р_з/I + ∆S(Р_з),

где ∆_гар = 0,2 ÷ 0,4 мм - гарантированный за­зор для свободной установки заготовки; ∆ - отклонение размера заготовки, мм (берут по чертежу); Р_з — известная сила закрепления заготовки, Н; I = 1000 ÷ 3500 Н/мм - жесткость механизма; ∆S(Р_з) = 0,2 ÷ 0,4 мм — за­пас хода плунжера (кулачка), учитывающий из­нос и погрешности изготовления механизма. Сила на приводе Q = Р_з/I_c;

ход привода

S(Q) = S(Р_з)i_п,

где i_c и i_п — соответственно передаточные от­ношения сил и перемещений.

Передаточные отношения сил i_с зависят от угла а клина и схемы механизма; переда­точные отношения i_п перемещений зависят только от угла а.

В табл. 14 приведены значения i_c и i_п для некоторых клиноплунжерных (КП) и клино­вых (К) механизмов (рис. 15).

Расчет рычажных ЭЗМ. Рычажные ЭЗМ применяют в сочетании с другими ЗМ или в качестве механизмов - усилителей пневма­тических зажимов.

1. Выбирают схему рычажного ЭЗМ (табл. 15).

2. Ход S рычажного ЭЗМ определяют по той же формуле, что и ход клиновых и клино­плунжерных ЭЗМ. В этой формуле жесткость рычажного ЭЗМ I = 1500 ÷ 2500 Н/мм.

3. Вычисляют R, Q и S(R) (табл. 15) и вы­бирают соответствующее сочетание рычажно­го и других ЗМ.

4. Диаметр d опоры и ширина В рычага связаны соотношением В = d ≥ 0,23, где В — в миллиметрах, R — в ньютонах.

Рычажно-шарнирные механизмы исполь­зуют как быстродействующие немеханизиро­ванные ЗМ или как усилители в механизиро­ванных приводах (табл. 16).

Реечные ЗМ можно расположить на боль­шом расстоянии от места установки заготов­ки. В реечных ЗМ по ГОСТ 13163-67 сила на­тяжения рейки составляет 600—730 Н при силе на рукоятке 160 Н.