Содержание материала

§ 24. РАСЧЕТ ПОТРЕБНЫХ УСИЛИЙ ЗАЖИМА ОБРАБАТЫВАЕМОГО ИЗДЕЛИЯ
Целью данного расчета является установление величины зажимного усилия, обеспечивающей надежное удержание обрабатываемого изделия от смещений, возникающих под действием сил резания. 
2 В ручных приспособлениях среднее усилие человека в расчетах принимается равным 180-200 Н.

Зажимное усилие не должно быть чрезмерно завышенным. В противном случае увеличиваются габариты и масса пневматических (или других) двигателей, излишне расходуется сжатый воздух, а также увеличиваются деформации обрабатываемого изделия, что отрицательно сказывается на точности обработки.
Величины потребных сил зажима обрабатываемого предмета можно определять, решая задачу статики на равновесие твердого тела под действием всех приложенных к нему сил (сил резания и веса заготовки, реактивных сил и сил трения) и их моментов. На практике потребные силы зажима определяют обычно приближенно, на основе анализа взаимодействия сил резания и зажима и их моментов, с учетом следующих условий:

  1. Расчет ведут исходя из наиболее неблагоприятной ситуации резания. В одних случаях это момент врезания режущего инструмента, в других — установившийся процесс резания.
  2. Разгружающего силовые механизмы действия сил резания, а также веса обрабатываемого изделия, как правило, не учитывают (за исключением тяжелых изделий).
  3. Считают, что неизменное положение изделия при обработке обеспечивается трением на поверхностях, воспринимающих усилия зажима. Такие детали и устройства приспособлений, как установочные пальцы, делительные фиксаторы, полагают разгруженными от действия сил резания и веса обрабатываемого изделия.

Значения действующих на обрабатываемый предмет сил резания определяют расчетом или берут из нормативов (см. § 7), а затем для большей надежности их увеличивают на коэффициент запаса Κ1 = 1,5 ...1,8 (меньшее значение для чистовой обработки, большее —для черновой).
В общем случае при расчетах потребных сил зажима исходят из необходимости выполнения одного из следующих условий:
(9) (10)
где Рс — суммарное усилие, которое может вызвать сдвиг обрабатываемого изделия по поверхности, воспринимающей усилие зажима; Ме — суммарный момент, который может повернуть обрабатываемое изделие по поверхности, воспринимающей усилие зажима; Fтp (Мтр) — сила (момент) статического трения, возникающая на поверхностях, воспринимающих усилие зажима, и противодействующая сдвигу (повороту) обрабатываемого изделия; Q — суммарная сила зажима; Q' — суммарная сила, действующая в направлении усилия Q (разгружающая или нагружающая силовой механизм); f — коэффициент статического трения (коэффициент сцепления)1; RF — плечо действия силы Fтp, м. (Силы — Н, их моменты — Н-м.)

1  Средние значения коэффициента трения можно принимать следующими: при контакте обработанных поверхностей заготовки с опорными пластинами и штырями с плоской головкой f=0,1 ... 0,15; при контакте необработанных поверхностей с штырями со сферической головкой f=0,2 ... 0,3; при контакте с закаленными рифлеными элементами (штыри с насеченной головкой, губки кулачков и т. π.) f^0,7 в зависимости от рисунка и глубины насечки.

Из условий (9) и (10) потребная суммарная сила зажима заготовки
(11)
или
(12)
При использовании зажимного устройства, приводимого в действие мускульной силой рабочего, происходит значительное рассеивание величин зажимного усилия. Поэтому найденное из условий (11) или (12) значение Q следует увеличить дополнительно на коэффициент запаса К2=1,3...1,5 (меньшее значение — при удобном положении рукоятки зажима и малом угле ее отклонения, большее — при угле отклонения рукоятки свыше 90°). При установке заготовки на опорные детали больших размеров может отмечаться рассеивание величин Мтр вследствие нестабильности расположения точек контакта заготовки и приспособления. В этом случае значение Q корректируют с помощью коэффициента Кз=1,5.

Пример. Определим потребное усилие зажима и необходимый диаметр пневмоцилиндров устройств для крепления рамы челюстной трехосной тележки локомотива на специальном фрезерном станке при чистовом фрезеровании боковых поверхностей буксовых проемов.
Исходные данные для расчета примем следующие: схема базирования, закрепления и обработки рамы — по рис. 72; зажим осуществляется 12 пневматическими цилиндрами двустороннего действия через механизмы с односкосым клином1 при ί = 2,37, ηΜ =0,64, ηц =0,85; вес рамы G≈30 кН; тангенциальная составляющая силы резания Pz = 8,5 кН.
Расчет ведем с учетом следующих допущений:

  1. Тангенциальную составляющую силы резания, оказывающую на силовые механизмы разгружающее действие, в расчет не принимаем.
  2. Силу веса рамы, также оказывающую на силовые механизмы разгружающее действие, вследствие ее значительной величины при расчете учитываем.

 3.  Разгружающее зажимные механизмы действие двух базирующих пневматических стоек 4 не учитываем; шаровой фиксатор 3 полагаем разгруженным от действия сил резания.

1  По типу механизма, показанного на рис. 59.


Рис. 72. Схема обработки рамы тележки на специальном фрезерном станке:
1 — рама тележки; 2 — фреза; 3 — шаровой фиксатор; 4 — разжимная пневматическая стойка

  1.  Считаем, что неизменное положение рамы при фрезеровании полностью обеспечивается трением на установочной базе (торцы каблучков), а также в местах контакта рамы с зажимающими элементами.

Наиболее неблагоприятную комбинацию сдвигающих сил устанавливаем из анализа двух ситуаций: а) неравномерное врезание фрез в начальный момент обработки и б) установившийся процесс резания.
В момент врезания инструмента худшим является тот случай, когда три фрезы, обрабатывающие челюсти одной боковины, вступили в работу, а три фрезы, обрабатывающие противоположные поверхности, еще не работают (рис. 73, а). При этом суммарная сдвигающая сила

Рис. 73. Схемы действия сил резания на раму тележки (вид в плане):
а — врезание фрез; б — установившийся процесс резания
В установившемся процессе резания (работают все шесть фрез) силы Ρν взаимно уравновешиваются (рис. 73,б). Суммарная сдвигающая сила Рс=6Рх = 2,4Р2.