Силы, действующие на заготовку

Силы, действующие на заготовку в ходе технологической операции, разделяют на смещающие и удерживающие (рис. 7.6). Смещающие силы стремятся изменить положение заготовки, достигнутое при базировании. Удерживающиесилы способствуют сохранению положения заготовки, достигнутого при базировании.

Одна и та же по физической природе сила может быть либо смещающей, либо удерживающей. Например, сила тяжести заготовки и сила резания, будучи направленными на опоры, воспроизводящие схему базирования, способствуют непосредственно или посредством сил трения удерживанию заготовки и должны быть отнесены к категории удерживающих сил. Те же силы резания и силы тяжести, направленные не на опоры, стремятся сместить заготовку и потому должны быть отнесены к категории смещающих сил.

Отсюда следует, что отнести действующую силу к той или иной категории правильно производить после выбора конструкций и размеров опор и их расстановки их на приспособлении.

Инерционные силы (центробежные и возникающие при торможениях-ускорениях) всегда являются смещающими силами. Инерционные силы учитывают при проектировании приспособлений для технологических операций, где возможныреверсирования движения заготовки, вращение заготовки с центром массы, смещённым относительно оси вращения.

Появление случайных смещающих сил возможно из-за неосторожного касание заготовки станочником, из-за вибраций, возникших вне станка, по другим причинам. Для исключения смещений заготовки от случайных сил заготовку стараются закреплять даже при отсутствии очевидных смещающих сил, например, при электроискровой обработке, при размерной электрохимической обработке и в других случаях

В качестве специально создаваемых удерживающих сил выступают силы закрепления Wи силы тренияF_тр.

Оценка смещающих сил

Численные значения смещающих сил и моментов сил вычисляют по формулам, известным из дисциплин «Физика», «Теоретическая механика» «Резание металлов» «Электрофизические и электрофизические технологические процессы». При этом в расчёт закладывают наиболее тяжёлые вероятные условия обработки на данной технологической операции.

Сила инерции

F_ин = m∙a (7.3)

Центробежная сила

(7.4)

Сила тяжести

(7.5)

Определение направлений и точек приложения смещающих сил требует более подробного рассмотрения.

Точка приложения силы тяжести и инерционных сил находится в центре тяжести заготовки. Формулы для вычисления центра тяжести заготовок простой геометрической формы (куб, параллелепипед, призма, конус, цилиндр) известны из курса начальной физики, изучаемого в школе. Если заготовка представляет собой тело сложной формы, его условно разбивают на простые геометрические фигуры, и, задавшись декартовой системой координат, вычисляют координаты центров тяжести составляющих фигур. Затем координаты общего центра тяжести вычисляют по формулам:

(7.6∙)

где - суммарный объём заготовки; v_i, - объём i -той составляющей фигуры; x_i, y_i, z_i – координаты центра тяжести i -той фигуры.

Вектор силы тяжести направлен вертикально вниз. Векторы инерционных силнаправлены противоположно векторам ускорений, послуживших причиной возникновения инерционных сил. Направления сил резания определяются направлениями рабочих движений при выполнении данной технологической операции.

В процессе выполнения технологической операции смещающие силы могу изменять своё положение и точки приложения.

При анализе опасности смещающих сил нужно спрогнозироватьрезультатих

действия (сдвиг, поворот, опрокидывание заготовки, отрыв от опор), и каким образом можно предотвратить эти последствия.

Например, при точении цилиндра силы P_x и P_z стремятся провернуть заготовку в кулачках патрона и протащить её между ними вдоль оси вращения (рис. 7.7, а). Противодействовать этому могут силы трения в контактах заготовки с кулачками. Сила P_y создаёт опрокидывающий момент относительно точки О с плечом l и стремится вырвать заготовку, раздвигая кулачки. Это действие можно предотвратить силами прижима кулачков к заготовке.

Режущий инструмент изменяет своё расположение относительно заготовки в процессе резания. Нужно оценить опасность действия силы резания или её составляющих при разных положениях инструмента. Расчёт силы закрепления должен производиться для наиболее опасного положения инструмента. Например, в положении I сила P_y создаёт наибольший опрокидывающий момент М= P_y ∙ l. При точении с постоянной глубиной резания силы P_x и P_z постоянны, и их действие не зависит от положения резца вдоль оси заготовки.

При точении с неравномерным припуском наиболее опасным является положение резца II (рис.7.7, б), поскольку здесь силы P_x и P_z принимают наибольшие значения из-за большой глубины резания.

При фрезеровании положение зубьев вращающейся фрезы относительно заготовки непрерывно меняется (рис. 7.7, в). Поэтому при расчёте сил закрепления условились считать, что сила резания (и её составляющие) действуют в точке А, в середине дуги mn контакта фрезы с заготовкой.

На показанном примере заготовка имеет неравномерный припуск и изменяющуюся ширину В_фр. Визуальным анализом невозможно определить, какое из положений I или II (или ещё третье) наиболее опасно. В этих и подобных случаях рекомендуется произвести расчёт сил резания для обоих сравниваемых положений и по результатам расчётов выбрать наиболее опасное положение.