Характеристика зажимных устройств

Основное назначение зажимного устройства — обеспечить на­дежный контакт заготовки с установочными элементами и пре­дотвратить в процессе обработки ее смещение под действием сил.

В процессе обработки заготовка подвергается воздействию следующих сил: резания, объемных (сила тяжести заготовки, центробежные и инерционные силы) и второстепенных (силы трения).

Основные требования, предъявляемые к зажимным устрой­ствам:

простота, надежность, жесткость и износостойкость;

постоянная сила закрепления и минимальное время закреп­ления-открепления заготовки;

отсутствие деформации заготовки и ее смещения в процессе закрепления.

При расчете силы закрепления необходимо знать значения, направления и точки приложения возмущающих сил, которые могут сместить заготовку, а также схемы установки и закрепле­ния заготовки в приспособлении. Этот расчет является решени­ем задачи статики, когда сила закрепления должна уравновеши­вать заготовку при действии различных внешних сил.

В ходе расчета нужно принимать во внимание упругую ха­рактеристику механизма закрепления. Зажимные устройства, при­меняемые в приспособлениях, подразделяют на два типа:

1) самотормозящие — винтовые, клиновые, эксцентриковые и другие механизмы, обеспечивающие жесткое замыкание неза­висимо от вида привода. Упругие отжатия элементов таких уст­ройств прямо пропорциональны приложенной силе;

2) автоматизированные — пневматические, гидравлические и пневмогидравлические механизмы прямого действия без про­межуточных элементов. Если к зажимному элементу этих уст­ройств (например, к штоку) приложить возрастающую силу, то перемещение элемента (штока) не произойдет до тех пор, пока значение этой силы не превысит определенный уровень, после чего шток сразу переместится на значительную величину.

Рассмотрим заготовку, установленную в приспособлении (рис. 2.16, а). При этом мы можем констатировать, что сила за­крепления Q распределяется между всеми основными его эле­ментами: опорами 1, самой заготовкой 2, зажимным устройством 3 и корпусом 4 приспособления. Тогда корпус является тем эле­ментом, на котором замыкаются все действующие силы.

Если сила резания Р направлена противоположно силе за­крепления Q, то зависимость смещения заготовки у от силы Р будет определяться упругой характеристикой зажимного устрой­ства. На рис. 2.16, б прямые 1 и 2 характеризуют упругое сме­щение заготовки при использовании зажимных устройств соот­ветственно первого и второго типов, полагая, что все другие эле­менты рассматриваемой системы (за исключением заготовки) являются абсолютно жесткими. Однако в действительности уста­новочные элементы не являются абсолютно жесткими, поэтому под действием сил резания упругие смещения перераспределя­ются и имеют вид, представленный на рис. 2.16, в. Величина   здесь характеризует полное восстановление предварительно де­формированных звеньев системы, связанных с установочными элементами. Дальнейшее увеличение силы Р приведет к отрыву заготовки от установочных элементов. Сравнивая характеристи­ки 1 и 2, можно констатировать, что момент отрыва произойдет раньше у зажимных устройств второго типа (кривая 2).

Рис. 2.16. Влияние упругих деформаций элементов приспособления на силу закрепления

Сила , характеризуемая отрезком , соответствует моменту отрыва заготовки от опор приспособления с зажимными уст­ройствами первого типа. Для ее нахождения можно воспользо­ваться рис. 2.16, г, где по оси абсцисс отложены силы, а по оси ординат — перемещения заготовки. Прямая I выражает зависи­мость этих величин для системы зажимных элементов, а прямая II — для системы установочных элементов. Тангенсы уг­лов  и  равны соответственно и , где , — соот­ветственно жесткость системы зажимных и установочных эле­ментов. Состояние системы при действии на нее силы Q пред­ставлено вертикальной линией сс. Установочные элементы при этом деформируются на величину = . Под воздействием силы  (состояние системы характеризует линия ) происхо­дит перемещение заготовки на величину , т. е. до полного уп­ругого восстановления установочных элементов. На столько же увеличивается упругая деформация зажимного элемента. Из рис. 2.16, г следует, что  = Q + = Q (1 + ).

При наличии зажимного устройства второго типа сила Р₂ (см. рис. 2.16, в), при которой происходит отрыв заготовки от опор приспособления, равна силе зажима Q, что показано отрезком . Отношение сил

Из равенства следует, что отрыв заготовки от опор при наличии зажимных элементов первого типа наступает при больших зна­чениях сил резания, чем при использовании зажимных элемен­тов второго типа.

Расчет сил закрепления предполагает наличие данных о жест­кости установочных и зажимных устройств, о коэффициентах трения  и запаса приспособления k.

Жесткость системы установочных и зажимных элементов оп­ределяют по формулам

где — жесткость стыка заготовки с опорами приспособле­ния; ,..., , ,..., — жесткости стыков элементов при­способления, через которые передается сила закрепления Q; — жесткость стыка заготовка — зажимной элемент механизма за­крепления.

Поскольку теоретический расчет по этим зависимостям за­труднен, можно рекомендовать приближенные соотношения:

 Меньшие значения в этих соотношениях соответствуют бо­лее жестким системам. В общем случае , а отношение    

 Если значения и неизвестны, то с доста­точной точностью можно принять

Значение коэффициента трения  зависит от состояния по­верхности заготовок и вида опор. Для обработанных заготовок можно принимать  = 0,16. Для необработанных поверхностей значение  изменяется от 0,18 до 0,3, поэтому на практике можно рекомендовать = 0, 2...0, 25. Для рифленых опор коэффициент может достигать 0,7. Для чугунных и стальных заготовок зависи­мость между коэффициентом трения и силой N имеет вид

где N —   сила, действующая на 1 см² установочного элемента нормально к поверхности.

Коэффициент запаса k следует определять, принимая во вни­мание различные факторы процесса обработки (условия выпол­нения операций, способ закрепления заготовки и др.). На прак­тике его значение вычисляют по формуле

где k ₀ — гарантированный коэффициент запаса, k ₀ = 1,5. Фак­торы, учитываемые остальными коэффициентами, а также их значения приведены в табл. 2.2.                                                 

Таблица 2.2