1) При використанні пристосування в серійному виробництві:

εуст =[ε_пр] - ; (18)

де εу - складова, що характеризує знос установчих елементів пристосування.

Величина зносу залежить від програми випуску деталей, їх конструкції і розмірів, матеріалу і маси заготовки, стану її базової поверхні, а також умов встановлення заготовки в пристосування та її зняття.

Величину зносу визначають за формулою:

або (19)

де N - кількість контактів заготовки з опорою;

β₁, β₂- постійні (таблиця 2);(6)

n = 0,4 - 0,6 (в середньому приймають 0,5)

Великі значення β₁, β₂ обирають для важких умов роботи опор по навантаженню, шляху зсуву при встановленні і знятті заготовки, часу нерухомого контакту та абразивної дії заготовки.

Складова ε_с виражає похибку установки пристосувань на столі верстата. Вона визначається точністю направляючих елементів пристосування (направляючих шпонок, установчих пальців та ін.) і точністю Т-подібних пазів столу верстата та інших елементів. Величина ε_с складає звичайно 10-12 мкм.

2)При використанні стаціонарного багатоверстатного пристосування у масовому виробництві:

εуст = ; (20)

3) При використанні пристосувань-супутників на автоматичній лінії

εуст = ; (21)

4) При використанні одномісного стаціонарного пристосування у масовому виробництві похибки εуст і εс являються систематичними та можуть бути зведені відповідною наладкою практично до нуля, тобто:

[εпр]=εи (22)

Погрішності, залежні від пристосування, розраховуються в кожному, конкретному випадку по прийнятих схемах базування, закріплення і обробки.

Отже повинна виконуватись умова

ε_б < εуст < [ε_пр] < Тd

Один з останніх етапів розрахунку пристосування на точність— розбиття допуску розмірів при його виготовленні на допуски розмірів деталей. При цьому за замикаючу ланку розмірного ланцюга приймається погрішність по прийнятому параметру εпр, що є допуском виготовлення пристосування. Після виявлення розмірного ланцюга розв'язується пряма задача, тобто визначаються розміри і допуски ланок розмірного ланцюга.

Розрахунок розмірних ланцюгів

Основні терміни, позначення і визначення розмірних ланцюгів встановлені ГОСТ 16319, а методи розрахунку ланцюгів — ГОСТ 16320. При розрахунку розмірних ланцюгів можуть розв'язуватися пряма і зворотна задачі. У першому випадку по встановлених вимогах до замикаючої ланки визначаються номінальні розміри, допуски, координати середин полів допусків і граничні відхилення всіх складових розмірний ланцюг ланок. При рішенні зворотної задачі по значеннях номінальних розмірів, допусків, координат середин їх полів, граничних відхилень складових ланок визначаються ті ж характеристики замикаючої ланки або при необхідності обчислити погрішність замикаючої ланки встановлюються поле розсіяння, координати його середини або межі відхилень замикаючої ланки на підставі аналогічних даних для складових ланок. Рішенням зворотної задачі перевіряється правильність рішення прямої задачі.

Точність замикаючої ланки розмірного ланцюга досягається методами:

повної взаємозамінності (включенням в розмірний ланцюг всіх складових ланок без вибору, підбору або зміни їх значень);

неповної взаємозамінності (включенням в розмірний ланцюг обумовленої частини ланок без вибору, підбору або зміни їх значень);

групової взаємозамінності (включенням в розмірний ланцюг складових ланок, що належать однієї з груп, на які вони заздалегідь розсортовані);

пригонки (зміною розміру компенсуючої ланки шляхом видалення з компенсатора певного шару матеріалу);

регулювання (зміною розміру компенсуючої ланки без видалення матеріалу з компенсатора).

У розмірних ланцюгах, в яких повинна бути забезпечена повна взаємозамінність, допуски розраховуються методом максимуму — мінімуму. При цьому враховуються тільки граничні відхилення ланок розмірного ланцюга і найсприятливіші їх поєднання.

Розмірні ланцюги, для яких економічно виправданий ризик можливого виходу за межі поля допуску замикаючих ланок у частини виробів, розраховуються методом вірогідності. При цьому враховується розсіяння розмірів і вірогідність різних поєднань відхилень складових ланок розмірного ланцюга.

Розмірні ланцюги наносяться на схеми пристосувань. За замикаючу ланку розмірного ланцюга в пристосуванні звичайно приймаються допуски лінійних і кутових розмірів пристосування в зборі, а також допуски співвісності, паралельності, перпендикулярності. Остання група, як правило, зв'язує по точності відносного розташування поверхні верстатного пристосування, яке контактує із заготівкою і верстатом або з інструментом і верстатом. Допуск визначається розрахунком точності виготовлення пристосування εпр по вибраному параметру.

Рішення розмірних ланцюгів для прямої задачі здійснюється в приведеній нижче послідовності.

1 Формулюється задача і визначається замикаюча ланка.

2 Виходячи з поставленої задачі, встановлюються номінальний розмір, координата середини поля допуску Т0т, допуск Т або граничні відхилення замикаючої ланки.

3 Виявляються ланки і будується схема розмірного ланцюга, складається її рівняння і визначаються передатні відносини.

4 По формулі розраховуються номінальні розміри ланок.

5 Вибирається метод досягнення необхідної точності замикаючої ланки, економічний в даних виробничих умовах, з урахуванням середнього значення допуску.

6 Розраховуються і встановлюються допуски, координати середин полів допусків і граничні відхилення:

Рішення розмірних ланцюгів для зворотної задачі здійснюється в приведеній нижче послідовності.

1 Формулюється задача.

2 Розраховується номінальне значення розміру замикаючої ланки:

Після зіставлення з необхідним значенням допуску можна переконатися, що допуски і координати середин полів допусків встановлені вірно.

В процесі проектування пристосувань розмірні ланцюги можна розраховувати також і методом регулювання. Для цього слід використовувати компенсуючи ланки з регулюванням положення, за рахунок чого забезпечується необхідна точність замикаючої ланки розмірного ланцюга пристосування.

На заготівку при обробці в пристосуванні діють сили обробки, об'ємні сили (вага заготівки, відцентрові і інерційні сили), сили випадкового і другорядного характеру, а також сили затиску і реакцій елементів пристосування. При цьому заготівка повинна знаходитися в рівновазі. Всі перераховані вище сили — величини векторні, що мають кожна свій напрям і значення. Тому бажаний силовий розрахунок пристосування шляхом рішення задач просторового характеру. Проте з метою його прискорення і спрощення можна розглядати умови рівноваги в найбільш небезпечних напрямах в одній або декількох площинах. Здійснення цього принципу дозволяє скоротити терміни проектування пристосувань і понизити їх собівартість при збереженні достатніх для практики точності силових розрахунків і якості пристосувань.

Потреба в затискних пристроях виключається у випадках, коли: 1) сили обробки вельми малі в порівнянні з вагою заготівок і силами тертя; 2) сили обробки (складки) по напряму такі, що не можуть порушити положення заготівки, обумовлене базуванням.

Виконання вимог, що пред'являються до затискних пристроїв, пов'язане з правильним визначенням значень, напряму і місць додатку сил затиску. Аналіз затисків і приводів пристосування припускає виявлення їх пристрою, принципу дії, розрахункових розмірів (плечей важелів; відстаней від місця додатку сил до опор; напрямів дії сил різання, затискних, тертя, реакцій опор; діаметрів циліндрів й штоків пневмо- і гідроприводів; кутів клинових пристроїв), а також груп, до яких відносяться дані затиски.

При визначенні потрібних сил затиску у випадках, коли сили обробки співпадають з ними по напряму, іноді необхідно враховувати пружні характеристики затискних пристроїв. У цьому плані вживані в пристосуваннях затискні пристрої підрозділяються на дві основні групи.

До першої групи відносяться пристрої, пружні віджимання яких прямо пропорційні прикладеним до них силам . Ці пристрої мають в своєму складі механізми типу що самогальмуються (гвинтові, клинові безроликові і ексцентрикові елементарні затискачі), привід їх може бути ручним і механізованим. У разі додатку до затискних елементів додаткових сил їх пружні віджимання змінюватимуться по лінійному (або близькому до нього) закону у напрямі сил, що прикладаються, і пропорційно їх зміні.

До пристроїв другої групи відносяться пневматичні, гідравлічні і пневмогідравлічні механізми прямої дії . При додатку до затискного елементу таких пристроїв (наприклад, штоку гідроциліндра) наростаючої сили переміщення штока в початковий період не буде. Шток відразу одержує велике переміщення, коли прикладена до нього сила перевищить протидіючу, створювану тиском рідини на поршень гідроциліндра (порушення контакту базових поверхонь з опорами, порушення положення і затиску заготівки). При використовуванні пристроїв цього типу з проміжними ланками без самогальмування віджимання затискного елементу в перший період протікає по лінійному закону за рахунок пружних деформацій ланок, потім, при зростанні сили до певного значення, елемент може різко переміститися.

Розрахунок сил затиску зводиться, як правіло, до рішення задач статичної рівноваги заготівки, що знаходиться в пристосуванні, під дією прикладених до неї сил і моментів.

При виборі схеми встановлення, направлення і місця прикладання зусилля затиску необхідно враховувати наступні правила:

- закріплення не повинно порушувати положення заготовки, досягнутого при встановленні;

- зусилля затиску необхідно прикладати там, де воно викликає найменші деформації оброблюваної деталі;

- місце затиску слід вибирати по можливості ближче до місця обробки.

- діючі на заготовки зусилля повинні по можливості сприйматися опорами пристосування.

2) Складаються рівняння статичної рівноваги заготовки з урахуванням коефіцієнта запасу зусилля затиску і (для сомогальмуючих затискних пристроїв) з урахуванням жорсткості елементів пристосування:

Методика розрахунку сил затиску зводиться до розв'язання одного з 3-х рівнянь:

де, ∑T – сума сил тертя, ∑MТ - сума моментів тертя, ∑Mвс - сума моментів встановлення, ∑Р - сума сил різання; ∑Mпер – сума моментів перевертання.

При складанні і розв'язанні рівнянь керуються загальновідомими правилами, законами і формулами з пройдених курсів фізики і теоретичної механіки.

3) Виходячи з рівнянь визначається зусилля затиску.

W = k · P,

Використання коефіцієнта запасу зусилля затиску (k) диктується необхідністю врахування коливання сил різання внаслідок неоднорідності обробляємих заготовок, коливання величини припуску на обробку, затуплення ріжучого інструменту, а також непостійності інших умов операції. Використання в розрахунках середнього значення k набірне. При малих значеннях k - надійність затискного пристрою недостатня. При великих значеннях k - перебільшення сили затиску веде за собою збільшення розмірів затискних пристроїв.

В залежності від конкретних умов побудови технологічної операції значення k слід вибирати диференційовано. Величину k можна представити /6, с.90/ як добуток первинних коефіцієнтів (k₀, k1, k₂,…, k₆), що відображують конкретну умову обробки і закріплення заготовки:

Коефіцієнт k₀, що представляє собою гарантований коефіцієнт запасу, для усіх випадків рекомендовано брати рівним 1,5.

Коефіцієнт k₁ враховує наявність випадкових нерівностей на чорнових заготовках, що веде за собою підвищення сил різання. При чорновій обробці k1=1,2; при чистовій і оздоблювальній k1=1,0.

Коефіцієнт k₂ враховує збільшення сил різання від прогресуючого затуплення ріжучого інструменту (k₂=1.0 - 1,9).

Коефіцієнт k3 враховує збільшення сил різання при переривчастому різанні. При переривчастому точінні (валика з канавками та ін.), торцевому фрезеруванні k3 досягає значення 1,2.

Коефіцієнт k4 характеризує затискний пристрій з точки зору постійності сил, що він розвиває. При ручному затискному пристрої сили затиску непостійні.

Встановлено що для ручних затискачів можна прийняти k₄=1,3. При наявності пневматичних, гідравлічних, пневмогідравлічних та інших затискних пристроїв прямої дії k₄=1,0. Якщо допуск на розмір заготовки впливає на силу затиску, що має місце при використанні пневмокамер, пневмоважільних систем, мембранних цангових патронів, а також інших пристроїв k₄=1,2.

Коефіцієнт k₅ характеризує зручність розташування рукояток в ручних затискних пристроях. При зручному розташуванні рукоятки і малому діапазоні кута її повороту k₅=1,0. При великому діапазоні кута її повороту рукоятки (більше 90°) k₅=1,2.

Коефіцієнт k₆ враховують тільки при наявності моментів, що намагаються повернути заготовку. Якщо заготовка встановлена базовою поверхнею на опори з обмеженою поверхнею контакту, k₆=1,0.

Якщо заготовка встановлена на планки або інші елементи з великою поверхнею контакту, коли мікронерівності на базовій поверхні заготовки, k₆ приймається в межах до 1,5. Вибираючи значення коефіцієнтів k₁ ... k₆ відповідно до умов виконання операції, можна отримати величину k для кожного конкретного випадку обробки.

5) На базі розрахункового значення затискної сили Q визначається сила W або потужність силового приводу пристосування (пневматичного, гідравлічного, пневмогідравлічного, електричного та ін.) з урахуванням передатного відношення та проміжних ланок, що передають зусилля від приводу до затискуючих елементів, а також коефіцієнта корисної дії ŋ приводу і кінематичного ланцюга пристосування

де і – передаточне відношення

У пневматичних циліндрів величина ŋ залежить від діаметра циліндра D, при D=150-200 мм - ŋ = 0,90-0,95. При менших значеннях D відносна величина витрат на тертя манжетів об стінки циліндру зростає і ŋ знижується. В середньому для пневмоциліндрів величину ŋ рекомендовано брати в межах 0,85-0,90, для пневмогідравлічних приводів - 0,80-0,85. Для практичних розрахунків ККД рейково-шестерних механізмів для кожної пари передаючих ланок при кутах зачеплення а =20° рекомендується приймати ŋ = 0,9.

6) У відповідності з необхідною силою W або потужністю силового приводу розраховують його геометричні і інші параметри; округлюють їх до найближчих більших стандартних значень. Потім обирають стандартні і нормалізовані типорозміри конструкції приводів (або елементів).

Ефективність затиску в значній мірі залежить від напряму і місця додатку сили. При виборі її напряму необхідно враховувати приведені нижче правила.

1 Сила затиску повинна бути направлена перпендикулярно до площин установчих елементів, щоб забезпечити контакт з опорами базових поверхонь і виключити при затиску зрушення заготівки.

2 При базуванні заготівки по декількох базових плоских поверхнях сила затиску повинна бути направлена до того установчого елементу, з яким заготівка має найбільшу площу контакту.

Напрями сили затиску і сили тяжіння заготівки повинні співпадати (це полегшить роботу затискного пристрою).

Напрям сили затиску по можливості повинен співпадати з напрямом сили обробки.

При виборі місця додатку сил затиску слід дотримуватися приведених нижче правил.

1 Сила затиску не повинна приводити до перекидання заготівки або її зрушення по установчих елементах. Для цього необхідно, щоб точка додатку сили затиску проектувалася:

а) на установчий елемент (якомога ближче до його центру) або в трикутник, утворений лініями, що сполучають центри трьох установчих елементів, розташованих в одній площині (якомога ближче до центру або в центрі тяжкості трикутника опор);

б) на ділянку поверхні заготівки, паралельної поверхні плоских установчих елементів, що сприймають силу затиску.

2 Дія сил затиску і реакцій опор, що викликаються ними, не повинна приводити до створення згинаючих моментів, які негативно позначаються на точності обробки нежорстких заготівок.

3 Точка додатку сили затиску повинна бути якомога ближче до місця обробки, особливо для нежорстких заготівок.

Чим повніше будуть виконані перераховані правила при виборі точки додатку сили затиску, тим вище будуть ефективність затиску і точність обробки заготівки. Розрахунки здійснюються рішенням рівнянь рівноваги відносно сил затиску.

При конструюванні спеціальних пристосувань необхідно обґрунтувати економічну доцільність його виготовлення й експлуатації.

Сучасні вимоги по забезпеченню високої і стабільної якості машин, що випускаються, підвищенню продуктивності праці і зниженню собівартості в машинобудуванні визначають необхідність підвищення рівня оснащеності технологічних процесів пристосуваннями.

Прискорення темпів технічного прогресу викликає необхідність частої заміни машин, що випускаються, новими, більш зробленими. При цьому майже все спеціальне оснащення списується, проектується і виготовляється нова. Це спричиняє за собою великий об'єм трудових і грошових витрат на виробництво пристосувань, що в свою чергу відображається на термінах технологічної підготовки виробництва і собівартості вироблюваної продукції. Більше половини всіх трудових витрат в технологічній підготовці виробництва доводиться на виготовлення пристосувань і оснащення. Тому проблема скорочення циклу і витрат на підготовку виробництва стає особливо гострою. Зменшення термінів конструювання і виготовлення пристосувань, скорочення витрат на їх виробництво, застосування систем пристосувань, що дозволяють в короткий термін перебудовувати виробництво на випуск нової продукції, сприяють рішенню цієї проблеми. В умовах серійного і дрібносерійного виробництва особливо важлива наявність гнучкої переналагоджуваної високомеханізованої системи пристосувань. Ефективними методами, що прискорюють і здешевлюють проектування і виготовлення пристосувань, є уніфікація, нормалізація і стандартизація деталей і елементів пристосувань на основі наукових досягнень і передового досвіду.

Аналіз досвіду роботи машинобудівних заводів показує, що більшість спеціальних пристосувань може бути виготовлені з нормалізованих і стандартних елементів. Пристосування про нормалізованими елементами можуть бути економічними і для дрібносерійного виробництва, а багатократне використовування нормалізованих і стандартних елементів пристосувань знижує їх собівартість і підвищує технічну оснащеність виробництва.

Під нормалізацією розуміють стандартизацію в масштабі заводу, відомства і т.д. Вищою формою нормалізації є розробка державних стандартів — ДСТУ. Проведенню робіт по нормалізації і стандартизації пристосувань передує уніфікація.

Уніфікація — це раціональне скорочення числа типів, видів і розмірів верстатних пристосувань, деталей і заготівок одного функціонального призначення при поліпшенні їх техніко-економічних і якісних характеристик.

Нормалізація і стандартизація дає економічний ефект на всіх етапах створення і використовування пристосувань:

1. На етапі проектування. Нормалізовані і стандартні деталі і складальні одиниці не конструюють наново, і, отже, немає необхідності робити на них робочі креслення. У зв'язку з цим зменшується вартість і скорочується час проектування пристосувань.

2. На етапі виготовлення. При виготовленні різноманітних пристосувань з використанням нормалізованих і стандартних деталей і складальних одиниць збільшується число однакових деталей і складальних одиниць. Тому їх можна виготовляти не одиницями, а партіями, а також в запас, користуючись яким можна скоротити термін виготовлення пристосувань.

3. На етапі експлуатації; Ряд швидкозношуваних деталей доводиться замінювати. При використовуванні нормалізованих і стандартних елементів швидшає і здешевлюється ремонт пристосувань.

Коли пристосування зношене або в ньому зникла необхідність, можливе подальше використовування ще, не зношених нормалізованих і стандартних деталей складальних одиниць при виготовленні інших пристосувань. Таким чином, нормалізація і стандартизація дає три джерела підвищення рентабельності пристосувань: зменшення вартості; здешевлення експлуатації; повторне використовування незношених елементів. Разом з цим нормалізація і стандартизація дозволяє значно скорочувати календарні терміни виготовлення пристосувань.