2.2.3. Определение усилия зажима заготовки при фрезеровании

Определение величин и направлений сил, действующих на обрабатываемую заготовку при работе на фрезерных станках, зависит от вида фрезерования и представляет определенную сложность. Поэтому их определяют упрощенными способами с использованием поправочных коэффициентов. Рассмотрим два типовых расчета.

а) Фрезерование торцовой фрезой (рисунок 15). При этом на заготовку действуют следующие силы. Окружная

(38)

где С_p — коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал; t — глубина резания, мм; s_z - подача на один зуб фрезы, мм; z - число зубьев фрезы; В - ширина фрезерования, мм; D - диаметр фрезы, мм; n - число оборотов фрезы в минуту; k_M - коэффициент, зависящий от качества обрабатываемого материала; x_p, y_p, u_p, q_p,ω_p - показатели степени.

Рисунок 15 – Схема сил, действующих при работе торцовой фрезой

Радиальное усилие Р_y = (0,2 — 0,4)P. Усилие подачи Р_s = (0,3 — 0,4)P. Вертикальное усилие Р_v= (0,85 — 0,95)P_z. Значения Р_s и P_v даны для симметричного резания.

Заготовка базируется по трем плоскостям - установочной, направляющей, опорной и прижимается двумя прихватами к направляющей плоскости А, параллельной направлению подачи.

Для упрощения расчета при определении необходимой силы зажима исходят из предположения, что на заготовку действует только сила подачи P_s (разгружающее действие упора не учитывается). При этом условии зажимы, действуя нормально к поверхности детали, должны создать силу трения P, превосходящую усилие подачи P_s:

Р= Wf>P_s. (39)

Обычно необходимая сила зажима определяется из соотношения

, кгс (40)

где W -общая сила зажима; k - коэффициент надежности; f - коэффициент сцепления.

б) Фрезерование цилиндрической фрезой. Силы, возникающие в процессе фрезерования цилиндрической фрезой, показаны на рисунке 16. Как видно из схемы, равнодействующая R в начале обработки создает момент RL, который стремится повернуть фрезеруемую деталь вокруг точки опоры О. Этому противостоят моменты сил трения Р₁ и Р₂, создаваемые зажимами приспособлений.

Рисунок 16 Схема сил, действующих при работе цилиндрической фрезой

Для их определения составим уравнение моментов сил, действующих относительно точки опоры:

PL — P₁L₁ — P₂L₂ = 0. (41)

При применении механизированных зажимов силы Р₁ и Р₂ всегда равны. Тогда при P₁ = Р₂ =Р получим

RL - P(L₁ + L₂) =0.

Откуда

(42)

Сила зажима детали одним прихватом

, кгс (43)

При расчетных усилиях зажима следует с возможно большей точностью выбирать коэффициенты трения сцепления f и запаса k, так как в зависимости от конкретных условий они могут колебаться в широких пределах, что приводит к существенному изменению рассчитываемых зажимных сил. Величина коэффициента трения f колеблется в пределах 0,1 — 0,8 и зависит от материала обрабатываемой детали, шероховатости контактирующих поверхностей, степени их замасленности и т. д.

Для расчетов можно принимать следующие значения коэффициентов трения. При установке детали обработанной поверхностью на пластины опорные f = 0,16. При установке черновыми поверхностями на постоянные опоры со сферической головкой f = 0,18 — 0,3. При установке на рифленые (насеченные) установочные элементы f ≥ 0,7.

2.3 Прочностной расчет ответственных деталей приспособления

Расчет прочности наиболее ответственных и нагруженных деталей ведется по правилам, известным из курса учебной дисциплины «Техническая механика».

Все выполненные расчеты иллюстрируются соответствующими эпюрами.

П ример прочностных расчетов резьбового штифта

Рисунок 17 - Эскиз приспособления

Резьбовые соединения работают с предварительной затяжкой. В результате затяжки в поперечном сечении данного откидного болта возникают продольная си­ла и крутящий момент. Таким образом, стержень откидного болта испытывает растяжение и кручение, а резьба болта - срез и смятие. Расчет стержня резьбового штифта на растяжение производится по формуле:

, (44)

где К_зат- коэффициент затяжки.

К - коэффициент переменной нагрузки.

F_з - допускаемая сила затяжки, Н

_р - допускаемое напряжение на растяжение материала резьбового штифта, МПа

d_р -расчетный диаметр резьбового штифта, рассчитывается по формуле:

d_p = d-0,9Р,мм (45)

где d- номинальный диаметр резьбового штифта, мм.

Р -шаг резьбы, в мм.

По формуле (45) рассчитывается расчетный диаметр резьбового штифта:

dр = В- 0,91,25= 6,87мм.

По формуле (44) рассчитывается напряжение растяжения в данной резь­бовой паре:

_р=4 -1,3 • 2,7-1100/3,14 -6,87 = 97 МПа.

Допускаемое напряжение при растяжении материала резьбового штифта принимается равным 98 МПа.

_р

97МПа<98МПа

Напряжение, рассчитанное по формуле (44) меньше допустимого на растяже­ние, значит условие прочности при растяжении соблюдается. Условие прочности при кручении:

_к = [ _к], Мпа (46)

гдеW_р- полярный момент сопротивления, для круга рассчитывается по формуле:

W_р=0,2d³, мм³ (47)

где d- номинальный диаметр резьбового штифта, мм.

[ _к] - допускаемое напряжение для валов при кручении, МПа.

М_к - максимально допустимый крутящий момент, рассчитывается по форму­ле:

М_к = G1_р[ ₀],Н/мм (48)

где G-модуль сдвига для стали, МПа;

 -приведенный угол трения, в рад/мм;

1_р – полярный момент инерции, для круга рассчитывается по формуле

1_р = (49)

По формуле (49) рассчитывается полярный момент инерции:

1_р = 3,14 = 402 мм⁴

По формуле (48) рассчитывается максимально допустимый крутящий момент:

М_к = 8 10⁴ 40210⁴ = 3216 Н/мм

По формуле (47) рассчитываем полярный момент сопротивления:

W_p= 0,28³ = 102,4 мм³

По формуле (46) рассчитываем напряжение, возникающее при кручении:

_к = 3216/102,4 = 32 Мпа

_к  - 40-50 Мпа – допускаемое напряжение при кручении вала из стали 45. Так как напряжение, возникающее при кручении меньше допускаемого напряжения при кручении (32 Мпа  40 Мпа), то условие прочности при кручении выполняется.

Условие прочности при срезе:

_ср = Мпа, (50)

где А_ср – площадь среза, для круга рассчитывается по формуле:

А_ср = , мм² , (51)

Q– сила резьбового зажима с гайкой, Н

_ср - допускаемое напряжение при срезе, Мпа

d – номинальный диаметр резьбового штифта, мм.

По формуле (51) рассчитываем площадь среза:

А_ср = 3,14 8²/4 = 50,24 мм²

По формуле (50) рассчитываем напряжение, возникающее при срезе:

_ср = 715/50,24 = 14,2 Мпа

_ср = 16-18 Мпа – допускаемое напряжение при срезе.

Так как напряжение, возникающее при срезе меньше допускаемого напряжения при срезе(14,2  16 Мпа), то условие прочности при срезе выполняется.

3 Проектирование приспособлений для групповой обработки

Методика проектирования приспособлений для групповой обработки в основном не отличается от методики проектирования специальных приспособлений. Она включает изучение исходной информации для конструирования приспособления, разработку схемы установки, расчеты точности установки и усилий зажима, расчеты на прочность деталей приспособления, определение экономической целесообразности выбранного варианта и разработку конструкции.

Одним из важнейших этапов создания конструкции приспособления является процесс классификации и группирования обрабатываемых деталей и их заготовок. Групповые приспособления конструируются для обработки группы деталей, близких по способам установки и закрепления. При различии их конфигурации применяются сменные или регулируемые элементы. Необходимая производительность и точность обработки при этом достигаются благодаря быстрой и стабильной установке любой детали данной группы в приспособлении, а также наличию быстродействующего ручного, механизированного или автоматизированного зажима.

При конструировании групповых, приспособлений приходится решать задачу установки и зажима не одной детали, а группы. Поэтому одновременно с разработкой постоянной (базовой) части группового приспособления ведется конструирование необходимых сменных узлов и деталей. Проводится дополнительная классификация их по характеру базирования в каждой операции. На этой стадии классификации объектом группировок становятся уже не детали, а деталеоперации, что диктуется следующими соображениями. В условиях применения групповых наладок на каждом рабочем месте выполняется комплекс сходных по оборудованию и оснастке деталеопераций. Основными признаками любой из них являются: комплекс обрабатываемых поверхностей, станок, приспособление, инструмент. Если обрабатываемые поверхности по форме, точности и шероховатости одинаковы, то и методы их получения будут неизменными.

Использование признака «характер базирования» определяется тем, что все детали независимо от конструктивного типа имеют определенную общность базирования их в приспособлениях. В любом приспособлении имеются элементы, обеспечивающие заданное ориентирование детали. Характерной особенностью групповых приспособлений является то, что ориентирующие элементы, как правило, проектируются отдельно на каждую деталеоперацию, т. е. являются сменными и заменяются при обработке новой детали группы. Основа группового приспособления — его базовая часть, обеспечивающая закрепление сменного элемента для зажима детали. Она является общей для всей группы деталеопераций, закрепленной за групповым приспособлением.

4. Литература

Список, использованной при разработке проекта технической, справочной, нормативной и учебной литературы, в алфавитном порядке, с соблюдением правил выполнения.

пример записи источника:

1. Белоусов А.П. Проектирование станочных приспособлений.; М. Высшая школа,1980г.

2. Горошкин А.К. Механизированные приводы приспособлений. Назначение, основные требования.; М. Машиностроение,1987г.

5. Графическая часть курсового проекта

Проектирование средств технологического оснащения следует вести на основе максимального использования нормализованных, стандартизованных деталей и сборочных единиц. Разрабатываемые, конструкции должны быть оригинальными, прогрессивными, рентабельными и удобными в эксплуатации. Кроме того, они должны способствовать облегчению условий труда и повышению его производительности за счет сокращения машинного и вспомогательного времени на обработку.

На сборочных чертежах следует проставлять:

1) габаритные размеры, определяющие высоту, длину и ширину изделия;

2) установочные и присоединительные размеры, определяющие положение сборочной единицы в изделии, например расстояние между осями отверстий во фланцах для присоединения к другому изделию, расстояние между осями проушин для крепления корпуса и др. При указании этих размеров должны быть нанесены координаты расположения и размеры с предельными отклонениями элементов, служащих для соединения с сопрягаемыми изделиями;

3) монтажные размеры, указывающие взаимное расположение деталей в сборочной единице, в том числе и монтажные зазоры;

4) эксплуатационные размеры, показывающие крайние положения движущихся частей изделий, размеры под ключ и др.

Все составные части конструкции должны иметь номера позиций на полках линий-выносок. В сборочных чертежах следует давать технические требования на сборку, окраску, испытания и контроль сборочной едицы. Рекомендуемый порядок их расположения приведен в ГОСТ 2.316 -88

Для каждой сборочной единицы на отдельных листах формата А 4 составляются спецификации. Спецификации помещаются в пояснительной записке. Сборочные чертежи предпочтительно выполнять в масштабе 1: 1(исключение составляют приспособления для особо крупных или мелких деталей. Применение других масштабов (1: 2 или 2: 1) допускается с разрешения руководителя проекта. На сборочных чертежах тонкими линиями изображается контур детали (заготовки).

Разработку общего вида ведут методом последовательного нанесения отдельных элементов приспособления вокруг контуров заготовки. Сначала вычерчивают установочные детали, затем зажимные устройства, детали для направления инструмента и вспомогательные устройства. После этого вычерчивают корпус приспособления, который объединяет все перечисленные выше элементы.

Рабочие чертежи деталировки выполняют только на специальные детали.

5.1 Комплект конструкторской документации

В комплект конструкторской документации входят следующие чертежи:

• рабочий чертеж детали, для обработки которой проектируется приспособление

• сборочный чертеж проектируемого приспособления

• чертежи нестандартных деталей станочного приспособления