ТО - Пособие КР - 2012

11

Второй вариант (рис. 4,б) предполагает базирование заготовки в центрирующих тисках. В соответствии с этой схемой заготовка базируется нижней образующей цилиндрической поверхности диаметром 30-0,033, на которой фрезеруется паз, и за счет работы центрирующих тисков распола- гается строго в своей плоскости симметрии. Это выполняется для всех за- готовок обрабатываемой партии. В осевом направлении положение детали определяет торец А (рис. 4,б). Возможность вращения детали вокруг оси исключается моментом сил трения в местах контакта заготовки с устано- вочными и зажимными элементами. Схема гораздо сложнее и дороже в реализации, но при этом обеспечивает высокую производительность и уменьшает погрешности в выполнении размеров 26+0,052 и 12-0,043, так как соблюдается принцип совмещения баз (измерительные и технологические базы совмещены).

На основе анализа двух предложенных схем, а также с учетом задан- ного типа производства отдаем предпочтение второму варианту схемы ба- зирования (рис. 4,б) – базирование в центрирующих тисках.

3.3. Расчет режимов обработки поверхностей

На основе исходных данных (п. 3.1) и информации из [10] можно ус- тановить, что на заготовку в процессе фрезерования паза со стороны ре- жущего инструмента (концевой шпоночной фрезы) будут действовать: крутящий момент резания М, осевая сила Рос и сила в направлении подачи РS. Причем крутящий момент М – это момент от действия тангенциальной составляющей силы резания PZ (рис. 5).

Рис. 5. Схема резания концевой шпоночной фрезой

В результате расчётов по [10] были получены следующие значения для крутящего момента и сил резания: М = 7 Н×м, Рос = 220 Н, РS = 310 Н,

PZ = 90 Н.

12

3.4. Разработка принципиальной схемы

и компоновки приспособления

Для реализации в конструкции приспособления принятой схемы ба- зирования (рис. 4,б) можно предложить два варианта выполнения его за- жимного механизма.

Для первого варианта (рис. 6,а) необходимо обеспечить вертикаль- ное прямолинейное перемещение призмы 1 относительно установочного элемента 2. При механизации этого перемещения с использованием сило-

вого привода увеличиваются габариты приспособления в вертикальном направлении. Помимо этого, при перемещении призмы 2 вверх может по- требоваться дополнительное вертикальное перемещение инструмента 3.

1 – подвижная призма, 2 – установочный элемент, 3 – фреза, Д – обрабатываемая деталь

а)

1, 2 – подвижный губки тисков, 3 – установочный элемент, 4 – фреза, Д – обрабатываемая деталь

б)

Рис. 6. Варианты выполнения зажимного механизма

13

Для второго варианта (рис. 6,б) необходимо обеспечить совместное перемещение губок 1 и 2 навстречу друг другу при закреплении и в про- тивоположные стороны при раскреплении. Заготовка располагается на ус- тановочном элементе 3. Этот вариант зажимного механизма также может быть механизирован за счет применения силового привода, тогда габари- ты приспособления увеличатся в горизонтальном направлении, но при этом не требуется дополнительных перемещений инструмента. Поэтому

из сопоставления рассмотренных вариантов предпочтение следует отдать второму варианту.

Определим угол наклона губок. Так при увеличении угла увеличива- ется сила прижима детали к установочному элементу, но и погрешность установки детали в приспособлении также возрастает, поэтому наиболее оптимальным можно считать угол равный 45°.

Поскольку обрабатываемая деталь жёсткая, то рассредоточения уси- лия закрепления на несколько мест не требуется. Цилиндрическая поверх- ность детали чисто обработана, поэтому в данном случае нет необходимо- сти локализации мест контакта губок с деталью для повышения опреде- лённости базирования путём удаления металла из их средней части. Такое конструктивное решение целесообразно при базировании по рассмотрен- ной схеме заготовок с необработанной поверхностью.

Поскольку изготовление деталей выполняется в условиях серийного производства небольшими партиями, то нет необходимости разрабатывать многоместное приспособление. У детали обрабатывается один элемент, поэтому многопозиционной конструкции приспособления также не требу- ется.

Для обеспечения положения обрабатываемой шпоночной канавки в плоскости симметрии детали необходимо, чтобы губки перемещались симметрично друг относительно друга. Обеспечить такое перемещение можно разными вариантами. На рис. 7 представлены два возможных вари- анта.

Вварианте на рис. 7, а симметричное перемещение губок осуществ- ляется вращением шестерни 4, находящейся в зацеплении с двумя рейками 3, связанными с губками 1 и 2.

Вварианте на рис. 7, б симметричное перемещение губок 1 и 2 осу- ществляется при вращении винта 3 с разным направлением подъёма вин- товых линий с одинаковым шагом. При этом перемещение винта в осевом направлении должно быть исключено опорой 4.

14

1

3

4

2

1, 2 – губки тисков, 3 – зубчатые рейки, 4 – шестерня а)

1	3	4	2

1, 2 – губки тисков, 3 – винт, 4 – опора винта б)

Рис. 7. Варианты выполнения зажимного механизма

Если сопоставить два представленных варианта, то предпочтение следует отдать второму (рис. 7,б). Он проще по реализации в металле и безопаснее в работе, так как винтовая пара обладает самотормозящими

свойствами и не позволяет губкам тисков раздвигаться при воздействии сил и моментов резания.

15

3.5. Расчет требуемой силы закрепления заготовки

Для расчёта величины требуемой силы закрепления Q представим расчётную схему, на которой покажем все силы, действующие на обраба- тываемую заготовку при её установке в приспособлении: силы резания и моменты сил резания, силу закрепления, силы трения, реакции контакти- рующих поверхностей (рис. 8).

Рис. 8. Расчетная схема

Как видно из схемы, на заготовку действует сила резания PS, которая пытается сместить её вдоль оси. При движении фрезы влево заготовка

упирается фланцем в установочный элемент приспособления и не может быть смещена, но при движении фрезы вправо заготовка удерживается только за счет сил трения Fтр.у и Fтр.з, величина которых зависит от вели- чины силы зажима заготовки Q в тисках. Также на заготовку действует крутящий момент M от составляющей силы резания PZ который при вре- зании фрезы пытается провернуть её в тисках вокруг оси, заготовка удер- живается от проворота моментами от сил трения Fтр.у, Fтр.з. Другие вариан-

16

ты смещения заготовки в рассматриваемом приспособлении с самотормо- зящим винтовым зажимом невозможны. Поэтому расчет силы закрепле- ния Q будем выполнять только в двух направлениях – в направлении сдвига и в направлении проворота заготовки вокруг своей оси.

1) Проверка заготовки на сдвиг вдоль оси под действием силы PS.

В этом случае уравнение равновесия для обеспечения неподвижно- сти заготовки под действием РS в соответствии с расчетной схемой (рис. 8) и при наличии жёсткой связи зажимных элементов с корпусом приспособления в этом направлении можно записать следующим образом:

kPS − 2Fтр.з − Fтр.у = 0,

где k – коэффициент запаса закрепления, PS – сила резания в направле- нии подачи, Fтр.з, Fтр.у – силы трения в местах контакта заготовки с зажим- ными и установочными элементами приспособления.

С учетом того, что

Fтр.з = fRз ,	Fтр.у = fRу ,
уравнение принимает следующий вид:

kPS − 2 fRз − fRу = 0,

где f – коэффициент трения в местах контакта заготовки с зажимными и установочными элементами приспособления, Rз, Rу – реакции со стороны зажимных и установочного элементов на заготовку.

По расчетной схеме (рис. 8) определяем реакции Rз и Rу:

	Rз =		Q	,	Rу = Q + Pос ,
		2	×sin a

и после подстановки в имеющееся уравнение равновесия получим:

	kPS - 2 f		Q	- f (Q + Pос ) = 0,
		2	×sin a

где Q – требуемая сила закрепления заготовки в тисках, Pос – сила реза- ния в направлении оси вращения фрезы, a – угол наклона губки тисков.

Выполняя преобразования получаем формулу для расчета требуемой силы закрепления:

Q =	kPS − fPос			.
	æ	1	ö
	f ç		+1÷
	è sin a		ø

17

Значение коэффициента запаса закрепления k, входящего в формулу,

определим как произведение первичных коэффициентов k = k0 × k1 × k2 × k3 × k4 × k5 × k6 ,

значения которых находим по [7], c. 82 – 85 и выполняем расчет: k = 1,5 ×1,0 ×1,7 ×1,2 ×1,0 ×1,0 ×1,5 = 4,6.

Значение коэффициента трения f в расчетах принимаем равным 0,16

по данным [7], c. 82.

Окончательно получаем:

Q =	4,6 ×310 - 0,16 × 220			= 3600 Н
	æ	1	ö
	0,16ç		+1÷
	è sin 45°		ø

Q= 3600 Н = Q1

2)Проверка заготовки на проворот вокруг своей оси под действием крутящего момента M от силы резания PZ.

В этом случае уравнение равновесия для обеспечения неподвижно- сти заготовки под действием РZ в соответствии с расчетной схемой (рис. 8) и при наличии жёсткой связи зажимных элементов с корпусом приспособления в этом направлении можно записать следующим образом:

kPZl - 2Fтр.з d2 - Fтр.у d2 = 0,

где PZ – тангенциальная составляющая силы резания; l – плечо состав- ляющей силы резания PZ относительно оси обрабатываемой детали; d – наружный диаметр цилиндрической поверхности которой деталь уста- навливается в тисках (определяет плечи сил трения).

Выполняя преобразования аналогичные предыдущему расчету полу- чим формулу для определения силы закрепления и выполним вычисления:

kP l - fP

d

4,6 ×90 ×11- 0,16 × 220 ×

30

Q =

Z

ос 2

=

2

= 1118Н.

d

æ

30

æ

1

ö

f

1

ö

ç

+1÷

0,16 ×

ç

+1÷

2

2

è sin a

ø

è sin 45°

ø

Q = 1118Н = Q2

По расчетам получили что Q2 < Q1 , поэтому величину требуемой си- лы закрепления принимаем равной 3600 Н.

18

3.6. Расчет основных параметров зажимного механизма

и силового привода приспособления

По найденной величине силы закрепления определим требуемый крутящий момент на винте для выработки этой силы. Крутящий момент

на винтовом зажиме находят по формуле

M = rср ×Q ×tg(a + r),

где rср – средний радиус резьбы (rср = 0,45d), a – угол подъёма витков

	резьбы (a = arctg	s	), r – угол трения в резьбе (r = 10°30¢), d – наруж-
		2pr
		ср

ный диаметр резьбы, s – шаг резьбы.

Для винта, используемого в конструкции приспособления, принима- ем резьбу М10´1,5 и выполняем расчет

	a = arctg	1,5	= 3°,
		2p × 4,5

M = 4,5 ×3600 ×tg(3° +10°30') = 3890 Н × мм = 3,89 Н × м.

Таким образом, момент, который следует создать на винте тисков для обеспечения силы закрепления 3600 Н, должен быть равен 3,89 Н×м.

Приводить в действие губки тисков (вращать винт) можно несколь- кими способами – вручную или с помощью силового привода, например, электродвигателя с редуктором, гидроцилиндра, пневмоцилиндра или пневмокамеры. Для заданного типа производства нецелесообразно ис- пользовать ручной зажим, так как, не смотря на свою простоту и дешевиз- ну, он имеет низкую производительность, не обеспечивает постоянство силы закрепления и способствует быстрой утомляемости рабочего. По- этому рассмотрим варианты механизации приспособления на основе си- лового привода. Использовать электропривод в данном случае, когда пе- ремещение губок незначительно, нежелательно ввиду больших габаритов такого привода. Использование гидроцилиндра требует наличия гидро- системы и связано с дополнительными затратами на его обслуживание, кроме того, оно неоправданно из-за небольших сил закрепления. Приме-

нение пневмокамеры в рассматриваемой конструкции приспособления нежелательно, так как у неё внутренний диаметр мембраны достаточно большой, что резко увеличивает габариты приспособления. Поэтому оста- новим свой выбор на пневмоцилиндре, который в полной мере соответст- вует особенностям и условиям работы приспособления.

19

Связь пневмоцилиндра с винтом тисков можно представить схемой (рис. 9). Рейка 2, перемещаясь под действием поршня пневмоцилиндра 1, вращает шестерню 3, жёстко связанную с винтом 4. Вращаясь винт сим- метрично перемещает губки 5 и 6 тисков. Рейка может быть выполнена непосредственно на штоке пневмоцилиндра.

dн	3	2	1

M

N

4

5

А А

6

Рис. 9. Схема взаимодействия пневмоцилиндра с винтом тисков:

1 – пневмоцилиндр, 2 – зубчатая рейка, 3 – шестерня, 4 – винт, 5, 6 – губки тисков, А-А – плоскость симметрии губок

Для закрепления заготовки пневмоцилиндр при подаче сжатого воз- духа вырабатывает исходную силу закрепления N. Эта сила передается че- рез зубчатую рейку и создает крутящий момент M на шестерне, который определяется следующим образом:

M = N d2н ,

где M – крутящий момент на шестерне; N – исходная сила закрепления; dН – диаметр начальной окружности шестерни.

Для проектируемого приспособления примем dН = 24 мм, тогда, зная величину крутящего M, который необходимо приложить к винту, можно определить требуемую величину исходной силы N

20

N =	2M	=	2 ×3890	= 324 Н.
			24
	dн

Зная величину исходной толкающей силы N, которую должен выра- батывать цилиндр, можно определить диаметр его поршня D по формуле:

		D =			4 × N			,
					p × p × h
где h – коэффициент полезного			действия пневмоцилиндра (h = 0,85),
p – давление воздуха, подаваемого в пневмоцилиндр (р = 0,5 МПа).
В результате расчетов получаем
D =		4×324					= 31,2 мм.
		3,14×0,5×0,85

Найденное значение диаметра поршня пневмоцилиндра приемлемо по габаритным размерам для рассматриваемой конструкции приспособле- ния. На основе [6], с. 205, таб. IV.I выбираем ближайший стандартный пневмоцилиндр со следующими основными рабочими характеристиками:

–диаметр поршня D = 32 мм,

–диаметр штока d = 10 мм,

–толкающая теоретическая сила на штоке 500 Н,

–тянущая теоретическая сила на штоке 450 Н,

–давление воздуха р = 0,63 МПа.

Для проектируемого приспособления наиболее приемлем пневмоци- линдр (ГОСТ 15608–81) с креплением на переднем фланце.

При давлении 0,5 МПа такой пневмоцилиндр вырабатывает тол- кающую силу на штоке следующей величины:

	N =	pD2	p × h =	3,14 ×322	0,5 × 0,85 = 342 Н,
		4		4

при этом крутящий момент на шестерне будет равен

M = N d2н = 342 242 = 4,1 Н × м,

а сила закрепления обрабатываемой детали в губках тисков

Q =	M		4104	= 3800 Н.
	r ×tg(a + r)	=	4,5 ×tg(3° +10°30')
	ср