Расчет приспособления

В этом подразделе требуется выполнить расчеты по выбору электродвига­телей, редукторов, гидравлических и пневматических устройств, основные расчеты на прочность деталей, сварных, резьбовых, заклепочных и других соединений и т. п., используя литературу по станочным приспособлениям [71-73] и др.

Расчеты сопровождаются изображением необходимых схем, эскизов.

Пример расчета станочного приспособления. Расчет приспособления заключается в определении силы зажима обрабатываемой детали и подборе пневматического цилиндра для совместной работы с двухкулачковым патроном.

Исходные данные:

Операция 020 Токарно-винторезная.

Токарно-винторезный станок 16К20, патрон 2-кулачковый, осуществляющий зажим от вращающегося пневматического цилиндра двустороннего действия, резцы твердосплавные Т5К10 (γ = 0⁰). Материал детали – сталь 40Х.

Диаметр резьбовой шейки после наплавки – O25±0,5, после токарной обработки O22. Глубина резания t = 0,75 мм, подача s = 0,4 мм/об.

Тангенциальная сила резания Р_z при черновом точении шлицевой шейки равна

P_z = P_{z табл} × К₁ × К₂ , (4.71)

где P_{z табл} – табличная тангенциальная сила резания, кгс;

К₁ – коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала;

К₂ - коэффициент, зависящий от скорости резания и переднего угла.

P_{z табл} = 100 кгс [43, с.35] К₁ = 0,85 [43, с.36] К₂ = 1,1 [43, с.36]

P_z = 100 × 0,85 × 1,1 = 93,5 кгс = 935 Н

Сила резания P_z создает момент М_рез, Н*мм, который стремится повернуть деталь вокруг ее оси, а сила P_х – переместить деталь вдоль ее оси.

P_х = (0,3…0,4) P_z = (0,3…0,4) × 935 = 280,5 Н

М = P_z × r₁ , (4.72)

где r₁ – радиус обрабатываемой поверхности детали, мм.

М = 935 × 12,5 = 11688 Н мм

Схема действия на обрабатываемую деталь сил резания, зажима и моментов приведена на рисунке 4.4.

Рисунок 4.4 – Схема действия сил и моментов

Суммарная сила зажима W_сум , Н, детали двумя кулачками патрона определяется из равенства:

W_сум × f × r = K × M = K × P_z × r₁ ,

откуда:

(4.73)

где f – коэффициент трения между поверхностью детали и рабочими поверхностями кулачков (зависит от вида поверхности кулачков);

r – радиус поверхности детали, зажатой кулачками, мм;

K – коэффициент запаса.

Принимаем: f = 0,8 – для кулачков с зубьями параллельными оси патрона [72, с.196]; r = 10 мм – по данным рабочего чертежа детали.

Коэффициент запаса К [72, с.31] зависит от условий обработки деталей на станке и равен

К = К₀ К₁ К₂ К₃ К₄ К₅, (4.74)

где К₀ - гарантированный коэффициент запаса при всех случаях обработки;

К₁ – коэффициент, зависящий от вида базовой поверхности детали (обработанная или необработанная);

К₂ – коэффициент, учитывающий увеличение силы резания при затуплении режущего инструмента;

К₃ - коэффициент, учитывающий увеличение силы резания при обработке прерывистых поверхностей;

К₄ – коэффициент, учитывающий постоянство силы зажима, развиваемой силовым приводом приспособления;

К₅ – коэффициент, учитывающий удобство расположения рукоятки для ручного зажима устройства;

К₆ – коэффициент, учитываемый при наличии моментов, стремящихся повернуть обрабатываемую деталь вокруг ее оси.

К₀ = 1,5 (при всех случаях); К₁ = 1,0 (при черновой обработке); К₂ = 1,2 – при черновой обработке); К₃ =1,0 (непрерывное резание); К₄ = 1,0 (при пневматическом приводе); К₅ – не учитывается; К₆ = 1,0 (для опор с небольшой поверхностью контакта) [72].

К = 1,5 × 1,0 × 1,2 × 1,0 × 1,0 × 1,0 = 1,8

Таблица 4.25 - Коэффициенты запаса

Суммарная сила зажима кулачками равна

Тогда сила зажима детали одним кулачком патрона W, Н, равна:

(4.75)

Величину силы зажима W_сум проверяем на возможность продольного сдвига детали осевой силой Р_х по формуле:

W_сум ∙ f ≥ К ∙ Р_{х ,} (4.76)

откуда

2630 Н ≥ 631 Н - условие соблюдается

Сила на штоке пневмоцилиндра 2-кулачкового патрона равна (рисунок 4.4):

(4.77)

где z – число кулачков;

k_тр – коэффициент, учитывающий дополнительные силы трения в патроне;

a_к – вылет кулачка от середины его опоры в пазу патрона до центра приложения силы зажима на одном кулачке (выбирается конструктивно), мм;

h_к - длина направляющей части кулачка (выбирается конструктивно), мм;

l_{1 ,} l₂ – размеры короткого и длинного плеч двуплечего рычага (выбирают конструктивно), мм;

f_к – коэффициент трения кулачка.

Принимаем: k_тр = 1,05 [72, с.196]; f_к = 0,1[72, с.196]

Согласно чертежу: a_к = 60 мм;h_к = 75 мм; l₁ = 52 мм; l₂ = 21 мм.

Диаметр поршня пневмоцилиндра D_п , мм, равен:

D_п = 1,44 Q_шт / p, (4.78)

где р – давление сжатого воздуха, МПа.

D_п = 1,44 ∙ 1294 / 0,39 = 69 мм

Для проектирования станочных приспособлений применяют:

- диаметры пневмоцилиндров, мм: 20, 25, 30, 40, 50, 60, 75, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 360, 400;

- диаметры гидроцилиндров, мм: 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75.

Принимаем ближайший больший стандартный размер поршня пневматического вращающегося цилиндра

D_п = 75 мм [16]

Действительная сила зажима детали по принятому диаметру пневмоцилиндра:

(4.79)

где η – коэффициент полезного действия.

η = 0,85 [71]

Время срабатывания пневмоцоилиндра Т_с, мм, равно

Т_с = D_ц ∙ L _х / d_в ∙ v_в , (4.80)

где L _х - длина хода поршня, см;

d_в – диаметр пневмотрубок, см;

v_в - скорость перемещения сжатого воздуха, см/с.

L _х = 35 мм = 3,5 см [71] d_в = 8…10 мм. Принимаем d_в = 10 мм = 1 см

v_в = 1500…2500 см/с. Принимаем v_в = 2000 см/с

Т_с = 7,5 ∙ 3,5 / 1 ∙ 2000 = 0,013 с

4.3.6 Обоснование эффективности разработанной конструкции приспособления

Целесообразность и эффективность выполнения приспособления может заключаться в следующем:

1) уменьшается физическая нагрузка рабочего;

2) сокращается время на операцию восстановления, механической или слесарной обработки детали;

3) обеспечивается сохранность детали;

4) обеспечивается положение детали при обработке и ее надежное крепление, что повышает качество восстановления и безопасность работы;

5) уменьшается металлоемкость конструкции приспособления.