Методика расчета сил зажима

Расчет сил зажима может быть сведен к решению задачи статики на равновесие твердого тела (заготовки) под действием системы внешних сил /1/.

К заготовке с одной стороны приложены сила тяжести и силы, возникающие в процессе обработки, с другой – искомые зажимные силы и реакции опор. Под действием этих сил заготовка должна сохранить равновесие. При расчетах следует ориентироваться на такую стадию действия сдвигающих сил и моментов, при которой силы зажима получаются наибольшими.

Исходными данными для расчета сил зажима являются: схема базирования заготовки; величина, направление и место приложения сил, возникающих при обработке; схема закрепления заготовки, т. е. направление и точка приложения зажимной силы.

Составление исходных данных для расчета необходимых сил зажима является важнейшим моментом проектирования зажимных механизмов, так как ошибка этого этапа может привести к созданию приспособления, не обеспечивающего надежное закрепление заготовки. Типовые схемы базирования рассмотрены выше. При обработке на заготовку могут действовать следующие силы.

Силы резания по величине, направлению и месту приложения являются переменными. При неустановившемся режиме (врезание, выход инструмента) величина сил резания изменяется. Известен, например, эффект возрастания крутящего момента при выходе сверла из отверстия. При установившемся режиме их величина также подвержена колебаниям из-за непостоянства припуска и физико-механических свойств материала обрабатываемых деталей, затупления инструмента и других причин. При некоторых видах обработки (строгание, долбление, точение прерывистых поверхностей и т. п.) силы резания представляют собой нагрузку ударного характера.

Силы резания рассчитывают по формулам теории резания металлов или выбирают по нормативам. Но с учетом сказанного выше при расчетах сил зажима силы резания увеличивают, вводя коэффициент запаса К и гарантируя тем самым надежность закрепления заготовки.

Этот коэффициент кроме нестабильности сил резания учитывает еще ряд отклонений, возникающих при обработке, которые могут привести к увеличению действующих внешних сил. Он учитывает неоднородность качества материала заготовок, затупления режущих инструментов, изменения положений опорных реакций в результате отклонений в пределах допусков реальных технологических баз от геометрически правильной формы и т. д.

В зависимости от конкретных условий выполнения технологической операции значение К следует выбирать дифференцированно. Величину К можно определить как произведение первичных коэффициентов:

К = К₀К₁К₂К₃К₄К₅К₆, (2.46)

где: К₀ = 1,5 – гарантированный коэффициент запаса;

К₁ – учитывает состояние технологической базы (при черных базах К₁ = 1,2, при чистых – К₁ = 1,0);

К₂ – учитывает затупление инструмента;

К₃ – учитывает ударную нагрузку на инструмент (при обработке прерывистых поверхностей К₃ = 1,2);

К₄ – учитывает стабильность силового привода (при ручном приводе К₄ = 1,3, механизированном К₄ = 1,0);

К₅ – характеризует зажимные механизмы с ручным приводом (при удобном зажиме К₅ = 1, при неудобном К₅ = 1,2);

К₆ – учитывает определенность расположения опорных точек при смещении заготовки моментом сил. При установке на опоры с ограниченной поверхностью контакта (опоры постоянные, пластины) К₆ = 1, при установке на опоры с неограниченной в пределах базы .зоной контакта (опоры-щайбы) К₆ = 1,5.

Вес заготовки учитывают при расчете сил зажима, когда заготовку помещают на вертикально или наклонно расположенные установочные элементы. Вес учитывают также при закреплении заготовки в поворотных или кантующихся приспособлениях. В процессе обработки вес заготовки изменяется, часто изменяется и положение ее центра тяжести (сборочной единицы при ее сборке). Это необходимо учитывать при расчетах сил зажима.

Центробежные силы возникают при смещении центра тяжести заготовки от оси ее вращения при обработке. Величина этих сил сопоставима с силами резания, особенно при скоростных методах обработки.

Инерционные силы возникают и имеют существенное значение, когда заготовка движется возвратно-поступательно или при быстром изменении скорости движения (например, при применении тормоза на скоростных станках токарной группы и т. п.). Центробежные и инерционные силы рассчитывают по известным формулам теоретической механики.

Силы трения в центрах, при выводе сверла и др. часто не учитывают из-за незначительности их величины по сравнению с другими силами.

Величина силы зажима в значительной степени зависит от ее направления.