Билет 13
Зажимные механизмы приспособлений
Зажимными называют механизмы, устраняющие возможность вибрации или смещения заготовки относительно установочных элементов под действием собственного веса и сил, возникающих в процессе обработки (сборки). Основное назначение зажимных устройств – обеспечение надежного контакта заготовки с установочными элементами, предупреждение ее смещения и вибраций в процессе обработки, а также для обеспечения правильной установки и центрирования заготовки.
Расчет сил зажима
Расчет сил зажима может быть сведен к решению задачи статики на равновесие твердого тела (заготовки) под действием системы внешних сил.
К заготовке с одной стороны приложены сила тяжести и силы, возникающие в процессе обработки, с другой – искомые зажимные силы – реакции опор. Под действием этих сил заготовка должна сохранить равновесие.
Пример 1. Сила закрепления 
прижимает заготовку к опорам приспособления, а сила резания 
, возникающая при обработке деталей, (рисунок 2.12,а) стремится сдвинуть заготовку вдоль опорной плоскости.
На заготовку действуют силы: на верхней плоскости сила зажима и сила трения 
, препятствующая сдвигу заготовки; по нижней плоскости силы реакции опор (на рисунке не показаны) равные силе зажима и сила трения между заготовкой и опорами 
. Тогда уравнение равновесия заготовки будет
,
где 
– коэффициент запаса;
– коэффициент трения между заготовкой и зажимным механизмом;
– коэффициент трения между заготовкой и опорами приспособления.
Откуда 
Рисунок 2.12 – Схемы для расчета сил зажима
Пример 2. Сила резания направлена под углом 
к силе закрепления (рисунок 2.12,б).
|
|
Тогда уравнение равновесия заготовки будет
.
Из рисунок 2.12,б найдем составляющие усилия резания
.
Подставляя, получим
Пример 3. Заготовка обрабатывается на токарном станке и закрепляется в трехкулачковом патроне. Силы резания создают крутящий момент 
, стремящиеся провернуть заготовку в кулачках. Силы трения, возникающие в точках контакта кулачков с заготовкой, создают момент трения 
, препятствующий повороту заготовки. Тогда условие равновесия заготовки будет
.
Момент резания определится по величине вертикальной составляющей силы резания
.
Момент трения
.
Откуда 
Элементарные зажимные механизмы
К элементарным зажимным устройствам относятся простейшие механизмы, используемые для закрепления заготовок или выполняющие роль промежуточных звеньев в сложных зажимных системах:
o винтовые;
o клиновые;
o эксцентриковые;
o рычажные;
o центрирующие;
o реечно-рычажные.
Винтовые зажимы. Винтовые механизмы (рисунок 2.13) широко используются в приспособлениях с ручным закреплением заготовок, с механизированным приводом, а также на автоматических линиях при использовании приспособлений-спутников. Достоинством их является простота конструкции, невысокая стоимость и высокая надежность в работе.
Винтовые механизмы используют как для непосредственного зажима, так и в сочетании с другими механизмами. Силу на рукоятке, необходимую для создания силы зажима , можно рассчитать по формуле:
,
где 
– средний радиус резьбы, мм;
– вылет ключа, мм;
– угол подъема резьбы;
— угол трения в резьбовой паре.
|
|
Клиновой механизм. Клин очень широко используют в зажимных механизмах приспособлений, этим обеспечивается простота и компактность конструкции, надежность в работе. Клин может быть как простым зажимным элементом, действующим непосредственно на заготовку, так и входить в сочетание с любым другим простым при создании комбинированных механизмов. Применение в зажимном механизме клина обеспечивает: увеличение исходной силы привода, перемену направления исходной силы, самоторможение механизма (способность сохранять силу зажима при прекращении действия силы 
, создаваемой приводом). Если клиновой механизм применяют для перемены направления силы зажима, то угол клина обычно равен 45°, а если для увеличения силы зажима или повышения надежности, то угол клина принимают равным 6…15° (углы самоторможения).
Клин применяют в следующих конструктивных вариантах зажимов:
o механизмы с плоским односкосным клином (рисунок 2.14,б);
o многоклиновые (многоплунжерные) механизмы;
o эксцентрики (механизмы с криволинейным клином);
o торцовые кулачки (механизмы с цилиндрическим клином).
На рисунок 2.14,а приведена схема двууглового клина.
При зажиме заготовки клин под действием силы движется влево, При движении клина на его плоскостях возникают нормальные силы и силы трения 
и 
(рисунок 2.14,б).
Существенным недостатком рассмотренного механизма является низкий коэффициент полезного действия (КПД) из-за потерь на трение.
Пример использования клина в приспособлении показан на
рисунке 2.14,г.
Для повышения КПД клинового механизма трение скольжения на поверхностях клина заменяют трением качения, применяя опорные ролики (рис 2.14, в).
|
|
Многоклиновые механизмы бывают с одним, двумя или большим числом плунжеров. Одно- и двуплунжерные применяют как зажимные; многоплунжерные используют как самоцентрирующие механизмы.
Эксцентриковые зажимы. Эксцентрик представляет собой соединение в одной детали двух элементов – круглого диска (рисунок 2.15,д) и плоского односкосого клина. При повороте эксцентрика вокруг оси вращения диска, клин входит в зазор между диском и заготовкой и развивает силу зажима .
Рабочая поверхность эксцентриков может быть окружностью (круговые) или спиралью (криволинейные)..
Эксцентриковые зажимы являются самими быстродействующими из всех ручных зажимных механизмов. По быстродействию они сравнимы с пневмозажимами.
Недостатками, эксцентриковых зажимов являются:
o малая величина рабочего хода;
o ограниченная величиной эксцентриситета;
o повышенная утомляемость рабочего, так как при откреплении заготовки рабочему необходимо прикладывать силу, обусловленную свойством самоторможения эксцентрика;
o ненадежность зажима при работе инструмента с ударами или_вибрациями, так как это может привести к самооткреплению заготовки.
Несмотря на эти недостатки эксцентриковые зажимы широко используют в приспособлениях (рисунок 2.15,б), особенно в мелкосерийном и среднесерийном производствах.
Эксцентрики рекомендуется изготовлять из стали 20Х с цементацией рабочей поверхности на глубину 0,8…1,2 мм и закалкой до твердости HRC 55…60.
Для достижения необходимой силы закрепления определим наибольший момент на рукоятке эксцентрика
,
где – сила на рукоятке,
– длина рукоятки;
– угол поворота эксцентрика;
– углы трения.
Рычажные зажимы. Рычажные зажимы (рисунок 2.16) применяют в сочетании с другими элементарными зажимами, образуя более сложные зажимные системы. Они позволяют изменять величину и направление передаваемой силы.
Конструктивных разновидностей рычажных зажимов много, однако, все они сводятся к трем силовым схемам, показанным на рисунке 2.16, где приведены также формулы расчета необходимой величины усилия для создания силы зажима заготовки для идеальных механизмов (без учета сил трения). Это усилие определяется из условия равенства нулю моментов всех сил относительно точки вращения рычага. На рисунке 2.17 показаны конструктивные схемы рычажных зажимов.
Билет 14
При выполнении ряда операций механической обработки жёсткость режущего инструмента и всей технологической системы в целом оказывается недостаточной. Для устранения отжатий и деформаций инструмента используются различные направляющие элементы. Основные требования к таким элементам: точность, износостойкость, сменность. Такие приспособления называются кондукторами или кондукторными втулками и используются при сверлильных и расточных работах.
Конструкции и размеры кондукторных втулок для сверления стандартизованы (рис. 11.10). Втулки бывают постоянными (рис. 11.10 а) и сменными
Рис. 11.10. Конструкции кондукторных втулок: а) постоянные;
б) сменные; в) скороссменные с замком
(рис. 11.10 б). Постоянные втулки используют в единичном производстве при обработке одним инструментом. Сменные втулки используют в серийном и массовом производстве. Быстросменные втулки с замком (рис. 11.10 в) используют при обработке отверстий несколькими последовательно сменяемыми инструментами.
При диаметре отверстия до 25 мм втулки изготавливают из стали У10А, с закалкой до 
60…65. При диаметре отверстия более 25 мм втулки изготавливают из стали 20 (20Х), с последующей цементацией и закалкой на ту же твёрдость.
Если инструменты направляются во втулке не рабочей частью, а цилиндрическими центрирующими участками, то используются специальные втулки (рис. 11.11). На рис. 11.11 а показана втулка для сверления отверстий на накло-
Рис