123879 (Проектирование приспособлений для базирования и закрепления деталей), страница 3

или в системе СИ

= м/с,

где n _ф, п - частота вращения фрезы соответственно в об/мин, и в с^-1;

Dф, D - диаметр фрезы соответственно в мм и в м.

Подача при фрезеровании подсчитывается на один оборот фрезы s₀ мм/об, или на один зуб фрезы s _z - мм/зуб, или в одну минуту s _М, мм на один оборот.

Органы управления подачей на фрезерных станках имеют таблицы подачи S мм/мин.

Силы и мощность при фрезеровании. Для осуществления процесса фрезерования необходима мощность N _v, затрачиваемая на вращение фрезы, и N_s - на перемещение заготовки со столом:

N _рез = N _v + N_s

На фрезерных станках обычно вращение фрезы и подача стола кинематически взаимно не связаны. Следовательно, для вращения фрезы необходима мощность

^N _v =

где М - крутящий момент от сил сопротивления резанию при фрезерова-нии; п - частота вращения фрезы.

Если предположить, что сила сопротивления резанию приложена в одной точке режущего лезвия, то ее можно разложить на три взаимно перпендикулярные составляющие: радиальную Р_у, окружную P_z и осевую Р_х. Крутящий момент относительно оси фрезы

М = ,

так как Р_у проходит через ось фрезы, а Р_х параллельна ей.

Векторная сумма радиальной и окружной составляющих Р лежит в торцовой плоскости фрезы и может быть разложена на вертикальную Р_v и горизонтальную P _s составляющие. P_v стремится оторвать заготовку от стола при встречном фрезеровании; а Р _s определяет мощность N_s на перемещение заготовки со столом.

Для определения составляющих силы резания R используют в качестве меры окружную силу Р_:, а все другие составляющие определяют в ее долях. Силу

Р _z находят по эмпирической формуле

P _z = k _p, Н

где t - глубина резания, мм; S _{Z -} подача на зуб, мм/зуб; В - ширина фрезерования, мм; Z - число зубьев фрезы; D - диаметр фрезы; n - частота вращения фрезы, об/мин; х_р, у_р, u_р, r_p, q_p, w_p - показатели степени, приведенные в справочниках; С_р~ постоянная, учитывающая условия эксперимента, не вошедшие в формулу в явном виде (также находится в справочниках); к_р - коэффициент, учитывающий отличие конкретных условий работы от экспериментальных при выводе данной формулы.

Расчеты по формуле для разных условий фрезерования сведены в таблицы справочников по режимам резания, поэтому обычно не требуют громоздких вычислений.

Мощность при фрезеровании может быть также определена по справочнику или по вышеприведенной формуле.

Следует иметь в виду, что у прямозубой фрезы в зависимости от ее диаметра, числа зубьев и глубины резания в контакте с заготовкой находится различное число зубьев, а каждый зуб срезает изменяющееся по площади сечение. Это приводит к колебаниям усилия резания R и потребляемой мощности и вызывает волнистость обработанной поверхности. Во избежание этого применяют фрезы с винтовым зубом, обеспечивающие более равномерное фрезерование.

Крутящий момент при фрезеровании рассчитывают по формуле M = P _Z D/2, где М - крутящий момент на фрезе, Н*м; n - частота вращения фрезы.

Мощность (кВт) фрезерования N = , где М - крутящий момент на фрезе, Нм; n - частота вращения фрезы.

Таблица. Формула для определения касательной силы

По пункту 5. Предварительный выбор конструкции приспособления с учетом направления сил резания.

Подобрать конструкцию приспособления с учетом размещения базирующих установочных элементов, определить предварительную схему зажимного устройства (по справочным данным)

Основные требования к закреплению заготовок в приспособлениях следующие.

1. Закрепление должно обеспечить надежный контакт заготовки с опорами приспособлений и гарантировать неизменность положения заготовки относительно технологической оснастки в процессе обработки или при отключении энергии.

2. Закрепление заготовки необходимо применять только в тех случаях, когда сила обработки или другие силы могут сместить заготовку (например, при протягивании шпоночного паза заготовку не закрепляют).

3. Силы закрепления не должны вызывать больших деформаций и смятия базы.

4. Закрепление и освобождение заготовки должны выполняться с минимальной затратой времени и усилий со стороны рабочего. Наименьшую погрешность закрепления обеспечивают зажимные устройства, создающие постоянную силу закрепления (например, приспособления с пневматическим или гидравлическим приводом).

5. Для уменьшения погрешности закрепления следует использовать базовые поверхности с низкой шероховатостью; применять приспособления с приводом; устанавливать заготовки на опоры с плоской головкой или на точно обработанные опорные пластины.

По пункту 6. Расчет сил закрепления заготовки. При фрезеровании заготовки обрабатывается плоская поверхность в приспособлении с помощью цилиндрической фрезы. На заготовку действуют силы Рz и Рy, стремящиеся повернуть ее относительно точки О (рисунок 3). Повороту противодействуют сила зажима W и сила трения F (трением на опорах пренебрегаем). Условие равновесия заготовки может быть представлено в виде суммы моментов относительно точки О:

Wа + Fℓ = Рzb + Рyℓ,

где а - плечо силы зажима W, мм; Рz и Рy - окружная и радиальная составляющие силы резания, Н; b - плечо силы Рz, мм; ℓ, - плечо силы Рy, и силы F (длина заготовки), мм.

Рис.3. Схема закрепления заготовок

По пункту 7. Выбор силового механизма и расчет его параметров.

Мощность резания должна быть меньше или равна мощности на шпинделе станка: N ≤ N _шп = N _м η, где N _{м -} мощность электродвигателя, кВт; η - КПД станка.

Так как сила трения F = ѓ W, где ѓ - коэффициент трения, то после подстановки получим следующее выражение:

_{k (Рzb + Рyℓ)}

W = ^{_____________________},

α+ ѓℓ

где k - коэффициент запаса.

Рис.4. Комбинированное зажимное устройство

Если для фрезерной операции применить приспособление с комбинированным зажимным устройством (винт 3 - клин 2 - рычаг 1), то зажимная сила значительно увеличится (рис.4). Так, при коэффициентах усиления (отношение развиваемой силы к приложенной) равных для винтового устройства.3-120, клина - 2 - 3 и рычажного зажима 1-1,5, и КПД комбинированного устройства η= 0,7 увеличение приложенной силы составит 120·3·I,5· 0,7 = 380раз.

При точных расчетах сил закрепления учитывают также упругие характеристики зажимного устройства.

По пункту 8. Выполнение эскиза приспособления.

По пункту 9. Описание приспособления.

Погрешность базирования зависит от принятой схемы, базирования. Например, при сверлении отверстия по кондуктору (рис.13.2) при установке заготовки по схеме (рис. (3.2, а) погрешность ∆Е _б Н ₁ базирования для размера Н ₁ равна ≈ 0,12 мм, а по схеме (рис.13.2,6) погрешность ∆Е _б Н ₂ базирования для размера Н ₂ равна ≈ 0,02 мм (при допуске на наружный диаметр заготовки 0,1 мм), т.е. отличается в шесть раз.

Погрешность базирования равна нулю, если технологическая и измерительная базы совпадают (рис.13.2, в), т.е. ∆Е _б Н ₃ =0.

Рисунок.13.2 Схема к определению погрешности базирования.

Рассмотрим несколько вариантов действия на обрабатываемую деталь сил резания, зажима и их моментов.

Первый вариант (рис. III.1, а). Сила зажима W, приложенная к обрабатываемой детали 1 и сила резания Р одинаково направлены и прижимают деталь к опоре 2 приспособления. При этом требуется минимальная сила зажима Wmin.

Второй вариант (рис. III.1, б). Сила зажима W и сила резания Р действуют на обрабатываемую деталь 1 в противоположных направлениях; требуемая сила зажима

W=KP.

Третий вариант (рис. III.1, в). Сила зажима W и сила резания Р действуют на обрабатываемую деталь во взаимно перпендикулярном направлении. Силе резания Р противодействуют силы трения между нижней базовой плоскостью детали и опорными штырями приспособления и между верхней плоскостью детали и зажимными элементами.

Четвертый вариант (рис. III.1, г). Сила зажима W прижимает деталь к опорам, при этом одна сила резания P ₁ имеет одно направление с силой зажима прижимает деталь к нижним опорам, а вторая сила резания Р2 действует в направлении, перпендикулярном силе зажима. Смещению детали в приспособлении препятствуют силы трения, возникающие на плоскостях контакта детали с установочными и зажимными элементами приспособления.

Пятый вариант (рис. III.1, д, е). Обрабатываемая деталь зажимается горизонтально действующей силой зажима Р_1. Расстояние между силой зажима и силой реакции от бокового упора выбирают таким, чтобы обрабатываемая деталь надежно была прижата к установочным опорам приспособления. На деталь, зажатую в приспособлении, действуют сила зажима W, силы реакции R _t и R от установочных и зажимных опор и силы трения F, F ₁ и F₂ между поверхностями детали, установочными и зажимными элементами приспособления.

Шестой вариант (рис. III.1, д, е). При обработке детали фрезой на нее действуют силы резания P ₁ и Р₂. Величину силы зажима с учетом сил резания найдем, приравнивая сумму моментов всех сил относительно точки 0 нулю:

Седьмой вариант (рис. II 1.1, ж). Обрабатываемую деталь выточкой устанавливают на центрирующий жесткий палец приспособления и левой плоскостью прижимают к трем опорным штырям несколькими прихватами. При обработке на деталь действуют сдвигающий момент М и осевая сила Р. Обрабатываемая деталь удерживается от смещения силами трения, возникающими между поверхностями установочных и зажимных элементов приспособления.

Восьмой вариант (рис. III.1, з). Обрабатываемая деталь наружной цилиндрической поверхностью установлена в призме с углом а=90° и зажата силой W. Повороту детали около ее оси противодействуют силы трения, возникающие на поверхностях контакта детали с установочными и зажимными элементами приспособления.