Зажимные элементы и механизмы

Зажимные механизмы (ЗМ) служат для надежного и стабильного закрепления и исключения смещения изделий относительно опор приспособления при обработке. К ЗМ предъявляют следующие ос- новные требования: силы закрепления должны соответствовать си- лам резания, тяжести и инерции; при ручном приводе сила закрепле- ния рукой должна быть не более 145–195 Н; при обработке прецизи- онных и нежестких деталей следует избегать чрезмерных сил закреп- ления, вызывающих деформации и повреждения обрабатываемых поверхностей, обеспечить защиту ЗМ от загрязнений и стружки; они должны быть удобны в работе, в обслуживании и ремонте; состоять из возможно большего числа стандартных, унифицированных, норма- лизованных деталей и сборочных единиц.

ЗМ подразделяются на простые элементарные устройства (винтовые, клиновые, эксцентриковые, рычажные и др.) и сложные комбинированные, состоящие из комбинации простых устройств, со- единенных в определенном порядке. Величину сил закрепления Р_з определяют из условия равновесия обрабатываемого изделия с уче- том сил резания R (R_z, R_x, R_у), определяемых по известным форму- лам, массы изделия, центробежных и инерционных и иных сил, возни- кающих реакций и упругих характеристик зажимного механизма. При этом силовой расчет носит пространственный характер для условий трехмерного нагружения. Для упрощения расчетов можно рассматри- вать условие равновесия в одной плоскости в наиболее приоритетных направлениях (при сохранении достаточной для практики точности расчетов и качества приспособлений).

Существует два типа ЗМ в соответствии с их упругими характе- ристиками:

– тип I – самотормозящие, имеющие прямую зависимость меж- ду приложенной силой и упругим перемещением (винтовые, клино- вые, эксцентриковые);

– тип II – ЗМ, имеющие сложную зависимость между приложен- ной силой и упругими перемещениями (пневматических, пневмогид- равлических, ЗМ прямого действия). У устройств этого типа величина

отжима ЗМ сначала изменяется по линейному закону из-за упругих деформаций звеньев, а затем при определенном значении силы сме- щается в бóльшую сторону.

При определении силы закрепления (зажима) Р_з пользуются расчетными схемами и формулами. Эффективность закрепления из- делия зависит не только от величины Р_з, но и от направления и места ее приложения. Выбор направления Р_з обусловлен следующими пра- вилами: сила Р_а должна быть перпендикулярна к плоскостям устано- вочных элементов, совпадать по направлению с силой тяжести изде- лия; желательно совпадение направлений Р_з и R; действия Р_з и реак- ции опор не должны приводить к опрокидывающим и изгибающим мо- ментам; точка приложения Р_з должна быть как можно ближе к месту обработки и пр. Для возможности уменьшения Р_з и изменения ее на- правления в силовую схему закрепления кроме установочных элемен- тов вводят дополнительные опоры.

Для надежного закрепления изделия, компенсирующего неста- бильность силовых воздействий при обработке, при вычислении Р_з вводят коэф. запаса.

K = K₀ K₁ K₂ K₃ K₄ K₅ K₆, (3.1)

где K₀…K₆ соответственно: K₀ – гарантированный коэф. запаса, K₀ =

= 1,5; K₁ – коэф., учитывающий неровности обрабатываемой поверхно- сти: при черновой обработке K₁ = 1,2, при чистовой обработке K₁ = 1,0; K₂ – коэф. учета затуплений режущего инструмента (см. табл. 3.1); K₃ – коэф., учитывающий прерывистую обработку при точении и фрезеро- вании, K₃ = 1,2 (при непрерывной обработке K₃ = 1,0); K₄ – коэф., учи- тывающий постоянство силы, развиваемой ЗМ; при использовании пневматических, гидравлических приводов двустороннего действия, магнитных, вакуумных и др. ЗМ K₄ = 1,0, при использовании пневмока- мер, пневморычажных ЗМ, мембранных, гидропластмассовых и др. приспособлений K₄ = 1,2, для ручных, пневмо- и гидроцилиндров одно- стороннего действия K₄ = 1,3; K₅ – коэф., учитывающий неудобство расположения рукоятки при угле ее поворота >90°, K₅ = 1,2 – коэф. уче- та крутящих моментов, стремящихся повернуть заготовку, и вид опор. При установке изделий плоской поверхностью на опорные штыри (по- стоянном расположении точек контакта) K₆ = 1,0; если заготовка уста- новлена на опорные пластины, K₆ = 1,5.

Если при расчете коэф. запаса окажется <2,5, принимают K =

= 2,5. В формулы расчета сил закрепления (P_з) входит коэф. трения (оно возникает в местах контакта заготовки с опорами и зажимным механизмом, табл. 3.1). В табл. 3.2 приведены значения K₂, учиты- вающего затупление режущего инструмента.

Изменение значений коэффициента трения f

в зависимости от условий трения

Таблица 3.1

Таблица 3.2

Значения коэффициента K₂

В общем случае рекомендуется следующая последовательность расчета сил зажима: изучение характеристик ЗМ и условий выполнения операций, разработка схемы базирования и закрепления, определение направления и места приложения сил зажима, величины сил резания и моментов, составление расчетной схемы и уравнения равновесия дей- ствующих сил, расчет сил закрепления из этого условия, окончатель- ное определение сил зажима с учетом коэффициента запаса.

Требования к закреплению:силы закрепления должны быть перпендикулярны к плоскостям установочных элементов. Они должны совпадать с силой тяжести изделия, желательно, чтобы они совпада- ли с силой резания, действие этих сил и реакций опор не должно при- водить к опрокидывающим и изгибающим моментам, точки их прило- жения должны быть ближе к месту обработки и т.д., в ручных зажим- ных механизмах сила на рукоятке должна быть не более 150 Н.

Винтовые зажимные механизмыпреобразуют вращательное движение в поступательное. Это самотормозящиеся механизмы. При их эксплуатации сила закрепления деталей в 20…200 раз превышает силу, приложенную к рукоятке.

Недостатки – сравнительно большое время срабатывания, на- рушение точности установки обрабатываемой заготовки и нестабиль- ность сил закрепления.

Клиновые зажимные механизмы используют для увеличения или изменения направления силы закрепления. Как правило, их применя- ют в сочетании с другими устройствами (клин – винт, клин – рычаг – винт и др.). Плюсом является то, что они просты в изготовлении, ком- пактны, легко размещаются в стесненных местах приспособлений, при определенном угле подъема они обладают свойством самоторможе- ния, при этом угол клина не должен превышать 14°.

Эксцентриковые зажимные механизмыпредназначены для пре- образования вращательного движения в поступательное. Недостатки:

– уступают винтовым по силе зажима и имеют ограниченный ли- нейный ход;

– их не рекомендуют применять для закрепления нежестких из- делий, сила закрепления у них нестабильна, понижена надежность из- за интенсивного изнашивания эксцентриковых кулачков.

Достоинства – в простоте и компактности конструкции, возмож- ности получения сравнительно больших сил закрепления при не- большой силе на приводе, быстродействие (время срабатывания 0,6...2 с); в них используют стандартизованные детали.

Рычажные и рычажно-шарнирныеЗМ позволяют при их просто- те получить выигрыш в силе (или перемещениях), обеспечить постоян-

ство силы закрепления независимо от размеров закрепляемой поверх- ности, осуществить закрепление в труднодоступном месте. Их не реко- мендуют для закрепления нежестких заготовок. Рычажные и рычажно- шарнирные ЗМ не обладают свойством самоторможения, поэтому их используют с другими ЗМ (клиновыми, эксцентриковыми и др.).

Вспомогательные элементы. К ним относятся: поворотные и делительные устройства с дисками и фиксаторами (для деления ок- ружности на заданное число частей), выталкивающие устройства, подъемные механизмы, быстродействующие защелки, тормозные устройства и др.