Определение усилия зажима детали в приспособлении

Величину усилия зажима, необходимого для надежного крепления детали, можно определить на основе решения задачи статики, рассматривая равновесие детали под действием приложенных к ней сил. Рекомендуется следующий порядок расчета:

1) составить расчетную схему, т.е. на схеме установки изобразить все силы, действующие на деталь: силу резания, зажимные усилия, реакции опор и силы трения в местах контакта детали с установочными элементами и зажимными устройствами.

Расчетную схему следует составлять для наиболее неблагоприятного варианта местоположения режущего инструмента по длине обрабатываемой поверхности, при котором для удержания детали от перемещения и поворота под действием силы резания требуется приложить наибольшее зажимное усилие;

2) составить уравнение сил и моментов из условия равновесия детали и определить величину проекции на направлении силы резания и сил трения.

Уравнение сил можно составить в таком виде: сумма проекции всех сил удерживающих деталь, равна проекции силы резания.

Для составления уравнения моментов необходимо установить точку, относительно которой возможен поворот детали под действием силы резания, и определить относительно этой точки момент сил, удерживающих деталь, и момент силы резания;

3) ввести коэффициент надежности закрепления К, в процессе обработки увеличение силы резания по сравнению с рассчитанной формулой.

Увеличение силы резания может произойти из-за затупления инструмента, изменения твердости материала и величины припуска.

Коэффициент К учитывает также возможное изменение условий закрепления в процессе обработки.

Для удобства расчетов коэффициента К можно ввести в полученное уравнение сил путем умножения на К силы резания, сдвигающей деталь, а в уравнение моментов – умножение на К момента силы резания;

4) определить величину зажимного усилия из полученных уравнений сил и моментов.

Пример. При фрезеровании паза (рис. 3.4) деталь под действием силы резания может перемещаться вдоль опорных пластин. Составляющая силы резания, вызывающая перемещение детали, равна Р_z.

Реакция опоры составляет:

.

Силы трения Т₁ – в местах контакта детали с зажимным устройством и Т₂ – с установочными элементами соответственно будут равны:

,

.

где f₁и f₂ – коэффициенты трения, соответственно, между деталью и зажимными устройствами и между деталью и установочными устройствами.

Уравнение сил, составленное из условий равновесия детали

.

После подстановки значения Т₁ и Т₂ и введения коэффициента К оно примет вид:

,

откуда

.

Рис.3.4. Схема фрезерования паза

Пример. При сверлении отверстия в детали, закрепленной в трехкулачковом патроне (рис. 3.5), деталь может перемещаться вдоль кулачков под действием силы резания Р_х (усилие подачи) и провертываться в кулачках под действием момента резания М_кр. Для обеспечения неподвижности детали относительно патрона необходимо приложить такое усилие зажима, чтобы не было ни перемещения, ни провертывания детали относительно кулачков. В зависимости от формы насечки на кулачках сопротивление перемещению и провертыванию может быть различным, так как при этом могут быть разными коэффициенты трения.

Допустим, что при перемещении детали в кулачках вдоль ее оси коэффициент трения будет f₁ , а при провертывании – f₂. Тогда силы трения между кулачками и деталью будут составлять:

при перемещении

,

при провертывании

.

Определим величину усилия зажима при условии недопустимости перемещения детали в кулачках. Пользуясь принятыми обозначениями (рис. 3.5), имея в виду, что у патрона три кулачка, составим уравнение сил:

.

После подстановки значений Т₁и введения коэффициента К уравнение примет следующий вид:

.

Пример расчета погрешностей базирования Δ_б и закрепления Δ_з при обработке деталей в патронах.

Примечание. При установке на магнитной плите погрешностью закрепления пренебрегают.

.

Из приведенных формул и рис. 3.7 видно, что максимальная погрешность будет иметь место в верхней части (КК₁); минимальная – в нижней (СС₁).

В приведенных формулах учтен только допуск на диаметр и не учтены допуски на овальность, конусность, которые будут влиять на D_б, но в меньшей степени, так как допуски на овальность и конусность в два-три раза меньше допусков на диаметр.

По приведенным формулам рассчитывают максимальную погрешность, так как в формулы вошел весь допуск на диаметр. Действительную величину погрешности заранее определить невозможно. Общая сумма погрешностей не должна выходить за пределы допуска на операцию.

На рис. 3.8 приведен пример выполнения операции сверления при установке на призму. Если допуск d на операцию меньше погрешности базирования, то обрабатывать отверстие следует в зоне В, так как погрешность базирования в этой зоне в пять раз меньше, чем в зоне А (при a = 90 °).

Погрешность закрепления в горизонтальной плоскости D_з (рис. 3.9) зависит от точности выполнения угла призмы a, вернее симметричности его относительно вертикали, проведенной через вершину угла призмы.

Если обозначить через b разность половин углов a/2 смещение оси цилиндра вправо или влево будет

,

при D = 50 мм, d= 90 °, b= 10¢, D_з = 0,1 мм.

Если при таком базировании сверлить отверстие, то ось его пройдет левее или правее центра детали на 0,1 мм (рис. 3.9). Поэтому при изготовлении призм равенство половин угла рекомендуется выдержать с точностью 5¢, т.е. b= 5¢.

К установочным устройствам для внутренних цилиндрических баз (отверстий) относятся различные оправки, конструктивные особенности которых весьма разнообразны.

Рис. 3.8. Схема установки детали в призму для сверления отверстия с выдерживанием размера Н^{± d}

Рис. 3.9. Схема образования погрешности закрепления в горизонтальной плоскости из-за неточности выполнения половины угла призмы при ее изготовлении

3.15. Экономическое обоснование принятого варианта технологического процесса

В курсовом проекте сравниваются два варианта ТП: базовый и проектируемый. В качестве базового варианта принимается заводской ТП. При отсутствии базового варианта в проекте рассматриваются (сравниваются) два возможных варианта изготовления детали.

Все расчеты настоящего раздела выполняются с использованием цен и тарифных ставок, действующих в Республике Беларусь на момент выполнения расчетов. Не допускается выполнение расчетов в копейках с увеличением конечного результата до рублей.

При оценке эффективности того или иного варианта ТП наиболее выгодным признается тот, у которого сумма текущих и приведенных капитальных затрат на единицу продукции будет минимальной.

Расчеты приведенных затрат и технологической себестоимости выполняются для всех изменяющихся операций ТП.

Приведенные затраты для двух сравниваемых вариантов ТП рассчиты-ваются по формуле

З = С + Е_н∙(К_с + К_зд), (3.13)

где С – технологическая себестоимость, р;

Е_н – нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений (Е_н= 0,1);

К_с, К_зд – удельные капитальные вложения в станок и здание соответственно.

Расчет основной и дополнительной зарплаты выполняется, по формуле

С₃ = С_ч×К_д×З_н×К_о.м, (3.14)

где С_ч – часовая тарифная ставка рабочего (принимается по установленным тарифным ставкам), р/ч;

К_д – коэффициент, учитывающий дополнительную зарплату и начисления (К_д = 1,7);

3_н – коэффициент, учитывающий оплату наладчика (З_н = 1,0);

К_о.м – коэффициент, учитывающий оплату рабочего при многостаночном обслуживании (К_о.м = 1,0).

Расчет часовых затрат по эксплуатации рабочего места выполняется по формуле

С_эксп = С_ч.з×К_м, (3.15)

где С_ч.з – часовые затраты на базовом рабочем месте (принимаются по материалам производственной практики), р/ч;

К_м – коэффициент показывающий во сколько раз затраты, связанные с работой данного станка, больше, чем аналогичные расходы у базового станка.

Удельные капитальные вложения в станок рассчитываются по формуле

, (3.16)

где Ц_с – отпускная цена станка, р;

К_м – коэффициент учитывающий затраты на транспортировку и монтаж (К_м = 1,1);

С_п – принятое число станков на операцию (С_п = 1,0);

N – годовой объем выпуска деталей.

Удельные капитальные вложения в здание рассчитываются по формуле

, (3.17)

где С_пл – стоимость 1м² производственной площади (принимается по материалам производственной практики), р/м²;

П_с – площадь, занимаемая станком с учетом проходов, м²;

С_п – принятое число станков на операцию (С_п = 1,0).

Площадь, занимаемая станком П_с .определяется по формуле

, (3.18)

где f – площадь станка в плане (длина к ширине), м²;

К_с – коэффициент, учитывающий дополнительную производственную площадь (К_с = 3,5 при f = 2...4м²; К_с = 3 при f = 4...6м²; К_c = 4 при f < 2 м²).

Технологическая себестоимость рассчитывается для всех операций по формуле

С = (С_з + С_эксп)∙ . (3.19)

Экономический эффект от внедрения принятого варианта ТП рассчитывается по формуле

Э = (З_баз – З_пр)∙N, (3.20)

где З_баз – приведенные затраты по базовому варианту ТП;

3_пр – приведенные затраты по проектируемому варианту.

Результаты расчетов приведенных затрат сводятся в табл.3.15.

Таблица 3.15

Расчет приведенных затрат

Примечание: В таблице в скобках указаны номера формул, по которым выполняются расчеты.