4 Расчет приводов зажимных устройств зажимных приспособлений

4. 1 Пневматические приводы

Схемы устройства этих приводов и расчетные формулы приведены в таблице 4.1.1. В этих формулах приняты следующие обозначения:

Р_ш, P_ш1 - усилие на штоке в Н,

D - диаметр цилиндра в м,

N - сопротивление пружины возврата при крайнем рабочем положении в Н,

р - удельное давление сжатого воздуха в мПа,

 - к.п.д., принимать равным 0,85,

d - диаметр штока пневмоцилиндра в м,

d_o - диаметр опорной шайбы в м.

Величина давления сжатого воздуха принимается от 50 до 40 мПа, для вакуумных устройств давление в полости разряжения - 1,0 - 1,5 мПа. Указанные в таблице 4. 1. 1. формулы используются для поверочных расчетов при про­ектных расчетах находят необходимые размеры, по которым подбирают по нормалям или справочникам (2, 3, 5) ближайший больший размер привода. Для встроенных приводов раз­меры должны быть округлены по нормальному ряду диаметров. Усилия на штоке привода определяются по схеме закрепления с учетом влияния передаточных устройств и величины усилия зажима заготовки (f2 и 3 настоящего руководства).

Величина усилия на штоке при подаче воздуха со стороны поршня для вращающегося или качающегося цилиндров может быть выбрана по таблице 4.1.2.

Для приводов двустороннего действия пружина возврата не применяется, а, следовательно, усилие пружины возврата в расчетных формулах равно нулю. Подробнее [2], стр.202-205, [3], стр.78, [5], стр. 225.

Таблица 4.1.2

Диаметр рабочей поверхности цилиндра в мм	Усилие на штоке в кН при давлении сжатого воздуха в МПа
	40	50	60
200	12,56	15,71	18,84
250	19,63	24,54	29,45
300	28,27	35,34	42,41
350	38,48	48,10	57,73
400	50,26	62,83	75,40

Примечание: при К.П.Д. равном 1,0.

4.2. Гидравлические и пневмогидравлические приводы

Схемы гидравлических приводов и расчетные формулы для определения усилия на штоке приведены в таблице 4.2.1. В этих формулах приняты следующие обозначения:

Р_ш, P_ш1 - усилие на штоке в Н,

D, D_ж - диаметр гидроцилиндра в м,

D_в - диаметр пневмоцилиндра в м,

Р, Р_ж - удельное давление жидкости в мПа,

Рв - удельное давление воздуха в мПа,

d, d₁ - диаметр штока гидроцилиндра в м,

d₂ - диаметр штока пневмоцилиндра в м,

N - сопротивление пружины возврата в Н,

 - общий К.П.Д. системы.

Замечания, сделанные для расчета пневматических приводов см.4.1, справедливы для гидравлических и пневмогидравлических приводов.

4.3 Электромагнитные приводы

Расчет электромагнитных устройств ведется по схеме на рисунке 4.3.1.

При расчете учитываются геометрические размеры и электротехнические формулы. Более подробно вопросы теории, расчета и области применения электромагнитных и магнитных устройств приспособлений см. в монографии [6].

Участки магнитопровода являются:

l₁, l₂, l₁₂ - обрабатываемая заготовка,

l₃, 1₁₁ - зазор между заготовкой и магнитной плитой,

l₄, l₁₀ - высота сердечников плиты,

l₆, l₇, l₈ - соединительные планки,

1₅, 1₉ - зазоры между соединительной планкой и сердечниками.

Расчет производится в следующей последовательности:

1. Определяется необходимая удерживающая сила Q по формуле:

где Р_рез - усилие резания, вызывающее сдвиг заготовки в кг (при шлифовании - окружная сила),

f- коэффициент трения между заготовкой и плитой, равный 0,1-0,15.

2. Определяется (либо выбирается) число пар полюсов, перекрываемых заготовкой, исходя из ее размеров и конфигурации.

3. Определяется удерживающая сила, создаваемая одним полюсом в магнитной системе:

где n - число пар полюсов

2. Подсчитывается площадь поперечного сечения сердечника по формуле:

где В - магнитная индукция для материала, из которого изготовлен сердечник - [rс] [5, табл. 124].

5. Определяется общее сопротивление магнитопровода по формуле:

где l₁, l₂, l_n - длина каждого участка магнитопровода в см,

₁, ₂, ₃ - магнитная проницаемость материала каждого участка [5, табл. 124].

F₁, F₂, F₃ - площадь поперечного сечения каждого участка в см².

6. Определяется общий магнитный поток с учетом 30% потерь

Ф=0,7BF_c

7. Рассчитывается количество ампервитков катушки

J - сила тока в А,

W - количество витков катушки.

8. Определяется диаметр провода катушки

где q - допустимая плотность тока, равная 3-5 А/мм².

9. После этого производится проверка катушки на нагрев по величине поверхности ее охла­ждения, которая приходится на один ватт мощности.

Для стандартных магнитных плит, используемых на плоскошлифовальных станках, производится поверочный расчет, не основании которого решается вопрос о возможности вести обработку заготовок при заданных режимах резания. Если усилия магнитной плиты недостаточны, то уменьшают режимы резания.

4. Электромоторные приводы

Одна из схем электромоторного привода показана на рисунке 4.4.1.

Величина усилия, создаваемого тягой электромоторного привода определяется в зависимо­сти от характера используемого приспособления (трехкулачковый патрон, фрезерное, свер­лильное и т.п.).

Поэтому при расчете необходимо знать и учитывать влияние конструкции, передающей усилие от привода к обрабатываемой заготовке.

Усилие тяги для указанных выше схем определяется по формуле:

N - мощность электродвигателя в л.с,

n - частота вращения двигателя в мин,

r_ср - средний радиус резьбы в см,

а - угол подъема в градусах,

 - угол трения в резьбе в градусах,

i - передаточное отношение редуктора,

 - К.П.Д. редуктора.

Более подробно расчеты для других схем и конструктивных решений электромотор­ных приводов изложены в монографии [7].

При проектных расчетах по известной величине усилия, которое должно быть создано тягой электромоторного устройства определяется по приведенной выше формуле мощность электромотора. По величине мощности и принятому числу оборотов подбирают электромо­тор по каталогу электродвигателей переменного тока.

Примеры расчета зажимных усилий и приводов приспособлений.

Пример 1.

Определить потребное зажимное усилие при предварительном обтачивании стальной заго­товки до диаметра 50 мм с глубиной резания 3 мм, S = 0,5 мм/об из стали 45 при ее закрепле­нии в трехкулачковом патроне. Заготовка - горячекатаный прокат 60 мм. Проверить доста­точность зажима в стандартном трехкулачковом патроне.

Решение

По нормативам определяем усилия резания (P_z и Р_х) для заданных в примере условий. Резец проходной, с пластинкой твердого сплава Т15К6, угол  =45°; ₁=30°; r = 2,0 мм.

Подставляем данные из таблицы 20 получим:

Р_z = 300  3  0,5^0.25  100^-0.15  1 = 270 кг Р_х = 111 кг

Учитывая, что поверхность горячекатаного проката груба, а кулачки патрона имеют насечку, примем коэффициент трения по цилиндрической поверхности f₁=0,25.

Определим коэффициент запаса по формуле

К = К₀∙К₁∙К₂∙К₃∙К₄∙К₅∙

В соответствии с рекомендациями к этой формуле, с учетом заданных условий обработки, будем иметь следующие значения частных коэффициентов:

К₀ = 1,5 К₁ = 1,2 (черновая обработка)

К₂ = 1,0 (для составляющей P_z, см. таблицу 2.4.)

К₂ = 1,6 (для составляющей Р_х, см. таблицу 2.4.)

К₃ = 1,0 (непрерывная обработка)

К₄ = 1,4 (закрепление вручную)

K₅ = 1,0 (удобное положение)

Тогда получим:

Для Р_z – К= 1,51,21,01,01,31,0 = 2,34

Для Р_x – К= 1,51,21,61,01,31,0 = 3,64

Предполагая, что 3Qf₁> Р_х определим силу зажима по формуле 1а, таблицы 2.2 т.е.

т.к. , то после подстановки в формулу, получим

Проверим, выполняется ли сделанное допущение о не смещении заготовки вдоль оси под действием Р_х

32,80 P_Z > P_X 2,0 P_Z > P_X

Отсюда следует, что, хотя Р_х может, за счет затупления инструмента, возрасти в 1,6 раза, a P_Z > P_X, то условие выполняется.

Таким образом, потребное зажимное усилие Q = 745 кг = 7450 [Н]. Общее усилие, создаваемое тремя кулачками патрона, составит 2240 кг или 22400 Н

Сравним полученные расчетом потребные усилия с усилиями, создаваемыми универ­сальным спирально-реечным патроном с ключевым зажимом мод. ТС-25. Для этого восполь­зуемся примером расчета в книге Ансерова М.А. «Приспособления для металлорежущих станков» - М.: Машиностроение, 1964 стр.134-140.

Для патрона модели ТС-25 при усилии на рукоятке ключа патрона 25 кг и длине руко­ятки 250 мм может быть создано общее усилие 2420 кг. Так как это усилие больше расчетного, то возможно надежное закрепление заготовки вручную. Однако следует заметить, что при дальнейшем увеличении глубины резания будут возрастать усилия резания, и надежность за­крепления будет падать, либо потребуется прилагать на рукоятке более 25 кг.

Пример 2.

Определить зажимное усилие при фрезеровании торцов штампованного валика из стали 45 фрезами, оснащенными твердым сплавом Т15К6. Диаметр наибольшего фрезеруемого торца d=100 мм, величина припуска на обработку 3 мм, штамповочные уклоны по наружным по­верхностям 3°, подача на зуб фрезы S_z = 0,1 мм/зуб. Закрепление валика ведется в двух па­рах сходящихся призм ножевого типа с углом а=90°, привод призм производится через хо­довой винт с трапециидальной резьбой d = 30 мм, t = 3 мм. Найти приводной момент на винте и выбрать вид привода (вручную или электроключом).

Решение

Величина момента сил резания будет изменяться в зависимости от глубины резания и шири­ны фрезерования. Наибольший момент в фрезе будет возникать, когда будет наибольшая ширина равная диаметру обрабатываемой заготовки. Момент, передаваемый заготовке, будет зависеть от величины силы Р_z и плеча действия этой силы по отношению к оси вала.

Приближенно наибольший момент сил резания, действующий на заготовку, можно принять равным (P_z)_maxD/4.

Учитывая, что нагружение вала ведется с двух сторон и закрепление также ведется двумя парами призм, расчет можно вести для одной пары призм и для одного момента сил резания. При этом условии расчетная формула для определения силы зажима будет иметь вид:

.

Подставляя значение величины в расчетную формулу, получим:

D=100мм, f₂ = 0,2 (черновая базовая поверхность), а = 90°,

К = 1,51,21,81,21,31,0 = 5,15.

Момент привода винта для создания силы Q будет равен удвоенному моменту в резь­бе и определяется по формуле:

По величине момента привода может быть решен вопрос о характере привода (вруч­ную или механизированный). Для этого, приняв усилие на рукоятке Р=150Н, определим длину рукоятки по формуле:

Так как рычаг получается очень большим, то привод зажимного устройства вручную нецелесообразен. Поэтому может быть применен электромеханический привод в виде тор­сионного ключа.

Подбор типоразмера такого ключа ведем по книге В.П. Вейц, Л.И. Фридман - Элек­тромеханические зажимные устройства станков и станочных линий. - Л.: Машиностроение, 1973-262с.

По таблице 12, стр. 158 указанного выше источника можно использовать для создания расчетного момента зажима заготовки торсионный электромеханический ключ (ЭМК) типа 2У2241- 13 или 2У2241 -14.

В связи с тем, по ЭМК 2У2241 - 14 имеет дополнительный запас крутящего момента за счет регулировки реле максимального тока, принимаем последний в качестве привода за­жимного устройства.

Таким образом, для заданных условий примера, зажим будем производить ЭМК 2У2241 - 14.