Файл: Лабы технологическая оснастка.docx

СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА

ДЕТАЛЬ ПРИ ЕЁ ОБРАБОТКЕ НА СТАНКЕ

Деталь, после её установки в приспособлении на металлорежущем станке, должна находиться в положении устойчивого равновесия под действием всех действующих на неё сил. Силы, действующие на деталь условно можно разделить на два основных вида – активные и пассивные силы.

К активным силам относят те силы, которые стремятся сместить её из положения равновесия, достигнутого при установке. Это, прежде всего, силы резания, действующие на обрабатываемую деталь со стороны режущего инструмента – «Р_р». Если деталь обрабатывается на металлорежущем станке, рабочий стол которого перемещается возвратно-поступательно или вращается с большой скоростью, то следует учитывать инерционные «F_и» и центробежные «F_ц» силы.

К пассивным силам относят те силы, которые препятствуют возможному смещению детали под действием активных сил. Это будет непосредственно масса самой детали «mg», сила зажима детали на приспособлении «W» и силы трения в местах контакта детали с опорами приспособления «F_тр».

Соотношение активных и пассивных сил можно записать в виде следующего неравенства:

W + mg +F_тр > Р_р + F_и + F_ц.

Если учесть, что большинство металлорежущих станков работают с невысокими скоростями возвратно-поступательных перемещений рабочего стола и скоростей их вращения и, следовательно, инерционные и центробежные силы крайне не велики, вышеприведенное неравенство можно записать упрощенно:

W + mg +F_тр > к* Р_р:

Где; к – коэффициент запаса к = 1,5 -2,5.

Таким образом , расчет сил сводится к определению всех вышеприведенных сил и их анализу.

Сила резания Р_р и её составляющие определяются по известным зависимостям из курса «Резание металлов» с учетом физико-механических свойств обрабатываемого металла и режима обработки, который берется из описания технологического процесса или определяется по справочной литературе.

Масса или вес обрабатываемой детали mg берется из чертежа обрабатываемой детали, или рассчитывается исходя из удельного веса металла и объёма детали.

Сила закрепления W и силы трения F_тр определяются расчетом с учетом действующих на деталь сил. Для расчета вычерчивается эскиз детали, на который наносятся опоры и направления действующих на деталь сил.

Силы должны указываться в наиболее неустойчивом для детали положении, т.е. в том положении, в котором образуются наибольшие сдвигающие моменты. Для этого положения составляются уравнения равновесия детали и определяются неизвестные силы трения и сила закрепления.

Например, для определения сил, действующих на деталь при фрезеровании шпоночного паза разрабатывается схема её установки на приспособление, проводится анализ действующих сил и обозначаются действующие силы на схеме установки:

---

- сила зажима W действует на обрабатываемую деталь 1 со стороны механизма зажима 2 (рис. 1);

- сила резания Р_х действует на деталь от режущего инструмента 3 – фрезы и направлена по касательной к образующей наружной цилиндрической поверхности.

- масса обрабатываемой детали mg, направлена на опоры приспособления- две призмы 5. От действия массы детали в опорах возникают реакции N_1, N₂, N₃, и N₄. С целью упрощения решения поставленной задачи принимается допущение, что эти силы равны между собой, т.е. N₁ = N₂ = N₃ = N₄ = N . Допущение не оказывает существенного влияния на результаты расчета.

Упор 4 ограничивает перемещение детали в призмах в направление горизонтальной оси. В месте контакта детали с упором при обработке реакции не возникает. Имеет место простое касание.

Схема сил, действующих на деталь при фрезеровании шпоночного паза, показана на рис. 2. Направление силы резания Р_х выбрано с учетом направления вращения режущего инструмента. Предполагается, что в этом направлении возможен поворот от момента, созданного составляющей силы резания Р_х. Величина момента определяется по зависимости:

М_Рх= Р_х*R;

Где: R – радиус обрабатываемой детали (R = Оа, рис. 2).

При выборе направления возможного перемещения обрабатываемой детали, вызванного силой резания или её составляющими, рассматриваются все возможные варианты, в зависимости от того, куда в данный момент направлена сила резания. На рис. 3 показано, что теоретически деталь может смещаться в любом доступном ей направлении. Это направление характеризуется, как правило, действием наибольшего момента или наибольшей силы, вызывающей её перемещение из положения, в котором она была при базировании.

Анализ вариантов может быть сокращен за счет влияния конструкции приспособления. Так направление перемещения «1» лимитируется наличием упора 4 (рис.1). Направления перемещения «2» и «4» для данного случая практически равнозначны и если их рассматривать, можно ограничиться одним случаем. Отсюда вытекает, что необходимо рассмотреть всего два варианта – второй и третий. Выбор остается за тем вариантом, в котором это влияние будет наиболее опасным.

При выборе предпочтение отдается, в большинстве случаев, влиянию моментов.

СОДЕРЖАНИЕ И ПОСЛЕОВАТЕЛЬНОСТЬ

ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:

1. Вычертить упрощенный эскиз приспособления с установленной на нем деталью, указать расположение опор и конструктивно определить и нанести размеры между опорами.

2. Указать положение режущего инструмента и траекторию его перемещения при обработке детали.

3. Определить направление действия на деталь силы резания и её составляющих, а также других сил, образующихся при установке и зажиме детали в приспособлении.

4. Определить направления возможного смещения обрабатываемой детали, вызванные действием на неё силы резания и её составляющих.

---

5. Определить наиболее неустойчивое положение детали, которое образуется при её обработке.

6. Сделать вывод.

ЗАЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

1.Зачет по лабораторной работе принимается только по представлению полностью оформленного отчета.

2.Для получения зачета студент должен подготовиться по содержанию лабораторной работы по следующим вопросам:

- Условие устойчивого положения детали при её обработке и какими силами оно создается;

- Под действием каких сил или силы может сместиться или повернуться деталь при обработке ;

- В каких случаях допускается не учитывать заложенную в конструкцию приспособления погрешность базирования размеров;

- Какая сила или силы обеспечивают устойчивое положение заготовки при обработке ;

- Как определить возможные перемещения заготовки при обработке

3. Зачет по лабораторной работе выставляется преподавателем, ведущим лабораторные работы, после собеседования со студентом, при условии, что он имеет четкое понимание и достаточные знания теоретического и учебного материала, использованного для лабораторной работы.

4. Если у преподавателя имеются существенные замечания по результатам работы и выполненная работа отложена на дополнительную доработку повторный зачет принимается в дополнительное, назначенное преподавателем, время.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Кочин А.Н., Тудакова Н.М. Основы конструирования и расчета деталей станочных приспособлений. Нижегород. гос. техн. университет им. Р.Е. Алексеева. Н.Новгород, 2015.

Кочин А.Н., Фролова И.Н., Тудакова Н.М. Технологическая оснастка Часть 1 Комплекс учебно-методических материалов для студентов заочной и дистанцинной форм обучения. Нижегород. гос. техн. университет им. Р.Е. Алексеева. Н.Новгород, 2010.

Нижегородский Государственный технический университет Р.Е.Алексеева

Институт промышленных технологий машиностроения

Кафедра «Технология и оборудование машиностроения»

Дисциплина «Технологическая оснастка»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

РАСЧЕТ СИЛЫ ЗАЖИМА ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ДЕТАЛИ
В ПРИСПОСОБЛЕНИИ

г. Нижний Новгород 2017

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

Рассчитать необходимую силу зажима обрабатываемой на технологической операции детали в заданном приспособлении.,

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

Технический чертеж станочного приспособления и полностью оформленные и принятые отчеты по лабораторным работам №1, №2, №3 и №4. Дополнительные данные: φ – коэффициент трения скольжения, режим обработки (t, S, n), необходимые для лабораторной работы, выбираются студентом из справочной литературы самостоятельно.

РАСЧЕТ СИЛЫ ЗАЖИМА ДЕТАЛИ НА
ПРИСПОСОБЛЕНИИ

Для расчета силы зажима «W» необходимо:

- рассчитать или определить основные силы, действующие на обрабатываемую деталь при её обработке. К основным силам относятся; вес детали - mg и сила резания – Р;

---

- установить наиболее неустойчивое (опасное) положение детали, в котором возможно образование её поворота или сдвига от действия силы резания или её составляющих;

- определить производные от основных силы (силы трения), действующие в местах контакта детали с опорами приспособления и с деталями механизма зажима;

- составить уравнения равновесия детали от действия всех приложенных к ней сил;

- решить полученные уравнения и определить необходимую силу зажима с учетом коэффициента запаса «К».

Последовательность расчета силы зажима W рассматривается на основании результатов анализа приспособления из работы № 4. Исходными данными для расчета берутся:

- схема сил, действующих на деталь;

- направление предполагаемого перемещения детали под действием силы резания;

- размеры расстояний между опорами ;

- размеры самой детали.

Размеры расстояний между опорами берутся непосредственно из чертежа приспособления, а размеры детали – из чертежа детали. Если имеется в наличии само приспособление и деталь – все необходимые размеры измеряются и используются в расчетах как исходные данные.

С учетом того, что ранее были установлены два направления вероятного смещения детали от влияния силы резания, поворот детали относительно горизонтальной оси симметрии и смещение детали от влияния силы резания вдоль горизонтальной оси симметрии.

Поворот детали относительно горизонтальной оси симметрии

С хема сил, действующих на деталь при её обработке для

1-го случая показана на рис.1. Направление возможного поворота показано на рис.1 стрелкой.

Затем, на схеме основных сил определяются силы, которые образуются при возможном смещении детали – силы трения между деталью и опорами и сила трения между деталью и звеном механизма зажима. После этого, при наличии всех необходимых для расчета сведений составляются уравнения всех действующих на обрабатываемую деталь сил, обеспечивающих её заданное положение, необходимое для получения заданных размеров: Σ X = 0 ; ΣY = 0; ΣZ = 0; Σ м₀ = 0.

На основании анализа рис.1 получаются следующие уравнения равновесия детали под действием всех действующих на неё сил:

1. ;

2. = ;

3. .

При составлении уравнений равновесия приняты следующие допущения:

1. N₁ = N₂ = N₃ = N₄ = N;

2. F_N1тр= F_N2тр=F_N3тр = F_N4тр= F_Nтр=N*f;

3. F_W=W*f.

На этом основании, исходя из уравнения сил, действующих на деталь по оси Y, получается:

или .

C учетом принятых допущений, уравнение моментов относительно горизонтальной оси симметрии детали, установленной в призмах и обрабатываемой на шпоночно-фрезерном станке записывается в следующем виде:

_{В уравнении суммы моментов неизвестной величиной является сила закрепления W, остальные величины берутся из чертежа обрабатываемой детали (R и r), рассчитываются в зависимости от физико-механических обрабатываемого и обрабатывающего материалов и режима обработки (Рх) или из справочной литературы – коэффициент трений « f».}

---

_{Окончательно, сила закрепления W1 для первого случая определяется зависимостью:}

_{Смещение детали вдоль горизонтальной оси симметрии детали.}

_{Д ля второго случая , как и в первом варианте, вычерчивается схема установки детали на приспособлении, на которой указываются все основные силы, действующие на деталь при её обработке. После этого, с учетом возможного смещения детали, определяются силы, образующиеся при её возможном смещении – силы трения в опорах и в звене механизма зажима при их контакте с деталью. К этим силам относятся – FN1тр, FN2тр, FN3тр, FN4тр и FW .Затем составляются уравнения равновесия детали от действия на неё всех приложенных к ней сил сил. Учитывая, что под влиянием силы Рх, действующей вдоль оси Z, происходит линейное перемещение вдоль этой оси, а так же, с учетом допущений, принятых при решении первой задачи, для определения необходимой силы зажима W2 достсточно составить уравнение сил, действующих только по оси Z.}

С учетом принятых ранее допущений, что F_N1тр = F_N2тр=F_N3тр= F_{N4 тр}= Nf , а так же то, что , вышеприведенное уравнение принимает следующий вид:

.

Решение уравнения относительно W₂ дает следующий результат:

.

Для выбора в дальнейших расчетах необходимого сравнить значения сил зажима полученные расчетом в первом и втором случаях. Определяющим фактором будет служить величина силы закрепления, выбрав которую можно быть уверенным, что неподвижность обрабатываемой детали будет обеспечена независимо от направления действия силы резания Р_х :

Анализ результатов расчета показывает, что в значительной степени величина силы зажима зависит от радиуса обрабатываемой детали. Поэтому, для дальнейших расчетов предпочтительным значением можно считать силу W₁ .

СОДЕРЖАНИЕ И ПОСЛЕОВАТЕЛЬНОСТЬ

ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:

1. Рассчитать силу резания, действующую на деталь при её обработке.

2. Определить траекторию перемещения режущего инструмента.

3. Установить положение режущего инструмента, в котором обрабатываемая деталь будет наименее устойчивой.

4. Установить направления действия сил трения между обрабатываемой деталью и деталями приспособления.

5. Определить направления возможного смещения детали при её обработке.

6. Составить уравнения равновесия детали для наиболее опасных направлений её смещения.

7. Рассчитать силу закрепления для каждого наиболее опасного направления.

8. Сделать вывод.

ЗАЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

1.Зачет по лабораторной работе принимается только по представлению полностью оформленного отчета.

2.Для получения зачета студент должен подготовиться по содержанию лабораторной работы по следующим основным вопросам:

- От каких параметров зависит величина силы резания?

- Какие направления силы резания будет наиболее опасным и почему?;

- Какая сила или силы обеспечивают устойчивое положение заготовки при обработке?

---