Исходные данные:

Операционный эскиз.

Вид и материал заготовки – отливка СЧ32-52 НВ 220.

Вид обработки – черновая.

Материал и геометрия режущей части резца – резец сборный со сменной четырёхгранной неперетачиваемой пластиной из ВК 4. γ = - 2°, λ = - 3°, φ = 45°.

Режимы резания: t = 2 мм, подача S = 0,5 мм/об, скорость резания V = 102 м/мин.

Тип приспособления – одноместное универсальное наладочное (УНП) со сменными кулачками.

Металлорежущий станок 16К20 ( наибольший диаметр патрона – 400 мм, внутренний конус шпинделя – Морзе 6 [5], основные размеры концов шпинделя по ГОСТ 12595-72 [6].

Расчёт сил резания

Расчет сил резания выполним по методике изложенной в [4]. При продольном и поперечном точении составляющие Р_z, Р_y, Р_x силы резания рассчитываются по формуле:

P_{z, y, x} = 10 * C_p * t^x * S^y * Vⁿ * K_p

где C_p, x, y, n – постоянная и показатели степени для конкретных условий обработки, выбираются по таблице. При обработке серого чугуна резцом, оснащённым пластиной из твёрдого сплава, они равны:

для расчёта P_z – C_p = 92; x = 1; y = 0,75; n = 0;

для расчёта P_y – C_p = 54; x = 0,9; y = 0,75; n = 0;

для расчёта P_x – C_p = 46; x = 1; y = 0,4; n = 0.

Поправочный коэффициент К_р представляет собой произведение ряда коэффициентов, учитывающих фактические условия резания:

К_р = К_мр* К_φр* К_γр* К_λр,

где К_мр = - коэффициент, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости (n_p = 1 - для расчёта P_y; n_p = 0,4 - для расчёта P_z; n_p = 0,8 - для расчёта P_x) [4];

К_φр – коэффициент, учитывающий влияние угла в плане резца на силы, равный при φ = 45°, для расчёта P_z К_φp = 1; для расчёта P_y К_φp = 1; для расчёта P_x К_φp = 1 [4];

К_γр - коэффициент, учитывающий влияние переднего угла резца на силы, равный при

γ = -2°, для расчёта P_z К_γp = 1,1; для расчёта P_y К_γp = 1,4; для расчёта P_x К_γp = 1,4 [4];

К_λр - коэффициент, учитывающий влияние угла наклона режущей кромки резца на силы, равный при λ = -3°, для расчёта P_z К_λp = 1; для расчёта P_y К_λp = 0,75; для расчёта P_x К_γp = 1,07 [4]. Подставим все данные в формулы:

для расчёта P_z - К_р = 1,02 * 1 * 1,1 * 1 =1,122;

для расчёта P_y - К_р = 1,05 * 1 * 1,4 * 0,75 =1,103;

для расчёта P_x - К_р = 1,04 * 1 * 1,4 * 1 =1,46;

P_z = 10 * 92 * 2¹ * 0,5^0,75 * 102⁰ * 1,122 = 1228 Н.

P_y = 10 * 54 * 2^0,9 * 0,5^0,75 * 102⁰ * 1,103 = 661 Н.

P_x = 10 * 46 * 2¹ * 0,5^0,4 * 102⁰ * 1,46 = 1018 Н.

Расчёт усилия зажима

В процессе обработки заготовки на неё воздействует система сил. С одной стороны действуют составляющие силы резания, которые стремятся вырвать заготовку из кулачков, с другой – сила зажима препятствующая этому. Из условия равновесия моментов данных сил и с учётом коэффициента запаса определяются необходимые зажимное и исходное усилия. В данной схеме принимаем консольное закрепление заготовки, так как . Суммарный крутящий момент от касательной составляющей силы резания стремится провернуть заготовку в кулачках, и равен для данного примера:

Повороту заготовки препятствует момент силы зажима, определяемый следующим образом:

где W – суммарное усилие зажима, приходящееся на три кулачка, Н;

 f – коэффициент трения на рабочей поверхности сменного кулачка.

Из равенства моментов М_Р^” и М_з^” определим необходимое усилие зажима, препятствующее провороту заготовки в кулачках.

где d₁ – диаметр обрабатываемой поверхности; d₂ – диаметр поверхности за который крепится заготовка.

Значение коэффициента запаса К, в зависимости от конкретных условий выполнения технологической операции определяется по формуле [7].

где К₀ = 1,5 – гарантированный коэффициент запаса; К₁ – коэффициент учитывающий увеличение сил резания из-за случайных неровностей на обрабатываемых поверхностях заготовки: при черновой обработке К₁ = 1,2; К₂ - коэффициент учитывающий увеличение сил резания вследствие затупления режущего инструмента (выбираем по таблице в зависимости от метода обработки и материала заготовки [9]: К₂ = 1; К₃ - коэффициент учитывающий увеличение сил резания при прерывистом резании: для непрерывного резания К₃ = 1; К₄ - коэффициент характеризующий постоянство силы, развиваемой зажимным механизмом: для механизированных приводов К₄ = 1; К₅ = коэффициент характеризующий эргономику немеханизированного зажимного механизма (удобство расположения органов зажима и т. д.): для механизированных приводов К₅ = 1. Коэффициент К₆ вводится в расчёт только при наличии моментов, стремящихся повернуть заготовку, установленной плоской ТБ на опоры – штыри.

В данном случае коэффициент К равен:

Коэффициент трения f между заготовкой и сменными кулачками зависит от состояния их рабочей поверхности (выбирается по таблице [9]): примем форму рабочей поверхности кулачка с кольцевыми канавками f = 0,3.

Подставим в формулу все исходные данные:

Сила P_y стремится вывернуть заготовку из кулачков относительно оси, создавая момент:

М_р^''= P_y^'· l^'

Данному моменту препятствует момент от силы зажима:

Необходимая сила зажима равна:

Для дальнейших расчетов принимаем наихудший случай:

W=9578,4Н.

 Величина усилия зажима W₁ прикладываемая к постоянным кулачкам несколько увеличивается по сравнению с усилием W и рассчитывается по формуле:

где l_k- вылет кулачка, расстояние от середины рабочей поверхности сменного кулачка до середины направляющей постоянного кулачка;

Н_к – длина направляющей постоянного кулачка, мм;

f₁ – коэффициент трения в направляющих постоянного кулачка и корпуса

 ( f₁=0,1 для полусухого трения стали по стали).

Значения l_k и Н_к для расчетов принимаются на основе анализа разработанных раннее конструкций. В данном расчете примем: толщину сменного кулачка в_с =30мм, постоянного в_к+l_з =20+30=50мм, ширину направляющей постоянного кулачка В_к =40мм, ширину сменного кулачка В₁=25мм, длину кулачка Н_к=80мм, вылет l_к=62мм.

 В процессе конструирования патрона, данные размеры могут несколько измениться, но это, как показывает практика, не вносит существенных изменений в расчеты усилий.

Подставив исходные данные в формулу, получим: