Приступая к расчету зажимного механизма необходимо определиться с его конструкцией. В самоцентрирующих механизмах установочные элементы (в данном случае кулачки) должны быть подвижными в направлении зажима и закон их относительного движения необходимо выдержать с высокой точностью. Поэтому на движение кулачков накладываются условия: разнонаправленность, одновременность и равная скорость движения. Данное условие можно выдержать, обеспечивая движение трех кулачков от одного источника движения (силового привода).

В кулачковых патронах наибольшее применение получили рычажные и клиновые зажимные механизмы, движение которым передается центральной втулкой связанной с силовым приводом.

Рычажный механизм представляет собой неравноплечий угловой рычаг, смонтированный в корпусе патрона на неподвижных осях и который своими сферическими концами входит с посадкой в пазы постоянного кулачка и центральной втулки.

Клиновой зажимной механизм по конструкции проще рычажного и формируется втулкой и постоянным кулачком. Для этого во втулке выполнены наклонные под углом α Т-образные пазы, в которые входят своими Т-образными выступами постоянные кулачки. При перемещении втулки от силового привода кулачок перемещается в радиальном направлении в направляющих корпуса патрона. К постоянным кулачкам жестко крепятся сменные кулачки.

При расчете зажимного механизма определяется усилие Q, создаваемое силовым приводом, которое зажимным механизмом увеличивается и передается постоянному кулачку:

где i_c – передаточное отношение по силе зажимного механизма (выигрыш в силе).

 Данное отношение для рычажного механизма равно:

i_с.р.м. = А/Б,

где А и Б – плечи рычага.

Клиновой зажимной механизм рекомендуется применять в патронах, наружный диаметр которых менее 200мм, при больших диаметрах предпочтение отдается рычажному зажимному механизму.

На этапе расчета наружный диаметр патрона можно определить по формуле:

Д_п @ d₂+2H_к,

где Н_к – длина постоянного кулачка.

Д_п @ 100+2*80 = 260 мм.

Принимаем рычажный зажимной механизм с i_c = 2.

Расчет силового привода

Для создания исходного усилия Q используется силовой привод, устанавливаемый на задний конец шпинделя. В его конструкции можно выделить силовую часть, вращающуюся совместно со шпинделем и муфту для подвода рабочей среды. В качестве приводов наибольшее применение получили пневматический и гидравлический вращающиеся цилиндры.

 В данной работе вначале следует попытаться применить пневматический привод, так как в любом производстве имеются трубопроводы для подачи сжатого воздуха. Диаметр поршня пневмоцилиндра определяется по формуле [7]:

где Р – избыточное давление воздуха, принимаемое в расчетах равным 0,4 МПа.

В конструкции станка 16К20Ф3 можно встроить силовой привод с диаметром поршня не более 120мм, Если при расчете по вше указанной формуле диаметр поршня получится более 120мм, то следует применять гидравлический привод, где за счет регулирования давления масла можно получить большие исходные усилия. При заданном усилии Q подбираем давление масла (Р_г = 1,0; 2,5; 5,0; 7,5 МПа), чтобы диаметр поршня не превышал 120мм.

Ход поршня цилиндра рассчитывается по формуле:

S_Q = S_W / I_п,

где S_W – свободный ход кулачков, который можно принять равным 5мм;

i_п = 1/i_c – передаточное отношение зажимного механизма по перемещению. Значение S_Q принимать с запасом 10…15мм.

В данном расчете имеем:

– для пневмопривода

– для гидропривода.

Принимаем гидравлический привод с D = 100мм, а S_Q = 20мм.