Классификация зажимных устройств металлорежущих станков по /5/.

Вследствие важности патронов к ним предъявляются высокие и разнообразные требования, перечисленные в приведенной ниже схеме. Они касаются таких свойств, как надёжность закрепления, удобство в эксплуатации, безопасность, прочность, долговечность, простота управления, быстродействие, энергоэкономичности и других (см. схему)

Структура требований к зажимным устройствам металлорежущих станков вообще и к патронам в частности по / 5 /

Обозначения на схеме : ЗМ – зажимной механизм, Пр–П –привод–патрон, П–З – патрон –заготовка

Выполнение этих требований зависит от технического совершенства узлов и устройств: зажимного механизма и его привода, статической и динамической жёсткости и точности системы П–З; на их выполнения влияют также характеристики станка и процесса резания, причём удачная конструкция патрона может способствовать улучшению этих характеристик(напр., повысить виброустойчивость и т. д.).

На токарных станках наиболее распространены спирально-кулачковые самоцентрирующие патроны (рис. 1 )

Рис. 1 . Конструкция спирально-кулачкового самоцентрирующего патрона и схема сил, действующих на заготовку.

Расчёт спирально-кулачкового патрона

Рис. 2. Расчётная схема

При зажиме заготовки к ключу патрона прикладывается сила Q (рис. 2). Порядка 200...300 Н (Однако!). Длина рукоятки ключа L^' обычно равна габариту патрона D (рис. 1). Из условия равновесия шестерни имеем

( 1 )

где F ´– тангенциальная сила, действующая по среднему радиусу делительной окружности шестерни; r ₁ – средний радиус делительной окружности; F – суммарная сила трения в контакте; d _ш – диаметр шестерни в верхней опоре (рис. 2);

Для определения силы трения F_c необходимо определить действующие в контакте радиальную F_r и осевую F_o силы:

( 2 ) в то же время , где α – нормальный угол зацепления (20º),

f – коэффициент трения (0.1…0.2), β₂ – половина угла делительного конуса шестерни;

– суммарная сила от составляющих F’ и F_o . После замены и преобразований получим окончательную зависимость

Сила F’ создаёт на короне крутящий момент и на среднем диаметре реализует силу F, передвигающую кулачёк в радиальном направлении. Сила определяется из условия , где . Отсюда . Сила F, л\действуя на спираль, создаёт осевую силу , где α_сп =α_ср – угол подъёма спирали; φ – угол трения при трении сталь по стали φ=5˚43΄. Полученная таким образом сила F₁ больше радиальной силы зажима T, так как часть её расходуется на преодоление трения кулачкой в направляющих корпуса патрона (рис. 3).

Рис. 3. Схема сил, действующих на кулачок патрона

Для определения сил пользуются прямоугольной системой координат OXYZ. В данной системе сила F стремится переместить кулачок по направлению Y и повернуть вокруг оси Z. Из условия равновесия сил и моментов

:

:

:

:

Отсюда можно определить статическую силу зажима T.

При работе станка, например, токарного, с определённой частотой вращения шпинделя n_i создаётся центробежная сила , где m – масса кулачка, R – мгновенный радиус центра тяжести кулачка. С учётом центробежной силы действительная сила зажима заготовки

Если сила недостаточна для осуществления обработки заготовки, необходимо увеличить силу Q на плече . При частоте n_i < 500 мин^-1 независимо от вида патрона центробежными силами можно пренебрегать.