Лапковський С.В., Капанжи М.С., Мельниченко Я.С.

Національний технічний університет України

“Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського ”, Україна

ЗАЛЕЖНІСТЬ ВЕЛИЧИНИ ЗУСИЛЛЯ ЗАТИСКУ ТОКАРНИХ ПАТРОНІВ ВІД РЕЖИМІВ РІЗАННЯ

В технологічних процесах токарного оброблення дуже часто використовують кулачкові патрони з регульованими кулачками. Використання регульованих кулачків обумовлено необхідністю оброблення заготовок різних діаметрів.

Розглянемо схему сил, які діють на заготовку в процесі токарного оброблення при використанні кулачкового патрону (рис. 1).

Рис. 1. Схема сил, які діють на заготовку в процесі токарного оброблення

Розглянемо дію зовнішніх сил, що діють на заготовку. Окружна складова сили різання Р_z має найбільшу абсолютну величину при точінні і діє по дотичній до заготовки. Вона намагається повернути заготовку навколо її осі. Радіальна складова сили різання Р_y в залежності від умов обробки дорівнює (0,25 ... 0,4) Р_z і діє по нормалі до оброблюваної поверхні від периферії до центру заготовки. Їй протидіють реакції з боку кулачків. Так як радіальна сила не викликає зміщення заготовки то, зазвичай, на розрахунковій схемі реакції не показуються. Осьова складова сили різання Р_x, в залежності від умов обробки, становить (0,1 ... 0,25) Р_z і діє на заготовку в напрямку подачі інструменту. При цьому вона намагається змістити заготовку вздовж її осі.

Закріплення заготовки здійснюється силою закріплення Q, що прикладається до заготовки від кулачків патрона. При цьому значення сили закріплення Q повинно бути таким, щоб виключалася можливість повороту заготовки в патроні від дії окружної складовою сили різання Р_z та її зміщення вздовж осі, яке викликається осьовою складовою сили різання Р_x.

Можливість повороту заготовки навколо осі ОХ в патроні та її зміщення вздовж осі ОХ виключається завдяки дії сил тертя F_т1 і F_т2, які виникають в результаті дії сили закріплення Q в місці контакту кулачків патрона з базовою поверхнею заготовки. Причому її частина Q₁ протидіє повороту заготовки, а Q₂ ― зміщенню заготовки вздовж її осі.

Тоді, з рис. 1, сила закріплення становитиме

(1)

де k ― коефіцієнт запасу;

де Q₁ ― складова сили закріплення Q, що протидіє повороту заготовки навколо її осі;

де Q₂ ― складова сили закріплення Q, що протидіє зміщенню заготовки вздовж її осі.

Для забезпечення стійкого положення заготовки під дією всіх зовнішніх сил складаємо рівняння статичної рівноваги (рис. 1):

(2)

(3)

де q ― кількість кулачків патрону;

де D_бп ― діаметр поверхні, по якій заготовка базується в патроні;

де D_оп ― діаметр оброблюваної поверхні.

Підставляємо значення сили різання Fт = f × Q у рівняння (2) ― (3), де f ― коефіцієнт тертя:

(4)

(5)

З рівнянь (4) ― (5) знаходимо:

(6)

(7)

Підставляємо отримані значення Q₁ та Q₂ у рівняння (1):

(8)

Як вже було сказано, осьова складова сили різання Р_x, в залежності від умов оброблення, дорівнює (0,1 ... 0,25) Р_z, тобто,

(9)

де

Тоді вираз (8) приймає наступний вигляд:

(10)

З теорії різання відомо, що значення окружної складової сили різання Р_z дорівнює

(11)

Тоді, з урахуванням (11), вираз (10) буде мати наступний вигляд:

(12)

Після деяких перетворень остаточно отримуємо залежність величини сили затиску Q від параметрів режимів різання:

(13)

Згідно із залежністю (13) були проведені розрахунки сили затиску Q для різних випадків оброблення в залежності від параметрів режимів різання, результати яких ілюструють графіки, що наведені на рис. 2.

Рис. 2. Графіки залежності величини сили затиску токарного патрону від параметрів режимів різання

Література

1. http://cyberleninka.ru/article/n/problema-vybora-ratsionalnyh-usiliy-zazhima-zagotovok-na-tokarnyh-stankah-s-chpu.

2. Корсаков В.С. Основы конструирования приспособлений: Учебник для вузов. — М.: Машиностроение, 1983. — 277с.

3. Горошкин А.К. Приспособления для металлорежущих станков. Справочник. — М.: Машиностроение, 1971. — 384 с.

4. Станочные приспособления. Справочник, в 2-х томах/ Под ред. Б.Н. Вардашкина, В.В. Данилевского, Т. 2. — М.: Машиностроение, 1984. — 656 с.