ГЛАВА 2
МЕТОДИКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЦП С УПРУГИМ ФЛАНЦЕМ
2.1. Основные соображения по определению силовых, жесткостных и точностных характеристик ВЦП
Силовые характеристики ЗМ должны быть такими, чтобы противодействовать силам и моментам резания при обработке заготовки, вращающейся с частотой n (?) (рис. 2.1, а). При обработке заготовок, удерживаемых за счет сцепления (силы ) с зажимными элементами, составляющие сил резания Рx, Рy, Рz, Рсв и момент Мсв могут вызывать: прокручивание заготовки от крутящего момента резания Мр, проскальзывание от осевых сил резания Ро, поворот относительно точки опоры от изгибающих моментов Ми, а также смещение от различных сочетаний действия этих составляющих.
Рис. 2.1. К определению силовых (а), жесткостных (б) и точностных (в) характеристик зажима
Для вращающихся обрабатываемых заготовок сравнительно высокой жесткости основная характеристика-необходимая радиальная сила зажима определяется при соблюдении следующих условий: 1) Мпр>Мр; 2) Рпр>Рo;
3) Мв>Ми.
Примеры 1. При поперечном точении детали из круглого прутка сила
определяется из первого условия (рис. 2.1, а):
;
2. При одновременном продольном точении и сверлении детали из шестигранного прутка сила определяется из второго условия (рис. 2.1. а):
3. При поперечном точении круглой штучной заготовки с весьма малой
базой зажима (b << d) сила определяется из третьего условия (рис.2.1,б):
Для определения жесткостных характеристик jр, jи, jо, jк, Ср, Сп, Со упругие отжатия оправки (рис. 2.1, б) измеряют индикаторами на определенных вылетах lP нагружения силами Рр и Ро, соответствующими реальным условиям обработки, т. е. реальным значениям и плечам приложения сил резания. По величинам упругих отжатий yP, x0, определяют жесткости:
В этом случае место закрепления (или защемления) детали в продольном сечении характеризуют коэффициентом заделки (для консольного закрепления где y - отжатие детали в системе П-Д или другой системе).
Точностные характеристики ЗМ определяют его способность сохранять положение детали после загрузки (подачи) и зажима. Эти характеристики оценивают погрешностями изготовления самого патрона, погрешностями подачи и закрепления, которые определяют величинами погрешности положения закрепленной детали на вылете l, (рис. 2.1, в).
Для исследования силовых, жёсткостных и точностных характеристик применяются динамометры нагружения (сжатия, растяжения), цанговый динамометр, динамометрическая рукоятка, индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 мм, 0,002 мм, 0,001 мм в зависимости от величин перемещений, отжатий, деформаций или биений [64].
2.2. Разработка математических моделей упруго-напряженного состояния ВЦП с фланцем и его элементов
Предполагается выполнить анализ передачи сил и напряжений в цанговом патроне с промежуточной цангой, выполненной за одно целое с упругим фланцем (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Конструктивная схема ВЦП с УФ
Патрон состоит из зажимной цанги (ЗЦ) 3 тянущего типа и промежуточной цанги, выполненной за одно целое с упругим фланцем (ПЦ с УФ) 4, неподвижно закрепленой на шпинделе 2 станка при помощи винтов 6. При перемещении трубы зажима 1 влево от привода зажима (на рис. 2.2 не показан) она тянет за собой ЗЦ, губки которой по наружному конусу взаимодействуют с шпинделем станка 2 и перемещаются радиально. Губки ЗЦ, скользя по губкам ПЦ, вызывают их радиальное перемещение до зажима прутка 5.
В зависимости от регулировки ЗМ с ВЦП возможны различные варианты исходного положения зажимной и промежуточной цанг:
1 - между губками цанг зазор (=0) отсутствует, а имеется только зазор ? между губками промежуточной цанги и заготовкой (прутком);
2 - существуют два зазора и ?, при чём ;
3 - отсутствуют зазоры и ? (что наименее вероятно).
Кроме того возможно различное начальное взаимодействие конической поверхности конуса зажимной цанги со шпинделем (корпусом):
1 - угол конуса цанги ?, больше угла конуса шпинделя () и начальный контакт будет спереди патрона по большему диаметру;
2 - угол конуса цанги равен углу конуса шпинделя () и начальный контакт по всей образующей конической поверхности;
3 - угол конуса цанги меньше угла конуса шпинделя (), и начальный контакт будет в конце конической поверхности губок по меньшему диаметру.
Таким образом возможное количество сочетаний начального взаимодействия в продольном направлении и различных плеч контакта равно 32=9.
Из этих девяти вариантов следует выбрать наиболее удачное сочетание с точки зрения обеспечения максимальной силы зажима, т.е. Т?=max, КП=max, ?П=max, и минимальных погрешностей базирования и зажима, т.е. ?P=min, ?03=min.
На эти характеристики и состояние контактного взаимодействия оказывает влияние также отклонение ?d диаметра рабочего отверстия промежуточной цанги d0 от диаметра зажимаемой заготовки (прутка, инструмента) d, где возможны три случая:
1 - ?d = d - d0 > 0 (лучший случай с точки зрения силы зажима, но требуется разводка губок цилиндрической цанги для свободного прохождения прутка при подаче заготовки или при загрузке);
2 - ?d = d - d0 = 0 (идеальный случай, эффективный при зажиме калиброванного прутка 1-2 классов или режущего инструмента с цилиндрическим хвостовиком, что требует при подаче прутка или установке режущего инструмента точного центрирования без перекосов и дополнительных усилий);
3 - ?d = d - d0 < 0 (наиболее благоприятный случай с точки зрения штучных заготовок или установки небольшого значения ?d в минус).
Практически возможное количество различных взаимодействий зажимной цанги со шпинделем и промежуточной цангой, а промежуточной цанги с деталью (прутком, заготовкой, инструментом) в продольном и поперечном сечениях будет 33 = 27. Расчетные схемы для определения сил, действующих в ВЦП с УФ при статическом зажиме для одного из возможных вариантов взаимодействия