4.2.1.1 Трехкулачковый самоцентрирующийся патрон для токарного и внутришлифовального станка

Механизм зажима трехкулачкового самоцентрирующегося рычажного патрона (рис. ) состоит из центральной втулки 5, рычага 2, сидящего на оси 3 в корпусе патрона 4, и основного кулачка 7. установленного в Т-образных пазах корпуса. Для увеличения силы, передаваемой от привода, соотношение плеч рычага выбирают не менее чем 3:1. Движение от привода передается тягой, связанной с винтом 6.

Рисунок 4 – Трехкулачковый самоцентрирующийся рычажный патрон [5]

Тяговая сила определяется из выражения:

где Q - тяговая сипа; W - зажимное усилие на трех кулачках патрона; l - малое плечо рычага; l₁ - большое плечо рычага; а - расстояние точки приложения силы зажима от оси направляющих кулачка; h - длина направляющих кулачка; φ - коэффициент трения на направляющих кулачка; α₁ - расстояние оси контакта кассеты с винтом от центра давления рычага на кассету; α - (для клиновых патронов) расстояние от середины клиновой поверхности кассеты до оси контакта кассеты с винтом; h₁ - длина направления опоры кассеты; φ₁ - коэффициент трения опоры кассеты; β - угол клина механизма; φ₂ - угол трения в клиновом механизме; К- коэффициент, учитывающий прочие потери на трение. К = 1,05.

Рисунок 5 – Диаграмма определения потребной силы зажима для трехкулачкового патрона [5]

В универсальном рычажном патроне УТР-250 твердосплавным резцом обтачивается заготовка-штамп из стали 5ХНМ (D = 200 мм. длина L = 65 мм. закрепленная в обратных кулачках ступеньками). Режим резания: глубина резания t = 2,2 мм, подача S = 0,47 мм/об, скорость V = 106 м/мин. По справочнику технолога по обработке металла резанием определяем Р_z, для данного случая Р_z = 402 кГс. По графику для определения силы зажима (рис.) при работе ступеньками кулачков с кольцевыми канавками µ = 0.3. Находим по кривой значения L/D = 65/200 = 0,32; W₀/Р_z = 2,5 и W - усилие зажима на трех кулачках.

Тяговая сила для рычажных универсальных патронов определится

Подставляя конкретные значения из размеров патрона:

и определив по расчету для данного случая нагружения

получим

Подсчитаем диаметр пневмоцилиндра, обеспечивающего потребную силу тяги Q кГс. Усилие тяги для пневмоцилиндра двойного действия, работающего с кулачковым патроном, определится по формуле

где D - диаметр пневмоцилиндра, см; d - диаметр штока, см; η - коэффициент полезного действия пневмоцилиндра. определенный экспериментально для цилиндров размера 250 мм, η = 0,9; р - давление сжатого воздуха, подводимого к пневмоцилиндру (для расчета возьмем 4 атм).

Принимая соотношение для средних цилиндров d/D =0,15. Получим

Подставляя значения Q и р, имеем

Принимаем ближайший больший нормальный диаметр пневмоцилиндра D = 300 мм.

Расчет силы зажима в кулачковых патронах. В машиностроении наибольшее применение имеют трехкулачковые самоцентрирующиеся клиновые и рычажные патроны с винтовым и механизированным приводом для перемещения кулачков. С механизированным приводом перемещения кулачков патроны используют в крупносерийном и массовом производствах для закреплении штучных заготовок на различных токарных станках.

Основные размеры клиновых и рычажных патронов выбирают по ГОСТ 24351-80.

Определим силу, передаваемую штоком пневмоцилиндра,

где W_k - сила зажима на одном кулачке, Н; n_k - число кулачков; K_тр - коэффициент, учитывающий дополнительные силы трения в патроне. K_тр = 1.05; а_к - вылет кулачка от его опоры до центра приложения силы зажима (конструктивно а_к = 40 мм); h_k - длина направляющей части кулачка, мм; f_k -коэффициент трения в направляющих кулачках, f_k = 0,1; l_k - плечи рычага привода, мм (конструктивно l₁ = 20 мм l_k =100 мм до оси штока).

Сила зажима на каждом кулачке

где D_о.п - диаметр обрабатываемой поверхности заготовки. мм; f_к.п - коэффициент трения на рабочих поверхностях кулачков; с гладкой поверхностью f_к.п = 0,25: с кольцевыми канавками f_к.п = 0.35; с крестообразными канавками f_к.п = 0.45; с зубьями параллельно оси патрона f_к.п = 0.8; D_п.к - диаметр зажимаемой поверхности детали, мм; К_зап - коэффициент запаса.

Передаваемая штоком сила в пневмоцилиндрах двустороннего действия

где D_ц - диаметр поршня пневмоцилиндра, мм; η_ц - коэффициент полезного действия пневмопривода. η_ц = 0.85.

Диаметр поршня пневмоцилиндра

Установлен ряд стандартизованных диаметров вращающихся пневмоцилиндров двустороннего действия: 150, 200, 300, 400 мм.

Время срабатывания пневмоцилиндра

где l_х - длина хода поршня, мм (устанавливается конструктивно).[5]