Проектирование механизма автоматического зажима инструмента в патроне

http://www.ce-studbaza.ru/werk.php?id=9277

6. Проектирование механизма автоматического зажима инструмента в патроне.

6.1 Описание конструкции механизма

Рисунок 35 – Конец шпинделя с инструментальной оправкой
На рисунке 35 изображена конструкция конца шпинделя с механизмом зажима оправки на основе кулачков. Момент от шпинделя 3 передается шпонками 5. При разжиме оправка 6, происходит движение штока 1 влево, кулачки 2 сдвигаются и втулка 3 выталкивает оправку.
В качестве механизированного привода зажима используется гидроцилиндр одностороннего действия. Зажим осуществляется при помощи комплекта тарельчатых пружин. Разжим происходит при выдвижении штока гидроцилиндра.






6.2 Определение усилия зажима инструмента.
Конструкция хвостовиков выполнена таким образом, чтобы обеспечить высокое усилие зажима по плоскости прилегания, после чего конус, благодаря деформации, займет свое место.
Усилие зажима распределяется следующим образом: 80 % на прижим по плоскости, - 20 % - на конус, поэтому именно усилие зажима по плоскости прилегания определяет нагрузочную способность хвостовика и жесткость его крепления.
По ГОСТ 51547-2000 определяем усилие зажима для оправки HSK №80 – 18 000 H.

6.3 Расчет комплекта тарельчатых пружин
Выбор комплекта тарельчатых пружин:

Рисунок 36 - Тарельчатая пружина
Подбираем материал пружин Сталь 60С2А ГОСТ 14959-69 σ_Т=1400H/〖мм〗^2 ;
σ_В=1600H/〖мм〗^2 .
Определяем необходимую толщину стенки пружины
S=0,0284√(F_0.65 );
Поскольку нагрузку можно считать статической, то F=18 000 H принимается соответствующей прогибу, равному 0,8f. Тогда нагрузка при прогибе 0,65f приблизительно будет равно:
F_0.65=0.65/0.8 F_0.8=0.65/0.8 18000=14625 H;
Тогда толщина S=0,0284√14625=3,425 мм. Принимаем S=3 мм.
По ГОСТ 3057-90 определяем основные размеры пружины.
D=50 мм, d=25 мм


Таблица 6 Параметры и размеры тарельчатых пружин

Расчёт выполняем по [4, стр 118-123]
Пружины выбираются из условия:c= D/d=50/25=2. Условие с= D/d=1,8…2,4 выполняется
m=d/S=25/3=8,3. Условие m=d/S=8…11 выполняется.
ᵠ=0,093 (рис. 63) ;
Высота внутреннего конуса f=0,5ᵠ(D-d)=0,5*0,093(50-25)=1,1625 мм. Принимаем f=1,0;
Уточнённое значение угла подъёма:
ᵠ=2f(D-d)=2*1(50-25)=0,095 рад;
Усилие пружины при прогибе:
F_0.8=ɣ*2,8*〖10〗^5*(S^2 ᵠlnC)/m(c-1) =0,8*2,8〖*10〗^5*(〖3,2〗^2*0,095*ln2)/8.3(2-1) =20200 H
Необходимый относительный прогиб:
ɣn= ɣ F/F_0.8 =0,818000/20200=0,712

Определяем напряжение по формуле:
σ=- ɣn*ᵠE[ᵠ(1-0.5 ɣn)((c-1)/lnc-1)-1/m]=-0,712*0,095*2,08*〖10〗^5*[0,095(1-0,5*0,712)((2-1)/ln2-1)-1/8.3]=1314 H/〖мм〗^2;
Необходимое количество пружин:
n=h/(f(ɣ_П-ɣ_1))
h – Рабочий ход пружин; h=5 мм
n=5/(1(0,712-0,3))=12,136 штук
Округляем до целого числа n=12 штук
Масса комплекта пружин:
Q=π/4 (D^2-d^2 )s*p*n=3.14/4 (〖50〗^2-〖25〗^2 )3*7.8*〖10〗^(-3)*12=413.303 грамм;
Для зажима оправки HSK №80 нужен комплект из 12 пружин с размерами HCDxdxSxfxh0=HCx50x25x3,0x1,0x12
6.4 Расчет гидроцилиндра
Гидравлический привод состоит из силового гидравлического цилиндра, насоса, бака, трубопроводов, аппаратуры управления и регулирования. Гидроцилиндры бывают одностороннего и двухстороннего действия. Благодаря использованию более высокого давления жидкости по сравнению с пневмоприводом при тех же развиваемых усилиях имеет меньшие габариты и вес; масло обеспечивает смазку трущихся частей.

Рисунок 37 - Расчетная схема гидроцилиндра
Определим общее усилие по формуле :
Pu=Pu1
где Pu - общее усилие;
Pu1- усилие, создаваемое тарельчатыми пружинами (20200 Н);
Общее усилие:
Pu=Pu1=20200 H.
Для сжатия пакета тарельчатых пружин необходима сила на 30% больше общего усилия, т.е.:
〖Pu〗_(расч.)=1,3∙Pu=1,3∙20200 =26260 H.
Диаметр поршня гидроцилиндра:
=2√(26260/(3,14*6,3*0,85)=) 68 мм,
где ∆p - перепад давления рабочей жидкости (6,3 МПа);
- КПД гидропривода.
Рабочее давление а гидроцилиндре:
P=(4*P_u)/(π*D^2*η)=(4*26260)/(3.14*〖68〗^2*0.9)=9,131 МПа
Принимаем диаметр поршня гидроцилиндра D=63 мм, диаметр штока d=32 мм.