Павліченко П.О., Дубський О.С.

Частота обертання токарних патронів допустима відцентровими силами кулачків.

В сучасному машинобудуванні спостерігається тенденція підвищення частоти обертання заготовок при токарній обробці в кулачкових патронах, що призводить до збільшення відцентрових сил кулачків. Ці сили при швидкісній токарній обробці можуть суттєво впливати на надійність закріплення жорстких заготовок по зовнішній поверхні або викликати значні деформації заготовок при закріпленні по внутрішній поверхні.

Для зменшення такого впливу в патронах застосовують механізми компенсації відцентрових сил кулачків, однак на виробництві, ще широко застосовуються патрони без таких механізмів, що суттєво обмежуе використання нових швидкісних методів обробки.

Залежність сили закріплення заготовок Q, установлених по зовнішній поверхні в механізованих клинових 3-х кулачкових патронах фірми FORKARDT від частоти обертання показана на рис.1.

Рис. 1. Залежність сили закріплення Q від частоти обертання патрона n.

Аналіз залежності сили закріплення заготовок від частоти обертання та технічних характеристик патронів діаметром від 160мм до 630мм показав, що залишкова сила закріплення при максимальній частоті обертання складає в середньому Q » 0,38Q₀, де Q₀ - початкова сила закріплення при n=0; тобто падіння сили Q під дією відцентрових сил кулачків патронів без механізмів компенсації відцентрових сил досягає 62%.

В таких же патронах з механізмами компенсації сил інерції, при інших однакових умовах, падіння сили Q лише 20%, а максимальна гранична частота обертання n_max збільшується на 30%.

Граничні значення Q_max та n_max регламентуються паспортом патрона. Фірма виробник патронів, що розглядаються, приймає найбільшу початкову силу закріплення Q » 0,85Q_max і рекомендує частоту n_pek » 0,9n_max .

Суттєве падіння сили закріплення заготовок в патронах без компенсації відцентрових сил кулачків може бути небезпечним. Тому визначення частоти обертання [n] , яка допускається найменшою залишковою силою закріплення заготовок в кулачкових патронах [Q]_min, є нагальним в машинобудуванні.

Варто відмітити, що для надійності закріплення необхідно аналізувати та розраховувати силу затиску з умов усіх можливих переміщень заготовки при обробці та в подальших силових розрахунках приймати [Q]_min, як найбільшу із розрахованих.

З умови непроворота заготовки в кулачковому патроні під дією моменту різання М_різ та при наявності осьового упора для заготовки можна визначити найменшу сумарну силу закріплення [Q]_min.

(1)

де mQ^/ = [Q]_min- мінімальна сумарна сила закріплення, даН;

m = 3 – число кулачків, даН;

Q^| - сила затиску одним кулачком;

f - коефіцієнт зчеплення кулачків з заготовкою;

D_з- діаметр закріплення заготовки, м;

М_кр – крутний момент сил тертя, даН∙м

Отже, з урахування коефіцієнта запасу надійності К,

(2)

Скористаємось емпіричною формулою фірми FORKARDT, (крива 1, рис.2)

де W- осьова сила, яку розвиває привод патрона, даН;

а – відстань від направляючих кулачків до ліні дії сили затиску Q,мм (рис.1);

- момент кулачків, кг м;

åG – вага всіх кулачків, кг;

R_a – відстань від цента ваги кулачка до осі обертання патрона, мм;

n – частота обертання патрона, 1/хв.

С₁, С₂, С₃ - коефіцієнти для патрона без компенсації відцентрових сил (табл.1);

Таблиця 1

Діаметр патрона	160	175	200	250	315	400	500	630
С1	315	400	439	624	850	1032	1233	1721
С2	185	219	223	299	389	474	565	736
С3	0,063	0,099	0,1	0,2	0,38	1,0	1,63	3,18

Допустиму найбільшу частоту обертання [n]_max визначаємо в точці перетину ліній 1 і 3 (рис.2) з урахуванням (2).

(3)

Рис. 2. Визначення допустимих частот обертання заготовок

Якщо крива 2 (рис.2), для патрона з компенсацією відцентрових сил кулачків пересікається з лінією 3, то в точці перетину ліній 2 і 3 аналогічно отримаємо:

(4)

де С₁,С₂,С₃,С₄ - коефіцієнти для патронів з механізмами компенсації відцентрових сил табл.1 і табл.2

Таблиця 2

Діаметр патрона	160	175	200	250	315	400	500	630
С4	0,000067	0,000128	0,00019	0,00032	0,00065	0,0015	0,002	0,005

Якщо лінії 2 і 3 не пересікаються, то [n]₂ =n_max

Отже, отримані формули (3) і (4) дають можливість визначити найбільшу допустиму частоту обертання [n] заготовки в залежності від падіння початкової сили закріплення Q₀ під дією відцентрових сил кулачків токарного патрона.