/
Author: Константинов О.Я.
Tags: формообразование со снятием стружки молоты и прессы разделительные операции без образования стружки, дробление и измельчение, обработка листового материала, изготовление резьбы инженерия машиностроение механика приборостроение инженерное дело издательство машиностроение
Year: 1974
Text
О. Я. КОНСТАНТИНОВ
МАГНИТНАЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ
ОСНАСТКА
Издание второе,
переработанное и дополненное
ЛЕНИНГРАД
«МАШИНОСТРОЕНИЕ»
ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
6П5.4
К65
УДК 621.9.06-229.315
Константинов О. Я.
К65 Магнитная технологическая оснастка. Л., «Машиностроение»
(Ленпнгр. отд-нне), 1974
384 с.
В книге обобщен и систематизирован опыт передовых заводов и научно-иссле-
довательских институтов по расчету, конструированию и использованию в машино-
строении и приборостроении магнитных приспособлений различных типов. Дана
классификация магнитной оснастки. Приведены основные технико-экономические
характеристики магнитных приспособлений. По сравнению с первым и «давнем (1967 г.),
вышедшим под названием «Расчет и конструирование магнитных и электромагнитных
приспособлений», в книге дополнительно рассмотрены выбор типа магнитною при-
способления, расчет условий равновесия деталей в процессе резания при закреплении
их на магнитном приспособлении, влияние жесткости оснастки на точность обработки,
производительность операции и т. д. Изложена методика расчета и оптимизации
магнитных приспособлений с использованием ЭВМ. Даны рекомендации по техно-
логии изготовления магнитной оснастки.
Книга предназначена для технологов и конструкторов по оснастке машино-
и приборостроительных заводов. Она может быть полезна студентам машинострои-
тельных специальностей.
31201 — 103
К 038 (01 )—74
103—74
6П5-4
Рецензент канд. техн. наук. В. Е. Бочаров
(С Издательство «Машиностроение», 1974 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Для отечественного машиностроения девятая пятилетка является
временем технического перевооружения и пересмотра установив-
шихся норм производительности труда. В Директивах XXIV съезда
КПСС говорится: «. . . для того, чтобы машиностроение могло
справиться с поставленными перед ним большими задачами, необ-
ходимо ускорить техническое перевооружение самого машино-
строепия». При этом, помимо увеличения выпуска высокопроизводи-
тельного и автоматизированного оборудования, «должно быть зна-
чительно расширено производство технологической оснастки». За-
дача машиностроения состоит также в том, чтобы основной прирост
продукции получить за счет роста производительности труда. В этих
условиях роль технологической оснастки, и станочных приспособ-
лений в частности, трудно переоценить.
Известно, что в стране в эксплуатации находится более 20,0 млн.
станочных приспособлений, которые ежегодно пополняются новыми
и парк оснастки поэтому непрерывно растет. Вложения государства
в оснастку как по затратам па изготовление, так и по материалам
весьма ощутимы и определяются суммой, сопоставимой с ежегодными
затратами на производство новых станков. Вместе с тем, оснастка
во многом определяет производительность труда и технологические
возможности операции. Чем лучше оснащено оборудование оснаст-
кой, тем выше его технологические возможности и производитель-
нее сама операция. Однако повышение производительности труда
за счет увеличения числа приспособлений, и, следовательно, затрат
па них в настоящее время является нерациональным путем решения
поставленной задачи. Более перспективным направлением является
создание оснастки многократного применения. С полным правом
к пен можно отнести магнитные приспособления.
За последние пять—семь лет в развитии магнитных приспособ-
лений имеются определенные успехи: значительно расширились
исследования магнитной оснастки, выполнены проектно-конструк-
торские работы, налажено серийное производство некоторых видов
магнитных приспособлений, обновлены стандарты, расширилось
применение магнитных приспособлений в производстве и т. д. И все
же темпы внедрения магнитной оснастки в производство не могут
быть признаны удовлетворительными, хотя перспективность ее
несомненна. Сравнительно слабое внедрение магнитных приспособ-
лений в производство объясняется рядом причин, из которых наи-
более важными являются специфика устройства и работы этого
вида оснастки, недостаточная информация о положительном
| * 3
Производственном опыте внедрения, отсутствие рекомендаций по
проектированию, недостаточная подготовленность конструкторов
по оснастке, по вопросам расчета и проектирования электротехни-
ческих устройств и т. д.
Предлагаемая читателю работа отражает дальнейшее развитие
исследований и опыта внедрения магнитной технологической осна-
стки. Помимо новых материалов по расчету и конструированию
магнитных приспособлений, в книге большое внимание уделено
технологическим аспектам применения магнитной оснастки, что, на
наш взгляд, должно в большей степени способствовать успешному
внедрению ее в производство.
В книге широко использованы результаты исследований ма-
гнитных приспособлений, осуществленных в научно-исследователь-
ской лаборатории кафедры технологии машиностроения Ленин-
градского завода-втуза (в период с 1967 по 1970 г. в научно-иссле-
довательской лаборатории при кафедре технологии машинострое-
ния ЛИЭИ нм. П. Тольятти) ее сотрудниками, а также аспиран-
тами этой кафедры. Кроме того, обобщен опыт ряда ленинградских
и других заводов страны по проектированию, изготовлению и внед-
рению магнитной оснастки.
Автор выражает признательность коллегам по работе, прини-
мавшим участие в исследованиях и внедрении магнитных приспособ-
лений, а также всем товарищам, оказавшим помощь и содействие
при внедрении оснастки.
Все замечания и пожелания, направленные па улучшение книги,
будут приняты с благодарностью.
I .'I а в a 1
КЛАССИФИКАЦИЯ МАГНИТНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
1. МЕСТО МАГНИТНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ В ОБЩЕЙ
СОВОКУПНОСТИ СТАНОЧНОЙ ОСНАСТКИ
Значение классификации станочных приспособлений вообще и
магнитных в частности трудно переоценить. Помимо того, что на ее
основе решается ряд необходимых для практики задач, она также
является результатом и важным средством научного исследования.
()днако классификация приспособлений связана с большими труд-
ностями. Эти трудности объясняются прежде всего тем, что при
классификации необходимо обобщить в небольшое число групп
весьма разнообразную .и практически безграничную по количеству
номенклатуру специальных (порой весьма сложных) устройств,
служащих для закрепления обрабатываемых деталей. Сложность
классификации приспособлений состоит также и в том, что конструк-
тивные и технологические особенности оснастки определяются мно-
гими признаками, выделить из которых главные без ущерба для задач
классификации очень трудно. Поэтому попытки классифицировать
всю совокупность станочных приспособлений либо ограничивались
более узкими задачами 19,181, либо имели недостатки, которые
в конечном итоге обрекали эту систему па неудачу.
С практической точки зрения классификация должна удовлетво-
рять следующим основным требованиям: 1) давать возможность пред-
ставить всю совокупность станочных приспособлений в целом;
2) быть основой для унификации и стандартизации приспособлений;
3) способствовать экономии средств и снижению трудоемкости при
проектировании и изготовлении приспособлении; 4) удовлетворять
требованиям, которые вытекают из задач учета и хранения как
самих приспособлений, так и документации на них; 5) быть доста-
точно простой и лаконичной.
Нормаль МН 74—59 — МН 81—59 «Инструмент и приспособ-
ления для машиностроения» [10], введенная па предприятиях маши-
ностроения в 1960 г. и построенная по принципу децимальных сис-
тем, предусматривает, в частности, и классификацию станочных
приспособлений (МН 80—59). Однако эта классификация не нашла
поддержки заводов из-за своей сложности, противоречивости и мно-
гих других недостатков. Поэтому предприятия пользуются собствен-
ными классификаторами. Заводские классификаторы, как пра-
вило, решают более узкие вопросы и не могут удовлетворить требо-
ваниям, которые предъявляются к отраслевой классификации. Так,
в частности, по ним трудно представить всю имеющуюся и перспек-
тивную номенклатуру станочных приспособлений. Они не могут
быть основой для комплексной унификации и стандартизации ста-
ночных приспособлений, так как построены по принципу привязки
к конкретному производству. По этой же причине они практически
не решают вопросов учета оснастки в масштабах отрасли.
Анализируя принципы построения отдельных классификаций
приспособлений, можно заметить стремление к максимальной диф-
ференциации оснастки как ио конструктивным, так и технологиче-
ским признакам. Так, например, при разработке нормали МН 80—59
учитывались следующие признаки станочных приспособлений: тип
металлорежущих станков, на которых применяется приспособление-
назначение оснастки; характер базирования деталей; вид рабочих
движений на станке (подача); метод настройки станка (направление
инструмента); ориентация оси заготовки; тип привода приспособ-
ления; конструктивная особенность (тип приспособления);
функциональное назначение приспособления. Такой принцип
классификации приспособлений также не решает поставленной
задачи.
При разработке классификации станочных приспособлений, по-
видимому, следует исходить как раз из противоположного принципа—
принципа укрупнения групп по более общим конструкторско-техно-
логическим признакам. Классификация приспособлений, разра-
ботанная на такой основе, будет более выгодно отличаться от
классификации, построенной по принципу дифференцирования
признаков.
В качестве дальнейшего развития идеи мнеманической класси-
фикации станочных приспособлений [321 предлагается классифика-
ция, названная объемной. Графическое изображение ее представ-
лено па рис. 1. Эта классификация построена также по деци-
мальной схеме и поэтому предусматривает цифровую индексацию
станочной оснастки.
Вся совокупность станочных- приспособлений в этом случае под-
разделена на десять подгрупп по функциональному признаку, на
десять типов по степени специализации (универсальности) и на де-
сять видов в зависимости от конструкции примененного привода.
Наименование любой подгруппы приспособлений легко ассоции-
руется с функциональным назначением соответствующего станочного
приспособления и во многом определяет его конструктивную особен-
ность.
Подразделение приспособлений по степени специализации осу-
ществлено в основном по общепринятым признакам. Исключение
составляет выделение стапочпых приспособлений и их элементов,
относящихся к различным системам (УСП — универсально-сборные
приспособления; УНП — унифицированные наладочные приспособ-
ления; ГПТО — групповая переналаживаемая технологическая ос-
настка; СРП — сборно-разборные приспособления).
6
)ксилуатационно-конструктивным признаком станочного нрп-
. нособления является внд привода. Их представлено в объемной
классификации девять, и один вид оставлен в резерве.
In кая классификация достаточно полно и с предельной нагляд-
ной ью позволяет представить всю совокупность станочных приспо-
соблений. Можно отметить, что по плотности заполнения этот куби-
ческий объем неодинаков,
ио показывает, что при та-
кой классификации можно
наглядно представить разви-
то станочных приспособле-
ний.
Используя нумерацию
подгрупп, типов и видов
привода, любое приспособле-
ние в этой классификации
может быть закодировано
с помощью цифр. В этом
случае цифровое обозначе-
ние станочного приспособле-
ния состоит из двух частей —
но четыре цифры в каждой.
Первая часть цифрового обо-
значения определяет оспов-
пые эксплуатационно-конст-
руктивную и технологичес-
кую характеристики приспо-
собления; вторая часть цифр
может быть введена для даль-
нейшей конкретизации при-
способления по типоразмер-
ным признакам.
Как и в упомянутой выше
нормали машиностроения,
группе станочных приспо-
соблений должен быть при-
своен определенный номер,
с которого начинается циф-
ровое обозначение оснастки
Рис. 1. Схематическое изображение объем-
ной классификации станочных приспособ-
лений.
Подгруппы приспособлений: о — крепежные,
базирующие и прижимные элементы; 1 — цент-
ры; 2 — оправки; 3 — патроны и планшайбы;
4 — тиски и приспособления тисочного типа; 5 —
столы, плиты; 6 — кондукторы: 7 — делительные
головки и устройства; 8 — базовые детали и
узлы приспособлений; 9 — резерв.
Типы приспособлений: 0 — универсальные; 1 —
специализированные; 2 — специальные одномест-
ные; 3 — специальные многоместные; 4 — УСП;
5 — унИ; б — ГПТО; 7 — СРП; 8 и 9 — резерв.
Виды приводов приспособлений: 0 — механичес-
кий не быстродействующий; 1 — механический
быстродействующий; 2 — пневматический; 3 —
гидравлический; 4 — электромагнитный; 5 —
магнитный (с постоянными магнитами); 6—элек-
тродинамический; 7 — вакуумный; 8 — электро-
статический; 9 — резерв
(например, 7). Таким образом, универсальные машинные тиски
с винтовым приводом будут иметь цифровое обозначение (шифр)
7400-0000, а с пневматическим приводом—7402-0000. Магнит-
ная плита будет иметь шифр 7505-0000 и т. д. Четыре цифры
второй части шифра, поставленные вместо нулей, будет уточнять
характер исти ку п р испособлени я.
Настоящее описание объемной классификации на ставит перед
собой задачу подробного ознакомления с ней и преследует лишь цель
определить место магнитной оснастки в общей совокупности приспо-
соблений. Между тем следует, по-видимому, отметить, что объемная
•
7
классификация отвечает всем основным требованиям, которые
предъявляются к подобным системам.
Магнитные приспособления в объемной классификации станоч-
ной оснастки представлены двумя видами приводов \ магнитным 5
и электромагнитным 4. Несмотря на то, что в настоящее время широ-
кое применение получила лишь небольшая группа магнитных и
электромагнитных приспособлений (в основном, типа плит и патро-
нов), классификация намечает дальнейшее развитие широкой номен-
клатуры оснастки с этими видами приводов. Расширение номенкла-
туры магнитных приспособлений можно подтвердить примерами из
производственной практики. Известно применение магнитных при-
способлений типа тисков, кондукторов, оправок, центров, базовых
элементов и т. д. Эти приспособления отличаются и по степени спе-
циализации, в чем убеждает содержание этой книги.
Таким образом, магнитные приспособления занимают видное
место в общей совокупности станочной оснастки. Однако темпы
производства и внедрения этой оснастки еще низкие. Одной из при-
чин такого отставания в технической перевооруженности машино-
строения является специфика магнитных приспособлений и связан-
ные с ней трудности в создании и доведении этой оснастки до совер-
шенства.
Как известно, в магнитных приспособлениях для закрепления
детали или для выполнения иных функций используется энергия
магнитного поля. Источник магнитного поля (назовем так условно
постоянный магнит пли электромагнит) по принципу действия и кон-
струкции не похож па механический. Механическое проявление ма-
гнитного поля регламентируется в магнитных приспособлениях
иными законами. Столь же специфическими особенностями отли-
чаются п методы управления этими приспособлениями. Все это учи-
тывается конструкцией магнитной оснастки, а последняя в конечном
счете определяет применяемость приспособления и его технико-
экономические показатели.
Исследования магнитных приспособлений, опыт их проектирова-
ния и применения позволяют утверждать, что классификация этого
вида оснастки должна осуществляться по источнику магнитного
поля, способу управления им и назначению.
2. РАЗНОВИДНОСТИ И ХАРАКТЕРИСТИКА ИСТОЧНИКОВ
МАГНИТНОГО ПОЛЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В МАГНИТНОЙ ОСНАСТКЕ
В технологической магнитной оснастке используются два вида
источников магнитного поля: электромагнит и постоянный магнит.
По своим технико-экономическим параметрам эти источники суще-
ственно отличаются друг от друга, поэтому охарактеризуем их более
подробно.
1 В данном случае понятие о магнитном или электромагнитном приводе принято
условно. , (
В подавляющем большинстве источники магнитного поля харак-
н ри дуются электрическими и магнитными величинами С
Самым простым источником электромагнитного поля является
соленоид или электромагнитная катушка как более сложная кон-
< грукция соленоида. Известно, что если через электромагнитную
катушку пропустить постоянный ток, то в окружающем ее простран-
С1ве можно обнаружить электромагнитное поле (рис. 2, а).
б)
Рис. 2. Элементарная электро-
магнитная система: а — электро-
магнитная катушка; б — элек-
тромагнитная катушка с де-
талью; в — простейший вид
электромагнита
Характеристикой электромагнитного (магнитного) поля является
магнитная индукция
(1)
где Ф — магнитный поток; S — площадь, через которую проходит
поток Ф.
Механическое воздействие магнитного поля Q (сила притяжения)
определяется по магнитной индукции
Q = 4,06B1 2S.
1 Основные положения из теории электромагнетизма применительно к магнит-
ным приспособлениям изложены в соответствующей литературе 112, 32].
9
Используя известные методы измерения магнитной индукции,
можно убедиться, что плотность магнитного потока в разных точках
окружающего электромагнитную катушку пространства неодина-
кова: в точке 3 она будет наибольшей, в точках /, 2, 4, — меньшей.
При этом изменение величины магнитной индукции в значительной
степени зависит от расстояния до центра катушки.
Величину магнитной иидукциии в любой точке пространства во-
круг электромагнитной катушки можно подсчитать, однако в данном
случае делать это пет никакого смысла, так как магнитная индук-
ция в значительной степени определяется так называемой магнит-
ной проницаемостью среды
где Н — напряженность поля.
Для воздуха магнитная проницаемость является величиной по-
стоянной и практически наименьшей из тех величин, с которыми
приходится иметь дело при расчете и эксплуатации магнитных при-
способлений [12]. У малоуглеродистых конструкционных сталей
при равных условиях магнитная проницаемость значительно больше,
чем у воздуха, и, кроме того, она не является постоянной при изме-
нении напряженности поля.
Для объяснения закономерностей распространения магнитного
потока в пространстве часто используют аналогию с прохождением
электрического тока по проводникам. Определенное отличие состоит
только лишь в том, что электрический ток не может идти по воздуху,
в то время как магнитный поток — может. Поэтому воздушное
пространство для магнитного потока также является проводником.
Магнитный проводник (магнитопровод), так же как любой про-
водник, характеризуется сопротивлением
где 7?м — магнитное сопротивление магнитопровода; I — длина
магнитопровода; S — площадь поперечного сечения магнитопровода.
Если к электромагнитной катушке поднести стальную деталь 5
(а электромагнитное приспособление и служит для закрепления
деталей), то картина электромагнитного поля резко изменится
(рис. 2, б). Во-первых, электромагнитное поле уменьшится в объеме;
во-вторых, над деталью (при условии, если она достаточно толстая)
поля не будет; в-третьих, по сравнению с предыдущим случаем, ма-
гнитная индукция в центре электромагнитной катушки, а также
в детали, заметно возрастает
Чтобы объяснить это изменение электромагнитного поля, помимо
приведенных закономерностей рассмотрим еще ряд понятий.
При расчете магнитных цепей пользуются законом полного тока.
В общем виде этот закон выражается формулой
dl—^I—Fo,
10
где / — полный ток (/ = iw, где i — ток в электромагнитной ка-
|\|цкс; w — число витков электромагнитной катушки); Fo— пол-
цое падение магнитодвижущей силы (м. д. с.) в магнитной цепи.
Магнитный поток, магнитное сопротивление и падение м. д. с.
связаны между собой зависимостью
(>гсюда видно, что при одном и том же Fn магнитный поток для слу-
чая, показанного на рис. 2, б, будет больше, чем для случая, пока-
занного на рис. 2, а.
Чтобы подсчитать полное падение м. д. с. в данной системе, пути
прохождения магнитного потока разделим на участки, для каждого
из которых можно принять величину напряженности поля постоян-
ной. С определенным допущением для рассматриваемых случаев
можно выделить три участка: а — 6; b — с и с — а.
Тогда
F. — Ну1а_ь I Н^ь-с
Или, используя формулу (6), имеем
Fo = ФЯ
™а-Ь
Ь = Ф + *
Отсюда для случая, показанного на рис. 2, a, FQ =Ф17?М1, а для слу-
чая, показанного на рис. 2,6, F{} — Ф2/\м2- Так как F(i = iw —
= const, то ФЛ, = Ф27?м2. Но Т?М2 < /?М1 (в общую цепь вставлен
участок магнитопровода из стали), поэтому Ф2 >ФХ.
На участках а — b и с — а (рис. 2, б) магнитный поток так же,
как и в предыдущем случае, проходит по воздуху. Чтобы иметь
более выгодные условия для проведения магнитного потока, оче-
видно, необходимо и на этих участках установить стальные магнито-
проводы (рис. 2, в).
Таким образом, чтобы снизить затраты энергии (м. д. с) на про-
ведение требуемого магнитного потока Ф, необходимо, чтобы все
пути его прохождения представляли собой сталь-
н не ма г и и то и р ов оды Т
В приспособлениях источник электромагнитной энергии пред-
ставляет собой электромагнитную катушку, возбуждающую магнит-
ный поток в замкнутом контуре из стальных магнитопроводов.
Такой простейший контур с электромагнитной катушкой условимся
называть элементарной электромагнитной сис-
темой.
Стальные участки контура источника электромагнитной энергии
в приспособлениях одновременно выполняют роль деталей, воспри-
нимающих различного рода нагрузки. Поэтому к ним предъявляются
требования, которые не всегда совпадают со свойствами, характер-
1 В ’дальнейшем будет показано, что оптимальные условия для обеспечения
нужного'потока определяются еще рядом факторов (маркой стали, толщиной и дли-
ной магнитопровода и т. д.).
11
ними для магнитных материалов. Эти противоречия необходимо учи-
тывать при конструировании электромагнитных приспособлений.
К сожалению, можно встретить примеры, когда выбор материала
для изготовления электромагнитных приспособлений осуществляется
только по какому-то одному признаку. Это приводит к созданию ие-
оптимальиых конструкций.
Важной характеристикой источников электромагнитного поля
является способ управления ими. При видимой простоте управления
(отключение или включение питания
электромагнитной катушки) в же-
лезе протекают процессы, значи-
тельно усложняющие эту операцию.
Как известно, любой ферромагнит-
ный материал обладает так называе-
мой остаточной намагниченностью.
Это явление обусловливается тем,
что процесс перемагничивания фер-
ромагнитного материала характери-
зуется гистерезисной петлей [12,30].
Следовательно, при снятии внешнего
намагничивающего поля Н этот ма-
териал сам становится источником
магнитного поля, которое опреде-
ляется остаточной индукцией Вг и
коэрцитивной силой —Нс (рис. 3).
Можно считать, что с этого момента
вся система начинает работать в ре-
жиме постоянного магнита.
Участок Вг — /11 — Л 2 — (—Нс)
??1С’ г3ЛгхОбщИ11 вид зависимост|1 гистерезисной петли носит название
КРИВОЙ Размагничивания. Помимо
материала численных значений Вг и —Нс, эта
кривая характеризуется формой,
о чем будет сказано ниже.
Таким образом, после отключения питания электромагнитной
катушки в элементарной электромагнитной системе останется магнит-
ный ноток, величина которого будет пропорциональна некоторой
индукции Вх. В совершенных системах значение этой индукции
сравнительно мало отличается от остаточной —Вг, которая, в свою
очередь, для магнитно-мягких материалов колеблется от 0,9 до 1,2 Т.
При достаточной толщине стальных магнитопроводов остаточный
магнитный поток, определяемый индукцией Blt достигает значи-
тельной величины и развивает силу притяжения деталей, с которой
нельзя не считаться. Поэтому, чтобы беспрепятственно снять детали
с электромагнитного приспособления, нужно избавиться от остаточ-
ного магнитного потока.
Физический процесс, предусматривающий снижение или полную
ликвидацию остаточных магнитных явлений в ферромагнитном мате-
риале, получил название размагничивания. Мерой, по
12
которой можно судить о способности материала сохранять свою
намагниченность, является коэрцитивная сила—Нс. У магнитно-мяг-
ких материалов коэрцитивная сила сравнительно невелика (80—
<400 А/м или 1—10 Э), но вполне достаточна, чтобы в течение длитель-
ного времени сохранять остаточную намагниченность системы.
В практике встречаются электромагнитные приспособления
(чаще в виде плит), которые имеют малый остаточный магнитный
поток. После отключения тока от катушек деталь с таких приспо-
соблений снимается сравнительно легко. Объяснить это явление
можно следующим образом.
Положения Ад- рабочей точки А на кривой размагничивания опре-
деляются так называемым коэффициентом размагничивания системы
112]. Чем меньше значение угла у£-наклона луча, определяющего
положение рабочей точки, тем меньше коэффициент размагничи-
вания и выше положение рабочей точки А на кривой размагничи-
вания, тем больше остаточный магнитный поток. Коэффициент раз-
магничивания определяется по магнитному сопротивлению системы.
Чем меньше это сопротивление, тем меньше коэффициент, пли, как
еще говорят, размагничивающий фактор.
При рационализации электромагнитных систем стремятся сни-
зить магнитное сопротивление. Этого добиваются путем применения
современных магнитно-мягких материалов, исключения вредных
воздушных зазоров в стыках и т. д. Такие приемы позволяют умень-
шить размеры и мощность электромагнитной катушки при сохране-
нии заданной силы притяжения детали. Однако если такая система
начинает работать в режиме постоянного магнита, то у нее разма-
гничивающий фактор мал, а остаточный магнитный поток велик
(точки АYj, В противоположность этому у нерациональных
систем (магпитопроводы выполнены из чугуна, имеются воздушные
зазоры па пути прохождения магнитного потока и т. и.) размагни-
чивающий фактор велик, а остаточный магнитный поток мал (точки
12, ?2, ^г)- Благодаря этому детали сразу же после отключения
питания электромагнитных катушек сравнительно легко снимаются
с приспособления.
Принцип создания электромагнитных систем с большим разма-
гничивающим фактором иногда используется в машиностроении для
создания приспособлений и устройств с особыми свойствами. В по-
давляющем же большинстве случаев стремятся разработать такие
системы, с помощью которых при минимальных затратах энергии
можно было бы получить максимальную силу, что возможно только
при условии применения магнитно-мягких материалов. Для ликви-
дации остаточных магнитных явлений’в таких системах (приспособ-
лениях) их необходимо размагничивать. Для этих целей создаются
специальные размагничивающие устройства, которые входят в си-
стему управления электромагнитным приспособлением.
Итак, электромагнит как источник магнитного поля приспособ-
лений характеризуется простотой конструкции, отсутствием де-
фицитных материалов, но требует дополнительного устройства для
управления (размагничивания). •
13
Постоянные магниты — это такие ферромагнитные
материалы, которые после намагничивания сохраняют намагничен-
ность несмотря на воздействие внешних возбуждающих факторов,,
к которым относятся посторонние магнитные поля, удары, вибра-
ции и т. д. По сравнению с магнитно-мягкими материалами для по-
стоянных магнитов характерно большое значение коэрцитивной
силы Нс.
В качестве основного классификационного признака промышлен-
ных сплавов для постоянных магнитов обычно принимают способ
получения данного материала. По этому принципу магнитно-твер-
дые материалы подразделяются па четыре группы:
1) литые магниты на основе системы железо — никель — алюми-
ний и железо—никель—алюминий—кобальт, в некоторых случаях
легированные медью, серой, титаном, ниобием и другими элементами;
2) магниты, получаемые методами порошковой металлургии, в том
числе металлокерамические, металлопластические, оксидные и из
микропорошков;
4) стали, закаливаемые на мартенсит, в том числе хромистые,
вольфрамовые и кобальтовые;
4) прочие материалы для постоянных магнитов, например сплавы
па основе благородных материалов.
В технической литературе по магнитным приспособлениям [12,
321 и материалам [29, 30, 38] приведены исчерпывающие данные по
свойствам постоянных магнитов, и поэтому в этой книге остановимся
только па тех характеристиках, которые необходимы для представ-
ления постоянных магнитов как источников магнитного ноля
в приспособлениях.
В магнитных приспособлениях нашли применение два вида по-
стоянных магнитов: литые, выполненные на основе системы железо—
никель—алюминий —кобальт, и оксидно-бариевые (керамические),
полученные из углекислого бария и окиси железа методом порошко-
вой металлургии.
Применением этих двух видов постоянных магнитов, разумеется,
не исключается возможность использования для технологической
оснастки других разновидностей магнитно-твердых материалов.
В настоящее время рядом исследований [12, 24] установлена,
а практическим опытом подтверждена целесообразность исполь-
зования в магнитных приспособлениях постоянных магнитов марок
ЮНДК24 и 2БА. На рис. 4 приведены кривые размагничивания этих
материалов.
Литой постоянный магнит марки ЮНДК24 (ГОСТ 9575—60),
помимо железа, содержит 14% никеля; 24% кобальта; 9% алюминия;
4% меди; 0,3% титана. При соответствующей! термической обработке,
преследующей цель сообщения сплаву анизотропных магнитных
свойств [6, 29], магниты марки ЮНДК24 (кривая 1) обладают оста-
точной индукцией в 1,23 Т (12 300 Гс) и коэрцитивной силой
в 44,0 кА/м (550 Э). Наличие в сплаве никеля, кобальта и некоторых
других присадок делает его дефицитным и наряду с несколько слож-
ной термической обработкой повышает стоимость.
14
Оксидно-бариевый магнит марки 2БА изготовляется методом
порошковой металлургии и не содержит дефицитных материалов.
Сырьем для изготовления этого магнита служат окись железа и уг-
лекислый барий. Магнит анизотропный, так же как литой. Однако по
своим магнитным свойствам он сильно отличается от литого. При
сравнительно низкой остаточной индукции (0.32 Т) он обладает очень
высокой коэрцитивной силой (Нс^ 200 кА/м), а это значит, что для
намагничивания окспдно-бариевого магнита (точно так же, как и для
размагничивания) нужны более сильные магнитные поля, чем для
намагничивания литых магнитов. По этой же причине оксидно-барпе-
вые магниты стабильнее в работе в магнитных приспособлениях.
Рис. 4. Кривые размагничи-
вания наиболее распростра-
ненных магнитно-твердых
материалов:
1 — ЮНДК24; 2 —
0.5
0.32
205
50
100
150
-Ц,кА/м 200
Очень важной особенностью этого магнита является форма кривой
размагничивания. Из рисунка (кривая 2) видно, что она близка к пря-
молинейной.
Кривые размагничивания — это характеристики магнитного ма-
териала. В приспособлениях же используются постоянные магниты,
которые помимо материала характеризуются формой и размерами
(конструкцией). Постоянный магнит, будучи однажды намагничен,
стабильно сохраняет свои магнитные свойства многие годы. Однако,
как п в случае с электромагнитной катушкой, параметры постоян-
ного магнита зависят от тех условий, в которых он работает, т. е.
от магнитного сопротивления цепи, по которой проходит поток по-
стоянного магнита. Если намагниченный постоянный магнит будет
окружать только возду,х 1 (см. пример с электромагнитной катушкой
по рис. 2, а), то магнитный поток, возбуждаемый нм, не может быть
большим. Этот ноток будет определяться положением рабочей точки
А} свободного магнита на кривой размагничивания (рис. 5). В свою
очередь, положение рабочей точки постоянного магнита определяется
его конструкцией, так как [12]
tga = G4-. (7)
1 Термин «свободный магнит» соответствует положению, когда магнит окру-
жает только воздух.
15
где /м и SM — длина и площадь поперечного сечения постоянного
магнита; G — проводимость пространства, окружающего постоян-
ный магнит.
Отсюда, если увеличить, например, длину магнита /ы, то уве-
личится угол наклона луча к оси абсцисс (угол а), определяющей
положение рабочей точки, и, следовательно, изменится ее положение
на кривой. В свою очередь, это приведет к увеличению магнитной
индукции и потока, развивае-
мого магнитом.
Следует иметь в виду, что
изменение параметров постоян-
ного магнита не приводит к про-
порциональному изменению угла
наклона луча, определяющего по-
ложение рабочей точки. С изме-
нением величин /м и SM изменяется
А
А
~Н, кА/м
Рис. 5. 11змепепие рабочих точек постоянного магии та в зависимости
от марки применяемого материала и способа намагничивания:
1 — ЮНДК24; 2 — ЮНДК25; 3 — 215/1
и проводимость пространства, окружающего постоянный магнит.
Поэтому нельзя, например, только за счет увеличения длины маг-
нита /м поднять рабочую точку постоянного магнита до положения,
близкого к значению остаточной индукции. Котангенс угла наклона
луча, определяющего положение рабочей точки свободного магнита
на кривой размагничивания, часто называют коэффициентом размаг-
ничивания. Обозначают этот коэффициент буквой Л7.
Из рис. 5 видно, что магнитная индукция свободного магнита
(при постоянных размерах и конструкции) зависит от примененного
магнитно-твердого материала. Если, например, магнит изготовлен
из материала марки ЮНДК24 (кривая /, рабочая точка Л}, а1),
то индукция в нем будет соответствовать значению В\; если же
магнит изготовить из сплава марки ЮНДК25БА (кривая 2, рабочая
1G
точка Л2), то индукция в нем будет уже соответствовать более вы-
сокому значению — В2.
В практике технологии машиностроения свободные магниты почти
не применяются. В большинстве случаев они помещаются в системы,
состоящие из стальных магнитонроводов, что диктуется как кон-
структивно-эксплуатационными соображениями, так и необходи-
мостью повысить силовую характеристику устройства.
Поведение постоянного магнита, определяемое положением его
рабочей точки в системе координат В, Н, зависит от того, в каких
условиях он будет намагничиваться. Практически всегда добиваются
такого положения рабочей точки постоянного магнита, чтобы полу-
чить максимально возможную индукцию. Предел индукции, к ко-
торой можно стремиться, — это остаточная индукция постоянного
магнита.
Известно три способа намагничивания постоянных магнитов
для приспособлений (табл. 1).
Если постоянный магнит сначала будет намагничен отдельно
без системы (первый способ), а затем собран вместе с элементами
приспособления (магнитопроводамп), то рабочая точка магнита бу-
дет находиться внутри кривой размагничивания па так называемом
частном цикле (точка А’1, рис. 5). Однако этот способ намагни-
чивания не пригоден для магнитов на основе железо-никелевых
сплавов, так как даже повышение качества магнитного сплава пе при-
водит к существенному повышению магнитной индукции (точка А2 )•
Совсем по-иному обстоит дело с оксидно-бариевыми магнитами.
Как уже говорилось, кривая размагничивания этих магнитов
близка к прямой линии (кривая 3). .Частный цикл, па котором
расположена рабочая точка свободного магнита Аз, практически
проходит параллельно и очень близко к кривой размагничивания.
Поэтому параметры оксидио-бариевого магнита, намагниченного
отдельно и затем установленного в систему, будут характеризоваться
координатами точки A31. Как видно из рисунка, ордината точки Аз
ближе к значению остаточной индукции Вг . Следовательно, для
оксидпо-бариевых магнитов такой способ намагничивания вполне
приемлем.
Ранее было сказано, что коэффициент размагничивания магнита
определяется по зависимости (7). Из нее видно, что с увеличением
проводимости путей прохождения магнитного потока G коэффи-
циент размагничивания магнита уменьшается, а это значит, что
угол а увеличивается.
По второму способу намагничивания собранную систему, состоя-
щую из постоянного магнита и магнитопрпводов, намагничивают
совместно, а затем вынимают из намагничивающей установки. В этом
случае рабочая точка постоянного магнита А} 1 будет находиться
на кривой размагничивания и выше, чем точка А* свободного магнита.
В дальнейшем (при закреплении детали) проводимость путей про-
хождения магнитного потока изменится в сторону увеличения, но
рабочая точка магнита переместится по другому частному циклу
2 О. Я - Константинов *7
Таблица 1. Способы намагничивания
постоянных магнитов для приспособлений
11 займет положение А(пересечение частного цикла с лучом, прове-
денным под углом а|Х). То же самое произойдет и в том случае, если
будет применен более совершенный магнитный материал (кривая 2,
точки /I2" и Однако нетрудно заметить, что в этом случае влия-
ние материала магнита на силовые характеристики магнитного
устройства более заметно, чем это имело место при намагничивании
свободного магнита [напомним, что сила притяжения пропорцио-
нальна квадрату индукции, см. формулу (2)].
Степень влияния материала постоянного магнита на силовую
характеристику устройства будет определяться по другому пара-
метру, называемому коэффициентом выпуклости 111,29]. Коэффи-
циент выпуклости определяется по формуле
ВГНС
BdHd >
(.8)
где Br — остаточная индукция; Нс — коэрцитивная сила; Bd и
И; — координаты экстремальной точки, определяющей максимум
энергетического произведения.
Для сплава марки ЮНДК24 координаты экстремальной точки
имеют значения: Bd = 0,95 Т; Hd = 34 кА/м. Подставляя эти зна-
чения в формулу (8), получаем, что коэффициент выпуклости кривой
размагничивания этого сплава а = 0,91. Для сплава марки
ЮНДК25БА коэффициент выпуклости достигает значения а = 0,99.
Если BdHd то а 1, а с увеличением коэффициента
выпуклости форма кривой размагничивания приближается к прямо-
угольной. Из рис. 5 видно, что при втором способе намагничивания
более выгодно применение наиболее совершенных магнитных мате-
риалов: с большим коэффициентом выпуклости и с формой кривой,
наиболее приближающейся к прямоугольной.
Анализируя с этих же позиций работу оксидпо-бариевых магни-
тов, можно доказать, что намагничивание их вместе с магнитопрово-
дами практически не влияет на значение магнитной индукции в сис-
теме: положение точки Аз соответствует параметрам свободного
магнита, положение точки Аз1 — этому же магниту, установлен-
ному в систему. При перекрытии системы деталью рабочая точка
магнита переместится по частному циклу вправо относительно точки
Аз’ и ее ордината будет мало отличаться от значения остаточной ин-
дукции В/л. Так как при намагничивании оксидпо-бариевых магни-
тов. установленных в блоках, нельзя достичь насыщения, т. е. на-
магнитить магниты полностью, то из этого следует, что оксидпо-барие-
вые магниты, как правило, должны намагничиваться отдельно—до
сборки приспособления (об исключениях будет сказано ниже).
Третий способ намагничивания заключается в том, что после
намагничивания постоянного магнита’ весь магнитный иоток про-
ходит по стальным магнитопроводам. В этом случае магнит нужно
намагничивать в той системе, в которую он будет отдавать свою энер-
гию, т. е. намагничивать его надо вместе с приспособлением и де-
талью. В практических условиях намагничивание по этому способу
достигается тем, что в приспособлении предусматривается мощная
электромагнитная катушка, надетая па постоянный магнит и способ-
ная создать соответствующее намагничивающее поле. Параметры
магнита при третьем способе намагничивания будут определяться
координатами рабочей точки, расположенной па кривой размагни-
чивания и определяемой пересечением с лучом, характеризующим
проводимость системы. В идеальном случае, когда проводимость си-
стемы бесконечно велика, рабочая точка магнита совместится с точ-
кой, соответствующей остаточной магнитной индукции Вг.
На самом деле это бывает редко. Чаще рабочая точка находится
на некотором расстоянии от оси ординат, но на кривой размагничи-
вания, и поэтому максимально удовлетворяет условию наиболее
оптимального использования постоянного магнита.
Однако, несмотря на очевидные преимущества такого способа,
не все магниты могут быть так намагничены. Практически иевоз-
2*
19
можно намагничивать таким образом оксидно-бариевые и некоторые
литые с прямоугольной кривой размагничивания магниты, так как
их коэрцитивная сила слишком велика. Кроме того, в приспособ-
лениях с этими магнитами способ намагничивания практически
не влияет на величину силы притяжения. Необходимо также иметь
в виду, что стоимость постоянных магнитов марки ЮНДК25БА
в пять — десять раз выше стоимости магнитов марки ЮНДК24.
Поэтому третий способ намагничивания может быть применен в том
случае, когда в приспособлении используется магнит с невысокой
коэрцитивной силой, высокой остаточной индукцией и малым
коэффициентом выпуклости.
3. КЛАССИФИКАЦИЯ МАГНИТНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
ПО ИСТОЧНИКУ МАГНИТНОГО ПОЛЯ и СПОСОБУ УПРАВЛЕНИЯ
У нас, так же как и за рубежом, до сих пор ие было попыток
систематизации магнитных приспособлений, и поэтому приведенные
ниже классификации в определенной степени могут способствовать
более обоснованному подходу как к выбору приспособления, так
и к решению вопроса о централизованном производстве и, наконец,
научно-обоснованному подходу к исследованию и совершенствованию
этого рода прогрессивных приспособлений.
В основу классификации магнитной технологической оснастки по-
ложены следующие признаки: тин источника магнитного поля и
способ управления им.
В зависимости от типа источника магнитного поля магнитные
приспособления подразделяются на электромагнитные приспособле-
ния и приспособления с постоянными магнитами (рис. 6).
Электромагнитные приспособления
являются наиболее старым и известным видом магнитной оснастки.
Они отличаются сравнительной простотой устройства, отсутствием
дефицитных материалов, относительно низкой стоимостью и про-
стотой управления. Все эти преимущества электромагнитных при-
способлений способствовали их широкому распространению в ма-
шиностроении. Особенно интенсивно они применяются для закреп-
ления деталей при выполнении шлифовальных работ (электромаг-
нитные плиты на плоскошлифовальных станках, специальные
электромагнитные патроны для закрепления подшипниковых колец,
универсальные разметочные устройства и т. д.). Используются элек-
тромагнитные приспособления и при выполнении других работ,
например при фрезеровании. Однако сильное электромагнитное поле,
распространяющееся на достаточно большое расстояние от рабочей
поверхности приспособления, ограничивает область применения
этой оснастки.
Рассматривая электромагнитные приспособления как один из
видов магнитной оснастки, нельзя ие отметить стремление прини-
зить их роль в технологии машиностроения в связи с появлением
приспособлений на базе постоянных магнитов. Основными аргумен-
тами в пользу такого утверждения являются недостаточная надеж-
20
Рис. 6. Классификация магнитных приспособлений по типу источника магнитного поля и способу управления
21
ность работы электромагнитных приспособлений, необходимость
постоянного подвода электроэнергии к ним, пагрев, недостаточная
сила притяжения, сложность осуществления мероприятий, обеспе-
чивающих безопасность работ, и др. Богатый опыт эксплуатации
электромагнитных приспособлений, накопленный отечественной
промышленностью, место этого вида магнитных приспособлений
в практике зарубежного машине- и приборостроения, наконец,
проведенные за последние годы исследования позволяют утверждать,
что подобного рода суждения об электромагнитных приспособлениях
носят конъектурный характер и ничем не обоснованы. Грамотно
спроектированные и качественно изготовленные электромагнитные
приспособления надежны в эксплуатации, долговечны, производи-
тельны, обеспечивают высокую точность обрабатываемых деталей,
высокую силу притяжения и поэтому не должны быть заменены
приспособлениями с постоянными магнитами.
Приспособления с постоянны ми м а г п и -
т а м и стали интенсивно внедряться в производство лишь в 60-х
годах. Это стало возможным благодаря разработкам и получению
постоянных магнитов с высокими магнитными свойствами.
Как уже говорилось, в настоящее время для производства магнит-
ных приспособлений применяются два типа магнитов: литые, на
основе железо—никель—кобальтовых сплавов, и оксидно-бариевые
(керамические).
Приспособления с литыми магнитами отличаются от приспособле-
ний с оксидно-бариевымн магнитами более простой и компактной
конструкцией. Однако магнитное поле, которое создают литые маг-
ниты, распространяется над приспособлением дальше, чем это имеет
место в приспособлениях с оксидно-бариевымн магнитами. Поэтому
приспособления с литыми магнитами лучше применять в тех случаях,
когда магнитное поле не снижает эффективность рабочего процесса
(например, при шлифовании). К сожалению, причина, из-за которой
магнитное поле разных типов приспособлений ведет себя по-разному,
раскрыта еще не полностью. По-вндимому, основными факторами,
влияющими на интенсивность магнитного поля над приспособлением,
являются м. д. с. источника поля и конструкция приспособления.
На основании опыта использования магнитной оснастки и некоторых
экспериментов можно утверждать, что по интенсивности распрост-
ранения магнитного поля в окружающее пространство па первом
месте стоят электромагнитные приспособления, затем приспособле-
ния с литыми магнитами и только потом — с оксидно-бариевымн
магнитами (рис. 7).
Электромагнитные приспособления (и плиты, в частности), как
правило, проектируются с укрупненными электромагнитными катуш-
ками. Часто такие приспособления имеют четыре, три, две и даже одну
электромагнитную катушку, что сообщает всему приспособлению
свойства крупного электромагнита. Мощные электромагнитные
катушки этих приспособлений возбуждают такое электромагнитное
поле, которое не только проходит через закрепляемую деталь, но
и распространяется в пространстве вокруг приспособления. Его
22
ют как оы
Рис. 7. Интенсивность
распространения маг-
нитного поля над по-
верхностью приспо-
собления: а — элект-
ромагнитного; б — с
литыми магнитами;
в — с оксидпо-барие-
выми магнитами
а)
5)
легко обнаружить хотя бы по тому, что оно намагничивает узлы
е ганка, металлический режущий инструмент и снижает тем самым
интенсивность процесса резания (рис. 7, а).
Приспособления слитыми магнитами, как правило, предусматри-
вают использование значительного числа постоянных магнитов.
Каждый из них является источником энергии только для небольшой
части приспособления — элементарной системы. Мощности магнита
в этом случае хватает для проведения магнитного потока только по
стальным магпптопроводам элементарной системы (рассуждения
ведутся с определенным допущением). Однако если учесть, что в со-
ответствии с конструктивными особенностями этих приспособлений
все литые постоянные магниты в них имеют одинаковое направление
полярности, т. е. все магниты пр
параллельно, то суммарное поле
возрастает и его можно обиа- t
ружить и над приспособле-
нием — на некотором расстоя-
нии от поверхности (рис. 7, б).
Конструкция ириспособле- §
ний с оксидно-бариевымн маг- £
нитами не создает условий для £
распространения магнитного
ноля в окружающее простран-
ство (рис. 7, в). На рабочей
поверхности приспособления §
имеется большое число полюс-
пиков, одинаковых по площади
и чередующихся по полярности. $
Если в силу конструктивных
особенностей электромагнитные
приспособления и приспособ- Поверхность приспособления
ления с литыми магнитами
в целом проявляют свойства мономагнитов, то для приспособле-
ний с оксидно-бариевымн магнитами в определенном смысле свой-
ственна изотропность магнитных свойств, что характерно для
скомпенсированных полимагнитных совокупностей. Очень короткое
магнитное поле над рабочей поверхностью приспособлений соксидно-
бариевыми магнитами позволяет использовать этот вид оснастки
на тех операциях, па которых обработка ведется металлическим
инструментом (фрезерование, строгание, точение, сверление и др.).
Другим очень важным признаком, по которому необходимо осу-
ществлять классификацию магнитных приспособлений, является
способ управления.
Под способом управления магнитным
приспособлением понимаются содержание приема и конструктивное
оформление, обеспечивающее изменение состояния приспособления
от выключенного до включенного (или наоборот).
В электромагнитных приспособлениях используется один из
простых способов управления: включение и отключение питания
6)
электромагнитных приспособлении предусматривает наличие
одного из видов контактных электротехнических устройств (напри-
мер, пакетных выключателей, электромагнитных пускателей и т. д.).
Отсюда прием управления электромагнитным приспособлением
состоит в перемещении рычажка тумблера или пускателя, в нажатии
кнопки и т. д. Все эти приемы не отнимают у работающего заметного
времени и, что самое главное, не требуют физического напряжения.
По этой причине электромагнитные приспособления относятся к про-
изводительной оснастке.
Ранее говорилось, что современные электромагнитные приспо-
собления изготовляются из магнитно-мягких материалов, которые
после отключения приспособления от источника питания обладают
остаточной намагниченностью. Поэтому работа даже самых неболь-
ших электромагнитных приспособлений немыслима без размагничи-
вающего устройства (см. и. 29). Введение или наличие размагничи-
вающего устройства несколько усложняет электрическую схему
станка и увеличивает время управления приспособлением. Так,
например, при использовании автоматических систем размагничи-
вания процесс выключения электромагнитного приспособления воз-
растает до 8—10 с.
Поскольку управление электромагнитным приспособлением осу-
ществляется с помощью электротехнических средств и приемов, оно
названо электрическим управлением (рис. 6).
Управление приспособлениями с постоянными магнитами сложнее
по содержанию приема и конструктивному оформлению.
Прежде чем изложить наиболее распространенные методы управ-
ления магнитными приспособлениями, необходимо отметить, что
в промышленности применяется ряд приспособлений с постоянными
магнитами, не имеющий системы управления. В дальнейшем будем
называть их приспособлениями без отключения (рис. 6). Эти
приспособления применяются тогда, когда не требуется больших
усилий удержания деталей или когда наиболее важным условием
является простота конструкции приспособления. В последнем случае
усилие притяжения приспособления может быть очень большим.
Поэтому для облегчения отрыва детали от таких приспособлений
применяют простейшие силовые механизмы (эксцентрики, винтовые
пары и т. д ), обеспечивающие более пли менее легкий отрыв детали
в первый момент. В дальнейшем, при наличии зазора 2—6 мм, деталь
отрывается от приспособления вручную (известно, что с увеличением
зазора между деталью и приспособлением сила притяжения умень-
шается по закону гиперболы).
Наиболее часто отвод магнитного потока, совершающего работу
по притяжению детали, осуществляется путем перемещения магнит-
ных блоков. При этом различают два способа отвода магнитного
потока от детали: шунтирование и нейтрализация.
Шунтирование магнитного потока чаще применяется в приспо-
соблениях, в которых использованы литые магниты. По этому спо-
собу для отключения рабочего потока на пути его следования соз-
даются участки со значительно меньшим магнитным сопротивлением,
чем сопротивления участков, по которым он замыкался, притягивая
деталь. На рис. 8, а показана часть магнитной плиты во включенном
состоянии. Помимо магнитного блока 4, приспособление имеет основа-
ние 3 и крышку 5. Основание в этом приспособлении сделано из мяг-
кого железа и выполняет роль одного из магиитопроводов. Крышка
приспособления представляет собой сборный узел, который по своей
конструкции аналогичен магнитному блоку с той лишь разницей,
что в пазы целой рамки через немагнитные прокладки 7 вставлены
не магниты, а магпитопроводы (полюсники) 8 и 9 из мягкого железа.
Магнитопроводы, прилегающие к полюсам постоянного магнита,
в дальнейшем условимся называть также полюспиками. Торцовые
поверхности полюсннков, соприкасающиеся с деталью, называются
полюсами системы, приспособления или другого магнитного устрой-
Рис. 8. Схема отключения магнитного потока способом шун-
тирования: а — положение «включено»; б — положение «вы-
ключено»
ства. Полюсники могут быть целыми и состоящими из частей. В зави-
симости от того, какому узлу принадлежит та или иная часть полюс-
ника, определяется и его название. Например, полюсиик силового
магнитного блока, полюсиик адаптерной плиты и т. д.
Магнитный поток, образуемый магнитами /, через полюсники 9
крышки 5 подводится к рабочему зазору б, затем по детали 6—снова
к рабочему зазору б, и далее через полюсники 8, магнитопроводы 2
и основание 3 замыкается на южном полюсе магнита. Пройти по более
короткому пути магнитный поток в данном случае не может, так
как магпитопроводы и магнит разделены немагнитной прокладкой 7.
В приспособлении перемещение магнитного блока между стальным
основанием и крышкой осуществляется по посадке движения. За-
зоры в плоскостях А и Б обеспечивают свободное передвижение блока
в направлении, обозначенном стрелкой. При перемещении блока
(например, вправо) па величину I (рис. 8, б) магниты займут положе-
ние под немагнитной прокладкой крышки 5, и, так как ее ширина
значительно меньше ширины полюса магнита, полюсники 8 и 9
в крышке магнитного приспособления будут выполнять роль шун-
тов. В этом случае магнитное сопротивление пути магнитного потока
через шунты значительно меньше, чем магнитное сопротивление пути
потока во включенном приспособлении, поэтому поток в основном
пройдет пе через деталь, а по полюсникам 8 и 9, мапштонрово-
дам 2, основанию 3 и магниту 1. Деталь в этом случае свободно
снимается с приспособления.
Далеко не всегда шунтированием можно добиться полного отклю-
чения приспособления. В некоторых случаях часть рабочего потока
Фост продолжает идти по прежнему пути и с некоторой силой удержи-
вает деталь. Особенно сильно это явление проявляется в том случае,
когда этот метод управления используется в магнитных плитах
и патронах с оксидно-бариевыми магнитами.
Способ нейтрализации магнитного потока стал применяться
в связи с внедрением приспособлений на базе окепдио-барпевых
магнитов. Для отключения магнитного приспособления этим способом
магнитный блок разделяют на две самостоятельные части: пеио-
Рис. 9. Схема отключения магнитного потока методом нейтрали-
зации: а — положение «включено»; б — положение «выключено»
движный блок 2 и подвижной блок 3 (рис. 9). Подвижной блок должен
иметь возможность перемещаться в направлении стрелки па величину
шага С включающую в себя ширину полюсника и длину магнита /м.
При включении приспособления неподвижный блок должен занять
место, при котором под полюсником верхнего блока окажется полюс-
ник нижнего блока с одинаковой с ним полярностью (рис. 9, а).
В этом случае каждый магнит верхнего блока с расположенным под
ним магнитом нижнего блока образует одну систему. Образуемый
магнитами поток пройдет по полюсникам к рабочему зазору, и деталь /
будет притянута к приспособлению.
Для отключения приспособления подвижной блок перемещается
в положение, при котором под каждым магнитом верхнего блока
станет магнит нижнего блока с противоположной полярностью
(рис. 9, б). Образуются две системы, расположенные одна над другой.
Поскольку магниты этих систем имеют противоположную поляр-
ность, то магнитный поток будет проходить от одного полюса маг-
нита верхнего блока к противоположному полюсу магнита нижнего
блока (и расположенному под ним) по полюсникам, т. е. внутри си-
стем и не выходить к детали. В этом случае магниты нижнего блока
как бы нейтрализуют действие магнитов верхнего блока. Отсюда
и термин — нейтрализация магнитного потока.
20
11риспособления, спроектированные по этому принципу, имеют
еще одно достоинство. Можно подобрать высоту нижнего блока
(.жим образом, что при отключении приспособления магнитный
ноток его не только нейтрализует действие потока верхнего блока,
по и пошлет некоторый импульс потока, но уже противоположной
полярности, к детали. Нижний блок должен иметь такую высоту,
ч гобы обратный импульс рабочего потока лишь размагничивал
деталь, а не удерживал ее на приспособлении.
Усилие, необходимое для перемещения магнитных блоков, зави-
сит от числа систем в приспособлении (размеров приспособления),
марки материала магнита, коэффициента трения и т. д. Даже для
небольших по размерам приспособлений это усилие настолько велико,
чю с ним нельзя ие считаться. Поэтому, чтобы снизить затраты физи-
ческого труда оператора при управлении магнитным приспособлением,
приходится применять достаточно сложные эксцентриковые, винто-
вые, червячные, зубчато-реечпые, рычажные и др. силовые механизмы.
Применение этих механизмов в магнитных приспособлениях услож-
няет их конструкцию, повышает стоимость, снижает производитель-
ность и т. д. Однако в настоящее время магнитные приспособления
с ручным управлением наиболее распространены. Они обладают
одним из самых важных качеств магнитной оснастки — автономно-
стью действия.
В связи с применением магнитных приспособлений в условиях
серийного и даже крупносерийного производства применение меха-
низированных приводов для перемещения подвижных блоков магнит-
ных приспособлений стало еще более необходимым. Имеющаяся уже
практика ряда заводов страны показала достаточную эффективность
использования для этих целей электромеханических, гидравлических
и пневматических приводов.
Конструкция магнитных приспособлений с подвижными блоками
отличается не только своей сложностью и, следовательно, нетехноло-
гичностыо, но и недостаточной жесткостью. Эти недостатки магнитных
приспособлений привели к необходимости разработки принципи-
ально иного способа управления, который в приведенной клас-
сификации (рис. 6) назван электрическим.
Электрический способ управления магнитными приспособлениями
начали применять сравнительно недавно. Но он весьма перспектив-
ный, о чем свидетельствует практика эксплуатации этих приспособле-
ний и достаточно серьезные их исследования.
Различают два способа электрического управления магнитными
приспособлениями: размагничивание и нейтрализация.
Способ размагничивания в приспособлениях применен в 50-х
годах 1 и предусматривает полное размагничивание как магнита,
так и всей системы с помощью сильного магнитного поля, создавае-
мого электромагнитной катушкой, расположенной внутри этого
приспособления (см. табл. 1, третий способ размагничивания).
Включается такое магнитное приспособление путем намагничивания
1 См. п. 29.
27
с помощью этой же электромагнитной катушки всей системы (вклю*
чая постоянный магнит). Для этой цели через нее пропускают импульс
тока большой силы.
Наиболее сложен процесс размагничивания системы с постоян-
ным магнитом. Надежные результаты обеспечивает процесс, преду-
сматривающий подачу в электромагнитную катушку приспособления
ряда последовательных импульсов тока, убывающих по амплитуде
и чередующихся по знаку [12, 32, 40]. Однако не исключена возмож-
ность размагничивания системы с помощью одного импульса тока,
особенно в специальных приспособлениях.
Способ размагничивания магнитной системы может быть применен
только для тех приспособлений, в которых используются литые
магниты.
Совершенно новым способом управления магнитными приспо-
соблениями является способ электрической нейтрализации 1. Он
применяется для систем и приспособлений, в которых используются
окепдио-бариевые или другие постоянные магниты с большой коэрци-
тивной силой и с кривой размагничивания треугольной формы
(кривая 2, рис. 4).
Как уже говорилось выше, оксидно-барпевый магнит, намагни-
ченный в свободном состоянии, имеет рабочую точку, расположен-
ную на кривой размагничивания (например, точка Лз, рис. 5). Если
на такой магнит воздействовать размагничивающим полем, то по мере
увеличения его напряженности рабочая точка постоянного магнита
будет перемещаться влево по кривой размагничивания. При напряжен-
ности внешнего поля, равной —Нс, индукция в постоянном магните
будет равна пулю, т. е. поле самого магнита будет как бы заперто
внешним полем. Одна ко это не означает, что сам магнит будет раз-
магничен. После снятия внешнего размагничивающего поля рабочая
точка постоянного магнита возвратится по частному циклу в свое
первоначальное положение (точка Л^, рис. 5).
Практически реализовать этот процесс можно, например так,
как это показано па рис. 10, а. Здесь оксидно-бариевый магнит 1
помещен в электромагнитную катушку 2, возбуждающую магнитное
иоле, противоположное ио знаку тому, какое создает сам магнит.
Если отключить электромагнитную катушку от источника питания,
то магнит будет являться источником энергии (направление потока
показано стрелкой Л), если включить ее, то электромагнитное поле
катушки «запрет», т. е. нейтрализует, действие поля постоянного
магнита.
Описанный способ управления керамическим магнитом может
найти применение в тех приспособлениях, которые требуют отключе-
ния на короткие промежутки времени (например, в подъемных устрой-
ствах). Длительная подача энергии в электромагнитную катушку
вызывает ее пагрев, и поэтому такой режим работы нежела-
телен.
1 Авт. св ид. № 278877.
28
I la рис. 10, б и в приведен модифицированный вариант электри-
ческого управления системы с окспдно-бариевым магнитом. Здесь,
помимо оксидно-бариевого магнита 1, система имеет добавочный
иной магнит 3, выполняющий функцию управления. Для намагни-
чивания литых магнитов система снабжена электромагнитной катуш-
кой 2. Чтобы включить систему, достаточно подать в катушку корот-
кий импульс тока соответствующего знака, при котором магнит 3
намагнитится. Если полярности дополнительного магнита и основ-
ного совпадают, то магнитный поток их будет складываться и удер-
живать деталь на системе (рис. 10, б). При отключении системы
через электромагнитную катушку необходимо пропустить также
импульс тока (а не серию импульсов), по уже противоположного
5) . 6)
а)
Рис. 10. Схема отключения магнитного потока методом электрической
нейтрализации: а — без добавочного магнита; б и в — с добавочным
магнитом (б — положение «включено», в — положение «выключено»)
знака. При этом дополнительный литой магнит перемагнитится.
Полярность его не будет совпадать с полярностью основного магнита,
чем он и нейтрализует действие оксидно-бариевого магнита.
При таком способе управления магнитными системами ток в элек-
тромагнитную катушку подается коротким импульсом, и только
в момент управления. Это значит, что приспособление не нагревается
и может сколь угодно долго находиться либо во включенном, либо
в выключенном состоянии.
Из приведенного описания электрического управления магнит-
ными приспособлениями видно, что конструкция оснастки не
содержит подвижных частей и поэтому проще той, в которой есть
подвижные блоки.
Электрические способы управления приспособлениями с постоян-
ными магнитами весьма перспективны, особенно для оснастки круп-
ных размеров.
29
4. КЛАССИФИКАЦИЯ МАГНИТНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
И ПРИНАДЛЕЖНОСТЕЙ К НИМ ПО НАЗНАЧЕНИЮ
Магнитные приспособления по назначению подразделяются на
приспособления для непосредственного закрепления и на приспо-
собления, где закрепление деталей осуществляется с помощью маг-
нитного привода.
В случае, когда магнитные устройства используются в качестве
привода, работающего в совокупности с механическими системами,
свойства материала детали имеют такое же значение, как и при при-
менении обычных приспособлений. Однако наличие магнитного при-
вода обязывает отнести эту группу приспособлений к магнитным
и осуществить классификацию оснастки с учетом этого признака.
Наибольшее распространение получили магнитные приспособле-
ния, предназначенные для непосредственного закрепления (притя-
жения) деталей (рис. 11). К таким приспособлениям относятся
электромагнитные и магнитные плиты, патроны, планшайбы, кубики,
призмы, разметочные стойки и т. д. Магнитный поток в этих приспо-
соблениях подводится к детали, и благодаря этому она закрепляется.
Это обычная схема закрепления деталей на магнитном приспособлении.
Для расширения технологических возможностей магнитных
приспособлений часто используют всевозможные принадлежности
к ним. К таким принадлежностям относятся удлинители, переходники,
сумматоры, назначение которых состоит, во-первых, в соответствую-
щем ориентировании детали относительно режущего инструмента
и, во-вторых, в подведении магнитного потока приспособления
к опорной поверхности детали.
Следует отметить, что до настоящего времени применительно
к принадлежностям для магнитных приспособлений терминология
не отработана. В литературе и практике встречаются названия:
переходник, удлинитель, сумматор, адаптер и т. п. В связи с этим
условимся различать следующие типы дополнительных устройств.
1. Переходник или удлинитель (рис. 12) — устройство, у которого
рабочая поверхность А (на которой закрепляются детали) располо-
жена не в плоскости рабочей поверхности Б базового магнитного
приспособления 1, но имеет с ней одинаковую форму. Другим призна-
ком переходника является наличие магнитопроводов 2, подводящих
магнитный поток базового приспособления к рабочей поверхности
переходника. Этим удлиняется путь прохождения магнитного потока
по системе. Отсюда и термин — удлинитель.
Обычно переходники изготовляются в виде пакета соответствую-
щей формы, в котором чередуются стальные пластины (магиитопро-
воды) с пластинами из немагнитных материалов.
Переходники достаточно распространены и широко применяются,
например на шлифовальных операциях. Они внедряются и при обра-
ботке деталей на фрезерных станках.
2. Сумматор (рис. 13) — устройство, состоящее из двух магнито-
проводов 1 (на рисунке показан один магнитопровод), каждый из
которых объединяет одноименные полюсы базового приспособления 2.
30
Таким образом каждый магнитопровод как бы суммирует поток,
выходящий из полюсников определенной полярности базового приспо-
собления.
Сумматоры — это новый вид принадлежностей к магнитным
приспособлениям. Чаще всего они применяются для всевозможного
рода наладок, расширяющих возможности магнитных приспособле-
ний (см. гл. IX).
3. Адаптер (адаптерная плита, адаптерный переходник) — устрой-
ство, которое сообщает базовому магнитному приспособлению не-
сколько иные качества: приспосабливает его к работе, которую нельзя
выполнить на нем даже при применении переходников и сумматоров.
Рис. 12.
Переходник (удлинитель) формы параллелепи-
педа (а) и угловой формы (б)
Чаще всего адаптеры предназначены для изменения конфигура-
ции, расположения и размеров полюсов базового магнитного приспо-
собления (см. гл. IX).
4. Элементы наладок — более или менее простой конструкции
детали, служащие для базирования закрепляемых деталей, передачи
зажимных усилий и т. д.
В зависимости от отношения к магнитной системе элементы нала-
док можно подразделить на два вида: на элементы, которые одно-
временно с основными функциями выполняют роль магнитопроводов,
и на элементы, которые не выполняют такой роли. По степени специа-
лизации все рассмотренные принадлежности к магнитным приспо-
соблениям можно подразделить на универсальные, специализиро-
ванные и специальные.
Итак, большинство магнитных приспособлений предназначено
для непосредственного закрепления обрабатываемых деталей с при-
менением принадлежностей или без них. При этом обязательным
32
'Innin м ЛН./1ЯСГСЯ то, что деталь должна обладать ферромагнитными
। Hi dli | li.iMII,
М и ни i hi,je приспособления или устройства, кроме основного
пл hi i h’iiii i, могут выполнять роль магнитного привода (рис. 11).
И Н1Ш'М качестве они малоизвестны, но, несмотря на это, накопленный
«ни,и по||1<>.1чет утверждать, что и здесь магнитные приспособления
iiMi-ioi определенные преимущества перед другими механизирован-
ными приводами.
Ч.п питый привод может
< и hi. представлен в виде
। ipoi'iciB, которые по кон-
। । рукппп п функциональ-
ном назначению принципи-
п и.пот* отличаются от обыч-
ных магнитных приспособле-
нии (устройства типа магнит-
ных плит, патронов и т. п. —
<1,1 юные магнитные приспо-
«<и। (синя) и устройств, кото-
|Н.1< выполняют роль только
привода (наподобие пневма-
iii'iccKHX или гидравлических
цилиндров) для перемещения
<н (ильныхэлементов приспо-
(облеиий.
Базовые магнитные приспособления используются для приведе-
ния в действие унифицированных механических устройств в виде
прихватов, патронов, тиков, упоров и т. д., которые, в свою очередь,
служат для закрепления обрабатываемых деталей. В этом случае
при определении усилия закрепления материал детали не имеет
значения. Вместе с тем не исключена возможность непосредственного
закрепления обрабатываемой детали на базовом магнитном приспо-
соблении, как это имеет место в обычных случаях, если деталь обла-
дает ферромагнитными свойствами.
Примером наиболее простой конструкции магнитного провода
является втяжной электромагнит. Имеются примеры и более слож-
ных конструкций. Они предусматривают возможность увеличения
силы притяжения отдельных элементов приспособления и, следова-
тельно, ^закрепления детали. Однако до настоящего времени магнит-
ный привод в станочных приспособлениях имеет ограниченное при-
менение.
3 О. Я. Константинов
Глава II
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ОБЛАСТЬ
ПРИМЕНЕНИЯ МАГНИТНОЙ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ
5. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА
Прямоугольные электромагнитные плиты
Прямоугольные электромагнитные плиты являются едва ли
не самым старым видом магнитных приспособлений. Они появились
еще в конце прошлого века и почти без изменений дошли до наших
дней. Безусловно, современные представители этого вида магнитных
приспособлений более совершенны по своим характеристикам.
Однако область их применения в основном осталась прежней —
плоское шлифование.
Широкое применение электромагнитных плит при плоском шли-
фовании объясняется прежде всего тем, что этот вид станочных
приспособлений отличается достаточной простотой конструкции,
отсутствием дефицитных материалов, высокой жесткостью и высокой
производительностью. Из числа недостатков электромагнитных плит
отметим только два: имеющий место нагрев приспособления за счет
выделения джоулева тепла и необходимость непрерывной подачи
электроэнергии во время работы плиты. Однако сразу же оговоримся,
что эти недостатки не настолько существенны, чтобы из-за них ста-
вить под сомнение перспективность этого вида магнитных приспо-
соблений [12, 45, 461.
Долголетняя практика производства и эксплуатации электро-
магнитных плит показала, что они могут быть практически любых
размеров. ГОСТ 17519—72 «Плиты прямоугольные электромагнитные»
предусматривает изготовление электромагнитных плит от размера
зеркала 125 X 360 до 630 X 2500 мм. Примерно таких же размеров
электромагнитные плиты выпускаются и рядом зарубежных фирм.
Так, например, французская фирма «Брайллон» рекламирует электро-
магнитные плиты от размера 45 X 100 до 1000 X 3000 мм (или
280 X 3350 мм). Итальянские плоскошлифовальные станки «Камут»
укомплектовываются электромагнитными плитами длиной более
3000 мм (рис. 14). Столь же крупные плиты выпускаются западно-
германской фирмой «Блом», английской фирмой «Хамприз», пред-
приятиями ЧССР, ГДР и др.
34
г . <mi. । ikh и. изготовления электромагнитных плит больших
рн im< |н*н iii | |с|ея одним из преимуществ этого вида магнитных при-
I ||1 н I II |< II 1(11
1’нс. 14. Электромагнитная плита с размером зеркала 500X2000 мм,
устанавливаемая на итальянском плоскошлифовальиом станке фир-
мы «Камут»
' целью унификации и облегчения задач производства электро-
• и питпых плит часто вместо одной плиты на столе крупных плоско-
шлпфовальных станков устанавливают несколько плит. Образуется
ii'i' io рода блок из электромагнитных плит (рис. 15).
Рис. 15. Стыковка электромагнитных плит в блок
Для возможности стыковки плит в блоки конструкция электро-
магнитных плит должна предусматривать такое их соединение между
собой, чтобы не было зазоров в местах стыка. Поэтому при проекти-
ровании электромагнитных плит необходимо обратить внимание
на правильность геометрической формы, размещение выводной ко-
робки и способ крепления плиты к столу станка. По ГОСТ 17519—72
крепление стыкуемых плит на столе станка осуществляется сверху
3* 35
винтами, которые проходят через отверстия, расположенные у края
плиты. Однако это не единственный способ крепления стыкуемых
плит. Известны конструктивные решения, которые предусматривают
расположение крепежных винтов на зеркале плиты (рис. 15) или
сбоку в корпусе (рис. 14). В последнем случае стол станка должен
иметь специальные резьбовые отверстия или пазы, что в станках
отечественного производства не делается.
Другим важным требованием при установке электромагнитных
плит в блоки является отсутствие «мертвых» зон, т. е. таких участков
поверхности зеркала блока, на которых деталь не притягивается
к плите. Чаще всего такие затруднения появляются при продоль-
ной стыковке плит. В целом же решение этой задачи зависит от
конструкции зеркала плиты, которая, в свою очередь, определяется
формой и расположением полюсов («располюсовкой»).
В зависимости от расположения полюсов плиты по отношению
к ее осям различают электромагнитные плиты с поперечными полю-
сами (рис. 16, а и б) и с продольными полюсами (рис. 16, в). В свою
очередь, поперечные полюсы плиты могут не выходить на боковую
поверхность зеркала (рис. 16, а) или быть расположенными по всей
ширине плиты (рис. 16, б). Плиты первого вида в дальнейшем будем
называть плитами с закрытыми полюсами, а второго вида — со
сквозными полюсами. Плиты со сквозными полюсами лучше плит
с закрытыми полюсами как с точки зрения рационального исполь-
зования площади зеркала, так и с точки зрения стыковки по про-
дольным граням (поперечная стыковка). Плиты *с продольным рас-
положением полюсов, как правило, имеют высокий коэффициент
использования зеркала. Они удобны при продольной стыковке.
Недостатком всех плит со сквозными полюсами является более
низкая сила притяжения деталей, чем в плитах с закрытыми полю-
сами. Однако при использовании этих приспособлений на операции
плоского шлифования этот недостаток существенного значения не
имеет.
Форма полюсов электромагнитных плит отличается достаточным
разнообразием. Чаще всего встречаются плиты, у которых полюсы
выполнены в виде правильного прямоугольника вытянутой формы,
иногда со скругленными углами. Известны полюсы в виде окруж-
ностей, в форме «елочек» и т. д. Применение полюсов сложной формы
чаще всего объясняется, во-первых, стремлением повысить коэф-
фициент использования площади зеркала плиты или необходимостью
стыковки плит в блоки; во-вторых, снижением так называемой пят-
нистости.
Одним из наиболее важных достоинств электромагнитных плит
является возможность регулирования усилия притяжения и шага
полюсов.
Усилие притяжения электромагнитных плит регулируется до-
статочно просто с помощью электротехнических средств и приемов.
Чаще всего применяется дискретное регулирование, которое преду-
сматривает закрепление деталей с вполне определенными усилиями
(например, в 5; 2,5; 1,5 кг/см2). В этом случае в цепи питания электро-
36
Рис. 16. Электромагнитные плиты с закрытыми
поперечными полюсами (а), со сквозными полюсами
(б) и с продольными полюсами (в)
37
магнитной плиты предусматривается трансформатор, с помощью кото-
рого дискретно меняется напряжение, подаваемое на выпрямительное
устройство. Определенная сложность в реализации идеи дискрет-
ного регулирования усилия притяжения электромагнитной плиты
состоит в необходимости совмещения этого процесса с процессом
размагничивания приспособления. В настоящее время ведутся ра-
боты по созданию таких устройств, и в недалеком будущем серийные
плоскошлифовальные станки будут снабжаться ими. Пока же (в по-
рядке модернизации оборудования) могут быть использованы са-
мые простые устройства. Их можно собрать не любом заводе.
Рис. 17. Схема изменения шага полюсов электромагнитной плиты: а — нор-
мальный шаг; б — увеличенный шаг
Электромагнитные плиты с регулируемой силой притяжения
позволяют расширить технологические возможности плоского шли-
фования. В частности, па таких приспособлениях удобнее обраба-
тывать нежесткие детали, сочетать черновое и чистовое шлифование,
использовать их на станках высокой точности. Помимо этого, приме-
нение электромагнитных плит с регулируемой силой притяжения
гарантирует значительную экономию средств за счет снижения
средней мощности приспособления.
Не менее важным достоинством электромагнитных плит является
возможность изменения шага полюсов (рис. 17). Если электрома-
гнитные катушки плиты включить так, что полярность каждого
последующего сердечника будет противоположна полярности пре-
дыдущего, то шаг полюсов будет сравнительно мал (рис.. 17, а).
Такое включение электромагнитных катушек используется при за-
креплении мелких деталей. Если же включить электромагнитные
катушки попарно, чтобы полярность сердечников чередовалась через
два полюса (рис. 17, б), то шаг увеличится вдвое. Такое включение
обычно применяется при закреплении крупных деталей, имеющих
большую высоту и площадь опорной поверхности.
Как уже говорилось, электромагнитные плиты отличаются вы-
сокой производительностью. По затратам времени на управление
они не отличаются от пневматических, гидравлических, вакуумных
и других быстродействующих приспособлений. Даже применение
размагничивающих устройств для управления электромагнитными
38
ii'iiii.i iii практически Fie влияет на штучную производительность
li|!ii » их 'временной обработке нескольких деталей.
< овременные электромагнитные плиты развивают достаточно
ьп п.|ц\к» силу притяжения деталей (3,5 кгс/см2 опорной поверх-
пи1 in lera.in н больше), что позволяет использовать их не только
нн шлифовальных станках, по и при выполнении других операций.
Ill рис. 13 показана электромагнитная плита, установленная на
к | и юнтально-фрезерном станке модели 6II82. При двухнпструмент-
ш»п наладке обрабатывалась деталь размером 280Х 120x80 мм;
Рис. 18. Электромагнитная плита, устанавливаемая на горизонтально-
фрезерном станке модели 6Н82
при этом с плоскости снималось 6 мм, а уступ имел размер 20 X 12 мм.
Фрезерование осуществлялось без охлаждения при скорости реза-
ния 22 м мин и продольной подаче 48 мм/мин. Применение электро-
магнитной плиты на этой операции обусловливалось необходи-
мостью получения высокой точности по параллельности обраба-
тываемых поверхностей опорной и стало возможным благодаря тому,
что деталь имела большую толщину. Инструмент ие намагничи-
вался.
Интересен опыт использования двух электромагнитных плит
на вертикально-фрезерном стайке модели 6Н13 (рис. 19). На этой
операции осуществляется фрезерование ребер штанг штангенцир-
кулей. Штанги закрепляются в специальных струбцинах так, чтобы
предоставлялась возможность обработки двух ребер (с переворо-
том). Правая электромагнитная .плита ниже левой на величину
припуска, снимаемого с одного ребра штанги (1,5 мм). Станок
работает по маятниковому циклу. В момент фрезерования штанг,
39
закрепленных на правой плите, левая электромагнитная плита отклю-
чена. С нее снимается струбцина с обработанными с двух сторон
штангами, и устанавливается струбцина со штангами, обработан-
ными с одной стороны (на рабочем месте находятся минимум три
струбцины). К моменту подхода левой плиты к зоне резания она
автоматически включается и закрепляет детали, а правая плита,
выйдя из зоны резания, выключается. Снятая с правой плиты струб-
цина со штангами, обработанными с одной стороны, откладывается
Рис. 19. Применение двух электромагнитных плит на вертикально-фрезерном
станке модели 6Н13 при обработке штанг
для последующей установки на левую плиту, а на правую плиту
устанавливается струбцина со следующей партией штанг. Исполь-
зование электромагнитных плит на этой операции, так же как и
в предыдущем случае, стало возможным потому, что все зеркало
плиты перекрыто деталями и магнитный поток приспособления не
намагничивает режущий инструмент.
Помимо универсальных электромагнитных плит в практике оте-
чественного и зарубежного машиностроения имеется положительный
опыт применения специализированных и специальных прямоуголь-
ных электромагнитных плит [12, 41, 42]. Все это свидетельствует
о том, что при правильном применении прямоугольные электрома-
гнитные плиты должны рассматриваться как один из прогрессив-
ных видов магнитных станочных приспособлений.
Круглые электромагнитные плиты
Круглые плиты в отличие от прямоугольных электромагнитных
плит не стандартизованы. Они изготовляются по заводским норма-
лям и поэтому отличаются разнообразием конструкций и харак-
40
tipiu iiiK Гак жо как и прямоугольные, круглые электромагПит-
HIH ii'iiiii.i применяются в основном на плоскошлифовальных стан-
hin, причем являются единственным устройством для закрепления
н» hi и и Поэтому их относят к принадлежностям станков.
I Г колько обособленную группу составляют круглые электро-
• iitriiii.it' плиты малых размеров (0 400 мм и менее), которые
|ч1ми<1|1\югся в устройства особой конструкции, предназначенные
i ni р 1С111препия технологичских возможностей плоскошлифоваль-
Рис. 20, Автономное приспособление с круглой электромагнитной плитой,
используемое па плоскошлифовальном станке с прямоугольным столом]
пых станков с прямоугольным столом (рис. 20). Такие устройства
имеют автономный электродвигатель, передающий движение круг-
лой электромагнитной плите через редуктор. Питание электрома-
гнитной плиты постоянным током осуществляется также особо —
через устройство в виде колец и щеток. Однако сами плиты по уст-
ройству и принципу действия не отличаются от обычных круглых
электромагнитных плит.
По форме круглые электромагнитные плиты можно подразделить
на плиты типа дисков и плиты типа колец.
В плитах типа дисков рабочая поверхность (зеркало) в плане
представляет собой круг (рис. 21, а) с радиусом г. Вращательное
движение плиты относительно своей оси является движением подачи
(круговая подача sr). По числу оборотов плиты пп и радиусу окруж-
ности гр на которой производится обработка деталей в данный мо-
мент, определяется скорость изделия уизд. Из кинематических
41
Рис.
Ipnin“ругль1х электромагнитных
-еркалом в виде окружности); б
плит: а — дисковые
— кольцевые
Рис. 22.
круглых
ральпые;
эле'ктр™”X„S',On~" Ф°Р“ полюсов зеркала
’ - радиальные” - фасониьТеТ‘>ВДВЫе; 6 ~ СП|"
' - угловые; ж крутые" ПРямоУголь,ше;
42
. nun имостей, связывающих значения rz, nn co скоростью изделия
•• , пи ню, что постоянство круговой подачи sr практически невоз-
инион>, особенно тогда, когда обрабатываются детали, расположен-
IH.H 0./IH3KO к центру. Иными словами, зона вокруг центра плиты
(|hi niyc / j является весьма невыгодным местом для расположе-
нии «»ор.1о.тгываемых деталей. Поэтому в круглых плитах в центре
..... часто делают небольшое отверстие.
Круглые электромагнитные плиты типа дисков наиболее распро-
• грлпспы. Они обладают наибольшей универсальностью. Ими укомп-
>п г । •нываются широко известные в нашей стране плоскошлифоваль-
iii.i < ганки моделей ЗД740, ЗД741, ЗД754, ЗД756 и др., работающие
। |чк|м-рией или торцом круга. Основное требование, которое предъ-
1и 1ясгся к круглым плитам, состоит в том, чтобы обеспечить возмож-
на и. закрепления деталей определенных размеров в любой точке
крк 1 ia и с одинаковой силой. Круглая форма электромагнитной
и пи ы не обеспечивает постоянства силы притяжения вдоль радиуса.
< ipi'M.ieiine найти наиболее оптимальный вариант конструкции
привело к созданию большого числа различных по конструкции
и in г. Внешне конструкции круглых электромагнитных плит разли-
ч iioicH по форме полюсов на рабочей поверхности (зеркале). На
рис. 22 представлены наиболее характерные разновидности форм
полюсов зеркала круглых плит. По ряду соображений, о которых
• |дт Сказано ниже, наибольшее распространение получили круг-
лые щектромагнитные плиты с кольцевыми и радиальными полюсами
(рис. 22, а и в). На рис. 23 показана типовая круглая электромагнит-
ная плита диаметром 800 мм с кольцевыми полюсами, выпускаемая
Воронежским станкостроительным заводом для станков модели
ЗД756.
Плоскошлифовальные станки ряда известных иностранных фирм
(японские фирмы «Сапсей» и «Сибаура», итальянские фирмы «Джу-
стииа», французские фирмы «Брайлон», ГДР фирмы «Электромото-
ренверк», ФРГ фирмы «Биллитер» и «Дискус Верке» и др.), эксплуа-
гпруемые на отечественных машиностроительных заводах, оснащены
плитами подобной конструкции.
Несмотря на то что круглые электромагнитные плиты явля-
ются принадлежностью станка, т. е. практически неотъемлемой его
частью, о них необходимо говорить как об обычных станочных
приспособлениях. Такая постановка вопроса объясняется следую-
щими причинами.
Во-первых, круглые электромагнитные плиты характеризуются
достаточно высокой первоначальной стоимостью (от 500 до 1800 руб.
и выше), что приводит к необходимости значительно повысить срок
их окупаемости по сравнению с обычными станочными приспособ-
лениями. В свою очередь, это возможно в том случае, если срок
службы этих плит будет столь же высок, как и самого станка. Для
достижения этого качество круглых электромагнитных плит как
при изготовлении, так и при ремонте должно быть на порядок выше,
чем такой же показатель, например для обычных прямоугольных
электромагнитных плит. Повышение качества круглых плит должно
43
базироваться па глубоких исследованиях, унификации и стандар-
тизации, т. е. на тех же принципах, па которых решается вопрос
оптимизации обычных магнитных приспособлений.
Во-вторых, круглые электромагнитные плиты по своему прин-
ципу действия ие отличаются от известных электромагнитных при-
способлений. Поэтому оптимизация этих плит осуществляется по
тем же направлениям, по которым проводится эта работа примени-
тельно к обычным электромагнитным приспособлениям.
Рис. 23. Общий вид круглой электромагнитной плиты диаметром 800 мм
с кольцевыми полюсами
Наконец, в-третьих, о круглых плитах инженерно-технические
работники осведомлены весьма слабо. В ряде случаев это не поз-
воляет применить их в качестве одного из видов прогрессивных
приспособлений. Между тем за рубежом они распространены доста-
точно широко и эффективно применяются на многих операциях
механической обработки деталей машин. Свидетельством широкого
распространения круглых плит является хотя бы такой пример.
Французская фирма «Брайлон» рекламирует 140 типоразмеров
круглых электромагнитных плит (с формой полюсов по рис. 22, а,
в, д и ж), начиная от диаметра 60 до диаметра 3000 мм. Причем
перепад диаметров данного тина плит составляет 5, 10, 25 мм.
Все круглые электромагнитные плиты типа дисков отличаются
высокой производительностью. Они применяются в машино- и при-
боростроении, а также в подшипниковой промышленности.
Кольцевые круглые плиты (рис. 21, б) имеют рабочую поверх-
ность в виде кольца. Обычно они применяются при непрерывном
шлифовании на станках, работающих торцом круга. Диаметр шли-
фовального круга полностью перекрывает ширину кольца (зеркала).
44
I Кружный диаметр кольцевых электромагнитных плит доста-
|и'и|.| большой (1000 мм и более), поэтому при некотором допущении
й пределах небольшого угла часть кольца можно рассматривать
• н и|> лмоугольник. Это позволяет на круглых кольцевых плитах
припиши, тс же конструктивные решения, которые используются
при проектировании прямоугольных плит.
I I I кольцевых плит непрерывного действия характерно нали-
ии ни х юн: рабочей—А и загрузочной—Б. При вращении
ьоо
<й /7.Т/7
Рис. 24. Круглая электромагнитная плита непрерывного действия
плиты любая точка зеркала последовательно проходит через эти
юны. Та часть зеркала плиты, которая находится в зоне А, под-
ключена к источнику питания, и детали, установленные на ней,
закреплены. В зоне Б рабочая поверхность плиты детали не притя-
гивает. Здесь происходят разгрузка и загрузка деталей. Чтобы
обеспечить работу электромагнитной плиты по такому циклу, опа
собирается из обособленных электромагнитов (элементарных систем),
расположенных друг за другом по кольцу.
Как уже говорилось, с точки зрения конструкции кольцевые
плиты во многом напоминают прямоугольные, и поэтому в дальней-
шем им особого внимания уделяться не будет. Для иллюстрации
сказанного об этих видах плит на рис. 24 приведен общий вид круг-
45
лой плиты непрерывного действия производства Воронежского стан-
костроительного завода. Плита имеет стальное основание в виде
плоского кольца и стальных стенок 2 и 3, выполненных также в виде
колец. Эти детали образуют стальной кольцевой желоб. В желобе
установлены элементарные электромагнитные системы, каждая из
которых состоит из двух сердечников 4 и 5. На один из сердечников
элементарной системы надета электромагнитная катушка 6. Под-
ключение электромагнитных катушек к источник) питания осуще-
ствлено таким образом, что все сердечники с катушками имеют
одну полярность, а сердечники без катушек — другую. Кольцевой
желоб и элементарные системы образуют силовой блок. Он размещен
в чугунном корпусе, образованном из деталей / и 9. К торцовой
поверхности силового блока через топкую стальную гидроизоли-
рующую пластину прикреплена адаптерная плита, состоящая из
стального корпуса 7 сложной решетчатой конструкции и вставок 8.
В сборе адаптерная плита оформлена таким образом, что вставки 8
соединяются с сердечниками, на которых установлены катушки,
а корпус 7 — с сердечниками без катушек.
В плане на рабочей поверхности плиты видны убывающие по
диаметр)' кольца, разделенные между собой немагнитной проклад-
кой. Каждые два соседних кольца имеют разную полярность. Плита
имеет достаточно высокую в любой точке зеркала (в пределах рабо-
чей зоны) и примерно одинаковую силу притяжения детали.
Характеризуя круглые электромагнитные плиты как приспособ-
ление для плоскошлифовальных станков, нельзя не отметить имею-
щие место случаи использования их и на других операциях. Те же
кольцевые электромагнитные плиты могут быть применены при фре-
зеровании или па станках агрегатного типа [46].
Электромагнитные патроны, блоки и устройства
В практике машиностроения находят применение патроны, блоки
и разнообразные устройства, основанные па использовании энер-
гии электромагнитного поля, причем область их использования
весьма широка. Имеющая место ограниченность применения электро-
магнитной оснастки объясняется отсутствием централизованного
изготовления ее и, по существу, полным отсутствием информации.
Электромагнитные патроны используются на впутришлифоваль-
ных станках в подшипниковой промышленности. Этот вид станочных
приспособлений для этой отрасли является столь же распространен-
ным, как электромагнитные плиты в машиностроении. Долголетняя
практика эксплуатации позволила довести их конструкцию до со-
вершенства. Несмотря па то что по признаку универсальности эти
патроны относятся к специальной оснастке, ряд заслуживающих
внимания конструктивных решений может быть использован на
обычных токарных или шлифовальных электромагнитных патронах.
Как известно, одним из существенных недостатков электромаг-
нитных патронов является трудность подвода постоянного тока к ка-
46
гушкам приспособления. В настоящее время к вращающимся катуш-
t iM гок подводится через токосъемные кольца. Это устройство,
|чк положенное либо непосредственно у патрона, либо на другом
Ницце шпинделя, состоит из двух медных колец, соединенных соот-
П1 гсвеино с началом и концом обмотки катушки, и двух графито-
мольных щеток, которые все время скользят по поверхности вра-
iiiaionuixcH колец. Недостаток такой конструкции устройства для
подвода электроэнергии к токарному патрону состоит в том, что
ни шикает возможность временного прекращения питания катушек
и । ш ненадежности скользящего контакта. В свою очередь, прекраще-
Рис. 25. Схема конструкции специаль-
ного электромагнитного патрона с певра-
щающейся катушкой
ние питания моментально ве-
ii । к отключению патрона и
срыву детали. Для повышения
надежности работы таких токо-
н< вводящих устройств устанав-
ливают не одну, а несколько
щек ж, что усложняет конструк-
цию. К недостаткам токопод-
водного устройства со щетками
<н носятся также опасность за-
грязиения, попадания влаги,
искрение и др.
Чтобы избежать этих недос-
гагков, некоторые конструкции
патронов можно выполнять с
певращающимися электромаг-
нитными катушками, например
так, как это схематически пока-
тио на рис. 25.
В таком патроне корпус 1
соединяется с неподвижными
частями станка, например с передней бабкой. Внутри корпуса разме-
щена электромагнитная катушка 2, выводные концы которой оформ-
ляются точно также, как и в обычных электромагнитных плитах. Они
через неподвижные контакты присоединяются к источнику питания.
Вращающуюся часть приспособления составляют втулка 3, нема-
гнитное кольцо 4 и вал 5. Зазоры 6 между корпусом /, втулкой 3
и валом 5 должны быть минимальными и сохранять свой размер
(0,2—0,4) при работе патрона. Путь магнитного потока Ф показан
на схеме штриховой линией. При большой площади противолежа-
щих поверхностей проводимость этих зазоров может быть такой,
что обеспечит необходимый для закрепления детали 6 магнитный
поток.
В токарных и других патронах электромагнитные устройства
могут быть применены в качестве быстродействующего привода для
перемещения элементов зажимных устройств. На рис. 26 показана
схема мембранного патрона, работающего в паре с электромагнит-
ным устройством, размещенным в корпусе патрона 1. В большинстве
случаев закрепление деталей в мембранном патроне осуществляется
47
под действием упругих сил, возникающих вследствие деформации
диафрагмы 2. Следовательно, электромагнитное устройство произ-
водит только освобождение закрепленной детали и работает только
в момент снятия (установки) как привод. В зависимости от места
расположения рабочего зазора 6 в приспособлении оно может быть
предназначено для закрепления деталей либо по внутренней поверх-
ности (рис. 26, я), либо по наружной (рис. 26, б).
Применение электромагнитных устройств в качестве быстродей-
ствующих приводов станочных приспособлений во многих случаях
себя оправдывает. Преимущества по сравнению с гидравлическими
же назначения состоят в том,
и пневматическими приводами того
Рис. 2G. [ Схема мембранного патрона с электромагнитным приводом для
закрепления деталей по внутренней (а) и по наружной (б) поверхностям
что питание этих устройств осуществляется от сети (через выпря-
митель), т. с. от станка, и поэтому исключаются достаточно ощути-
мые капитальные затраты, которые имеют место при применении
гидравлических или пневматических приводов. Кроме того, следует
учесть и те преимущества, которые свойственны электромагнитным
приспособлениям вообще и о которых шла речь выше.
Помимо приведенного примера, электромагнитные приводы могут
быть использованы в цанговых патронах, всевозможного рода при-
жимах 132], тисках и приспособлениях тисочного типа, оправках
и т. д.
В практике отечественного и зарубежного машиностроения ши-
роко распространены электромагнитные устройства, предназначен-
ные для временного закрепления переносных металлорежущих
станков, чаще сверлильных (рис. 27). Обычно такие устройства
состоят из колонки, оканчивающейся силовым электромагнитом
(прихватом) 1. На колонке закреплена поворачивающаяся станина 2
с регулируемым упором 5 и подвижными салазками 3, которые имеют
реечный привод от рукоятки 4. На салазках закрепляется сверлиль-
ная головка или просто электрическая дрель.
Благодаря наличию упора 5 электромагнит работает только на
отрыв, что повышает надежность закрепления станка на обрабаты-
ваемой детали или другом ферромагнитном предмете.
48
удержания детален при сварке,
Рис. ' 27. Эскиз переносной станины
сверлильного станка с электромаг-
нитным прихватом
Гакие приспособления весьма эффективно применяются при
< нгрлении отверстий в крупногабаритных деталях, которые харак-
irpin.i для таких отраслей промышленности, как судостроение,
ыжслое энергетическое и транспортное машиностроение и т. д.
Но этому же принципу могут быть сконструированы электромаг-
нитно устройства, служащие для
сборке, транспортировке и т. д.
()течествениой промышлен-
ное гыо накоплен определенный
оиы г использования электромаг-
ПНН1ЫХ блоков при закреплении
нн.чмпов [20, 21 ]. На рис. 28 по-
ка ши общий вид прямоугольного
электромагнитного блока, исполн-
яемого в штамповочном произвед-
ете. Простые конструкции элек-
।ромагнитов позволили получить
(остаточно высокие эксплуата-
ционные характеристики этого
приспособления. При использова-
нии особого приема работы эти
блоки обеспечивают надежное
укрепление штампов" при нали-
чии даже касательных усилий.
Такие блоки на своей рабочей
поверхности имеют иглы— твердо-
сплавные детали, имеющие форму
цилиндров, один из концов кото-
рых выполнен в виде конуса с
углом при вершине45'. Иглы вмон-
тированы в отверстия так, что
конус выступает над поверх-
ностью блока на 0,2 — 0,5 мм. После установки штампа на элек-
громагнитный блок по его катушкам сначала пропускается импульс
тока, превышающий номинальное значение в пять — десять раз.
Этим создаются сильное электромагнитное поле и, следовательно,
1акое усилие притяжения, которого оказывается достаточно, чтобы
иглы внедрились в тело штампа. После этого работа электромагнит-
ных катушек переводится в нормальный режим. Внедренные в тело
штампа иглы увеличивают силу трения, возникающую между бло-
ком и штампом, и препятствует тем самым как самопроизвольному,
так и под нагрузкой перемещению штампа по рабочей поверхности.
Применение электромагнитных блоков в штамповочном произ-
водстве позволяет значительно сократить время, связанное с пере-
установкой штампов. Особенно большой эффект применение электро-
магнитных блоков дает в условиях серийного производства деталей
при необходимости частой смены оснастки.
Значительное облегчение при выполнении ряда работ как в-штам-
повочном производстве, так и на сборочных, сортировочных и других
4 О. Я. Константинов 49
операциях может принести устройство, которое названо электро-
магнитным разделителем тонких стальных листов (рис. 29). Работа
этого устройства основана на одинаковом намагничивании деталей.
Если поместить тонкие стальные детали (например, листы трансфор-
маторного железа, как это показано на фотографии) в электромаг-
Рис. 28. Прямоугольный электромагнитный
блок для быстрого закрепления штампов на
прессах
Рис. 29. Электромагнитный разделитель
тонких стальных листов
нитное поле, то они намагничиваются, причем полярность каждой
детали в плоскости соприкосновения становится одинаковой, вслед-
ствие чего они отталкиваются друг от друга. В пакете, как это видно
из рисунка, все детали как бы приподнялись друг над другом, т. е.
разделились между собой. Такое положение деталей создает удоб-
ные условия для поочередного их извлечения из пакета, причем по
мере удаления верхних деталей нижние занимают их место.
Электромагнитный разделитель тонких стальных листов находит
применение в штамповочном производстве, когда необходимо, на-
пример, извлекать из пакета тонкие листы перед разрезкой, сорти-
ровкой и т. д., при сборке трансформаторов, роторов и статоров
электродвигателей и т. д.
50
Ь технологическая оснастка с постоянными магнитами
Плиты с постоянными магнитами
Энергия постоянных магнитов в станочных приспособлениях и
и плитах, в частности, стала использоваться давно. Однако па первых
пирах эти магнитные приспособления не имели широкого распро-
< । ранения из-за своих низких характеристик. В 50—70-х годах
и - в я ш с появлением новых магнитных материалов с высокими свой-
- iB.iMii магнитные приспособления перешли в категорию наиболее
перспективных и прогрессивных приспособлений. Область приме-
нения их расширилась, и в настоящее время трудно назвать опера-
цию, на которой нельзя было бы применить магнитную остастку.
Ри. 30. Общий вид плиты с оксидно-бариевыми
магнитами и ручным управлением (размер зер-
кала плиты 220X500 мм)
У нас в стране, так же как и в зарубежных странах, выпускаются
магнитные приспособления, в которых используются оксидно-ба-
риевые магниты.
Из числа приспособлений с оксидно-бариевыми магнитами наи-
большее распространение получили магнитные плиты с ручным
управлением (рис. 30). По своим технологическим и эксплуатационным
характеристикам эта плита вполне может конкурировать с лучшими
мировыми образцами. Она нашла широкое применение на заводах
Ленинграда и страны.
Принцип управления подобными плитами состоит в следующем.
Как правило, такие плиты имеют два магнитных блока (рис. 31),
один из которых, /,— неподвижен, другой, 2, — может перемещаться
внутри корпуса 4. Перемещения подвижного блока внутри корпуса
осуществляются с помощью какого-либо сидового механизма, так
как усилие, необходимое для этих целей, может достигать значитель-
ных величин. В приведенном примере силовой механизм состоит
4* 51
Рис. 31. Принципиальное устройство плиты с оксидно-бариевыми
магнитами
Рис. 32. Плита с литыми постоянными магнитами
52
и ройки 6, соединенной с подвижным блоком 2, реечного колеса-
п । шка 7 и надетой на его конец рукоятки 9. Чтобы снизить усилие
। пшга подвижного блока, во всех конструкциях магнитных плит
но 1< юного типа предусматривают особые направляющие. Обычно
ио направляющие качения Ч
Магнитные блоки плиты представляют собой узлы, собранные
it i стальных пластин 5 и магнитов 3, причем в блоке эти детали
чередуются между собой так, чтобы к каждой стальной пластине
прилегали магниты одинаковой полярностью. Поэтому полярность
нолюсников (стальных пластин) получается* вполне определенной
и чередующейся.
При положении подвижного магнитного блока, показанном на
рис. 31, полярность полюсииков одинакова, т. е. под северным полюс-
III!ком неподвижного блока расположен северный полюсннк по-
ишжного блока, а под южным—южный. В этом случае плита нахо-
|ц о я в положении «включено». Магнитный поток от полюсииков
Едоков проходит в полюсникн адаптерной плиты 8, в деталь и дальше
по полюсннкам другой полярности к магнитам блоков. Деталь
притянута к поверхности плиты.
(ля того чтобы выключить плиту, необходимо подвижной магнит-
ii i.iii блок переместить в продольном по отношению к оси плиты на-
правлении ровно на один шаг. При этом под каждым полюсником
нсрхнего неподвижного магнитного блока / должен встать полюс-
пик подвижного блока с противоположной полярностью. При таком
н шимном расположении магнитных блоков магнитный поток прохо-
III г внутри их и не выходит наружу, т. е. к детали. В этом случае
плита находится в положении «выключено». Изменением полярности
нолюсников внутри плиты достигается эффект нейтрализации маг-
нитного потока.
Магнитные плиты с литыми магнитами и ручным управлением
в отечественной промышленности распространены значительно
меньше. Это объясняется рядом причин, в том числе тем, что литые
магниты более дорогой и дефицитный материал.
На рис. 32 представлен общий вид плиты с литыми магнитами
конструкции ЛИЭИ им. П. Тольятти. Конструкция плиты отли-
чается компактностью по высоте, поэтому подобного типа плиты
применяются в качестве составного элемента наладок. Рационально,
например, применять плиты с литыми магнитами на синусных уст-
ройствах или просто в качестве дополнительного приспособления,
устанавливаемого на базовую электромагнитную плиту и т. д.
Принцип управления плитами с литыми магнитами получил назва-
ние шунтирования. На рис. 33 представлена типовая конструкция
плиты с литыми магнитами. Она состоит из стального основания /,
алюминиевой рамки 2, крышки 3 и подвижного магнитного блока,
размещенного в рамке между основанием и крышкой приспособления.
Магнитный блок собран в стальной рамке 5, напоминающей
собой сепаратор, в котором через немагнитные прослойки 6 закреп-
1 Подробно об исследованиях приводов магнитных плит см. п. 37.
лены литые магниты 4. Продольное перемещение блоку сообщается
эксцентриковым механизмом, состоящим из рукоятки 12, эксцентри-
кового валика 11 и серьги 7.
Крышка плиты представляет собой сборный узел, состоящий
из стального корпуса 8 и стальных вкладышей-полюсников 10,
отделенных от корпуса немагнитной прослойкой 9.
Рис. 33. Принципиальное устройство плиты с литыми постоянными магнитами
На рис. 33 плита показана во включенном состоянии. При пере-
мещении блока влево произойдет шунтирование магнитного потока Фр
и деталь можно будет сиять с приспособления (см. п. 3).
Величина перемещения магнитного блока для шунтирования
потока невелика (7—13 мм), поэтому, несмотря на механическое
проявление магнитного потока в плоскостях К и М, для перемещения
блока требуется усилие меньшее, чем в плитах с оксидно-бариевыми
магнитами. В конструкциях магнитных плит с литыми магнитами
обычно применяют самые простые силовые механизмы.
Область применения магнитных плит за последние годы значи-
тельно расширилась. Помимо операции шлифования, на которой
обычно используются магнитные плиты производства Читинского
54
ranкостроительного завода, эти приспособления стали широко ис-
пользоваться на строгальных, фрезерных, расточных и других стан-
Как известно, на этих операциях усилия резания во много раз
больше тех, которые имеют место при плоской шлифовке. Поэтому
г магнитным плитам предъявляются более высокие требования по
< иле притяжения. Ряд конструкций магнитных плит, разработан-
ных в Ленинграде на заводах: полиграфических машин, Ижорском
им. А. А. Жданова, «Русском дизеле», ЛОМО и др., по типажу*и
характеристикам не только превосходит серийные плиты отечествен-
ного производства, по и не уступает по своим качествам лучшим
Рис. 34. Трехсекционная магнитная плита конструкции завода «Русский
дизель»
мировым образцам. Благодаря этому они стали рассматриваться
как необходимая принадлежность к универсальным строгальным,
фрезерным и другим станкам.
На заводе «Русский дизель» на протяжении ряда лет с успехом
эксплуатируется магнитная плита с размером зеркала 500 X 1000 мм.
Она установлена на бесконсольном вертикально-фрезерном станке
модели 6А54 (рис. 34).
Магнитная плита состоит из трех секций, каждая из которых
имеет самостоятельный ручной привод для включения. В этом и
некоторых других случаях посекционный принцип включения плиты
себя оправдывает. Он удобен, например, тогда, когда па плите на
более или менее длительное время устанавливаются наладки; нако-
нец, с целью уменьшить усилие переключения плиты.
В конструкции плиты применены оксидно-бариевые магниты.
Усилие притяжения плиты находится в пределах 6 —- 6,5 кгс/см2
55
опорной поверхности детали. Магниты имеют относительно боль-
шую длину, что позволяет получить сравнительно малое изменение
силы притяжения при грубой поверхности детали.
На заводе плита используется для закрепления деталей, обра-
батываемых фрезерованием. Обычно на ней обрабатываются пло-
ские стальные детали, вырезанные предварительно из листа мето-
дом газовой резки. Опорная поверхность деталей имеет шерохова-
тость и точность, характерную для горячего проката. При обработке
деталей типа заглушек толщиной от 10 до 20 мм глубина фрезеро-
вания устанавливалась от 3 до 7 мм. При этом продольная подача
в среднем составляла 450—480 мм/мин. В качестве инструмента
использовалась головка диаметром 450 мм со вставными резцами,
оснащенными твердым сплавом Т15К6.
Применение магнитной плиты при обработке заглушек позво-
лило сократить вспомогательное время до 17 раз, а суммарная эко-
номия от внедрения приспособления составила более 5,0 тыс. руб.
В связи с серийным характером производства на Ленинградском
заводе полиграфических машин широко внедряются групповые
методы обработки, что неизбежно ведет к специализации рабочих
мест. В свою очередь, специализация рабочих мест позволяет при-
менять более прогрессивные процессы и оснастку.
Наряду с системой групповых переналаживаемых приспособле-
ний на заводе достойное место заняла магнитная оснастка. Эффек-
тивность применения магнитных приспособлений зависит от многих
факторов, в том числе от интенсивности эксплуатации, производи-
тельности, простоты или сложности обслуживания и т. д. По этим
и многим другим параметрам магнитные приспособления выгодно
отличаются от других, применяющихся на заводе, в том числе и от
упомянутой выше системы групповых переналаживаемых приспо-
соблений.
Практика применения магнитных приспособлений на заводе
показала, что они тем выгоднее, чем интенсивнее эксплуатируются.
Иными словами, магнитное приспособление по возможности не
должно сниматься со станка. Это условие легко обеспечить, если
за станком закрепить обработку деталей одной группы. При при-
менении магнитных приспособлений число деталей в партии, как
и число партий в группе, уже не имеет значения. Станок полностью
обеспечивается работой, а приспособление, по-существу, становится
его принадлежностью.
Практика эксплуатации магнитных приспособлений показала,
что для выполнения отдельных деталеопераций к ним необходимы
наладки. Однако по сравнению с системой групповых переналажи-
ваемых приспособлений наладочные элементы здесь значительно
проще по конструкции (планки, угольники), дешевле и универсаль-
нее. Применение даже простых наладок значительно расширяет
технологические возможности магнитных приспособлений и рас-
ширяет тем самым рамки специализации.
Другим ощутимым преимуществом магнитных приспособлений
является возможность одновременной обработки нескольких дета-
56
ii'ii. За счет этого сокращается штучное время и заметно растет
‘ производительность труда.
Важным с точки зрения экономики и организации производства
дос гои яством магнитных приспособлений является простота экс-
плуатации при одновременном повышении качества обрабатывае-
мых деталей. Установка деталей по плоскости в упор не требует
высокой квалификации рабочего. Включение и выключение при-
способления осуществляются простым движением руки оператора.
«Условия закрепления детали не зависят от внешних факторов и
всегда постоянны. Все это позволяет снизить разрядность работы,
сохранив или повысив качество обработки деталей. Наконец, внед-
рение магнитных приспособлений позволяет разрешить ряд сложных
к’хпологических задач, связанных.с обработкой нежестких деталей,
к1 галоп сложной формы, с необходимостью получения высокой
1ОЧП0СТИ и т. д.
Явные технические и экономические выгоды, полученные при
внедрении магнитной оснастки на заводе, позволили преодолеть
ipудиости, связанные с организацией производства магнитных плит
собственными силами. Характеристика магнитных плит, изготов-
ляемых на заводе, приведена в табл. 2.
Таблица 2. Характеристика магнитных плит,
изготовляемых на «Ленинградском заводе полиграфических машин
Габаритные размеры и межполюсное расстояние t в мм Руд. дет в кгс/СМ2 Вид привода для управления плитой
320X875X120 t = 25,4 5,25 (расчетное) Ручной
320X590X110 1 = 25,4 (двухсекционная) 5,45 (фактическое) Ручной
164X558X85 & • 7 = 14,4 4,52 (расчетное) Пневматически й
164X388X90 t= 15,4 4,52 (расчетное) Пневматический
250X582X100 t = 23 5,80 (фактическое) Пневматический
132X330X86 / = 10,5 4,35 (расчетное) Ручной
210X492X93 t = 21 4,95 (фактическое) Ручной и пневмати- ческий
170X260X107 / = 21 4,4 (фактическое) Пневматический
126X305X75 / = 10 3,0 (фактическое) Ручной
57
Важнейшей составной частью работы по организации труда
является рационализация трудовых движений. Большое внимание
обращается на снижение усилий, на обеспечение наиболее корот-
ких и наименее утомительных движений. Поэтому разработано
несколько конструкций плит с пневматическим приводом для пере-
мещения силового блока, а также проведено усовершенствование
имеющихся плит, где рукоятка ручного переключения заменена
на рукоятку включения подачи воздуха в пневмоцилиндры.
Плита, изображенная на рис. 35, спроектирована для универ-
сального горизопталыю-фрезерного станка, входящего в линию
Рис. 35. Магнитная плита с пневмоприводом конструкции
завода Леиполиграфмаш
групповой обработки плоских деталей. Для уменьшения усилия
переключения плита снабжена пневмоприводом. Пневмоцилиндры
расположены с торца плиты. Штоки пневмоцилиндров соединены
непосредственно с подвижным блоком.
Магнитная плита используется для закрепления одной из мас-
совых деталей—вкладышей, выпускаемых заводом. На определен-
ном этапе технологического процесса изготовления вкладыша за-
готовка представляет собой планку с занижениями (рис. 36). До
недавнего времени фрезерование обнизок вкладыша производи-
лось при закреплении его в двухместном специальном приспособле-
нии с ручным приводом. Применение магнитной плиты позволило
значительно повысить производительность труда, так как одновре-
менно па ней закрепляется 15 деталей (рис. 35). Режимы резания
сохранились прежними: скорость резания 23 м/мин, подача 80 мм/мин.
Столь же эффективным оказалось применение магнитной плиты
при обработке плоскостей шпациошюго клина (рис. 37).
58
На рис. 38 показано фрезерование этой детали па вертикально-
фрезерном станке модели 6Н12П фрезой диаметром 200 мм, оснащен-
ной пластинками твердого сплава Т5КЮ. Высокие режимы резания
(скорость резания 628 м/мин, подача 400 мм/мин) при одновремен-
пой обработке 30 деталей сделали
эту операцию очень производи-
тельной .
Рис. 3G. Операционный эскиз вкладыша
Гис. 37. Операционный эскиз шпац-
клина
h 0,8 0,65 0,7
сс 1° 20' 1° 40' 2°
Рис. 38. Скоростное фрезерование шпацклиньев на вертикаль-
но-фрезерном станке с магнитной плитой и переходником
Приведенный пример использования магнитной плиты инте-
ресен еще и тем, что здесь иллюстрируется возможность быстрой
переналадки операции путем установки специальных переходников.
На заводе изготовляются три разновидности шпацклиньев, отли-
чающихся Друг от друга углом скоса. Чтобы обеспечить обработку
всей номенклатуры этих деталей на одном рабочем месте, магнит-
ная плита укомплектована тремя наладками типа переходников.
Переналадка операции па обработку детали другого обозначения
осуществляется сменой переходника, имеющего соответствующий
угол скоса. Переходник устанавливается на зеркало магнитной
плиты и фиксируется штырями.
Использование магнитных плит в подобных случаях не только
ведет к повышению точности обработки на такой операции, как
фрезерование, по и зачастую позволяет обойтись без плоского шли-
фования. В конечном итоге это также приводит к повышению эконо-
мического эффекта внедрения магнитной оснастки.
Приведенные примеры лишь частично иллюстрируют опыт внед-
рения плит. Опп применяются не только при обработке плоскост-
ных деталей с плоской опорной поверхностью, но и используются
при фрезеровании ребер, обнизок, выемок и других поверхностей.
Однако II этим перечислением не ограничиваются возможности ма-
гнитных плит.
Стремление упростить приемы управления магнитными плитами
и снизить физическую утомляемость оператора заставляет разра-
батывать новые конструкции магнитных плит. Из числа имеющих
уже место конструктивных решений необходимо отметить магнит-
ные плиты с электронмнульсным управлением (электропостоянные)
и магнитные плиты с дополнительными управляющими магнитами
(см. гл. VII).
Магнитные патроны
Магнитные патроны по конструкции принципиально не отли-
чаются от магнитных плит. Так же как и в плитах, для их изготов-
ления применяются литые и оксндно-бариевые магниты. Для управ-
ления патронами используются те же принципы: шунтирование и
нейтрализация магнитного потока. Основное отличительное тре-
бование, которое предъявляется к конструкции магнитного патрона,
состоит в необходимости создания сбалансированного устройства.
В настоящее время в промышленности находят применение пат-
роны с литыми магнитами (рис. 39). Диаметр их обычно не превы-
шает 250 мм. По конструкции они идентичны магнитным плитам
(см. рис. 33) с той лишь разницей, что, во-первых, все приспособление
и его отдельные узлы (магнитный блок, корпус, адаптерная плита)
выполнены в форме окружности; во-вторых, для шунтирования
магнитного потока подвижной блок обычно поворачивается на неко-
торый угол, а не смещается, как это делают в плитах. На рисунке
рядом с патроном показана рукоятка, служащая для вращения по-
движного блока.
Такие магнитные патроны отличаются компактностью конструк-
ции и достаточно высокими силовыми характеристиками [12].
Однако область их применения в основном ограничивается опера-
цией шлифования. Патроны обычно устнавливаются на внутрпшли-
фовальных или универсально-шлифовальных стайках.
На рис. 40 показан магнитный патрон, иллюстрирующий пре-
имущества закрепления детали при необходимости обработки
60
Рис. 39. Патрон диаметром
1G0 мм, изготовленный па
базе литых магнитов
Рис. 40. Магнитный патрон диаметром 230 мм, установленный
на универсально-шлифовальном станке
61
нескольких поверхностей с одной установки. В данном случае маг-
нитный патрон с оксидно-бариевыми магнитами диаметром 230 мм
установлен на универсально-шлифовальном станке. На детали после-
довательно обрабатываются отверстие, торец и наружная поверх-
ность. При этом обеспечивается высокая точность взаимного распо-
ложения поверхностей и повышается производительность труда за
счет сокращения времени па переустановку детали и смену обору-
дования.
Если целесообразность использования магнитных патронов при
шлифовании не вызывает сомнения, то применение их при точении
сопряжено с определенными трудностями. Эти трудности вызываются
тем, что при точении действующие па деталь усилия больше, чем-
при шлифовании, и поэтому в этом случае равновесие детали в про-
цессе обработки имеет первостепенное значение. Кроме того, с этим
же связаны вопросы техники безопасной работы. Использование
оксидно-бариевых магнитов в патронах позволяет в определенной
степени решить задачу расширения области применения их па
операции точения. Весьма показателен опыт Ижорского завода
им. А. А. Жданова, где необходимость внедрения магнитного патрона
при точении вызывалась тем, что завод испытывал определенные
трудности при обработке нежестких деталей типа компенсационных
колец. Впоследствии на токарном патроне стали обрабатываться
детали типа дисков, колец и фланцев, вес которых доходил до 25 кг.
Патрон спроектирован и изготовлен к токарно-винторезному
станку модели 163. Конструкция его показана на рис. 41. К фланцу 4
винтами прикреплены два чугунных кольца 10 и 14. Эти три детали
образуют сборный корпус магнитного патрона. В кольцевом про-
странстве сборного корпуса размещен подвижной магнитный блок,
состоящий из кольцевого латунного корыта 20, в котором уложены
оксидио-бариевые магниты 23 и стальные полюсники 24. Магниты
имеют форму параллелепипедов, а полюсники — клиньев. Для
предотвращения выпадения полюсников из блока соединение их
с корытом 20 сделано шлицевым, а для увеличения жесткости всего
блока магниты и полюсники расклинены и склеены между собой.
Для фиксации подвижного блока в направлении оси патрона,
а также перпендикулярно ей предусмотрена установка его на под-
шипники качения 2, 3, 9, 13, 18 и 21. Стальное кольцо И, при-
крепленное винтами к корыту, выполняет функцию упорного кольца.
В сборном корпусе патрона размещен также рычажно-винтовой
механизм поворота подвижного блока. Он состоит из рычага 6,
качающегося относительно неподвижного пальца Г, гайки 5,
соединенной с рычагом 6\ винта 17 с трапецеидальной резьбой
Трап. 36X10 мм; двух шлицевых валиков 16 с торцовыми глухими
отверстиями 15 под ключ. Рычаг 6 соединен с подвижным блоком
с помощью пальца 8.
Поворот подвижного блока на некоторый угол (10 ) осуществ-
ляется путем вращения щлицевого валика 16. При вращении ва-
лика движение передается на винтовую пару (гайка 5 — винт /7)
и гайка 5 перемещается вдоль винта 17, увлекая за собой рычаг 6.
62
Рис. 41. Устройство токарного магнитного патрона диаметром 530 мм к токарно-винторезному станку мо-
дел и 163
63
Рычаг через палец 8 передает вращательное движение на подвижной
блок. В конструкции предусмотрены два шлицевых валика, что поз-
воляет улучшить условия эксплуатации патрона.
На торцовой поверхности фланца 4 предусмотрено устройство 7,
выполняющее роль индикатора, назначение которого состоит в по-
даче сигнала о выключении патрона.
К узлу, включающему в себя сборный корпус, подвижной магнит-
ный блок и механизм его перемещения, па винтах прикреплен не-
Рис. 42. Точение детали, закрепленной на магнитном патроне диамет-
ром 530 мм
подвижный магнитный блок 19. Он состоит из двух немагнитных ко-
лец, а также магнитов и полюсииков. Число и форма магнитов и
полюсииков неподвижного блока соответствуют числу и форме
магнитов и полюсииков подвижного блока.
Силовой блок патрона закрывается адаптерной плитой 22, кото-
рая восемью винтами прикрепляется прямо к кольцу 10 корпуса,
стягивая также неподвижной блок с корпусом. Адаптерная плита
выполнена из чугуна. В ней прорезаны радиальные пазы, в которые
через немагнитную заливку вставлены полюсники 12. Этн полюсники
являются продолжением магнитопроводов силового блока (см.
разрез А—А).
На рис. 42 показано точение кольца, закрепленного на магнит-
ном патроне указанной выше конструкции. В табл. 3 приведены
64
Т а б л и ц а 3. Режимы резания при точении детали
типа кольца, закрепленного на магнитном патроне
диаметром 530 мм
Глубина резания t в мм Состояние опорной поверхности
Черная (прокат) Предварительно обработанная— V3
Величина поперечной подачи s в мм/об при обработке
по корке 2-й проход по корке 2-й проход
1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 0,26 0,14 0,10 0,08 0,06 0,37 0,19 0,13 0,11 0,08 0,82 0,45 0,32 0,24 0,18 1,10 0,60 0,42 0,32 0,25
режимы резания, которые были рекомендованы при внедрении пат-
рона на заводе.
Кольцо устанавливалось па магнитный патрон вначале черной,
а затем обработанной с шероховатостью V3 поверхностью. При
- подрезке торца применялся проходной резец, оснащенный пластин-
кой твердого сплава Т15К6 с <р = 45°. Скорость резания не превы-
шала 80 м/мин.
Как видно из приведенных данных, силы притяжения, разви-
ваемой правильно сконструированным и изготовленным патроном,
вполне достаточно, чтобы выполнять как чистовые, так и черновые
операции. Правда, эта сила зависит от площади опорной поверх-
ности детали и рабочего зазора между ней и зеркалом патрона.
Поэтому, хотя отдельные конструкции магнитных патронов и поз-
воляют производить черновую обработку с закреплением детали по
необработанной поверхности (без наплывов от газорезки и круп-
ных заусенцев), операцию лучше подразделить на предварительную,
с целью подготовки опорной поверхности, и окончательную.
Одной из причин недостаточного распространения магнитных
патронов на токарных операциях является отсутствие руководя-
щих технических материалов по их использованию. При внедрении
магнитного патрона на Ижорском заводе им. А. А. Жданова были
разработаны РТМ, которые в немалой степени способствовали успеш-
ному его освоению. Методика разработки РТМ и номограмма для
выбора допустимых режимов резания могут быть полезны для завод-
ских работников при внедрении магнитной оснастки (см. гл. III).
Для расширения технологических возможностей магнитные пат-
роны, так же как и магнитные плиты, могут работать с наладками.
В любой конструкции для этого предусмотрены устройства, облег-
чающие их установку. Так, например, в токарном патроне, изобра-
женном на рис. 41, имеется центральное отверстие диаметром
5 О. Я. Константинов 65
100 мм. Оно может быть использовано для установки всевозможной
конструкции центрирующих устройств и других наладок как расши-
ряющих технологические возможности приспособления, так и повы-
шающих безопасность работы с ним. Более сложные наладки магнит-
ных токарных патронов приведены в гл. XI.
Специализированные магнитные приспособления
Помимо плит и патронов, в машиностроении находит примене-
ние ряд других магнитных приспособлений. В литературе [12, 19,
24, 32, 43, 44] приводятся описания конструкций и особенностей
применения магнитных призм, державок для индикаторных стоек,
разметочных устройств, отдельных силовых магнитных элементов
и т. д. Появляются новые конструкции приспособлений с более
совершенными хар актер исти ками.
Наряду с универсальными имеются и специализированные ма-
гнитные приспособления. Опп применяются на различных операциях
механической обработки, в том числе при шлифовании, фрезерова-
нии, точении, сверлении и др. По устройству магнитных узлов эти
приспособления не отличаются от общеизвестных. Они также содер-
жат магнитные блоки, перемещаемые вручную или механизирован-
ным способом. Однако применение магнитного метода закрепления
детали дает возможность наилучшим способом решить задачу повы-
шения производительности труда. Так, па ленинградском заводе
«Вулкан» одной из трудоемких операций долгое время была обра-
ботка кулачков к трикотажной машине. Кулачки представляют
собой небольшие детали сложной формы, у которых две наибольшие
по площади поверхности параллельны между собой и выгнуты по
дуге окружности с большим радиусом. Эти поверхности должны
иметь шероховатость V8 и высокую точность формы. До внедрения
специального магнитного приспособления кулачки обрабатывались
вручную па специальных притирах.
На рис. 43 приведено специальное магнитное приспособление
для закрепления упомянутых выше кулачков при шлифовании их
наружной поверхности с помощью специальной шлифовальной го-
ловки. Приспособление спроектировано к токарному станку с вы-
сотой центров 400 мм и представляет собой устройство в форме мно-
гогранника. На каждой грани устройства смонтирована магнит-
ная плита, имеющая самостоятельное управление. Адаптер плиты
сделан сменным, что допускает на одном и том же приспособлении
обрабатывать детали с разным радиусом.
Шлифование внутренней поверхности кулачков производится
в аналогичном приспособлении. Рабочие поверхности магнитных
плит в этом случае находятся не на грани, а внутри устройства.
Внедрение такого приспособления позволило не только достиг-
нуть повышения производительности труда, но и значительно сни-
зить себестоимость обработки кулачков.
Общий вид круглого магнитного стола 0630 мм непрерывного
действия приведен на рис. 44. Он предназначен для фрезерования
66
деталей в условиях массового производства. Устанавливается стол
на стандартное поворотное устройство к фрезерным станкам, кото-
рому сообщается вращательное движение от кинематической цепи
станка через соответствующий телескопический валик.
В корпусе 6 стола, жестко соединенного со столом стандарт-
ного поворотного устройства, на специальных направляющих раз-
мещено пять подвижных магнитных блоков 5. Блоки с помощью
Рис. 43. Специальное магнитное приспособление для закрепления
кулачков
пальцев / связаны с неподвижным торцовым кулачком 2. На корпус 6
установлены круглый сепаратор 4 с вмонтированными неподвижными
магнитными блоками и адаптерная плита 3. Таким образом, круг-
лый стол представляет собой устройство, состоящее из пяти само-
стоятельно управляемых магнитных плит, форма которых прибли-
жена к сектору.
При принудительном вращении стола пальцы подвижных магнит-
ных блоков, находящиеся в канавке торцового кулачка, переме-
щаются в радиальном направлении, передают это движение блокам
и тем самым включают пли выключают секторные магнитные
плиты.
Торцовый кулачок спроектирован таким образом, что часть круг-
лой магнитной плиты, находящаяся в зоне резания, всегда находится
во включенном состоянии, а часть плиты — зона загрузки — в от-
ключенном. Таким образом, при непрерывном вращении круглого
магнитного стола со скоростью подачи рабочий-оператор имеет воз-
можность снять обработанные детали, очистить поверхность сектора
плиты от стружки и установить новые заготовки. При дальнейшем
вращении стола заготовки автоматически будут закреплены, обра-
5* 67
ботаны и затем снова освобождены для замены. Для повышения на-
дежности закрепления деталей в процессе резания, а также для бази-
рования их па поверхности круглой плиты установлены упоры 7.
При дальнейшем совершенствовании операции процесс загрузки —
разгрузки деталей па этой плите может быть механизирован.
2
Рис. 44. Круглый магнитный стол с автоматизированным цик-
лом управления
Простота установки деталей, удобство закрепления, перекрытие
вспомогательного времени машинным делают эту операцию весьма
производительной. Применение магнитного способа закрепления
расширяет номенклатуру обрабатываемых на дайной операции де-
талей и повышает точность.
Приведенные примеры показывают, что магнитные устройства
в специальных приспособлениях могут найти самое широкое приме-
нение. Необходимо, чтобы конструкторы при решении вопроса о
типе приспособления (виде энергии и приводе) наряду с пневмати-
ческими и гидравлическими устройствами рассматривали вариант
с магнитным устройством как равноценный.
68
Разные универсальные станочные приспособления
Наибольшие успехи в деле развития магнитной оснастки сделаны
при разработке универсальных приспособлений. Так, в Псковском
проектно-технологическом институте Древстанкопром разработано
несколько конструкций универсальных магнитных приспособлений.
Среди этих приспособлений нужно отметить одно из самых простых —
магнитную приставку к стандартному индикатору (рис. 45).
Приставка 1 с помощью винтов прикрепляется к задней крышке
индикатора 3. Рифленое кольцо 2, находящееся между магнитным
устройством и поверхностью прикрепления, позволяет создать за-
зор и тем самым легко отделить индикатор от изделия. Регулируя
шзор, изменяют силу притяжения устройства, что также очень важно
в практических условиях. Индикатор с магнитной приставкой может
устанавливаться на станине станков и других его частях, на оправ-
ках, на изделиях и т. д.
Этой же организацией разработаны магнитные кубики, у кото-
рых все четыре грани являются рабочими (рис. 46). Магнит-
ный кубик установлен на две опоры и может поворачиваться на них
на 360 ’ вокруг своей оси. Отсчет угла поворота кубика осуще-
ствляется по лимбу и шкале, нанесенной па специальном диске.
Помимо этого, имеется устройство, позволяющее осуществлять на-
стройку приспособления по” концевым мерам длины (по принципу
синусных приспособлений).
Конструктивно магнитный кубик состоит из сборного корпуса
и магнитного блока, расположенного внутри корпуса. Управление
приспособлением основано па принципе нейтрализации, что поз-
воляет не только осуществлять полное отключение магнитного по-
тока, но и иметь достаточно высокую силу притяжения на рабочей
поверхности. В связи с этим кубик может применяться также при
выполнении фрезерных, сверлильных, расточных и других работ.
Закрепление деталей при обработке их на сверлильных станках
всегда сопряжено с трудностями. Несмотря на запрещение, детали
часто удерживаются вручную, что повышает травматизм на этой
операции. На рис. 47 показана приставка с плавающим магнитным
столом, которая во многом упрощает операцию сверления, повышает
производительность и снижает опасность при выполнении работ.
Приставка состоит из двух частей: основания 2 и круглого стола 3.
11а столе имеются Т-образиые пазы, с помощью которых на нем может
быть установлено и закреплено любое зажимное приспособление
(например, тиски, кондуктор, магнитная плита и др.). С нижней
стороны в стол встроены простейшей конструкции силовые магнит-
ные элементы 4, притягивающие стол приставки к основанию 2.
Магнитные элементы не имеют устройства для отключения.
Основание приставки представляет собой узел, в котором имеется
система отверстий. Через эти отверстия сжатый воздух подводится
к жиклерам 5. Для подачи сжатого воздуха в основание обычно
используется кран с ножным управлением. Резиновое защитное
кольцо 1 предохраняет рабочего от выдуваемой стружки и пыли.
69
Рис. 45. Индикатор с маг-
шпион приставкой
Рис. 4G. Магнитный кубик
70
Работа приставки состоит в следующем. После закрепления де-
тали в каком-либо приспособлении, установленном на столе 3,
производится сверление первого отверстия. Для установки детали
под инструмент для сверления второго отверстия необходимо нажать
педаль крана, включающего подачу воздуха в основание. Под дей-
ствием сжатого воздуха стол 3 вместе с магнитными элементами 4
отрывается от основания и на воздушной подушке приподнимается
примерно на 0,2—0,5 мм. Это позволяет очень легко установить де-
Рпс. 47. Приставка с плавающим магнитным столом к свер-
лильному станку
таль в нужном месте относительно сверла. Затем, после прекращения
подачи сжатого воздуха, магнитные элементы снова притянут стол
к основанию и вся система будет сориентирована и закреплена па
станке для выполнения следующего перехода.
В настоящее время па Читинском станкостроительном заводе
осваивается выпуск этих и некоторых других магнитных приспособ-
лений, позволяющих расширить технологические возможности опе-
раций, повысить производительность труда и культуру производства.
На ряде заводов имеется опыт применения приспособлений типа
кондукторов, в которых для закрепления деталей также исполь-
зуются постоянные магниты. Хорошо зарекомендовали себя, напри-
мер, кондукторы с магнитным зажимом для плоских полосовых
деталей типа линеек, гребенок и др., а также приспособление к па-
зофрезерному станку.
71
На Ленинградском заводе полиграфических машин внедрены
два типоразмера кондукторов с базовыми поверхностями 200 и 280 мм
(рис. 48). Длина базовой поверхности ограничивает размеры дета-
лей, которые могут обрабатываться в данном кондукторе.
Наладками к кондукторам являются кондукторные плиты с ба-
зовыми поверхностями, относительно которых устанавливаются по-
стоянные и сменные кондукторные втулки. К базовым поверхностям
деталь досылается вручную. Закрепление детали осуществляется
Рис. 48. Магнитный кондуктор со сменной кондукторной плитой
магнитным полем. Конструкция кондуктора предусматривает пол-
ное отключение магнитного потока, что обеспечивает свободный
съем детали и установку повой, а также удаление стружки (щеткой
или воздухом). В магнитных кондукторах обрабатываются отвер-
стия диаметром до 6 мм но 5-му классу точности и грубее.
Приспособления для фрезерования пазов основаны на том же
принципе, что и кондукторы, но отличаются от них тем, что вместо
кондукторных плит имеют установочные линейки с упором.
Приведенные примеры лишь частично показывают широкие воз-
можности магнитных приспособлений, к сожалению, мало еще
распространенных.
Магнитные приспособления для выполнения
подъемных, транспортных, сварочных и других работ
В машиностроении накоплен некоторый опыт применения ма-
гнитной оснастки не только при выполнении работ на металлоре-
жущих станках, но и при подъемно-транспортных работах, при
сварке, в малярном производстве, в гальванических цехах, в склад-
ских помещениях, и наконец, при выполнении всевозможного рода
вспомогательных работ [12, 19,43,47,481.
72
Особенно ощутимы темпы внедрения магнитных приспособле-
нии в сварочное производство. Обычная технологическая оснастка,
применяемая в этих случаях, малочисленна, неудобна и непроиз-
водительна. Применяющиеся технологические приемы (приварка
упоров, растяжек, скоб и т. д.) ведут к усложнению процесса, к порче
поверхности и снижению производительности. Магнитные приспо-
собления значительно упрощают технологию сварки. Эта оснастка
универсальна и поэтому является оснасткой многократного приме-
нения. В ряде случаев она просто незаменима.
Рис. 49. Угловой магнитный прихват
В большинстве своем магнитная сварочная оснастка представ-
лена в виде всевозможного ряда державок, прихватов, кубиков,
призм и других устройств, служащих для удержания деталей во
время сварки. Эти приспособления не тяжелые и допускают неслож-
ную настройку (например, поворот одного элемента относительно
другого па некоторый угол). Для упрощения конструкции эти устрой-
ства, как правило, не предусматривают отключения магнитного
потока и, поэтому отделение приспособления от детали осуществ-
ляется методом отрыва.
На рис. 49 приведен угловой магнитный прихват, используемый
для ориентации и закрепления свариваемых иод углом 90° дета-
лей. Прихват представляет собой жесткий угольник с рукояткой.
Плоскости угольника, расположенные под углом 90° друг к другу,
являются силовыми магнитами. Закрепление каждой детали осу-
ществляется с усилием около 800 кге (размер магнитного блока
73
100x200 мм), которого достаточно, чтобы сваривать большие по
весу листы.
Для отключения магнитного угольника используется принцип
нейтрализаций магнитного потока. Перемещение блоков друг отно-
сительно друга внутри приспособления достигается вращением
рукоятки, установленной на винтовой механизм.
Помимо прихватов и другой легкой магнитной оснастки, в свароч-
ном производстве находят применение и более тяжелые приспособ-
ления — с большей силой притяжения деталей. К числу таких
устройств относятся приспособления для выравнивания материала
при сварке. Они выполняются в виде арки, устанавливаемой па ма-
Рис. 50. Ручной магнитный подъемник
гиитиых опорах. Выравнивание листов осуществляется механи-
чески, например с помощью винтовых пар. После сварки выров-
ненных листов устройство отключается и переносится на другое
место.
В сварочных цехах, особенно при работе газорезальных стан-
ков, в цехах металлоконструкций, па складах и па других участках,
где имеется необходимость перемещения и подъема материала, при-
меняются подъемные и транспортные магнитные устройства. Раз-
меры, вес, конструкция этих устройств, так же как и назначение, —
разнообразны.
На рис. 50 показан общий вид магнитного ручного подъемника
(захвата). Он способен поднять груз до 120 кг. Подобного назначе-
ния приспособления выполняются в различных конструктивных
вариациях, по все они улучшают условия труда.
На рис. 51 приведено подъемное устройство грузоподъем-
ностью 800 кг. Принцип действия магнитной части устройства не
отличается от работы обычных плит с оксидно-бариевыми магни-
тами. Чтобы свести до минимума влияние зазора на силу притяже-
ния, в приспособлении применены магниты с большой длиной.
Оригинальность конструкции подъемного устройства состоит
в автоматизации цикла его работы. Предполагается, что подъемник
74
(! помощью серьги прикрепляется к крюку крапа. Рабочий, управля-
ющий работой крана, как правило, находится па значительном рас-
сгояпии от крюка и поэтому управлять работой подъемника поможет.
Гели же рабочий (стропальщик) находится в зоне действия подъем-
ного устройства (управление краном осуществляется с подвесной
кнопочной станции), то поручать ему работу по управлению магнит-
ным подъемником также нецелесообразно, так как это приводит
к быстрой утомляемости, снижению производительности и другим
неудобствам. Чтобы избежать всех этих недостатков и одновременно
Рис. 51. Автоматическое магнитное
грузоподъемное устройство
улучшить условия труда, магнит-
ное подъемное устройство снаб-
жено механизмом с пружинным
аккумулятором, обеспечивающим
автоматический цикл работы.
Рис. 52. Кинематическая схема
автоматического магнитного подъ-
емного устройства
Как и большинство магнитных приспособлений, подъемное уст-
ройство (рис. 52) имеет два магнитных блока, один из которых —
неподвижный, 5, другой — подвижной, 4. Неподвижный магнитный
блок жестко соединен с корпусом подъемника 2. Подвесное кольцо 1
подъемника соединено с корпусом не жестко, а через тягу 6 и пру-
жину 12, которая верхним концом упирается в корпус подъемника,
а нижним — в стакан 7, жестко соединенный с тжой 6. Стакан 7
имеет зубчатую рейку, которая входит в зацепление с реечным
колесом 8. Это колесо свободно сидит на осп, закрепленной в кор-
пусе 2. На этой же оси также свободно насажен диск 10 с пальцем 9,
который через тягу связан с двуплечим рычагом 3. Последний на
другом конце имеет зубчатый сектор, соединяющийся с зубчатой
рейкой подвижного блока 4. Диск 10 имеет два скоса под углом
180°, в которые заходит собачка И, закрепленная па реечном ко-
лесе 8.
75
Работа подъемного устройства происходит следующим образом.
Предположим, что при таком положении двух магнитных бло-
ков, которое показано на схеме (рис. 52), приспособление выклю-
чено. При подъеме краном подъемного устройства под действием
веса пружина 12 будет сжиматься; рейка стакана 7 пойдет вверх
и будет вращать реечное колесо 8. Собачка 11 переместится по дуге
окружности по часовой стрелке и займет положение левее нижнего
скоса диска 10. Когда подъемное устройство будет опущено на
деталь, которую необходимо захватить, действие силы веса на пру-
жину прекратится и она выпрямится, переместив стакан 7 вниз.
Рис. 53. Магнитная «щетка» для уборки стружки
При таком движении стакана реечное колесо будет вращаться про-
тив часовой стрелки; собачка упрется в скос диска 10 и повернет
его па 180 (так рассчитано), а рычаг 3 займет другое крайнее поло-
жение и переместит блок в положение «включено». Деталь притя-
нется к приспособлению.
При дальнейшем подъеме устройства, пружина хотя и будет
сжиматься, но отключения не произойдет, и деталь можно транспор-
тировать в нужное место. После опускания приспособления па пол,
когда действие веса устройства на пружину прекратится, диск по-
вернется на 180 и вызовет перемещение рычага и магнитного блока.
Приспособление будет отключено, и его можно перемещать для вы-
полнения очередного цикла.
Достаточно эффективно применение магнитных устройств в при-
способлениях для уборки металлической стружки. На рис. 53 по-
казан общий вид одного из вариантов ручной магнитной «щетки».
Приспособление представляет собой трубу из немагнитного мате-
риала, внутри которой размещается сильный магнитный блок.
76
Все устройство снабжено удобной рукояткой, с помощью которой
труба на колесиках перемещается вдоль поверхности, засыпанной
стружкой. Такая магнитная щетка хорошо удаляет стружку из
пазов, щелей и других неровностей пола. Удаление стружки с трубы
производится с помощью одного из колес, которое выполнено
в виде подвижного кольца. Перемещая кольцо вдоль трубы, стружка
легко удаляется с нее.
Помимо ручных приспособлений, для уборки стружки в практике
находят применение магнитные транспортеры, которыми укомплек-
товываются отдельные станки (например, зубофрезерпые) или про-
леты цехов.
Наконец, самой простой работой, которую могут выполнять
магнитные устройства, является закрепление нетяжелых по весу
и небольших но размерам деталей при хранении, при окраске, при
мойке и других видах работ, когда действующие па детали усилия
невелики. В таких случаях можно применять самые простые ма-
гнитные устройства типа элементарных систем. В них используются
самые дешевые магнитные материалы или отходы магнитов [12, 43.
481. В некоторых случаях, например в инструментальных кладо-
вых, применяют магнитную резину. Ею обивают вертикальные и
потолочные стенки стеллажей, что позволяет повысить коэффициент
использования площади при хранении инструмента.
Таким образом, приведенные описания наглядно демонстри-
руют неограниченные возможности этого вида прогрессивной ос-
настки.
7. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА МАГНИТНОЙ ОСНАСТКИ
Как известно, качество, являясь понятием философского плана
применительно к продукции, соответствует совокупности свойств,
определяющих ее пригодность для использования по назначению
(ГОСТ 15467—70). Применительно к приспособлениям, и станочным
прежде всего, понятие качества до настоящего времени практически
не применялось. Пригодность приспособления выполнять свою
функцию обычно определяется совершенством конструкции. Чаще
можно встретить термины: плохая плита, плохая конструкция патрона
и т. д. Здесь качество приспособления определяется по единичному,
а не по комплексному показателю. В условиях централизованного
производства приспособлений говорят о качестве, однако и в этом
случае это понятие суживается оценкой одного-двух показателей,
не связанных между собой.
Оценка пригодности приспособления для выполнения опреде-
ленных функций, т. е. качества, по минимальному числу показате-
лей объясняется рядом причин, из которых главными являются сле-
дующие.
Во-первых, несмотря на то, что приспособления являются равно-
правными элементами технологического комплекса, они при-
числены к разряду «... вспомогательных устройств, используе-
мых для выполнения операций механической обработки, сборки и
77
контроля» [181. Это приводит к разному подходу к определению
качества, допустим, станков и приспособлений, инструмента и при-
способлений, заготовок (деталей) и приспособлений. К первым как
основным элементам технологического комплекса, предъявляются
полные требования; ко вторым, как к вспомогательным, — ограни-
ченные, минимальные.
Во-вторых, работоспособность большинства приспособлений (ста-
ночных) определяется минимальным числом простых условий. Ра-
ботоспособность машинных тисков, например, определяется раз-
мерами приспособления, силой закрепления детали и в некоторых
случаях жесткостью; токарный патрон характеризуется теми же
параметрами и т. д. Как известно, обеспечить работоспособность
приспособления при таких требованиях можно самыми доступными
приемами и способами, не задумываясь о качестве в расширитель-
ном плане. В этих случаях можно, например для приспособления,
применить самые дешевые и доступные материалы, самую простую
технологию изготовления, самые простые конструктивные решения
и т. д.
Наконец, в-третьих, но действующим инструкциям расходы по
технологической оснастке, и по станочным приспособлениям в част-
ности, должны быть списаны в течение двух лет. С одной стороны,
это хорошо, с другой, — такая экономическая оценка приспособ-
лений заставляет рассматривать их как нечто временное, легко
заменяемое, что, в свою очередь, не вызывает необходимости гово-
рить о качестве приспособлений в самом высоком понимании этого
слова.
Оценка качества приспособлений по комплексному показателю
связывается с задачей оптимизации оснастки. Оптимизация техно-
логической оснастки, и станочных приспособлений в частности,
представляет собой новое прогрессивное направление в технологии
машиностроения. Однако следует отметить, что выбор оптимального
варианта представляет собой значительную трудность.
Анализируя причины, которые приводят к затруднениям в вы-
боре оптимального варианта, прежде всего необходимо остановиться
на том, что станочные приспособления пока не являются адаптивными
системами, и поэтому они не могут изменять своих показателей в за-
висимости от внешних условий (т. е. подпастрапваться). Показа-
тели или характеристики станочных приспособлений, как правило,
постоянны, а условия, в которых они работают, — разные. Следо-
вательно, па данном уровне развития техники говорить об оптими-
зации приспособлений в прямом понимании этого слова нельзя.
Поэтому под процессом оптимизации приспособления будет пони-
маться выбор такого варианта, который наилучшим образом удовле-
творяет данные условия. Иными словами, при оптимизации при-
способлений вводятся ограничения на условия их работы.
Оптимизация приспособлений как процесс выбора наилучшего
варианта представляет собой многофакторную задачу [28]. При
ее решении возникают две проблемы. Первая состоит в установлении
функциональных связей между отдельными единичными показа-
78
гелями качества, другая — в правильном определении критерия
оптимальности. Несмотря иа кажущуюся очевидность, эти задачи
являются очень и очень сложными.
В настоящее время считается, что магнитная плита будет отве-
чать своему назначению, если опа имеет достаточную силу притя-
жения, жесткость, удобное управление, быстродействие, долговеч-
ность и, наконец, экономически оправдана.
Предположим, что указанные единичные показатели могут быть
представлены в численном выражении. Для дальнейших рассужде-
ний обозначим их индексами Yх, Y2, К3, /4, Г5, ) 6.
Каждый из перечисленных показателей является сложной функ-
цией и может быть записан в виде
(9)
Так, например, сила притяжения магнитного приспособления
зависит от величины магнитной индукции в рабочем зазоре xi и
площади контакта детали с полюсами приспособления х2 и т. д.
[см. также формулу (2)].
Назовем условно зависимости типа (9) функциями первого или
высшего порядка.
Сложность функции первого порядка состоит в том, что ее аргу-
менты сами ио себе также являются функционалами, причем доста-
точно сложными. В частности, величина магнитной индукции хг
будет определяться конструкцией магнитного приспособления х[,
величиной м. д. с. электромагнитной катушки или маркой постоян-
ного магнита и его длиной %2, магнитной характеристикой материала
детали хз и размерами детали х\, величиной рабочего зазора х$ и
т. д., т. е.
Л- Г" /а<'.
А1 • / (А 17 А 2, Аз,
• ?
(10)
Эту зависимость назовем функцией второго порядка. Как это
будет показано ниже, имеются зависимости третьего и даже четвер-
того порядка.
В практических условиях функциональные зависимости низ-
I» о *>
шего порядка представлены в виде уравнении той или иной слож-
ности. При этом нужно отметить, что связь между отдельными функ-
ционалами может проявляться, а может и вообще отсутствовать.
Поэтому представить зависимость (10) и тем более зависимость (9)
в виде одного уравнения не представляется возможным. В свою
очередь, это вызывает трудность в определении единого критерия
для функций высшего порядка. Таким образом, нахождение опти-
мального конструктивного варианта приспособления с учетом всех
показателей, характеризующих качество, представляет собой прак-
тически неразрешимую задачу.
Между тем оптимизация оснастки должна осуществляться. Осо-
бенно остро этот вопрос стоит сейчас, когда уделяется большое вни-
мание централизованному производству приспособлений, повыше-
нию их качества и снижению затрат на оснастку. По-видимому,
решить эту задачу можно только путем ограничения числа единич-
ных показателей, определяющих качество приспособлений.
Разумеется, ограничение числа факторов, определяющих опти-
мальность приспособления, далеко не единственный путь решения
поставленной задачи. Используя, например, метод корреляции
можно определить значимость каждого единичного показателя в сис-
теме оценки оптимальности приспособления и найти тем самым ре-
шение, которое наилучшим образом удовлетворяет заданным усло-
виям 123]. Однако для использования этого математического приема
отсутствуют необходимые статистические материалы, и поэтому па
данном этапе он также неприемлем.
Если имеется /?-е число единичных показателей, определяющих
качество приспособления (//> У2; У3; . . . ; ) „), то для решения
задачи оптимизации необходимо установить, в какой связи они на-
ходятся между собой и какие из этих показателей в большей степени
влияют на качество оснастки. Без большого ущерба в достижении
поставленной цели некоторые показатели можно стабилизировать
с учетом, конечно, современных технико-экономических достижений.
Тогда число факторов уменьшится, а задача оптимизации упростится
и будет разрешимой. Однако выбранный иа такой основе лучший
вариант лишь в определенной степени будет приближаться к дей-
ствительно оптимальному. Поэтому, говоря об оптимальности при-
способления, в действительности приходится иметь дело с квазиопти-
мальным вариантом и с квазиоптимальпым решением.
Степень приближения квазиоптималыюго варианта к наилуч-
шему будет определяться прежде всего тем, насколько точно выявлена
сущность каждого показателя, их взаимосвязь между собой и мера
влияния на качество.
Глава III
СИЛОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
МАГНИТНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
8. РОЛЬ СИЛЫ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ДЕТАЛИ
В МЕХАНИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЯХ
Основное назначение любого станочного приспособления, как
известно, состоит в базировании и закреплении детали.
Базирование предусматривает ориентацию детали в пространстве
и относительно режущего инструмента. Свободное тело имеет шесть
степеней свободы, поэтому положение детали при установке ее па
станке определяется шестью координатами. В технологии машино-
строения известно правило шести точек, которое связывается с ба-
зированием детали 111, 26,’35 I. В соответствии с положениями теоре-
тической механики ориентация детали в пространстве производится
шестью удерживающими жесткими связями а, b и с (рис. 54). При
этом имеется в виду, что жесткие связи исключают возможность
всякого перемещения детали вдоль этих связей. Следовательно, при
конструировании реальных приспособлений нельзя ограничиться
только созданием необходимых шести опорных точек, а нужно
еще при помощи прижимов или иных устройств обеспечить плотное
и непрерывное соприкосновение соответствующих поверхностей де-
тали с опорными точками. Таким образом, прижимные устройства
должны рассматриваться в конструкциях механизмов или приспо-
соблений как необходимые составляющие элементы, создающие в со-
вокупности с опорными точками двустороннюю удерживающую
связь. Приложение к детали сил, обеспечивающих жесткую связь
с базирующими точками, получило понятие закрепления детали.
Закрепление детали в приспособлении рассматривают в динамике,
т. е. в процессе действия изменяющихся сил резания или других
нагрузок, которые воспринимаются деталью. Это дополнение вно-
сит значительные изменения в величину действующих прижимных
сил.
Закрепление детали в обычных приспособлениях (с механиче-
скими прижимами), как правило, не вызывает трудностей ни при
конструировании оснастки, ни при ее эксплуатации. Так, например,
чтобы обеспечить закрепление призматической детали (рис. 54, а),
практически достаточно прижать ее в направлениях А и Б, пред-
варительно дослав до упора С. В этом примере возможно лишь пере-
Ь О. Я. Константинов 61
мещеиие детали вдоль оси У. Па практике этому перемещению пре-
пятствует либо сила трения, возникающая в плоскостях XOY и ZOY,
либо подводимый в направлении С дополнительный упор. Примерно
по такой же схеме с помощью прижимов осуществляется закреп-
ление цилиндрической детали (рис. 54, б). Повороту заготовки от-
носительно оси препятствует также либо сила трения, либо допол-
нительный упор по связи а .
При проектировании обычных приспособлений задача конструк-
тора в основном состоит в определении величии зажимных усилий.
Эта задача решается на основе обеспечения равновесия детали в про-
цессе резания и методически достаточно отработана [18]. При этом
нужно обратить внимание па некоторые обстоятельства, которые
Рис. 54. Схема ориентации и закрепления призматиче-
ской (я) и цилиндрической (б) деталей
упрощают расчет сил закрепления детали. Прежде всего практи-
чески во всех обычных приспособлениях силу прижима можно при-
ложить так, чтобы опа «компенсировала» одну из составляющих
усилия резания пли момент, вызываемый действием этой силы.
Иными словами, проектировщик активно может влиять на конструк-
цию приспособления и вправе наиболее рационально распределить
точки приложения прижимных (зажимных) сил к детали. Во-вторых,
конструктору предоставляется возможность в достаточно широких
пределах изменять величину прижимного (зажимного) усилия. Для
этих целей в его распоряжении имеется большой арсенал силовых
механизмов и устройств. Часто величина зажимного усилия может
регулироваться. В-третьих, величина зажимного усилия не зависит
от конструктивных особенностей закрепляемой детали (форма, раз-
мер, материал, тип заготовки и. т. д.).
Характер закрепления детали па магнитном приспособлении
существенно отличается от того же процесса закрепления детали
в механическом приспособлении. В самом общем случае на магнит-
ном приспособлении деталь не прижимается, а притягивается к нему.
При этом сила притяжения Q распределяется либо сравнительно
равномерно по опорной поверхности плоских деталей (рис. 54, а).
82
либо вдоль линий контакта детали с приспособлением (линии 1—Г,
2—2', рис. 54, б). Здесь конструктор должен исходить из априор-
ного решения места приложения силы притяжения детали и, как
правило, лишен возможности изменять эту схему.
Существенное отличие прижимной силы магнитных приспособ-
лений состоит в том, что опа зависит от конструкции детали. На
силу притяжения магнитных приспособлений влияют размер де-
тали, ее материал, форма и шероховатость опорной поверхности,
толщина детали, число деталей и т. д.
Наконец, в-четвертых, действие силы притяжения детали в од-
ном-двух направлениях не обеспечивает жесткой связи со всеми
шестью точками (рис. 55). Действие притягивающей силы Q лишает
Рис. 55. Схема связей де-
тали, закрепленной на маг-
нитном приспособлении
деталь только трех степеней свободы: перемещения вдоль осн Z1
и вращения относительно осей X и ) . Что же касается связей b и с,
то они в любом случае на магнитном приспособлении практически
не жесткие. В самом общем случае жесткость этих связей опреде-
ляется величиной силы трения F (или F'), а также моментом Мт.
Эти связи ненадежны и если используются в практике, то с боль-
шим запасом прочности.
При эксплуатации магнитных приспособлений часто используют
искусственные приемы увеличения жесткости указанных связей.
Так, например, широко распространено применение продольных и
поперечных упоров (прямоугольные магнитные плиты); используется
прием «накалывания» детали па шипы с целью повышения коэффи-
циента трения; применяется установка вплотную к детали дополни-
тельных планок со стороны, противоположной упорам b и с, и т. д.
Однако все эти приемы не обеспечивают жестких связей детали
с координатными плоскостями, и поэтому возрастает сложность рас-
чета равновесия детали в процессе обработки.
Таким образом, если способы базирования деталей на обычных и
магнитных приспособлениях практически одинаковы, то схемы за-
крепления существенно отличаются друг от друга. Это отличие воз-
никает, во-первых, из-за разного подхода к решению вопроса о выборе
точки приложения зажимного (прижимного) усилия и, во-вторых,
1 Связь с базовыми точками а в магнитных приспособлениях не столь жестка,
как в приспособлениях с механическими прижимами.
*
83
Из-за того, что сила закрепления детален па магнитном приспособ-
лении в отличие от силы закрепления па обычном приспособлении
не остается постоянной даже для данного приспособления.
В связи с этим значение силы притяжения как характеристики
магнитного приспособления значительно возрастает. Она из группы
экономических (эксплуатационных) показателей переходит в группу
технологических характеристик. Именно в зависимости от силы
притяжения будет определяться возможность использования магнит-
ного приспособления па тон пли иной операции, так как все другие
технологические характеристики этого вида приспособлений доста-
точно высоки по сравнению с обычными.
9. НОВЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ СИЛОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ
МАГНИТНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
Несмотря на то что магнитные приспособления являются доста-
точно распространенным видом технологической оснастки, ни у пас
в стране, пн за рубежом нет четкого и единого толкования ее сило-
вой характеристики.
Для определения силовых характеристик магнитных и электро-
магнитных приспособлений (и плит, в частности) до настоящего
времени применяют метод отрыва испытательного образца прямо-
угольной формы, помещенного в окно перекрывающей пластины ’.
Размеры испытательного образца и пластин в этом случае задаются
в зависимости от размеров полюсника. Частное от деления получен-
ного усилия отрыва испытательного образца па площадь его опор-
ной поверхности определяет удельную силу притяжения, которая
и приводится в паспорте приспособления в качестве стандартной
силовой характеристики. Практически этот метод не отличается от
метода определения удельной силы притяжения, приведенного
в ГОСТ 16528—70.
В технической литературе 112 J уже рассматривались недостатки,
присущие данному методу определения силовой характеристики
магнитных приспособлений. Здесь же отметим только то, что прове-
денные исследования показали, что такая силовая характеристика
не является объективной и достаточной для того, чтобы судить по
ней о возможностях магнитного приспособления. Упомянутый выше
метод может быть использован только для проверки правильности
расчетов, а никак не для характеристики приспособления.
Как известно, магнитные приспособления типа плит (а их больше
всего) могут иметь различное конструктивное исполнение. Кон-
струкция магнитной плиты определяется видом источника энергии,
формой плиты, количеством электромагнитных катушек и схемой их
подключения к источнику питания, формой полюсов, их количеством
и т. д. При таком множестве факторов упомянутая методика испы-
тания, отражая лишь частный случай конструктивного исполнения,
1 См. методику определения удельного тягового усилия по отмененному
ГОСТ 3820—49.
84
оставляет много вариантов для субъективного ее толкования. Так,
например, под полюсом плиты понимается часть рабочей поверх-
ности, ограниченная замкнутым контуром немагнитной прослойки.
Это определение является неполным. Оно приводит к получению
искаженных представлений о возможностях магнитной оснастки.
В частности, при испытании по существующей методике многока-
тушечной электромагнитной плиты, у которой полюсами являются
не только полюснпки, ограниченные немагнитной прослойкой, рас-
положение испытательной пластины посередине одного из них яв-
ляется «неестественным», так как в этом случае магнитный поток
проходит ио несвойственным ему путям. Полученную же при этом
удельную силу притяжения нельзя считать достоверной, так как
эта конструкция плиты предусматривает закрепление детали только
в том случае, когда опа перекрывает не менее чем два полюса плиты
разной полярности. Кроме того, размеры перекрывающей и испы-
тательной пластин, заданные в зависимости от ширины полюсника,
не учитывают другой конструктивный характер плиты — расстоя-
ние между смежными полюсниками. Таким образом, при определен-
ных сочетаниях конструктивных особенностей магнитного приспо-
собления (например, в мелкополюсных плитах) создается неопреде-
ленность условий испытания. Вес это приводит к тому, что нет воз-
можности сравнить приспособления по силовой характеристике.
Определенный интерес вызывают работы, развивающие пред-
ставления об основной технологической характеристике магнитных
приспособлений, выполненные как у нас в стране, так и за рубежом.
Опираясь на исследования, некоторые авторы 119, 20, 24, 42, 491
предлагают силовую характеристику магнитных приспособлений
представлять в виде нескольких показателей. Так, например, помимо
удельной силы притяжения руд, отнесенной к единице площади
опорной поверхности детали, вводится понятие удельной силы руд,
отнесенной к площади соприкосновения полюсов с опорной поверх-
ностью детали. Нетрудно видеть, что руд всегда больше руд и когда
эти показатели для упрощения называются одинаково удельной
силой, то это вносит существенную путаницу в оценку магнитных
приспособлений. Так, по рекламным данным зарубежных фирм и
литературе удельная сила колеблется в пределах от 1,5 до 15 и даже
20 кгс/см2, чего практически быть не может.
Определенная трудность возникает с измерением усилия отрыва
образца Q. До сих пор отрыв любого образца, закрепленного на
магнитном приспособлении, осуществляется с помощью различных
по конструкции устройств, начиная от простейших рычажных до
сложных специальных. В качестве измерительных приборов в этих
устройствах и установках используются различного рода динамо-
метры (кольцевые, камертонные, пружинные, тензометрические и др.),
имеющие разный класс точности и поэтому вносящие достаточно
ощутимую погрешность в измерение силы отрыва. Помимо этого,
сила притяжения существенно зависит еще от ряда факторов, к ко-
торым прежде всего нужно отнести марку материала, точность и
шероховатость опорной поверхности, симметричность приложения
85
к образцу отрывного усилия, степень загрузки магнитного приспо-
собления деталями, характер контакта эталонного образца с сосед-
ними деталями и т. д. Все эти факторы вносят существенные погреш-
ности в величину измеряемой силы. В связи с этим интересны пред-
ложения некоторых исследователей, направленные на повышение
стабильности производимых измерений силы притяжения магнит-
ных приспособлений. В частности, инженеры Ван-Ламмер и Онг
[49] предлагают рассматривать закрепленный на магнитной плите
Рис. 56. Частная экспериментальная за-
висимость силы сдвига от поверхности
образца [491:
1 — толщина детали 0,5 мм; 2 — 1,0 мм; 3 —
3,0 мм; 4 — 5,0 мм; 5 — 10,0 мм (кривые
/—5 — Для (?сдп П1ах, кривые Г—5' — для
Фсдв min)
прямоугольный образец как
балку на двух опорах. Если
определить реакции сил па
концах такой балки, то можно
найти и силу притяжения. При
таком методе измерения силы
исключается погрешность, воз-
никающая в результате пере-
коса образца во время отрыва.
В ряде работ авторы пред-
лагают использовать в качестве
силовой характеристики маг-
нитных приспособлений силу
сдвига детали, что, по-впдимо-
му, является ошибочным. Сила
сдвига должна рассматриваться
при расчете равновесия детали.
Однако в качестве характерис-
тики приспособления ее при-
нять нельзя, так как она
зависит от коэффициента тре-
ния, площади опорной поверх-
ности детали и некоторых дру-
гих факторов, т. е. она является
функцией многих переменных.
На рис. 56 представлен график, заимствованный из работы [49|.
График, иллюстрирующий связь силы сдвига с поверхностью об-
разца, построен на основании экспериментов, которые проводились
на магнитной плите с размерами зеркала 144X353 мм. Ширина од-
ного из полюсов равнялась 13 мм, толщина немагнитной прокладки—
4 мм, число пар полюсов на плите—8. В качестве испытуемых образ-
цов были выбраны диски диаметром 5 — 100 мм и толщиной 0,5—
10 мм. Для каждого образца па графике представлены две кривые,
соответствующие максимуму и минимуму сдвигающей силы. Из
рисунка видно, что сила сдвига зависит от многих факторов, и по-
этому кривые сильно раздвинуты друг относительно друга.
Рассматривая приведенные на рисунке кривые, следует все же
отметить, что для другой конструкции магнитной плиты их характер
может быть более благоприятным (пучок кривых сузится). Однако
и в этом случае силу сдвига нельзя принять за характеристику ма-
гнитного приспособления.
Рис. 57. Размещение эталонных деталей и
динамометра на круглой электромагнитной
плите при определении силовых характе-
ристик
Анализ рассмотренных методов определения силовой характери-
стики магнитных приспособлений, а также многолетний опыт экс-
плуатации приспособлений этого вида позволили разработать и
внедрить принципиально новый метод ее определения.
При этом методе условия испытания должны быть максимально
приближены к условиям работы приспособления. По этим сообра-
жениям для определения си-
ловой характеристики — уси-
лия притяжения— в качестве
испытательного образца была
выбрана эталонная деталь
I1GJ. Выбор формы эталон-
ной детали базировался на
анализе конфигураций опор-
ных поверхностей реальных
деталей и на функциональ-
ной связи между силой при-
тяжения и формой опорной
поверхности детали, которую
можно представить в виде
одной пли совокупности
элементарных форм. Учиты-
вая также необходимость
определенного упрощения
методики испытаний, эталон-
ная деталь была выбрана
в виде диска. Диск выбран
потому, что большое число
деталей, закрепляемых на
магнитных приспособлениях,
имеет контакт между собой
по ограниченной поверхности,
и зачастую линейный, как и
эталонные детали выбранной
конфигурации. Как показали
исследования, применение
эталонных образцов в виде
дисков способствует также
(по сравнению, например, с образцами прямоугольной формы) [491,
так как в этом случае па точность определения отрывного усилия
меньше влияют погрешности, вызванные взаимодействием эталон-
ного образца с соседними эталонными деталями и неточностью его
установки.
Эталонные детали должны изготовляться из стали 20 диаметрами
18, 25, 35, 50 и 70 мм (ряд со знаменателем ср = 1,41) и толщиной
8 мм. Дальнейшие исследования показали, что расширение ряда
эталонных образцов могло идти только в сторону уменьшения диа-
метра. Детали диаметром 70 мм (и даже 50 мм) удерживаются на пли-
тах практически всегда надежно.
повышению точности эк
87
Испытания проводятся в такой последовательности.
1. На испытываемую магнитную плиту устанавливаются эталон-
ные детали комплекта наименьшего диаметра так, чтобы они пол-
ностью заполнили рабочую часть поверхности плиты (рис. 57).
2. Фиксируется отрывное усилие при отрыве эталонного образца
(соединенного с тягой динамометра) от определенных участков зер-
кала плиты. При этом должны быть соблюдены следующие условия:
а) точность отрывного усилия пе должна превышать ±5%; б) отрыв
эталонного образца необходимо производить в направлении, пер-
пендикулярном к рабочей поверхности плиты; в) замеры силы при-
тяжения электромагнитных плит осуществлять при номинальном
значении силы тока и при установившейся температуре.
Одной из задач такой схемы испытания плит является выявление
участков рабочей поверхности плиты, имеющих минимальную силу
притяжения эталонного образца данного комплекта, и поэтому
достоверность ее решения зависит от числа обследованных участков.
Так как сплошное обследование рабочей поверхности плиты выпол-
нить трудно, то можно с достаточной для практических целей точно-
стью ограничиться каким-то конечным числом исследуемых участков,
а полученные результаты считать характеристикой всей рабочей
поверхности магнитного приспособления.
При выборе схемы испытания (исходного положения эталон-
ного образца, направления и шага его перемещения) должны быть
учтены разновидности конструкций полюсов круглых и прямоуголь-
ных электромагнитных плит (см. рис. 22).
В зависимости от конфигурации полюсов и характера их распо-
ложения па зеркале все магнитные плиты можно подразделить на
две группы: с простым и сложным конструктивным исполнением
рабочей поверхности. Форма полюсов и их расположение па зеркале
плиты влияют на равномерность силы притяжения деталей па раз-
личных участках зеркала. Под равномерностью, или «пятнистостью»,
в данном случае понимается степень различия между собой значений
отрывного усилия, полученных на разных участках зеркала при-
способления.
Исходное положение эталонного образца на плите рекомендуется
выбирать у границы активной части зеркала плиты. Направление
и шаг перемещения образца должны быть такими, чтобы не было
пропуска участков зеркала плиты, имеющих минимальную силу
притяжения.
В результате анализа вариантов конструктивного исполнения
зеркала магнитных приспособлений были определены две принци-
пиальные схемы перемещения эталонного образца (рис. 58).
Для магнитных приспособлений, входящих в первую группу
(рис. 58, а), достаточно перемещать эталонный образец перпенди-
кулярно немагнитным прокладкам (стрелка 7). Однако при распо-
ложении полюсов в два и более рядов, направление перемещения
должно быть изменено. В этом случае образец необходимо переме-
щать по диагонали плиты (стрелка 2). У магнитных приспособлений,
входящих во вторую группу, различные участки зеркала менее
88
однородны по силе притяжения, а это требует проведения испытаний
на большей площади (рис. 58, б).
При испытании плит по обеим схемам нет необходимости иссле-
довать всю поверхность зеркала магнитного приспособления, так
как всегда можно выделить часть поверхности, включающую в себя
характерные конструктивные особенности всего зеркала плиты.
Дальнейшее проведение испытаний и порядок обработки экспери-
ментальных данных не имеют принципиальных различий для обеих
схем.
Рис. 58. Основные схемы перемещения эталонного образца на прямо-
угольной (а) и круглой (б) плитах при определении их силовой
характеристики
Перемещая последовательно эталонный образец диаметром d
из одного положения в другое, с шагом I, определяют значение отрыв-
ного усилия Q в каждой точке 1,2,3 . . //. При этом остальная
часть плиты должна быть загружена эталонными деталями данного
комплекта. Если представить полученные результаты в виде точеч-
ной диаграммы, то можно отметить определенную цикличность из-
менения отрывного усилия, что и дает основание ограничиться ис-
следованием лишь части зеркала. В такой же последовательности
проводится испытание приспособления комплектами эталонных об-
разцов других диаметров.
Полученные значения отрывного усилия Qt не являются случай-
ными величинами. Они зависят от диаметра образца d, ширины
полюсииков Ь, межполюсного расстояния с, шага перемещения
эталонного образца /, толщины немагнитной прослойки S и т. д.
В качестве примера на рис. 59 представлена диаграмма значений
отрывных усилий Q[ эталонных образцов разных диаметров, уста-
новленных на электромагнитной плите типа ЭП-21Г. Из рисунка
видно, что при практически постоянной паспортной характеристике
89
(кривая 4) на электромагнитном плите
образец диаметром 25 мм вообще не
имеет низкую силу
зец диаметром 35 мм
Рис. 59. Изменение значений отрывного
усилия в зависимости от положения эта-
лонного образца на плите модели ЭП-21Г:
1 — образец d — 50 мм; 2 — d — 35 мм; 3 —
d ~ 25 мм; 4 — при испытании по методике
старого ГОСТ 3860—49
имеются точки, в которых
закрепляется (кривая 5); обра-
притяжения (кривая 2), и
только образец диаметром 50 мм
(кривая /) надежно притяги-
вается к плите в любом ее
месте х.
Множество факторов, влияю-
щих на силу притяжения эта-
лонных образцов, и их слож-
ная взаимосвязь обусловили вы-
бор метода (метод последова-
тельных пробных испытании) и
необходимость использования
статистических приемов для
обработки полученных экспери-
ментальных данных.
Для конкретного магнит-
ного приспособления величины b
и с (рис. 58, а) — вполне опре-
деленные величины. От тага
Закон рас-
каждоп конкрет-
будет особым и, по-
перемещения / зависит число обследованных участков,
л ределения значений отрывного усилия Qt- для
нон конструкции магнитного приспособления
Таблица 4. Формулы для определения показателей
количественной оценки силовой характеристики магнитных плит
Показатель
Формула
Среднестатистическое значение от-
рывного усилия
Дисперсия распределения
Среднее квадратическое отклоне-
ние
Коэффициент вариации
Здесь п — число замеров силы притяжения.
1 Работа выполнена в ЛПЭН им. П. Тольятти аспирантом О. П. Гордеевым.
90
этому невозможно дать точные рекомендации относительно необхо-
димого числа испытаний в пределах выбранного участка плиты.
Исследования большого числа плит различного конструктивного
исполнения показали, что с достаточной для практических
целей достоверностью можно принять шаг перемещений / =
= (0,144-0,16) d.
Если при испытании приспособления данным комплектом эталон-
ных образцов получено Qniln = 0, то это говорит о необходимости
перехода па комплект образцов большего размера. При достижении
Qmln >> 0 испытания с последующим
комплектом образцов производятся с
тем же шагом перемещения.
Полученные совокупности значений
Qf для различных d могут быть опи-
саны с помощью числовых показате-
лей. Для этого полученные данные
располагаются в порядке возрастания
Q,.. При большом объеме показателей
производится их группировка. Показа-
тели количественной оценки этих сово-
купностей определяются по формулам
математической статистики (табл. 4).
С учетом вышесказанного были
Рис. 60. График изменения коэф-
фициента вариации отрывного
усилия для образцов разных
диаметров:
произведены испытания ряда отечест-
венных и зарубежных плит. Резуль-
таты обработки полученных данных
представлены в табл. 5.
Следует отметить, что приведенная
выше методика определения силовых
характеристик магнитных плит явля-
ется универсальной. Она впервые поз-
1 — плита модели ЭП-21; 2 — пли-
та фирмы «Юупг»; 3 — плита фирмы
«Камут»; 4 — плита фирмы «Блом»;
5 — плита фирмы «Нарекс»; 6 —
плита к стайку модели ЗБ724; 7 —
плита фирмы «Хамприз»
волнла объективно сравнить между
собой различные по конструкции магнитные приспособления. В этом
и состоит основная ценность предложенного метода.
Анализируя приведенные в табл. 5 данные, можно отметить,
что для образцов выбранного комплекта располагается в преде-
лах диапазона, определяемого Qluin и Qroax, а при отрыве образцов
большего диаметра граница этого диапазона сужается, о чем сви-
детельствует уменьшение значения коэффициента вариации W от-
рывного усилия. С увеличением диаметра эталонного образца коэф-
фициент вариации стремится к нулю (W —> 0). Для подтверждения
сказанного па рис. 60 представлен график изменения коэффициента
вариации для некоторых из обследованных плит. Из рисунка видно,
что, начиная с образца определенного диаметра, коэффициент
вариации отрывного усилия мало отличается от нуля, a Qmln
Qmax [например, на плите фирмы «Камут» (кривая 5)].
Диаметр эталонного образца, для которого Qmln Qniax,
a U7 имеет небольшое значение, определяет собой наименьший
размер опорной поверхности детали, обеспечивающей наибольшую
91
абл п ца 5. Сравнительная таблица силовых харак
Форма плиты Марка плиты, фирма- изготовитель Габаритные размеры в мм Потребляемая мощ- ность в Вт
25
Ширина, В Длина L, диаметр D Высота, Н ^шах ^min % U7
В кгс о/ /0
Э л е к т рома
«Хамприз» (англ.) 250 1050 118 347 0 - - —
«Блом» SE30/C0 (ФРГ) 300 595 92 128 - I 0 * — -
«Блом» SE30/jo <ФРГ) 300 1490 50 315 43,0 0 19,0 80,0
< :<Камут» (11талия) 500 2000 105 750 42,0 0 17,0 69,0
г FOS BP1I-20NA i 200 600 110 140 — 0 II «
(ЧССР)
NAREX (ЧССР) 200 600 0 <5 85 9,5 0 9,0 97,0
«Естельверда» (ГДР) 200 600 100 ПО - 1 0 — — —
«Юнг» (ФРГ) 190 500 70 70 22,0 0 8,0 63,5
Прямо- «Юнг» синусная (ФРГ) 140 350 70 25 16,0 5,0 12,0 42,0
уголь- DRGM (нем.) 95 250 60 31 10,0 5,0 8,0 29,0
пая Пли га с продольными 150 350 105 60 48,0 10,0 31,0 30,0
полюсами
Плита мел ко пол юс- 125 330 70 60 7,0 7,0 7,0 0
пая
ЭГ1-21 (ДЭМЗ) 200 560 ПО 132 15,0 0 7,0 59,0
Плита к станку ЗБ724 (ВСЗ) 400 1 910 125 550 0 — —
Э-403000 320 400 120 40 54,0 0 17,5 81,0
Э-405000 160 400 125 29 47,5 0 15,0 89,0
Э-408000 160 400 120 25 — 0 - -
Плита к станку ЗБ756 (ВСЗ) * 800 115 280 39,5 0 10,5 72,5
1 Плита к станку ЗБ740 400 100 88 44,0 0 15,0 64,5
(руглая (ЛСЗ)
I ] Плита к станку ЗБ740 — 400 130 80 51,0 16,0 25,5 8,5
(МЗШС)
Э-409000 — 400 100 209 80,0 10,0 29,5 62,0
Г 3-410000 - 400 103 209 39,5 0 23,0 40,0
М а Г 11 н т
Прямо- УГОЛЬ- ] Плита магнитная 210 495 90 — 41,5 7,0 23,0 30,5
] ПМ-11 (ЧСЗ) 80 220 70 — 43,0 0 16,0 80,0
пая «Эклипс» (Англия) 300 600 70 — 38,0 0 15,5 62,5
п р и м е ч а н и е. Испытание ПЛИТЫ фирмы «] <амут» производилось с отклонением
92
нристик магнитных плит разных конструкций
Диамеч гр эталонного оС >разца г мм
35 50 70
чп ах । min ^ср 1Г п чиа х ^inln ^ср IV' ^тах mln ^ср U7
в кгс 0/ /0 в кгс % В кгс %
1 II 1! Т И Ы О 11 л и т ы
55,5 0 23,5 63,5 104,0 45,0 72,5 17,0 ~ — — — —
35,5 5,0 15,0 52,5 33,0 15,0 24,5 16,0 — — — —
19,0 3,0 9,0 46,0 28,0 16,0 21,5 11,0 — — —
11,0 11,0 30,0 30,0 118,0 109,0 113,0 3,0 — 1 1 1 — —
29,0 • 14,5 21,0 26,0 50,0 22,0 34,0 17,0 — — — - —
20,0 5,0 9,0 42,0 35,0 6,0 21,0 31,0 — — - — 11 ~~
35,5 9.0 17,5 35,5 18,0 23,0 33,5 21,5 -' — — — —
25,5 1,0 10,5 36,0 35,0 13,5 23,0 18,0 — — — —
11 — — — — — — — — —
— — — 1 — - —-
— — — —— * — — — — —
» — - - — ' — — — - —
39,5 7,0 20,5 43,0 79,0 33,0 56,5 16,0 130,0 83,0 107,5 9,0
80,0 2,0 30,5 81,0 106,0 20,0 61,0 45,0 181,0 132,0 154,0 18,0
79,0 1,9 37,0 59,5 120,0 70,0 93,0 18,0 169,0 143,0 157,0 8,0
64,5 9,5 27,0 48,0 114,0 80,0 98,0 15,0 155,0 136,0 142,0 5,0
58,0 8,0 34,0 42,5 124,0 88,0 108,0 16,0 202,0 163,0 181,0 4,0
64,5 6,5 32,0 48,0 99,0 88,0 83,0 17,5 "
10,0 5,5 26,5 36,0 113,0 17,0 45,0 43,0 — — —
— — 1 — — - - - — ~ — — — ' —
84,0 36,5 39,0 25,0 110,0 104,5 107,0 5,0 — 11 —> -
80,0 12,5 51,5 30,0 110,0 23,0 79,0 22,0 - - - - - —
н и е П Л II Т I >1
69,0 27,0 55,0 23,0 - — — — — • 1 •1
66,5 35,5 56,0 15,0 — — 11 — — 1 - *
74,0 13,5 30,0 40,0 96,0 57,0 75,0 14,0 ( — - * —
пт методики ГОСТ 17519- у,
93
вероятность ее закрепления с одинаковой сплои в любой точке
зеркала приспособления.
Удельное тяговое усилие как показатель силовых возможностей
плиты может быть применено только для этой группы деталей.
При закреплении па данной плите деталей больших размеров удель-
ное усилие несколько уменьшается, однако сила притяжения воз-
растает пропорционально площади опорной поверхности. В общем же
случае необходимо связывать силовые характеристики магнитного
приспособления с размерами эталонного образца. Такими харак-
теристиками являются минимальное значение отрывного усилия
Qnlin (а отсюда и руд в кгс/см2) эталонного образца диаметром d
и коэффициент вариации U7.
Испытание магнитных плит с целью получения указанных выше
характеристик должно проводиться как типовое. Данные необхо-
димо представлять в паспорте в виде таблицы или графика. Для бо-
лее полной информации о возможностях магнитных плит следует
указывать значение основных характеристик для образца, имеющего
Qiuin ~ 0, предшествующего образцу, определяющему применяе-
мость приспособления Qmln 2> 0, и для последующих образцов,
обеспечивающих Qinlll = QIilax и W = 0.
Приведенные характеристики позволяют объективно и достоверно
судить о силе притяжения деталей па магнитном приспособлении,
так как условия испытания максимально приближены к рабочим.
Если снова обратиться к табл. 5, то из нее видно, что детали диамет-
ром 25 мм могут быть закреплены только на плитах фирмы «Юнг»
(мелкополюсная), DRGM (немецкая), с продольными полюсами,
мелкополюсной круглой к стайку модели ЗБ740 (Л13ШС), модели
Э-409000 и завода Леиполиграфмаш. Если операция требует равно-
мерности усилия притяжения, то для этих целей лучше всего под-
ходит прямоугольная электромагнитная мелкополюсная плита,
у которой Qmln = Qmax, a W = 0.
Типовые испытания магнитных плит должны осуществляться
при выпуске новой модели или при ее реконструкции. Во всех ос-
тальных случаях можно ограничиться так называемыми контроль-
ными испытаниями, которые в своей основе содержат метод сравне-
ния. Для этих целей производят, например, определение силы при-
тяжения любого образца в некоторых определенных точках плиты.
Полученная при контрольном испытании плиты сила должна быть не
меньше той, которая получена в тех же точках на эталонной плите.
Изложенная методика определения силовой характеристики
магнитных плит в значительной степени нашла отражение
в ГОСТ 17519—72.
Основная идея, заложенная в эту методику, может быть исполь-
зована для определения тех же показателей других видов магнитной
оснастки. Так, например, при определении силовой характеристики
магнитных патронов в качестве эталонного образца должны быть ис-
пользованы детали типа колец, магнитных призм — валики и т. д.
Таким образом, определение силовой характеристики магнит-
ных приспособлений с помощью стандартных эталонных образцов
является единственным способом, дающим возможность использо-
вать паспортные данные для определения технологических возмож-
ностей магнитных приспособлений и для сравнения приспособлений
между собой.
Помимо качественной стороны силовой характеристики, большое
значение имеет количественная ее оценка. В настоящее время имеется
тенденция к увеличению усилия притяжений деталей, т. е. к повы-
шению силовой характеристики. Во многом это оправдано, так как
из приведенных выше примеров видно стремление использовать ма-
гнитные приспособления на операциях с тяжелыми режимами ре-
зания. В этих условиях повышение усилия притяжения (удель-
ной силы) естественно. Однако во многих случаях еще на стадии
проектирования заведомо закладываются неоправданно большие
требования к силе притяжения. В свою очередь, это приводит к сни-
жению других показателей качества, какими являются, например,
температура нагрева и вызываемые ею деформации.
В настоящее время способы определения отрывного усилия так
же, как и аппаратура для этих целей, не стандартизированы. Это
существенно отражается на результатах испытаний магнитной ос-
настки, что в конечном итоге влияет на результаты сравнения об-
разцов пр ис пособлей и й.
Применительно к магнитным плитам для определения отрывного
усилия в настоящее время применяются три способа: непосредствен-
ный, способ опрокидывания и косвенный. Первый способ состоит
в непосредственном (прямом) измерении усилия притяжения плиты
путем отрыва от нее образца (детали). Для измерения силы исполь-
зуется динамометр стандартного типа или специально изготовлен-
ный. Как уже отмечалось, отрыв детали от приспособления в этом
случае происходит не симметрично приложенной нагрузке, чем
вносится погрешность при определении силы притяжения. Способ
опрокидывания применим только для деталей типа планок и пре-
дусматривает определение «реакций опор» с последующим расчетом
силы притяжения. Измерительная аппаратура в этом случае не от-
личается от той, которая применяется при первом способе опреде-
ления силы. Косвенный способ определения силы предусмат-
ривает измерение магнитного потока в рабочем зазоре и после-
дующий пересчет на силу по формуле (2). Все эти способы
измерения - силы притяжения магнитных приспособлений не
лишены недостатков, так как точность результатов зависит от
многих факторов.
На рис. 61 приведены принципиальные схемы определения от-
рывного усилия непосредственным способом. Для отрыва детали
от приспособления необходимо сообщить движение либо плите в на-
правлении действия силы Q, либо детали через динамометр в на-
правлении действия силы Рог. Основная погрешность измерения уси-
лия отрыва может быть обусловлена несовпадением точки прило-
жения отрывного усилия Рот и усилия притяжения Q (рис. 61, а),
а также несовпадением направлений приложения отрывного усилия
Рот и усилия притяжения Q (рис. 61, б).
Чтобы определить максимально возможную погрешность изме-
рения усилия притяжения, составим уравнение равновесия систем
и решим их относительно Рот.
а) б)
Рис. 61. Схемы к расчету точности определения усилия притя-
жения непосредственным методом
По схеме рис. 61, а
I
I
2 ]
Обозначив — ----=-----—- = получаем Рот = Qsr
-г+л п-4
По схеме рис. 61, б
Замени я Рх — Рот cos а, Ри — Рпу sin ос, получаем
Q7 = Pm (/cos ос -|- 2/t sin се).
1
Гак как угол ос мал, то cos ос = 1, тогда POT = Q-------—-------.
It J—i* •
Н—— sm а
и
Обозначив ---------------= е2, имеем Р
9/1 . ОТ 'Х. Z
1 -J-т- sin а
Из анализа вариантов видно, что в обоих случаях погрешности
ведут к получению заниженных значений усилия притяжения, так
как Bi < 1 и в2 <3- Помимо указанных погрешностей, на точность
96
определения силы влияют погрешности, связанные с тарированием
динамометра, инерционностью системы, пластическими деформа-
циями в системе и т. д. Дать количественную оценку этим погреш-
ностям при достаточном разнообразии применяемых приборов и
деталей не представляется возможным, так как влияние указанных
погрешностей па точность определения усилия отрыва носит случай-
ный характер. Учитывая возможные колебания усилия притяжения,
можно считать, что в производственных условиях точность непо-
средственного метода определения усилия притяжения не превы-
шает 20 % 1.
При определении усилия притяжения детали способом опроки-
дывания производится два измерения: сначала определяется сила
Рот, необходимая для отрыва одного конца планки от плиты, а за-
тем сила Рот—сила отрыва планки противоположного конца.
Расчетная сила притяжения Q = Рот -|- Рот-
Погрешность определения силы притяжения детали в этом слу-
чае меньше, чем в предыдущем по следующим причинам. Во-первых,
погрешность может возникнуть только от несовпадения направле-
ния приложения сил Q и Рот, а в этом случае е2 ближе к единице,
чем ег; во-вторых, этот способ обеспечивает более стабильные пока-
зания но Рот, чем непосредственное определение отрывного усилия.
Все это позволяет утверждать, что точность измерений усилия при-
тяжения при способе опрокидывания несколько выше, чем при не-
посредственном измерении силы. Экспериментальные сравнения
двух способов свидетельствуют, что точность второго способа укла-
дывается в 10—15%. Однако следует отметить, что способ опрокиды-
вания деталей при определении отрывного усилия магнитных плит
не является универсальным. Поэтому он может быть рекомендован
только для специальных исследований.
Косвенный способ предусматривает измерение магнитного по-
тока в рабочем зазоре с помощью электроизмерительных приборов.
Методика измерений магнитного потока хорошо отработана и изло-
жена в соответствующей литературе 112, 15,271. Погрешность из-
мерения в этом случае складывается из погрешностей прибора,
отсчета но прибору и погрешностей, связанных с изготовлением
измерительной рамки. Погрешность отсчета может быть снижена
за счет рационального выбора числа витков в измерительной рамке.
Как показывают эксперименты, суммарная погрешность измерения
силы находится в пределах 6—10%. Но, несмотря на столь высокую
точность, этот способ также является специальным и применяется
в основном при выполнении исследовательских работ.
Таким образом, наиболее приемлемым и универсальным способом
определения отрывного усилия деталей, закрепленных па магнит-
ных приспособлениях, является способ непосредственного изме-
рения усилия притяжения. Дальнейшее совершенствование его
1 И. С. Б о л ь ш а ко в Исследованье технологических и эксплуатационных
возможностей плит на постоянных оксидно-бариевых магнитах. Автореф. канд. дисс.,
1969, ЛИЭИ им. П. Тольятти.
7 о. я. К онстантинов 97
должно пойти по пути улучшения конструкции устройств и прибо-
ров, используемых для определения силы.
Динамометр, показанный на рис. 62,} является дальнейшей
модификацией приборов этого типа [ 12 J. Отличие его от предыдущих
моделей состоит в следующем. Во-первых, в качестве упругого эле-
мента здесь применена спиральная пружина 5. Осадка спиральной
пружины значительно больше, чем, например, у кольцевого динамо-
метра, и может достигать 30—70 мм, что равняется максимальному
ходу тяги 6 с оторванной от плиты деталью. Применение спиральной
пружины с большой осадкой позволяет получить достаточную точ-
ность отсчета и существенно большее отведение образца от плиты
после отрыва. Явления неравномерного отрыва детали (опрокиды-
вание), как это имело место
в динамометрах с кольцевым
упругим элементом, здесь не
наблюдается. В качестве от-
счетного устройства в динамо-
метре использована штанга 3
и рамка 2 штангенциркуля
|с ценой деления 0,1 мм. Кон-
структивно этот элемент выпол-
нен так, что фиксирует силу
отрыва, не возвращаясь в ис-
ходное положение после снятия
нагрузки. Наконец, небольшие
зазоры между корпусом-гиль-
зой / и поршнем 1 обеспечи-
вают аэродинамическое тормо-
жение системы. Динамометр
снабжен набором тарированных
спиральных пружин, имеющих
разные характеристики. Это
позволяет измерять нагрузки от
нескольких граммов до 200 кгс,
что и расширяет область его
применемия.
10. ВЗАИМОСВЯЗЬ силы
ПРИТЯЖЕНИЯ ДЕТАЛИ
С КОНСТРУКТИВНЫМИ ПАРА-
МЕТРАМИ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ
Как уже говорилось, сила
притяжения детали Q является
функцией магнитного потока в
рабочем зазоре и тогда
<2 = 4,06-^ (II)
О
98
Рис. 62. Общий вид пружинного динамо
закрепленных на
или его плотности — индукции В& [см. формулу (2)], т. е. Q = f (Фб)
или Q = f
Формально функциональные зависимости (2) и (11) напоминают
любую другую формулу, которая используется для расчета силы
закрепления детали в обычных приспособлениях, например формулу
<2 = руд5пт), (12)
используемую для
определения силы па штоке
пневматического
или гидравлического цилиндров.
Здесь сила Q зависит от удельного давления руд и площади
поршня Sn (к. и. д. цилиндра )| практически величина постоянная).
1аще всего удельное давление жидкости также постоянно и поэтому
сила на штоке зависит
метра для определения усилия отрыва детален,
магнитных плитах
только от площади пор-
шня, т. е. Q = f (Sn).
Однако проводить ана-
логию между функцио-
нальными зависимостями
(П) и (12) нельзя. Функ-
ция (12) является прос-
той, предположим типа
х = ау. В ней каждому
значению у соответствует
определенное значение х.
Функция же (11), равно
как и (2), отображающая
связь силы с магнитным
потоком, является слож-
ной. Здесь помимо зави-
симости х = ау имеется
другая (другие), ие введен-
ная в формулу зависи-
мость, например, у = f(z).
Очевидно, что каждому z
соответствует определен-
ный у, а так как каждому
у соответствует определен-
ное х, то в конце концов
каждому z соответствует
определенный х, т. е. х
есть функция z.
В приведенных рас-
суждениях отвлеченную
функцию х можно пред-
ставить как х = a [// (z)l,
ио применительно к рас-
четам силы притяжения
магнитн ы х и рнс пособле-
нийтакой путь постановки
9,9
задачи затруднен, так же как впрочем и весь расчет. Сила магнит-
ного притяжения зависит от многих параметров, в том числе от раз-
меров и характеристики источника магнитной энергии, а также от
детали, которая является составной частью магнитной цепи. Послед-
ним обстоятельством расчет силы притяжения магнитных приспо-
Рис. G3. Граф расчета усилия притяжения детали элементарной си-
стемой с постоянным магнитом
собленнй существенно отличается от подобных расчетов в обычных
приспособлениях.
Многочисленность факторов, влияющих на силу притяжения
деталей с использованием энергии магнитного поля, и их сложную
зависимость между собой можно показать на графе (рис. 63).
Граф представляет собой схему расчета силы притяжения, в ко-
торой параметры (аргументы), влияющие на конечный результат
100
(функцию), расположены в определенной последовательности, а слож-
ные связи между ними обозначены линиями.
Из графа видно, что при расчете силы притяжения исходными и
влияющими на нее величинами являются параметры элементарной
системы (толщина полюсннков аст; длина, высота и ширина магнита
/м, ам и Ьм; высота адаптерной плиты ай\ характеристика магнита
вм) и детали (длина, ширина, высота — /д, Ьд, /гд; величина рабочего
зазора б). Если допустить, что элементарная магнитная система уже
существует, то из графа видно, что сила притяжения Q определяется
параметрами детали, которые, как известно, могут изменяться. Этой
взаимосвязью детали с силой притяжения в первую очередь и отли-
чаются магнитные приспособления от обычных, с механическими при-
жимными элементами и устройствами.
В графе косвенно учтен еще один переменный фактор, определяю-
щий силу притяжения, — магнитные характеристики стальных уча-
стков и источника энергии— постоянного магнита (см. п. 2). Связь
геометрических размеров магнитопроводов с магнитными характе-
ристиками материалов учтена ячейками графа (магнитное сопро-
тивление рабочего зазора), Rcr (магнитное сопротивление стальных
участков цепи), 7?д (магнитное сопротивление детали), Ra (магнит-
ное сопротивление стальных участков адаптерной плиты), Вм
(рабочая точка постоянного магнита), Gyi; Gy, (проводимости
утечек).
После расчета ряда промежуточных величин, приведенных в пра-
вом нижнем углу графа, определяются общий поток в системе Фм,
поток в стали Фст, поток в рабочем зазоре Фб(Вб) и, наконец, сила
притяжения Q.
В целом граф пе только демонстрирует многочисленность фак-
торов, влияющих на силу притяжения магнитной системы, их слож-
ную взаимосвязь между собой, но и позволяет в определенной сте-
пени выделить влияние каждого параметра в отдельности на
силу притяжения детали. В дальнейшем мы будем исполь-
зовать этот принцип качественной оценки влияния отдельных
параметров системы па силу притяжения. Пока же подчеркнем
следующее:
1) сила притяжения магнитных приспособлений зависит от пара-
метров закрепляемой детали и, следовательно, как функция техно-
логических факторов должна рассматриваться как технологическая
х а р а кте р нети ка пр ис пособлен и я;
। 2) зависимость силы магнитного притяжения детали является
сложной функцией многих переменных;
3) расчет силы притяжения является основной задачей расчета и
конструирования магнитных приспособлений.
11. УСЛОВИЯ РАВНОВЕСИЯ ДЕТАЛЕЙ, УСТАНОВЛЕННЫХ
НА МАГНИТНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЯХ
Равновесие деталей, закрепленных
на магнитном патроне
В связи с тем что па магнитных приспособлениях деталь закреп-
ляется силами притяжения, возрастает роль специальных расчетов,
связанных с равновесием детали в процессе резания. Равновесие де-
тали в процессе резания зависит в основном от трех величин: силовой
характеристики магнитного приспособления, формы и габаритов де-
тали и от режимов резания (действующих на деталь сил резания). Как
показывают исследования и практика внедрения магнитной оснастки,
при инженерном подходе к этому процессу и при выполнении, ра-
зумеется, определенных рекомендаций практически обеспечивается
полная гарантия от срывов детали с магнитного приспособления.
Проведенные исследования впервые в практике отечественного ма-
шиностроения позволили разработать методические основы расчета
равновесия деталей, закрепленных па магнитных приспособлениях.
В зависимости от условий эксплуатации магнитной оснастки и не-
которых других обстоятельств производственного характера могут
быть рекомендованы два подхода к разработке руководящих техни-
ческих материалов (РТМ) по эксплуатации магнитных приспособле-
ний: экспериментальный и расчетный.
Экспериментальный метод определения равновесия деталей при
закреплении их на магнитных приспособлениях является простым
и поэтому наиболее доступным для условий производства. Этот
метод предусматривает определение экспериментальным путем сило-
вых характеристик данного магнитного приспособления при закреп-
лении вполне определенных деталей. Полученные экспериментальные
данные либо непосредственно используются для решения вопросов,
связанных с равновесием детали, либо связываются с известными
зависимостями и несколько расширяют универсальность будущей
инструкции. Для иллюстрации этой методики разработки РТМ ниже
приводится описание работы, проделанной непосредственно в одном
из цехов Ижорского завода им. А. А. Жданова при внедрении магнит-
ного токарного патрона диаметром 530 мм (см. и. 6).
Главной характеристикой магнитного патрона является сила при-
тяжения. В статическом состоянии условие равновесия детали, за-
крепленной на магнитном патроне, можно выразить формулой Q[ G,
где Q— суммарная сила притяжения детали; [— статический коэф-
фициент трения скольжения; G— вес детали.
В процессе обработки на деталь действует усилие резания, со-
ставляющие которого Рг, Ру и Рх различны по величине и направле-
нию и, следовательно, по-разному влияют на равновесие детали:
тангенциальная сила резания Pz вызывает сдвиг и поворот детали,
горизонтальная составляющая Рх прижимает обрабатываемую де-
таль к поверхности патрона, радиальная составляющая Ру осуще-
102
ствляет сдвиг детали в радиальном направлении и опрокидывание.
Действие этих сил уравновешивается в основном силами трения.
Наибольшее воздействие па деталь оказывает сила Pz. Противо-
положное по характеру действие сил Рх и Ри, а также количествен-
ное соотношение между ними, особенно в зоне напряженных режи-
мов [8], позволяют с некоторым допущением ограничиться рассмотре-
нием действия только силы Р7.
Момент, создаваемый силой Рг равен М.Р,= Pz —, где D — диа-
метр обрабатываемой поверхности. Эт
моментом сил трения, который для
кольцевой поверхности с виутрен-
D
ним радиусом / 0 и наружным /' = -у
равен
(13)
г г0
При трапецеидальной форме по-
люсииков патрона удельная сила
притяжения будет переменной вдоль
радиуса. Расчет этой сйлы достаточ-
но сложен. Не менее сложным яв-
ляется и определение коэффициента
трения — скольжения. В связи с
ггим разработка рекомендаций по
использованию магнитного патрона
базировалась па экспериментально-
аналитическом методе. Эксперименты
проводились с целью определения
критической силы, которая вызывала
нарушение равновесия детали данных
от момент уравновешивается
Рис. (54. Схема установки для йены
тапия магнитного патрона
размеров.
Эталонная деталь в виде кольца выбрана с учетом конструкции
магнитного патрона. Для определения условий закрепления деталей
на различных зонах патрона было выточено семь колец с разными
наружными диаметрами (от 275 до* 540 мм). Площадь опорной по-
верхности кольца в пределах одной ступени изменялась по закону
।сометрической прогрессии путем расточки внутреннего диаметра.
Таким образом, общее число экспериментов составило 39.
Испытание проводилось на токарно-винторезном станке моде-
ли 163. Схема установки для испытания патрона показана на рис. 64.
Центрирование детали 2 па патроне 1 осуществлялось по рискам,
нанесенным на зеркале патрона, и с помощью специального центри-
рующею приспособления, после чего деталь закреплялась. Нагру-
жение осуществлялось с помощью винтового домкрата 7, установлен-
ного на суппорте станка, который через динамометр 6, призму 5
и съемный палец 3 воздействовал на деталь. Значение величины
критической силы Ркр определялось с помощью индикатора часо-
103
вого типа •/, фиксирующего величину деформации упругого стержня
динамометра. От поворота патрон удерживался специальным упором.
Используя экспериментальные данные и расчетные зависимости
силы резания Pz, была построена номограмма (рис. 65), позволяющая
просто и быстро определить допустимые режимы резания при на-
0.5
4.5
io
PZ,KCC
Квадранта {
З.мм/об 0,75s 0,5s 0.25s
0.8.
0.7
0.6'
1.0
09'
0.8-
0.7
0.6 '
05-
0,4.
0.3
0.2
0.1
,0
1000 750 i 500 250 Н,р.кгс м
0,4
0.3-
0,2
0.5
0,6
0.5
0/'\0.J
0.3
Ofi
0,2
0.2
0.1
0J'
0,1
0-536
250
200
4 83
150
384
344
308
274
В-536
483
384
.344
308
274
200
0,1
0,2
о.з-
0.4.
0,5
Ofi-
0,7 .
0,8
0,9'
1.0
1.25'
| Квадрант!
i I
j______i----
500 250
Квадрант ll
I
Р,,кгс 1000 750
cI.mm
JOO 400 500
100
50
О
Кбадрант Ш
45
3.0
$,мм/ид 0,75s 0,5s 0,25s
10
0,5
100
0.1 0.2 0.1
о,з_ 0.2
0.4 0,5- 0.3 0,2
0.6 ОТ 0,4- 0.3
0.8. 0.5 0.4
Рис. G5. Номограмма для определения допустимой величины
подачи и глубины резания при обработке деталей типа дисков и
колец на магнитном патроне 0 530 мм конструкции Ленин-
градского завода-втуза
ружном продольном и поперечном точении, отрезке и подрезке тор-
цов дисков и колец, закрепленных на магнитном патроне данной
конструкции.
На основании экспериментальных данных в квадранте / была
построена зависимость величины 7Икр = f (d) при фиксированных
значениях наружного диаметра D, равного соответственно 536, 483,
431 мм и т. д. Как видно из графика, зависимость Л4кр = f (d) криво-
линейна, причем резкое уменьшение момента наблюдается после
расточки внутреннего диаметра кольца d примерно на величину
104
66. Схема обработки фланца на
магнитном патроне
200 мм. Функция Л4кр = f (d) единственная, требующая проведения
экспериментов.
График в квадранте II является вспомогательным. Он представ-
ляет собой пучок прямых линий, выходящих из начала координат,
которые отражают зависимость Л4кр = Ркр/ или МР. — Pz-^- (для
фиксированных значений диаметра D).
Квадранты III и IV являются рабочими. Графики в этих квадран-
тах отражают взаимосвязь допустимой величины подачи s (в мм об),
глубины резания / в мм и тангенциальной силы резания Р в кгс.
В квадранте III эти зависимости построены для попереч-
ного точения, отрезки и про-
резки, в квадранте IV — для на-
ружного продольного точения.
Практика показывает, что
значения сил резания в про-
цессе обработки не остаются
постоянными. Ряд таких при-
чин, как неравномерность при-
пуска, неоднородность струк-
туры обрабатываемого мате-
риала, случайное затупление
инструмента и т. д., могут вы-
вать значительное увеличение
сил резания по сравнению с рас-
четной. С целью обеспечения
большей надежности определяе-
мых данных расчетная величина
силы резания при построении рпс
номограммы взята с коэффи-
циентом 1,25.
Искомой величиной по номограмме является допустимая вели-
чина подачи, которая входит в формулу силы резания с дробным
показателем степени. Поэтому графики, построенные в этих квадран-
тах, имели бы вид кривых, что не совсем удобно для практических
целей. Выравнивание этих графиков осуществлено посредством функ-
циональных шкал для s'/p2. Тогда при постоянных значениях осталь-
г> I !,Р
пых величин уравнение можно записать как Р = ks г' а построен-
ная номограмма будет иметь вид лучевого графика.
Номограмма построена для относительно благоприятных условий
работы. В реальных условиях возможно изменение условий обра-
ботки, принятых при построении номограммы (материал детали,
состояние поверхности и т. д.), что вызовет необходимость умень-
шения допустимой величины подачи. Эти отклонения учтены с по-
мощью коэффициентов. Поэтому с целью упрощения пользования
номограммой рядом с основной шкалой s построены функциональные
шкалы для 0,75s; 0,5s и 0,25s. Коэффициенты получены с учетом
экспериментальных данных. Например, для определения влияния
105
шероховатости опорной поверхности был изготовлен диск с соответ-
ствующими параметрами и по упомянутой методике для него была
определена критическая сила Ркр. Путем последующих расчетов был
определен коэффициент kL и в соответствии с ним построена новая
шкала s — 0,75s.
Точность данного метода испытания, характеризующегося отно-
сительной погрешностью определения усилия нагрузки Р , со-
ставляет ±3°о. Установлено, что наличие масла или эмульсии па
зеркале патрона практически не влияет на силу притяжения,
так как колебания силы находятся в пределах указанной погреш-
ности.
Полученные результаты по режимам резания полностью подтвер-
дили справедливость разработанных нормативных материалов, обес-
печивающих безопасную работу. В п. 6 приведены рабочие режимы
резания, примененные при точении деталей, закрепленных па этом
магнитном патроне.
Значительно больше распространены детали типа фланцев. Обра-
ботка их па магнитных патронах во многих случаях рациональнее,
чем по обычной технологии, так как позволяет с одной установки
обработать все поверхности за исключением опорной. Схема закреп-
ления фланца на магнитном патроне (рис. 66) аналогична схеме
закрепления кольца, однако условия равновесия определяются более
сложными з а в и с и мостя м и.
В процессе обработки фланца нарушение равновесия может про-
изойти по трем причинам. Во-первых, за счет сдвига детали в пло-
скости зеркала патрона под действием силы Р, которая представляет
собой равнодействующую сил Pz и Ру. В зависимости от соотноше-
ния сил Pz и Ру направление вектора силы Р может меняться. Во-
вторых, нарушение равновесия может произойти за счет вращения
детали от приложенного к ней момента Pzr. Наконец, в-третьих,
может произойти опрокидывание детали вокруг некоторой точ-
ки А, расположенной на основании детали с радиусом /?,
под действием момента PH (Н—высота детали). Если пре-
небречь весом детали и составляющей усилия резания Рх, так
как в определенной степени они компенсируют друг друга, то
расчетные формулы для определения равновесия детали будут
иметь следующий вид.
1. Проверка на сдвиг. Сдвига не произойдет, если
Р < fpy-дЛ (/?2—го), а при г0 — 0 Р < fpyflnR2.
2. Проверка на вращение. Вращения детали не будет, если
Рг < 4 -г§).
О
3. Проверка на опрокидывание. Несколько сложнее вывод фор-
мулы для определения условия равновесия при опрокидывании де-
тали относительно точки А. Здесь нужно определить удержи-
вающий момент, который создается удельной силон притяже-
ния кольца с наружным радиусом R и внутренним отно-
сительно точки А (а не центра). Этот момент можно определить по
106
формуле
2л 2r cos
Решая
это выражение в окончательном виде, получаем
20 з 4 п2 \
тг- го--ж R /о ).
М.
условие равновесия
Тогда
делится ио выражению
о г опрокидывающего момента оп ре-
уд
20
9
В зависимости от габаритов детали и соотношений ее размеров (Я,
г, г0 и Н) проверку равновесия можно производить не по всем зави-
симостям, а только по тем, которые определяют первую, главную
причину. Для фланца это будет выглядеть следующим образом.
При [я (/?2 — го) < (/?3 — /'о) и
М (Л2
20 _з 4 п2
0 0 о * \ Го,
определяющим процессом будет сдвиг и равновесие детали сохра-
нится, если
уд з
20
о
уд з
определяющим процессом будет вращение детали и равновесие ее
сохранится,
если
107
определяющим процессом будет опрокидывание относительно неко-
торой точки .4 и равновесие детали сохранится, если
Зависимости, служащие для определения лимитирующего про-
цесса, легко номографируются и вся операция по определению равно-
весия фланца в процессе обработки па магнитном патроне упро-
щается до степени, характерной для приведенного выше случая
определения равновесия детали типа кольца.
Равновесие одиночных деталей,
закрепленных на магнитных плитах
Из описания методики разработки номограмм типа, показанного
на рис. 65, видно, что по своему содержанию они являются специали-
зированными. Такую номограмму нельзя, например, применить для
определения равновесия детали, закрепленной на патроне другого
типа п другой характеристики. В этом состоит недостаток как самой
номограммы, так и метода ее построения. Поэтому с целью унифи-
кации нормативных материалов, предназначенных для определения
допустимых режимов резания деталей, закрепленных па магнитных
приспособлениях, можно рекомендовать другой способ их составле-
ния. Такие нормативные материалы представляют собой комплект
номограмм, пользуясь которыми можно проверить выполнение усло-
вия равновесия детали па магнитной плите при выбранных режимах
обработки \ При этом в качестве процесса обработки было выбрано
фрезерование как наиболее перспективный вид механической обра-
ботки, при котором применение магнитных приспособлений (плит)
дает наибольший экономический эффект. Исходными данными при
разработке таких материалов являются: нормативы режимов обра-
ботки, размерные характеристики обрабатываемой детали, техноло-
гические характеристики магнитных плит, расчетные силовые схемы
для определения условия равновесия детали в процессе механической
обработки и расчетные уравнения для определения условия равно-
весия детали.
При разработке номограмм нормативы режимов обработки при-
нимаются по общемашиностроительным нормативам режимов реза-
ния принятым на фрезерных станках (серийное производство). На
этом этапе расчетов учитываются такие работы, как выбор режущего
инструмента (фрезы), т. е. установление ее размеров (диаметра D
и ширины В), материала и геометрии режущей части, числа зубьев z
и т. д.; выбор режимов резания, в том числе глубины резания /,
подачи на один зуб фрезы s2, скорости резания и и т. д.
1 Нормативные материалы разработаны аспирантом ЛПЭИ им. П. Тольятти
О. П. Гордеевым под руководством автора.
108
Размерные характеристики обрабатываемой детали включают раз-
меры опорной поверхности детали, т. е. поверхности, прилегающей
к зеркалу магнитной плиты (размеры / и Ь), и размер h— расстоя-
ние от зеркала плиты до обрабатываемой поверхности (рис. 67).
В качестве основной технологической характеристики принята
удельная сила притяжения руд в кгс/см2, определенная как частное
от деления величины отрывного усилия Q эталонного образца опре-
деленного диаметра на площадь этого образца (см. и. 9).
Рис. 67. Расчетная схема для определения условий равновесия дета-
ли, закрепленной на магнитной плите при торцовом (а) и цилиндри-
ческом (б) фрезеровании
Расчетные силовые схемы для определения условия равновесия
детали в процессе механической обработки (фрезерование), представ-
ленные на рис. 67, а и и, являются наименее благоприятными с точки
зрения равновесия детали при различных взаимных расположениях
и направлениях перемещений инструмента и детали.
Расчетные уравнения для определения условия равновесия дета-
лей в процессе фрезерования могут быть получены из рассмотрения
принятых расчетных силовых схем и известного закона статики твер-
дого тела. Согласно этому закону, твердое тело будет находиться
в равновесии, если сумма проекций всех сил на координатные оси
п сумма моментов всех сил относительно этих осей будут равны нулю,
т. е. = 0; У(/ = 0; £г = 0; ^Мх = 0; У\Му = 0; = 0.
С целью упрощения расчетов в уравнениях составляющие силы
резания Ро, Рн и Рос были выражены через окружную силу реза-
ния Рг по известным в теории резания соотношениям для различных
способов фрезерования (на рисунке Rx, Ry — реакции опор). Кроме
того, при составлении расчетных уравнений были приняты наиболее
неблагоприятные с точки зрения равновесия детали значения
109
координат точек приложения силы резания, а также введен коэф-
фициент (/г = 1,5), гарантирующий надежность расчетных формул.
С учетом сказанного условия равновесия детали при различных спо-
собах фрезерования будут определяться соотношениями:
при цилиндрическом встречном фрезеровании
р <—!^Рул . 614)
2х, у^= 0,9 (Z-h 4/0 ’
при цилиндрическом попутном фрезеровании
^Руд .
1,8/1 ’
при торцовом симметричном фрезеровании:
р ^Рур, . 1
1,2 h ’
р -- ^2^УД .
2у^ 2 85h ’
р -- /сдв^Руд .
2,85 — 0,75/Сд в ’
при торцовом несимметричном встречном фрезеровании:
л ^Руд .
2х 2,7/г ’
р ^2Руд .
2У 2,1/4 ’
р [ сдв/^Руд .
2,1-0,75/СдВ ’
при торцовом несимметричном попутном фрезеровании:
Р .
гх 0,9/г ’
р - ^2Руд .
2у^ 31г
/сдв^Руд
(16)
(17)
(18)
I
- 0,75 /сдв ’
В формулах индекс при Р указывает относительно каких коорди-
натных осей рассматривается действие силы резания.
Не трудно обнаружить, что действие силы Рг приводит к опроки-
дыванию детали относительно осей X и Y, а также к повороту ее
вокруг оси Z.
Приведенные формулы могут быть непосредственно использованы
для проверки условий равновесия детали в процессе фрезерования
при выбранных режимах резания. Однако в такой форме методика
имеет малопригодное практическое значение из-за своей трудоем-
кости и сложности. Поэтому с целью упрощения пользования ею все
НО
приведенные и другие вспомогательные зависимости были представ-
лены в виде номограмм.
При разработке номограмм был использован известный принцип
сложения величии типа х = а + Ь. Искомая величина х находится
по шкале, расположенной между двумя другими шкалами а и Ь,
построенными в определенном масштабе и расположенными на опре-
деленном расстоянии от оси X. Практически любую из приведенных
зависимостей можно представить в виде суммы, если ее прологариф-
мировать. Это и позволяет использовать при номографировании ука-
занный принцип.
В методике представлены две группы номограмм: вспомогатель-
ные и расчетные.
Вспомогательные номограммы служат для определения усилия
резания Р при различных видах фрезерования и разработаны только
для комплексного решения вопроса одним методом (без них можно
обойтись, находя Р по соответствующим нормативам). В основу
разработки этих номограмм была положена известная зависимость
(19)
где В — ширина фрезерования, приходящаяся па одну деталь (в от-
личие от нормативов), или удельная ширина фрезерования. Осталь-
ные параметры соответствуют принятым в литературе.
Сделанное допущение правомерно, так как зависимость Рг от В
в большинстве случаев носит линейный (ир = 1) или близко к линей-
ному (пр = 0,95) характер. Поэтому формулой учитывается доля Рг,
приходящаяся па одну деталь при одновременной обработке несколь-
ких деталей, установленных в ряд по ширине. В номограммах для
определения Р ширина фрезерования, приходящаяся па одну де-
таль, именуется удельной шириной фрезерования В.
При построении вспомогательных номограмм были приняты сле-
дующие допущения: обрабатываемый материал — конструкционная
сталь с ов = 71 4-79 кге/мм2, НВ 203—206; передний угол фрезы
у = +10°; скорость резания v 50 м/мин; степень износа инстру-
мента — нормально затупленный.
Па рис. 68, а в качестве иллюстрации представлена одна из номо-
грамм для определения величины окружной силы резания Р2 (на
номограмме показан пример определения Рг = 305 кгс при i —
= 4,0 мм, sz = 0,16 мм зуб; В — 50 мм; D = 63 мм, z — 8). По ключу
можно судить, что при выбранных условиях определение Р не
представляет сложности и достаточно быстро производится.
При измененных условиях работы значение P'z вычисляется по
формуле
ВZ =г Рzkykv^ll 1
где kv — коэффициент, учитывающий изменение геометрии инстру-
мента:
у в град........+15 +10 +5 0 —5 —10 —15 —20
.............0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6
III
а)
г Ключ:
jn\t-K2~Sz (прямая 1)
Г Ь -осг~8 (прямая 2)
№ уЧЛ ’^(прямая 4)
5,0[
WY
А
з.о[
2,о\
153
t,MM
•f.
г 0,35
0,32
0,28
0,24
0,20
0,03
30,03
5г,мм/зу6
г 200
100
1000
20
18
16
80
60
40
1-20
В, мм
300
-80
-40
Ъ - 20
3tf
200
160
--500
-400
г 4 000
3000-
-2000
40
150
63
\80
100
125
160
175
200
14
12
10
I
3250
D, мм
- 20
240
Г 200
7,0-
Колетантцноп
200-
6,5-
6,0-
150
100
40 ±
1,мм
5,0-
305
205
176 'Тб 5
65
625
505
425
125
105
85
1000
900
8001
Ключ: l-fy-b (прямая 1)
Qyfi-(X2-Pz (прямая 2)
<Ху- [Н]-оЦпрямая 3)
-150
[50
-30
L20
[Н],мм
-100
90
[70
60
[Н],мм
Допустимое.
значение
45
40
- 60
-80
- 100
- 120
- 140
-160
-180
-200
-300
-400
-500
5Й7\^ 600
--- - 700
-800
-1000
- 1200
5 -1400
§ § - 1600
* £ -1800
3000
р кг с Дм и.
Рис. 68. Рабочие номограммы
Рис. 68. Рабочие номограммы для определения величины окружной силы резания Pz при
торцовом фрезеровании (а) и для определения равновесия детали при цилиндрическом встреч-
ном фрезеровании (6)
kv—коэффициент, учитывающий изменение скорости резания:
V в м/мип 50 75 100 125 150 175 200 250
/’О...... 1,0 0,98 0,96 0,94 0,92 0,90 0,88 0,85
ku—коэффициент, учитывающий изменение свойств обрабаты-
ваемого материала:
Вязкие стали........................................1,75—1,90
Стали средней и повышенной твердости............. 1,2—1,4
Расчетные номограммы служат для решения задачи о равновесии
детали в процессе резания. Так как условия равновесия зависят от
направления действия сил, приложенных к детали, то требуется не-
сколько номограмм. На рис. 68, б показана одна из них. По ней
определяют равновесие детали при цилиндрическом встречном фре-
зеровании (на номограмме приведен пример определения [Я] =
= 176 мм при / = 150 мм, b = 800 мм и руд — 5,0 кгс/см2). Основной
проверкой здесь является проверка па опрокидывание детали. С этой
целью сначала прямой 1 соединяют две точки: длину и ширину де-
тали. Пересечение этой прямой со шкалой ctj определяет точка А.
Затем прямой 2 соединяют точки /?уд (удельная сила притяжения),
Рг (сила резания) и определяют положение точки Б на шкале а.,.
Соединив точки .1 и Б, по шкале \Н] находят допустимое значение
высоты детали, при которой еще сохраняется равновесие. Должно
быть //дет < \Н] (Ядет находят по вспомогательной номограмме).
Пз номограммы видно, что по своему характеру она универсаль-
ная. Ею можно пользоваться при любой характеристике магнитной
плиты. Для этого нужно только знать значение /?уд для той плиты,
равновесие детали па которой нужно определить.
В отличие от номограммы, приведенной на рис. 65, в рассматри-
ваемой в явном виде представлена силовая характеристика магнит-
ного приспособления в виде удельной силы притяжения руд. При
этом эта характеристика отражена шкалой /?уд, а нс точкой. В свою
очередь это придает всей номограмме универсальный характер, так
как с се помощью можно проверить условие равновесия детали, уста-
новленной на любой магнитной плите. Для этого нужно знать только
силовую характеристику плиты. Последняя, как уже было сказано,
должна отражаться в паспорте плиты или может быть определена
экспериментально.
Представляется, что разработка нормативных материалов в виде
универсальных номограмм для проверки равновесия детали в про-
цессе резания является конечной целью одной из всех исследований
магнитных приспособлений. Приведенная методика — основа для
таких разработок.
Равновесие нежестких одиночных деталей
и деталей, установленных в ряд
Наиболее распространенным методом плоского шлифования, как
известно, является шлифование периферией круга. Анализируя схему
установки детали па магнитной плите с упором при обработке пери-
114
ферией круга, нетрудно прийти к выводу, что нарушение равновесия
[стали пе может произойти даже при отсутствии силы притяжения,
если упор установлен па высоте, соответствующей высоте детали.
Этот вывод подтверждается результатами обработки жесткой детали
па выключенной плите — опрокидывания детали и срыва с приспо-
собления не произошло. При установке упора ниже середины высоты
детали только па входе и выходе инструмента были замечены незна-
чительные искажения профиля обработанной поверхности. Если же
5 пор установлен на максимальную высоту, то искажения профиля
не наблюдается.
Для проверки этих выводов был произведен опрос шлифовщиков
завода Ленполиграфмаш, работающих на плоскошлифовальных стан-
ках. Результаты этого опроса, в частности, показали следующее рас-
пределение случаев (в %) срыва деталей с магнитных плит в зависи-
мости ог характера детали и схемы их установки:
Опрокидывание жестких деталей, обрабатываемых по одной штуке О
Деформация одной нежесткой детали
Потеря устойчивости ряда установленных последовательно
деталей...............................................88
Вопросы устойчивости нежестких деталей, установленных после-
довательно в ряд при их обработке, практически пе изучены.
Устойчивость гибкого стержня, нагруженного только продоль-
ной силой Ркр, проверяется по известной формуле Эйлера
кр —
м2
(20)
где Р — критическая сила; Е — модуль упругости материала;
Jinin— момент инерции сечения стержня; I — длина стержня; р—
коэффициент приведения длины стержня, зависящий от условия за-
крепления стержня, характера нагрузки и т. д.
Эксперименты показали, что для детали, пе испытывающей уси-
лия притяжения, по мере увеличения отношения составляющих
силы резания Pt/ : Pz = tg а коэффициент р стремится к величине 0,7
и в области реальных значений tg се = 2->5 может быть без большой
ошибки принят р = 0,7.
Зная величину РК[), можно определить условие равновесия для
жестких деталей
. »• t
Г л
где и— коэффициент запаса.
При расчете стержней на продольный изгиб по формуле (20)
исходят из условия «устойчивости в малом», т. е. из условия, что
при изгибе стержня па бесконечно малую величину приложением
поперечной возмущающей силы он возвращается в исходное состоя-
ние после снятия поперечной силы при продольной силе меньше кри-
тической. В случае же нагружения детали силой магнитного притя-
жения, равномерно распределенной по длине детали, это условие,
очевидно, выполняется и при любых больших критических продоль-
8* 115
пых силах. Поэтому для решения задачи устойчивости стержня,
прижатого к приспособлению распределенной силой руд и нагру-
женного силами резания Ру и Pz, схема устойчивости в малом не
пригодна. Необходимо рассматривать хотя и малые, ио конечные
возмущения системы.
Однако в магнитных приспособлениях даже малое (конечное)
увеличение зазора приводит к значительному снижению силы при-
тяжения (см. п. 14). Все это в значительной степени усложняет ана-
литическое решение задачи. Поэтому влияние силы притяжения па
устойчивость нежесткой детали было изучено па основании экспери-
ментальных исследований и уже па этой основе выведены аналити-
ческие расчетные зависимости.
Экспериментами было подтверждено действительное наличие влия-
ния руд на равновесие нежесткой детали. В конечном итоге аналити-
ческое выражение критической силы приняло вид
12,6л2£7х
1§(100руд).
(22)
Таким образом, па основании экспериментальных данных и с уче-
том поправочного коэффициента условие равновесия нежесткой де-
тали, установленной па магнитную плиту, может быть определено так
п
(23)
Или, принимая п = 1,5 и подставляя в выражение (23) значение Р'кр
всех входящих в него величин, окончательно получаем условие рав-
новесия
Рг^13,8-Ц^1ё(100руд). (24)
Это выражение показывает, что сила притяжения значительно повы-
шает устойчивость нежестких деталей, но проверку устойчивости
тонких, узких и длинных деталей производить необходимо.
Основываясь на выведенной зависимости, а также на ряде до-
полнительных экспериментов, было определено условие равновесия
двух и более нежестких деталей, установленных последовательно
друг за другом1:
bpIPE
Р
1g ( 1 00руД) .
(25)
Здесь /, — соответственно длина и ширина одной детали. При этом
имеется в виду, что h = const и все детали имеют одинаковый размер.
Обработка нескольких нежестких деталей, установленных на
магнитной плите в ряд, не является типичной схемой. Значительно
чаще в практике машино- и приборостроения встречается случай
обработки нескольких жестких деталей, также установленных в ряд.
1 В. А. Титов. Исследование технико-экономических предпосылок внедрения
электростатических плит для плоскошлифовальных станков. Автореф. канд. дисс.,
1973., ЛИТМО.
116
Схема равновесия ряда жестких Деталей в значительной степени от-
личается от рассмотренных выше схем.
В отличие от случая равновесия одной жесткой детали для ряда
деталей установка упора па высоте ау обеспечивает равновесие
только той детали, которая непосредственно с ним контактирует.
Для остальных деталей упором является последующая деталь ряда,
а линия их контакта в общем случае находится иа произвольном
уровне от поверхности плиты.
В отличие от схемы равновесия нескольких нежестких деталей
ряд жестких деталей имеет другой характер деформаций, поскольку
в этом случае сами детали не деформируются, хотя ряд может дефор-
мироваться.
Необходимо отметить особенность схемы равновесия деталей типа
шайб и дисков. Ряд таких деталей может потерять устойчивость в бо-
ковом направлении. Расчеты показывают, что боковые усилия, воз-
никающие как следствие потери устойчивости ряда, невелики даже
при значительном выпучивании его и могут быть уравновешены силой
трепня по опорным плоскостям деталей и дополнительной планкой,
установленной сбоку ряда. Однако установка такой планки при обра-
ботке шайб, дисков и других аналогичных деталей обязательна. Если
это условие выполнено, то случай ряда дисков можно рассматривать
как обычную однорядную установку жестких деталей.
Исследования устойчивости ряда жестких деталей показали, что
при приложении к нему некоторой критической силы Ркр происходит
нарушение равновесия в каком-то одном звене, между двумя дета-
лями, условия контакта между которыми были неблагоприятными.
При этом было выявлено, что величина критической силы зависит
от усилия притяжения (удельной силы) и некоторых коэффициен-
тов а0 и ах, являющихся функцией высоты детали /1Д и длины кон-
такта между двумя деталями / (по ширине)
Л<Р = яо + яфуд, (26)
где /?уд— удельная сила, отнесенная к длине детали в кгс см.
Из этого выражения видно, что Р не зависит от числа деталей
в ряду. Это было подтверждено экспериментально.
При дальнейших расчетах методом множественной корреляции
иа основании экспериментальных данных были получены значения
коэффициентов и aL и, наконец, окончательная зависимость устой-
чивости ряда:
рг < 0,6 -!- 0,1/к + (12 + 21,2/к -1- 23,2/0 . (27)
По существу, приведенные выше результаты исследований и ре-
комендации по расчету равновесия деталей, закрепленных па магнит-
ных приспособлениях, выполнены впервые. Некоторые из них (номо-
граммы) ие только получили теоретическое обоснование, по и про-
верены на практике; некоторые [эмпирические зависимости (24),
(25), (27)] проверены экспериментом; они оригинальные по поста-
новке вопроса и позволяют определить равновесие деталей, закреп-
ленных на магнитных приспособлениях, расчетным путем.
Глава IV
ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРИ РАСЧЕТЕ
МАГНИТНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
12. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ
ила притяжения в магнитных приспособлениях является прояв-
лением энергии магнитного поля. Магнитная энергия определяется
по формуле
»„ = К (28)
где В — магнитная индукция; Н — напряженность магнитного поля;
V—объем пространства, занятого полем.
Магнитная сила равна производной энергии магнитного
координате,
поля по
которую сила стремится изменить, т. е.
п —
4 “ dd •
Формулу
(28) можно преобразовать, если принять, что
Но
W =
* м о
2[i0
Подставляя
это выражение в формулу (28а), имеем
Q=-™
4 2р0
Это выражение получило название формулы Максвелла.
Переходя от индукции к магнитному потоку, получаем
(28а)
(29)
(29а)
Сила в системе СИ выражается в ньютонах (Н). Для перехода
к килограммам полученные выражения нужно умножить па коэф-
фициент, равный 0,102.
Тогда
0 = 0,102-2^-= 0,102=^
118
Подставляя в эти формулы = 4л10~7 Г/м и выражая пло-
щадь S в см2, имеем в окончательном виде уже известные выраже-
ния (2) и (11).
Сила притяжения магнитного приспособления прямо пропорцио-
нальна квадрату индукции и площади поперечного сечения зазора
в первой степени, через который магнитный поток проходит из полю-
сов в деталь. Иными словами площадь поперечного сечения зазора S—
это суммарная площадь соприкосновения детали с полюсами при-
способления. Из формулы следует также, что величина рабочего
зазора 6 непосредственного влияния на силу притяжения пе оказы-
вает. Нужно лишь в этом зазоре создать необходимую индукцию В.
Таким образом, расчет силы состоит в определении индукции или
величины магнитного потока в рабочем зазоре. В свою очередь ра-
бочий зазор является частью магнитной системы, а сама система —
частью магнитного приспособления.
Рапсе уже говорилось, что любое магнитное приспособление
можно представить как совокупность ряда параллельно работаю-
щих элементарных систем. По конструкции элементарные системы
весьма разнообразны и некоторые из них будут ниже приведены.
Однако расчет любой из них в принципе методически одинаков. Он
опирается на основные законы из теории магнитных (электрических)
цепей с нелинейными элементами или теории электромагнитного
поля.
Закон полного тока устанавливает зависимость па-
дения магнитного напряжения в какой-либо замкнутой магнитной
цепи пли участке этой цепи от величины полного тока, сцепляющегося
с этой целью.
Полным током называется алгебраическая сумма токов, сцепляю-
щаяся с магнитной цепью. В случае наличия катушки с числом вит-
ков to, по которым проходит ток /, полный ток равен произведе-
нию lw. Это произведение называют также полной магнитодвижущей
силой (м. д. с.)
Fo = Iw. (30)
В общем виде закон полного тока выражается зависимостью (5).
При практических расчетах магнитных цепей всегда можно раз-
делить цепь на участки, для каждого из которых можно принять ве-
личину напряженности поля постоянной. Тогда закон полного тока
может быть выражен как
р0 = ^я,д/( = 2/=/а>. (31)
Произведение называют также падением м. д. с. на данном
участке.
Если значение напряженности для всех точек данной магнитной
цепи одинаково, а сумма Д/ по контуру равна длине этой цепи /, то
закон полного тока запишется так:
Hl = yiI = Iw = F0.
Пользуясь законом полного тока, можно определить, например,
напряженность поля внутри катушки, намотанной на стальное
119
кольцо — тороид. Такое устройство представляет собой очень про-
стую магнитную систему, в которой магнитная цепь состоит только
из одного тела — металлического кольца. Контуром здесь является
Рис. 69. П-образпая элементарная
электромагнитная система:
окружность радиуса г ( г =
Длина контура / = 2лг.
Отсюда
HI = Н2лг = Iw
н тогда
Iw
2лг
Л/м.
При проектировании магнитных
приспособлений практически невоз-
можно создать системы в виде тороида.
Наиболее простой реальной магнит-
ной системой может быть П-образная
система (рис. 69). В такой системе
с довольно грубым приближением
можно принять следующие участки
/—деталь; 2 — ссрдечннки-полюс- с ПОСТОЯННОЙ напряженностью ПОЛЯ',
пики; 3 — электромагнитная катуш- ,
ка; 4 — основание В СерДСЧИИКаХ — уЧЗСТКП (I — Ь И
а'—Ь', в магнитопроводах— участки
b—с и //—с', в рабочем зазоре 6 — участки с—chic'—cl', в детали —
участок d—d', в основании — участок а—а'. В этом случае закон
полного тока запишется так
HlJa—b Д' HyJb—c
H^c—d
Hb^d'—c'
К ННс’—b’ -
— Н^Ь'-а' Д’ НПа—а' — О-
Если
Н1 = Н1 и а—-Ь = а'— Ь'-} Н2 = НЬ и b — с=с'— Ь'\
Н3 = НЬ и с — d — d' — с',
то
ZHda-b + 2H2lb-c + 2//36 Д- Hdd-d'
H^la-a' = Ер,
где Н1, Н2, Из, Н4 и Н8—соответственно напряженности магнит-
ного поля в сердечнике, в стали адаптерной плиты, в рабочем за-
зоре, детали и основании; Zt- и 6 — средняя длина магнитных сило-
вых линий на соответствующих участках.
Если принять, что /Д/{. = Fit то для рассматриваемого случая
г о = S Д = 2ГХ + 2F, + 2Г3 + Г 4 + Г8,
где Fi— падение м. д. с. на соответствующем участке магнитной
цепи; Fo—полная м. д. с., развиваемая катушкой.
Приведенной зависимостью выражен второй закон Кирхгофа для
магнитных цепей, который выражает, что алгебраическая сумма
120
магнитных напряжений
магнитной цепи равна
м. д. с., т. е.
(падений м. д. с.)
алгебраической
па отдельных участках
сумме действующих
(32)
Закон Ома для маг и и т н о й цеп и отражает связь
магнитного сопротивления 7?м с током и м. д. с. Магнитная индукция
внутри кольцевого магпитопровода (тороида)
В = [iH = |i .
Если площадь поперечного сечения кольца но всей длине одина-
кова и равна S, то, зная индукцию В, можно определить магнитный
поток
ф = BS = fiHS = II .
м
Эту формулу можно представить в ином виде
Iw
По своему виду эта формула напоминает закон Ома. Выше было
указано, что произведение Iw называется м. д. с. Выражение —,
стоящее в знаменателе, называется магнитным сопротивлением и обо-
значается буквой 7?м, т. е. RM = —$.
Таким образом, магнитный поток Ф пропорционален м. д. с.
и обратно пропорционален магнитному сопротивлению RM, или
Величина, обратная магнитному сопротивлению, характеризует
магнитную проводимость и чаще используется для характеристики
воздушных участков магнитной цепи:
(33)
В этом случае закон Ома для участка магнитной цепи примет вид
Ф=СЕ. (34)
Первый закон К и р х г о ф а для магнитной цепи гласит:
алгебраическая сумма магнитных потоков, сходящихся в каком-
либо узле, равна нулю, т. е. £ф = о.
Этот закон необходим для расчета сложных, разветвленных маг-
нитных цепей, в частности для расчета магнитных цепей с учетом
потоков рассеяния.
121
13. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ МАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ И ИХ РАСЧЕТНЫЕ
ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ
Магнитной системой называется совокупность источ-
ника магнитного поля с магнитопроводами, по которым поток под-
водится к рабочему зазору. Очень часто магнитное приспособление
целиком является магнитной системой Как это будет показано ниже
такие магнитные системы сложны по конструкции и с учетом взаимо-
связей исходных данных (см. рис. 63) расчет их становится очень
Рис. 70. Разрез многокатушечной прямоугольной электромаг-
нитной плиты:
1 — закрепляемая деталь; 2 — сердечник; 3 — электромагнитная ка-
тушка; 4 — основание; 5 — корпус; 6 — немагнитная прокладка
трудоемким и сложным. Исходя из того, что подавляющее большин-
ство магнитных систем приспособлений являются симметричными,
расчет можно упростить, а трудоемкость его снизить, если выбрать
для этих целей часть системы — элемент, который в общей совокуп-
ности повторяется несколько раз. Сказанное наглядно иллюстри-
руется элементарной системой, приведенной па рис. 69, а также раз-
резом одной из распространенных конструкций прямоугольных элек-
тромагнитных плит (рис. 70).
Несмотря на то, что плита (рис. 70) сконструирована па основе
простых П-образных элементарных систем (рис. 69), путь прохожде-
ния магнитного потока усложнился, так как в приспособлении по-
явился корпус 5, изготовленный также из стали. Теперь магнитный
поток, который совершает работу по притяжению детали, может идти
не только по своему основному направлению Фр от полюса N через
деталь к полюсу S, но также по пути потоков Фр и Фр', т. е. через
корпус плиты 5 (см. также п. 18).
122
Для магнитного потока воздух хотя и представляет собой большое
сопротивление, ио оно не настолько большое, чтобы вовсе прегра-
дить ему путь. Поэтому в приспособлении магнитный поток будет
проходить и по другим путям, минуя рабочий зазор. Такие потоки
принято называть потока м и уте ч к и; в рассматриваемой си-
стеме они обозначены Фу,, Фу,, Фу2 и Фу2.
Значительное разнообразие конструкций магнитных и электро-
магнитных приспособлений не вносит сколь-нибудь принципиальных
различий в конструкцию элементарной системы. В подавляющем
числе это П-образные системы. Следует подчеркнуть, что магнитный
поток всегда стремится пройти по самому кратчайшему пути с наи-
меньшим магнитным сопротивлением. Поэтому замысловатые эле-
ментарные системы не обеспечивают большой силы притяжения.
В них велики потоки утечки. Это правило можно показать на при-
мере рис. 70. Иногда подключение электромагнитных катушек де-
лают таким образом, что полюсы на зеркале плиты, ограниченные
немагнитной прокладкой, получают одинаковую полярность на-
пример, /V). Тогда корпус приспособления становится южным полю-
сом системы S и основной рабочий поток, совершающий работу по
притяжению детали, пройдет по пути потока Фр (потока Фр вообще
не будет). Однако путь прохождения магнитного потока в этом слу-
чае увеличивается, а следовательно, увеличится и магнитное сопро-
тивление. Соотношение между сопротивлениями путей прохождения
рабочего потока и потока утечки выравнивается и рабочий поток
уменьшится. Уменьшится и сила притяжения.
Таким образом, при конструировании магнитных приспособлений
нужно стремиться к упрощению элементарных магнитных систем.
Расчет магнитных систем сводится к нахождению величин магнит-
ных потоков, проходящих по различным путям. Собственно, для от-
вета на интересующий пас вопрос достаточно было бы знать величину
рабочего потока, но он связан со всеми другими и найти его можно
только путем правильного распределения общего потока по всем
путям, его прохождения, включая утечку. Решение такой задачи осу-
ществляется на основе теории электрических цепей. С этой целью
элементарную магнитную систему представляют в виде совокупности
магнитных сопротивлений, соединенных между собой соответствую-
щим образом, что и образует символическую электрическую цепь.
Для иллюстрации сказанного рассмотрим простейшую П-образ-
ную систему с постоянным магнитом (рис. 71).
Как уже было показано, воздух для магнитного потока не является
настолько большим магнитным сопротивлением, чтобы не пропускать
его. Поэтому в системе магнитный поток постоянного магнита пройдет
от одного полюса к другому как по стальным магнитопроводам, так
и по воздуху в пространстве, окружающем магнитную систему.
Таким образом, в первом приближении можно считать, что для маг-
нитного потока существует два пути: по стали и по воздуху. В сумме
та и другая части потока составляют полный магнитный поток, ибо
они неминуемо должны пройти через нейтральное сечение магнита,
так как поток всегда замкнут. Следовательно, полный поток можно
123
замерить лишь в нейтральном сечении магнита (или намагничиваю-
щей катушки). Таким сечением является сечение а—а. Это сечение
делит магнит на две равные части. Полный поток мы будем обозна-
чать через Фо.
На участке магнита 0—/, от нейтрали до плоскости полюса, по-
ток не остается постоянным, а изменяется вследствие наличия потока
утечки ФУ1 [этот поток можно представить как сумму потоков ФУ1;
Фу); ФУ1! и Фу; (не показанного на рисунке)], проходящего у про-
Рис. 71. Схема'распределения магнитных потоков в элемен-
тарной системе с постоянным магнитом
тнвоположной стороны магнита. Поток утечки ФУ1 проходит по
воздуху с поверхности одной половины магнита к другой (за исклю-
чением поверхности полюсов). Пространство, внутри которого за-
мыкается поток ФУ1> можно представить в виде полуцилиндра с ра-
диусом, равным ~ (/м—длина магнита), положенного соответ-
ственно па все четыре стороны параллелепипеда (магнита), и четырех
четвертинок шара, которые соединяют вертикальные и горизонталь-
ные торцы полуцилиндра.
На участке 1—2 магнитный поток преодолевает сопротивление
воздушного зазора, отчего величина полного магнитного потока
уменьшается. Этот зазор является нежелательным, поэтому в маг-
нитных приспособлениях все нерабочие зазоры необходимо сводить
к нулю (минимуму) с тем, чтобы максимально уменьшить магнитное
124
сопротивление пути прохождения полезного магнитного потока.
Большая часть магнитного потока, преодолевшая сопротивление
воздушного зазора 1—2, проходит по магиптопроводу и достигает
рабочего зазора 5—6 (6). Эта часть магнитного потока совершает не-
обходимую работу по притяжению детали и поэтому называется по-
лезным потоком, пли рабочим Фр. Можно допустить, что полезный
поток, подведенный к рабо-
чему зазору 6, весь пройдет
через пего. В этом случае
Фр = Фб. Поток, проходящий
по детали, обозначают Фд.
С некоторым допущением
условимся считать Фд = Фб.
Часть магнитного пото-
ка, пронизывающая прост-
ранство, ограниченное полюс-
ппкамп с одной стороны,
магнитом и деталью с другой,
па длине отрезка 4—4' не
участвует в полезной работе,
поэтому является потоком
утечки ФУа. Во многих слу-
чаях этот поток составляет
значительную часть от пол-
ного потока утечки. Разу-
меется, поток утечки ФУ2, так
Рис. 72. Эквивалентные электрические схе-
мы замещения для элементарной системы,
показанной на рис. 69: а — полная, б —
упрощенная
же как и другие потоки, про-
низывает все сечения между магнитом и деталью. Однако плот-
ность потока по высоте этого сечения будет ие одинакова.
Значительную долю общего потока утечки составляют потоки ФУз,
ф)3 и ФуУ (сумму их обозначим ФУз). Эти потоки замыкаются между
торцовыми поверхностями магнитопроводов по путям 8—8’, 3—3'
и 7—7'. Пространство, внутри которого проходят эти потоки утечки,
можно представить в виде полукольца, толщина которого равна ши-
рине магнитопровода. Для полного учета потоков утечки ФУз не-
обходимо рассмотреть также проводимости, расположенные между
торцами полуколец.
Наконец, часть магнитного потока (ФУ4, Фу’, Ф"1 и ФУУ) можно
обнаружить между боковыми поверхностями системы. Правда, эти
потоки утечки часто не учитываются, так как составляют лишь не-
значительную часть общего потока рассеяния.
Помимо перечисленных магнитных потоков можно обнаружить и
другие, например потоки «выпучивания». Учесть их влияние па ра-
ботоспособность приспособления довольно трудно и пет особой не-
обходимости, так как они очень малы.
Как уже было сказано, все пути прохождения магнитного потока
можно представить в виде магнитных сопротивлений, соединенных
между собой по соответствующей схеме. Такую схему (рис. 72)
125
принято называть эквивалентной электрической схе-
мой замещ’е ни я. Имея в виду, что величина ряда потоков
утечки мала и с достаточной для практических целей точностью
ими можно пренебречь, полную эквивалентную электрическую схему
замещения (рис. 72, а) можно упростить до вида, показанного па
рис. 72, б. Упрощение схемы, т. е. решение вопроса о том, какую
часть от общего потока составляет исключаемый, можно производить,
опираясь на сравнение магнитных сопротивлений пли на опытные
данные, пли, наконец, на опыт расчетчика.
В приведенных на рис. 72 схемах применены следующие обозна-
чения: СУ1; Gy2; Gy3; Gy, — проводимости участков, по которым
замыкаются соответствующие потоки рассеяния; /\м; /?ст; 7?д —
магнитные сопротивления участков магнита, стали магнптопроводов
и детали; G6; Gg,_, — проводимости участков рабочего и нерабо-
чего зазоров; Gy — суммарная проводимость утечки.
При упрощении схемы принимались во внимание следующие со-
ображения.
1. Сопротивление постоянного магнита так или иначе учиты-
вается при графоаналитическом расчете в виде кривой размагничи-
вания, поэтому в упрощенную схему его можно пе вводить. Если же
источником энергии является намагничивающая электромагнитная
катушка, то учитывается только сопротивление стали.
2. Потоки утечки Фу4 и Фу[ (рис. 71) можно пе считать, так как
если из элементарных систем будет собираться блок, то их вообще
не будет, а если приспособление состоит из одной системы, то все
потоки ФУ1 малы и ими можно пренебречь (при условии, что тол-
щина стали полюсииков достаточна, чтобы пропустить основной по-
ток).
3. Если элементарную систему (или блок из них) не предпола-
гается устанавливать в ферромагнитный корпус (через немагнитные
прокладки), то потоком утечки ФУз также можно пренебречь из-за
незначительной его величины. Однако при установке системы в сталь-
ном корпусе (см. например, рис. 33) эти потоки значительны и их
нужно учитывать.
Разумеется, сделанное упрощение внесет погрешность в расчеты
силы, но при подобных расчетах точность в пределах 10—20% счи-
тается нормальной.
После разработки эквивалентной электрической схемы замеще-
ния можно приступить к расчетам. В подавляющем большинстве слу-
чаев решается прямая задача, т. е. при заданных размерах магнит-
ной системы определяется рабочий поток и по нему сила притяже-
ния детали. Если полученное значение силы не удовлетворяет тех-
ническим (технологическим) требованиям, то изменяют некоторые
размеры системы и расчет повторяют снова.
14. РАСЧЕТ МАГНИТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ И ПРОВОДИМОСТЕЙ
Расчет магнитных систем требует определения величин магнитных
сопротивлений отдельных участков па пути прохождения магнит-
ного потока, в том числе и по тем участкам, где магнитный поток
126
Рис. 73. Схема к расчету магнитного
сопротивления стали и проводимо-
стей путей потоков утечки
проходит по воздуху. Это необходимо как для определения величин
магнитных потоков в различных частях магнитной цепи, так и для
вычисления сил магнитного притяжения.
С точки зрения рассмотрения физической картины потокораспре-
деления в магнитной системе бывает удобнее оперировать не с вели-
чинами магнитных сопротивлений, а с соответствующими проводи-
мостями. При этом имеется в виду, что GM = \/RM.
Определение проводимостей отдельных участков магпитопроводов,
изготовленных из магнитно-мягких материалов (в дальнейшем мы
будем пользоваться терминами — сопротивление стали, иоток в стали
и т. д.), начинается с определе-
ния магнитного сопротивления
/?ы. Магнитное сопротивление ста-
ли определяется геометрическими
размерами магпитопровода и маг-
нитной проницаемостью ц [фор-
мула (4) I.
Магнитная проницаемость ста-
ПИ Ист = f (В) , т. е. это величина
переменная, зависящая от индук-
ции. В большинстве случаев маг-
нитный поток ио длине магнито-
провода /Ст нельзя принять посто-
янным. Следовательно, индукция
и магнитная проницаемость стали
по длине магпитопровода будут
изменяться.
При расчетах магнитных сопротивлений магнитопроводов их
длину разбивают па ряд участков, в которых с определенным допу-
щением можно считать, что магнитный поток остается постоянным
и изменяется скачками при переходе от одного участка к другому.
Таким образом, действительная картина непрерывного изменения
магнитного потока в магпитопроводе заменяется дискретной, при
которой считается, что изменение потока происходит только на гра-
ницах участка. Очевидно, что чем больше взято участков иа данной
длине магпитопровода, тем точнее будет определено его сопротив-
ление.
Сказанное выше можно показать на следующем примере. Пред-
положим, что необходимо определить магнитное сопротивление стали
па участке /ст (рис. 73). При этом известно, что в сечениях а—а
и b—b индукция составляет соответственно 1,8 и 1,6 Т. Площадь
поперечного сечения полюса 5ет = acrb = const.
Из условия можно определить, что поток утечки
Фу=1,85ст-1,65п=0,25ст.
магнитное сопротивление
е. принять, что Вст =
В первом приближении иа участке /ст
можно считать по средней индукции, т.
: = --’-ф = 1,7Т. Тогда по кривой намагничивания для стали Ст.З
127
(приложение 1) определяем
/7р0
________11/________226 1
6000-4-3,14-10~7
Отсюда магнитное сопротивление всего участка определится
величиной
В следующем приближении допустим, что ноток утечки Фу рас-
пределяется по длине /ст равномерно. Разобьем длину /ст па пять
участков (/—5), считая при этом, что индукция в соответствующих
сечениях (при одинаковой площади полюса) будет равна:
в, = ва_. - -L В = 1,8 - 0,04 = 1,76Т;.
О J
В., = Ва_а - 4 Ву = 1,8 - 0,08 = 1,72Т;
О J
в.л= 1,8 — 0,12 = 1,68Т;
В± = 1,8 — 0,16 = 1,64Т;
Магнитные проницаемости отдельных участков получат значения:
|лСТб =316.
рСТ| — 270;
Полное магнитное сопротивление полюсника па длине
определится
как сумма последовательно соединенных сопротивлений отдельны?
участков,
После подстановки соответствующих величин имеем
СТ
253S.
Сделанное выше допущение с точки зрения теории электрических
цепей не верно, так как фактически поток утечки Фу распределен
по длине /Ст с закономерностью, определяемой соотношением про-
водимостей. Разберем это на эквивалентной схеме замещения (рис. 74),
обозначения на которой вытекают из рис. 73. Анализ распределения
потоков утечки начнем с верхней части системы, т. е. с потоков, про-
ходящих через деталь; при этом воспользуемся зависимостями (6)
и (34).
1 Часто магнитная проницаемость определяется в системе CGSM, что привыч-
нее. Тогда Цст ~ В/В, где магнитная индукция В в Гс, а напряженность магнит-
ного поля Н в Э.
128
Рис. 74. Эквивалентная схема замещения к расчету сопротивления сталии потоков утечки: а —полная;
в — измененные в процессе расчета
9 О. Я- Константинов
129
Как известно, падение м. д. с. между точками 4—4' (рис. 74. а)
будет одинаковым как для цепи с потоком Фр, так и для цепи с по-
током Фу , т. е.
Л4 = Фр (/^5
Заменив /?5 -ф /?д /^5 = R3& (рис. 74, б), прнравп яем зависи-
мости и получим
Отсюда
'1’7 (35)
Параллельно включенные /ф и G" можно представить в виде
одного эквивалентного сопротивления /ф4 (рис. 74, в), тогда но ана-
логии с предыдущим имеем
(36)
Как это будет показано дальше, проводимое! ь утечки поверхностей
с одинаковыми геометрическими размерами и формой одинакова
т. с. Gy = Gy". Из рис. 73 и 74 видно, что Ф4 >Фр. Остается про-
анализировать величины R3ft и R ч. Они не равны между собой, по
R^t 2> А?Э(., так как увеличение сопротивления в цепи выше точек 3—3’
произошло за счет введения двух последовательно расположенных
сопротивлений Rx и R\. Таким образом сравнивая между собой за-
висимости (35) и (36), приходим к выводу, что Фу" ф>Фу\ Дальней-
ший анализ покажет, что Фу >ФуИ >Ф" .
Отсюда точные расчеты магнитных сопротивлений стальных участ-
ков магиитопроводов должны осуществляться с учетом потоков
утечки, распределенных пропорционально проводимостям (см. и. 27).
Как уже отмечалось, для магнитного потока воздух не является
настолько большим сопротивлением, чтобы не пропускать поток
через себя. Через воздушные участки утечки магнитных цепей иногда
проходит до 50 "о и более полного потока. Поэтому определен не маг-
нитного сопротивления или проводимости воздушных путей про-
хождения магнитного потока является одной из основных задач
расчета.
Магнитное сопротивление воздушного пути определяется по той же
формуле, которая применяется для определения магнитного сопро-
тивления стали. Разница заключается в том, что магнитная прони-
цаемость воздуха ро, в отличие от магнитной проницаемости стали рсг,
является величиной постоянной, что облегчает решение поставленной
задачи. Формулы (4) и (33) для воздушных путей примут вид
м
Формулы показывают, что магнитное сопротивление и проводи-
мость воздушных путей являются функцией геометрических размеров
участков, но которым проходит магнитный поток. Чем меньше, на-
пример, длина пути, по которому проходит магнитный поток, тем
меньше магнитное сопротивление воздушного участка и тем больше
его проводимость (при прочих равных условиях). В приведенной
на рис. 73 части магнитной системы проводимость пространства, рас-
положенного между двумя магнитопроводами, определится по фор-
муле
Так как р0 = const, то Gz/l = f V Изменяя, например, /ст,
можно увеличить пли уменьшить проводимость участка, по которому
проходит поток утечки Фу.
Несмотря па кажущуюся простоту расчета проводимостей воз-
душных путей, имеется два фактора, затрудняющих решение этой
задачи.
1. Экспериментально доказано, что с отдельных участков огра-
ниченной поверхности магнитный поток стекает неодинаково. Имеет
место концентрация магнитных силовых линий, особенно вблизи
углов. С этим же фактор.ом связано попятно потока «выпучивания».
Между тем при определении магнитного сопротивления воздушного
участка предполагается, что поверхности, между которыми опре-
деляется сопротивление, являются эквипотенциальными. Поэтому
выведенные для определения проводимостей формулы являются
приближенными.
2. Магнитное поле можно обнаружить в весьма обширном про-
странстве, окружающем магнитную систему. Следовательно, это
пространство является тем путем, магнитное сопротивление которого
необходимо определить. Между тем сделать это практически невоз-
можно из-за большого числа неизвестных факторов. Поэтому делают
второе допущение, заключающееся в том, что все пространство, в ко-
тором проходит магнитный поток, разбивается на ряд параллельных
путей простой формы. Обычно в качестве таких вероятных путей
потока берется пять элементарных объемов: призма, половина ци-
линдра, половина полого цилиндра (половина кольца), сферический
квадрант и квадрант сферической оболочки. На рис. 71 для элемен-
тарной магнитной системы пути прохождения потоков утечки пред-
ставлены в виде силовых линий, олицетворяющих соответствующие
простые объемы, по которым проходит поток утечки.
В табл. 6, составленной по данным, опубликованным в ряде
научных трудов 11, 2, 5], приведены расчетные формулы для
определения проводимостей воздушных промежутков между
полюсами.
Суммарное магнитное сопротивление (или проводимость) системы
по аналогии с электрическими цепями определяется с учетом харак-
тера соединения отдельных сопротивлений.
130
Г а б л и ц а 6. I нечетные формулы для определения проводимостей
путей прохождения магнитного потока по воздуху (немагнитному материя ту)
Вид проводимости
Эскиз
(дает приближение порядка 10?о при б а
Проводимость между двумя па-
раллельными прямоугольниками со
сторонами а и Ь. обращенными друг
к другу (без учета «выпд чивания»
ab
~ Р о £
Проводимость между плоскими
п р я моуг ол ь н ым и п оверх ностя ми,
расположенными под углом 0 дох г
в случаях, когда 0 < 20'';
г) если поверхности наклонены под большим
углом, то вычисляются проводимости для двух
предельных положении: когда поверхности па-
раллельны G11 и когда они лежат в одной пло-
скости G1 •
Проводимости G1 и G1 откладываются на
перпендикулярных осях и соединяются по эл-
липсу. Искомую проводимость дает отрезок ОЛ1
прямой, проведенной под углом 0/2 к вертикали
Проводимость для случая прямо-
угольника со сторонами а и Ь.
параллельными бесконечной плоско-
сти
Продолжение табл. &
Вид проводимости
Эскиз
Расчетная формула
Без учета
•г*
«выпучивания» при
Проводимость между двумя па-
раллельными торцовыми поверхно-
стями цилиндра
с учетом выпучивания
G = и
о
4- 0.408 (2d+6)
Пр оводимость п ол уцил и ндра
G = ii0- 0,26 b
Проводимость полукольца
При б Зс
п 0,646с
G = "'"6-4
при б < Зс
Проводимость сферического ква-
дранта
G = р0- 0,0776
I
I
I
Проводимость квадранта сфериче-
СКОЙ О6ОЛОЧКИ
G = р0- 0.25с
Проводимость между двумя пло-
скими параллельными поверхностя-
ми, лежащими в одной плоскости
G= bg,
где g—удельная проводимость.
Если считать, что линии индукции представ-
ляют собой эллипсы, имеющие общие фокусы, то
1 , т 4- К 2т — 1
= Мп ---- 1П ---------;----- ,
Примечая и е. В формулы для расчета проводимостей линейные размеры подставляются в м, тогда проводимость получается
в Г при ц0 = 4л10-' Г м. Если принять ц0 = 1> а линейные размеры подставлять в см, то проводимость получается в см (система
CGSM).
15. МЕТОДЫ РАСЧЕТА МАГНИТНЫХ ЦЕПЕЙ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
Различают два метода расчета магнитных цепей: аналитический
и графоаналитический. Оба они применяются для расчета магнитных
цепей приспособлений.
Аналитический метод расчета обычно применяется
в случаях, когда не требуется высокой точности, параметры системы
и сила притяжения заданы, не г необходимости в анализе конструк-
ции магнитной системы.
О
2,0
1.0
0,5
г 1 ——— —1 1 ^0_-—В
. —- — — “
г л - —- — — — *”
/ г / в /
/
Н.А/м
20
200
50102Б
500Ю2 В
40
400
30
300
1Ю‘
10’10*
100-10
Рис. 75. Кривые намагничивания распространен-
ных магнитно-мягких материалов:
---------электротехническая сталь типа «Армко»;
--------сталь Ст.З; —• — • — сталь 20
Ранее уже подчеркивалось, что магнитная цепь характеризуется
наличием сопротивлений с так называемой нелинейной характери-
стикой. На рис. 75 приведены кривые намагничивания наиболее рас-
пространенных марок сталей, из которых изготовляются магнито-
проводы и сами приспособления. Так как магнитная проницаемость
сталей определяется по этим кривым из соотношения индукции В
к напряженности Н, то очевидно, что опа не остается постоянной ве-
личиной. Значит, и сопротивление участка стали зависит от его на-
сыщения (т. е. от величины индукции) и может изменяться в широких
пределах. Поэтому при аналитическом расчете приходится допускать
большое число упрощений, которые приводят к возникновению по-
грешности всего расчета. Неудобство этого метода расчета состоит
также в том, что он не выявляет узкие «запирающие» участки маг-
нитной системы. Как говорят, он не обеспечивает наглядности рас-
чета.
136
Несмотря па указанные недостатки, аналитический метод может
быть рекомендован для практических целей при проектировании
приспособлений, особенно если это приспособление специальное.
()н применяется также на предпроектной стадии разработки магнит-
ных приспособлении [12, 13, 15].
Целью аналитического расчета является определение величины
полной м. д. с. электромагнитной катушки, которая обеспечит под-
ведение заданного потока
к рабочему зазору.
Исходными данными
при аналитическом методе
расчета м. д. с. Fo явля-
ются: конструкция и гео-
метрические размеры маг-
нитной системы приспо-
собления, включая деталь
(см., например, рис. 69);
Рис. 76. Расчетная эквивалентная электрическая схема заме-
щения элементарной электромагнитной системы, показанной
на рис. 69
торое должно обеспечить приспособление; кривые намагничивания
материалов сердечника и детали ВСт = f (Яст), Вд = / (Яд); вели-
чина рабочего зазора б.
На рис. 76 представлена эквивалентная электрическая схема за-
мещения для элементарной электромагнитной системы, приведенной
на рис. 69. В ней проводимость утечки Оу подключена на половине
длины адаптерной плиты (0,5 участка 1Ь_С по рис. 69; при расчете
/?ст берется длина, равная 1а-ь + 0,5 1ь — с\
Аналитический метод расчета базируется на законе полного тока,
т. е. когда полное падение м. д. с. в цепи равно сумме падений м. д. с.
на определенных участках. Из эквивалентной схемы замещения имеем
?0 = ^1-2 “Ь F2-3 Ч- 3-4 Ч- Г4-5 Ч~ ?5-G-
Заменяя цифровые индексы на символические наименования
участков магнитной цепи с учетом симметричности системы, получим
137
Исходя из заданной силы притяжения Q, можно определить па-
дение м. д. с. на участке рабочего зазора
0,102 • 10bp0ScepBcep
(37)
Эта формула выведена из основной зависимости Максвелла [12].
Определив падение м. д. с. на участке рабочего зазора, можно
найти поток, пронизывающий этот зазор,
Ф6 —
Допуская далее, что поток Фб полностью проходит и через деталь,
и по половине длины адаптерной плиты, можно определить индук-
цию в детали и адаптерной плите:
_Фб
Площади сечения S и Sa определяются по чертежу системы.
По кривым намагничивания Вд = f (/7Д) и ВСт = f (//Ст), зная
Вд и Ва, находят Яд и И и далее определяют падение м. д. с. на
соответствующих участках: Лд = Яд/ср<д; Fa = На2 (Q,5lh_c).
Средняя длина магнитной силовой липни детали /ср. д определяется
по размерам детали, полюсов, немагнитной прокладки, причем учи-
тывается кривизна воображаемой силовой магнитной линии.
Имея в виду, что падение м. д. с. на участке утечки равно сумме
падений м. д. с. иа участках детали, адаптерной плиты и рабочего за-
зора, определяют его значение Fy = F6 -j- FR Fa.
Для определения полной м. д. с. Fo необходимо определить еще
два слагаемых — падение м. д. с. па участках стали FCT и основа-
ния Foc, которые зависят от полного потока Фо. В свою очередь,
для определения Фо необходимо знать потоки утечки, которые
можно вычислить по формуле Фу = FyGy.
Суммарная проводимость утечки Gy определяется по приведен-
ным в табл. 8 формулам, при этом данными для вычислений являются
размеры предварительно заданной системы.
Определив Фо = Фб + Фу, рассчитывают индукцию в сердеч-
пике Вст = и, наконец, по кривой намагничивания В =
^сер
= f (//ст) находят //Ст. Падение м. д. с. на участке сердечника опре-
деляется так же, как и иа участке детали, т. е. FCT = Яст/ср. ст.
Заметим, что в соответствии с эквивалентной схемой замещения (по
рис. 69) /ср. ст = 2(1а-ь + 0,5/ь_с).
Тот же расчет производят для определения падения м. д. с. на
участке основания: Foc = //ст/ср. ос-
Следует обратить внимание на необходимость более тщательного
определения средней длины магнитной силовой линии по стали, так
как погрешность вычисления м. д. с. в большей степени зависит от
этой величины.
В итоге определяется полная м. д. с. электромагнитной катушки
о —
ос
138
Эта м. д. с. должна обеспечить прохождение по выбранной маг-
нитной цепи потоков, обеспечивающих нужную (заданную) силу при-
тяжения.
Графоаналитический метод расчета представляет
собой универсальную и гибкую методику расчета магнитных приспо-
соблений, дающую возможность представить в динамике работу
всех элементов магнитной цепи. При этом под динамикой пони-
мается возможность проследить изменение характеристики любого
участка цепи при варьировании м. д. с. или напряженности поля.
Графоаналитический расчет предусматривает построение кривых
намагничивания каждого участка магнитной цепи и последующее
графическое сложение кривых по абсциссе или ординате. Поэтому
его удобнее выполнять на миллиметровке в большом масштабе. При
анализе построение кривых иногда удобно производить на разных
листах с тем, чтобы потом их накладывать друг на друга. В таких
случаях некоторые кривые переносят на кальку. Точность построе-
ния кривых при графоаналитическом методе зависит от чертежного
инструмента — лекал. Желательно иметь специальные большие
лекала.
Методически графоаналитический расчет удобнее выполнять сле-
дующим образом. Как уже упоминалось, этот метод предусматри-
вает построение кривых намагничивания участков магнитной цепи.
Кривые намагничивания стальных участков — нелинейные функции,
воздушных (немагнитных) — прямолинейные. Для построения кри-
вых намагничивания стальных участков сначала производят расчет
точек будущей кривой. Для удобства все данные расчета лучше пред-
ставлять в табличной форме (табл. 7). Если сопротивления соединены
последовательно и при расчете суммарной кривой намагничивания
их м. д. с. складываются, то все данные по этим сопротивлениям за-
носятся в одну таблицу. Например, для рассматриваемой эквивалент-
ной схемы по рис. 76 в одну таблицу войдут данные по 7?а и Дд,
в другую — данные по /?ст и
Таблица 7. Расчет кривых намагничивания
П-образной электромагнитной системы
ф.10-3 Деталь Адаптерная плита Сумма м. д. с. F + F Д ' ст
S = . . . м2; / = . . . м S = . . . м2; Z = . . . м
вд "д гд Дет ^ст ^ст
0,05 0,10 • • •
Построение кривых намагничивания ведут в системе координат ФЕ
(поток — м. д. с.), поэтому при расчете рабочих точек кривых
139
намагничивания участков цепи задаются рядом значении магнитного
потока ФР Зная площадь поперечного сечения магнитопровода S,
п фг
расчетным путем определяют индукцию Bi = на этом участке
для данного потока Ф£. Значение записывают в табл. 7 в строке,
соответствующей В£. Затем по кривой намагничивания материала
В = f (//) для данного значения BL определяют Я£- и также записы-
вают в таблицу. Далее для данных условий находят падение м. д. с.
Fi = /У£/ср и также записывают в таблицу.
Дискретность изменения потока Ф обычно выясняется при пере-
носе полученных данных расчета на график. Если расстояние между
точками велико и не позволяет выявить закономерности изменения
функции Ф = f (F) па данном участке, производят дополнительные
расчеты при промежуточных значениях потока Ф.
Удобство табличной формы расчета состоит в том, что она позво-
ляет заранее суммировать кривые намагничивания последовательно
соединенных участков и на графики переносить уже данные суммар-
ной кривой.
Построение характеристик намагничивания воздушных участков
цепи производится исходя из зависимости Ф = GF. Задавшись ка-
ким-либо значением потока и рассчитав проводимость участка цени,
находят падение м. д. с. F. На графике ФЕ находят соответствующую
точку п соединяют ее с началом координат прямой линией. Это и будет
функцией Ф = f (F) для данного воздушного участка магнитной
цепи.
На рис. 77 в схематической форме изображен графоаналитический
расчет системы, эквивалентная схема которой показана на рис. 76.
Расчет можно начать с построения зависимости Ф = f (Еб) — пря-
мая 1, которая представляет собой магнитную характеристику ра-
бочего зазора. Затем по табличным данным строят кривые 2 и 3,
которые представляют собой соответственно кривые намагничивания
части адаптерной плиты и детали. Все три сопротивления 7?а,
и /?д (рис. 76, а) в цепи расположены последовательно. Из теории
цепей следует, что по этому участку проходит один и тот же поток,
а общая м. д. с. равна сумме падений м. д. с. на каждом участке. По-
этому для нахождения общей характеристики этого участка магнит-
ной цепи нужно произвести геометрическое сложение кривых по
абсциссам. В результате получаем кривую 6 (рис. 77). Построение
характеристики намагничивания путей прохождения потока утечки
(прямая 8) производится аналогично построению кривой 1. Разница
состоит в определении проводимости утечки, которая имеет уже не-
сколько иные размеры, а иногда и форму пространства, через кото-
рую проходит поток утечки Фу (рис. 76, а).
Падение м. д. с. на участке 3—7 можно записать так: Г3_7 =
= Еа + + Ед и F3_7 = Fy. Отсюда Fy = Fa + Еб + Ед или
потоки Фб и Фу, проходя по своим путям, создают одно и то же
падение м. д. с. между точками 3—7. Для удобства дальнейших рас-
суждений эквивалентную электрическую схему замещения можно
упростить до вида, показанного па рис. 76, б.
140
Здесь /?э -— эквивалентное сопротивление, по которому проходит
поток Ф() = фу + Фб и на котором падение м. д. с. равно F3_7 . Оче-
видно, что магнитная характеристика этого участка получается от
сложения по ординатам кривой 6 (рис. 77) и прямолинейной зависи-
мости 8. Суммарная кривая па графике обозначена цифрой 4.
Построение кривых намагничивания участков 1—2 (/?ос) и 2—3
(/?С1) (рис. 76, а и б) производится аналогично построениям кривых 2
Рис. 77. Схема графоаналитического расчета
элементарной системы, показанной на рис. 69
и 3 (рис. 77), но на рисунке приведена уже суммарная кривая 5,
которая может быть построена в результате геометрического сложе-
ния по абсциссам соответствующих кривых или взята непосредственно
из расчетной таблицы.
Суммарная кривая намагничивания всей системы (кривая 7)
получается от сложения кривых 4 и 5, при этом сложение произ-
водится по абсциссам, так как оба сопротивления в цепь включены
последовательно (рис. 76, б). Полученная суммарная кривая пред-
ставляет собой кривую намагничивания всей элементарной системы
в достаточно широком диапазоне изменения м. д. с. намагничиваю-
щей катушки. Как будет показано дальше, при одном и том же
размере окна под намагничивающую катушку м. д. с. ее может
141
колебаться за счет изменения плотности тока или коэффициента
использования окна. При этом изменения могут быть существен-
ными.
Для дальнейшего анализа полученных графических зависимостей
сначала рассчитывают м. д. с. намагничивающей катушки и эту
величину откладывают на оси абсцисс. Из точки Fn восстанавли-
вают перпендикуляр до пересечения с кривой 7. Ордината получен-
ной точки а будет характеризовать собой величину полного магнит-
ного потока в системе Фо при выбранной м. д. с. намагничивающей
катушки Ffj. Линия, проведенная параллельно осн абсцисс графика
через точку а, пересекает кривую
Рис. 78. Варианты конструктивного
решеиия электромагнитных плит: а —
с широкими продольными сквозными
полюсами; б — с широкими продоль-
ными сквозными полюсами и шунтом;
в — с узкими продольными полюсами;
•/ в точке b и делит тем самым пол-
ную м. д. с. Fo на Г3_7 и /?(_3,
что соответствует уравнению Fo =
~ ^1-3 “I" Дз-7 ~ <&0 Woe “I"
+ (см. Рис- 76, б). Пер-
пендикуляр, опущенный па ось
абсцисс из точки b (рис. 77), пере-
сечет кривую 6 в точке с. Орди-
ната точки с будет равна величине
рабочего потока Фб, а отрезок
b—с — величине потока утечки
Фу. Отрезки k—d и k—с на линии
с—k, параллельной осп абсцисс,
численно равны падениям м. д. с.
па участках детали и рабочего за-
зора.
Нахождение интересующих рас-
четчика потоков и м. д. с. па от-
дельных участках магнитной цепи
г — с поперечными полюсами на основании выполненного гра-
фического построения составля-
ет процесс решения поставленной задачи.
Графоаналитический метод расчета систем позволяет быстро оце-
нить возможные варианты изменения м. д. с. намагничивающей ка-
тушки и определить узкие («запирающие») участки магии гнои цепи,
которые препятствуют увеличению силы. Так, например, в рассма-
триваемом варианте увеличение м. д. с. намагничивающей катушки
вдвое (Гб = 2Г0) приводит к приросту рабочего потока па вели-
чину kk’ (точки построения а , Ь', с', /г'). Насколько это рационально,
можно судить только по конкретным данным. Из этого же построения
видно также, что падение м. д. с. на участке детали увеличилось
больше, чем вдвое 2kd), и свидетельствует о нерациональности
системы для данной детали. Как видно, произвести такой анализ
системы с помощью графика (рис. 77) просто.
При проектировании магнитных приспособлений часто конструк-
тивные варианты отдельных узлов ограничены по числу или же
вообще заданы, т. е. конкретизированы. Это можно показать, в част-
ности, на примере электромагнитных плит (рис. 78). Как правило,
корпус плиты 2 конструктивно представляет собой Ш-образпую (две
142
(паренные П-образные) систему. В пей можно изменять лишь раз-
меры окна под намагничивающую катушку 3, и то в небольших пре-
делах. Верх же плиты /, который часто называют адаптером или
адаптерной плитой, по конструкции может быть самым разным. Он
выбирается в зависимости от размеров закрепляемой детали. Па ри-
сунке схематически показано только четыре разновидности кон-
структивного решения адаптерных плит. С учетом возможного из-
Рпс. 79. Схема графоаналитического расчета
системы силовой блок—адаптерная плита
менения размеров деталей, входящих в этот узел, число вариантов
может быть увеличено. Для подобных случаев графоаналитический
метод расчета и анализа магнитных приспособлений является наи-
более приемлемым. При этом используют следующий прием.
Магнитное приспособление условно разделяют на две части: по-
стоянную — корпус или силовой электромагнитный блок п пере-
менную — адаптерную плиту вместе с деталью. При этом укрупнен-
ная электрическая схема замещения для всего приспособления будет
иметь вид, показанный на рис. 79.
Полное падение м. д. с. в приспособлении равняется сумме м. д. с.
па участках адаптерной плиты и силового блока, т. е. Fo — Fa -h
+ Fc6. Построение кривых намагничивания осуществляют по изло-
143
жеиной выше методике, ио отдельно для адаптерной плиты и сило-
вого блока (кривую намагничивания силового блока желательно
перевести на кальку). Затем обе кривые совмещают в одном графике
так, как показано иа рис. 79. Здесь кривая 3 — кривая намагничи-
вания адаптерной плиты; кривая 7 — кривая намагничивания сило-
вого блока (зеркальное отражение относительно оси ординат). На-
чало кривой намагничивания силового блока располагают на оси
абсцисс в точке, соответствующей м. д. с. намагничивающей ка-
тушки Fq. Координаты точки а пересечения кривых 3 и 7 определяют
полный поток в системе Фо и распределение м. д. с. между адаптер-
ной плитой F& и силовым блоком Есб.
Как уже говорилось, кривая 5 является результирующей (сум-
марной), т. е. опа учитывает магнитную характеристику стальных
участков магнитной цепи адаптерной плиты (кривая 4) и рабочего
зазора (кривая /). После суммирования по потоку с кривой 8 полу-
чается кривая 3. Поэтому по точкам а, b и с можно найти полный
поток в плите Фо, рабочий поток Фб, а также падение м. д. с. на
участках.
Из приведенного примера видно, что основное падение м. д. с.
происходит на участке стали адаптерной плиты Ест. а> п вместе
с деталью (кривая 4 пе расшифрована; она представляет собой сумму
кривых намагничивания детали и собственно стальных магнитопро-
водов адаптерной плиты).
На этом же графике можно построить суммарные кривые для
других вариантов конструкций адаптерной плиты. Если кривая
(кривая 6) пройдет ниже рассмотренной кривой 3, то проводимость
у такой конструкции хуже и сила притяжения меньше. Кривая 2
характеризует лучший вариант конструкции адаптерной плиты
к этому силовому блоку.
Такая методика анализа магнитных приспособлений часто приме-
няется и при проектировании наладок (переходников).
16. МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
МАГНИТНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
Выбор материала для магнитных приспособлений должен осуще-
ствляться с точки зрения удовлетворения магнитных свойств, экс-
плуатационных п технологических характеристик будущего приспо-
собления, а также экономических показателей. До сих пор пе без
основания в технической литературе основное внимание уделяется
магнитным свойствам применяемых материалов [12, 13, 15], так как
от них зависит основная характеристика магнитного приспособле-
ния — сила притяжения. В настоящее время промышленностью
накоплен определенный опыт изготовления магнитных приспособле-
ний, а магнитные свойства материалов достаточно освещены в техни-
ческой литературе. Поэтому ниже приводятся лишь самые необходи-
мые сведения.
Все материалы, применяемые для магнитных приспособлений,
по магнитным свойствам можно подразделить на две группы: магнит-
144
ные и немагнитные. В свою очередь магнитные материалы подразде-
ляются на магнитно-мягкие и магнитно-твердые. Основные характе-
ристики магнитных материалов были приведены в п. 2. Здесь же рас-
смотрим лишь марки сталей и сплавов, которые могут быть исполь-
зованы при производстве магнитных приспособлений.
С учетом всех требований технического, технологического и эко-
номического плана для магнитных приспособлений в качестве ма-
гнитно-мягких материалов могут быть рекомендованы стали Ст. 3, 10,
20 и сталь типа Армко. В приложении I приведены параметры кривых
намагничивания этих сталей, которые получены путем усреднения
результатов многочисленных измерений, осуществленных во
ВНИИМе па притяжении нескольких лет. Эти параметры могут быть
использованы для практических расчетов магнитных систем и при-
способлений.
Следует отметить, что кривые намагничивания снимались для
сталей, которые брались в состоянии поставки. Однако известно, что
магнитные свойства сталей в значительной степени зависят от терми-
ческой обработки [12]. Стали в отожженном состоянии имеют более
высокие магнитные свойства.
Несмотря па некоторое усложнение технологии изготовления
магнитных приспособлений, необходимо считать отжиг деталей по-
лезной операцией при производстве оснастки. Особенно он необходим
для деталей, которые работают при большом насыщении (В 1,3-ь
4-2,0 Т).
Используемые в промышленности магнитно-твердые материалы и
их свойства приведены в табл. 8.
Табл и ц а 8. Магнитные свойства основных магнитно-твердых материалов,
используемых для магнитных приспособлений
Мар к а материала Магнитные свойства гост, нормаль
Остаточная индукция Вг Коэрцитивная сила Н и
Т Гс кА/м с)
ЮНДК24 1,23 12 300 44,0 350
1ОНДК25А 1,33 13 300 54,0 430 1 ОС 1 9575—60
ЮНДК25БА 1,28 12 800 62,0 500
2БА 0,30—0,35 3000—3500 230,0—183,0 2900—2300 Ведом- ственная
ЗБ Л 0,36—0,40 3000—4000 175—130 2200—1600 нормаль
В настоящее время в связи с развитием металлургии магнитно-
твердых материалов есть все основания полагать, что в ближайшее
время появятся материалы, которые позволят значительно повысить
силовую характеристику магнитных приспособлений. Можно выска-
зать и пожелания в этом направлении. По-видимому, для литых
Ю О. Я. Константинов И5
магнитов было бы желательным повысить их остаточную индукцию до
1,6—1,8 Т. При этом с точки зрения использования этих материалов
для магнитных приспособлений величина коэрцитивной силы особого
значения не имеет. Для литых магнитов возможно изменение магнит-
ных свойств и в другом направлении. Так, например, было бы полез-
ным получение таких магнитов, которые обладали бы остаточной ин-
дукцией в пределах 0,6—0,8 Т, а коэрцитивной силой около 300—
360 кА м и имели бы при этом кривую размагничивания треугольной
формы. Совершенствование оксндно-бариевых магнитов должно идти
по пути увеличения остаточной индукции (при сохранении величины
коэрцитивной силы около 200—250 кА/м) до значений 0,4—0,6 Т
и стабилизации магнитных свойств.
Как известно, литые магниты представляют собой сложный сплав
на основе железа, в который в качестве легирующих элементов входят
никель, кобальт, алюминий, медь, титан и ниобий. Некоторые из
этих элементов являются дефицитными и дорогими материалами.
Помимо этого, технология изготовления литых магнитов с высокими
свойствами отличается достаточной сложностью [6, 33]. Все это
отражается иа применяемости литых магнитов для технологической
оснастки.
По данным Новочеркасского завода постоянных магнитов в зави-
симости от партии цена 1 кг постоянных магнитов марки ЮНДК24
колеблется от 11,5 до 15,0 руб., а магнитов марки ЮНДК24БА —
от 71,0 до 73,0 руб. При этом нужно учесть, что вес одного магнита
не должен превышать 1,0 кг. Увеличение размера постоянного ма-
гнита значительно повышает его стоимость. Опыт этого завода, хотя
и отражает в целом связь стоимости литых магнитов с маркой, разме-
ром партии и размером самого магнита, ие является единственным.
Ряд других заводов льет такие постоянные магниты и дешевле, и
больших размеров, и с соответствующими магнитными свойствами.
Так, например, в Ленинграде были отлиты 28 магнитов марки
ЮНДК24 весом около 5 кг каждый. Свойства магнитов удовлетво-
ряли требованиям ГОСТ 9575—60, а стоимость не превышала 12,5 руб.
за кг. Это отражает общую тенденцию снижения стоимости литых
магнитов, увеличения их веса и позволяет надеяться, что литые ма-
гниты с успехом могут применяться в технологической оснастке.
Оксидио-барневые магниты по ряду технико-экономических по-
казателей выгодно отличаются от литых. Прежде всего они ие содер-
жат дефицитных материалов. Сырьем для их изготовления являются
окись железа и углекислый барий. И только сложность технологии
изготовления повышает их стоимость [12, 39]. В среднем 1 кг окснд-
но-бариевых магнитов стоит около 10 руб. Однако имеется тенденция
к снижению стоимости магнитов.
Основные физико-механические свойства оксндно-бариевых ма-
гнитов приведены ниже:
Модуль упругости Е в кге/мм2 ........................... 15 000
Предел прочности в кге/мм2:
на сжатие........................................... 70
иа растяжение.......................................... 5
14G
Твердость по Моосу ..................................... 6—7
Удельная теплопроводность в Вт Цм-град)................. 5,85
Удельная теплоемкость в Дж/(кг- град)...................С,71 • 103
Плотность в г/см3 ....................................... 4,5
Удельное электрическое сопротивление в Ом*м ............. 107
Температура точки Кюри в °C.............................. 450
Высокая твердость наряду с хрупкостью и низкой теплопровод-
ностью затрудняет механическую обработку оксндно-бариевых маг-
нитов. Невысокая плотность (примерно в два раза ниже, чем у литых
магнитов) заметно снижает вес приспособлений, что следует отнести
к достоинствам этого вида материалов. Удельное сопротивление
оксндно-бариевых магнитов, в миллионы раз превышающее сопротив-
ление металлических материалов, рассматривается как положитель-
ная характеристика. Сравнительно низкая температура точки Кюри
позволяет легко размагничивать оксндпо-бариевые магниты.
Из приведенной выше характеристики магнитных материалов
следует, что их влияние па качество магнитных приспособлений
должно учитываться на предпроектной стадии. Иными словами ими
следует задаваться исходя из условий эксплуатации приспособле-
ния и экономических соображений, после чего эти параметры из ка-
чества переменных переходят в постоянные величины и в процессе
оптимизации конструкции не участвуют.
Помимо магнитных материалов, определяющих качество приспо-
соблений, последнее зависит также от правильности выбора второ-
степенных материалов. К ним относятся немагнитные материалы,
которыми заполняют разделительные пазы, материалы для корпус-
ных деталей и прочих узлов приспособления, заливочные материалы,
обмоточные провода, а также комплектующие изделия.
Немагнитные материалы в магнитном приспособлении, как пра-
вило, выполняют две функции: изолятора пли сопротивления для
магнитного потока и части механической системы приспособления,
воспринимающей действия рабочих нагрузок. При этом следует на-
помнить, что к немагнитным материалам предъявляют еще и чисто
технологические требования, позволяющие снизить трудоемкость
изготовления приспособлений (например, хорошие литейные каче-
ства). В настоящее время нельзя назвать немагнитный материал,
в полной мере обеспечивающий все требования, предъявляемые к ка-
честву магнитных приспособлений.
Как известно, при более тонком подходе к магнитным свойствам
немагнитных материалов их подразделяют на диамагнитные и пара-
магнитные. Однако в том и другом случае их магнитная проницае-
мость мало отличается от проницаемости воздуха (в системе СГСМ
р0 = 1), которая принята мерой сравнения магнитных свойств. Так,
например, медь, относящаяся к диамагнитным материалам, имеет
магнитную проницаемость реи — 0,999995, а алюминий, магнитная
проницаемость которого больше единицы примерно на 5-Ю"6, отно-
сится к парамагнитным веществам. Из приведенного примера видно,
что с практической "точки зрения эта разница для магнитных приспо-
соблений по имеет значения, и поэтому материалы, выполняющие
10-,:
147
функцию изоляторов в магнитных системах, отнесены к разновидности
немагнитных. Термин «изолятор» здесь применен условно. Как уже
отмечалось, любой из применяющихся для изготовления магнитных
приспособлений немагнитных материалов является проводником
магнитного потока. По сравнению со сталью разница состоит в том,
что магнитная проницаемость этих материалов в десятки, а иногда
в сотни раз хуже, чем у магнитно-мягких материалов. Однако часто
этой разницы недостаточно. Желательно было бы иметь такой мате-
риал, который имел бы проводимость в тысячи пли даже в десятки
тысяч раз меньше, чем проводимость стали. Это пожелание составляет
одну из серьезнейших проблем магнитной техники. Пока же на прак-
тике приходится довольствоваться такими материалами, как латуни
и бронзы, алюминий и его сплавы, легкоплавкие сплавы типа свинец—
сурьма и некоторые другие [12].
Части магнитных приспособлений, изготовленные из немагнитных
материалов, как правило, подвержены истиранию, действию нагру-
зок и другим воздействиям, в связи с чем они должны по возможности
быть износостойкими, прочными и т. д. Перечисленные выше мате-
риалы этим требованиям не удовлетворяют. Поэтому па практике
иногда применяются более дорогие материалы, например такие, как
нержавеющие немагнитные стали, немагнитные чугуны и др. Каче-
ство магнитных приспособлений повышается, но наряду с этим растет
и их стоимость, так как эти материалы помимо своей высокой стои-
мости плохо обрабатываются, льются и т. д. Несмотря на это, нельзя
считать, что применение немагнитных сталей и чугунов неперспек-
тивно. В каждом конкретном случае вопрос о выборе типа немагнит-
ного материала должен решаться па основе тщательного экономиче-
ского анализа.
Качество немагнитного приспособления существенно зависит
также от правильности выбора марки обмоточного и монтажного
проводов. До недавнего времени при производстве электромагнитных
плит н приспособлений не использовались современные достижения
электротехнической промышленности. Поэтому для изготовления
электромагнитных катушек применялись низкокачественные обмо-
точные и монтажные провода, а также устаревшая технология изго-
товления катушек и других электротехнических узлов. В гл. V будут
приведены некоторые рекомендации по выбору марки обмоточного
провода и технологии изготовления катушек.
Приведенный анализ материалов, применяемых при изготовлении
магнитных приспособлений, показывает, что они существенно влияют
на качество магнитной оснастки и, следовательно, этому фактору
должно быть уделено внимание наряду с другими определяющими
техническими характеристиками.
Глава V
ПРЯМОУГОЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПЛИТЫ
И ОСНОВНЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЮ
17. ТЕХНИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПЛИТ
И ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К НИМ
Электромагнитные плиты являются основным типом приспособ-
лений к плоскошлифовальиым станкам. Основные их преимущества:
высокая производительность и удобство управления, дешевизна, от-
сутствие дефицитных материалов и практически неограниченные раз-
меры. Недостатки, которые приписываются электромагнитным пли-
там, либо устранимы, либо не обоснованы (см. п. 5).
По инициативе лаборатории магнитных приспособлений при Ле-
нинградском заводе-втузе совместно с Одесским СКБ специальных
станков МС и МП СССР в 1969—1972 гг. были проведены обследова-
ния ряда предприятий страны (более 450) для выявления недостатков
прямоугольных электромагнитных плит, а также пожеланий, на-
правленных на их совершенствование. Опираясь на богатый опыт экс-
плуатации электромагнитных плит, большинство заводов прислало
развернутые отзывы и помогло тем самым наиболее полно сформули-
ровать задачи совершенствования электромагнитных плит.
Помимо замечаний, были высказаны пожелания, направленные
на расширение области применения плит (изготовление поворотных и
синусных плит, наладок к плитам и т. д.), на улучшение внешнего
(товарного) вида, качества и содержания документации к плитам
и т. д.
Надежность работы электромагнитной плиты определяется чис-
лом отказов и их частостью в процессе эксплуатации.
При обследовании было выявлено, что в подавляющем большин-
стве случаев электромагнитные плиты выходят из строя из-за пробоя
изоляции. Частность пробоя разная — в среднем один пробой в 1,5—
2 года. Однако разброс очень велик. Кроме того, было выявлено, что
надежность электромагнитных плит повышается с увеличением их
размера. Большие по размеру плиты выходят из строя реже. Так, на
заводе им. К. Маркса (Ленинград) электромагнитная плита размером
600x2000 мм эксплуатировалась в течение более 10 лет.
149
Рассматривая вопрос надежности работы электромагнитных плит,
необходимо отметить, что при изготовлении этих приспособлений не
всегда используются современные 'Технические и технологические до-
стижения электротехнической промышленности. Повышение общей
культуры производства электромагнитных плит, несомненно, отра-
зится иа надежности их работы. В этом направлении уже предпри-
няты определенные шаги. Так, например, технология производства
электромагнитных катушек на Воронежском и Липецком станкострои-
тельных заводах практически находится на уровне современных тре-
бований. Качество и надежность этих катушек заметно повысились.
Приняты некоторые меры и по гидроизоляции стыков электромагнит-
ных плит.
Долговечность плит определяется также сроком службы адаптер-
ной плиты. Электромагнитные плиты списываются после сошлифовки
8—J5 мм толщины адаптерной плиты. Некоторое количество плит
восстанавливается путем замены старой адаптерной плиты новой.
Однако повышение износостойкости адаптерной плиты — это не
только увеличение долговечности плит, но и повышение их технологи-
ческих возможностей.
В качестве недостатка электромагнитных плит указывается воз-
можность самопроизвольного их отключения вследствие прекраще-
ния подачи электроэнергии. Такая возможность не исключена. Од-
нако современные плоскошлифовальные станки оснащены блокирую-
щими устройствами, исключающими возникновение аварии. Следует
также подчеркнуть, что применение стали в качестве материала для
электромагнитных плит позволяет достаточно надежно удерживать
детали за счет остаточного магнетизма.
К числу недостатков электромагнитных плит относятся также
отсутствие автономности и неудобства, связанные с подводом элек-
троэнергии к приспособлению, большое электромагнитное поле,
распространяющееся далеко от поверхности плиты. Вместе с тем все
эти недостатки для операции шлифования и плоскошлифовальных
станков не имеют решающего значения. Таким образом, можно утверж-
дать, что электромагнитные плиты еще на протяжении ближайших
10—15 лет будут являться основными приспособлениями к плоско-
шлифовальным станкам. Поэтому имеется настоятельная необходи-
мость в совершенствовании их. Это совершенствование должно бази-
роваться на результаты исследований и передовой опыт промышлен-
ности.
Технические требования на электромагнитные плиты, обладаю-
щие свойствами технологической оснастки и электротехнических
устройств, достаточно разнообразны и подразделяются на техноло-
гические и эксплуатационные (рис. 80). Технологические требова-
ния разделяются на силовые и точностные.
Силовые характеристики электромагнитных плит
являются основными. Они определяют применяемость оснастки, яв-
ляются исходными для расчета и проектирования. У нас в стране
сила притяжения прямоугольных электромагнитных плит, так же как
и другие силовые характеристики этого вида оснастки, оговорены
150
[OCT 17519—72. В зависимости от класса точности электромагнит-
ных плит сила притяжения задается в пределах от 1,5 до 3,5 кгс/см2,
при этом оговорен минимальный размер детали, которая должна
удерживаться этой силой в любой точке плиты.
Наряду с силой притяжения эталонного образца электромагнит-
ная плита характеризуется колебанием этой величины в пределах
Технические требования
Тех но л оги чес кие
Эксплуатационные
('иловые
характери-
стики
Точностные
характери-
стики
Электротех-
нические
характери-
стики
Технико-
э ко но ми чес кие
характери-
стики
Сила притя-
жения
Т очность
формы
М и ни моль-
ный размер
закрепляемой
детали
Шерохова-
тость
поверхностей
Э л ект р и чес кая
прочность
изоляции
Размер
Материал
Рассеяние
силы (пятни-
стость)
Жесткость
Внешний вид
Остаточное
усилие
Температура
нагрева
П роизводи-
тельность
Рис. 80. Классификация технических требований на электромагнитные плиты
площади зеркала (в дальнейшем эту характеристику будем называть
«пятнистостью»). В идеальном случае плита должна иметь нулевую
пятнистость, ио как уже было показано (см. п. 9), колебания силы
неизбежны. Создание магнитной плиты с высокими силовыми харак-
теристиками с учетом взаимной связи удельной силы притяжения,
размера закрепляемой детали и пятнистости представляет собой
сложную задачу.
В табл. 9 приведены силовые характеристики некоторых электро-
магнитных плит отечественного и зарубежного производства.
151
Таблица 9. Силовые характеристики
Некоторых электромагнитных плит отечественного и зарубежного производства
Марка плиты (фирма, за вод-изготовитель) Диаметр или размер плиты в мм Диаметр образца в мм Силовые характеристики
Худших ^удпГш кгс/см* 1 2 3 ГУД ср ш в %
Прямоугольные плиты
К станку ЗД724 (ВСЗ, СССР) 500X2500 45 10 0,5 3 60
МСЗ, СССР 400X1850 65 10,3 0 г г: 48
«Маттисоп» (США) 355X1520 65 3,9 0,2 1,46 51,1
«Хамприз» (Англия) * 410X1520 65 14,0 2,5 10,0 22,2
«Канут» (Италия) * 500X2000 50 6 5,5 5,8 3,0
«Блом» 30/60 (ФРГ) 300X595 50 1,7 0,7 1,25 16,0
«Юнг» (ФРГ) 100X500 50 1,8 0,7 1,2 18,0
«Естельверда» (ГДР) 200X600 50 2,4 1,2 1,7 21,5
К р у j л ы с плит ы
«Глаухау» (ГДР) 640 40 8,3 1,8 5,6 22
« Ф а в р етто» (Италия) 400 10 7,5 2,4 5,1 56
«Сапссй» (Япония) 700 40 9,1 0,4 3,7 55
К станку ЗП756Л (ВСЗ, :ср) 1000 40 7,9 3,7 5,2 21,6
1 Испытание плит произведено с отклонением от методики ГОСТ 17519—72.
Анализ таблицы позволяет сделать следующий вывод.
1. У прямоугольных электромагнитных плит силовые характери-
стики отличаются широким диапазоном колебания (средняя удельная
сила притяжения колеблется от 1 до 10 кгс/см2). Большинство прямо-
угольных плит по своим силовым характеристикам не удовлетворяет
современным требованиям. За исключением двух электромагнитных
плит из числа рассматриваемых удельная сила притяжения ниже
3 кгс/см2.
2. Плиты имеют большую пятнистость, что видно даже из срав-
нения минимальной и максимальной удельной силы (коэффициент
вариации силы w колеблется от 16 до 601’0).
3. Из числа рассмотренных плит только две плиты — фирм «Ка-
мут» и «Хамприз» — имеют высокие показатели по силе и по равно-
мерности силы на зеркале плиты.
Таким образом, необходимость разработки конструкции прямо-
угольных плит, отвечающих по своим силовым показателям совре-
менным требованиям, является важной народнохозяйственной зада-
чей.
152
Точностные характеристики электромагнитных
плит составляют другую подгруппу технических требований, опреде-
ляющих технологические возможности оснастки. Если для обоснова-
ния силового показателя магнитных приспособлений были проведены
серьезные исследования, то точностные характеристики столь осно-
вательно не изучались. Поэтому в большинстве случаев значения от-
дельных точностных показателей электромагнитных плит задаются
па основе сопоставлений с такими же показателями отдельных узлов
металлорежущих станков, обрабатываемых деталей или в соответ-
ствии с требованиями к точности металлорежущих станков. В прин-
ципе такой подход к регламентации технических требований к элек-
тромагнитным плитам может быть принят, но не без отрыва от специ-
фических особенностей этого вида оснастки. На первом этапе задача
состоит в показе ряда противоречий в определении и регламентации
некоторых характеристик и, где это можно, в доказательстве пра-
вильности другой точки зрения.
Одной из точностных характеристик электромагнитных плит яв-
ляется требование к точности и шероховатости рабочей (зеркала)
и опорной поверхностей. Стандартом эти характеристики оговорены
только для прямоугольных плит. При этом отклонение от плоскост-
ности поверхности основания и рабочей поверхности плиты, парал-
лельности рабочей поверхности плиты ее основанию, отклонение
от плоскостности обработанной поверхности образца и параллельно-
сти верхней обработанной поверхности образца его основанию в зави-
симости от класса точности плиты и длины измерения колеблется от
2—5 мкм (для длины измерения до 200 мм) до 6—16 мкм (для длины
измерения от 1250 до 2000 мм). В зависимости от класса точности ого-
ворена шероховатость рабочей поверхности плиты и образца, обра-
ботанного на этой плите. Эта шероховатость изменяется от 8 до 10-го
класса чистоты. Наконец, введено понятие класса точности плиты.
Таким образом, точность плиты зависит от класса, который опреде-
ляется по предельным отклонениям формы и шероховатости рабочей
п опорной поверхностей электромагнитной плиты и обработанного
на ней образца. В таком определении точностных характеристик,
точно так же как и в назначении их предельных отклонений, имеются
слабые места. Рассмотрим основные характеристики из перечис-
ленных.
Точность формы основания прямоугольной электрома-
гнитной плиты должна определяться той функцией, которую выпол-
няет эта поверхность приспособления. Поверхность же эта является
опорной и должна быть такой, чтобы неточности формы ие вызывали
перекосов всей плиты после установки ее на стол станка, т. е. не при-
вели бы к деформации приспособления. В технических требованиях
точность формы опорной поверхности плиты оговорена одним откло-
нением, т. е. имеем худший случай сопряжения двух поверхностей
(стола и плиты), когда неточности формы складываются. Отсюда при-
нятая регламентация точности формы неоптимальиа. Более правиль-
ным путем обеспечения функционального значения этой поверхности
является, например, шабрение. Шабрение позволяет получить
153
наименьшее отклонение всех точек реальной поверхности от прилега-
ющей плоскости, т. е. то, что обеспечивает наилучшее прилегание
опорной поверхности плиты к столу станка. При этом совсем не обяза-
тельно, чтобы обнижение всей поверхности относительно пятен каса-
ния как-то задавалось.
Есть еще одно функциональное назначение опорной поверхности
плиты — обеспечение контактной жесткости. Применительно к элек-
тромагнитным плитам ни в практике, ни в исследованиях этот вопрос
до сих пор не затрагивался. Между тем при возросших требованиях
к точности обрабатываемых деталей значение контактной жесткости
стыков возросло.
Согласно исследованиям ряда авторов [22, 341, контакт поверх-
ностей деталей машин носит дискретный характер. Фактическая пло-
щадь касания деталей между собой всегда меньше номинальной, и
в зависимости от ряда факторов отношение первой ко второй колеб-
лется от 1 : 170 000 до 1 : 130. Из этих же источников следует, что
на величину площади контакта оказывают влияние шероховатость
поверхности, точность ее формы, материал деталей и величина на-
грузки.
Влияние шероховатости па площадь фактического контакта, как
это видно из приведенных работ, сравнительно невелико. Так, на-
пример, при нагрузке в 75 кгс отношение фактической площади кон-
такта к номинальной увеличивается с 3,28 до 4,53% при изменении
шероховатости сопрягаемых поверхностей с 4 до 10-го класса, а при
изменении шероховатости с 5 до 8-го класса это соотношение изме-
няется всего на 0,47%.
Для обоснования вида обработки поверхности плиты также пока-
р
зательно изменение контактной жесткости / = —, где Р—нагрузка
У
па соединение; у — сближение поверхностей. Так, например, для
стали марки 45 среднее значение величины / при контакте волнистых
образцов (тип II, первое нагружение) при плоском шлифовании
с Rz — 3,5 мкм равно 230-10-3 кгс/мм, а для шабреных стыков с чис-
лом пятен на площади 25x25 мм 12—15 это значение равно
250-10-3 кгс/мм, т. е. жесткость стыка деталей, обработанных шли-
фованием с шероховатостью V? и шабреных, практически одинакова.
Это показывает, что технические требования к точности формы
опорной поверхности прямоугольных электромагнитных плит отчасти
определены неправильно. Правильнее точность формы опорной по-
верхности плиты назначать в соответствии с ГОСТ 10356—63 и плос-
костность и прямолинейность — числом пятен на заданной площади
при контроле «на краску». Для электромагнитных плит малых раз-
меров число пятен на площади 25x25 мм должно быть не меньше
12—15, для плит больших размеров — не меньше 6—10.
Вызывает сомнение правильность назначения шероховатости
и точности рабочей поверхности плиты. Из практики известно, на-
пример, что при частой установке и снятии деталей сохранить 10-й
класс чистоты поверхности приспособления невозможно. Кроме того,
как правило, рабочая поверхность плиты после установки ее на стол
154
< тапка шлифуется, поэтому значение предыдущей обработки сводится,
скорее, к требованиям товарного вида изделия. Возникает и ряд дру-
। их факторов, которые должны быть учтены при назначении требова-
ний к шероховатости рабочей поверхности магнитного приспособле-
ния. Некоторые из них были рассмотрены при определении влияния
контактной жесткости. Так как, начиная практически с 8-го класса
чистоты, податливость стыка будет изменяться очень мало, то назна-
чать шероховатость рабочей поверхности выше 9-го класса пе следует.
На трудоемкость получения высокого класса шероховатости по-
верхности плиты оказывает влияние ряд технологических причин.
Известно, что зеркало электромагнитной плиты изготовляется из
мягких и вязких сортов стали и в связи с этим получить высокий класс
чистоты совсем не просто. Кроме этого, немагнитные пазы залиты
(или запрессованы) цветным сплавом на основе свинца, алюминия,
цинка и т. д. Получение на этих участках высокого класса чистоты
шлифованием также практически невозможно. Все это дает право
считать достаточным требование к шероховатости рабочей поверхно-
сти в пределах 9-го класса чистоты.
Точность рабочей поверхности плиты определяется точностью
станка, так как после установки на стол станка она обязательно
шлифуется. Если исходить из такого порядка эксплуатации электро-
магнитной плиты, то для обеспечения точности рабочей поверхности
она должна иметь равномерный припуск в пределах 0,01—0,03 мм
па шлифовку после установки ее па стол станка.
Практика применения электромагнитных плит как у пас в стране,
гак и за рубежом выработала ряд типовых конструкций. Основными
признаками, по которым разделяются электромагнитные плиты по
типам, являются их размеры, конфигурация немагнитных пазов адап-
терной плиты, форма и количество намагничивающих катушек и
модель станка.
Несмотря на кажущуюся простоту элементарной магнитной си-
стемы, определить ее достоинства при анализе не совсем просто.
Оцепить электромагнит в целом, а следовательно, и электромагнитную
плиту как совокупность элементарных электромагнитов, — это зна-
чит проанализировать все его основные элементы, к числу которых
следует отнести магнитную и электрическую цепи и теплоотдачу
обмотки, а также взаимосвязи этих показателей.
Жесткость плиты как звена системы СПИД также должна учи-
тываться при анализе в виде фактора, оказывающего влияние на точ-
ность обработки. Лишь совокупность показателей по вышеизложен-
ным критериям может дать ответ на вопрос, какая из конструкций
электромагнитных плит лучше для данного конкретного случая.
К сожалению, опыт эксплуатации плит мало обобщен в литературе.
Поэтому анализ существующих конструкций может быть произведен
лишь с позиций качественного обзора их магнитных систем, т. е.
с определения распределения магнитных потоков в данном типе при-
способления. При этом необходимо исходить из того, что магнитный
поток в приспособлениях всегда стремится пройти по пути с мень-
шим магнитным сопротивлением.
155
Существуют и другие пути анализа конструкций. В частности, их
можно характеризовать по пригодности для закрепления тех пли
иных деталей. Этот способ оценки также учитывается в качестве
одного из критериев при определении оптимальности конструкции.
18. МНОГОКАТУШЕЧНЫЕ ПРЯМОУГОЛЬНЫЕ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПЛИТЫ
По конструкции элементарной магнитной системы все прямоуголь-
ные плиты удобнее подразделить па две разновидности: многокату-
шечпые и однокатушечные. Строго говоря, это название условное.
Оно определенным образом отражает число полюсов приспособле-
ния, которое «обслуживается» одной намагничивающей катушкой.
Так, например, если каждый полюс плиты имеет свою намагничива-
ющую катушку («катушка—полюс»), а число полюсов в плите велико,
то плита имеет много намагничивающих катушек, т. е. опа многока-
тушечная. Наоборот, если одна катушка обеспечивает магнитным
потоком несколько полюсов плиты, то, в принципе, намагничивающая
катушка может быть одна на всю плиту, т. е. опа однокатушечная.
На рис. 81 представлена конструкция наиболее распространен-
ных многокатушечных электромагнитных плит типа ЭП для плоско-
шлифовальных станков.
В этих плитах электромагнитные катушки к источнику питания
можно подключить двумя способами.
1. Если начала всех обмоток соединить с положительной шиной
подводки, а концы с отрицательной (левая сторона схемы на рис. 81),
то ток в любой из катушек проходит в одном направлении: попереч-
ные полюсы плиты (сердечники катушек) на ее зеркале при этом
получают одну полярность, а корпус приспособления — противопо-
ложную. Путь прохождения рабочего потока Фр в этом случае будет
таким: северный полюс, рабочий зазор, деталь, рабочий зазор, кор-
пус 2 плиты, зазор между основанием 1 и корпусом 2, основание /,
зазор между основанием / и сердечником /, южный полюс. В зависи-
мости от положения детали на плите длина пути прохождения потока
Фр может быть разной: когда деталь (6 или 8) расположена у края
плиты, путь прохождения потока Фр, короткий; путь прохожде-
ния рабочего потока ФР, через деталь 7, установленную в центре
плиты, значительно длиннее. Увеличивается соответственно и магнит-
ное сопротивление [в общем случае оно определяется по формуле (4) 1.
Поэтому большая часть рабочего потока будет стремиться пройти по
пути ФР1, а сила притяжения деталей, уложенных на участках про-
хождения потока ФР.., будет ослаблена. Потоки утечки пройдут между
полюсами па участках немагнитных прокладок 5 и через окна под
катушки.
Для уменьшения длины пути прохождения магнитного потока ФР2
в некоторых конструкциях плит подобного типа предусматривается
стальная вставка, которая размещается в корпусе 2 между катуш-
ками (такая модернизация магнитной системы особой выгоды пе при-
носит).
156
2. Если Строго чередовать включение электромагнитных Кату-
шек 3, т. е. начало первой катушки соединить с положительной
шиной, а конец — с отрицательной, затем начало второй соединить
с отрицательной шиной, а конец — с положительной и т. д., то полу-
чим чередующуюся полярность выведенных на поверхность плиты
полюсов (правая сторона схемы на рис. 81).
В электромагнитной плите такой конструкции путь прохождения
магнитного потока, так же как и сила притяжения детален, опреде-
Рис. 81. Схема мпогокатушечной электромагнитной плиты
ляется положением детали относительно полюсов. Можно выделить
гр и положения детали относительно полюсов плиты, которые одно-
временно будут характеризовать максимальную, минимальную и
среднюю силы притяжения деталей.
Первое и наиболее выгодное положение детали 9 такое, когда
она частично или полностью перекрывает оба полюса плиты. В этом
случае путь прохождения магнитного потока Фр наиболее благоприят-
ный: оп короток и проходит через полюсники, деталь и основание.
Когда деталь тонка, то в зоне адаптерной плиты рабочий поток может
шходить в корпус и несколько увеличивать силу притяжения детали
(ноток Фр). Путь прохождения потока и сила притяжения детали пе
157
меняются, если деталь будет установлена относительно полюсов
в центре или в любом другом месте по ширине плиты.
Положение деталей 12 и 13 характеризует средние условия для
прохождения магнитного потока Фр. По сравнению с предыдущим
случаем путь его прохождения отличается только в зоне адаптерной
плиты. Выйдя из северного полюса, поток попадает в деталь 13.
Чтобы попасть в южный полюс плиты, магнитный поток должен по-
пасть в деталь 12. Имеется два пути прохождения потока: один —
через зазор между деталями, другой — через корпус адаптерной
плиты х.
Как видно из рис. 81, деталь соприкасается с адаптерной плитой,
при этом пятно контакта представляет собой сегмент (сравнительно
большую площадь). Одновременно деталь 13 соединяется с деталью 12,
но это соединение линейное, так как оно осуществляется по образую-
щей цилиндра.
Следовательно, проводимость пути прохождения магнитного по-
тока между деталями будет меньше, чем проводимость пути потока,
проходящего через сегмент соприкосновения детали 13 с нейтральным
полюсом, сам нейтральный полюс и сегмент детали 12. Отсюда боль-
шая часть потока пройдет по последнему пути. Детали 12 и 13 будут
притягиваться как полюсами, имеющими полярность, так и ней-
тральным полюсом.
При расчетах усилия притяжения деталей, расположенных так,
как детали 12 и 13 на рисунке, следует учитывать, что магнитный
поток, проходящий через зазор между двумя деталями (между ци-
линдрами в данном случае), участвует в работе по притяжению дета-
лей к полярным полюсам плиты и не участвует в притяжении деталей
по сегментам.
Другим экстремальным положением деталей относительно полю-
сов плиты является то, которое занимают детали 10 и 11. Исследова-
ния показали, что путь прохождения магнитного потока в этом слу-
чае не похож на все рассмотренные ранее. После выхода из северного
полюса магнитный поток попадает в деталь 10 и идет по ней влево,
преодолевает рабочий зазор между деталью и нейтральным полюсом
и проходит в нейтральный полюс (т. е. в адаптерную плиту), затем
магнитный поток, огибая полюс, идет по корпусу адаптерной плиты
и входит в нейтральный полюс, с которым соединяет деталь 11, вхо-
дит в нее и по ней попадает в южный полюс приспособления (в сило-
вом узле путь магнитного полюса остается прежним). Из описания
видно, что путь прохождения магнитного потока длиннее, чем в
двух предыдущих случаях. Следовательно, на этом участке большее
падение м. д. с. и, как следствие, меньший рабочий поток, а следо-
вательно, и сила притяжения. Из рисунка видно также, что чем
ближе детали расположены к середине плиты, тем длиннее путь про-
хождения магнитного потока, тем меньше сила притяжения деталей.
1 Участок стальной адаптерной плиты, расположенный между двумя полю-
сами противоположной полярности, условимся называть нейтральным полюсом
и обозначим Ьо.
158
Столь необычный путь прохождения магнитного потока в электро-
магнитной плите создает определенные трудности при оптимизации,
казалось-бы, несложной системы.
Из приведенного описания конструкции многокатушечной плиты
видно, что все ее части, за исключением немагнитных прокладок 5,
являются магнитопроводами и поэтому должны изготовляться из
магнитно-мягких материалов. Сила притяжения магнитной плиты
будет также зависеть от общей высоты плиты Н, высоты адаптерной
плиты h, длины сердечников /, ширины плиты В.
При конструировании магнитной системы должны учитываться
гехнические требования эксплуатационного плана, некоторые из
Рис. 82. Элемент многокатушечной плиты с адаптером из целого куска
стали
которых оказывают влияние и на силу притяжения. Так, например,
изготовлять целые стальные корпуса 2 при малой серийности эконо-
мически нецелесообразно. Поэтому для упрощения технологии изго-
товления электромагнитных плит адаптерную плиту делают отдель-
но и соединяют с корпусом по плоскости А—А. Наличие стыков в пло-
скостях соединения корпуса 2 с основанием 1 и адаптерной плитой,
а также недостаточная герметичность соединения (корпус адаптер-
ной плиты — немагнитная прокладка — полюсиик) увеличивают
влагопроницаемость приспособления. Для повышения надежности
работы электромагнитных плит стараются максимально изолировать
электромагнитные катушки от попадания влаги, используя при этом
ряд технологических и конструкторских приемов.
На рис. 82 показан элемент многокатушечной электромагнитной
плиты измененной конструкции. Здесь адаптерная плита выполнена
несколько необычно — из целого куска стали. В ней полюсники 2
образованы пазами /, которые профрезерованы не насквозь. Образо-
вавшаяся перемычка 5, во-первых, обеспечивает адаптерной плите
влагонепроницаемость; во-вторых, способствует увеличению жестко-
159
сти крепления полюсников 2 в корпусе адаптерной плиты 4. Вместе
с тем перемычка 5 становится дополнительным путем прохождения
магнитного потока утечки Фу (кроме Фу), при этом, в зависимости от
площади поперечного сечения этой перемычки, поток Фу может при-
нимать разное значение, иногда даже сопоставимое с Фр = Фр -ф Фр.
С точки зрения основных положений по электрическим цепям пере-
мычка 5 выполняет роль шунта: чем больше шунт, тем меньше рабо-
чий поток Фр (3— сердечник силового блока).
Элементарная магнитная система многокатушечных плит доста-
точно проста и в любом случае может иметь вид, представленный
па рис. 69. Из элементарных систем можно набрать любую по разме-
рам прямоугольную электромагнитную плиту. Однако недостаток
всех мпогокатушечпых плит состоит в трудоемкости их изготовления.
Большое число электромагнитных катушек и присоединений их к пи-
тающим шипам снижает надежность и уменьшает долговечность ра-
боты плит этой конструкции.
По этому принципу отечественной промышленностью изготов-
ляются плиты типа ЭП, а из числа зарубежных известны плиты фирм
«Брайлон», «Хамприз», «Блом», «Камут» и др.
Проведенные па заводах страны испытания электромагнитных
плит типа «катушка—полюс» показали, что они имеют ряд преиму-
ществ по сравнению с однокатушечными плитами. К числу достоинств
мпогокатушечпых плит нужно отнести:
1) возможность обеспечения более высокой силы притяжения
детали;
2) простоту конструкции элементарной системы;
3) в целом, по сравнению с одиокатушечными плитами, более
простую форму входящих в конструкцию деталей.
Из числа недостатков следует отметить: во-первых, большое число
деталей на единицу изделия (плиты); во-вторых, сложность техноло-
гии сборки приспособления; в-третьих, меньшую надежность работы
плиты из-за увеличения числа электромагнитных катушек.
Однако, несмотря па это, применяя некоторые конструктивные
упрощения и совершенную технологию изготовления катушек, элек-
тромагнитные плиты с системами «катушка—полюс» занимают веду-
щее место в общей номенклатуре.
На рис. 83 показано изменение удельной силы притяжения вдоль
диагонали для некоторых конструкций многокатушечных электромаг-
нитных плит. Если не учитывать данные кривой 1, то, как это видно из
приведенного рисунка, удельная сила притяжения образцов может
быть повышена в среднем до 5,5—6,0 кгс/см2. При этом плита фирмы
«Камут» (кривая <?) имеет хорошие показатели ио пятнистости при об-
разце диаметром 50 мм. Плита Воронежского станкостроительного
завода, спроектированная па Ленинградском заводе-втузе, имеет
среднюю удельную силу притяжения также около 5,0 кгс/см2, но
худшие показатели по пятнистости (кривая 4). Несколько лучшие
показатели имеет опытная плита (кривая 2), которая пока находится
в стадии доработки, но подготавливается к серийному производству.
Ее средняя удельная сила притяжения поднята до значения 6,7 кгс/см2
160
при достаточно хороших показателях по пятнистости (—20%). Плита
фирмы «Хамприз» (кривая /), во-первых, испытывалась при несколько
ipyrux условиях (эталонный образец имел диаметр 65 мм); во-вторых,
видимо, имеет какие-то конструктивные особенности, позволяющие
rii иметь более высокие силовые показатели (возможно применение
ipj гих материалов и т. д.). Однако, несмотря на явно большой
показатель по силе (среднее значение руд=10 кгс/см2), опа отличается
большой пятнистостью даже при образце диаметром 65 мм. Пятни-
Сгость наблюдается и вдоль полюса.
Исследования мпогокатушечпых плит еще не закончены, поэтому
оптимальные соотношения между геометрическими размерами магни-
Рис. 83. Изменение удельной силы притяжения вдоль диагонали /д|1аг для
многокатушечных плит
юнроводов еще не выявлены. Вместе с тем уже сейчас можно сделать
некоторые рекомендации, направленные на совершенствование плит
iaкой конструкции. Прежде всего, конструктивно плиты целесооб-
разнее выполнять по варианту, показанному па рис. 84, т. е. практи-
чески по тому же варианту, по которому изготовляются плиты типа
JII. Здесь полюсы плиты, выходящие на зеркало, чередуются по
полярности (N, S, N и т. д.). Корпус же адаптерной плиты 3 остается
как бы нейтральным. Но принципиальное отличие этой конструкции
от конструкции плиты типа ЭП состоит в том, что все детали (сердеч-
ники /, адаптерная плита 2, основание 5) изготовляются из магнитно-
мягкой стали. Разделительные пазы 2 могут заливаться (или запол-
няться) любым немагнитным материалом, отвечающим соответствую-
щим требованием.
Чтобы обеспечить чередование полярности на полюсах приспо-
собления, электромагнитные катушки 4 соединяются между собой
гак, чтобы в двух соседних катушках ток имел разные направления.
Сила притяжения и равномерность распределения ее по зеркалу
плиты будут определяться соотношением полюсов Ьо и bN (или bs).
/Келателыю, чтобы b0 : bs 0,7 (b;V — bs). Ширина сердечника 1
(bs или bN) выбирается в зависимости от диаметра (размера) закреп-
1яемой детали. Нужно, чтобы bN = bs d — 26 — 12 мм или, если
6=3 мм, то bN — bs d — 18 мм.
11 О. Я. Константинов
161
Рис. 84. Рациональный вариант конст-
рукции мпогокатушечной плиты (ка-
тушка — полюс)
Наблюдения, проведенные па ряде заводов, а также исследования
показывают, что многокатушечные плиты целесообразно проектиро-
вать для закрепления деталей, начиная примерно с диаметров GO—
—70 мм при высоте не менее 10—
—12 мм.
В конструкции плиты, пока-
занной па рис. 84, адаптерная
плита обычно изготовляется за
одно целое корпусом-рамкой.
После установки в поперечные
пазы полюсииков и заливки
разделительных пазов немаг-
нитным сплавом узел шлифуют
по плоскости разъема b—Ь.
Затем на сердечники устанавли-
вают электромагнитные катуш-
ки и всю плиту закрывают осно-
ванием 5. Чтобы снизить трудо-
емкость изготовления плиты,
иногда конструкцию плиты
выполняют по-иному, не изме-
няя в принципе схемы эле-
ментарной системы. Упрощение
например, следующим обра-
зом. Во-первых, адаптерную плиту выделяют в самостоятель-
ный узел (сечение а—а). Чтобы надежно удержать полюсники
в пазах корпуса адаптерной плиты (без дополнительного креп-
ления), весь узел можноизготовитьизодного куска металла, папри-
конструкции можно осуществить,
fyv* bs у | а | b
Рис. 85. Вариант конструктивного решения корпуса адаптер-
ной плиты
мер так, как это показано па рис. 85. При этом любой полюсник ос-
тается соединенным с корпусом адаптерной плиты четырьмя перемыч-
ками-шунтами. С точки зрения уменьшения потерь магнитного
потока желательно, чтобы шунт был как можно меньшей толщины
(не более 2 мм). При такой конструкции адаптерной плиты сердеч-
ники, рамка и основание также выполняются из листового материала
162
и icm самым снижаются потери металла в стружку. Следует, однако,
отметить, что при таком конструктивном решении потери в силе
составляют 10—15% по сравнению с предыдущим вариантом.
Многокатушечпые плиты могут использоваться ие только как при-
способление одпоцелевого назначения, но могут быть и основой для
создания плит многоцелевого назначения. Так, если спроектировать
('иловой блок плиты как базовый узел, то, устанавливая на него адап-
герные плиты разной конструкции, можно добиться широкого диапа-
зона технологических и эксплуатационных характеристик приспособ-
ления. Отличительной чертой конструкции плит такого типа явля-
ются относительно широкие полюсники в силовом блоке (35—45 мм)
и мощные электромагнитные катушки.
19. ОДНОКАТУШЕЧНЫЕ ПРЯМОУГОЛЬНЫЕ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПЛИТЫ
В практике нашли применение плиты, в которых число намагни-
чивающих катушек меньше числа пар полюсов. Эти плиты условно
названы однокатушечными. Они представляют собой усложненную
Ill-образную систему, что видно из рис. 86. К основанию плиты 1
прикреплены сердечник 2, на который надета одна электромагнитная
катушка 3, и корпус-рамка 4. После сборки деталей 1, 2 и 4 узел
силовой блок) должен быть прошлифован по плоскости, прилегаю-
щей к адаптерной плите.
Адаптерная плита однокатушечных плит является своего рода раз-
делителем магнитного потока, образованного силовым блоком. Она
состоит из стального корпуса 5, внутри которого выфрезерована не-
большая обнизка, а па рабочей поверхности — поперечные сквозные
пазы по числу полюсов. В обнизку адаптерной плиты вставлена по-
носная накладка (гребенка) 6. Зубья 7 накладки должны размещаться
в поперечных пазах корпуса. Накладка и корпус изолированы друг
от друга немагнитным материалом 8. В качестве немагнитного мате-
риала чаще всего используются легкоплавкие сплавы на основе алю-
миния или цинка. После заливки сплавом корпус адаптерной плиты 5
и накладка 6 становятся соединенными между собой и представляют
адаптерную плиту.
Прохождение рабочего потока в электромагнитной плите в прин-
ципе аналогично случаю, рассмотренному на рис. 70 (левая часть
схемы). Однако в этом случае к каждому полюсиику подводится
только часть рабочего потока, которая при грубом приближении
составляет 1/z его величины (z — число полюсииков в приспособле-
нии). Магнитный поток проходит по сердечнику 2, полюсной на-
кладке 6, с помощью которой он подводится к полюсникам—зубьям 7
(полюсную накладку и полюсники приспособления можно рассма-
тривать как своеобразный распределитель магнитного потока).
Далее магнитный поток через рабочий зазор, деталь и опять через
рабочий зазор проходит в корпус 5 адаптерной плиты, от которого
через него, корпус-рамку 4 и основание 1 — к южному полюсу сер-
дечника.
11* 163
Рис. 86. Однокатушечная прямоугольная электромагнитная плита
1G1
Из приведенного видно, что путь про,хождения рабочего потока
нс только сложен, по и имеет большую длину. Несовершенство
магнитной системы приспособлений такого вида характеризуется
|акже значительным коэффициентом рассеяния. Поток утечки здесь
очень большой, что объясняется не столько множеством путей, по
которым он может проходить (Фу,, Фу,, Фу;|, Фу, и т. д.), сколько
большой площадью, которую он пронизывает. Эта площадь склады-
вается в основном из площади полюсной накладки 6, обращенной
к зеркалу плиты (за вычетом площади, занятой полюсниками), боко-
вой площади, обращенной к боковым стенкам корпуса плиты, и суммы
площадей стенок пазов, прорезанных в корпусе под полюсники и т. д.
Вместе с тем такие плиты имеют некоторые преимущества перед
многокатушечнымн. Прежде всего в них меньше деталей. Так, на-
пример, приведенная из рис. 86 плита имеет всего шесть деталей
(включая электромагнитную катушку), в то время как такая же много-
катушечная плита должна была бы иметь не меньше 16 деталей. Что
касается элементарной магнитной системы, которая используется
1.1я расчетов, то и в этом случае она может быть упрощена до вида
11-образной.
В настоящее время одиокатушечные плиты выпускаются, в основ-
ном, для крупных плоскошлифовальных станков. Встречаются также
небольшие по размерам одиокатушечные плиты. Учитывая, что эти
плиты сравнительно дороги и дефицитны, в качестве объекта исследо-
ваний была выбрана прямоугольная электромагнитная плита с раз-
мерами зеркала 320X 1250 мм.
В первоначальном виде плита имела вид, показанный на рис. 87.
К основанию плиты 5 винтами прикреплялась сварная рамка, состоя-
щая из корпуса 3 и сердечников б, на которые надевались электро-
магнитные катушки 4. Число сердечников с катушками определялось
количеством секций в плите. 11погда оно было относительно большим.
Рамка, основание и сердечники с катушками — это силовой узел
плиты. Сверху к силовому узлу прикреплялась адаптерная плита,
состоящая из корпуса / и вставок 2. Вставки имели вид гребенки,
зубья которой заходили в поперечные пазы корпуса адаптерной
плиты. Гребенки в корпусе адаптерной плиты удерживались благо-
даря немагнитному сплаву 7, который залит в пазы между этими дета-
лями и разделяет полюсы разной полярности.
Из рисунка видно, что конструкция плиты строго симметрична
относительно продольной оси. Кроме того, каждая половина разде-
лена поперечными перемычками 8 на секции. Секции следует рассма-
гривать как самостоятельные одиокатушечные прямоугольные плиты
типа, соответствующего рис. 86. В связи с этим все экспериментальные
исследования таких плит проводились на моделях секций, изготов-
ленных в масштабе 1:1.
Испытания электромагнитных плит такой конструкции, проведен-
ные с целью определения их силовых характеристик, показали, что
они не отвечают современным требованиям. Из числа выявленных не-
достатков прежде всего нужно отметить то, что удельная сила притя-
жения эталонного образца диаметром 45 мм изменялась от 6 кгс/см2
165
Рис/ Г 87. Однокатушечная многосекционная
электромагнитная _плита до оптимизации конст-
рукции
166
до нуля, причем число точек и мест с «нулевой» силой («мертвые зоны»)
было достаточно большим. Эти зоны располагались вдоль оси плиты
между смежными нарами полюсов (позиции /, рис. 87) и на полюсах
между секциями (над перемычками 8, позиция II). Поскольку
в плите секций много, то и мертвых зон было много. Это приводило
к низкой средней удельной силе притяжения (около 1,2 кгс/см2) и
к неравномерному распределению силы по площади зеркала плиты.
С целью выявления причин, приводящих к таким низким показа-
гелям, были произведены измерения магнитных потоков на различ-
ных участках магнитной цепи. Эти исследования, подкрепленные
расчетами, показали, что конструкция плиты имеет ряд недостатков.
Гак, например, сечения гребенки а—а были малы, а путь прохожде-
ния потока Фр был значительно длиннее пути прохождения потока
Фр. Это приводило к резкому увеличению магнитного сопротивления
пути потока к крайним полюсникам и, как следствие, к снижению
силы на них. Этим и объясняется значительная пятнистость этой
плиты в направлении продольной оси системы.
При испытаниях плиты была выявлена пятнистость вдоль полюс-
пиков. Наибольшая сила притяжения образцов наблюдалась при
установке их в позицию III, наименьшая — при установке в пози-
цию IV. Изменение силы притяжения и в этом случае объясняется
разным магнитным сопротивлением путей прохождения потоков Фр
и Фр . Для первого потока этот путь короче, поэтому он больше. Чтобы
несколько сравнять условия прохождения потоков Фр и Фр, можно
или расширить сердечник (размер Д.ер), или заузить ширину полюсов.
Можно сочетать одновременно оба варианта. Однако заужение полюс-
ников нежелательно, так как приводит к снижению коэффициента
использования зеркала плиты.
Исследования приведенной на рис. 87 модели плиты выявили
также то, что секция, как и магнитная система, не симметрична от-
носительно своей оси (сечение А—Л). Несимметричность магнитной
системы вызвана разностью поперечных сечений рамки 3: крайние и
средняя прямоугольные стенки рамки имели одинаковые сечения, но
в магнитной системе среднюю стейку нужно делить пополам (сечение
Б—Б). Поэтому в связи с разностью путей прохождения магнитного
потока слева и справа от продольной оси системы сила притяже-
ния деталей, установленных в позиции IV и V, была неодинакова.
Измерения потоков выявили бесполезность поперечной пере-
мычки 8 как возможного магпитопровода. Расчеты рамки на проч-
ность также показали, что особого значения для улучшения качества
плиты эти перемычки не имеют. Проведенный с применением экспе-
риментальных методов анализ магнитной системы позволил опреде-
лить пути ее совершенствования. В результате такой работы секция
стала иметь вид, показанный на рис. 88. От предыдущего варианта
опа отличается следующими изменениями.
1. Размер Ьсер сердечника 4 увеличен так, что условия (длина пути
и площадь поперечного сечения магнитопроводов) прохождения маг-
нитного потока через все полюсники 6 северной полярности стали оди-
наковыми (отсутствует имевшееся ранее в гребенке узкое сечение а—а).
167
Рис. 88. Однокатушечпая
секция электромагнитной
плиты, показанной на рис. 87,
после модернизации
168
2. Увеличилась толщина сердечника 4 по размеру /с<р (на рис. 87
толщина сердечника обозначена Ьсср). Это увеличение связано с из-
менением размера /?сер.
3. Полюсники 6 северной полярности стали сквозными, т. е.
проходят через среднюю часть корпуса адаптерной плиты. Такое
изменение конструкции, с одной стороны, привело к упрощению тех-
нологии изготовления плиты, с другой, — к некоторому увеличению
площади северных полюсииков, что, как это будет показано ниже, не-
сколько снизит силу притяжения детали. Преимущество такого реше-
ния состоит также в том, что исключаются «мертвые зоны» по оси
плиты.
4. Сняты поперечные перемычки между продольными стенками
рамки 2.
5. Изменена толщина средней продольной стенки рамки, которая
теперь стала иметь размер 2/р;|М.
6. Для обеспечения симметричности секций как магнитной си-
стемы изменена конструкция корпуса адаптерной плиты /: в средней
своей части корпус стал соединяться с продольной стенкой рамки
практически по такой же поверхности, как тот же корпус соединяется
с боковой стенкой 2 (см. разрез В—'В и вид Г).
7. Уменьшено до минимума число секций в плите. Так, например,
у плиты с размером зеркала 320 X 1250 мм стало шесть секций
(но три в ряд).
Число секций в плите нужно выбирать исходя из практической
возможности намотки электромагнитной катушки. Чем больше соот-
ношение между длиной и шириной катушки, тем труднее ее изгото-
вить. Опыт заводов показывает, что серийно могут быть качественно
изготовлены катушки, имеющие соотношение между длиной и шири-
ной около пяти. При индивидуальном способе изготовления соотно-
шение может быть любым.
Как видно из рисунка, в приведенной конструкции имеется узкое
место: размер окна иод намагничивающую катушку. Этот размер свя-
зан с шириной южного полюса и толщиной немагнитного паза и равен
0,5/?$ + Так как практически наблюдается тенденция к заужению
полюсов, то размер этот небольшой. В связи с этим усугубляются
трудности изготовления катушки, а также получения нужной
м. д. с. без увеличения плотности тока и, следовательно, нагрева.
Проведенные в плите изменения конструкции сами по себе еще
пе обеспечивают получения лучших показателей по силе, так как сила
притяжения образца будет зависеть от соотношения размеров в самой
системе, т. е. от размеров bs, b^, 6 и др. Поэтому для выбора рацио-
нального варианта для данного размера плиты необходим расчет.
Расчет плит осуществлялся па ЭВМ «Минск-22». В качестве рас-
четной схемы была выбрана часть однокатушечной секции прямо-
угольной плиты (рис. 89). Помимо обозначений, приведенных на
рисунке, в методику введены обозначения с рис. 88. Приведенная
ниже методика расчета однокатушечных плит является типовой и
может быть использована для расчета приспособлений других раз-
меров.
числа секций вдоль плиты-л, и поперек
При расчете соблюдается такая последовательность
1. Определяется число секций. Ректшрггппггтттт
ГТ О ЛАт/тт г г Вт «-к « * ц • рекомендации по определению
— и 2, полученные па
дет
125
200
400 .
500
630 . .
'дет
рам
основании
кала и
"р"""“™“ - «р-
400
G30
800
1000
1250
1600
2000
2500
3. Подбирается общая высота плиты Н Г
ваются рекомендации ГОСТ 17519 79 пп^пл’ ,1идис
тов при известном значении В ’ "° К°Т°РЫМ Вь,соты
В, п м м
125
200 '
320 и 400 '
500 и 630
/. ;Х: '.,‘2 r“rk“k”™ '* Mpp
- При подборе учнты-
для расче-
i имеют следующие значения:
//пл В мм
........... 100
............ ПО
......... 120
......... 125
1. В зависимости от длины плиты L выбирается ширина рамки
' |>(|М •
L В мм /рам В мм
400, 630 .................. 20
800, 1000, 1250 ........... 25
1600, 2000, 2500 ........ 30
5. Определяется высота основания. Рекомендуется принимать ее
равной ширине рамки, т. е. Доси = /рам. >•
6. По формуле /ipiM = Нпл — (ha, п + йосп) вычисляется высота
рамки.
7. Определяется удельная сила притяжения. Нахождение силы
притяжения по методике ГОСТ 17519—72 с помощью эталонных
образцов требует определенного соответствия диаметра образца и
шага плиты. Нужно отметить, что понятие шага является весьма ус-
ловным. Для рассматриваемой конструкции плиты шаг равен рас-
стоянию между полюсникамп различной полярности.
Шаг плиты выбирается исходя из размеров детали и должен быть
равен ее диаметру (см. п. 9). В общем виде шаг плиты
у _ bN । о [ bs
1 ~ 2 "г 01 "г 2“ ’
где bN — ширина северного полюсники; bs — ширина южного по-
люсника; б] —ширина немагнитной прокладки (см. рис. 88).
Поскольку машинный расчет предполагает выбор лучшего ва-
рианта из числа имеющихся, то при определении шага t значениями
b и bs задаются. Дискретность изменения bN и bs определит число
расчетных вариантов по шагу / и, следовательно, число рассчитывае-
мых систем.
Для обеспечения падежного закрепления детали диаметром d
в любой точке плиты как минимум необходимо, чтобы dlllin = bs +
I 26r + 2/?/, где m — гарантированная величина перекрытия сосед-
него полюса. Исходя из экспериментальных исследований, эту вели-
чин)7 можно задать в зависимости от диаметра закрепляемой детали:
Диаметр детали d в мм....................... 35 50 70
Величина перекрытия ш в мм.................. 6 8 10
Зная эти размеры, можно определить минимальную ширину лю-
бого полюсника. Максимальное значение ширины полюсника нахо-
дят исходя из конструкторско-технических соображений.
Па основании изложенного пределы изменения ширины полюс-
нпков можно выбирать из табл. 10.
8. По формуле 4>(1|ах = — ~ + -1- определяется ширина окна под
электромагнитную катушку.
9. Из конструктивных соображений с учетом габаритных разме-
ров плиты выбирается длина полюсника. В зависимости от ширины
плиты и числа секций по ширине при выбранной конструкции адап-
терной плиты длина полюсннков может быть выбрана по табл. 11.
171
Таблица 10. Рекомендуемые пределы изменения
ширины полюсников бдг и &s в мм при известной ширине
немагнитной прокладки и длине плиты
Ширина in ?магиитноЛ прокладки 6i в мм
Длина плиты L в мм 2 3 4
• bN bs bN bs Ьд/
400, G30 14—21 4 1—21 12—19 4 1—19 10—17 4 1 — 17
100, 800, 1250 14—32 1—32 12—30 4 1—30 10—28 4 1—28
1600, 2000, 2500 14—48 4 1—48 12—48 4 1—48 10—48 4 —48
Таблица 11. Рекомендуемые длины полюсников Ьполш,
в зависимости от толщины немагнитных прокладок
и ширины плиты
Голщина немагн ит и о и Длина полюсников / Т1 в П« )ЛП1ах мм при ширине плиты В мм
прокладки в мм J 125 200 320 400 500 630
9 97 172 132 172 138 1 129
3 95 170 130 170 136 ] 27
4 93 168 128 168 134 1 9^
10. По формуле /с = ——2(/ -|-/о), где /?2 —число сек-
ций по ширине плиты, определяется ширина сердечника.
И. Определяется высота, ширина и длина детали. Высота детали
принимается равной ширине полюсника, т. е./?дет^-у-, ширина —
равной шагу, т. е. /?дет = t (в расчете допускается упрощение и
принимается, что деталь полностью перекрывает полюсники), длина
детали — равной /ДРТ = 0,5/„ол.
12. Определяются средняя длина магнитной силовой линии и пло-
щадь поперечного сечения магнитопроводов. Этот расчет не столько
связан с трудностями нахождения соответствующих значений вели-
чии, сколько с влиянием их на точность расчета м. д. с. Поэтому и
в данном случае расчет длин и сечений проводится по участкам ма-
гнитной цепи.
В выбранной для расчетов элементарной магнитной системе
(рис. 89) путь прохождения магнитного потока по стали был разделен
на ряд участков, обозначенных номерами 1—7. Большинство этих
участков имеет одинаковое сечение (сердечник 1, рамка 6, основа-
172
пне 7, часть корпуса адаптерной плиты 5, начиная от края до сечения
. а, и участок 3 северного полюса системы, хотя о нем разговор бу-
дст ниже). Определение средней длины пути прохождения магнит-
ного потока по этим участкам, а также площади их поперечного сече-
ния не представляет сложности и возможность возникновения по-
грешностей невелика. В связи с этим было принято, что средняя
длина пути магнитного потока по сердечнику 1 и рамке 6 /грр = /рам =
/ipaM; по основанию 7 /осп = 0,5лЛоСП + /0 + 0,25 /сер —0,5 /госн;
по корпусу адаптерной плиты /кор = 0,5 (/га. п — /рам) + 0,25л/рам.
Соответственно площади поперечного сечения магнитопроводов
на участках сердечника Sccp = 0,5/сер/, основания SOC1I =
рамки SpaM = /р;1мС корпуса (с некоторым допущением) SKopn =
- S = / t
° рам 1рам 1
Расчет длин и сечений магнитопроводов проводится с целью опре-
деления их проводимости. Если сечение по длине проводника не из-
меняется, то с достаточной для практических целей точностью можно
определять проводимость по среднему сечению и средней длине. Если
проводник по длине имеет переменное сечение, то из-за нелиней-
ности функции R = f (рст) простое геометрическое усреднение пло-
щади поперечного сечения магнитопровода приводит к возникнове-
нию большой погрешности. Поэтому, используя некоторые положе-
ния из теории цепей, в практику расчета магнитных приспособлений
введен прием деления магпитопровода переменного сечения на от-
дельные «трубки». Каждая трубка должна представлять собой участок
магпитопровода, условия прохождения магнитного потока по кото-
рому можно принять одинаковыми. Все трубки должны соеди-
няться между собой по схеме параллельного, последовательного пли
смешанного соединения, ио так, чтобы в целом имитировать условия
прохождения магнитного потока по данному магнптопроводу пере-
менного сечения.
Применительно к рассматриваемому случаю покажем это на при-
мере участка 2 северного полюса элементарной магнитной системы
(рис. 89). Из сердечника 1 магнитный поток входит в участок 2 по се-
чению b—I), площадь которого равна Sccp = 0,5/сср/, а выходит из
него по сечению с—[с, с площадью S;V = O,25Z?V (/пол—bN) + ~цГ*
Очевидно, что SN >Scep. Исследования показывают, что если расчет
сопротивления магпитопровода вести исходя из некоторого среднего
сечения усеченной призмы с основаниями в плоскостях в—в и с—с
и некоторой средней длины этого участка, то, во-первых, погрешность
расчета может достичь 20—25°о, во-вторых, это не позволит выявить
изменения силы притяжения детали вдоль полюсника. Для того
чтобы повысить точность расчетов, а также получить качественную
оценку изменения силы вдоль полюсника, было принято разделить
участок 2 магпитопровода (а также участок 3) на пять параллельных
трубок. Это разделение проведено произвольно, точно так же, как и
схема деления магпитопровода. Несмотря на это, проведенные экс-
периментальные замеры потоков по трубкам показали хорошее сов-
падение с расчетными данными.
173
На рис. 90 показаны схема деления участка северного полюса
системы с переменным сечением на пять трубок и схема построения,
которые были выполнены для определения длин и сечений отдельных
трубок. Трапеция Ь0с0с5Ь5 представляет собой боковую сторону части
северного магнитопровода на участке, где он имеет переменное сече-
ние. Для деления этого магнитопровода на трубки была найдена
точка О, которая находится на пересечении боковых сторон с0Ь0
и c5Z?5. Затем основание трапеции с0с5 = 0,5/пол было разделено на
пять равных отрезков н соответствующие точки clt с2, ... были
Рис. 90. Схема деления участка северного полюса элементарной системы
иа пять трубок
соединены с точкой О. Проведенные лучи делили трапецию па пять
частей — трубок, которые тоже являются трапециями с равными
основаниями и высотами, но разной формы. Во всех трубках разница
в длинах Z1? /2, . . . и площадях поперечного сечения настолько за-
метна, что, по-видимому, пет необходимости говорить о разных усло-
виях прохождения магнитных потоков по ним. Условимся обозначать
через Ц длину прохождения магнитного потока по соответствующей
трубке, а через /iz — один из сомножителей при определении площади
поперечного сечения трубки. При этом = lLli, 1.2 = /2/г и т. д.,
a h t = nixm'r, h2 = т2т2 и т. д.
При безмашинном графоаналитическом расчете плит значения 1Х,
12, • /5 и hi, /4» • • •, ^5 можно определить непосредственно из по-
строения по рис. 90. Для повышения точности расчета построение
рекомендуется выполнять в большом масштабе (например, М5 : 1).
При расчетах с использованием ЭВМ указанные отрезки должны быть
выражены в аналитическом виде. Видимо, можно найти несколько
способов аналитического выражения длин интересующих нас отрез-
ков. В проведенных работах они выражались через координаты
174
...гветствующих точек X и У. При этом расчет длин
и треугольников, аналогичных треугольнику
осуществлялся
। ie V/' и xit — соответственно ординаты точек и 1t; yi{ и г//, — соот-
ветственно абсциссы точек /{ и 1Г.
В общем виде длина пути магнитного потока по любой трубке
может быть вычислена по формуле
Для выражения координат точек Д и через известные величины
рассмотрим треугольники 01 ±Ь0 и Olic0. Из подобия этих треугольни-
ков следует:
ОС о 0,05/пол т J п т г _ -пол
°W~ /сер ’
Отсюда, сделав соответствующие подстановки, найдем:
ob0 = ос„^Е-= (ob„ + 62) = ob„ + 62 ;
ЧЮЛ ’ ‘ПОЛ 'ПОЛ 1 пол
ob0-ob„-'^-=6,-^,
‘ПОЛ 1 пол
и дальше
ob0 = - • (39)
‘пол ‘сер
Ио ОЬо — Xi . Подставив формулу (38) вместо х^ значение obQ по
формуле (39), получаем
х, • = ОСО = obo + 62 = , SA7- + 62 = . (40)
4 ‘пол — ‘сер 'пол ‘сер
Координаты точек /£- и /4- запишутся так:
= (0,1/-0,05)/сер; (41)
xi\ = (0,1/ — 0,05) /пол. (42)
Таким образом, при расчете ио формуле (38) длины пути магнит-
ного потока в каждой трубке значения координат вычисляются по
зависимостям (41)—(42).
Для расчета площади поперечного сечения трубок используется
зависимость
5, = 0,5^/it, (43)
где длина отрезка h; определяется как сумма отрезков:
h; = nii kt Д- nil . (44)
175
Каждый из этих отрезков, если известно значение одной из сто-
рон треугольника, может быть определен из прямоугольных треуголь-
ников с углами и pz. В дайной методике расчет этих отрезков ве-
дется через катет okit т. е.
mlki^oki tgcc.; (45)
=okt tgpz. (46)
Для определения величины отрезка okL используется приведенный
выше координатный способ в сочетании с решением прямоугольного
треугольника. Так, например, из прямоугольного треугольника
ok2p имеем
о/?2 =. | (ор)2
(*2W2.
(47)
где op = xk, — ордината точки /г2; /г2р = у1{., — абсцисса точки /г2.
Нетрудно доказать, что для всех точек Zez ордината будет иметь
одно значение и, выраженная через известные величины, примет вид
(48)
Абсциссы точек A’z будут определяться выражением
ZZaz = 0,05 (г — 0,5) (/сср + /,.ол). (49)
Тогда любой отрезок
или в конечном виде
0/,. = у ГбН'ееР + <,.ол) ' 2 + 10,05 (. 0 5) (/ + / )|2 (50)
г Vиол zccpJ J
Для определения углов az и Р,через известные величины элемен-
тарной системы введем дополнительные обозначения: углы между
осью А' и лучами ос{ обозначим буквой у с соответствующим индексом
(например, уА; у2 и т. д.); углы между осью X и лучами o/z обозначим
буквой ф с соответствующим индексом (например, фх; ф2 и т. д.).
Тогда
а,-= ф/— V/-i; (51)
(52)
Отсюда тангенс любого угла может быть записан так:
tg at- = tg (ф£ — yz_i),
или по формуле разности двух углов:
& 1 1 + tg Ср/ tg yi-1 ’
1 + lgYitgyf-
(53)
(54)
176
По аналогии с приведенными ранее вычислениями тангенсы углов
•I и у можно выразить через известные величины. Так, например,
। шгенс yL может быть определен так:
ob0
по так как
Ч^пол
I пол /сер
ГО
— l/bt —б,^сер>
Obo = Xbt = Х1\ =
I
пол
^2^ПОЛ
В общем виде для tg имеем
0,1 f/ccp (/пол /сер)
^2^ПОЛ
Определив значение tg ср, и подставив в формулы (53) и (54), полу-
чаем окончательно:
tg а, = -=----- °’05^ ~ ;“р)---------; (55)
«2+0 01(/11ол-/„р)(< —0,5)0 —I)
Q, о _ '______0,05д2 (/пол ^сер)_____
~ 692Ч>0,01(/пол-/сер)2Ц£-0.5) •
(56)
Таким образом, нахождение любого отрезка по формулам (45) и
(16) возможно с использованием зависимостей (50), (55) и (56).
Пройдя по трубкам магпитопровода 2 (рис. 89), потоки перейдут
в часть 3 северного полюса с постоянным сечением. Длина пути по-
тока по трубкам на этом участке
In ; — Йа. п 62,
по детали
/дет. = 0,25 (bs 4- 46i) + 0,535^.
Длина пути магнитного потока в южном полюсе будет одинаковой
па всех участках /^=0,1 /пол, за исключением последнего, для которого:
пол •
Площади поперечных сечений отдельных участков определяются
просто.
13. Проводимость потоков утечки определяется по формулам:
[0,1(/га. и — 62)/пол . ппн /___Т П III’
Оу=Р0 ----------------------1----------J При 4— 1, 11,111,
x>IV 0,1 (/la. п — 0,662)/цОЛ । °>056^/пол .
~ [ 5 + 62 J ’
v ( [0,25л (bN + 60 + (0,1/пол _ оЛ)] (/la. п — °«6б2) 1
Оу — ро | g j •
12 О. Я. Константинов
177
В рассматриваемом случае, так же как и во многих других, основ-
ная сложность расчета состоит в определении проводимости адаптер-
ной плиты. Расчет силового блока трудностей не представляет, так
как конструкция его и пути прохождения магнитного потока по его
деталям очень просты. При таких условиях графоаналитический рас-
чет должен завершиться построением двух кривых: кривой нама-
гничивания адаптерной плиты и кривой намагничивания силового
блока. В принципе такая методика изложена в п. 15 и показана на
рис. 79. Особенность настоящего расчета состоит в степени слож-
ности.
На рис. 91, а показана расчетная эквивалентная электрическая
схема замещения адаптерной плиты элементарной системы, приведен-
ной па рис. 89. Как уже отмечалось, путь прохождения магнитного
потока по северному полюснику и детали разбит на пять параллель-
ных трубок (/—V). Каждая трубка представлена тремя сопротивле-
ниями стали Rd, Rn,, Rn2 (нелинейные зависимости) if одним сопро-
тивлением утечки Gy (римские цифры у обозначений означают помер
трубки). Последнее сопротивление утечки включено в цепь парал-
лельно (Rs — магнитное сопротивление южного полюса иа соответ-
ствующем участке). Все трубки подключаются к южному полюсу па
соответствующем участке его длины. Закапчивается цепь магнитным
сопротивлением корпуса адаптерной плиты Дкорп-
Графоаналитический расчет проводится в такой последователь-
ности. При заданных значениях геометрических размеров системы
на отдельных листах строят кривые намагничивания (вебер-амперные
характеристики) каждой трубки — Дтр (методика построения изло-
жена в п. 15). После построения этих характеристик схему замещения
можно представить в упрощенном виде (рис. 91, б).
Дальнейшее решение схемы состоит в графическом сложении ве-
бер-амперпой характеристики трубки 1 с предварительно построенной
кривой намагничивания первого участка южного полюса В ре-
зультате сложения абсцисс этих кривых (соединение сопротивлений
последовательное) получится некоторая промежуточная кривая /?Э1>
и схема замещения примет вид, показанный на рис. 91, в. Затем, как
параллельно включенные сопротивления, кривые намагничивания
трубки II и Дэ, складываются по ординатам, после чего схема заме-
щения примет вид, изображенный на рис. 91, а.
Дальнейшее решение эквивалентной электрической схемы заме-
щения адаптерной плиты методически выполняется в такой же после-
довательности. В результате схему замещения приводят к виду, пока-
занному иа рис. 91, д, т. е. получается одна кривая 7?а. п, представля-
ющая собой кривую намагничивания адаптерной плиты.
При расчете элементарной системы размеры окна под электро-
магнитную катушку уже известны. Поэтому можно заранее опреде-
лить м. д. с электромагнитной катушки, которая может разместиться
в отведенном для нее объеме. Правда, при этом нужно задаться плот-
ностью тока. Исследования показывают, что она может выбираться
от 1,8 до 2,8—3,0 А/мм2, что составляет в среднем 2,5 А/мм2. Увели-
178
Рис. 91. Эволюция изменения эквивалентной электрической схемы заме-
щения адаптерной плиты в процессе графоаналитического расчета
19*
179
толщины немагнитного паза
на силу притяжения детали
вдоль полюса:
/ 5 — соответственно на участ-
ках трубок /—V
Чеиие этой нормы приводит к возрастанию нагрева, что, как правило,
нежелательно (см. п. 31).
Построение кривой намагничивания силового блока несложно
и производится по приведенным выше рекомендациям. Совместив два
графика так, чтобы оси абсцисс их совпадали по F, а расстояние
между началами координат было равно м. д. с. электромагнитной
катушки, получаем точку пересечения вебер-амперных характери-
стик адаптерной плиты и силового блока. Она будет определять пол-
ный поток в системе заданных размеров при соответствующей м. д. с.
электромагнитной катушки. Зная эту точ-
ку и имея на графике все остальные про-
межуточные кривые, включая трубки,
можно «развернуть» схему и найти вели-
чину магнитного потока в каждой трубке,
а по нему и силу.
Такая схема расчета иллюстрирует как
частный случай, когда при заданных габа-
ритах системы требуется определить силу,
так и общий, характерный для процесса
оптимизации, прием расчета. Выше было
сказано, что для выбора лучшего соотно-
шения между размерами системы необхо-
димо просчитать несколько вариантов.
Разумеется, что решение такой задачи
возможно только с применением ЭВМ.
С этой целью, задавшись интервалами изме-
нения /, 6Ь bs и Ьм, па ЭВМ рассчиты-
ваются кривые намагничивания адаптер-
ной плиты для каждого случая. Затем на-
ходят возможный диапазон измерения
м. д. с. намагничивающей катушки (Fmax—
— Лшп)- Он определяется по допусти-
мому колебанию размеров окна иод катушку и плотности тока.
Выбрав дискретность изменения м. д. с. катушки в пределах Amin —
— Fmax и используя полученные кривые намагничивания адаптерной
плиты, можно проследить влияние любого фактора на силу притяже-
ния детали.
Этот анализ позволяет выбрать из числа возможных лучший, удов-
летворяющий заданным условиям.
Используя возможности современной вычислительной техники,
ио изложенной выше схеме был произведен расчет около 800 вариан-
тов магнитных систем однокатушечных плит. В результате анализа
полученных данных представилась возможность выявить влияние
основных переменных на силу притяжения детали и на этой основе
разработать рекомендации для проектирования однокатушечных
электромагнитных плит.
Анализ полученных данных показал, что толщина немагнитного
паза в адаптерной плите влияет на силу притяжения деталей незна-
чительно (рис. 92). Такая закономерность имеет место, видимо, и для
180
•’истем другой конструкции. Учитывая это, а также технологию изго-
ни», юния электромагнитных плит, толщину немагнитного паза реко-
мендуется выдерживать в пределах 3—4 мм.
Характер изменения кривых /—5 дает основание считать, что
в плитах рассматриваемой конструкции вдоль полюсника плиты
имеет место пятнистость.
На рис. 93 показано влияние основного размерного фактора
i bslbN на силу притяжения. Номера кривых соответствуют из-
Рис. 93. Характер влияния соотношения
толщин полюсов на силу притяжения детали
в однокатушечной плите:
Рис. 94. Изменение удельной
силы притяжения детали в за-
висимости от м. д. с. намагни-
чивающей катушки:
/ — 5 — соответственно на участках трубок /—I
1—5 — соответственно на участках
трубок 1— I
менеиию силы на участке соответствующей трубки. Из приведенного
графика видно, что при каком-то значении X сила притяжения на
всех трубках одинакова. Это соотношение ширины южного и север-
ного полюса назовем оптимальным.
Как показал анализ, оптимальное значение Хо11т остается по-
стоянным для плит одной ширины и не зависит от шага /, а с увеличе-
нием ширины плиты, а также длины полюсника /пол уменьшается.
Так, например, при ширине системы в 160 мм Хопт 0,8, при ширине
системы в 200 мм Хопт 0,7 и т. д. Если Хопт < 1, то увеличивается
трудность изготовления плиты и нельзя рассчитывать на возмож-
ность получения большой силы притяжения деталей. На самом деле,
значение Хопт определяет ширину южного полюса bs, а вместе с двумя
толщинами немагнитной прокладки — размер окна под две элек-
181
тромагнитиые катушки (см. рис. 88). Несмотря па то, что технически
это исполнимо, по в условиях серийного производства изготовление
топких и длинных электромагнитных катушек представляет опреде-
ленную трудность. Помимо усложнения технологии изготовления,
топкие электромагнитные катушки, конечно, не могут иметь большой
м. д. с. На рис. 93 график приведен для м. д. с. F = 200 А и поэтому
сила па полюсе плиты составляет примерно 2,5 кгс/см2. Практически
м. д. с. катушки можно увеличить в 2,5—3 раза, что позволит полу-
чить силу около 3,5 кгс/см2. Дальнейшее увеличение м. д. с. электро-
Рис. 95. Прямоугольная электромагнитная плита с зауженными по-
люсами и диаграмма изменения силы притяжения детален па пей
вдоль диагонали
магнитной катушки, хотя и повысит силу, но будет сопровож-
даться увеличением нагрева плиты, так как увеличение м. д. с.
возможно только за счет повышения плотности тока.
На рис. 94 показано изменение удельной силы в зависимости от
м. д. с. намагничивающей катушки для условий, аналогичных усло-
виям иа рис. 93. Из рисунка видно, что изменение удельной силы
интенсивно происходит на участке F = 200ч- 500 А. При дальней-
шем увеличении м. д. с. сила хотя и возрастает, ио не интенсивно
(за исключением трубок I и //).
При анализе полученных данных выявлена зависимость между
толщиной закрепляемой детали hA и шагом полюсов t. С некоторым
усреднением можно принять, что t = 2,75/гд.
Таким образом, одиокатушечные электромагнитные системы могут
быть рекомендованы для использования в плитах с удельной силой
притяжения в среднем 3,5—4 кгс/см2.
182
I» приложении 2 приведены рекомендуемые исходные данные,
необходимые при проектировании прямоугольных электромагнит-
на плит па базе одпокатушечных секций.
1ля снижения требований к технологии изготовления одио-
i пушечных электромагнитных плит можно пойти и по другому пути:
। проектировать плиту с К >> Хопт, а выравнивание пятнистости вдоль
полюсов осуществить путем их заужения. На рис. 95 показаны эскиз
riKoii плиты с размером зеркала 320X1250 мм и диаграмма измене-
ния силы притяжения вдоль плиты. При % = 1,0 (т. е. bs = bN)
ила притяжения по диагонали плиты изменялась в соответствии
г кривой /. После заужения, т. е. образования на зеркале плиты
ггтки канавок шириной и глубиной 4 мм, изменение силы притяже-
ния характеризуется кривой 2.
Недостатком плит с зауженными полюсами является то, что после
некоторого времени эксплуатации плиты сетка пазов будет сошли-
фована и для восстановления силовых характеристик ее необходимо
оудет воспроизвести снова. Восстановление сетки пазов классифи-
цируется как ремонтная операция и раньше в перечне работ по обслу-
живанию электромагнитных плит не приводилась. Таким образом,
предполагаемое конструктивное изменение ведет к некоторому уве-
личению амортизационных расходов, но они настолько иезначи-
гельны, что их можно принять.
20. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
КОНСТРУКЦИЙ АДАПТЕРНЫХ ПЛИТ
Геометрические соотношения элементов магпитопровода и пара-
метры катушки должны находиться в таких соотношениях, чтобы
при наименьших расходах энергии обеспечивать заданную силу
притяжения. Кроме того, детали приспособления должны быть
выполнены с наименьшими затратами как по трудоемкости, так
и по материалам. Очевидно, что оптимальность конструкции плиты
определяется целой совокупностью факторов. К сожалению, в тех-
нической литературе по электромагнитным приспособлениям как
в зарубежных, так и отечественных изданиях мало уделяется внима-
ния вопросам оптимизации конструкций и это тормозит расширение
области их применения в промышленности.
Магнитное состояние системы электромагнитного приспособле-
ния оказывает решающее влияние на его эксплуатационные харак-
теристики. Равномерное распределение магнитного потока по зер-
калу электромагнитной плиты, а следовательно, и усилия притя-
жения зависят от рационального расположения полюсов на адаптер-
ной плите. Адаптерная плита должна распределять магнитный
поток, выходящий из силового блока, таким образом, чтобы как
можно большая его часть замыкалась через обрабатываемую де-
таль, а потоки рассеяния (потери магнитного потока) при этом
были бы минимальными. Поэтому исследование адаптерных плит
с целью установления взаимосвязи конструкции^ величиной полез-
183
пого потока имеет большое значение для всех магнитных приспо-
соблении.
Для исследования конструкций адаптерных плит был выбран
экспериментальный метод как наиболее распространенный метод
познания закономерностей, определяющих качество магнитных при-
способлений.
При экспериментальных методах исследования магнитных при-
способлений в виде модели обычно воспроизводят не все приспособле-
ния, а только их часть. Как уже говорилось, все приспособления
можно представить в виде совокупности элементов, для которых
должны быть характерны свойства всего приспособления. При вы-
боре масштаба модели ограниченно можно пользоваться принципом
подобия, однако здесь следует учитывать нелинейный характер ма-
гнитных сопротивлений, и поэтому излишнее уменьшение площадей
поперечного сечения магпптопроводов может затруднить контроль
и привести к возникновению существенных ошибок. Практически
большинство экспериментальных моделей элементов магнитных при-
способлений выполняется в масштабе 1 : 1 или 0,5 : 1, и поэтому
сами эксперименты трудоемки и дороги.
Так как все электромагнитные приспособления можно разбить
па простейшие П-образиые пли удвоенные Ш-образиые, то для ими-
тации силового блока была выбрана одна из этих конструкций.
Адаптерная плита имитировалась надставкой на Ш-образиый элек-
тромагнит. Надставка выполнялась в виде конструкции, соответ-
ствующей тому или другому типу адаптерной плиты.
Экспериментальное исследование состояло в измерении величины
магнитных потоков па различных участках магнитной цепи. Потоки
измерялись при разных значениях м. д. с. намагничивающей ка-
тушки, что позволяло наиболее наглядно выявить узкие места
системы. Результаты эксперимента обрабатывались с целью опре-
деления качественной характеристики конструктивного решения
адаптерной плиты.
На рис. 96 показан общий вид экспериментальной Ш-образной
электромагнитной системы с надставкой, имитирующей адаптерную
плиту с шунтом. Шуптом здесь является прослойка металла между
окном под электромагнитную катушку V и пазами, разделяющими
зеркало надставки III па полюсы определенной полярности.
Установка с целью выявления влияния количества пазов па кар-
тину потокораспределепия была разделена на две несимметричные
П-образные системы. Соотношение геометрических размеров над-
ставки выбрано произвольно. При этом учитывалось, что потоко-
расиределепие в реальных условиях будет несколько иным, так как
эксперимент проводится на несимметричной системе, а реальные
приспособления, как правило, компонуются из симметричных си-
стем. Поэтому основная задача эксперимента состояла в том, чтобы
установить общую картину потокораспределепия в подобных си-
стемах.
Электромагнитная катушка экспериментальной установки, на-
мотанная на каркас, имела следующие обмоточные данные: провод
184
марки ПЭВ-2 0 0,27 мм, число витков w = 6700, электрическое
сопротивление катушки 7? =619 Ом. Электромагнитная катушка
питалась постоянным током. Напряжение на ее зажимах можно было
пинию изменять с помощью ЛАТРа. В цепи катушки было уста-
новлено размагничивающее устройство. Перед каждым измерением
потока система размагничивалась путем подачи убывающих по ве-
личине импульсов тока чередующейся полярности. Экспериментально
было установлено, что при изменении размагничивающего тока по
• 1U4
Рис. 96. Экспериментальная Ш-образная электромагнитная система с надставкой,
имитирующей адаптерную плиту с шунтом:
1 — 11 — детали;
III — надставка;
IV — Ш-образный сердечник;
катушка
V — электромагнитная
прямолинейному закону обеспечивается хорошая степень размагни-
чивания системы. Цикл размагничивания длился 15 с, а направле-
ние тока изменялось 16 раз. Качество размагничивания проверялось
с помощью милливеберметра и измерительной катушки, которая
была размещена в надставке. При быстром снятии или наложении
надставки, замыкающей полюсы электромагнита, фиксировали оста-
точный поток. Электромагнит и надставка считались размагничен-
ными, если отклонение стрелки милливеберметра при одновитковой
измерительной катушке не превышает 0,5 деления (0,012-Ю-3 Вб).
Поскольку измеряемая величина потока находилась в пределах
1•10"3—5-10-3 Вб, то погрешность не превышала 2,5°о.
На сердечнике электромагнита в различных сечениях надставки
и деталей были намотаны измерительные катушки, обозначенные
185
ла рисунке точками 1—28, которые с помощью переключателей по-
следовательно подключались к мнллнвеберметру. Некоторые сече-
ния магнитопроводов, охватываемые катушками, для наглядности
заштрихованы (катушка 6, 16 и др.). Порядок подключения изме-
рительных катушек к прибору строго соблюдался: начало и конец
каждой катушки подключались к одним и тем же его зажимам.
Замеры потоков на модели были произведены при четырех зна-
чениях м. д. с. катушки: 679, 810, 1139, 1340А. Потоки, исходящие
из крайних полюсов Ш-образного электромагнита, были приняты
за 100°6. Распределение потоков внутри надставки и в деталях при-
ведено в табл. 12.
Как видно из таблицы, величина м. д. с. практически не влияет
па перераспределение потоков по сечению модели. При выбранном
соотношении геометрических размеров электромагнита и надставки
свыше 40% потока, исходящего из крайнего полюсника, замыкается
через шунт. Этот поток не участвует в работе по притяжению детали
и является, по существу, бесполезным. Через выступы надставки,
не являющиеся продолжением полюсов Ш-образпого электрома-
гнита, проходит незначительный магнитный поток (в пределах 5°о
для левой П-образной системы и 2% —для правой). Поток утечки
в зоне немагнитных пазов в этом случае составляет величину меньше
1% для левой П-образиой системы и около 2% —для правой.
Приведенное потокораспределение показано для случая, когда
деталь полностью перекрывает все полюсы зеркала надставки.
Если зеркало надставки перекрывают отдельные небольшие
детали, то распределение потока существенно изменяется. В этом
случае увеличиваются рабочие потоки, в том числе и потоки, про-
ходящие по средним зубьям надставки. Увеличиваются также и
потоки, проходящие через шунт, который начинает выполнять
роль магистрального магнитопровода, и потоки, проходящие через
разделительные пазы, если они не перекрываются деталями. Отсюда
можно сделать вывод, что если детали не имеют между собой сплош-
ной плоскости контакта, то адаптерная плита с шунтом может рас-
сматриваться в качестве одного из возможных вариантов конструк-
тивного решения приспособления.
Для характеристики совершенства электромагнитной системы
используется понятие о коэффициенте рассеяния о. Оп представляет
собой соотношение между полным потоком Фо, который образует
электромагнит, и рабочим потоком Фр, участвующим в работе по
притяжении детали, т. е.
Чем большую долю составляет полезный поток от полного, тем лучше
система, тем меньше коэффициент рассеяния отличается от единицы.
В исследуемой системе коэффициент рассеяния определяется
следующим образом. Полный поток в модели приближенно может
быть измерен измерительными катушками 27 и 28 (см. рис. 96).
Рабочие потоки обеих П-образных систем определяются как сумма
186
Таблица 12. Экспериментальные данные распределения магнитных потоков в Ш-образной системе и надставке
адаптера с шунтом (по рис. 96)
потоков, измеренных рамками 7 и 8 — для левой П-образной системы
и рамками 14 и 16 — для правой. При F = Iw = 1139А коэффициент
рассеяния
~___________________497 100________________
(1 53 2С0+ 15 100) + (6000 + 55 000 + 75 740) ~ '
Такой коэффициент рассеяния характеризует данную систему
с заданными соотношениями размеров с невыгодной стороны.
Аналогично рассмотренному случаю было проведено исследова-
ние Ш-образного электромагнита с надставкой, имитирующей кон-
Рис. 97. Экспериментальная Ш-образная электромагнит-
ная система с надставкой, имитирующей адаптерную
плиту со сквозными полюсами
струкцию адаптерной плиты с закрытыми полюсами (конструкцию
плиты см. на рис. 86).
Уже при анализе конструкции системы можно заметить, что
магнитный поток, проходя от северного полюса электромагнита
к южному, преодолевает довольно сложный путь. Через ряд сечений
магнитопроводов проходят большие потоки, создавая глубокое на-
сыщение и «запирая» тем самым путь прохождения магнитного по-
тока. Это в первую очередь относится к сечениям, расположенным
у оснований зубьев 7 (рис. 86) и в перемычках корпуса рамки 4
адаптерной плиты, между поперечными пазами и у края плиты.
В экспериментальной модели в этих сечениях индукция составляла
2,3 Т при м. д. с. намагничивающей катушки 1139А. При выбранных
для эксперимента размерах модели адаптерной плиты коэффициент
рассеяния о = 1,46.
Коэффициент рассеяния этой системы далек от оптимального
значения, близкого к единице, но по сравнению с предыдущим
случаем он характеризует с лучшей стороны конструкцию плиты.
188
•но объясняется прежде всего отсутствием в этой конструкции шунта
нцпптерной плиты.
Па рис. 97 показана еще одна разновидность адаптерных плит
• о сквозными поперечными полюсами. В модели надставка, замыка-
Ю1Ц.1Я полюсы Ш-образногоэлектромагнита, состоит из трех деталей:
ин х гребенок 2 и 3, которые устанавливаются па южных полюсах /
и / силового блока Ш-образного электромагнита, и полюсной
«ставки 5, установленной на северном полюсе 7 Ш-образпого электро-
магнита (6 — электромагнитная катушка). В реальных (не экспе-
Рис. 98. Экспериментальная элек-
тромагнитная система с круглым
сердечником: а — общий вид; б —
схема потокораспределен и я в си-
стеме
риментальных) условиях детали 2 и 3 объединяются в одну и пред-
ставляют собой корпус адаптерной плиты.
Пути прохождения магнитного потока по такой системе ана-
логичны тем путям, которые имеются в адаптерной плите с закрытыми
полюсами. Разница здесь состоит лишь в том, что увеличилась пло-
щадь северных полюсов и ухудшились условия прохождения магнит-
ного потока по магнитопроводам южной полярности. Кроме того,
существенно возросла площадь поперечного сечения путей, по кото-
рым проходит поток утечки. Все это отразилось на величине коэф-
фициента рассеяния, который для данных условий стал равным 2,34.
Таким образом, адаптерные плиты со сквозными полюсами могут
применяться в приспособлениях, где не нужна большая сила при-
тяжения деталей, но требуется более рациональное использование
зеркала плиты.
На рис. 98 приведены общий вид экспериментальной электро-
магнитной системы с круглым сердечником и схема распределения
189
магнитных потоков. Эта конструкция интересна не только с точки
зрения практического использования, но и как эталон наиболее
рациональной конструкции магнитной системы. В ней на круглый
сердечник 1, запрессованный в латунную втулку 2, надета электро-
магнитная катушка 4. Втулка 2 в свою очередь запрессована в кор-
пусе 3. В модели, размеры которой показаны на рисунке, электро-
магнитная катушка намотана проводом марки ПЭВ-2 диаметром
0,25 мм. Число витков w = 3000. Электрическое сопротивление катуш-
ки R = 246 Ом. Катушка питалась постоянным током с на пряже-
нием и = 110 В, м. д. с. катушки F = Iw = 0,45-3000 = 1350 А.
Величина магнитного потока по сечению сердечника измерялась
с помощью измерительных катушек 1—5 (рис. 98, б), намотанных
вдоль длины на определенном расстоянии друг от друга. Численное
значение коэффициента рассеяния определялось как отношение
полного потока Фр, измеренного катушкой 2, к рабочему потоку,
измеренному катушкой 5, и было равным о = 1,13.
В отличие от ранее рассмотренных систем, коэффициент рассея-
ния круглой электромагнитной системы незначительно отличается
от единицы, а это значит, что почти весь поток, возбуждаемый элек-
тромагнитной катушкой, участвует в работе по притяжению детали.
Потоки рассеяния, замыкающиеся через окно под катушку (ФУ2
и ФУз) и па участке немагнитной прокладки (ФУ1), составляет не-
значительную величину. Так, сумма потоков ФУ, и ФУя определится
как разность между потоками, измеренными с помощью катушек
2 и 3, т. е.
Ф„2 — Ф-л = 357 500 — 345 000= 12 500 Мкс = 0,125-10“3Вб;
Ф„, = 345 000 — 325 000 = 20 000 Мкс = 0,2.10"3Вб.
Эти величины соизмеримы с погрешностью милливеберметра,
величина которой при сопротивлении измерительной рамки /?нзм =
= 7,641 Ом составляет 1,5% от измеряемой величины,
АФ = 357 000-0,015 = 5350 Мкс = 0,0535-10~3 Вб.
Следует отметить, что несмотря на рациональность магнитной
системы, величина магнитной индукции в рабочем зазоре невелика
(1,75 Т), в то время как в среднем сечении сердечника она подни-
мается до 2,0 Т. Поэтому для увеличения силы притяжения рекомен-
дуется применять прием, который называется заужеиием полюсов.
На рис. 98, а он применен только на южном полюсе, который по
площади всегда больше северного. При заужении полюсов выравни-
вается индукция, а сила притяжения повышается до максимально
возможного значения. К сожалению, заужение полюсов не всегда
возможно, так как оно снижает технологические и некоторые эксплуа-
тационные показатели приспособления.
Такие резкие отличия коэффициентов рассеяния рассматриваемых
элементарных систем свидетельствуют, что условия прохождения
магнитного потока в каждой из них не одинаковые.
190
21. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КАТУШЕК
()пределив конструкцию и размеры электромагнитного присно-
•пиления, приступают к расчету параметров электромагнитной ка-
lyillKII.
По своей конструкции электромагнитные катушки бывают не-
скольких типов: например, па сборном каркасе, на паяном металли-
ческом каркасе пли бескаркасные. В электромагнитных приспособле-
ниях желательно применять катушки с металлическим каркасом,
гак как увеличивается коэффициент теплоотдачи, что очень важно для
условий теплового режима работы приспособления. Однако по ряду
Рис. 99. Схематическое изображение электромагнитных катушек:
а — каркасной; б — бескаркасной
причин в электромагнитных приспособлениях основным типом на-
магничивающих катушек являются бескаркасные катушки.
На рис. 99 схематично изображены электромагнитные катушки
па каркасе и без каркаса.
Катушка на каркасе (рис. 99, а) имеет гильзу /, па которую
плотно надеты две шайбы 3. Конструкция каркаса должна быть до-
статочно жесткой, что определяется толщиной материала, исполь-
зуемого для изготовления гильзы и шайб, а также способом их соеди-
нения (припаивание, склеивание, сборка на замках и т. д.).
Для улучшения изоляции металлическая гильза в три-четыре
слоя обматывается изоляционной миканитовой лентой 6, а к тор-
цам гстинаксовых шайб 3 приклеиваются изоляционные миканито-
вые шайбы 4. В углах будущей катушки из лакоткани делается
изоляция 2, а по торцам — изоляционные прокладки 5. После на-
мотки катушки торцовые изоляционные прокладки загибаются и
вся катушка обматывается в полнахлеста тофтяной лентой 7.
191
Конструкция п технология изготовления бескаркасных катушек I
(рис. 99, б) значительно проще. Их намотка осуществляется на
специальные разъемные шаблоны. Перед намоткой катушки по пе- I
риметру шаблона в нескольких местах укладываются отрезки тафтя- I
пой или микалитовой лепты. После намотки нужного числа витков
концы ленты связываются, удерживая тем самым витки в нужном
положении. Однако точные катушки таким образом намотать I
нельзя, так как после снятия с шаблона они обязательно потеряют
свою форму. Для сохранения формы бескаркасных катушек их
промазывают быстротвердеющпм клеем или лаком во время
намотки или после намотки — до снятия с шаблона. В том и дру-
гом случае в бескаркасной катушке остается лента 7. После снятия ।
с шаблона вся катушка в полнахлеста обматывается тафтяной лен-
той 7.
Изоляция каркасов занимает определенную площадь в катушке,
поэтому при расчете площади под намотку ее необходимо учитывать.
Основными параметрами электромагнитной катушки являются
диаметр намоточного провода d и число витков w. Диаметр провода
выбирается в зависимости от принятого напряжения и, что самое |
важное, он должен быть таким, чтобы обеспечить прохождение вполне
определенного тока 7, так как произведение lw = F„, т. е. опреде-
ляет полную м. д. с. электромагнитной катушки. Таким образом,
отправной величиной при расчете основных параметров электро-
магнитной катушки является полная м. д. с. F„, вычисленная одним
из способов, которые были изложены выше. I
Найти сомножители произведения Iw, на первый взгляд, не пред- 1
ставляет труда. Можно, например, задаться величиной силы тока I
и найти число витков w, которое сохранит равенство F(> = Iw.
Определив далее полное сопротивление электромагнитной катушки
и длину намоточного провода, можно найти и его диаметр. Однако
такой путь может быть избран только при прикидочиых расчетах, 1
так как он не обеспечивает оптимального соотношения между много-
численными параметрами электромагнитной! катушки. Поэтому пред-
почтительнее идти по пути последовательного расчета параметров
электромагнитной катушки с учетом всех факторов, определяющих
ее работоспособность.
Формулы для расчета параметров электромагнитной катушки
по заданной м. д. с. приведены в табл. 13.
В некоторых случаях конструкция электромагнитного приспо-
собления создается заново и вопрос о том, какое нужно оставить
окно под электромагнитную катушку, неизвестен. В этом случае
исходят из заданной силы притяжения. Для предварительного ре-
шения этой задачи можно использовать расчетный путь, по кото-
рому поперечное сечение меди определяется по формуле
ie<?pM= (1 +
оми> =--------------—т ь ч > (57)
/ М О Q / f? \ 4 7
1.02.10~Vcep"*2 (/г3 + УМ
192
Параметр
Расчетная формула (или рекомендация для выбора)
Таблица 13. Расчет параметров электромагнитной катушки
по заданной м. д. с.
Исходные данные
Полная м. д. с. элек-
тромагнитной катушки Fq
в Л
См. аналитический или графоаналитический
расчет
I Гоминальпое напряжение
катушки //к в В (напряже-
ние источника тока прини-
мается равным НО В; воз-
можны и другие варианты)
Рассчитывается по формулам:
при схеме соединения по рисунку
НО
где /I — число катушек в плите;
при схеме соединения по рисунку
Допустимая температура
нагрева катушки /доп в град
Ко эф(|л I ци е 11 т те и л оотд ач и
А’т в Вт/(см2 • град)
Размеры окна под элек-
тромагнитную катушку:
длина окна магнитной
системы 1О м. с в мм
высота окна магнитной
системы /го. м. с в мм
диаметр сердечника (для
круглых катушек) cfCep в мм
стороны поперечного се-
чения сердечника (для пря-
моугольных катушек) псер
11 ^сер в мм
ПО
мк — ~)
9^
где z — число секций с параллельным соедине-
нием катушек
Для приспособлений к шлифовальным станкам
(точные работы) /доп «g: 65 С; для приспособле-
ний к фрезерно-строгальным станкам 65 С <
^цоп < 85 С
Ат = (184-29) 10 4 Вт/(см2• град) (меньшие
значения для приспособлений с бескаркасными
катушками)
Берутся по эскизу приспособления после сто
расчета
13 О. Я. Константинов
193
Продолжение табл. 1
Параметр
Расчетная формула (или рекомендация для выбора)
Расчет геометрических параметров
электромагнитно й к а т у ш к и
Длина катушки /к в мм
о- м. с 2/^j,
где /0. м. с — длина окна в мм; = 1,54-3 мм —
обязательный зазор между катушкой и сталь-
ными магнитопроводами (см. рис. 84). Чем точ-
нее катушка, тем меньше /<г
Высота (толщина) катуш-
ки //к в мм
— 1]о. м. с — 2/(2,
где h0, м с — высота окна в мм; /<2 — обяза-
тельный зазор между катушкой и стальными
магинтопроводами (см. рис. 84). /<2 — 14-1,5 мм —
для каркасных катушек; /<2 — 1,54-3 aim—для
бескаркасных катушек
Длина
1ц в мм
намотки
(рис. 91)
Высота намотки
(см. рис. 91)
в мм
/п — /к — 2Az/,
где А// — суммарная толщина изоляции торцов
катушки. Для катушек па металлическом кар-
касе &ii= 1,54-2,5 мм;
для бескаркасных катушек Az'/^1,5 мм
Для каркасных катушек
н
где Az'/iDH — толщина изоляции внутренней по-
верхности катушки (для бескаркасных катушек
Аг/1ВИ 1,5 мм; для каркасных катушек Az/tnn =
= 24-2,5 мм); А//П1 — толщина изоляции наруж-
ной поверхности катушки (Az'/IH 0,8 мм); Лгу —
толщина угловой изоляции катушки [А/у =
= 0,5 мм (только для каркасных катушек)];
1у — длина угловой изоляции катушки (/у =
= 54-10 мм); /ш—длина отгибаемого конца
изоляционной прокладки (/ш = 104-15 мм); А/ш —
толщина изоляционной прокладки, отгибаемой
на наружную поверхность (AzIU 0,3 мм)
Средняя длина витка Lcp
в мм:
для круглых катушек
для прямоугольной ка-
тушки
Р а с ч с т эл ек т р и веских
э л е к т р о м а г и и т и о й
параметров
к а т у ш к и
Диаметр провода (ио ме-
ди) d в мм
4p/F0Lcp10-3
------------ или
пик
194
Продолжение табл. 13
Параметр
Расчетная формула (или рекомендация для выбора)
Диаметр провода (по ме-
ди) d в мм
Площадь поперечного се-
чения провода q в мм2
Диаметр провода с изо-
ляцией di в мм
Число витков электрома-
гнитной катушки w
Коэффгщиейт заполнения
намотки А’3
Плотность тока / в Л/мм2
4р/АСр/к/гк/<3/10 3
зтнк
где р/ — удельное сопротивление меди в Ом -мм2/м
при i С, р/ = р20 [1 + a (t — 20)]. Здесь р20 =
= 0,0175.
Полученный диаметр округляется до ближай-
шего большего диаметра по ГОСТу
nd?
Берется по ГОСТу исходя из расчета d
Коэффициент А’3 зависит от марки провода и
диаметра. Для провода ПЭВ-2:
при di = 0,25 мм /г3 = 0,7
» d[ — 0,5 мм /г3 = 0,70
» di = 0,75 мм А’з = 0,82
» di — 1,0 мм /?з = 0,83
Должна быть в пределах 1,8<=с /^2,8
Сила тока в катушке /к
в А
М. д. с. катушки в Л
Мощность плиты Р в Вт
При последовательном соединении катушек
в плите
К“К»
при параллельном и смешанном соединениях
/г
где ип — поминальное напряжение источника
постоянного тока в В.
П р о в с р о ч н ы й р а с ч е т и а г р е в а
э л е к т р о м а г н и т н о й к а т у ш к и
Общая длина обмоточного
провода Lnp в м
Сопротивление намотки в
нагретом состоянии R/ в Ом
^пр
/?/ = р2о-^[1 +0,004 (/-20)J
13*
195
Продолжение табл. 13
Параметр
Расчетная формула (пли рекомендация для выбора)
Минимальная м. д. с. на
установившемся режиме ра-
боты катушки Fq inln в Л
11отсри в электромагнит-
ной катушке Р в Вт
Fq min
(должно быть Fo^Fonin)
max
Превышение температу-
ры катушки т в С
Поверхность охлаждения
S в см2
Коэфф! I циент теплоотдач и
/?т в Вт/(см2-град)
г = -127+ I 1С 200 + ^1
Г 7?20/?tS
Полная поверхность приспособления
/гт = (18-ь 29) 10“ 4 Вт/(см2-град)
где с/м — поперечное сечение обмоточного провода (без изоляции)
в мм2; w — число витков катушки; Q — требуемая сила притяжения
в кгс; р — удельное сопротивление материала провода в Ом-мм2/м;
6 — зазор между плитой и деталью в мм (здесь нужно учитывать все
зазоры магнитной системы); р0 — магнитная проницаемость воздуха
в Г/м; р.Ст — магнитная проницаемость стали в Г/м; /ст — средняя
длина магнитных силовых линий по стали в мм; dcep — диаметр
сердечника электромагнита в мм (если полюс имеет прямоуголь-
ную форму, то вместо deep нужно подставлять в формулу значение
<Sn~v— с соответствующими коэффициентами); /<т — коэффициент
теплоотдачи, kT = (18ч-29)-10~4 Вт/(м2-град); т— допустимое пре-
вышение температуры в °C (для приспособлений, предназначенных
для грубых работ т 60-?-70 С); Z?x, k2, k3 — коэффициенты формы
электромагнита, учитывающие соответственно толщину намотки,
отношение наружного диаметра электромагнита D„ к диаметру сердеч-
ника Z)cep, отношение высоты плиты к диаметру сердечника.
При предварительных расчетах значение коэффициентов формы
_2ср _
Jtdcep
— 1,7-i-2— для круглого сердечника и
рекомендуется выбирать в следующих пределах:
Л,
сер
для сердечника прямоугольной формы;
1»
2 (а -|- Ь)
Здесь Рн — наружный периметр электромагнита; 2 (а -Г Ь) —
периметр сердечника; Яп — высота плиты.
В формуле (57) произведение qMw представляет собой площадь,
занятую медью, т. е. площадь поперечного сечения всей обмотки без
196
учета коэффициента заполнения, каркаса катушки, изоляции и т. д.
Задавшись для предварительных расчетов общим коэффициентом
использования площади окна под катушку в пределах 0,3—0,5,
можно определить площадь поперечного сечения того места, которое
юлжно быть оставлено под электромагнитную катушку, т. е.
О
о,1о
Преобразуя формулу Максвелла и выражая в ней поток через
мощность электромагнитной катушки, можно получить зависимость
Q = 0,102
p/Cp462
(58)
где Р — потребляемая электромагнитной катушкой мощность.
По этой формуле можно проследить связь основных конструктив-
ных и эксплуатационных характеристик электромагнитного приспо-
собления. Из нее видно, например, что сила притяжения Q в данном
приспособлении прямо пропорциональна затрачиваемой мощности Р
п площади полюсов Sn. Следовательно, при проектировании электро-
магнитных приспособлений необходимо стремиться к максимальному
увеличению площади поперечного сечения стали. Повышается
усилие притяжения и при увеличении площади пространства, остав-
ленного под электромагнитную катушку (^мйу). При этом окно под
катушку должно иметь вытянутую форму вдоль сердечника, так как
в этом случае уменьшается коэффициент /г1? учитывающий толщину
намотки. К сожалению, это обстоятельство снижает конструктивную
ценность приспособления, так как с увеличением мощности обяза-
тельно увеличивается высота электромагнитного устройства. При
всех рассуждениях мы пренебрегаем влиянием насыщения стали
сердечника, что не полно отражает действительные условия работы
приспособления. Однако и этот фактор можно учесть.
Если пренебречь магнитным сопротивлением детали и потоками
утечки, то проводимость магнитной системы
GfiGcT
Gg -J- GCT
Полезный поток, т. е. поток, проходящий через сталь и рабочий
зазор, выражается как Ф = Fn^ G. Подставляя это выражение
в формулу Максвелла и преобразуя ее, получаем
Q= 0,102
Р^Мсер
(59)
197
Здесь вместо dcep и /сер подставлены соответствующие значения,
выраженные через Jcep и kL.
Из формулы (59) видно, что сила притяжения будет возрастать,
если проницаемость стали цст будет увеличиваться. Отсюда следует
еще одна весьма важная рекомендация: сечение стали необходимо
выбирать таким, чтобы при данном потоке проницаемость стали была
максимальной.
Таким образом, с учетом всего сказанного выше, можно предва-
рительно определить размеры всего приспособления. После этого
следует произвести уточняющий расчет по приведенной выше ме-
тодике.
Помимо расчета электромагнитной катушки необходимо обра-
тить внимание на некоторые технологические вопросы, определя-
ющие ее качество. Здесь имеется в виду то, что электромагнитная
катушка для приспособлений должна изготовляться из материалов
современных и высокого качества. Так, например, для изготовления
электромагнитных катушек рекомендуется выбирать провода марки
ПЭВ-2, которые имеют эмалевую изоляцию на поливинилацетатной
основе. По существующим нормам она обеспечивает пробивное
напряжение в пределах 1200—1300 В (для диаметра провода 0,2—
0,8 мм), что очень важно для обеспечения надежности катушки.
Кроме того, изоляция провода марки ПЭВ-2 сохраняет свои свойства
при достаточно высоких температурах нагрева (—120—130° С).
Все это способствует повышению надежности работы катушки.
Провод марки ПЭВ-2 с учетом свойств, стоимости и дефицитности
может быть заменен проводами марок ПЭВД, ПЭМ-2 и в крайнем
случае проводом марки ПЭВ-1 [311.
Г л а в a VI
КРУГЛЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПЛИТЫ
II ОСНОВНЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЮ
22. ТЕХНИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ
КРУГЛЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПЛИТ
Основные технические требования, определяющие качество элек-
громагпитных плит, рассмотренные ранее (см. и. 5), могут быть
полностью применены и к круглым плитам.
В практике круглые электромагнитные плиты встречаются от
диаметра 200 мм до 3000 мм. Номенклатура плит, отличающихся по
диаметру, достаточно широка. Так, например, только французская
фирма «Брайлон» изготавливает круглые электромагнитные плиты
четырех стандартных серий, каждая из которых в среднем содержит
но 35 наименований, отличающихся только диаметром. Отечествен-
ная промышленность выпускает круглые плиты меньшего числа
типоразмеров. Несмотря па то что диапазон охваченных диамет-
ров не уступает зарубежному, шаг изменения диаметров больше.
Возможно, что это и более справедливо, так как плиты в основном
идут па укомплектование плоскошлнфовальных станков, круглые
столы которых стандартизованы.
В настоящее время Воронежским и Липецким станкостроитель-
ными заводами намечены к выпуску или уже выпускаются круглые
электромагнитные плиты к новым плоскошлифовальным станкам
с диаметрами 400, 500, 630, 800, 1000, 1250 и 1600 мм. Как видно,
средний диаметр круглых плит равен примерно 800 мм, а это застав-
ляет несколько по-иному отнестись к вопросам, связанным с надеж-
ностью и долговечностью работы этого вида приспособлений.
Из электромагнитных приспособлений круглые электромагнит-
ные плиты наиболее сложны по своей конструкции. Как правило,
они изготовляются централизованно на станкостроительных заводах
для укомплектования плоскошлифовальных станков с круглым
столом. Без плит эти станки почти не применяются, поэтому круглые
электромагнитные плиты часто рассматривают как принадлежность
к станку. Габаритные размеры и вес круглых электромагнитных
плит в среднем больше, чем прямоугольных. Наряду со сложностью
конструкции это отражается на стоимости круглых плит, которая
больше, чем для прямоугольных. Высокая стоимость плит повышает
эксплуатационные расходы па эти приспособления. Все это неиз-
199
бежно усложняет их ремонт и модернизацию. Однако в технической
литературе вопрос проектирования и эксплуатации круглых электро-
магнитных плит практически не освещен.
В электромагнитных плитах намагничивающая катушка ие только
является источником магнитной энергии, по и комплектующим из-
делием определенных конструктивной и технологической сложностей.
В принципе, можно изготовить достаточно сложные по конструкции
намагничивающие катушки. В практике же изготовления электро-
магнитных приспособлений применяются сравнительно простые.
Обычно они изготовляются бескаркасными и поэтому наматываются
иа шаблон определенной формы. Шаблон для намотки катушек пе
Рис. 100. Конструкция
круглой электромагнит-
ной плиты с трапецеидаль-
ными катушками: а —
общий вид; б — вариант
с двухрядным располо-
жением катушек
должен иметь вогнутых поверхностей, так как натягиваемый на него
провод не сможет без дополнительного приема при намотке принять
такую форму. Поэтому контур практически всех намагничивающих
катушек для электромагнитных плит в плане имеет форму окруж-
ности (кольцевые или цилиндрические катушки), прямоугольника
(прямоугольные катушки) пли трапеции (трапецеидальные катушки).
Намагничивающие катушки для круглых электромагнитных плит
пе имеют в этом отношении исключения и, по существу, они опреде-
ляют конструкцию круглых плит.
По аналогии с прямоугольными электромагнитными плитами,
круглые можно представить в виде двух узлов: силового блока 1
и адаптерной плиты 4 (рис. 100, а) С Силовой блок имеет корпус
в виде диска, в котором по кольцу выточена обнизка. В нее установ-
лены сердечники 2 с электромагнитными катушками 3. Адаптерная
плита в данной конструкции магнитной системы выполняет лишь роль
1 Исследования и оптимизация круглых электромагнитных плит к плоско-
шлифовальным станкам выполнены аспирантом ЛИЭИ им. П. Тольятти
И. М. Белоусом под руководством автора.
200
ишпителя. С этой целью ее корпус соединен с корпусом силового
6 кжа и с сердечниками соответствующей полярности. Вставки 5,
представляющие па зеркале адаптерной плиты полюсники другой
полярности, изолированы от корпуса адаптерной плиты немагнит-
ны мн прокладками 6.
Как видно из рисунка, конструктивно магнитная система такой
плиты мало отличается от системы прямоугольных многокатушечных
(лектромагнитных плит. Отличие состоит лишь в том, что полюсники
п 1пты вдоль радиуса имеют разную ширину и поэтому условия
прохождения магнитного потока по ширине полюсннка неодина-
ковы. Однако расчетной маг-
нитной системой является
простая П-образная система,
I. е. такая же, как и в пря-
моугольных плитах.
Чтобы уменьшить влия-
ние заужения сердечников
силового блока и полюспп-
ков адаптерной плиты иа
силу притяжения, а также
по возможности упростить
конструкцию и технологию
изготовления, круглые плиты
больших диаметров изготов-
ляют с двумя и больше ря-
дами трапецеидальных ка-
тушек (рис. 100, б). В этом
случае может быть изменена
и форма полюса па адаптер- Рис. 101. конструкция круглой электромаг-
НОЙ плите. Нужно отметить, нитной плиты с кольцевыми катушками
что форма полюсииков и кон-
струкция адаптерной плиты круглых электромагнитных плит
с простой П-образиой элементарной системой силового блока мо-
гут выбираться так же, как и для прямоугольных плит.
На рис. 101 показана конструкция круглой электромагнитной
плиты с кольцевыми катушками. Она состоит из силового блока 1
и адаптерной плиты 3. Силовой блок имеет концентрические кольце-
вые выточки, в которые уложены кольцевые намагничивающие
катушки 2. Эта разновидность плит существенно отличается от пре-
дыдущих своей магнитной системой. Как известно, катушка, по вит-
кам которой проходит электрический ток, возбуждает магнитное
поле, характеризуемое потоком. Каков бы ни был путь этого потока
по внешней цепи, он всегда замкнут и должен обязательно весь
пройти внутри этой катушки, параллельно ее оси. До сих пор были
показаны системы именно с такими условиями прохождения магнит-
ного потока. В плитах же с концентрическими электромагнитными
катушками условия прохождения магнитного потока по системе
значительно сложнее. Отличие прежде всего состоит в том, что на-
правление потоков и двух соседних концентрических намагничива-
201
ющпх катушек разное. Потоки идут как бы навстречу друг другу
н тем самым нейтрализуют себя. В таких системах значительно воз-
растает роль магннтопроводов, которые уже не только направляют
поток по нужному пути, но н регулируют его величину. При непра-
вильно выбранных сечениях магннтопроводов может быть случай,
когда приспособление вообще не сможет работать, т. е. ие будет
притягивать детали.
Указанная особенность магнитных систем с кольцевыми ка-
тушками накладывает отпечаток и па методику расчета, о чем будет
сказано ниже. Однако уже из приведенного рисунка видно, что
при зауженном среднем магнитопроводе силового блока поток
Ф2 может не «уместиться» в нем и искать другие пути про-
хождения. Одним из таких путей будет путь по крайним магиитопро-
водам системы, а там проходят соответствующие потоки другого на-
правления. Однако, несмотря па особенности и сложность расчета
таких приспособлений, они занимают ведущее место среди конструк-
тивных решений по круглым плитам. Удачные образцы этого типа
плит отвечают самым взыскательным требованиям.
При определенных условиях, связанных со стремлением снизить
трудоемкость расчета таких плит, в качестве расчетной схемы можно
принять также П-образную, но для введения отличия от предыдущих
систем назовем ее сложной П-образпой системой.
Обе конструктивные разновидности силового блока (с простой
и сложной П-образной системами) допускают установку адаптерных
плит с различной располюсовкой. В качестве основного довода при
выборе конструктивного решения адаптерной плиты является стрем-
ление обеспечить либо закрепление деталей достаточно малых раз-
меров в любом месте плиты с одинаковой силой, либо закрепление
деталей крупных размеров (тина кольца) с равномерно распределен-
ной по опорной поверхности силой.
В первом случае требование аналогично тому, которое предъ-
является к прямоугольным электромагнитным плитам. Внешне
это проявляется в том, что па зеркале адаптерной плиты полюсы
расположены близко друг к другу. Вместе с тем следует подчеркнуть
также то. что в отличие от прямоугольника круг как геометрическая
фигура, соответствующая форме зеркала плиты, не удобен для рав-
номерного и близкого друг к другу расположения полюсов. В связи
с этим в практике находят применение разнообразные конструктив-
ные варианты исполнения зеркала (см. рис. 22) круглых электро-
магнитных плит. Наибольшее распространение имеет вариант с рас-
положением полюсов по концентрическим окружностям (см. также
рис. 101). При этом разноименные полюсы могут быть разделены
либо только одной немагнитной прокладкой, либо между ними может
располагаться полоска «нейтральной» стали. Такое конструктивное
решение адаптерной плиты является наиболее простым и техно-
логичным.
Разновидностью предыдущего решения может быть плита с «ви-
тым» адаптером, который изготовляется путем навивки рулона
одновременно из двух лент на базовое кольцо; материал одной из
202
мн должен обладать хорошими ферромагнитными свойствами
и м. и. 16), другая — быть немагнитной (латунь, алюминий). После
и ишвки рулон запрессовывается в наружное кольцо. Такие адап-
н'рные плиты применяются
1ЛЯ закрепления мелких де-
талей, так как расстояние
между двумя полюсами соот-
нстствует только толщине
немагнитной ленты.
Гретин вариант (см.
рис. 22, в) конструкции адан-
|ерной плиты характеризует
стремление рационально впи-
сать в круг фигуры прямо-
\ голыюй формы, представ-
ляющие собой полюсы плиты.
Г> этом случае расстояние
между полюсами также мини-
мально и равно (толщине не-
магнитной прокладки.
Геометрическая форма
полюсов на зеркале адаптер-
ной плиты в принципе может
быть разной. По ней опреде-
ляется название раскол юсо-
вок: «елочкой» (см. рис. 22,г),
«звездочкой» и т. д. Проведен-
ные исследования выявили
около 20 разновидностей
форм полюсов круглых адап-
терных плит. Но все они
должны обеспечить возмож-
ность закрепления детали
в любой точке зеркала плиты
с одинаковой силой.
Для другого направления
характерно радиальное рас-
положение полюсов на адап-
терной плите. Такой адаптер
проектируется, как правило,
к силовому блоку с прос-
тыми П-образпыми системами
на основе трапецеидальных
намагничивающих катушек
(см. рис. 100).
Чаще круглые плиты с радиальными полюсами применяются
в подшипниковой промышленности для обработки колец круп-
ного диаметра. Как правило, иа
плите устанавливается одно
кольцо.
203
В виде иллюстрации уровня современных круглых электрома-
гнитных плит в табл. 9 приведены силовые характеристики для не-
которых из них, а на рис. 102 — точечная диаграмма изменения
удельной силы притяжения вдоль радиуса этих плит.
Из приведенного можно сделать следующие выводы:
1) в целом силовые характеристики круглых плит выше и ста-
бильнее, чем у прямоугольных;
2) круглые отечественные плиты по своим силовым характери-
стикам находятся па уровне лучших мировых образцов;
3) имеет место колебание силы притяжения по площади зеркала
плиты, и чем меньше диаметр закрепляемой детали, тем это больше
сказывается.
Однако эти качества не уменьшают значимости проблемы оптими-
зации круглых плит.
23. ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ КРУГЛЫХ ПЛИТ
С КОЛЬЦЕВЫМИ КОНЦЕНТРИЧЕСКИМИ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ КАТУШКАМИ
При исследовании работы круглых электромагнитных плит
с кольцевыми концентрическими катушками были замечены несоот-
ветствие силы притяжения затраченной энергии, неравномерность
силы притяжения вдоль радиуса и наличие «мертвых» зон. Все эти
показатели зависят от конструкции магнитной системы и процессов,
протекающих в ней. Для установления закономерностей между
силой притяжения и конструкцией магнитной системы круглых
плит с кольцевыми концентрическими катушками были проведены
специальные исследования, основные положения из которых при-
водятся ниже.
На существующих отечественных и иностранных плитах магнит-
ный поток по зеркалу плиты распределяется неравномерно. Об этом
свидетельствуют результаты замеров потоков круглых электрома-
гнитных плит, проведенных па ряде заводов, в том числе на Ленин-
градском инструментальном, на 4-м ГПЗ в г. Куйбышеве и т. д.
Магнитный поток в рабочем зазоре измерялся с помощью образца /
(рис. 103, а), имеющего размеры 15Х15ХД мм (здесь R — радиус
плиты в мм), установленного на зеркало 2 плиты вдоль радиуса.
Расположение измерительных катушек па образце соответствовало
расположению полюсов па испытуемой плите. Для этого по длине
образца фрезеровались поперечные пазы. Шаг пазов и их количество
определялись шагом и размерами немагнитных вставок 3 на плите.
Изменяющийся от пуля до максимального значения в момент вклю-
чения плиты магнитный поток фиксировался флюксметром. Измери-
тельные катушки подключались к прибору строго определенно:
начало и конец каждой катушки — к одним и тем же его зажимам.
Количество и расположение электромагнитных катушек в каждой
из плит были определены исходя из величины и направления магнит-
ного потока, исходящего и замыкающегося через соответствующие
полюсники зеркала. Исследования указанных электромагнитных
204
205
плит показали, что ширина немагнитных пазов и полюсов у них раз-
лична и колеблется в довольно широком диапазоне. Так, например,
у круглой электромагнитной плиты фирмы «Диск ус верке» толщина
немагнитной прокладки составляет всего 1,5 мм, а толщина полюс-
пика — 3 мм. В то же время у плиты фирмы «Биллитер» эти размеры
соответственно равны 5 и 20 мм.
Как правило, при исследовании той или иной плиты разборка
ее не проводилась и поэтом}' схемы конструкций круглых электро-
магнитных плит заимствованы в основном из паспортов. Они могут
не отражать действительную глубину паза, координаты расположе-
ния катушек, технологию изготовления и т. д. В большинстве своем
немагнитные пазы и, следовательно, полюсы расположены по кон-
центрическим окружностям, а иногда по спирали. Для сравнения
магнитных пли г между собой в качестве критерия выбрана плотность
магнитных силовых линий в рабочем зазоре (магнитная индукция
па полюсе). Графики такого тина, как на рис. 103, б, позволяют
судить о характере изменения индукции вдоль радиуса плиты и об
ее значении на каждом полюсе. При построении этих графиков была
принята следующая методика. Сначала производились измерения
магнитного потока иа полюсах плиты. Эти результаты сводились
в таблицы. Затем на оси абсцисс (радиусе плиты R) в точках, соответ-
ствующих середине полюсов, возводились ординаты со значением
индукций на полюсе. Полученные точки соединялись ломаной ли-
нией. Па каждой электромагнитной плите производились две серии
замеров: с загрузкой и без загрузки зеркала плиты деталями — пла-
стинками из стали Ст.З. Загружаемая площадь составляла 30—40%
площади зеркала над катушками. Ломаная линия А па рисунке со-
ответствует измерениям индукции вдоль радиуса при незагружен-
ной плите, линия Б — при загруженной плите.
Проведенные исследования силы притяжения ряда круглых элек-
тромагнитных плит позволяют сделать следующие выводы.
1. Вдоль радиуса круглой электромагнитной плиты индукция иа
полюсах, а следовательно, и сила притяжения неодинаковы. На по-
люсииках зеркала, являющихся продолжением главных полюсов
электромагнитной системы, индукция достигает максимума, а на
полюсииках, расположенных над электромагнитными катушками,
уменьшается до нуля. Причем такая картина характерна для всех
рассматриваемых плит. Таким образом, па каждой плите существуют
«мертвые зоны».
2. Встречаются плиты, у которых магнитная индукция иа полю-
сах очень мала.
3. Увеличение числа полюсов несколько сглаживает пики индук-
ции над главными полюсами системы. Однако у таких плит мертвые
зоны увеличиваются но площади.
4. Практически у всех плит от среднего радиуса к периферии и к
центру индукция изменяется (увеличивается или уменьшается) по
сравнению с индукцией, которая характерна для средней зоны плиты.
5. Наиболее сильными круглыми магнитными плитами являются
плиты фирмы «Джустина» (Италия), а плита фирмы «Биллитер»
характеризуется наиболее равномерным распределением усилия при-
। я/копия вдоль радиуса.
Наличие мертвых зон над электромагнитными катушками или
\ вспомогательных полюсов можно объяснить тем, что путь прохож-
дения магнитного потока к ним имеет значительно большее сопро-
। пиление, чем путь через шунт и по основным полюсам. Это предполо-
жение наглядно подтверждается проведенными ранее экспер имен-
ами, основной моделью для которых была система, показанная па
рис. 96.
Чтобы ликвидировать мертвые зоны и, следовательно, обеспечить
равномерное притяжение деталей по всей поверхности, по-видимому,
необходимо создать одинаковые условия прохождению магнитного
потока как на главных, так и на вспомогательных полюсах. Достичь
лого можно путем изменения глубины, ширины и расположения
немагнитных пазов в адаптерной плите. Проверка правильности
выдвинутой гипотезы проводилась на том же Ш-образпом электро-
магните, который использовался для описанных ранее эксперимен-
тов. М. д. с. электромагнитной катушки сохранялась прежней.
Всего было исследовано десять вариантов конструкций адаптерных
плит. В результате экспериментального исследования вариантов
конструкций были сделаны следующие выводы.
1. Глубина, ширина и расположение немагнитных пазов
в адаптерной плите действительно влияют па величину рабочего
потока и равномерность его распределения по полюсам при-
способления.
2. При изменении геометрических параметров пазов и их распо-
ложения для исследованных систем коэффициент рассеяния изме-
нялся от 1,63 до 1,13. Это свидетельствует о том, что качественные
показатели приспособления прежде всего зависят от конструкции
адаптерной плиты.
3. Основное влияние па коэффициент рассеяния оказывает шунт.
При уменьшении площади поперечного сечения шунта в три раза
коэффициент рассеяния уменьшается на 12—30”». Следует отметить,
что при этом поток по нему сократился почти в половину (было
99-10"5, стало 52-Ю’5 Вб).
4. В адаптерной плите нужно различать два вида пазов (рис. 104):
главный, или разделительный паз /, образующий шунт и тем самым
выполняющий разделительную функцию между главными полюсами
адаптерной плиты, вспомогательные или зубцовые пазы 2 — пазы
на главных полюсах.
5. Равномерность индукции на полюсах определяется в основном
расположением вспомогательных пазов, а индукция в рабочем за-
зоре — их глубиной. При этом, чем глубже вспомогательные
пазы, тем меньше индукция на полюсе (см., например, правую
часть рис. 104). Отсюда, чтобы поднять силу притяжения, вспомо-
гательные пазы нужно делать неглубокими.
6. Ширина главного паза существенного значения на магнитную
характеристику системы не оказывает. Например, при ширине паза
3, 5 и 10 мм величина потока, проходящего через шунт, практически
207
не изменилась и составляла
52 10-5, 51,5-КГ5 и 51,5-
7. Количество зубцовых
(в рабочем зазоре). П} и
ного предела) индукция возрастает. На
зубцовых пазов
для исследуемых систем соответственно
К)’5 Вб.
х пазов определяет индукцию
)п увеличении их (по-видимому ‘
Я ПОЗПЛГ’т'.ют и--
па полюсе
- -видимому, до определеп-
- пример, па плите, пс имеющей
индукция па полосе Вц = 0,926-1.04 т ...Щ_
б - /. is
W
Рис. 104. Схема расположения пазов и распределение
тернов плите несимметричной -----
х . -----: потоков по сечениям в адап-
копструкции (в числителе поток в Мкс n —
индукция в Гс):
5 000 . 80 000
1 1 420 1 и)'
53 330 ,сп
1 I 200 (20,Ь °)’
70 660
136 000
9070
66 660
I 1 800
34 000 (32 60/)’ 10 _ —
12 500 д Д ° ’
81 333 (31 6°/ )
12 200 U
150 000 (58о )
10 080
nV имеющей
1,0 Т, па плитс
в Мкс; в знаменателе
1 1 000 И"1;
70 660
136 600
8 __ 60 000
71 G60
140 000 (S3 7” )• 16 -
137 9— (53%); ‘20 —
8575
11 100
Т77оо“ боо%);
56 660
1 , 56 680 ,
TiJso <22%):
/о 68 750
13 G00 7-9 —
о, 261 660
= 1,09-
1J Т, с двумя узкими пазами
п
имеют два главных
могите л ьпых полюсов
вок
каиа-
направлеиии.
т таких размеров
пере-
с одним узким пазом В
вп = 1,16-1,4 Т.
8. Электромагнитные плиты подобного типа ____
полюса противоположной полярности. И независимо от числа вспо-
— _j, определяемых количеством зубцовых
магнитный поток по ним идет только в одном
иачпт, в свою очередь, —
и так расположена па плите
кроет только один главный
мала, г
эле ктрома г11 итн ой
к увеличению силы
что, если деталь б уде
, что своей опорной поверхностью
_ полюс, то сила притяжения ее
а положение детали неустойчивым. Увел)
эмагнитнпй катушки приспособления с.
, а к отрыву детали от плиты
шепие же м. д. с.
скорее приведет не
.: и к ориентации ее
iKH’ii наибольшей продольной осью вдоль магнитных силовых линий
(установка «на попа»). Отсюда вывод: единственный путь повышения
ршшомерности силы притяжения па круглых электромагнитных пли-
i.i\ с концентрическими электромагнитными катушками — это уве-
iii'iciiHe числа элементарных систем (или электромагнитных ка-
9. Регулировать величину магнитного потока па полюсе плиты
можно с помощью «встречного паза», который выполняется на адап-
к рпой плите со стороны электромагнитной катушки.
В процессе обследований, проведенных на различных предприя-
|пях с целью сбора сравнительных данных по круглым элсктрома-
ишгиым плитам, было выявлено несоответствие затрат электрома-
। пи гной энергии с полученной силой. Позже оно было подтверждено
•кспериментальным путем. Эксперимент состоял в том, что для про-
верки был изготовлен Ш-образпый магнит с адаптерной плитой,
которая по конструкции соответствовала адаптеру круглой плиты.
М. д. с. электромагнитных катушек были также равны между собой.
Однако сила притяжения па экспериментальном магните была
больше, чем на круглой плите. Это обстоятельство выдвинуло не-
обходимость проведения специальных исследований магнитных си-
стем с несколькими электромагнитными катушками и установления
соответствующих закономерностей, которые могут быть использо-
ваны для расчета этого вида электромагнитных приспособлений.
Так же как и раньше, при расчете сложных разветвленных цепей
удобно пользоваться аналогией между магнитными и электрическими
цепями. Следует, однако, подчеркнуть, что эта аналогия чисто
(формальная. Между процессами, протекающими в электрических
цепях с сопротивлениями, и между процессами в магнитных цепях
имеется принципиальное отличие вследствие несходства физических
процессов в электрических и магнитных потоках. Такне аналогии
дают лишь возможность получить соотношение между магнитным
потоком и м. д. с., т. е. рассчитать режим магнитной цепи. Для
расчета магнитной цепи прежде всего нужно указать па схеме плиты
направление м. д. с. по известному расположению обмоток и направ-
лению токов в них, а затем задаться положительными направлениями
магнитных потоков. После этого можно переходить к составлению
эквивалентной схемы замещения и ее расчету. Очевидно, что точность
расчета режима работы магнитной цепи будет зависеть от правиль-
ности составления эквивалентной схемы замещения.
Для выявления имеющих место закономерностей в магнитной
системе круглой плиты была изготовлена экспериментальная элек-
тромагнитная плита с четырьмя копцеитрично расположенными
катушками I—IV (рис. 105). Отсутствие адаптерной плиты вызвано
необходимостью приобретения навыков в составлении схемы замеще-
ния с несколькими м. д. с. для более простого случая магнитной
цепи. Катушки в системе были расположены таким образом, что
меньшая по диаметру катушка находилась внутри большей и, есте-
ственно, возник вопрос, как они влияют друг иа друга и в каком месте
магнитной цепи па схеме замещения расположить источники м. д. с.
14 О. Я. Константинов 209
рассчитать режим магнитной цепи. Для
Исследования проводились путем измерения магнитных потоков
па полюсах плиты Nn N2, S2, (4-ь й-2 11 т- Д-— длины пути
прохождения магнитного потока между точками 0—1, /—2 и т. д.).
Потоки измерялись при одной, двух, трех и т. д. включенных ка-
тушках. Результаты измерений приведены в табл. 14.
Ф400
Рис. 105. Эскиз четырехкатушечной экспериментальной круглой элект-
ромагнитной плиты (без адаптерной плиты)
Эти исследования показали, что, во-первых, наблюдается взаим-
ное влияние катушек друг на друга; во-вторых, катушки влияют
друг па друга не в одинаковой степени; в-третьих, увеличение м. д. с.
катушек не приводит к значительному увеличению потока в магнито-
проводе системы.
Данная серия экспериментов, хотя и ие объяснила причины
некоторых явлений, но зато выявила, что при расчетах источники
Г а б л н ц а 14. Изменение величин магнитных потоков и индукций
иа полюсах экспериментальной круглой электромагнитной плиты
при равном сочетании работающих катушек
Обозначение полюса по рис. 105
11омер включенной катушки N2 S, Лб
Ф-Ю2, Вб в, Т Ф-Ю», В б в. т <[>-102, Вб в, т Ф-Ю3, Вб 1 Т* Ф-Ю2, Вб в, т
/|/ 0,45 1,56 0,38 0,87 0,085 0,274 — — —
IV 1! III 0,32 1,11 0,715 1,64 0,345 1,11 0,072 0,25
IV, III п 11 0,42 1,46 0,64 1,47 0,5 1,64 0,261 1,38 0,048 1,26
1,11, III, IV 0,365 1,27 0,655 1,5 0,51 1,64 0,294 1,55 0,063 1,65
Примечание. Эксперимент проводился при F, = 430А; Гц = 525 Л’
Гш = 817Л; FIy = 1333А.
2W
м 'i. с. па схеме замещения следует размещать в тех сечениях маг-
ии i пой цепи, где значения потоков при отдельно включенных
I.H шках имеют максимальные значения, т. е. па участках оспо-
н.ншя корпуса.
Используя дальше приемы составления эквивалентных электри-
ческих схем замещения, для указанной плиты будем иметь схему,
Рис. 106. Эквивалентная электрическая схема замещения круг-
лой электромагнитной плиты, показанной на рис. 105
показанную па рис. 106. Опа представляет собой схему со смешанным
соединением элементов, причем каждый элемент схемы имеет нели-
нейную характеристику вследствие нелинейной зависимости магнит-
ной индукции В от напряженности поля Н в стали (места соединений
нелинейных сопротивлений и м. д. с. обозначены так же, как и на
рис. 105, точками 0—9). Расчет таких схем хотя в принципе и не от-
личается от уже приведенного раньше, но имеет некоторые специфи-
ческие особенности, о чем будет сказано в следующем параграфе.
24. РАСЧЕТ КРУГЛЫХ ПЛИТ С КОЛЬЦЕВЫМИ
КОНЦЕНТРИЧЕСКИМИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ КАТУШКАМИ
Согласно теории электрических цепей процессы в цепях с не-
сколькими источниками м. д. с. также описываются совокупностью
первых и вторых уравнений Кирхгофа. Однако графоаналитический
расчет, являющийся основным методом определения силовых харак-
теристик электромагнитных приспособлений, в этом случае несколько
усложняется и поэтому требуются некоторые дополнительные пояс-
нения.
Эквивалентная электрическая схема замещения, для которой
производится расчет, изображена на рис. 107, а. На рис. 107, б
в системе координат ФГ построена кривая 2 намагничивания системы.
Предположим, что опа характеризует магнитное сопротивление R
цепи. При расчете магнитных приспособлений ее практическое зна-
чение состоит в том, что по заданной м. д. с. электромагнитной
катушки можно определить величину магнитного потока Фо
в цепи. С этой целью па оси абсцисс откладывается заданная вели-
чина и из этой точки восстанавливается перпендикуляр до пере-
сечения с кривой 2. Ордината точки /’ определит поток Фо.
14* 211
Из рис. 107, б видно также, что значение потока Фо может быть
определено пересечением кривой намагничивания Ф = f (F) непо-
средственно с осью ординат, если построение кривой начать из
точки Го (кривая /). Отсюда, применяя второй закон Кирхгофа
к контуру, указанному на рис. 107, а круговой стрелкой, будем иметь
Fa—c == Fa—b “Г F Ь—с =• Fа—Ь Fу, (60)
законы электрических
Рис. 107. \Схема расчета прос-
той магнитной цепи с одним
источником м. д. с.: а — эквива-
лентная схема; б — графичес-
кий расчет
где Fy — м. д. с. электромагнитной катушки.
Исходя из приведенного примера и опираясь также на известные
гй, можно принять, что если м. д. с.
намагничивающей катушки действует
в направлении выбранного положитель-
ного направления потока Ф, то при
положительном потоке опа способствует
прохождению потока, и наоборот,
если действие м. д. с. противоположно
направлению прохождения потока, то
она уменьшает его.
До сих пор построение вебер-ампер-
ных кривых (кривых намагничивания)
осуществлялось в правом верхнем квад-
ранте системы координат Ф/7. Приве-
денный пример показывает, что для
получения более полной картины необ-
ходимо рассматривать эти кривые и в
левом верхнем квадранте. Дальше будет
показано, что полный графоаналити-
ческий расчет требует построения кри-
вых во всех квадрантах системы коор-
динат.
Теперь усложним эквивалентную
электрическую схему замещения до
108, а. Здесь цепь состоит из двух
R! и R2 и двух м. д. с. F} и F2.
Предположим, что намагничивающие катушки включены так, что
потоки, образованные ими, проходят по соответствующим сопротив-
лениям в противоположных направлениях. Требуется определить
поток Фо как по величине, так и по направлению.
В конкретном примере, если м. д. с. катушек известны (а они
известны, так как ими задаются), направление потока можно опре-
делить: оно будет одинаково с направлением потока в ветви с большей
м. д. с., т. е. с F2 (если F2 > Ft). В других случаях одних логиче-
ских рассуждений недостаточно, и поэтому принимают любое про-
извольное направление результирующего потока и, насколько верно
было сделано предположение, определяют дальнейшим расчетом.
Графоаналитический расчет указанной схемы замещения произ-
водят аналогично приведенному выше примеру и с учетом уже
известных законов цепи. Сначала строят кривые намагничивания
отдельных ветвей цепи. Ветвь а — с будет иметь характеристику,
212
вида, показанного на рис.
нелинейных сопротивлений
представленную на рис. 108, б кривой 1. Построение кривой 1 на-
чинают из точки +Z7!, так как направление действия м. д. с. первой
катушки нс совпадает с выбранным направлением потока Фо и,
следовательно, уменьшает его величину. Построение кривой 2 —
характеристики второй ветви на участке b—с— начинают из точки
/%, так как поток Фо и действие второй намагничивающей катушки
совпадают по направлению (по часовой стрелке). В этом случае
м. д. с. второй катушки способ-
ствует прохождению потока Фо.
В результате построения кри-
вых 1 п 2 схема замещения упро-
щается до вида рис. 108, в. Даль-
нейший графический расчет со-
стоит в сложении этих кривых
по ординатам (по потокам), так
как мы имеем дело с параллель-
ным соединением сопротивлений.
Результирующая кривая 3 (рис.
108, б) и будет представлять собой
кривую намагничивания системы,
жвивалептная схема замещения
которой показана на рис. 108, а.
Из построения видно, что, во-пер-
вых, поток Ф 0 имеет тот же знак,
что и поток Ф2, и, следовательно,
выбранное произвольно в начале
расчета направление было пра-
вильным; во-вторых, величина по-
тока Фо определена как точка
пересечения кривой 3 с осью
ординат; в-третьих, величина
потока Фо меньше Ф2 иФ0 =
= Ф2 — Фг Такой графоапалнт
Рис. 108. Принципиальная схема гра-
фического расчета системы с двумя
источниками м. д. с.: а —полная схема
замещения; б — схема графического
расчета; в—приведенная схема заме-
щения
еский расчет является основ-
ным методическим путем решения вопроса о расчете и оптимизации
электромагнитных приспособлений с несколькими м. д. с. При этом
необходимо сделать следующие замечания.
1. Расчет системы с несколькими м. д. с. и разветвленными
цепями представляет собой очень трудоемкую работу. Разумеется,
се можно выполнить вручную, но практическая ценность такого
расчета магнитных приспособлений низка, так как с его помощью
не решается прямая задача, т. е. нахождение геометрических раз-
меров системы по заданной силе. Кроме того, выбор лучшего варианта
конструкции может быть осуществлен из числа нескольких просчи-
танных, а отсюда трудоемкость расчетов возрастает практически
пропорционально числу необходимых для анализа вариантов.
Поэтому этот расчет эффективен на основе использования ЭВМ.
2. Большая трудоемкость расчетов систем с несколькими м. д. с.
заставляет искать пути их упрощения, этого можно достигнуть путем
упрощения конструкции плиты или снижения влияния катушек
213
друг па друга внутри всей системы. Как это будет показано ниже,
в некоторых случаях это удается при достаточной для практических
целей точности результатов.
3. Несмотря на высокую трудоемкость расчетов и необходимую
квалификацию расчетчика, приведенная методика применяется
в практике проектирования магнитных приспособлений. Неоспори-
мым достоинством ее является не только надежная точность резуль-
татов, по и возможность анализа системы. В свою очередь анализ
позволяет наметить пути совершенствования конструкции приспо-
собления. На том же примере, который рассмотрен на рис. 108,
можно показать, что графический расчет позволяет проанализиро-
вать полученные результаты и наметить пути совершенствования
приспособления. Для этого, изменив несколько поставленную задачу
и предположив, что протекание потока по пути b—cl—с нежелательно,
графическим расчетом намечают пути решения такой задачи. Ими
могут быть, например, увеличение м. д. с. первой катушки, увели-
чение проводимости ветви а—с за счет либо изменения сечения, либо
улучшения свойств материала и т. д.
Наличие нескольких электромагнитных катушек в плите, ока-
зывающих влияние друг па друга, не только затрудняет расчет,
ио и усложняет эквивалентную схему замещения в связи с наличием
адаптерной плиты. Такие цепи сложны и трудоемки при расчете,
а порой вообще не имеют решения. Покажем это на примере.
Большинство экспериментов при исследовании круглых плит
с кольцевыми концентрическими катушками проводилось па модели,
эскиз которой показан на рис. 109, а. Корпус / имел две концентри-
чески расположенные выточки, в которые были уложены электро-
магнитные катушки 2 и 3. На этот силовой блок устанавливалась
адаптерная плита V, а затем перекрывающая все полюсы деталь 5.
Ввиду небольших размеров этой модели трудоемкость изготовления
адаптерной плиты невелика. Это позволяло проверить расчеты на
разных конструкциях адаптерной плиты и, следовательно, с раз-
ными схемами замещения. Вместе с тем всей конструкции были при-
сущи свойства плит с концентрически расположенными катушками.
Учитывая возможные пути прохождения магнитного потока по
системе, можно составить эквивалентную электрическую схему
замещения (рис. 109, б). Часть этой схемы, характеризующая взаимо-
связь магнитных сопротивлений на участке адаптерной плиты (или
пути прохождения потоков в адаптерной плите и детали), имеет
вид так называемой мостовой схемы, решить которую графическим
путем нельзя.
Проведенные ранее исследования показали, что в случае, когда
деталь полностью перекрывает полюсы плиты (рис. 109, й) потоком,
который проходит по пути 2'—6f—7 и соответственно по пути 4'—
8'—7', можно пренебречь. Однако и при этом упрощении схема
эта остается мостовой (рис. 109, в) и поэтому не может быть исполь-
зована для расчетов.
Чтобы получить схему замещения со смешанным соединением
элементов, был применен искусственный прием, ио которому средний
214
“) 2^ _______________________________________<N32_
*102
Ф13В
*150
6) r,2
Рис. 109. Круглая плита с двумя
концентрическими кольцевыми ка-
тушками (а) и схемы замеще-
ния (б, в и г)
215
Й///7
FhjFFR
магнитопровод на участке адаптерной плиты R3-7 был разбит как бы
па две параллельные ветви /?3_7 и 7?з'—т (рис. 109, г). Помимо этого
сопротивление двух шунтов в каждой системе было заменено иа одно
общее с большей длиной. В результате полученную упрощенную
схему замещения можно рассчитать графоаналитическим спо-
собом.
С такими допущениями были проведены расчеты ряда конкретных
конструкций круглых плит с концентрическими катушками. Рас-
хождение между расчетными и экспериментальными данными со-
ставляло не более 12%.
Дальнейшие исследования и особенно анализ графоаналити-
ческих расчетов плит рассматриваемой конструкции показали, что
при некоторых условиях
можно допустить упрощения,
которые существенно облег-
чают расчет этого вида ос-
настки. Оказалось, что влия-
ние катушек друг па друга
будет минимальным, если
поток вокруг каждой катуш-
ки будет проходить по пути
с одинаковым сечением. По
рис. 109, а это значит, что
плиту нужно разделить неко-
торой цилиндрической по-
верхностью а—а так, чтобы
опа выделяла две(в данном
случае) элементарные систе-
мы Лий — каждую со своей
электромагнитной к ату ш ко й.
При этом должно быть вы-
держано следующее усло-
вие: площади поперечного
сечения кольцевых магннтопроводов в системе, образованных
толщинами /ц и /ь, й3 и /г4, должны быть равны между собой, т. е.
Sjv = S's и Ss = S'jv. Равенство площадей желательно сохранить
и на участке адаптерной плиты. Экспериментальные исследова-
ния и расчеты круглых электромагнитных плит с концентричес-
кими катушками, спроектированные в соответствии с указанным
выше требованием, подтвердили обоснованность сделанного упро-
щения.
Таким образом, круглую электромагнитную плиту диаметром
Опл с кольцевыми концентрическими катушками можно рассматри-
вать как совокупность элементарных электромагнитных систем
(/, //, III, IV и т. д.) кольцевого типа, охватывающих друг друга
по мере увеличения диаметров £)Н1, DH , D„3 и т. д. (рис. 110).
При этом обязательным условием должно быть равенство магнит-
ных потенциалов в точках / и 2, 3 и 4, 5 и 6,7 и 8 и т. д., т. е. =
= F:i_i = Fb_Q = F7_8 и t. д.
Pre. НО. Схема разделения круглой элект-
ромагнитной плиты с кольцевыми концент-
рическими катушками на элементарные си-
стемы
216
В таких случаях расчет системы можно производить отдельно
(и всей плиты. В принципе этот расчет аналогичен расчету прямо-
угольных плит с П-образной системой.
Оптимальные соотношения размеров магннтопроводов, обеспе-
чивающие максимальную силу притяжения при заданных габаритах
плиты и потребляемой мощности, можно определять для каждой
элементарной системы плиты в отдельности. Элементарная система
круглой электромагнитной плиты с кольцевыми концентрическими
катушками показана на рис. 111, а.
Для определения силы притяжения системы воспользуемся вы-
ражением (29а). Это выражение справедливо при определении
величины электромагнитной силы, действующей между двумя па-
раллельными плоскостями из ферромагнитных тел, находящихся
па небольшом расстоянии друг от друга. Такие условия с доста-
точной точностью обеспечивают однородное магнитное поле в ра-
бочем воздушном зазоре между зеркалом системы и деталью.
Для проведения потока магнитной индукции Ф через замкнутую
магнитную цепь необходимо затратить некоторую м. д. с., величину
которой по закону магнитной цепи можно определить из соотно-
шения (6).
При условии равномерности сечения магнптопровода, т. е. оди-
накового его сечения по всему пути прохождения магнитного по-
гока, и при предположении об отсутствии потоков утечки магнит-
ное сопротивление цепи прямо пропорционально средней длине пути
магнитного потока и обратно пропорционально магнитной прони-
цаемости и сечению магнитной цепи [см. выражение (4)1. Магнито-
движущая сила катушки F = Iw. Преобразуя с учетом сказанного
формулу (6), получаем
ф = (61)
*ср
Подставляя затем полученное выражение в формулу (29а), имеем
Q
/2ш2рА$2
2ро^ср
(62)
Число витков катушки может быть выражено через площадь окна
под кал ушку в системе и сечение обмоточного провода, т. е.
где k3 — коэффициент заполнения намотки; /гк — высота окна на-
мотки в м; /к — длина окна намотки в м; qM — сечение провода в м2.
В свою очередь, сечение обмоточного провода
„ рлРсрйУ
Vm D >
где р — удельное сопротивление материала провода (р =
= 0,0175 Ом-мм2/м); Dcp— средний диаметр катушки в м; RK —
сопротивление катушки в Ом.
217
Рис. 111. Элементарная электромагнитная система круглой плиты
с кольцевыми концентрическими катушками (я) и схема замещения (б)
Произведя
подстановку, получаем
11реобразуя далее, имеем
рл1?Ср
Подставив полученное выражение в формул)7 (62), получаем
Q I кИ’’1^
2л£>ср/“ррр0
1десь /2/?к = Р—мощность, потребляемая катушкой в Вт.
Перепишем выражение (64) в таком виде
Р/г, о lK hKS
2 DcP ‘
ср ‘
Q = о
2лрц0
(64)
(65)
При выборе размеров магпитопровода системы величины, вхо-
1Я1цпе в первый сомножитель (обозначим его через К) выраже-
ния (65), являются постоянными, а величины /гк, /к, S, /ср и Dcp
могут изменяться. Эти величины взаимосвязаны и при условии
равномерности сечения магпитопровода системы могут быть выра-
жены через заданные габаритные размеры системы и какой-либо
одни варьируемый размер магнитопровода, например диаметр D±.
(Следует отметить, что величины /ср и /к, с одной стороны, и величины
hf, S и Dcp, с другой, имеют разную степень зависимости от вели-
чины D,. Первые две мало изменяются при вариации D17 поэтому
для упрощения анализа можно сделать допущение, что /ср и /к
не зависят от диаметра D}. Обозначив отношение /к /ср через
и подставив се в выражение (65), будем иметь
<2 = - (66)
^ср
Выразим размеры /гк, S и Dcp через Dt. Из рис. 111 имеем
= -21+А; (67)
S=-5-(d21 — d2). (69)
Из условия равенства площадей -5- (£>2 — D2)------?-(^1 — d') 11а’
ходим
di = |/(D2 — О?) + d2.
219
Подставив значение в выражения (67), (68), (69), получаем
К
(70)
(71)
(72)
Введем дополнительную величину А = 11 с учетом этого пре-
образуем выражения (70), (71) и (72):
(73)
К
2
ср
(74)
(75)
Подставив эти величины в формулу (66), получаем
— %2)
7 —
= /<2р2 -
(76)
постоя и ны й коэффициент.
где =
Таким образом, сила притяжения Q является функцией соотно-
Анализ выражения (76) показывает, что при А = 1 и при К = С
величина Q обращается в нуль. Эти два значения являются грани-
цами варьирования величины А:
1) при % = 1 высота окна намотки максимальна, а сечение магни-
топровода сведено до нуля (Dx = D; d1 = d);
2) при А = С сечение магпитопровода максимально, а высота
окна намотки сведена до нуля (Dx = dx).
Внутри диапазона Amin—Amax имеется некоторое оптимальное
значение Аопт, при котором Q = Qmax. Для определения Аопт доста-
точно было бы решить относительно % выражение (76) или: ~ = 0.
Однако известно, что величина р, входящая в выражение (76),
в случае насыщенного магнитопровода не является величиной
постоянной, а имеет нелинейную зависимость. Причем зависимость
220
• Iа не имеет точного математического выражения. Поэтому найти %
ним путем нельзя. Таким образом, оптимизацию конструкции
круглой электромагнитной плиты с кольцевыми концентрическими
катушками можно производить только путем определенной после-
|.овательной оптимизации се элементарных систем.
Расчет круглой плиты начинается с определения числа элемен-
гарпых систем в плите, т. е. с определения числа электромагнитных
катушек плиты диаметром D в мм.
Обрабатываемое изделие надежно удерживается на электро-
магнитной идите лишь тогда, когда оно перекрывает два разноимен-
ных полюса зеркала. Следовательно, расстояние между двумя раз-
ноименными полюсами на зеркале плиты t (полюсной шаг) является
важным параметром элементарной системы плиты. Поэтому в ка-
честве исходных данных должны быть оговорены наружный диа-
метр плиты D и полюсной шаг зеркала плиты i.
Располюсовка адаптерной плиты производится концентриче-
скими пазами (см. рис. 101 и 103). Пазы, для того чтобы сохранить
равенство площади магпитопровода системы по всей длине прохож-
дения магнитного потока, должны иметь определенное располо-
жение. Если пазы выполнить несквозиыми, то, с одной стороны,
крышка будет технологичнее в изготовлении и герметизация катушек
улучшится, с другой,— через образовавшуюся перемычку тол-
щиной /гш будет замыкаться значительная часть потока магнитной
индукции, который не участвует в работе по притяжению детали и
является по существу потоком утечки. Как показывают исследова-
ния и практический опыт, толщина перемычки йш из технологиче-
ских соображений должна быть не меньше 3 мм, а проведенные на
различных моделях эксперименты показали, что при такой толщине
через перемычку замыкается 40—45% потока, исходящего из по-
люсиика системы. Встречный паз, расположенный на пути потока
утечки, уменьшает его величину до 20%. Учитывая это, рекомен-
дуется выбирать конструкцию адаптерной плиты в соответствии
с рис. 111, а. Расчет элементарной электромагнитной системы про-
водится в такой последовательности.
1. По заданным наружному диаметру плиты D и полюсному
. D — d
шагу I определяем число элементарных систем плиты z = ,
где d—диаметр центрального отверстия в плите в мм.
2. Из соотношения D — d = 2t находим величину
3. Определяем величину
d — 1 _ 2/
D “ 1 D '
mln
221
4. При фиксированном значении величины X находим
системы:
D1=W; dj = d = D(l--^\
диаметры
I
5. Площади участков /—6 (рис. 111, б) магнитовровода системы
определяем по формулам:
So = S2 = S4 = SB = (D2 - Dj);
S3 = ~ | (D, - 2nif -\Dx-2 (m + n)f |
Здесь m — ширина кольцевого паза на зеркале системы в м; п —
перемычка между прямыми и встречными пазами в адаптерной плите
в м; А0 — высота основания. Величины т и п задаются из конструк-
тивно-технологических соображений.
6. Длины участков магнптопровода системы находим из вы-
ражений:
{р — конструктивный зазор между торцом
плитой в м);
катушки и адаптерной
высота встречного
Дет
8
/гДет
Л
8
(D - DJ + ~
31 "
проводимости зазо-
нлитой (G31I и G3lJ'),
7. Уже известным способом определяем проводимости G
зазоров между деталью в адаптерной плитой,
ров 6Н между силовым блоком и адаптерной
а также проводимость Gn на участке паза при его высоте h. При
этом удельная проводимость утечки на единицу длины магнито-
провода между боковыми поверхностями встречного паза может
быть вычислена по формуле
222
I, •• / n Dt — 2 (m + n) \
i ic /<— наружный радиус паза в м (/< = —--------’—-1; г
внутренний радиус паза в м ( г =————!—-}.
Тогда
। -(с Л — ширина кольцевого паза в м (/„ = R — г).
После расчета размеров элементарной магнитной системы, длин
и площадей поперечного сечения магннтопроводов, из которых
Рис. 112. График зависимостей / = f (qM) (кривая /), F = f (t/M)
(кривая 2) и w — f (<7М) (кривая 3) для некоторого граничного
размера окна под катушку (плотность тока / = 2,5 А/мм2)
состоит система, а также проводимостей по уже известной методике
осуществляется графический расчет с целью определения удельной
силы притяжения детали.
При проектировании должны максимально использоваться ос-
новные принципы унификации деталей и узлов. Применительно
к рассматриваемым плитам это положение прежде всего распростра-
няется на диаметр обмоточного провода — все катушки плиты должны
наматываться проводом одного диаметра. Однако при расчете одной
элементарной системы выбрать диаметр намоточного провода для
катушек всей плиты довольно трудно. Вместе с тем известно, что
зависимость между допустимым током /доп = jqM, числом витков ш,
произведением /допге' и сечением провода qM выражается графи-
чески (рис. 112). Из рисунка видно, что при заданной площади окна
под катушку произведение не может быть изменено за счет варьи-
рования параметра qM при постоянной плотности тока /. Или иными
словами: при заданных размерах окна под катушку и принятой
плотности тока можно получить вполне определенную м. д. с. ка-
тушки, каким бы диаметром провода опа не наматывалась.
Приведенная методика расчета элементарной системы плиты
с кольцевыми концентрическими катушками позволяет отыскать Хопт
путем подбора. Для этого необходимо произвести расчет системы
223
для всех значений л из области С <С X •< 1. Ввиду большой трудоем
кости эта задача может быть решена наиболее эффективно с исполь
зовапием ЭВМ.
25. РАСЧЕТ И ОПТИМИЗАЦИЯ НА ЭВМ «МИНСК-22»
КРУГЛЫХ ПЛИТ С КОЛЬЦЕВЫМИ КОНЦЕНТРИЧЕСКИМИ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ КАТУШКАМИ
Исследования показали, что эксплуатационные и технические
характеристики системы зависят как от соотношения площади
поперечного сечения стали и меди, так и от мощности электромаг-
нитной катушки. Эти соотношения являются нелинейными и экстре-
мальными. Задача расчета магнитной системы точно так же, как
и любого магнитного приспособления, сводится к многократному
построению подобных зависимостей с целью выбора оптимального
варианта, отвечающего заданным требованиям. Сложность и мно-
жество вычислений, а также необходимость точного графического
построения большого числа функций для последующих геометри-
ческих действий делают графоаналитический расчет весьма тру-
доемким. Опыт показывает, что трудоемкость ручного расчета одной
электромагнитной системы средней сложности составляет примерно
три—пять дней. Опыт свидетельствует также о том, что выбрать опти-
мальный вариант конструкции магнитного приспособления можно
только методом сравнения. Для этого рассчитывается несколько
вариантов и, следовательно, трудоемкость расчетов возрастает
пропорционально их числу.
Применение ЭВМ для расчета магнитных приспособлений позво-
ляет значительно сократить трудоемкость расчетов, проанализиро-
вать влияние отдельных параметров на технологические и эксплуа-
тационные показатели приспособлений и легко осуществить оптими-
зацию оснастки.
Расчет магнитных приспособлений на ЭВМ строится по схеме
логического анализа, в котором варианты оцениваются путем сравне-
ния их по выходным параметрам или заданным вариантам. В неко-
торых случаях производится сквозной расчет или расчет в определен-
ном интервале значений заданных параметров.
Методика графоаналитического расчета электромагнитной плиты,
положенная в основу составления алгоритма, разделена па три
части, которые составляют этапы расчета (рис. 113).
На I этапе определяются геометрические размеры и другие пара-
метры, которые при расчете данного варианта системы останутся
постоянными и будут записаны в памяти машины (переменно-по-
стоянные 1-го порядка). Так, например, при расчете круглой элек-
тромагнитной плиты, исходя из наружного £>пл и внутреннего с/п
диаметров, шага I и высоты плиты йп, определяются число систем z,
а также размеры элементарной системы: D, d, lK, hKi Zcp, пСт и т. д.
(но рис. 111 и 113).
К постоянным параметрам, используемым при расчете и не отра-
женным в графе, относятся размеры стола станка, точность и шеро-
-24
III этап расчета
Д о пуст и мые прес к л ь ные
параметры
Пер емсн но-п ост о я н н ы е
2-го порядка
Пер емсн но - п ост о я н ныв
1-го порядка
Исходные данные
Ф
= 1 (^ст,
+ ^ст2
+ Ч- + 2^6 -I- д + ст)
ф_ =. ф - I- ф -I- ф
6 А ст 1 ш т у
Рис. ИЗ. Принципиальный
граф расчета элементарной
электромагнитной системы
15 О. Я. Константинов
225
ховатость опорной поверхности детали, материал детали и системы,
удельное сопротивление меди и пр.
На II этапе расчетов определяют основную технологическую
характеристику электромагнитного приспособления— температуру
нагрева.
Исследования показывают, что температура пагрева электромаг-
нитного приспособления зависит от мощности источника магнитной
энергии, размеров приспособления и условий его эксплуатации
(см. п.31). Сложность и недостаточная изученность тепловых рас-
четов электромагнитных приспособлений заставляют вводить в про-
грамму экспериментальные данные и задаваться значениями допусти-
мых параметров с некоторой приближенностью. Так, например,
при оптимизации электромагнитных приспособлений температура
нагрева зеркала плиты проверялась по экспериментальным зависи-
мостям, а плотность тока — на основании статистических данных.
Этот этан расчета построен ио методу последовательных прибли-
жений. Зная размеры окна под электромагнитную катушку и зада-
ваясь диаметром обмоточного провода dM, определяем температуру
пагрева как приспособления, так и обмотки. Для дальнейшего рас-
чета отбирается и записывается в память машины тот вариант,
который отвечает заданным условиям.
В задачу II этапа расчетов входит также определение схемы
подключения электромагнитных катушек в приспособлении. Если
сопротивление электромагнитной катушки данной системы не согла-
суется с одной из заданных схем подключения всех катушек, то
расчет повторяется при другом значении dM. Если в рассчитываемом
варианте выходные параметры соответствуют заданным (по допусти-
мой температуре пагрева), то этот вариант рассчитывается па III
этапе, а основные данные выдаются на печать.
На III этапе расчетов рассчитывается магнитная система с целью
определения силы притяжения по полученной на II этапе м. д. с. F0.
Этот этап расчетов является наиболее трудоемким, в нем предусма-
триваются построение (в памяти машины) кривых намагничивания
отдельных участков магнитопроводов, последующее сложение этих
кривых по абсциссам или ординатам и получение суммарной функ-
ции Фо = [ (Fо). Затем по находится Фп, Ф6 и, наконец, Q и руд.
Практика расчетов электромагнитных (и магнитных) систем на
ЭВМ выявила следующие особенности, па которые следует обратить
внимание программистов.
Кривые намагничивания материалов, являющиеся исходными
данными, в машину лучше вводить в табличной форме. При этом
кривая намагничивания в пределах между двумя соседними точками
экстраполируется прямым отрезком, что не вносит заметных погреш-
ностей в расчет. Обычно кривая намагничивания задается точками.
Абсциссы точек расположены неравномерно: больше точек там, где
происходит перегиб кривой. Кривые намагничивания необходимо
задавать до значений индукции не менее 2,5 Т.
При разной площади поперечного сечения магнитопроводов
характер кривых намагничивания неодинаков. Магнитопроводы,
22G
имеющие малую площадь поперечного сечения, характеризуются
। ривон, прижатой к оси абсцисс, а большую площадь, — кривой,
прижатой к оси ординат. При сложении таких кривых но ординатам
происходит разрыв, который в последующем не позволяет получить
искомый параметр. Для исключения подобных случаев применяется
интерполяция функций. Это вносит некоторую погрешность в рас-
•к гы, однако опа находится в пределах допустимой.
Па III этапе расчета находится Q и руд. Если эти параметры не
швечают заданным, расчет повторяется снова при измененном F
I.1KHM образом, выбор оптимальной системы осуществляется также
методом последовательного приближения.
Последовательность арифметических и логических операций,
которую необходимо соблюсти при расчете и оптимизации элемен-
тарной системы, определяется алгоритмом расчета. Алгоритм
является также основой для составления программы расчета на ЭВМ.
Для круглой плиты с кольцевыми концентрическими катушками
алгоритм расчета имеет следующий вид (определяемые параметры
см. на рис. 111, а и рисунках приложения 3).
1. Ввод числового материала
В — f (Д)» ^mln’ ^max- )
Печать таблицы числового материала
t, Z, j ^2
3. Определение наружного и внутреннего диаметров системы:
D„. =D — 21 j, где j = 0, 1, 2,. .., z — 1; ]
£>n.=£> — 2//, где t = l, 2,...,z. J
4. Определение длины средней окружности каждой системы
Др. — ( Ри£ 9 -в-)л, где 1, 2, 3,
\ 2 / )
5. Определение суммы средних длин окружностей систем
\ ^ср0 — где i 1, 2, 3,..., z.}
G. Определение величины УДР1:
при 6 < z 10
У l 1
при 10 < г 18 X Ч, = "‘ г’-- ) У-Л.
7. Определение падения напряжения катушки 1-й системы
zzi ~ Дп уГг ^7
2-1 сгч
227
8. Определение
ных пазов:
внутреннего и наружного диаметров мемагпи
пли™°ПРедеЛе,Ше ПЛ01ЦадеЙ 11 111И1,ИНЬ1 перемычек адаптерной
5п« — — W — № — 2 (п 4-
х = Р + № + 2«)2 -
10. Печать таблицы
di< d2, hlt Л2, г, R. ) пз
11. Определение площадей и длин участков адаптерной плиты
s« = T-(Oni — D2„,), где / = 1, 2, 3,..., г-
Sr=4-(Of,.-dh:
)
h~R — Г.
228
12. Определение проводимостей зазоров и путей утечки:
13. Решение схемы замещения адаптерной плиты:
а) определение исходных табличных функции:
В/S, = /, (HjlJ, т. е. Ф =
^1^2=: fz > т. е. ф = />2(/’);
BjS-л == fa Т- б- Ф = /з(^),
где / —1, 2, 3,..., п— число точек кривой нама-
гничивания, заданной таблично;
б) определение табличных функций путем сложения исходных
табличных функций по осп ординат или абсцисс в зависимости от
схемы замещения:
Сложение кривых с прямыми производится по указанным форму-
лам. При сложении кривых по оси абсцисс проверяется равенство
координат соответствующих точек по оси ординат (это равенство
выполняется при равенстве площадей участков магннтопроводов).
Если это равенство выполнено, то сложение осуществляется по
формуле х- = х17 + х27, где / = 1, 2, 3, . . п. Если равенство
не выполнено, то для сложения кривых используются формулы ли-
нейной интерполяции, а именно:
х2у_^
у!/ —A-i
tfij —
х2у_-|)
где / = 1, 2, 3, . . ., п.
Аналогично выполняется сложение по оси ординат:
если л'1,- = х2,-,
* J
х1 / — х2/
х2,- — х2,-
где j = 1, 2, 3, . . ., 11.
229
1 I. Определение размеров, корпуса системы:
— 4&2
2 4.2—
о
о
12 —
Wz-n?);
*^13 z= •^'^2^0*
15. Определение проводимости воздушного зазора
= 4Л1з
2 I
16. Решение схемы замещения системы:
определение исходных табличных функций:
т. е. Ф = Д2(^); j
Аз— Лз(#//13), т. е. Ф^^), где /—2, 3,..., п-)3
исходных
таблишп?уД^еПИе втабличных Функций путем сложения : _
схемы замещения-11" "° °СП ординат или абсцисс в зависимости от
/141 (Ф)=/Б’ф + /П'(Ф);
/151 (Ф) = /м (Ф) + -Д ;
<Ш1
Л»1 (<!’) = /й' (Ф) + ;
/п1 (ф) (ф) + f-i (ф).
/201 (Ф) =/й1 (Ф) /-1 (ф).
— vly-J- х2у, если //^.= //2-
Z//=^l/ + //2z, если xlj- = x2j-,
j = xl -~]~ \'2; -L ~У2/-1 { о v9 х ,
У 7-11 //2/-//2Л1 И2/ —х2/-1), если
y^i-i) >
где / = 1, 2, 3, . . п.
230
17. Определение параметров электромагнитной катушки:
4 = zi2 —
I / 4t/LCpMK/,J0~c .
f Ш1 ’
м .
Q м — 4 >
7 м
/ = /7м; P=PR\ F=Iw.
18. Определение значения магнитного потока в рабочем зазоре:
hfFri), т. е. Фр
h 1/п [ЛоИ!
19. Определение усилия
притяжения системы
(?0 = -^ 0,102. !д15
Во°1 7
20. Определение удельного
у с и л и я притяжения
Рур. —
Q.0
50Ю4
16
21. Печать таблицы:
-^1? -^2> ^м> > ^обм, Руд' } ^4
22. Увеличить размер b = ЬП11п иа один шаг и прове-'
рить условие b + ех /;тах; при выполнении условия уве-
личить размер I = /т1п на один шаг и проверить условие I + ►
+ е /тах. При выполнении условия перейти к расчету
другой системы, т. е. повторить цикл по I.
23. Проверка условия (проверить, все ли системы про- ]
считаны). J
24. Конец расчета. } К
у4
231
Здесь приняты следующие обозначения операторов: П — опера-
тор печати и перевода; А — оператор арифметического действия;
У—логический оператор; Т — табличный оператор.
В операторной форме алгоритм расчета имеет вид:
. 13J 2 15Л7Л8 11^1 ^2^12^134^
Программа для расчета и оптимизации круглых электромагнит-
ных плит с кольцевыми катушками была составлена па языке
«АКИ-7».
Автокод «Инженер» (АКИ) предназначен для решения научных,
инженерных и учетно-статистических задач. АКИ означает входной
язык и транслятор с этого языка на язык системы команд машины
«Минск-22». Под автокодовой программой понимается запись алго-
ритма решения задач па языке АКИ. Входной язык автокода —
язык, на котором записывается задача, — позволяет представить
алгоритм решения в виде последовательности простых фраз. Язык
составлен с таким расчетом, чтобы на нем можно было легко выра-
зить алгоритм решения задач, в которых преобладают формулы.
Транслятор представляет собой программ}, расшифровывающую
запись на входном языке и составляющую рабочую программу.
Использование автокода позволяет значительно сократить за-
траты времени на составление программы по сравнению с примене-
нием машинного кода, так как рабочая программа составляется
транслятором.
Постоянные величины для любого диаметра плиты (напряжение,
плотность тока, удельное омическое сопротивление и т. д.) входят
непосредственно в программу.
Кривая намагничивания стали, заданная таблицами В = [ (Я)
и Н — [ (Я), вводится двумя массивами оператором «Ввод» с мет-
кой 1.
Переменные величины, а именно D — диаметр плиты; z— число
систем; t— шаг системы; йП11п и bmax — минимальная и максималь-
ная ширина окна под катушку, вводятся как массив оператором
«Ввод» с меткой 2.
Все исходные данные, вводимые в машину при расчете, отперфо-
рнрованы в десятичной системе счисления с фиксированной запятой.
Программа, представляющая собой алгоритм решения задач,
записанный в виде последовательности операторов АКИ, позволяет
рассчитывать круглую плиту данной конструкции любого диаметра.
В качестве критерия при оценке оптимальности системы принята
удельная сила притяжения системы руд. Машина записывает раз-
меры той системы, которая обеспечивает максимальную удельную
силу притяжения. Эта элементарная система и считается оптималь-
ной.
I (спользование ЭВМ при расчете электромагнитных плит позво-
лило получить данные геометрических размеров при любом сочета-
нии вводимых исходных данных. В свою очередь, это привело к воз-
можности осмыслить взаимную связь и влияние всех параметров
ipyг на друга и на конечный результат— силу притяжения плиты.
Выбор рекомендуемых параметров элементарных систем круглых
мектромагнитпых плит производился с учетом заданных габарит-
ных размеров плиты, тага систем (или минимального размера закреп-
ляемой детали) и требований унификации. Из вариантов расчетов,
полученных на ЭВМ, рассматривались те варианты, которые обеспе-
чивали заданную (или близкую к заданной) силу притяжения.
Как показал анализ полученных в результате расчета на ЭВМ
данных, дать однозначные рекомендации по отдельным плитам не
представляется возможным. В связи с этим приведенные в приложе-
нии 3 таблицы с параметрами систем нужно рассматривать как
справочный материал при проектировании плит соответствующих
габаритов К Для каждой системы параметры в таблицах приведены
в шести—девяти вариантах, что дает возможность проектировщику
выбрать наиболее подходящий в зависимости от возможностей про-
изводства, а также выбрать свой вариант методом интерполяции.
При проектировании плит допускаются отклонения от рекомен-
дуемых данных. При этом диаметр провода dM желательно выбирать
в меньшую сторону до ближайшего значения по нормали, м. д. с. F
можно изменять в пределах ±5%, R и Р приводятся для выбора
схемы подключения катушек.
Все плиты рассчитаны па питание постоянным током напряже-
нием ПО В. Плотность тока не более 2,5 А/мм2.
Как уже отмечалось, зависимость силы притяжения от ширины
окна под катушку имеет экстремальный характер. Влияние длины
катушки на ту же характеристику в принципе такое же, однако
в заданном диапазоне возможного колебания высот круглых электро-
магнитных плит перегиба кривой нет. Поэтому эта зависимость рас-
сматривается как монотонно возрастающая.
На рис. 114 по результатам расчета на ЭВМ и в соответствии
с уравнением (76) показано изменение электромагнитного усилия
притяжения детали в зависимости от геометрии магпитопровода %
и длины катушки ZK. Из рисунка видно, что для первой системы
(плиты диаметром 400 мм при шаге i = 0,045 м; D = 0,4 м и d =
= 0,31 м) электромагнитное усилие Q при %1П1П = 0,8944 и Х1пах =
= 1 обращается в нуль.
Как уже отмечалось раньше, для уменьшения потока утечки
через перемычку в адаптерной плите (крышке) был предусмотрен
встречный паз. При значении % = 0,9289 радиусы паза равны между
собой, т. е. R = г. При X < 0,9289 и г > R машина прекращает
1 В приложении 3 приведены данные для проектирования только наиболее
распространенных плит диаметром 400, 500 и 800 мм при закреплении детали, раз-
мер которой не менее 45 мм. Данные для проектирования плит других размеров можно
получить в Одесском СЦБСС.
233
счет. Поэтому на рис. 114 график зависимости Q = / (X) обры-
вается па А- = 0,9289. Из графика видно, что внутри диапазона
^пнп — ^max при условии, что плотность тока в катушке / = const,
имеется значение %ОПт, при котором Q = Qniax. При этом оптималь-
ное значение Аопт смещено в сторону А|п1п. При увеличении X сила
притяжения резко уменьшается, хотя число витков катушки и,
следовательно, се м. д. с. при этом увеличиваются [см. w = [ (X) |.
Из этого же рисунка видно, что с увеличением длины катушки /к
сила притяжения возрастает. Однако добиться значительного новы-
о
Рис. 114. Зависимости фуд — f (А) и
w = / (А) для элементарной системы
плиты диаметром 400 мм:
/—5 — при I , соответственно равных
0,03; 0,0'1; 0,055; 0,075; 0,12 м.
^уд = (^)>
----------w =f щ
Рис. 115. Зависимости QyA = f (1К) и
w — f (/к) для элементарной системы
плиты диаметром 400 мм:
/—5—при X, соответственно равных 0,9289;
0,9389; 0,9-189; 0,9589 и 0,9689.
---------Суд = f (ZK);
---------w = f (/к)
шспия силы притяжения за счет увеличения длины катушки невоз-
можно.
На рис. 115 показана зависимость фуд = f (/k) при постоянной
плотности тока. Из рисунка видно, что при увеличении длины ка-
тушки, например в четыре раза, сила притяжения возрастает лишь
в 1,17 раза. Возникает вопрос, за счет чего же можно увеличить
электромагнитную силу притяжения системы, так как даже при
оптимальном значении длины катушки удельная сила притяжения
системы незначительна — 2,5 кгс/см2 (при этом удельная сила на
площади полюса равна примерно 7 кгс/см2).
Для выяснения этого вопроса графическим методом были решены
системы с А = Аопт = 0,9289 при /к = 0,03 м и /к = 0,12 м. Анализ
решения оптимальных элементарных систем показал, что увеличить
силу их притяжения можно тремя путями.
1. Самый эффективный путь повышения усилия притяжения
системы состоит в применен пи для ее магннтопроводов ферромагнит-
234
пых материалов с улучшенной характеристикой В = f (Я). В этом
- п\чае вебер-амперные характеристики Ф£ = [(F) участков магни-
кшровода пойдут круче вверх, вследствие чего поднимется выше
и результирующая характеристика системы Ф = [ (S F). Иными
г. швами, это приведет к уменьшению магнитного сопротивления
цепи и при одном и том же значении м. д. с. катушки поток в цепи
увеличится, так как Ф = F/RM.
В проспектах на плиты зарубежных фирм (например, французских)
подчеркивается, что элементы полюсных пластин (адаптерных плит)
1.ля всех типов выпускаемых ими плит изготовляются из чрезвычайно
мягкой чистой стали, а стержни (сердечники) — из особо мягкого,
очень чистого железа. Для сравнения можно напомнить, что корпусы
плит типа ЭП изготовляются из чугуна.
2. Существенно повысить силу притяжения можно и за счет
устранения шунта (перемычки) над катушкой, образующейся вслед-
ствие несквозной прорезки разделительных пазов в адаптерной
плите. Как уже отмечалось, у оптимальной системы (X = 0,9289)
встречный паз в крышке не может быть прорезан, так как для него
пет места. Дальнейший анализ показал, что в зависимости от тол-
щины шунта /гш удельная сила притяжения рУд изменяется следую-
щим образом (при плотности тока / = 2,5 А/мм2):
7/ в мм
в кгс/см2
4................................... 5,04
3................................... 5,85
0................................... 8,25
Это показывает, что перемычка 1гш = 4 мм уменьшает силу притяже-
ния в 1,64 раза, а перемычка /гш = 3 мм— в 1,41 раза по сравне-
нию с конструкцией адаптерной плиты, в которой сделаны сквозные
пазы. Эти расчеты позволяют утверждать, что при необходимости
получить плиты с большой силой притяжения необходимо иметь
конструкцию адаптерной плиты со сквозными пазами.
3. Сила притяжения оптимальной системы может быть увеличена
за счет увеличения плотности тока в катушке. Исследования пока-
зывают, что функция РуД = [ (/) имеет вид параболы и па участке,
/ * Q \
где F = 2— 3 А мм2, коэффициент ее (К = ) достаточно ве-
лик. Таким образом, увеличение плотности тока, например до 3 А мм2,
может существенно повлиять на силу притяжения. Однако с увели-
чением мощности катушки увеличивается и температура ее нагрева.
Глава VII
РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ПРИСПОСОБЛЕНИЙ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ
26. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ СИСТЕМЫ С ОКСИДНО-БАРИЕВЫМИ
МАГНИТАМИ
Результаты исследований и передовой опыт применения магнит-
ных приспособлений с постоянными магнитами широко освещаются
в технической литературе. Однако темпы внедрения магнитных при-
способлений как прогрессивного вида станочной оснастки не могут
удовлетворять требованиям сегодняшнего дня. Еще недостаточна
номенклатура магнитных приспособлений. Все это дает основание
считать, что ознакомление широкого круга технической обществен-
ности с последними исследованиями в области магнитных приспо-
соблений и передовым опытом внедрения будет способствовать реше-
нию задач, связанных с освоением этого вида оснастки.
Как уже говорилось (см. п. 6), окендно-бариевые магниты имеют
ряд преимуществ перед литыми и поэтому рассматриваются нами
как прогрессивный и основной вид постоянных магнитов для техно-
логической оснастки.
Основной характеристикой магнито-твердого материала является
кривая размагничивания, представляющая собой графическое изо-
бражение закона В — f (Я). Для оксидно-бариевого магнита
марки 2БА эта кривая имеет вид, показанный на рис. 1163. Как
видно из рисунка, графическая зависимость В = f (Я) для этого
материала достаточно проста и состоит из двух участков: Вг — К
и /С—(—Яс). Первый участок представляет собой прямую линию
и поэтому легко выражается аналитически. Второй участок— кри-
волинейный, по очень небольшой н несложный, поэтому также
сравнительно легко аппроксимируется. Таким образом, с достаточ-
ной для практических целей точностью кривая размагничивания
оксидно-барисвых магнитов может быть задана в аналитическом
выражении. Однако нужно отметить, что технология производства
окендно-барневых магнитов ие может обеспечить постоянство свойств
1 Здесь и в дальнейшем при рассмотрении приспособлений с постоянными маг-
нитами магнитные характеристики даны в системе СГСМ, так как нормаль радио-
электроники НО 707003ТУ характеризует эти магниты в этой системе единиц.
236
и поэтому имеет место заметный разброс характеристик даже в слу-
чае, если магниты берутся из одной партии. Этим, очевидно, можно
объяснить допускаемые нормалью НО 707003ТУ значительные откло-
неиия как по остаточной индукции, так и по коэрцитивной силе для
одной марки керамических магнитов. На рис. 116 штриховыми
линиями показаны допустимые отклонения в расположении кривой
размагничивания для материала 2БА (кривые 1 и 2).
В настоящее время считается, что для намагничивания оксидно-
бариевых магнитов до состояния насыщения необходима установка,
Рис. 116. Кривая размагничивания оксидно-бариевого
магнита марки 2БА и изменение индукции в магните
при разных условиях
создающая намагничивающее поле напряженностью не менее ЗНС,
т. е. порядка 9—10 тыс. Э (700—800 кА/м). Однако из опыта изго-
товления приспособлений с оксидно-бариевымн магнитами и много-
численных экспериментов следует, что такого поля во многих слу-
чаях недостаточно. Если намагничивающая установка не обеспечит
намагничивание образца до состояния насыщения, то тогда кривая
размагничивания данного образца будет находиться внутри нор-
мальной кривой и представлять собой также некоторый частный
цикл (кривая <?) гистерезисной кривой. В отличие от частной кривой
размагничивания нормальные кривые представляют собой пре-
дельные для данного материала кривые, полученные при условии
намагничивания образца до насыщения. Следовательно, магнитная
характеристика зависит от степени намагниченности образца.
Как видно из приведенных рассуждений, такое определение отно-
сится не к характеристике самого материала, а к характеристике
237
образца, т. е. самого магнита и конкретных условии намагничива-
ния. Практика показывает, что чем выше напряженность намагни-
чивающего поля, тем лучше магнитная характеристика образца.
Какое нужно иметь намагничивающее поле, — ответить трудно.
Ниже будут даны некоторые рекомендации, дающие возможность
оценить качество намагничивания. Во всяком случае установка для
намагничивания должна обеспечивать напряженность поля не ме-
нее, указанной выше.
Все сказанное позволяет утверждать, что кривая размагничи-
вания для оксидно-бариевых магнитов не может однозначно харак-
теризовать любой конкретный магнит, а представляет некоторую
усредненную функцию В — [ (Я). Степень приближения харак-
теристик конкретных магнитов к усредненной кривой зависит от
качества магнитов и от степени намагниченности. Поэтому для
точных расчетов сначала следует спять кривую размагничива-
ния для данного образца в условиях, при которых напряженно-
сти намагничивающего поля и поля при окончательном намагни-
чивании будут совпадать. Для всех остальных случаев, не тре-
бующих повышенной точности расчетов, ниже будет приведена
кривая, полученная на основании усреднения экспериментальных
данных исследования магнитных систем.
Не вникая в физику происходящих явлений и не приводя обосно-
ваний, с которыми можно ознакомиться в литературе [11, 12, 14,
15], отмстим, что для любого постоянного магнита определенных
размеров и формы имеется так называемая рабочая точка Л, которая
при соблюдении всех изложенных выше условий должна находиться
на кривой размагничивания. При этом отношение Bd к /7(/ принято
называть коэффициентом размагничивания
(77)
В технической литературе 129, 381 степень размагниченности
образца иногда характеризуется величиной, пропорциональной тан-
генсу дополнительного угла у. На самом деле, чем меньше индук-
ция в образце, тем больше размагниченность и тем больше угол у.
Однако не будет ошибкой принять в качестве критерия размагни-
чивающего эффекта величину тангенса угла а. Эта величина в даль-
нейшем и будет называться коэффициентом размагничивания
JV = tga = G4L-. (78)
где /м и SM — соответственно длина и площадь поперечного сече-
ния магнита; G — проводимость путей, по которым проходит поток
постоянного магнита.
Из зависимости (78) видно, что рабочая точка постоянного
магнита определяется его размерами и формой, а также проводи-
мостью путей прохождения потока постоянного магнита.
Как известно, проводимость является функцией габаритных
размеров и магнитной проницаемостью среды, по которой прохо-
238
ин поток. На положение рабочей точки постоянного магнита в си-
< юме координат ВН проводимость в большей степени оказывает
влияние тогда, когда изменяется проницаемость среды. Например,
гели магнит поместить в систему, состоящую помимо его еще из
шух стальных магнитопроводов, то положение рабочей точки из-
менится (точка А' с координатами B'd и Я//). Несмотря на то что
и реальных условиях работы станочных приспособлений нельзя
увеличить проводимость до бесконечности, по поднять рабочую
точку магнита все же удается заметно. К этому стремятся при проек-
гироваиии магнитных приспособлений.
Размеры магнита также влияют на положение рабочей точки.
I ^следованиями установлено, что в настоящее время с достаточ-
ной точностью подсчитываются коэффициенты размагничивания для
тел, имеющих форму эллипсоида вращения, шара, кольца [11, 381.
Предложены эмпирические зависимости для определения коэффи-
циента размагничивания тел типа цилиндров и брусков квадратного
и прямоугольного сечений.
Еще более сложным выглядит вопрос определения коэффициента
размагничивания для тел плоскопрямоуголыюй формы (типа парал-
лелепипедов), у которых намагничивание произведено в направле-
нии, перпендикулярном к поверхности с наибольшей площадью.
Тела такой формы как раз и составляют большинство магнитов,
применяющихся для технологической оснастки.
Накоторую практическую пользу могут оказать эксперименталь-
ные данные, полученные при исследовании магнитных приспособле-
ний и опубликованные в работе 112]. Для определения рабочей
точки постоянного магнита можно использовать зависимость:
(79)
где а и b — соответственно высота и ширина магнита; k = (ZM —
длина магнита); р— магнитная проницаемость материала (для маг-
нита марки 2БА р = 1,1).
Угол, тангенс которого определяется дробью в формуле (79),
выражается в радианной мере.
Эта формула выведена из уравнения Лапласа и характеризует
напряженность поля И в точке, близко расположенной к поверхно-
сти полюса магнита. Определив Н, по кривой размагничивания на-
ходят индукцию Bd и далее по формуле (77) рассчитывают коэффи-
циент размагничивания.
Особенностью оксидно-бариевых магнитов является низкая ин-
дукция в нейтральном сечении (точно также и па полюсах) по сравне-
нию с литыми магнитами. Так, например, можно создать литой
магнит с индукцией Bd — 10 000 Гс (1,0 Т), в то время как любой
оксидно-бариевый магнит обеспечивает индукцию не более 3000 Гс
(0,3 Т). Казалось бы, что столь низкие свойства этих магнитов исклю-
чают возможность использования их в технологической оснастке.
Однако это не так. Дело в том, что при незначительной индукции,
239
по достаточно большой площади полюса эти магниты способны соз-
дать магнитный поток, не уступающий по своему значению потоку
литых магнитов. На самом деле: Ф = BSn. Если численно площадь
полюса керамического магнита будет во столько раз больше площади
полюса литого магнита, во сколько индукция керамического меньше
индукции литого магнита, то потоки будут равны между собой, т. е.
Фк = фл = при этом SK =
Здесь Фк и Ф„
JI
потоки в нейтральном сечении литого и кера-
мического магнитов; и В
Рис. 117. Элементарная магнитная
система с оксидпо-бариевым маг-
нитом плоскопрямоуголыюй формы
— соответственно индукции керами-
ческого и литого магнитов; SK и
— соответственно площади полю-
сов этих магнитов.
Эта задача вполне разрешима
практически. Больше того, оксидио-
бариевые магниты, будучи помещен-
ными в магнитную систему, соз-
дают весьма выгодную с точки зре-
ния магнитных свойств конструк-
цию, способную в рабочем зазоре
создать индукцию, значительно пре-
восходящую по своим значениям
доступную для литых магнитов вели-
чину. Иными словами, магнитные
системы с керамическими магнитами
способны в определенном смысле
трансформировать магнитную индук-
цию.
Магнитные приспособления с ок-
сидно-бариевыми магнитами, точно
так же, как и электромагнитные приспособления, состоят из
одной или нескольких элементарных [магнитных систем. Простей-
шей и наиболее распространенной элементарной магнитной системой
с оксидно-бариевыми магнитами является П-образная система с маг-
нитом плоскопрямоуголыюй формы (рис. 117). Она состоит из кера-
мического магнита 1 и двух стальных магннтопроводов 2 и <?, при-
ложен пых к его полюсам. Размеры системы определяются следую-
щими величинами:
(/м 267^^,) b х (пм <za),
где /м — длина магнита; аст — толщина магнитопровода (стали);
b—ширина магнита (магнитной системы); ам—высота магнита;
аа — высота адаптерной плиты.
При расчетах используются и другие параметры системы:
<SM — площадь полюса магнита (SM ~ baM\ Sn — площадь полюса
системы, = апЬп); с—высота нижнего блока.
Система работает следующим образом. Магнитный поток, обра-
зуемый магнитом, выходит из полюса магнита М, проходит по маг-
240
пиюпроводам с сечением SCT = acrb и адаптерной плите, подходит
к полюсу системы (например, к N), преодолевает рабочий зазор
между полюсом системы и деталью, проходит по детали и далее по
симметричному пути замыкается на южный полюс оксидно-барие-
ного магнита. В системе имеются потоки утечки, о которых уже гово-
рилось ранее.
Явление «трансформации» магнитной индукции в данной кон-
струкции элементарной магнитной системы может быть объяснено
следующими простыми математическими рассуждениями. Если маг-
нит образует поток Фм, то он же подводится и к детали, так как
согласно закону Ома магнитной цепи поток неизменен при F и
A»M=const (потоком утечки можно пренебречь). Тогда индукция
па полюсе магнита определится по формуле Вм = Фм SM, а индук-
ция на полюсе системы— по формуле Ва = Фм Sn. Разделив обе
части равенств друг па друга, получим
= 4- или в« = в«4г-
Ом О гт Оп
Поскольку Sn < SM, то Вп > Вм, что и характеризует изменение
индукции в системе с керамическими магнитами.
В приспособлениях, в которых для отключения магнитного
потока используется принцип нейтрализации, нижний блок де-
лается несколько больше по высоте, чем верхний, причем необхо-
димо, чтобы м~~с = 0,83. В системе постоянному магниту при-
ходится работать в условиях, отличающихся от тех, которые он
имел в свободном состоянии и, следовательно, при одних и тех же
размерах магнитные параметры, характеризующие его, будут уже
иными. Поэтому рабочая точка одного и того же магнита может нахо-
диться на диаграмме В = [ (Я) в различных местах. Не меньшее
влияние на положение рабочей точки магнита оказывает способ
намагничивания. Поэтому изучение закономерностей, по которым
происходит перемещение рабочей точки магнита в зависимости от
условия намагничивания и измененных условий его работы, следует
рассматривать как следующий необходимый этап проектирования.
Ранее было показано, что низкая проводимость воздушного
пространства, окружающего постоянный магнит (положение / на
рис. 118—магнит в свободном состоянии), оказывает на него раз-
магничивающее действие, отчего рабочая точка А намагниченного
магнита снижается до положения, определяемого параметрами В(1
и Hd. Казалось бы, что если изменить каким-нибудь образом усло-
вия работы магнита, то его рабочая точка переместится вверх по
кривой размагничивания. На самом деле закономерность изменения
положения рабочей точки у постоянного магнита иная. Подробно
с явлениями, сопровождающими работу постоянного магнита при
разных условиях, можно ознакомиться в литературе [11, 12, 30,
38]. Об этом частично было сказано выше. Здесь же ограничимся
только констатацией имеющих место явлений и введем основные
определения.
16 О. Я- Константинов 241
1. Все рабочие точки предварительно намагниченного магнита
располагаются на одной прямой липни Аа, не совпадающей с кри-
вой размагничивания и проведенной через рабочую точку А свобод-
Рис. 118. Изменение индукции~в
магните в зависимости от условий
его работы и намагничивания
пого магнита под некоторым углом р к оси абсцисс. Эта линия полу-
чила название прямой возврата 1. Таким образом, как бы пе изме-
нялись параметры магнитной системы (позиции II и 1I/), рабочая
точка магнита всегда будет находиться на прямой возврата (точки .1'
и А").
1 В действительности, при изменении проводимости путей магнитного потока
от минимального до максимального значения и затем снова до минимального (т. е.
при циклическом изменении проводимости системы) индукция в магните изменяется
по некоторому частному циклу. Однако вследствие малой площади этой петли ее
заменяют прямой линией. Следует отметить также, что имеет место некоторое сме-
щение частного цикла относительно рабочей точки в первые периоды циклического
изменения проводимости системы. Вызванные таким смещением изменения индук-
ции невелики. Поэтому с достаточной для практических целей точностью эти два
уточнения могут не приниматься во внимание.
242
Положение прямой возврата на графике В = f (//) может быть
определено, если известны рабочая точка магнита А и угол р (ревер-
<явный угол). Угол наклона частного цикла очень мало отличается
01 угла наклона прямого участка кривой размагничивания. Обычно
иа характеристика выражается через тангенс и определяет прово-
димость материала р = tg р =
Для анизотропных оксидно-бариевых магнитов с достаточной
для практических целей точностью можно принять тангенс этого
\ гла равным 1,0—1,1 и считать его постоянным, к какому бы участку
кривой размагничивания он не относился.
Итак, если известен магнит, то можно на графике В = [ (Я)
провести прямую возврата, па которой будет находиться рабочая
ючка магнита, помещенного в систему. Для построения прямой
возврата находят коэффициент размагничивания свободного магнита
и под углом, тангенс которого равен 1,0—1,1, проводят прямую,
проходящую через эту точку.
Поскольку частные циклы анизотропных оксидно-бариевых маг-
нитов располагаются параллельно друг другу и угол их наклона
мало отличается от угла наклона кривой размагничивания, то с не-
которым допущением все частные циклы магнитов, имеющих рабочие
точки в свободном состоянии в промежутке от А 0 до Ат, могут
быть заменены одной прямой возврата, представляющей собой неко-
торое усредненное значение. Па самом деле, точка Ап характери-
зует собой самый невыгодный магнит, так как размагничивающий
эффект очень велик (угол у0) и индукция в нейтральном сечении
свободного магнита едва достигает 500 Гс (0,05 Т). Для такого маг-
нита прямая возврата будет представлена линией А 0а0. Однако
и для него в самом благоприятном случае (точка А'о) индукция Во
в нейтральном сечении магнита (при коэффициенте размагничи-
вания у) может быть доведена до значения примерно 2300 Гс
(0,23 Т).
Точка А,п
характеризует магнит, у которого коэффициент раз-
магничивания равен единице
магнит
с весьма большой длиной и малой площадью полюса, что весьма
редко встречается при проектировании магнитных приспособлений.
Прямая возврата для этого магнита будет представлена отрез-
ком Атат. При одинаковом коэффициенте размагничивания системы
(угол у) в нейтральном сечении этого магнита индукция В"т достиг-
нет значения примерно 2500 Гс, что всего лишь на 8% лучше
значения индукции в нейтральном сечении самого тонкого
магнита.
Как показывает практика, отклонение действительных магнит-
ных параметров от расчетных, укладывающееся в 5—10°6, следует
признать удовлетворительным результатом. Опираясь на проведен-
ные исследования и принимая во внимание охарактеризованные
выше особенности оксидпо-барневых магнитов, можно уложиться
в указанные пределы отклонений, если при расчетах частный цикл
243
конкретных магнитов будет заменен усредненным. При этом отпа-
дает необходимость в определении коэффициента размагничивания.
При проектировании приспособлении с оксидно-бариевыми маг-
нитами желательно, чтобы длина магнита была не меньше величины,
определенной но формуле
min
м
—5,144 (а2 -|- Ь2} ] [5,144 (а2 -|- /?2)]2 — 20,576а262
10,288
(80)
2. Некоторые приспособления с оксидно-бариевыми магнитами
позволяют производить намагничивание их после сборки всего
приспособления или силового узла. Изменение параметров магнита
в этом случае будет происходить несколько по-иному.
Предположим, что имеется система, состоящая из магнита и
двух полюсников (рис. 118, позиция II). Суммарная проводимость
такой системы значительно выше, чем свободного магнита, так как
основной магнитный поток будет замыкаться через полюспикн,
имеющие несравненно меньшее магнитное сопротивление, чем воз-
дух. Если теперь намагнитить эту систему и извлечь из установки,
то положение рабочей точки магнита будет определяться по фор-
муле
о- а _ Q
^сист <?
где (7С11Ст — суммарная проводимость данной системы.
Точка A j будет лежать па кривой размагничивания, но значи-
тельно выше, чем точка А свободного магнита. При изменении про-
водимости системы, например путем присоединения к пей замыкаю-
щей детали, изменение магнитной индукции в магните будет проис-
ходить также по частному циклу, по имеющему начало в точке
Индукция в нейтральном сечении магнита в замкнутой системе
в этом случае определяется точкой A'i, положение которой на част-
ном цикле зависит от проводимости всей системы, включая и закреп-
ленную деталь (па рис. 118 частный цикл не показан).
Таким образом, при намагничивании магнита вместе с системой
начало прямой возврата, определяемое точкой А ь находится на
кривой размагничивания всегда выше, чем рабочая точка свобод-
ного магнита этих же размеров. Такая особенность работы позво-
ляет получить более высокие значения индукции в рабочем состоя-
нии системы (т. е. с деталью). Поэтому при возможности ок-
сидно-бариевые магниты следует намагничивать совместно с си-
стемой.
Однако не все приспособления с оксидно-бариевыми магнитами
можно намагнитить в сборе. Но и в этом случае существенных сни-
жений магнитных свойств магнита в системе не произойдет, так
как прямая возврата практически проходит вблизи кривой размаг-
ничивания. Поэтому оксидно-бариевые магниты можно намагничи-
вать и в свободном состоянии — перед сборкой.
244
27. РАСЧЕТ И ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМ
С ОКСИДНО-БАРИЕВЫМИ МАГНИТАМИ
Принципиально расчет магнитной системы с постоянным магни-
ты не отличается от расчета электромагнитной системы. И все же
<г<| необходимо разобрать особо, так как некоторые особенности
могут создать для конструкторов по оснастке (инженеров-механи-
ков) определенные трудности.
Для иллюстрации основных положений методики расчета на
рис. 119 приведены элементарная система с окспдио-бариевым маг-
ии юм нее электрическая схема
смещения.
Магнитному потоку в системе
приходится преодолевать не-
сколько воздушных зазоров,
расположенных между отдель-
ными частями системы. Зазоры
при расчетах рассматриваются
как магнитные сопротивления,
поэтому как при проектирова-
нии магнитных приспособле-
ний, так и при изготовлении
необходимо сводить их к мини-
муму.
Зазоры dL и 62 между маг-
нитом 1 и полюсника ми 2
(рис. 119, ci) не оказывают боль-
шого сопротивления магнитному
потоку, так как проводимости
их велики. Все же необходимо
Рис. 119. Эскиз элементарной системы с
оксидно-бариевым магнитом (а) и экви-
валентная электрическая схема замеще-
ния (б) этой системы
б)
стремиться к уменьшению их ве-
личин. Практически зазоры
удается уменьшить до 0,01—
0,02 мм. При таких величинах
зазора в расчетах их можно не
учитывать.
Зазоры между блоками, а также в стыке с адаптерной плитой
являются необходимыми технологическими зазорами. В сумме они
больше по величине, чем зазор между магнитом и полюспиком,
а проводимость их меньше. Однако последовательное соединение
этих зазоров в системе позволяет учесть их вместе с рабочим зазо-
ром 6р. Этот суммарный зазор колеблется в среднем от 0,1 до 0,3 мм.
В зависимости от метода отключения магнит в системе может
быть целым или разделенным на две части. Для расчетов это не
имеет значения и поэтому на рисунке он представлен в виде одной
детали 1 с размерами /м и ам.
Введем обозначения элементарной магнитной системы: /м —
длина магнита в см; ам —высота магнита рассчитываемой системы
в см; Ьм — ширина магнита, измеряемая в направлении, перпенди-
245
кулярном чертежу, в см; аа — высота (толщина) адаптерной плиты
в см; <7СТ — толщина полюсиика системы в см; ап — толщина полюса
адаптерной плиты в см (<тп < аСт — в случае заужения полюсов).
Как показывают исследования, заужепие полюсов является выгод
ным приемом, повышающим усилие притяжения всего приспособ-
ления. Степень заужения определяется на основании уточненного
расчета приспособления.
Предлагаемая методика расчета является проверочной, так как
предполагается, что размеры магнитной системы известны. Но по-
скольку в ходе расчета выявляются слабые стороны конструкции
магнитного устройства, то имеется возможность наметить пути для
усовершенствования системы и тем самым приблизить ее к опти-
мальной.
Расчет магнитной системы следует подразделить па два этапа:
а) предварительный расчет и проектирование системы; б) уточнен-
ный расчет и выбор оптимального варианта конструкции.
Предварительный расчет и проектирование системы заключаются
в назначении размеров системы и магнита, способных выполнить
поставленную задачу. Чем точнее назначены размеры элементарной
системы, тем меньше потребуется корректировка и легче провести
уточненный расчет. К сожалению, без достаточного навыка это не
всегда удается. При предварительном проектировании можно ис-
пользовать следующие рекомендации.
1. При выборе размеров постоянного магнита ширина магнита Ьм
выбирается из конструктивных соображений, к числу которых
относятся, например, ширина стола, иа котором будет установлено
приспособление, диаметр планшайбы, длина призмы, размер дер-
жавки и т. д. Высота магнита ам представляет собой основную
некому величину, так как практически лишь она будет определять
возможность магнита обеспечить требуемый рабочий поток. При
выборе значения ам можно допустить, что будущая магнитная си-
стема в замкнутом состоянии сможет обеспечить настолько высокую
проводимость путей магнитного потока, что рабочая точка магнита
будет находиться па пересечении наиболее неблагоприятной прямой
возврата с осью ординат (для магнитов марки 2БА это примерно
3000 Гс). Тогда поток, создаваемый магнитом, определится • выра-
жением Фм = Выа„Ьи = ЗШаиЬ„.
Принимая во внимание обязательную трансформацию магнитной
индукции в системе с оксидно-бариевым магнитом (см. п. 26) и пре-
небрегая потоками утечки, получаем
‘ О -• - — I -3
*-/ ‘ ’ п - -— /7
Г’ • - ‘ — р ип>
73 М
где яп — толщина полюса (в рассматриваемом случае ап = аст
(см. рис. 119, а).
Индукция на полюсе системы Вп определяется из уравнения
Руд = 4,06Вп,
где руд—удельное усилие притяжения в кгс.
246
Толщина полюса системы ап при предварительных расчетах
выбирается в зависимости от толщины детали. При одинаковой
м щке материала как детали, так и нолюсников толщина их должна
'н,1 и. одинаковой. Если приспособление является универсальным,
н> расчет ведется по наиболее тонкой детали. Однако в практике
проектирования встречается необходимость конструирования при-
пособлеиий для весьма топких деталей (йд = 0,3-4-3,0 мм). В таких
ел чаях нельзя ориентироваться па деталь, так как приспособление
получается сложным и нетехпологичиым. По-видимому, минималь-
ным значением ап следует считать 3—4 мм.
Определив для предварительных расчетов ширину и высоту
магнита, находят длину магнита /м, учитывая рекомендации, изло-
женные в предыдущем параграфе.
2. Высота адаптерной плиты аа выбирается из соображений дол-
ювечностп приспособления, его жесткости и технологического
назначения. У большинства приспособлений типа плит адаптерную
плиту следует изготовлять в виде отдельного блока. Это повы-
шает универсальность технологической оснастки, ее долговечность
н удобство при ремонте. Практически высота адаптерной плиты
выбирается в пределах от 20 до 30 мм (для средних но размерам
приспособлений).
3. Зазоры в системе, как это было сказано выше, представлены
двумя группами: технологическими и рабочими. Рабочий зазор бр
определяется точностью формы детали и шероховатостью ее опорной
поверхности. Как показывают исследования [12], в зависимости
от шероховатости опорной поверхности детали величина рабочего
зазора (в мм) может быть выбрана так: к ,4
При V7....................................0,01
» V3....................................0,02
» VI....................................0,15
Технологические зазоры назначаются исходя из предполагаемой
технологии изготовления и сборки приспособления. Однако необ-
ходимо помнить, что любые зазоры на пути прохождения магнит-
ного потока являются вредными сопротивлениями, снижающими
эффективность его работы. Поэтому их величину нужно уменьшать
всеми техническими и экономически выгодными средствами. Жела-
тельно, чтобы технологические зазоры в сумме пе превышали 0,1 —
0,15 мм.
Предварительный расчет, в результате которого задаются раз-
меры элементарной магнитной системы, имеет тот недостаток, что
он не учитывает ни насыщения стали, ни потоков утечки, ни сопро-
тивления зазоров. Поэтому в действительности рабочая точка маг-
нита будет находиться где-то ниже на частном цикле и определять
меньшую по величине индукцию в нейтральном сечении магнита и,
следовательно, выбранная система не будет отвечать заданным усло-
виям работы.
Степень приближения выбранных при предварительном расчете
размеров магнитной системы к оптимальным может быть повышена,
247
если учесть влияние некоторых факторов на положение рабочей
точки магнита на графике В = ) (И). В частности, можно учесть
влияние зазоров в системе, построив для этого лучи, характери-
зующие изменение индукции в соответствующих зазорах. Можно
учесть также поток утечки, хотя и с некоторым приближением.
Практика показывает, что для элементарных систем типа, показан-
ного на рис. 119, значение магнитной индукции в нейтральном
Рис. 120. Схема графоаналитического расчета
элементарной системы с оксидио-бариевым маг-
нитом
сечении при предваритель-
ных расчетах может быть
сразу занижено примерно
па 15—20%. Таким обра-
зом, задачей уточненного
расчета является отыска-
ние на частном цикле
действ ител ь ной рабочей
точки магнита, работаю-
щего в конкретной систе-
ме, и анализ путей ее со-
вершенствования.
Методически уточнен-
ный расчет является гра-
фоаналитическим. Принци-
пиальный ход решения
поставленной задачи сво-
дится к следующему. На
к р ивой р азма гн и ч и ва н и я
данного материала маг-
нита производят построе-
ние частного цикла, по
которому будет изме-
няться индукция в его
нейтральном сечении в зависимости от изменения проводимости
окружающего пространства (системы). Как уже говорилось ра-
нее, для магнита марки 2БА этот частный цикл может быть заме-
нен прямой Нса (рис. 120), имеющей аналитическое выражение
Н = 0,909В — 2727.
Используя приведенную ранее зависимость Ф = GF и
уя ее для элементарной системы, получим выражение
(81)
преоора-
1 _____
м “ /МОо “ /МОо
где <j() — полная магнитная проводимость рассчитываемой системы.
Зависимость (82) в системе координат ВН представляет собой
кривую намагничивания элементарной системы (без магнита).
Построение кривой намагничивания системы без магнита нужно
выполнить графическим методом (см. п. 15). Он широко использо-
вался при расчете электромагнитных приспособлений. Расчет си-
стем с постоянными магнитами основывался на аналитическом
248
миоде. Поэтому достаточно подробное изложение расчета магнит-
ных систем с оксидно-бариевыми магнитами преследует также мето-
пическую цель.
Строить всю кривую намагничивания при расчете магнитной
< истомы пет необходимости, так как интерес представляет собой
юлько тот ее участок, который пересекается с частным циклом,
(ля этого сначала задаются некоторой величиной индукции в ней-
ральном сечении магнита ВМ1, которая должна быть меньше Вя.
Практически значение Вг можно выбирать в пределах от 2600 до
'.’ЮО Гс. Для этого значения индукции определяют первую точку
кривой намагничивания М находящуюся на пересечении BMi
и //М). Для нахождения второй точки кривой намагничивания не-
обходимо задаться индукцией в нейтральном сечении магнита,
шачение которой следует выбирать в зависимости от положения
найденной точки Му относительно прямой возврата. Если точка М j
будет расположена выше прямой возврата, то для определения
второй точки кривой намагничивания следует задаться меньшим
шачепием индукции (ВМ2<ВМ1)- Если точка Д1 л окажется под
прямой возврата, то значение индукции Вм, следует выбрать больше,
чем Вщ. Разница между Вм, и BMt определяется потому, насколько
точка ВМ1 близко располагается к прямой возврата. Желательно,
чтобы следующая расчетная точка кривой намагничивания системы
располагалась ниже прямой возврата (или выше ее, если в первом
случае М г была ниже прямой возврата).
Если рассчитанные точки кривой намагничивания М г и М 2
находятся близко друг от друга и по обе стороны прямой возврата,
то при некоторых допущениях можно принять, что па данном участке
кривая намагничивания представлена прямой линией. Тогда, со-
единив точки и Л42, графически находят координаты точки М
пересечения частного цикла с кривой намагничивания системы.
Однако лишь при определенном навыке можно настолько точно
задаться значениями индукции BMl и Вм,, чтобы кривую заменить
прямой даже на небольшом участке и при этом не допустить значи-
тельных погрешностей. Более правильным будет определение допол-
нительной, третьей точки 7И3, находящейся между двумя первыми —
М х и /И2. Тогда по трем точкам достаточно точно можно воспроиз-
вести участок кривой намагничивания системы и уже затем найти
точку пересечения ее с частным циклом, т. е. точку М.
Еще раз следует отметить, что в результате этой части вычисле-
ний определяются координаты точки М: Вм и Ям, т. е. координаты
точки пересечения частного цикла с кривой намагничивания системы.
При определении абсциссы любой точки //z- кривой намагничи-
вания системы необходимо знать полную проводимость путей про-
хождения магнитного потока Gn. Эта величина складывается из
проводимостей утечки и путей прохождения полезного потока,
в том числе по стальным участкам магнитопроводов. Как видно из
упрощенной схемы замещения (рис. 119, б), магнитные сопроти-
вления в ней включены по смешанной схеме. Так, например, 7?а,
"Gb и включены последовательно между собой, а с прово-
249
димостыо иУ1 — параллельно. Сопротивление же стали ЯСт вклю
чеио последовательно с рассмотренной разветвленной цепью. Beci
верхний участок цепи представляет собой некоторое эквивалентное
сопротивление, включенное параллельно с проводимостью 6У2.
Расчет такой эквивалентной электрической схемы возможен только
методом последовательных приближений. Причем окончательной
задачей этой части расчета является определение полной прово-
димости системы 6(( при заданном магнитном потоке Фм = SMBM.
При расчете 60 полный магнитный поток Фм должен быть подраз-
делен на полезный поток и поток утечки. Эти потоки должны нахо-
диться в соотношениях, пропорциональных магнитным сопротив-
лениям путей, по которым они замыкаются. В случае, если прово-
димости путей полезного потока и потока утечки включены парал-
лельно, то можно утверждать, что:
где Фм, Фп, Фу—соответственно потоки: полный, полезный и
утечки; Gn, Gu, Gy — соответственно проводимости: полная, полез-
ная и путей утечки.
В рассчитываемой системе, размеры которой известны, при за-
данной индукции в нейтральном сечении магнита Вм известны пол-
ный поток Фм и проводимость утечки 6у, так как последняя зависит
лишь от габаритных размеров системы. Следовательно, для опреде-
ления потока утечки 6у (или затем полезного потока Фп) необхо-
димо знать полную проводимость системы Gn. Слагаемым полной
проводимости системы является полезная проводимость 6П, которая
определяется для данной системы как функция магнитной прони-
цаемости. Причем магнитная проницаемость представляет собой
переменную величину, в сильной степени зависящую от насыщения.
Таким образом, решить уравнение с двумя неизвестными Go и 6П
сразу не удастся.
Для определения Go используется принцип последовательных
приближений. По нему каждая точка кривой намагничивания пред-
ставляет собой асимптотический предел, к которому стремится на-
пряженность поля Нм. (при заданном значении ВМЛ, если перемен-
ные, определяющие се, от приближения к приближению стремятся
к своему истинному значению. В нашем случае переменными величи-
нами являются С(| и Сн, причем Со = f (6П).
Для расчета полной проводимости системы в первом приближе-
нии можно, например, предположить, что весь магнитный поток
проходит только по пути полезного потока. Зная размеры магнито-
проводов и величину полного потока Фм = BMSM, можно подсчитать
полезную проводимость G'n. Для самого простого случая — парал-
лельного соединения проводимости утечки и полезной—полная опре-
делится как Gq = G'n + Gy. Полученное значение полной проводимо-
сти, безусловно, будет значительно отличаться от действительного,
причем в сторону уменьшения, так как сделанное допущение, что
250
'< 11. поток идет только по стали, обязательно приведет к завышению
магнитного сопротивления стали (или к снижению проводимости
и hi полезного потока). Имея теперь некоторые значения Go, Gn
п Gy, можно в соответствующей пропорции разделить полный по-
|<)К Фм на полезный Фп и поток утечки Фу. Определенная по зави-
(имости (82) абсцисса кривой намагничивания будет характеризо-
ваться положением точки Л4ь расположенной левее действитель-
ного значения. Эта точка не учитывается при построении кривой
размагничивания. Она лишь иллюстрирует динамику производимых
приближений.
При втором приближении сопротивление пути прохождения полез-
ного потока рассчитывается при условии, что по нему проходит
поток Фп С Фм- Следует отметить, что величина полезного потока Фп,
полученная в результате расчета по первому приближению, буде'г
меньше действительного полезного потока Фп. Поэтому сопротив-
ление стали при втором приближении будет уменьшенным, а общая
проводимость системы увеличенной. В свою очередь это приведет
к смещению абсциссы точки вправо от действительного положе-
ния кривой намагничивания.
При третьем, четвертом и т. д. приближениях значение полез-
ного потока все более будет приближаться к истинному значению
п, следовательно, полная проводимость системы Go, характеризую-
щая положение точки Mlf будет стабилизироваться. Практика
расчетов показала, что достаточно точные результаты значений
абсцисс Нм получаются уже после третьего приближения.
Точность расчетов может быть повышена, а трудоемкость их
уменьшена, если уже при первом приближении учесть потоки утечки.
Для этого необходимо знать коэффициент рассеяния системы ог.
Однако эта величина выявляется после всех расчетов. Коэффициент
рассеяния можно принять с некоторым допущением, что все равно
приведет к желаемым результатам. Обработка значительного коли-
чества экспериментальных данных моделирования элементарных
систем с оксидно-бариевыми магнитами показывает, что потоки
утечки в среднем составляют 6—20 °6 от полного потока магнита.
Тогда при расчете полной проводимости системы Go по первому
приближению полезная проводимость рассчитывается при условии,
ЧТО ПО стали проходит магнитный ПОТОК Фет 0,9Фм.
Второе и третье приближения выполняются в изложенной выше
последовательности, причем расчет прекращается, если абсциссы
двух соседних вычислений отличаются друг от друга не более чем
па 10 Э, т. е. Яд- — = ±5 Э.
В табл. 15 в методической последовательности приведены кон-
кретные формулы для полного проверочного расчета элементарной
системы с оксидно-бариевыми магнитами. Эта методика представ-
ляет собой упрощенный вариант расчета элементарной системы,
так как в электрической схеме замещения (см. рис. 119,6) допу-
скается, что вся проводимость утечки в зоне адаптерной плиты Gy,
характеризуется сопротивлением одной трубки, которое подклю-
чено параллельно с магнитом в точке между 7?ст и 7?а. Такое
251
Таблица 15. Методика расчета элементарной системы с оксидно-бариевым магнитом
Наименование и эскиз
Исходные данные
Расчетная формула
Длина магнита /м в см
Высота магнита ам в см
Ширина магнита Ьм в см
Толщина полюсииков силового блока (стали) сгст в см
Высота адаптерной плиты аа в см
Ширина полюса ап в см
Поперечное сечение детали в см2
Рабочий зазор <5р в см
Площадь поперечного сечения рабочего зазора в см2
Длина полюса 6П в см
Магнитная индукция в нейтральном сечении
в Гс
Полный магнитный поток Фм в Мкс
и
магнита Вм
5Д — hbM
П^М
При расчете точек кривой намагничивания системы Вм.
задается произвольно. После нахождения точки М В ‘
берется из графика (см. рис. 120) м
Площадь поперечного сечения магнита SM, проходящего
/м _ 9
\ через , в см2
Расчет проводимости утечки системы
Суммарная проводимость путей потока Утечк», не попада-
ющего в сталь, Су2 в см (проводимости отдельных участков
определяются по табл. 6)
ND
СП
для принятой элементарной системы
Gv = 0,52 (ам + Ь„) + in (2п= - 1 + 2п
У 2 I
"Ь ^ст 0,308/уп
1м Ч" 2&СТ
где и =-----------
Продолжение табл. 15
Расчетная формула
Суммарная проводимость
адаптерной плиты G^ в см
определяются по табл. 6)
путей потока утечки на участке
—: участков
(проводимости отдельных
= (Я
к р и
Поток утечки, не попадающей в сталь полюсников ф
СУ, = Ч + 2G’1
Если оп = а„, для принятой элементарной системы
а^м . аа , , „ _______
+ 5Г ,п (2«- - I + 2т /m2 -1),
где т = —1 1
вой намагничивания
Уг, в Мкс
При первом приближении
I
г
где Фуг — примерная величина (введена для сокращенп
количества расчетов); кращени
при последующих приближениях
Магнитный поток ф
на участке ам, в Мкс
ст.» проходящий по стали полюсников
Уг >
G0
где G -- полная проводимость, определенная в предыду-
щем приближении редыду
При первом приближении
С7.
I i
z Jo
I'o
Сопротивление стали полюсников R на участке ом в 1 см
Рассчитывается по формулам, приведенным в табл. 16:
при первом приближении
ф'
Z-, СТ,
при последующих приближениях
Л.мПст^м
G
Г У2
ф
1
Эквивалентное сопротивление разветвленного участка цепи
в зоне адаптерной плиты (между точками 1—2) R3 в 1/см
Э
Наименование и эскиз
Эквивалентная проводимость разветвленного участка цепи
в зоне адаптерной плиты (между точками 1—2) G в см
в Мкс
По ок утечки на участке адаптерной плиты Ф
Магнитный поток, проходящий по стали полюсников адап-
терной плиты, Ф„т в Мкс
Расчетная формула
При первом приближении
«*0,1ф'
(допускается, что поток утечки ф.
* У1
при последующих приближениях
При первом приближении
СТ 2 ’
при последующих приближениях
Продолжение табл. 15
Магни 1 ное сопротивление R пути потока утечки Ф
Магнитное сопротивление стали полюсников
। плиты Ra в 1/см
адаптерной
а
Магнитная проницаемость стали полюсников
плиты |ЛСТ
адаптерной
Мст^ст^м
(систему с зауженными полюсами Ra можно рассчитывать
по формулам, приведенным в табл. 19 работы 12)
Определяется по кривым намагничивания В = /(#). При
этом Ва = ------L -
дст^м
Магнитное сопротивление рабочего зазора в
1/см
26
Магнитная проницаемость стали детали р.д
Оп^п
Определяется по кривой намагничивания материала
тали; при этом
Константинов
Магнитное сопротивление стали детали Рд в 1/см
Магнитное сопротивление пути прохождения
потока ВЭо по системе (между точками 1-2), исключая путь
с , в 1/см
X/ л *
а
ЦдМ
Эо = ^э + ^CTt
Эквивалентная проводимость пути прохождения магнитного
потока (между точками 1—2) иЭо в см
Полная проводимость магнитной системы Go в см
Абсцисса рассчитываемой точки кривой намагничивания
системы Нм. в Э
Эо
э0
Эо
Уа
м^мум
I
П родол жен не т абл. 15
Наименование и эскиз
Расчетная формула
лепной ХХТаЗ’П»,’„Да° гртфшГе В°2 / ?осе«шми значениям Н
точку кривой
м
намагничивания системы
не превысит 1 Э. По най-
ЛЪ-
Полная проводимость элементарной магнитной системы
*** • VI
О
м
° Ям
м
м
м координаты найденной графически точки
пересечения кривой намагничивания системы с частным
циклом (точка Л1 на рис. 120)
потокТ^Р^пи^ nP°B0^iM0ocJb пути прохождения магнитного
потока (между точками 1—2) G в см
Эд
Э0
, где G — см. стр. 253
Магнитный поток Ф
на участке ам,
проходящий по стали полюсииков
Мкс
м М Эо
Сопротивление
стали полюсииков на участке ам в 1/см
Рассчитывается по
При этом
формулам, приведенным в табл.
м^мист
Эквивалентное г
в зоне адаптерной плиты R3 в 1/см
сопротивление разветвленного участка цепи I
э 'Эо
1
Эо
’ э0 о У2
Эо
Эквивалентная проводимость разветвленного участка цепи
в зоне адаптерной плиты G3 в см
Э —
Поток утечки в зоне адаптерной плиты Ф
Полезный магнитный поток, проходящий
ников адаптерной плиты Фст , в Мкс
в Мкс
по стали полюс-
э
Магнитная индукция в рабочем зазоре
СТ2
при Пп =
Стим
м
Удельная сила притяжения на полюсе руд
в кгс см2 полюса
Полная сила притяжения детали Q в кгс
уд п»
где Sn = апЬп', при ап
п — Яст^м
Удельная сила притяжения руд, отнесенная к площади опор
ной поверхности детали Son в кгс см2
Руд — <?
°оп
допущение, хотя и приводит к некоторому снижению точности расч«*
тов, по оправдывается значительным сокращением их трудоемкости
Как показывает практика, точность расчетов по приведенной выш<
методике не выходит за пределы ±10%,
Рис. 121. Усложненная эк-
вивалентная электрическая
схема замещения элементар-
ной системы с оксидно-ба-
риевым магнитом
что следует признать вполне удовлетвори
тельным.
При более точных расчетах элемента р
ной системы следует учесть, что в зоне
адаптерной плиты поток утечки ФУ1 рас-
пределен по высоте ай в закономер-
ности, определяемой соотношением про-
водимостей. В этом случае эквивалентная
электрическая схема замещения примет
вид, показанный па рис. 121. По аналогии
с расчетом электромагнитных систем здесь
предусмотрено подразделение сопротив-
ления адаптерной плиты /?а на ряд
последовательно соединенных сопротивле-
ний, т. е.
R* = 4- 4- А/?а3 4- . . 4- А#ап.
Число отдельных участков п опреде-
ляется требуемой точностью расчетов и
сложностью системы (в нашем случае оно
выбрано равным пяти). Проводимость
утечки СУ1 разделяется также на ряд про-
водимостей — трубок. Тогда
Gy, = ДО*. + bG" + AG”' + ... + AG" .
Проводимость каждой трубки включена
в цепь после каждого участка адаптерной
плиты.
Такая схема замещения более полно
отражает действительное распределение
потоков внутри элементарной магнитной
системы. Это позволяет учесть, например,
влияние изменения потока в полюс-
пике адаптерной плиты па магнитное сопротивление Ra. На самом
деле ФСТ2 >> ФСт3 > Фст4 > Фств и т. д., так как они имеют потоки
утечки ФХ1; ФХ2; ФХз и т. д.
Расчет такой электрической схемы замещения методически не
отличается от приведенного выше. Следует отметить лишь некоторые
особенности, которые касаются расчета магнитного сопротивления
участка цепи в зоне адаптерной плиты (между точками 9—10). Наи-
более приемлемым является следующее решение. Сначала находят
магнитное сопротивление разветвленного участка адаптерной плиты
между точками 1—2. Назовем его эквивалентным и обозначим че-
I"'’
тогда
A< -I- ДЛа, + Й6 + «д
Тдя решения этого уравнения необходимо знать значение маг-
нитного потока ФСт0- При первом приближении его можно принять
равным 0,9Фст,, считая, что поток утечки в зоне адаптерной плиты
«оставляет 10%. При последующих приближениях ФСТа = ФСт,—
фу.-
Поток утечки ФЛь определится из выражения
А°У , АСУ
Фу. = Фет. = Фет.----------------
А< + Лб + «д
Заменяя магнитное сопротивление между точками 1—2, найден-
пыми /?Э1_2 в такой же последовательности, можно найти сопротив-
ление между точками 3—4, 5—6, 7—8 и т. д. После их определения
дальнейший расчет производится по схеме, приведенной в табл. 15.
При расчете сопротивлений отдельных участков адаптерной
плиты можно пользоваться либо интегральными зависимо-
стями, приведенными в работе [12] и табл. 16, либо принимать,
что магнитная индукция на участке постоянна и рассчитывать сопро-
1 явление по обычной формуле.
При проектировании магнитных приспособлений до настоящего
времени вопрос об их оптимальности не возникал. Для оценки маг-
нитной оснастки использовалась лишь одна ее характеристика—
суммарная (или удельная) сила притяжения. Практически пригод-
ность приспособления определялась по тому, насколько надежно
оно притягивало деталь при выполнении той или иной операции.
Поэтому основным стремлением конструктора являлось увеличение
силы притяжения любыми методами. При такой постановке вопроса
это приводило к необоснованному расходованию сравнительно
дорогих магнитно-твердых материалов и к вынужденному увели-
чению размеров приспособления. Расчеты показывают, что для обес-
печения заданной силы притяжения (при определенных размерах
детали, зазора и т. д.) можно спроектировать несколько приспособ-
лений с разными размерами.
Очевидно, что если данные условия эксплуатации обеспечиваются
несколькими системами, то из общего количества их может быть
выбрана одна. При выборе предпочтительной системы помимо силы
должны быть приняты и другие оценивающие характеристики.
Стоимость приспособлений с оксидно-бариевыми магнитами
(так же как и с литыми) в основном определяется стоимостью маг-
нитов, так как они пока примерно в 150—200 раз дороже стали.
Поэтому при выборе предпочтительной системы в качестве критерия
должен быть принят объем магнита. Чем меньше расход магнитного
материала в системе, тем она экономичнее и, следовательно, пред-
261
1 аб л ица 16. Формулы для расчета сопротивления стали
полюсников силового блока элементарной системы
с оксидно-бариевыми магнитами по рис. 119, а
Предел изменения
индукции
Расчетная формула
«м
5000
, _ 2,512-Ю-з
ст — г ~
мист
5000
< а
12 100
12,56
5000
м
м
м
м
I 237,61—0,019шм —7,81 — 15,41
15,41 — К237,61^0/) 19^
15,41 + /237,61 —0,019гам
12 100
17 500
30,83
0,000327слм
0,603 Г
di
ам
м
м
17 500
«м
19 500
СПМ — 17 500
м
Ю4
С(7М
17 500
19 500
«м > ----—
/?
100,91
3220
сам — 19 500
10“
м
1,79 In
м
Г! р п м е ч л н н я:
м
пст
рется по специальным таблицам |36|.
м 11 “
м
почтительнее других, обеспечивающих такие же эксплуатационные
характеристики. В дальнейшем такие магнитные системы будут
называться оптимальными.
Ранее говорилось, что приведенная выше методика расчета
элементарной магнитной системы является проверочной. По ней
можно лишь судить об эксплуатационных возможностях магнитной
системы, имеющей вполне определенные размеры. Этот расчет дает
возможность наметить пути совершенствования системы, но он
не позволяет решить задачу выбора предпочтительного варианта.
Так же, как и в случае оптимизации электромагнитных приспо-
соблений, выбор наиболее рациональной системы с оксидно-барие-
выми магнитами был осуществлен путем выбора ее из нескольких
вариантов рассчитанных систем. Для сокращения трудоемкости
расчетов они были осуществлены с использованием ЭВМ. В основу
262
расчетов была положена приведенная выше методика. При заданных
размерах постоянного магнита, высоты адаптерной плиты и рабочего
тзора путем изменения толщины полюсников рассчитывалась
система, обеспечивающая наибольшую силу притяжения. Размеры
га кой системы записывались в память машины. Затем изменялись
размеры постоянного магнита и расчет повторялся снова, чтобы
выявить систему, обеспечивающую наибольшую силу при данном
магните. Из полученного ряда систем в последовательности, обеспе-
чивающей силу притяжения от рул п до РУд111ах, были выбраны те,
которые имеют мепыпие
размеры постоянного маг-
нита.
Произведенные на ЭВМ
расчеты большого числа
систем выявили ряд весьма
важных з а ко 11 оме р н осте и,
х а р а кте р и з у ющи й э кс-
плуатациоиные и физи-
ческие возможности маг-
нитных систем с оксидно-
бариевыми магнитами.
Как и следовало ожи-
дать, наибольшее влияние'
на индукцию в зазоре
оказывает толщина полюс-
ников систем яст. На
рис. 122 эти зависимости
Рис. 122. Изменение индукции в рабочем зазоре
в зависимости от толщины полюсников (для
магнита с размерами о,мХЬмХ1м~ амХ
X 80X 12 мм)
представлены в виде кривых, имеющих ярко выраженный экстре-
мальный характер с точкой соответствующей индукции
Помимо того, что кривые имеют экстремальный характер, точка
максимума на этих кривых изменяет свое положение по мере уве-
личения высоты магнита ам. Если соединить между собой экстремаль-
ные точки кривых, то получим некоторую зависимость В6 = у (ам)
при /м = const (кривая /), откуда видно, что высоту магнита целе-
сообразно увеличивать только до какого-то предела (в нашем случае
примерно до 60 мм). Дальнейшее увеличение высоты магнита не
приводит к заметному возрастанию силы, но зато в достаточной
степени повышает стоимость оснастки. Это явление объясняется
также том, что возможности примененного в элементарной системе
материала (сталь 20) полностью исчерпаны. Для повышения вели-
чины индукции в рабочем зазоре в системах, имеющих магнит высо-
той больше некоторого критического значения, необходимо магнито-
проводы изготовлять из стали с большей магнитной проницаемостью.
Кривые изменения удельной силы притяжения па полюсе системы
имеют аналогичную с предыдущим графиком форму. Поэтому
и Руд соответствует одно и то же значение яСт. Дальнейшие иссле-
дования показали, что определенное но В6 (или Руд ) значе-
ние не является оптимальным, если в качестве критерия при-
263
нимать суммарную силу притяжения системы Q. Иа рис. 123, а
приведен график Q — f (яСт) для тех же систем, которые были рас-
смотрены ранее. Эти зависимости, во-первых, пе отмечают стабили-
зации общей силы притяжения Q при изменении ам, как это имело
место на предыдущем графике. По мере увеличения высоты магнита ам
суммарная сила притяжения все
Рис. 123. Изменение суммарной (а) и удельной (0 сил притяжения си-
стемы в зависимости от толщины полюсника сгт
время увеличивается.
Рост суммарной силы притяжения происходит за счет увеличения
толщины магнитопроводов и, следовательно, площади полюса. Но
при этом сталь полюсииков остается достаточно насыщенной. Рас-
сматривая полученные зависимости Q = f (пст) каждого магнита
(с определенной длиной /м), можно отметить некоторое оптимальное
значение яст, при котором суммарная сила притяжения будет наиболь-
шей. Для упомянутых выше систем и условий оптимальными в зави-
симости от ам будут следующие значения «Ст:
СГМ В ММ Дст в мм
20.................................... 2,8
28.................................... 4,3
3G...................................... 5,5 и т. д.
Расчеты свидетельствуют, что отношение acJa.. колеблется в не-
•/ V 1 Jvl
больших пределах. Для практических целей его можно выбирать
в пределах 0,14—0,16,
Таким образом, если считать, что основной задачей магнитной
( пстемы является обеспечение наибольшей силы притяжения детали,
io выбор этих систем нужно производить по суммарной силе Q
системы. Па практике по этой величине обычно выбирают системы
(ля проектирования грузоподъемных устройств, специальных при-
< пособлений для закрепления деталей с постоянными размерами
" т- д‘
Однако классифицировать системы по этой характеристике
неудобно, так как опа не является обобщающей. Поэтому в качестве
классификационной оценки удобнее принять удельную силу притя-
жения, отнесенную к единице площади опорной поверхности детали,
п _____ Qmax
ГУЛп — <?
Я °о. п
Qniax_______
Gm “Г 2оет) Ьм
Графически изменение рУд в зависимости от щ.т представлено
на рис. 123, б.
Интересно отметить, что точки перегиба на этом графике не совпа-
дают с точками, обеспечивающими максимальную силу притяжения Q.
Особенно это различие чувствуется в системах с высотой магнита
более 30 мм.
Из приведенного графика видно, что каждым магнитом, размеры
которого определяются величинами /м, Ьм и ам, максимальная удель-
ная сила притяжения обеспечивается лишь при определенном зна-
чении щ.т. В этом случае оптимальные отношения аст,ам в зависи-
мости от имеют следующие значения:
"м в мм аст/ам
<30............................... 0,14
30—40 ......................... 0,12—0,11
>40................................ 0,1
Таким образом, если выбирать системы по руд ах, то суммарная
сила притяжения детали будет меньше, но и ширина элементарной
системы /с = /м + 2аст также будет меньше, чем в случае, если в ка-
честве критерия при выборе системы принята Qmax.
Исследования [12] показывают, что методика выбора системы
зависит от назначения приспособлений. При проектировании уни-
версальных приспособлений, предназначенных для закрепления раз-
личных по величине деталей, в том числе мелких, выбор системы
должен осуществляться по рудтах; при проектировании специальных
приспособлений, когда размеры детали известны и достаточно велики,
при выборе системы нужно исходить из максимальной суммарной
силы притяжения, т. е. Qtllax.
Для обоснования выбора системы полезным может оказаться
коэффициент использования материала магнита (КИММ)
_ Руд
Гм ’
(83)
где — объем магнита в см3.
' 1*1
265
риала магнита. И
Рис. 124. График зави-
симости коэффициента
использования мате-
риала магнита е от
длины магнита /м
На рис. 124 показан график изменения КИММ в зависимости ог
длины магнита. Он построен для одной и тон же удельной силы при-
тяжения детали (рудд = const = 4 кгс/см2), но при двух зазорах
(кривые 1 и 2 при 6 = 0,05 мм, кривые 3 и 4 при 6 = 0,1 мм).
Кривые 1 и 3 построены для элементарных систем, рассчитанных
п° /’уд™,- а кривые 2 н 4 — по <?деТлМ!(.
При выборе оптимальной системы, очевидно, нужно исходить
из стремления иметь наибольший коэффициент использования мате-
графика видно, что оптимальной системой будет
та, которая имеет меньший по длине магнит и
обеспечивает при этом заданную силу. Так,
например, в рассматриваемом случае из всех
систем оптимальной будет та, которая имеет
магнит длиной 0,8 см (/м = 8 мм). Остальные
системы, хотя и будут обеспечивать удельную
силу, равную 4 кгс/см2, являются менее эко-
номичными.
Из графика видно также, что критерий
оценки системы (руДд пли Q2inax) мало влияет
на коэффициент е, особенно в системах с ма-
лыми зазорами. Исследования показывают
также, что а практически не зависит от величины
рабочего зазора.
Рассчитанные но приведенной выше мето-
дике размеры элементарных систем с оксидно-
бариевыми магнитами в приложениях 4 и 5
приведены выборочно. Эти данные предназначаются для практичес-
кого использования при проектировании приспособлений с оксидно-
бариевыми магнитами, при этом, разумеется, отпадает необходи-
мость в расчетах. Расчет следует производить только в случае, если
условия пли форма системы отличаются от тех, которые приведены
в табл. 15. Таблицы составлены при ширине магнита, равной 80 мм
(Ьм = 8,0 см). В случае, если ширина системы должна отличаться
от принятой, то изменяется только суммарная сила притяжения
системы Q. Для измененных условий ее можно вычислить но формуле
-86
(84)
где ф80 — суммарная сила притяжения системы при Ьм — 80 мм;
Ьм — заданная ширина системы в мм.
Выбор оптимальной системы по приведенным в приложениях 4
и 5 данным осуществляется в такой последовательности.
1. Из условий резания (или других соображений) находится
сила притяжения детали к приспособлению Q.
2. Зная площадь опорной поверхности детали, рассчитывается
удельная сила притяжения детали к приспособлению рул
3. Из конструктивных или технологических соображений опре-
деляется рабочий зазор 6 и ширина системы Ьм.
26G
4. По таблице (например, по приложению 4) отыскивается группа
рекомендуемых систем с заданным зазором 6.
5. Из этой группы выбирается та часть, которая соответствует
п . Таких систем может быть пять или меньше. Опп отличаются
(липой магнита.
6. Из отобранных пяти систем оптимальной считается та, кото-
рая имеет магнит меньшей длины. При этом толщина полюсника
обязательно должна быть равна или быть меньше толщины детали
(пст h, h — толщина детали).
В заключение следует остановиться на некоторых общих реко-
мендациях, вытекающих из анализа оптимальных систем.
1. С увеличением ширины системы Ьм суммарная сила притяже-
ния ее практически возрастает в прямой пропорциональности, но при
/гем несколько уменьшается высота магнита tzM. Поэтому при проекти-
ровании приспособлений выгоднее использовать широкие магниты.
2. С увеличением длины магнита суммарная сила притяжения
системы возрастает. Удельная сила притяжения изменяется по кри-
волинейному закону, причем по мере увеличения длины магнита
сначала она возрастает, а затем убывает, т. е. имеет место некоторое
оптимальное значение /м . Однако оптимальное значение длины
магнита зависит от многих факторов, в том числе от рабочего зазора,
высоты магнита и его ширины. Исследования показывают, что даже
при значительных зазорах (6 0,3 мм) выбирать системы с /м >>
3> 16 мм вряд ли целесообразно. В подавляющем большинстве слу-
чаев длина магнита в элементарной системе не должна превышать
12—14 мм (для станочных приспособлений).
3. Коэффициент использования материала снижается с увели-
чением рабочего зазора и длины магнита. Снижение коэффициента
использования материала за счет увеличения длины магнита осо-
бенно резко заметно при малых зазорах (1,5—2 раза); при больших
зазорах он изменяется меньше. Поэтому при проектировании при-
способлений для шлифовальных и других работ, на которых рабочие
зазоры между деталью и зеркалом приспособления малы, длину
магнита следует выбирать самую маленькую. Небольшое увеличе-
ние длины магнита по сравнению с расчетным приводит к необосно-
ванному заметному удорожению приспособления.
Наоборот, при проектировании приспособлений для закрепления
деталей с грубой поверхностью можно допустить некоторое увеличе-
ние длины магнита (/м> 14,0 мм). Это не приведет к резкому изме-
нению коэффициента использования, ио создаст некоторый запас по
силе, необходимый при резком колебании зазоров.
4. Приведенные в приложениях 4 и 5 размеры систем могут быть
интерполированы. В частности, шаг по длине магнита выбран доста-
точно крупным. Допускается выбирать промежуточные значения
шага систем (например, с /м = 6, 10, 14 мм). Размеры их опреде-
ляются, как среднеарифметические двух соседних.
5. Из эксплуатационных, конструктивных и технологических
соображений полюсники адаптерной плиты рекомендуется делать
267
зауженными кверху (в виде усеченной призмы с большим основанием,
равным яст); для приспособлений с /м = 4-ьб мм степень зауження
(-^-100%) может быть около 10%, с /м = 8-И2 мм — около
15—18%, с 1М >> 12 мм — около 25%.
28. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ПРИСПОСОБЛЕНИЙ С ЛИТЫМИ ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ
Рис. 125. Изменение характеристики
литого магнита в зависимости от поло-
жения рабочей точки на кривой раз-
магничивания
За последние пять—восемь лет заметных изменений в области
производства и применения приспособлений с литыми магнитами
не отмечается. Они по-прежнему изготовляются в ограниченном
количестве нецентрализованным путем на машиио- и приборострои-
тельных заводах. Область их применения ограничивается в основном
плоским шлифованием, некото-
рыми конструкциями устройств
для временного закрепления де-
талей (индикаторные стойки) и
т. д. И все же приспособления
с литыми магнитами не только
заслуживают внимания, но и
должны рассматриваться как про-
грессивные, имеющие будущее. Ос-
нованием для такого утверждения
являются следующие причины.
Во-первых, благодаря определен-
ному прогрессу в области произ-
водства литых магнитов в значи-
тельной степени снят вопрос об
их дефицитности. У пас в стране
имеются специализированные за-
воды ио производству литых маг-
нитов (например, Новочеркасский
завод постоянных магнитов). Во-
вторых, проведенные за последние
годы исследования этого вида ос-
настки позволили наметить область наиболее рационального при-
менения этих приспособлений, а также оптимизировать конструкции.
Наконец, в третьих, накопленный опыт эксплуатации подготовил ос-
нову для более широкого внедрения приспособлений с литыми
магнитами в производство; созрели условия для централизованного
их изготовления.
Особенность работы приспособлений с литыми магнитами может
быть проиллюстрирована изменением характеристики постоянного
магнита в зависимости от условий его работы 11, 12]. На рис. 125
приведена кривая размагничивания одного из распространенных
материалов марки ЮНДК24. Она имеет выпуклую гиперболическую
форму с ярко выраженными двумя участками кривой. Один из них
(НсА^ идет примерно параллельно оси ординат, другой (A LBr) —
2G8
параллельно осп абсцисс. Как говорилось ранее, магнит любой формы
имеет свой коэффициент размагничивания, который определяет
и.1 кривой положение рабочей точки А магнита. Если такая точка
будет располагаться на участке НСА t (например, точке Ло), то част-
ный цикл, на котором будет работать этот магнит в системе, пройдет
и области сравнительно низких индукций (7000—9000 Гс).
Напомним, что в элементарных системах с литыми магнитами сде-
1.1 гь существенное заужеиие полюсов без снижения технологических
характеристик системы трудно. Поэтому в рассуждениях примем,
что «трансформация» индукции равна единице, т. е. вследствие ра-
венства площадей индукция на полюсе магнита равна индукции
на полюсе элементарной системы. Поэтому
естественно стремление повысить положение
рабочей точки магнита, переместив ее на учас-
ток кривой А1ВГ. Как известно, достигнуть
этого можно либо за счет намагничивания маг-
нита вместе с приспособлением и тогда полный
поток Ф в системе будет определяться положе-
нием точки МА на частном цикле (т. е. Ф =
BMl<SM), либо намагничиванием всей системы
вместе с деталью и магнитом и тогда пол-
ный поток Ф будет определяться положением
точки Л42 на кривой размагничивания (Ф -=
= ВМз5м).
В практике машиностроения чаще встре-
чаются приспособления, которые намагпичи-
Рис. 126. Эскиз систе-
мы с литым магнитом
ваются заранее вместе с постоянным магнитом
(в сборе). Как уже говорилось, выполнить этот прием для приспо-
соблений с литыми магнитами нетрудно. Положение луча, определя-
ющего рабочую точку магнита в системе и, следовательно, начало
прямой возврата будет определяться углом а, который, в свою оче-
редь, зависит от проводимости системы, а не магнита, т. е.
Проводимость системы с литым магнитом (7СпС может быть доста-
точно большой, так как она в основном определяется магнитным
сопротивлением деталей магнитопроводов У, 2, 3, и 4 а также тол-
щиной немагнитной прослойки А (рис. 126).
Таким образом, задачей расчета приспособлений с литыми маг-
нитами является отыскание таких соотношений между деталями
магнитопроводов и толщиной немагнитной прослойки, которые при
минимальном размере магнита обеспечили бы максимальное зна-
чение проводимости системы.
Как показывают исследования, оптимальные размеры магнитных
систем получаются при положении рабочей точки магнита (в системе)
в начале пологого участка кривой размагничивания (точка Аг на
рис. 125). Рабочая точка литого магнита в замкнутой системе будет
определяться пересечением кривой намагничивания системы вместе
269
в деталью (кривая ОМ LM 2/<) с прямой возврата (точка MJ. При таки х
условиях индукция иа полюсе и hi оптимальных размерах системы
с литым магнитом не может превышать 1,2 Т (12 000 Гс), что обеспе-
чивает удельную силу притяжения в пределах 6—6,5 кгс/см2 по-
люса. Это ниже возможностей приспособлений с оксидно-бариевымн
магнитами, но выше тех минимальных требований, которые предъяв-
ляет ГОСТ 16528—70 к силовой характеристике нормальных магнит-
ных приспособлений. Значение притягивающего усилия может быть
несколько повышено за счет некоторого заужения полюсов приспо-
собления.
Другой особенностью систем с литыми постоянными магнитами
является непостоянство угла наклона прямой возврата р (р0 =/= p j.
Сравнительно недавно установлено, что хотя наклон прямых возврата
изменяется как функция точки на кривой размагничивания, из
которой они берут начало, для средней части кривой они очень
близко определяются наклоном самой кривой размагничивания
в точке Вг.
Отбор оптимальных систем с литыми постоянными магнитами
производился по методике, принципиально пе отличающейся от той,
которая изложена в п. 27. Расчет приспособлений проводился с ис-
пользованием ЭВМ. Подбирая различное сочетание переменных па-
раметров магнитной цепи, были найдены оптимальные размеры и
соотношения, обеспечивающие наибольшие удельные тяговые уси-
лия. При расчетах варьировались следующие параметры системы
(рис. 126):
1) марка сплава постоянного магнита (ЮНД8, ЮНДК24,
ЮНДК35Т5, ЮНДК25БА, ЮНДК25А, 1ОНДК18);
2) длина магнита /м (длина изменялась дискретно через 10 мм
от 10 до 80 мм);
3) ширина магнита1 ам (ширина принимала значения от 4,0 до
24,0 мм с интервалом через 2 мм);
4) отношение ширины магнитопровода магнитного блока аст
к ширине магнита ам (отношение назначалось дискретно с точностью
0,02, например аст/ам — 0,52 или azJaM = 0,54 и т. д.);
5) толщина немагнитной прослойки А (толщина изменялась
от 0,75 до 4,0 мм с интервалом 0,25 мм);
6) толщина верхней плиты hs нижней плиты h.2 и высота детали
h3 (назначения высот плит и детали выбирались зависимости от
ширины магнита = /ц — h3 = ам + 2 мм);
7) толщина магнита Ьм (толщина магнита выбиралась в зависи-
мости от ширины магнита, при этом Ьм = 4ам + 60 мм).
Результаты расчетов некоторых систем приведены в табл. 17.
По этой таблице можно выбрать оптимальные размеры магнитной
системы с литыми постоянными магнитами, если условия работы
приспособления мало отличаются от принятых при расчете.
Проведенные исследования магнитных приспособлений таких
конструкций свидетельствуют, что наибольшее влияние на силу
1 У литых магнитов размер ам удобнее называть шириной, а не высотой.
270
Т абл й ц а 1/. Размеры элементов некоторых оптимальных систем
приспособлений с литыми постоянными магнитами
Ширина магнита °м ’ ЮПДК18 ЮНДК.21 ЮНДК25Л 1ОНДК25БА
ст/ м GL ст/ м о <3 л о d.
12,0
16,0
20,0
24,0
Дли н а маг н и та 1М = 40 мм
12,0 2,0J 0,38 3,58 Ц75 0,54 5,43 1,75 0,56 6,19 2,0 0,54 6,36
16,0 2,25 0,4 3,74 1,75 0,54 5,66 1,75 0,58 6,41 2,0 0,56 6,62
20,0 2,25 0,4 3,82 1,75 0,56 5,72 2,0 0,6 6,54 2,25 0,56 6,77
21,0 2,5 0,42 3,89 2,05 0,56 5,78 2,25 0,6 6,57 2,25 0,58 6,86
П р и м е ч а н и е. а — ширина магнита в мм; пст — ширина полюсника
силового блока и адаптерной плиты в мм; А — толщина немагнитной прослойки
детали магнитопроводов из стали 20 в мм (см. рис. 126).
притяжения приспособления оказывает марка магнитного материала.
Улучшение магнитной характеристики (остаточной индукции и
коэрцитивной силы) позволяет создавать приспособления с более
высокими тяговыми усилиями. При длине магнита 30 мм приспособ-
ления из сплавов марок 1ОНДК25БА и ЮНДК25А с двойной ани-
зотропией кристаллических и магнитных свойств примерно на 20%
превосходят по силе притяжения приспособления из анизотропного
сплава марки ЮНДК24 и почти в два раза приспособление из спла-
вов марок ЮНДК35Т5 и ЮНДК18. Сплав марки ЮНДК8 не позво-
ляет создать приспособления с удельной силой притяжения, пре-
вышающей 2,55 кгс/см2 при любой длине магнита.
Расчеты показали возможность и необходимость использования
магнитов малой длины. Неоднократно повторяемое в отечественной
технической литературе утверждение, что оптимальные условия
получаются при длине магнитов 55—70 мм абсолютно неверно и
приводило к необоснованному расходованию дефицитных и дорогих
материалов, созданию громоздких тяжелых и неудобных в эксплуата-
271
Нии приспособлений. Для приспособлений с малым Шагом (20 J ’
8 мм) длина магнита любых марок не должна превышать 20 мм;
в приспособлениях со средним размером шага (дм >> 20 мм) не сле-
дует применять магниты с длиной более 30 мм и только в приспособ-
лениях с очень большой шириной магнита длину его можно увели-
чивать до 35—40 мм.
Высококоэрцитивные сплавы марок ЮНДК35Т5 и ЮНДК25БА
при малых длинах магнитов показывают лучшие результаты, чем
близкие к ним по характеристикам сплавы марок ЮНДК18 и
ЮНДК25А с большей остаточной индукцией.
Таким образом, и эти исследования подтверждают, что высокая
отсаточная индукция сплава позволяет создать приспособления с вы-
сокой силой притяжения, а высокая коэрцитивная сила дает воз-
можность применять магниты малой длины, благодаря чему можно
создавать приспособления малой высоты с малым весом. Из отечест-
венных литых сплавов по ГОСТ 9575—60 наилучшие результаты дает
сплав марки ЮНДК25БА. Хорошие результаты могут быть достиг-
нуты при использовании широко распространенного сплава марки
ЮНДК24.
Оптимальное значение отношения яст/дм в значительной степени
изменяется в зависимости от марки магнитного сплава и в малой сте-
пени от длины и ширины магнита. Чем выше остаточная индукция,
тем больше оптимальное значение azrlaM. Часто выдерживается ра-
венство а^/а^ = Вг/2,25 (при этом Вг берется в Т).
Более прогрессивным направлением конструирования приспособ-
лений с литыми постоянными магнитами является создание так назы-
ваемых электроимпульсных приспособлений.
29. МАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ И ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
С ЭЛЕКТРОЙ МП УЛ ЬСНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
Наряду с оптимизацией классических конструкций магнитных
приспособлений в настоящее время подготовлены условия для ши-
рокого внедрения новых видов приспособлений с литыми магнитами—
электроимпульсных или электропостоянных. В п. 3 были приведены
некоторые принципиальные преимущества и недостатки этого вида
приспособлений, но новизна и специфика их расчета требует более
подробного освещения физических процессов, на основе которых раз-
работаны эти приспособления.
Как известно, магнитный поток в этих приспособлениях, воз-
буждаемый при пропускании постоянного тока через электромаг-
нитную катушку, намагничивает магнит и всю систему вместе с об-
рабатываемой деталью в течение короткого времени (десятые доли
секунды). После отключения тока деталь на плите удерживается
за счет остаточной намагниченности постоянного магнита. Для того
чтобы снять деталь, вся система должна быть размагничена. При
размагничивании через электромагнитную катушку пропускают
импульсы тока чередующейся полярности и затухающие по амплитуде.
Таким образом, энергия электромагнитного поля служит лишь для
272
правления магнитной системой, т. е. для намагничивания и раз-
магничивания ее.
Электроимпульсиые магнитные системы и приспособления на их
основе сочетают в себе лучшие качества двух основных типов маг-
нитных плит (электромагнитных и на постоянных магнитах): про-
стоту конструкции (отсутствие подвижных элементов, большую
жесткость и достаточно высокую силу притяжения); незначительный
нагрев плиты из-за работы внутреннего источника тепловыделения и
простоту управления (не требует физических усилий). Кроме того,
отключение источника питания не приводит к отключению плиты,
а электрическое управление допускает возможность регулировки
силы притяжения детали.
Однако электроимпульсиые приспособления должны иметь спе-
циальное управляющее устройство, которое усложняет весь комплект
и повышает их стоимость. Помимо того, иа отключение электроим-
пульсных магнитных приспособлений требуется больше времени
(5—12 с в зависимости от размеров системы), чем на управление
обычными магнитами. Поэтому наиболее целесообразной областью
использования системы нового типа являются плиты средних и
больших габаритов (размер зеркала от 0,5 м и более), где их преиму-
щества проявляются полнее.
Чтобы обеспечить высокую силу притяжения деталей, на электро-
постоянных плитах необходимо применять постоянные магниты с вы-
сокой магнитной энергией. По ГОСТ 9575—60 литые магниты марок
1ОНДК24 и 1ОНДК24Б имеют удельную магнитную энергию (ВН),
равную 4-10° Гс-Э, а сплавы марок 1ОНДК25А и 1ОНДК25БА—
6,5-106 Гс-Э. Последние две марки литых магнитов трудоемки в из-
готовлении, а поэтому они чрезвычайно дороги. Наиболее пригод-
ными для использования в электроимпульсных приспособлениях
являются сплавы марок ЮНДК24 и 1ОПДК24Б.
Расчет элсктропмпульсной пли электропостоя иной магнитной
системы состоит из трех этапов. На первом этапе система рассчиты-
вается как электромагнитная. Система состоит из сердечника, элек-
тромагнитной катушки, надетой на сердечник, и магннтопроводов.
Один из участков системы — сердечник — сделан из магнитотвер-
дого материала и имеет характеристику, отличающуюся от харак-
теристики магннтопроводов. На этом этапе расчета требуется опре-
делить наименьшее значение м. д. с. катушки, необходимой для пол-
ного насыщения сердечника—магнита в данной системе. Это условие
нужно выдерживать для того, чтобы постоянный магнит после от-
ключения тока работал по основной кривой размагничивания.
Задача решается графоаналитическим методом.
На II этапе производится расчет электрических параметров ка-
тушки (число витков, диаметр провода, общее сопротивление и т. д.),
обеспечивающих требуемую м. д. с., а также расчет габаритных
размеров катушки.
На III этапе расчета определяется усилие притяжения магнит-
ной системы. Исходя из того, что после намагничивания магнита
18 О. Я- Константинов 273
и отключения тока система начинает работать как система с постоян-
ным магнитом.
Упрощенный граф расчета электропостоянпой магнитной системы
представлен на рис. 127. В нем приняты следующие обозначения:
пм и /м — ширина и длина магнита; яст и яд — толщина магнито-
Рис. 127. Упрощенный
граф расчета электропостоянпой магнитной системы
провода и детали; /ст и /д — длина пути магнитного потока в стали
и детали; b — продольный размер системы; 6 — рабочий зазор;
Gy и G6 — проводимости утечки и рабочего зазора; FK — м. д. с.
катушки; Фб — рабочий поток (поток в зазоре); Фп — полный по-
ток; В — индукция на полюсах; Q — усилие, развиваемое системой.
274
Предложенная методика расчета была проверена эксперимен-
тальным путем. Точность расчета оказалась вполне достаточной для
практических целей. Разница между опытными и расчетными дан-
ными по рабочему потоку не превышала 7%, а по силе притяжения,
развиваемому системой, —14%.
Несомненный интерес представляют результаты исследований
лого вида оснастки и испытание первых конструкций в производ-
ственных условиях. При исследовании электроимпульсных магнит-
ных плит решались задачи реализации принципа электропмпульс-
ного управления на реальных конструкциях оснастки, проверки
надежности и точности разработанной методики расчета систем,
определения влияния конструктивных размеров отдельных элемен-
тов системы па магнитные и силовые характеристики (предваритель-
ная оптимизация системы), оценки силовых возможностей электро-
постоянных систем и др.
Проведенные исследования показали, что характер взаимосвя-
зей между силой притяжения детали и параметрами электропостоян-
ной системы не отличается от связей, имеющих место в приспособле-
ниях с постоянными магнитами. Поэтому оптимизация таких систем
состоит, очевидно, в отыскании рациональных соотношений между
толщиной магпитопровода яст, шириной магнита ам и размером
всей системы (по ширине). Здесь следует отметить, что лимитирую-
щим звеном будет размер окна под электромагнитную катушку
L — ам — 2аст/2. Уменьшение этого размера обязательно повлечет
за собой увеличение силы тока, протекающего по катушке. В свою
очередь, это связано с трудностями проектирования намагничивающе-
размагничпвающей установки. Для предварительных расчетов и при
проектировании, например электропостоянных плит, можно при-
нять «ст = (0,3-ь0,35) ам. При оптимизации величина аст возможно
несколько изменится. Длина магнита /м не оказывает существенного
влияния на силовую характеристику системы и все же при оптими-
зации системы эта величина должна вводиться в расчет в качестве
дискретно изменяющейся величины. Наиболее целесообразно при-
нимать /м = (0,5-4-0,6) аи.
Исследованиями было установлено, что для приспособлений
типа плит наиболее приемлемой конструкцией адаптерной плиты
является адаптерная плита с закрытыми полюсами. Эта конструкция
лучше, чем все остальные, обеспечивает равномерность усилия при-
тяжения по зеркалу плиты при достаточно высокой общей силе
притяжения. Она была использована при проектировании и изгото-
влении опытных образцов электропостоянных магнитных плит1.
Для обработки конструкции электропостоянных плит и иссле-
дования их эксплуатационных и технологических возможностей
была рассчитана и спроектирована магнитная плита с размером зер-
кала 320X1250 мм, общий вид которой представлен на рис. 128.
Опа состоит из шести секций, основой которых является литой
1 Исследования проведены аспирантом ЛИЭИ им. П. Тольятти Ю. И. Кири-
ченко под руководством автора.
18* 275
постоянный магнит марки ЮЫДК24 с размером 344x89x47 мм.
Остальные детали плиты изготовлены из стали Ст. 3. Конструкция
корпуса плиты сварная. Магниты для удобства литья выполнены из
четырех равных частей. Электрические параметры электропостоянной
плиты характеризуются следующими данными: диаметр провода кату-
шек 0,80 мм, расчетный ток в катушке 15 А, плотность тока 30 А/мм2,
число витков катушки 380, м. д. с. катушки 7000 Гб; средняя напря-
женность, развиваемая катушкой, 1600 Э, расчетное сопротивление
катушки 11,7 Ом
падение напряжения на катушке, включаемой
Рис. 128. Общий вид электропостояпиой магнитной плиты с размерами
зеркала 320X 1250 мм
параллельно, 175 В, ток в импульсе 90 А, мощность плиты в им-
пульсе при намагничивании 15,6 кВт.
Управление плитой осуществляется посредством кнопочной стан-
ции с кнопками «пуск» (включено), «стоп» (выключено). Кнопочная
станция проводом связана с намагнпчнвающе-размагнпчпвающей
установкой (на рис. 128 она слева от плиты), которая подключается
в сеть с напряжением 220 В. Намагничивающе-размагничивающая
установка соединена с электропостоянной плитой гибким изолиро-
ванным кабелем.
Для закрепления установленных на плите деталей рабочий на-
жимает кнопку «пуск». Автоматически в течение малого промежутка
времени (0,5 с) по катушкам проходит импульс тока, который воз-
буждает электромагнитное поле, достаточное для намагничивания
всей системы до насыщения. После намагничивания системы подача
питания автоматически отключается, а детали удерживаются на
плите за счет остаточной индукции постоянных магнитов. Для рас-
крепления деталей рабочий нажимает на кнопку «стол». Намагни-
276
чивающе-размагничивающее устройство посылает в электромагнит-
ные катушки плиты 12 импульсов тока чередующейся полярности
и убывающих по амплитуде. В это время вся система размагничи-
вается. Время размагничивания составляет 8—10 с.
Испытание плиты было проведено согласно методике ГОСТ 17519—
72 с диаметром эталонного образца 50мм. Испытание показало, что
у цельная сила притяжения в любой точке зеркала плиты находится
в пределах 4,2—5,3 кгс см2. Таким образом, проведенные исследо-
вания электропостоянной плиты точно так же, как и анализ расче-
1ов, показали, что эта конструкция может быть использована в про-
мышленности. Опыт ленинградских заводов свидетельствует, что
помимо шлифования их можно использовать на больших фрезерных
и строгальных станках.
Существует два способа размагничивания магнитов, установлен-
ных в элсктроимпульспых плитах подобной конструкции.
По первому способу размагничивание системы достигается пу-
тем подачи импульса тока обратной полярности по отношению к на-
магничивающему. При этом амплитуда размагничивающего импульса
для данных условий размагничивания должна быть строго опре-
деленной величины, так как в противном случае после прекращения
действия импульса магниты и система полностью не размагнитятся.
Трудность подбора нужной амплитуды тока при размагничивании
приспособлений является недостатком этого метода. Автоматизи-
ровать процесс размагничивания также затруднительно. Для этого
в плиту надо вмонтировать датчик измерения индукции (например,
датчик Холла), а величину импульса подбирать такой, чтобы после
прекращения действия его остаточная индукция становилась равной
нулю.
По второму способу размагничивание достигается путем подачи
серии импульсов чередующейся полярности с постепенно убываю-
щей амплитудой. Этот способ размагничивания хорошо зарекомен-
довал себя и принят в качестве оптимального способа управления
электропостоя иными магнитными плитами. Размагничивание по
этому способу происходит за счет того, что рабочая точка переме-
щается по ряду частных циклов, причем каждая последующая петля
гистерезиса находится внутри предыдущей, в результате чего вели-
чина остаточной магнитной индукции по окончании процесса пере-
магничивания станет равной нулю. Следует, однако, отметить, что
такой процесс происходит только в том случае, если будет выдержана
определенная закономерность изменения амплитуды управляющих
импульсов. Если эта закономерность будет нарушена, то может
получиться смещение частных циклов и в результате в системе после
размагничивания окажется большая остаточная индукция — детали
будет трудно сиять с плиты.
На рис. 129, а видно, что после размагничивания системы током,
изменяющимся ие по прямолинейному закону (рис. 129, б), петли
гистерезита уже после второго импульса {1,2,3... — номера им-
пульсов) сместятся вниз и в системе появится остаточная индукция
(иногда до 30% от величины остаточной индукции намагничивания).
277
Проведенные исследования показали, что в зависимости от вс
личины первого размагничивания импульса частные гистерезисньк
петли могут смещаться как в зону отрицательных значении магнит
нон индукции, так и в зону положительных значении. В примере,
приведенном на рис. 129, а, значение первого импульса было доста-
точно велико, поэтому все петли сместились вниз — в область отри-
цательных значении индукции В. Если первый импульс будет иметь
Рис. 129. Изменение магнитной индукции в системе (а) при ее размагничи-
вании по гиперболическому закону (б)
малую величину, то петли могут подняться вверх по шкале В — в
зону положительных значении индукции.
Петли гистерезиса расположены правильно (рис. 130, а) тогда,
когда управляющие импульсы изменяются по закону прямой
(рис. 130, б). Как видно из рисунка, после одиннадцати импульсов
(/—//) индукция станет равной пулю и детали поэтому снимаются
с плиты без усилия.
Преимущество импульсного управления электропостояннымн пли-
тами состоит также в том, что вместе с системой также качественно
размагничивается и деталь. Поэтому в ряде случаев отпадает необ-
ходимость в ее размагничивании.
Устройства, предназначенные для управления электропостоян-
ными плитами, можно подразделять па два вида: устройства с не-
посредственным управлением и устройства с косвенным управлением.
278
Схема установки, собранная По принципу косвенного управления,
показана на рис. 131. Питание установки осуществляется от сети
переменного тока напряжением 220 В через выключатель В1. Управ-
к’нпс намагничиванием и размагничиванием плиты производится
посредством кнопок Кн1 и Кн2, расположенных на выносном пульте.
В отличие от установки с непосредственным управлением, в ко-
торой имеется силовой трансформатор, в приведенной изменение
величины размагничивающих импульсов обеспечивается фазовым
мостом. Выпрямитель фазового моста состоит из двух диодов Д15 и
а) 1,мкА
□__________।-----1----1----1
1 3 5 7 9 11
Номер импульса
Рис.
I30. Изменения магнитной индукции в системе (а) при ее размагничи-
вании по закону прямой линии (и)
ДЮ и двух тиристоров ДУ 1 и ДУ2. Амплитуда импульса тока,
поступающего на плиту, зависит от сдвига фазы тиристоров, что
достигается переключением резисторов R11—R24 с помощью шаго-
вого искателя ШИ-1 в цени управления тиристоров.
Изменение направления тока, подаваемого в плиту, обеспечивается
переключением попарно контактов четырех силовых реле Р6—Р9.
Катушки питания этих реле подключены к шаговому искателю
ШИ-3, ламели которого соединены «в переплет», так что при пере-
мещении движка шагового искателя Р6—Р9 включаются поочередно.
Для намагничивания плиты необходимо нажать кнопку Дн1.
При этом включается реле РЮ, которое замыкает свои контакты
и включает реле РЮ, ставящееся на самопитание. Одновременно
включаются реле Р5 и загорается лампочка ЛС1, замыкаются кон-
такты реле Р10 в системе генератора импульсов, что приводит к сра-
батыванию реле РЗ, а то в свою очередь переключает свои контакты
в системе электронного реле времени и включает реле Р1. Реле Pl
замыкает свои контакты в цепи управления фазового моста и при
279-
220В
Рис. 131. Принципиальная схема установки с косвенным управлением амплитудой импульсов
280
срабатывании силовых реле Р6 и Р7 в плиту подается импульс тока —
плита намагничивается. При намагничивании цепь тиратронного
генератора импульсов разорвана, так как движок шагового искателя
ШИ-2 не замыкается со сплошным диском.
Для размагничивания плиты нажимается кнопка Дн.2, чем вклю-
чается реле РЮ, срабатывает реле Р2, которое ставится на самопита-
пие. Вторым своим контактом кнопка Кн2 разрывает и обеспечивает
реле Р1 и Р5. При замыкании контактов реле Р2 и РЗ включается
катушка шагового искателя, он перемещается на одну ламель и,
соединяя ШИ-2 со сплошным диском, замыкает цепь генератора
импульсов на тиратроне с холодным катодом Л. Генератор работает
в релаксационном режиме. При включении цепи генератора импуль-
сов происходит зарядка конденсатора С,, а затем он разряжается
через тиратрон Л на реле РЗ, которое включает свои контакты в цепи
катушки ШИ и переключает шаговый искатель на следующую ла-
мель. Во время процесса размагничивания контакт реле Р2 в цепи
питания катушки шагового искателя замкнут.
Промежуток времени между импульсами определяется частотой
переключения шагового искателя ШИ, которая задается тиратрон-
иым генератором. Частота срабатывания тиратронного генератора
зависит от параметра конденсатора С! и резистора R2 в его цени.
Настройка генератора осуществляется подбором резистора R2.
Длительность же импульса (продолжительность протекания тока
через плиту) определяется настройкой электронного реле времени
на базе транзистора Т1. При замыкании контактов реле РЗ конден-
сатор С2 будет подключей к источнику постоянного тока и будет
заряжаться. При отпускании реле РЗ конденсатор будет разря-
жаться через базу—коллектор транзистора Т1 и далее через обмотку
реле Р4. Длительность разрядки конденсатора С2 через резистор R4
на реле Р1 определяет время протекания тока через его контакты,
которые включают ток в фазовом мосту.
Понижающий трансформатор Тр1 имеет шесть выводов, к кото-
рым подключены мосты, собранные на диодах Д1—Д12. Они выпрям-
ляют переменный ток и питают управляющие цепи установки.
Трансформаторы Тр2 и ТрЗ, ряд резисторов (R5—R9), диодов
(Д13, Д14 и Д15) и транзисторы Т2 и ГЗ, расположенные в левой
части схемы, служат для управления фазовым мостом.
Размагничивающая установка, собранная по приведенной на
рис. 131 схеме, была изготовлена для электроимпульсиой плиты,
работающей в цехе одного из заводов. Плита показала высокую на-
дежность в работе и удобство в эксплуатации.
30. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ВРЕМЕНИ
РАЗМАГНИЧИВАНИЯ ЛИТЫХ МАГНИТОВ
При исследовании электропостоянных магнитных систем было за-
мечено, что масса или объем магнита оказывают влияние па время уп-
равления. В системах с большой массой магнита время, необходимое
?81
для намагничивания пли размагничивания, значительно больше
времени, необходимого для управления системами с малой массой
магнита. Как показали дальнейшие исследования, взаимосвязь
времени управления с массой магнита имеет прямое влияние на тех-
нологические и экономические показатели электропостоянных при-
способлений, а также на конструкцию размагничивающего устрой-
ства.
До сих пор расчет приспособлений и объяснение происходящих
в магнитных целях явлений производились исходя из положении
статики, т. е. при установившемся режиме работы источника магнит-
ной энергии и всей цепи. Процесс же намагничивания или размагни-
Рис. 132. Эскиз экспериментальной элек-
тропостояпной системы
чивания является динамичным.
Он протекает во времени.
В дальнейшем мы будем рас-
сматривать эти процессы как
переходные. Для нелинейных
цепей расчет переходных про-
цессов достаточно сложен. Он
описывается с помощью нели-
нейных дифференциальных
уравнений. В связи со зна-
чительными математическими
тр у д н ост я м и, возникающими
при решении таких уравнений,
очень часто для этих целей
используют другие приемы и,
в частности, графическое ин-
тегрирование. Этот метод заклю-
чается в таком преобразовании
заданного дифференциального уравнения, при котором можно найти
время, соответствующее определенному значению искомой величины,
в виде площади, ограниченной построенной кривой и осями коорди-
нат. Так как при графическом интегрировании используется дей-
ствительная характеристика нелинейного элемента, то этот метод
является одним из достаточно точных.
Как известно, процесс намагничивания или перемагничивания
связан с затратами энергии. Затраты энергии пропорциональны
в первом случае площади, заключенной между кривой намагни-
чивания в системе координат ВН и осью ординат, во-втором — пло-
щади гистерезисной петли в той же системе. Эти очевидные положе-
ния были взяты за основу при анализе переходных процессов в элек-
тропостоянных системах.
Динамику переходных процессов в электропостоянпых системах
и методику расчета времени на их протекание удобнее показать
на примере исследования секции электроимпульсной плиты, эскиз
которой показана на рис. 132. В ней использован постоянный маг-
нит 1 марки ЮНДК24 с размерами ZM х ам XbM = 44x80x349 мм.
Элементы системы — основание 3, корпус 4, адаптерная плита 5,
а также деталь 6 — изготовлены из стали 10. Управляющая электро-
магнитная катушка 2 питается током напряжением С/о = 206 В.
I'атушка, имеющая 440 витков и сопротивление 15,95 Ом, развивает
м. д. с. 7040 Гб при силе тока 12,9 А.
Для намагничивания постоянного магнита и, следовательно,
всей системы по катушке необходимо пропустить ток. В этом случае
вся система будет работать как обычная электромагнитная с той
лишь разницей, что один из ее участков—постоянный магнит,
имеет другую магнитную характеристику.
в)
Рис. 133. Графический расчет пе-
реходного процесса электропосто-
янпой системы, показанной ла
рис. 132: а — исходные кривые
намагничивания; б — графическое
интегрирование —построение фуик-
. г ( 1 \
цпи Ф — [ I —-------— ) ; в — измс-
\ Ыо ф- /\1 /
пение потока и силы тока в зави-
симости от времени:
1 - Ф = ft (t); 2 - i = f2 (/)
Первый этап расчетов состоит в построении кривой намагничи-
вания системы. Расчет производится графоаналитическим методом,
суть которого подробно изложена в п. 15. Для упрощения на рис. 133, а
в системе координат Ф/7 приведены только три расчетные кривые
электропостояшюй системы: 1 — суммарная кривая намагничивания
участков системы, изготовленных из стали (опа учитывает также
потери м. д. с. в зазорах и на пути утечки магнитного потока);
2 — кривая намагничивания постоянного магнита; 3 — суммарная
кривая намагничивания всей системы, полученная графическим сло-
жением абсцисс кривых 1 и 2. Кривая 3 является исходной кривой
для построения зависимостей Ф = (/) и i — f2 (Д
Рассмотрим переходный процесс в системе при включении ка-
тушки па постоянное напряжение U0. Предположим, что система
283
0, можн
полностью размагничена. Уравнение, описывающее процесс вклю
чения электромагнитной системы в цепь с напряжением U
записать
t/ф
dt
где iK — падение напряжения, определяемое сопротивлением на-
магничивающей катушки; d\\4dt— э. д. с., индуктируемая в обмотке
возбуждения.
Второе слагаемое в правой части уравнения (85) выражено через
потокосцепление ф, которое равно алгебраической сумме магнитных
потоков, сцепленных с каждым витком обмотки катушки. При опре-
деленных условиях ф = куФ. Потокосцепление обмотки катушки
определяет величину э. д. с., индуктируемой в ней при изменении
магнитного потока Ф, т. е.
ДФ
д/
dt '
После преобразования и интегрирования уравнения (85),
чаем
полу-
(86)
Пределы интегрирования назначаем в пределах изменения вели-
чин: потокосцепления от 0 до ф0 и времени от 0 до /. Заменяя ф =
— ьеХР и соответственно пределы интегрирования в уравнении (86),
имеем
t
о
dt = t.
(87)
• I
Теперь применительно к рассматриваемому примеру решим уравне-
ние (87) методом графического интегрирования. В качестве исходных
данных возьмем кривую 3 намагничивания системы (рис. 133, а) и
упомянутые выше параметры электромагнитной катушки. Графи-
ческое интегрирование состоит в построении зависимости Ф =
этой целью, задаваясь последовательно произ-
вольными значениями м. д. с., по графику Ф = f (F) па рис. 134, а
определяем величины потоков Ф, и, используя зависимость i — F/w,
а также исходные данные н0 и 7?, — значение дроби 1/и0—RL.
В табл. 18 приведен пример расчета точек кривой Ф — f
для переходного процесса намагничивания экспериментальной элек-
тропостоянной системы, показанной на рис. 132. Результаты гра-
фического интегрирования представлены на рис. 133, б в виде кри-
вой 4. Заштрихованная в клетку площадка между осью ординат и
кривой 4, есть dcp - , а вся заштрихованная площадь
284
Таблица 18. Пример расчета точек кривой Ф = f (----5-
\ 110 — "i
для случая намагничивания электроиостоянной системы,
показанной на рис. 132
Номер точки F в Гб Ф10‘ в Мкс 1 в А R,. в в П0 в в в 1/В Площадь в мм2
1 0 0 0 0 206 4,75 0
2 1000 45 1,82 29,0 177 5,65 1 254
1500 72 2,73 43,5 162,5 6,15 2 019
1 2000 106 3,64 58 148 . 6,75 3 120
5 2500 154 4,55 72,5 "433,5 7,47 4 920
6 2750 206 5,00 80 126 7,92 6 840
7 3000 274 5,45 87 119 8,4 9 590
8 3500 328 6,36 101,5 104,5 9,55 11 910
9 4000 348 7,28 116 90 11,1 13 050
10 4500 362 8,17 131 75 13,35 13 890
11 5000 374 9,10 145 61 16,4 14 770
12 5500 384 10,0 159 46 21,7 15 940
13 6000 392 10,90 179 27 37,0 16 940
14 6500 398 11,80 189 17 59
15 7000 405 12,70 203 3 -> сю —> сю
, т. е. в соответствующем масштабе это время
есть интеграл
d®
Uq R[
t в течение которого магнитный поток в системе увеличивается от О
/ 1 \
ДО Фо. Используя кривую Ф=М------------можно получить
\ Ki /
зависимости Ф = (/) и i = [% (/). Для построения графика Ф =
— fi (0 примем определенный масштаб времени /, например, 1 см
шкалы времени соответствует 1000 м2 площади по графику Ф =
= f (__!___\ .
График Ф = /1 (/) (кривая /), построенный по данным табл. 18,
и график нарастания тока в катушке во времени i = f2 (О (кривая 2)
приведены па рис. 133, в.
Масштаб шкалы времени: 1 см шкалы времени соответствует
8,8 • 10“ 3 с. Как видно из рис. 133, в, величины магнитного потока и
тока в катушке достигают своего установившегося значения приб-
лизительно через 20—21 деление по шкале времени t. Это составляет
/н = 0,0088 с X 21 = 0,185 с.
Таким образом, при намагничивании системы с большой массой
магнита имеет место значительная инерционность. Магнитный поток
нарастает не мгновенно, а достигает установившегося значения через
довольно значительный промежуток времени.
285
Приведенный расчёт времени намагничиваний сделан для си-
стемы, которая была предварительно полностью размагничена.
Это соответствует моменту включения электропостоянпой магнитной
системы. Для выключения системы в катушку подаются импульсы
тока противоположной полярности и затухающие по амплитуде.
Таким образом, первый размагничивающий импульс подается в си-
стему, когда она максимально намагничена. Следовательно, элек-
трическая энергия сначала будет расходоваться на размагничивание
магнита, а затем — на намагничивание противоположной поляр-
ности и т. д. Затраты энергии на перемагничивание магнитной системы
больше, чем на намагничивание, поэтому и время на перемагничива-
ние больше, чем па намагничивание. Аналогичный расчет, прове-
денный для определения минимальной продолжительности первого
размагничивающего импульса для той же системы, показал, что оно
увеличилось до 0,3 с. Таким образом, время на перемагничивание
системы приблизительно на одну треть больше, чем на намагничи-
вание предварительно размагниченной системы.
Экспериментальная проверка результатов теоретических иссле-
дований физических процессов, происходящих в электропостоянпой
системе, показала некоторые расхождения расчетного и действи-
тельного времени намагничивания или размагничивания. Эти рас-
хождения объясняются тем, что на длительность управления элек-
тропостоянной системой оказывает влияние ряд других факторов.
Так, например, в расчетах не учитывались ни пульсация постоянного
тока, ни влияние вихревых токов на цикл управления системой и
т. д. Однако несмотря на это, приведенные исследования и рекомен-
дации по расчету времени намагничивания и размагничивания элек-
тропостояшюй системы можно принять для практического исполь-
зования. Тем более, что при сравнении времени намагничивания и
времени размагничивания без учета и с учетом влияния вихревых
токов разница была небольшой (при намагничивании системы соот-
ветственно 0,185 и 0,216 с, при размагничивании 0,3 и 0,303 с).
Как уже говорилось, включение электропостоянной системы
достигается серией импульсов противоположных по знаку и затуха-
ющих до нуля по амплитуде (число размагничивающих импульсов
равно 12—16 ). При определении времени полного цикла размагни-
чивания системы необходимо учитывать, что каждый импульс имеет
свое время срабатывания, а не протекает мгновенно. Циклограмма
одного импульса, которая должна быть положена в расчет времени
на размагничивание электропостоянной системы, включает в себя
несколько участков. Первый участок отражает время нарастания
тока в катушке до своего предельного значения. Оно рассчитывается
по предложенным выше рекомендациям. Второй участок соответ-
ствует установившемуся току. Его наличие гарантирует достижение
требуемой величины тока, потока и т. д. при возможных колебаниях
режима в размагничивающем устройстве. Продолжительность вре-
мени второго участка циклограммы можно ограничить сотыми долями
секунды. В конце второго участка питание катушки прекращается,
по ток в системе не может снизиться мгновенно. При отключении
286
катушки выделяется энергия, которая гасится при разряде электри-
ческой дуги или приводит к возникновению экстратоков размыкания.
Величина третьего участка невелика и также регламентируется
сотыми долями секунды. Последний участок — пауза, необходима
1,ля гарантии того, что электрические процессы данного импульса
полностью закончатся. Сумма времен всех этих участков и составляет
время между двумя импульсами.
Для обеспечения полного размагничивания электропостоянных
магнитных приспособлений намагничивающе-размагничивающпе
установки должны допускать регулировку длительности импульсов.
Такая управляющая установка налаживается на определенный ре-
жим работы. Следовательно, одну установку можно использовать
для управления несколькими электропостоянными приспособле-
ниями.
Глава VIII
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕКОТОРЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК МАГНИТНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
31. ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПЛИТ
Из трех источников тепловыделения (электрооборудование станка,
в том числе электромагнитная плита; процесс резания; процесс тре-
ния деталей и жидкости в станке) электромагнитная плита выделяет
значительную часть теплоты, с чем приходится считаться. Коли-
чественная оценка теплоты выделенной электромагнитной плитой,
(в калориях) в соответствии с законом Джоуля—Ленца может быть
произведена по формуле
QT = 0,24/W, (88)
где / — сила тока, протекающего через электромагнитную катушку,
в А; /? — сопротивление катушки в Ом; t — время работы плиты
в с.
Вместе с плитой нагревается также и закрепленная на ней обра-
батываемая деталь и узел станка, на котором установлена плита.
Очевидно, что вследствие теплового расширения все эти элементы
подвергаются тепловой деформации, результатом которой явится
погрешность обработки детали, причем величина этой погрешности
будет тем больше, чем выше температура нагрева плиты. Поэтому
вопрос о нагреве электромагнитной плиты в процессе ее эксплуата-
ции имеет практическое значение [12].
Степень нагрева электромагнитной плиты, которую можно рас-
сматривать как тело с внутренним источником тепловой энергии
и контактирующихся с ней обрабатываемой детали и узлов станка,
определяется характером теплообмена между ними и окружающим
воздухом. Теплообмен нагретого тела (или системы тел) с окружаю-
щей средой может происходить за счет теплопроводности (кондук-
ции), конвекции и теплового излучения.
Теплопроводность (как способ теплообмена) характерна
для твердых тел и представляет собой процесс передачи тепла между
непосредственно соприкасающимися частями тела или системами
тел.
Конвекция — это процесс переноса тепла из одной части
пространства в другую движущейся жидкостью или газом. Конвек-
ция может быть естественной или вынужденной (создаваемой ис-
кусственно, например, путем обдува воздушной струей). Конвекция
288
всегда сопровождается теплопроводностью. Совместный процесс
। опвекции и теплопроводности называется конвективным теплооб-
меном.
Тепловое излучение представляет собой процесс
превращения внутренней тепловой энергии тепла в лучистую и
процесс передачи последней в пространство, окружающее тело.
В процессе нагрева тела рост его температуры, вследствие уси-
ления теплообмена, постепенно замедляется, пока совсем не пре-
кращается. Известно, что установившаяся величина превышения
температуры ту непрерывно нагреваемой плиты1 над температурой
окружающей среды (воздуха) может быть приближенно определена
но формуле Ньютона
где Р — мощность, потребляемая плитой при заданном режиме
работы в Вт (Р - ul); S — общая площадь поверхностей плиты,
отдающих тепло конвекцией, лучеиспусканием и кондукцией
в дм* 1 2, 2 q — обобщенный коэффициент теплоотдачи, учитывающий
все способы передачи тепла в окружающую среду в Вт/дм2-град.
При включении плиты в сеть температура ее повышается посте-
пенно, следуя экспоненциальному закону
е
(90)
где t — время нагрева плиты; Тн — постоянная времени нагрева.
В реальных условиях электромагнитную плиту необходимо рас-
сматривать не изолированно, а как часть тепловой системы, в ко-
торую входят стол станка, отводящий тепло плиты за счет теплопро-
водности, станина и т. д. (влиянием на нагрев плиты обрабатыва-
емой детали, размеры и масса которой малы по сравнению с другими
элементами теплововй системы, и температура нагрева которой прак-
тически равна температуре зеркала плиты, можно пренебречь).
Необходимо учитывать также, что плита нагревается только тогда,
когда она включена, т. е. во время обработки деталей. Поэтому
величина превышения температуры ту в практических условиях
эксплуатации плиты никогда не достигается.
Теоретический расчет теплового режима работы электромагнит-
ной плиты связан с большими трудностями, которые усугубляются
еще и тем, что величина коэффициента теплоотдачи q, входящего
в формулу (89), зависит от большого количества разнообразных фак-
торов и для магнитных приспособлений достаточно точных значений
этого коэффициента в настоящее время нет. Не менее сложно и на-
хождение величины Тн в уравнении (90). Поэтому теоретический рас-
- - - - -
1 Здесь рассматривается нагрев плиты только за счет джоулева тепла. Нагрев
плиты теплотой, выделяемой при резании, не учитывается.
2 Чтобы избежать в расчетах и построениях многозначных цифр, площадь
поверхности плиты 3 дается в дм2, а не в см2 или м2, как обычно. В соответствии с этим
изменилась и размерность коэффициента теплоотдачи q.
19 О. Я- Константинов 289
чет для практических целей малопригоден, а его результаты недо-
статочно надежны. 1
Сложность и ненадежность теоретического расчета явились причи-
нами, обусловившими проведение экспериментального исследования
теплового режима работы электромагнитных плит. По результатам
этого исследования необходимо было получить такие эксперименталь-
ные данные, которые позволили бы в дальнейшем с достаточной для
практики точностью (без вычислений и предварительных эксперимен-
тов) определять температуру нагрева электромагнитной плиты по
трем исходным параметрам: размерам плиты, потребляемой мощности
и массе стола станка.
При проведении исследований в качестве величины превышения
температуры было принято значение т, полученное после непрерыв-
ного нагрева плиты в течение 4 ч (т. е. половины рабочей смены),
имея в виду, что при более частых перерывах в работе плиты обра-
зуется запас допустимого т. Приводимые ниже значения коэффици-
ента теплоотдачи q и температуры нагрева плиты получены из ус-
ловия ее четырехчасовой работы.
Испытанию подверглись электромагнитные плиты со сталь-
ными корпусами прямоугольной и круглой форм, площадь поверх-
ности которых изменялась от 4,4 до 37,8 дм2. Плиты испытывались
при установке их па столе универсального фрезерного станка модели
676 (рис. 134) пли зубофрезерного станка, а также иа имитировав-
ших стол станка пяти чугунных болванках в виде дисков с обра-
ботанными торцами с массой, равной 13, 37, 120, 250 и 700 кг.
Измерение температуры нагрева производилось с помощью тер-
мометров, устанавливаемых па специальных стойках в наиболее
нагретых точках зеркала плиты (следует отметить, что плита про-
гревается равномерно). Температура регистрировалась через каж-
дые полчаса. Каждая из плит испытывалась при четырех различных
режимах работы. Для изменения подаваемого па катушки плит
напряжения применялся ЛАТР, к которому плита подключалась
через выпрямитель.
Зависимости превышения температуры т от мощности Р для раз-
ных плит показаны па рис. 135 (для случая работы плит па столе
универсального фрезерного станка модели 676). Из рисунка видно,
что эти зависимости имеют вид пучка почти прямолинейных лучей
с криволинейными участками малой крутизны вблизи начала коор-
динат. С увеличением размера плиты угол наклона луча к оси абс-
цисс уменьшается.
Для анализа взаимосвязи параметров Р, S, и Гд, преобразовав
зависимость (89), были вычислены величины коэффициента тепло-
отдачи q для всех испытывавшихся плит при т = 5, 10, 15 и 20°
(значения мощности Р брались из рис. 135).
На рис. 136 зависимость q = f (S) представлена семейством
кривых, которые были построены при различных значениях т1.
1 Строго говоря, па графике показана зависимость q = f (S, Р), так как вели-
чина мощности Р здесь не постоянна и увеличивалась с увеличением размеров плит.
290
Рис. 134. Общий вид установки при испытании прямоугольной плиты на нагрев
Рис. 135. Экспериментальный график
т = f (Р) для плит разных размеров
(длина X ширина X высота или диа-
метр X высота):
/ _ 145X75X55 мм (S = 4,4 дм2); 2 —
150X65 мм (S = 6,6 дм2); 3 — 175Х
Х90 мм (S = 9,8 дм2); 4 — 325Х 125Х
X 80 мм (S = 15,3 дм2); 5 — 320Х 160Х
X 85 мм (S = 18,4 дм2); 6 - 400Х 160 X
X 120 мм (S = 26,2 ДМ2); 7 — 400Х 100 мм
(S = 37,8 дм2)
т, град
291
По своему характеру кривые при т=20 и 15 С близки к теоретиче-
ским. Из рисунка видно, что с уменьшением площади поверхности
плиты коэффициент теплоотдачи q уменьшается и при S?=«18 ч-20 дм'
стабилизируется па значении около 0,3 Вт/дм2-град. Функция
q = f (S) при этих значениях превышения температуры носит моно-
тонный характер.
Функциональные зависимости q = f (S) при т = 10 и 15° С,
построенные на основании экспериментальных данных, по своему
характеру отличаются от теоретических. Как видно из рисунка,
при площади поверхности плит в 18—20 дм2 функции имеют экстре-
мальные точки. В дальнейшем при увеличении S, коэффициент
Рис. 136. Зависимость коэффициента теплоотдачи q от
поверхности теплообмена S
теплоотдачи при этих температурах также приближается к значению
q — 0,3 Вт/дм2-град. Методикой проведения экспериментов не пре-
дусматривался анализ причин, которые привели к отклонению функ-
ций от теоретического значения. Поэтому объяснение полученных
результатов можно дать, лишь опираясь на существующее представ-
ление о теплопередачах.
Наличие экстремума у функции q = f (S) при т = 10 и особенно
при 5° С может быть объяснено зависимостью интенсивности естест-
венного конвективного теплообмена от соотношения размеров плиты
и стола станка. При соизмеримых размерах плиты и стола восходя-
щий ламинарный поток воздуха обтекает вертикальные поверхности
плиты почти полностью, что обеспечивает хорошую конвективную
теплоотдачу. Если же размеры плиты меньше размеров стола, то
конвективная теплоотдача заметно ухудшается. Известно также,
что соотношение между конвекцией и тепловым излучением колеб-
лется в широких пределах (особенно в зоне малых температур).
Поэтому наличие нетипичного экстремума в графике можно объяс-
нить преобладающим влиянием одного из видов теплообмена над
другим.
292
Из рис. 137, а видно, что у всех плит теплоотдача повышается
с увеличением потребляемой мощности. С ростом потребляемой
мощности увеличение q замедляется и при больших значениях Р
коэффициент теплоотдачи стабилизируется.
Из рис. 137, б видна аналогичная картина изменения q. Эта
зависимость показывает также, что на величину коэффициента тепло-
Рис. 137. Зависимость коэффициента теплоотдачи q от потреб-
ляемой плитой мощности (а) и от превышения температуры (б)
отдачи помимо размера плиты оказывает некоторое влияние и ее
форма: кривые прямоугольных плит (сплошные линии) оказываются
как бы смещенными вниз относительно кривых круглых плит (штри-
ховые липин) сопоставимого размера. Таким образом, теплоотдача
круглых плит несколько выше, чем прямоугольных.
При сопоставлении значений коэффициента теплоотдачи для
разных плит с их конструктивными параметрами (соотношением
площадей горизонтальных и вертикальных поверхностей, числом
электромагнитных катушек в плите) в исследованной области не
выявляется заметная корреляция между этими величинами.
293
в случаях установки их
прямоугольном столе
значеиий т
каждой из плит при ра-
Эксперимеитальное исследование зависимости превышения тем-
пературы
зало, что для сравнительно крупных плит функция т = f (т) имеет,
как и ожидалось, монотонный характер с постепенным убыванием т
по мере роста tn. Однако для малых плит эта функция имеет экстре-
мум, соответствующий оптимальному значению tn. При дальней-
шем увеличении tn температура нагрева несколько повышается.
Объяснить это явление можно зависимостью характера естествен-
ной конвекции от соотноше-
ния размеров плиты и стола,
о чем уже говорилось выше.
Важные результаты дало
сопоставление
для
боте на всех четырех режи-
мах
на
станка модели 676 и на изо-
лированной круглой болван-
ке, имеющей такую же массу
как стол (tn = 120 кг). Ока-
залось, что разница между
соответствующими величи-
нами т ие превышает 2° С,
а в большинстве случаев не
превышает 1°С. Это позво-
лило сделать следующие вы-
воды:
1) влияние массы станины
иа тепловой режим
электр омаг н итио й
незначительно
ОТ массы tn болванки, имитирующей стол станка, пока-
Рис. 138. Номограмма для определения пре-
вышения температуры плиты над окружаю-
щей средой
стайка
работы
плиты
видимому, вследствие боль-
ПО-
шого теплового сопротивления по поверхности контакта между сто-
лом и направляющими станины), и в расчетах им можно пренебречь;
2) температура нагрева плиты по-существу пе зависит от формы
стола станка и определяется только его массой.
Для практического определения температуры нагрева электро-
магнитной плиты по ее площади поверхности и потребляемой мощ-
ности при установке иа столе стайка заданной массы могут быть
использованы номограммы функции т = f (Р, S), построенные на
основе экспериментальных данных для различных значений tn.
На рис. 138 в качестве примера приведена номограмма для массы
стола т — 200 кг. Номограмма представляет собой пучок изотерм
(показанных в виде ломаных линий с интервалом 2° С) в прямоуголь-
ной системе координат Р, S.
Для нахождения превышения температуры т по номограмме для
соответствующей массы стола tn нужно найти точку с координатами,
определяемыми мощностью плиты Р и площадью ее поверхности S.
294
Изотерма, ближайшая к этой точке, определит величину т. Практи-
ческое использование таких номограмм можно показать на следующем
примере. Предположим, что прямоугольная электромагнитная плита
с габаритными размерами 300x150x80 мм установлена на станке
с массой стола, равной 200 кг. При питании от сети постоянного тока
и = ПО В сила тока I = 0,5 А. Температура воздуха в цехе равна
18 С. Требуется найти температуру нагрева плиты.
Решение задачи начинается с определения площади поверхности
плиты и потребляемой мощности:
S = 2 (3-1,5 + 3 0,8 + 1,5 0,8/ = 16,2 дм2;
Р = uf = ПО 0,5 = 55 Вт.
По номограмме для т = 200 кг (рис. 138) по полученным <$ и Р
(штриховые липни) находим т — 12 . Тогда температура нагрева
плиты составит 18’ + 12° = 30 \
В результате проведенных исследований и накопленного опыта
построены изотермические кривые для других масс столов, которые
могут быть использованы для практических расчетов превышения
температуры электромагнитных плит.
При установке электромагнитной плиты на столе станка ухуд-
шаются условия копдуктивной теплоотдачи от плиты к столу, так
как часть ее опорной плоскости не используется ввиду наличия
па столе Т-образных пазов. Для выявления влияния уменьшения
опорной плоскости плиты на ее нагрев было проведено соответству-
ющее исследование. Испытанию подверглась круглая плита 0 150 X
Х65 мм, величина опорной плоскости So. п которой изменялась пу-
тем растачивания в ней поднутрения диаметром D и глубиной 1 мм
(рис. 139). При испытании плита устанавливалась на шлифованную
поверхность чугунной болванки. Для получения более наглядной
картины взаимосвязи т и So. п потребляемая плитой мощность была
максимальной (Р = 64 Вт). В результате обработки данных экспе-
римента были получены зависимости 1—4, соответствующие /, 2,
3 и 4 ч работы плиты.
Как видно из рисунка, уменьшение площади опорной плоскости
плиты So. п более чем на 50% (с 176 до 80 см2) приводит лишь к не-
значительному повышению т (всего на 2 С при нагреве плиты в про-
должении 4 ч). И только дальнейшее уменьшение опорной плоскости
вызывает резкое нарастание температуры нагрева плиты т. Поскольку
Т-образные пазы столов металлорежущих станков занимают 25—35%
их рабочей площади, увеличение т вследствие уменьшения поверх-
ности копдуктивной теплоотдачи будет весьма небольшим и в прак-
тических расчетах им можно пренебречь.
Сказанное относится к случаю, когда опорная поверхность плиты
представляет собой сплошную плоскость. Если же основание маг-
нитной плиты имеет обнизку, уменьшение поверхности копдуктивной
теплоотдачи должно учитываться в соответствии с вышеприведен-
ными зависимостями.
295
Таким образом, приведенные исследования теплового режима
работы электромагнитных плит показывают большое значение этой
характеристики, как показателя качества магнитного приспособле-
ния. Этот показатель, наряду с силовой характеристикой, должен
учитываться при оптимизации оснастки. Вместе с тем необходимо
подчеркнуть, что при правильном подходе к назначению силовой
верхпости плиты па превышение темпера-
туры т (Р — 63,6 Вт)
D в мм 0 110 130 ыо
Son » см2 170,5 81,5 4 1,0 23,0
характеристики с учетом режимов резания (особенно при шлифова-
нии) можно добиться очень незначительного нагрева электромаг-
нитных плит (т 2-е-5 С) и возможности их использования па
самых точных работах.
Температура нагрева катушек оказывает существенное влияние
на эксплуатационные характеристики электромагнитных плит.
С повышением температуры нагрева увеличиваются тепловые дефор-
мации плиты, что снижает точность обработки при выполнении от-
делочных операций. Чрезмерный нагрев катушки снижает долго-
вечность и надежность работы плиты, так как вследствие нарушения
изоляции обмотки катушка может выйти из строя.
296
Целью исследования было экспериментальное определение тем-
пературы в различных сечениях катушек электромагнитных плит
при работе их па различных режимах с последующей интерпрета-
цией полученных результатов. Необходимость такого исследования
была обусловлена следующими причинами.
1. Предусмотренное стандартом (ГОСТ 17519—72) допустимое
превышение температуры обмотки (35 С) представляется занижен-
ным. Как показывает практика, в ряде случаев возможна эксплуа-
тация электромагнитных плит с более высокой температурой нагре-
ва катушек без заметного снижения эксплуатационных качеств плиты.
2. Стандартом предусматривается измерение температуры об-
мотки плиты методом сопротивления. Этот метод однако позволяет
определить лишь среднее значение температуры нагрева, тогда как
вследствие различных условий теплоотвода температура в разных
участках сечения катушки может быть различной.
3. Характер теплоотвода от катушки к корпусу плиты в большей
степени определяется наличием заливки и ее свойствами (теплопро-
водностью и теплоемкостью), в связи с чем представляет существен-
ный интерес сопоставление тепловых режимов работы плит без за-
ливки и с заливкой.
Объектами исследования явились две электромагнитные плиты
различной конструкции: однокатушечная прямоугольная, размером
400 X 160 X 120 мм, с сечением катушки 50x20 мм, и круглая 0 150 X
Хб5мм,с двумя концентрическими катушками сечением 30X10 мм.
При проведении испытаний каждая из плит работала в четырех
различных режимах, условно обозначаемых ниже буквами Л, Б,
В и Г, до достижения установившегося теплового режима. При ра-
боте в режиме А плотность тока была принята равной 2,5 А/мм2.
Для остальных режимов плотность тока увеличивалась по геометри-
ческой прогрессии со знаменателем <р = 1,41 и составляла соответ-
ственно 3,5; 5,0 и 7,0 А'мм2 (потребляемая плитами мощность воз-
растала при этом по прогресии со знаменателем 2).
В процессе нагрева катушек температура каждой из них измеря-
лась в пяти различных точках, расположенных равномерно по вы-
соте намотки и посередине ее длины. Для- измерения температуры
нагрева катушек использовались дифференциальные термопары,
горячий спай которых помещался между витками катушек при их
намотке, а холодный спай — в термостате с температурой 0°С. Па-
раллельно с непосредственным измерением температуры с помощью
термопар производилось определение средней величины превышения
температуры нагрева намоток плит над температурой окружающей
среды методом сопротивления. Чтобы выявить влияние заливки па
характер теплообмена между катушкой и корпусом плиты, одновре-
менно с определением температуры катушек с помощью термометра
измерялась температура зеркала плиты.
Экспериментальные тепловые режимы работы электромагнитных
плит, средние величины превышения температуры, измеренные ме-
тодом сопротивления, и значения температуры зеркала плиты при-
ведены в табл. 19.
297
Табл п ц а 19. Экспериментальные тепловые режимы работы
электромагнитных плит
Режим работы плиты Плотность тока в А/мм2 Потребляемая мощность в Вт Превышение температуры обмотки т в °C
без заливки
Превышение температуры
зеркала плиты в °C
50
100
200
400
А
133
через
с заливкой
битумом
14,0
29,0
и лита
Испытание было прекращено
30 мин, ввиду сильного
перегрева плиты
А 2,5 10 15 3,8 5,0
3,5 20 20 6,4 8,3
в 5,0 40 35 13,3 14,1
7,0 80 74 25,2 27,8
Примечание. Катушка прямоугольной плиты намотана проводом d =
= 0,8 мм и имеет 1220 витков; катушки круглой плиты намотаны проводом d —
= 0,47 мм и имеют по 1000 витков каждая.
Из рис. 140, па котором показаны температуры пяти точек (/—V)
намотки прямоугольной плиты, видно, что для режимов Б и В наг-
рев катушки без заливки (штриховые линии) весьма неравномерен
по сечению намотки. Наивысшего значения температура достигает
посередине высоты намотки (точка III), тогда как в крайних точ-
ках I и V опа составляет приблизительно половину максимальной
величины. При испытании плиты, залитой битумом, выявилось зна-
чительно более равномерное распределение температуры по высоте
намотки (сплошные линии). Здесь на всех режимах перепад темпера-
тур между средней и крайними точками не превышает 10%.
Такое различие в распределении температуры намотки по ее вы-
соте можно объяснить разными условиями теплообмена в этих двух
случаях. При отсутствии заливки между катушкой и стенками окна
плиты имеется довольно большой зазор (3—4 мм), поэтому ввиду
низкой теплопроводности воздуха кондуктивная теплоотдача от
намотки к плите возможна только по сравнительно узким кольцевым
участкам катушки, прилегающим к нижней части окна плиты и
к адаптерной плите. Конвективная теплоотдача также практически
отсутствует. Образующееся джоулево тепло рассеивается в основном
за счет лучеиспускания. При этом наружные слои намотки нахо-
дятся в более выгодном положении чем внутренние, что и обуслов-
ливает их более низкую температуру.
В залитой плите теплоотдача осуществляется главным образом
за счет теплопроводности заливки. В этих случаях условия тепло-
отдачи для всех слоев намотки становятся примерно одинаковыми
и температура нагрева катушки выравнивается.
Рис. 140. Распределение тем-
пературы по высоте электро-
магнитной катушки прямо-
угольной плиты при раз-
ных режимах работы (см.
табл. 19)
а)
luUlJrV VI YUYUIIAA.
Рис. 141. Распределение температуры
по высоте электромагнитных катушек
круглой плиты при разных режимах
работы (см. табл. 19): а—радиальное
сечение плиты с расположением термо-
пар /—X; б — график изменения тем-
пературы катушек по их сечениям
Из табл. 19 видно, что нагрев зеркала плиты с заливкой битумом
при всех режимах выше, чем нагрев плиты без заливки, причем
с повышением мощности, потребляемой плитой, разница в величи-
нах превышения температуры увеличивается. Это также свидетель-
ствует о лучшем кондуктивном теплоотводе при наличии заливки и
об усилении его с ростом теплового напора.
На рис. 141 приведены результаты испытания круглой плиты.
Из рисунка видно, что характер распределения температуры по
299
высоте намотки здесь существенно отличается от описанного выше.
Различным по характеру получилось и распределение температур
во внутренней и наружной катушках круглой плиты.
У внутренней катушки наименьшие значения температуры для
всех режимов получены па внутренних слоях намотки (точка /),
а наибольшие—па наружных слоях (точка V), причем такое рас-
пределение температур наблюдается у плит как с заливкой, так и
без нее. Это явление, с одной стороны, по-видимому, связано с ха-
рактером контакта катушки с корпусом плиты. При установке ка-
тушки в окно плиты она весьма плотно садилась во внутренней по-
верхности, тогда как между ее наружной поверхностью и поверх-
ностью окна оставался большой зазор (около 5 мм). В результате
кондуктивная теплоотдача от внутренних слоев намотки была доста-
точна хорошей, теплоотдача же с наружной поверхности катушки
осуществлялась практически за счет одного лучеиспускания. За-
ливка, улучшив кондуктпвпую теплоотдачу, понизила температуру
во всех точках намотки, однако характер распределения температуры
по высоте намотки сохранился. Такой результат эксперимента дает
повод к другому объяснению характера распределения температур.
При принятых условиях эксперимента есть основание считать, что
напор теплового потока по среднему сечению плиты настолько велик,
что он не идет в сравнение с тепловым напряжением крайних полю-
сников.
Распределение температуры нагрева по высоте намотки наружной
катушки у плиты без заливки, по экспериментальным данным, от-
личается от теоретически предполагаемого. Здесь наиболее холод-
ными оказались средине (точка V///) витки намотки, причем такой
характер распределения температуры сохранялся на всех режимах
работы плиты. Из-за недостатка экспериментов это явление объяс-
нить трудно. Возможной причиной может быть недостаточная плот-
ность укладки витков катушки.
После заливки плиты и улучшения условий теплоотвода характер
распределения температуры приблизился к наблюдаемому во внут-
ренней катушке плиты. Величины превышения температуры, опре-
деленные методом сопротивления, хорошо согласуются с данными
непосредственного измерения температуры с помощью термопар.
Приведенные результаты экспериментов по исследованию тепло-
вых явлений в электромагнитных плитах, хотя и имеют определенное
практическое значение, не претендуют на полноту освещения воп-
роса и должны рассматриваться как начало работы в этой области.
32. ПОГРЕШНОСТИ ОБРАБОТКИ, ВОЗНИКАЮЩИЕ
ВСЛЕДСТВИЕ ПРИМЕНЕНИЯ МАГНИТНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
На точность механической обработки, как известно, оказывает
влияние чрезвычайно большое число факторов. В связи с этим опре-
деление предполагаемой точности обработки является сложной за-
дачей. До сих пор основным направлением ее решения был и остается
расчетный метод, по которому для определения ожидаемой точности
зоо
используются расчетные пли статистические данные по отдельным
видам погрешностей обработки.
Магнитные приспособления сами по себе, как элемент технологи-
ческого комплекса СПИД, вносят определенную погрешность в об-
работку деталей так же, как и все другие приспособления. Однако
из-за недостаточной изученности этого вида оснастки отсутствуют
материалы, которые могли бы быть использованы для расчета точ-
ности обработки. Это же обстоятельство, по-видимому, оказывает
влияние на организационные вопросы, в том числе и на производство
магнитных приспособлений. Поэтому исследования точности маг-
нитных приспособлений имеют большое значение.
Погрешности обработки, определяемые спецификой магнитной
оснастки, удобнее подразделить иа погрешности закрепления;
погрешности, определяемые жесткостью приспособлений, и погреш-
ности, возникающие вследствие нагрева приспособлений (темпера-
турные деформации). Разумеется, этими видами не исчерпываются
факторы, оказывающие влияние на точность при применении маг-
нитных приспособлений, но как показывают исследования, они
являются основными.
Погрешность закрепления, как известно, определяется величиной
смещения элемента заготовки, от которого задан размер при ее уста-
новке и закреплении на магнитном приспособлении. Она зависит
от ряда факторов, в том числе от колебаний величины прикладывае-
мого к заготовке зажимного усилия, деформаций поверхности слоев,
упругих деформаций узлов приспособления, невозможности точно
совместить опорно-установочные поверхности приспособления и
заготовки.
В проведенных иа магнитных плитах экспериментальных иссле-
дованиях была выявлена в основном качественная (и частично коли-
чественная) картина изменения погрешности закрепления деталей.
Эти исследования показали, что упругие перемещения установочной
поверхности плиты (зеркала) в момент закрепления детали могут
достигать значительной величины и находятся в прямой пропорцио-
нальности с площадью опорной поверхности закрепляемых деталей
(рис. 142).
Дальнейшие исследования выявили причины указанных дефор-
маций. Оказалось, что при такой конструкции магнитной плиты
(см. п. 6 и рис. 31) неподвижный блок в определенный момент испы-
тывает воздействие силы отталкивания от нижнего блока, а отдельно
выполненная адаптерная плита—силу притяжения. Под воздей-
ствием этих сил при недостаточной жесткости узлов выбирается
зазор между адаптерной плитой и неподвижным блоком и деформи-
руется неподвижный блок. Последний как бы выпучивается.
Упругие перемещения зеркала плиты при соблюдении опреде-
ленной технологии ее изготовления могут быть уменьшены до ми-
мимума: в первую очередь это касается зазора между адаптерной
плитой и неподвижным блоком (в плитах, где эти узлы разделены),
который необходимо свести к минимуму. Для этого нужно, во-пер-
вых, ужесточить требования к плоскостности сопрягаемой поверх-
301
пости адаптерной плиты; во-вторых, после сборки узлов (корпус,
подвижной блок, неподвижный блок) шлифовку верхнего блока осу-
ществлять при положении рукоятки «выключено». Шлифовка зер-
кала адаптерной плиты производится при положении рукоятки
«включено». Соблюдение такой последовательности обработки узлов
позволяет снизить упругие деформации зеркала до 1—4 мкм в зави-
симости от размеров приспособления.
Исследования погрешностей, связанных с жесткостью стыков
между деталью и опорными поверхностями приспособлений, нашли
достаточно полное отражение в литературе 118, 26, 34, 35]. В пей
имеются рекомендации ио определению возникающих погрешностей
Рис. 142. Деформация зеркала магнитной плиты модели МПК-4 при
закреплении на ней деталей с разными размерами опорной поверх-
ности:
1 — 20x200 мм; 2 — 40x 200 мм; 3 — 00x260 мм; 4 — 80X260 мм
в зависимости от типа привода, опорных элементов приспособления,
характеристики закрепляемой детали и т. д. Однако магнитные
приспособления имеют ту особенность, что в отличие от обычных
механических у них сила притяжения равномерно распределяется
по опорной поверхности детали, а площадь контакта между устано-
вочными поверхностями приспособления и детали значительно
больше. Поэтому с целью определения характера влияния этих
особенностей на погрешность закрепления были проведены иссле-
дования опять-таки на магнитных плитах. Исследования были
экспериментальными. Методически они проводились так, чтобы
исключить влияние других факторов па погрешность закрепления,
кроме погрешностей установки и тех погрешностей, которые связаны
с деформацией поверхностных слоев детали и плиты.
По результатам исследований пяти магнитных плит разных
конструкций при закреплении деталей различных размеров были
построены статистические кривые распределения величины смеще-
ния детали в процессе закрепления. В качестве примера на рис. 143
приведены кривые статистического распределения величины сме-
щения деталей при закреплении их на магнитных плитах моделей
МПК-4 (с чугунным корпусом) и ПБ 187055 (завод Лепполиграф-
маш).
Характер экспериментальных кривых дает основание полагать,
чго закон распределения смещений при закреплении детален па
магнитных плитах близок к закону эксцентриситета (закону Макс-
велла). По нему поле рассеивания может быть подсчитано по фор-
муле б3 = 3,44о. Здесь о является средним квадратическим откло-
нением и определяется по формуле
G п Xi -^ср) ,ni >
где Lcp — среднее арифметическое действительных значений вели-
чины смещений в мкм; L, — текущая действительная величина сме-
Показания индикатора. мкм
Рис. 143. Кривые распределения величины смещения детали при зак-
реплении ее на плитах моделей МПК-4 («) и плитах моделей
ПБ 187055 (б):
Показания индикатора, мкм
/ — 7QX90 мм; 2 — 150x 90 мм; 2 — 290x 90 мм
щепня в мкм; и — число замеров, проделанных для данного размера
детали; — частота показаний.
В табл. 20 приведены погрешности закрепления деталей на маг-
нитных плитах, а также значения среднего квадратического для
каждой из экспериментальных кривых и соответствующие им фак-
тические поля рассеивания.
Приведенные исследования, во-первых, свидетельствуют о том,
что закон распределения погрешности закрепления мало отличается
от нормального и с достаточной для практики точностью может быть
принят таким. Во-вторых, по экспериментальным данным погреш-
ность закрепления деталей на магнитных плитах колеблется от 0,7
до 9,0 мкм, т. е. изменяется в широком диапазоне, по по абсолют-
ной величине даже на больших плитах не выходит за пределы 0,01 мм.
В-третьих, следует обратить внимание на то, что с увеличением
размера закрепляемой детали, кривые распределения погрешности
закрепления делаются более пологими и значение о возрастает.
Наконец, в-четвертых, величина погрешности закрепления не зави-
сит от упругих перемещений зеркала плиты. Несмотря на то что
в плите модели ПБ 18705 упругие перемещения зеркала достигали
0,021 мм средняя погрешность закрепления деталей на ней состав-
303
Таблица 20. Погрешность закрепления деталей
на магнитных плитах разных конструкций
Модель плиты Размер детали 1 X b X h в мм И нтервал показаний иидика- тера в мм Значение среднего квадра- тпческого отклоне- ния о в мм Погрешность закрепления б3 = 3,44 от в мм Средняя арифмети- ческая бз
МП К-4 (чугун- ный корпус) 290X90X30 150X90X30 70X90X22 0—0,009 0-0,009 0—0,006 0,0015 0,0014 0,0011 • 0,0051 0,0048 0,0038 0,0046
МП К-4 (алю- миниевый кор- пус) 290X90X30 150X90X30 70X90X30 0—0,011 0—0,010 0—0,007 0,0028 0,0024 0,0011 0,0096 0,0083 0,0038 0,0072
ПБ 18705 290X90X30 150X90X30 70X90X30 0—0,009 0—0,005 0—0,003 0,0018 0,0011 0,0009 0,0062 0,0038 0,0031 0,0044
СП К-22 290 X 90 X 30 150X90X30 70X90X30 0—0,012 0—0,011 0—0,009 ( ( 0,0022 0,0020 3,0019 0,0175 0,0068 0,0065 0,0067
Г1 М-22 290X90X30 150X90X30 70X90X30 0—0,005 0—0,004 0—0,003 0,001 0,0009 0,000195 0,0034 0,0031 0,0007 0,0021
ляда 0,004 мм, т. е. находилась ближе к меныпему пределу. Следо-
вательно, погрешность обработки, вызываемую упругими деформа-
циями узлов приспособления, нужно исследовать и учитывать особо—
отдельно от погрешности закрепления.
Дальнейшие исследования показали, что как характер, так и
величина погрешности закрепления, выявленные при исследовании
магнитных приспособлений, могут быть использованы и при расче-
тах точности обработки деталей, закрепленных на электромагнитных
плитах.
33. ЖЕСТКОСТЬ МАГНИТНЫХ плит
Как известно, в технологии машиностроения под жесткостью
понимают некоторую характеристику, дающую представление о со-
противляемости системы (узла, детали) деформациям и отжатиям,
возникающим иод влиянием внешних сил. Впервые вопрос о жестко-
сти металлорежущих станков был рассмотрен У. В. Вотяковым и
развит А. П. Соколовским. Физический смысл этой характеристики
вытекает из зависимости
Р
у '
(91)
304
। ie j — жесткость в кгс/мм; P — нагрузка, приложенная в соот-
ветствующем направлении в кгс; у — перемещение системы (узла,
щгали) под действием нагрузки Р в том же направлении в мм.
Однако в работе 137] отмечается, что в том понимании, как это
трактуют многие авторы, жесткость не является надежной характе-
ристикой точности и что имеется определенная неувязка как в поня-
тии, так и в физическом смысле жесткости в учениях о сопротивле-
нии материалов и технологии машиностроения. В первом случае
жесткость представляет собой постоянную для данного материала
и сечения величину и определяется произведением модуля упругости
па площадь или момент инерции поперечного сечения. Эта жесткость
может быть названа характеристикой, так как она пропорционально
влияет на величину перемещения, например, консольно закреплен-
ного бруса
РР
3EJ
где у — величина прогиба; Р — нагрузка; I
делки), на котором приложено усилие Р\ Е
J — момент инерции.
Преобразуя формулу (92), получаем
(92)
расстояние (от за-
модуль упругости;
РР
(93)
Здесь жесткость j' является величиной постоянной, так как
определяется геометрическими размерами, постоянными для рассма-
триваемого случая и упругими постоянными материала (модулями
упругости первого и второго рода, и коэффициентом Пуассона).
Зная жесткость а также величину и место приложения нагрузки
(Р и /) всегда можно определить величину прогиба у.
Применительно к технологической системе СПИД формула (93),
по-видимому, теряет смысл из-за сложности определения жесткости
Входящие в систему элементы технологического комплекса часто
сами но себе представляют сложные системы (например, станок,
приспособление и т. д.). Детали, составляющие систему, отличаются
сложностью геометрической формы и материалом, из которого они
изготовлены.
Использование для определения величины прогиба (т. е. точности
обработки) формулы (91) применительно к системе СПИД также
затруднено. По этой формуле определяют жесткость отдельных
узлов (элементов) системы и к настоящему времени накоплен богатый
статистический материал по этим характеристикам. Попытка пред-
ставить в аналитическом виде жесткость системы СПИД через жест-
кость се элементов хотя и была, однако, эта методика определения
погрешностей механической обработки из-за своей сложности не
нашла широкого применения.
Сложность задачи расчета жесткости системы СПИД вынудила
искать другие пути определения погрешностей или влияния на
погрешность обработки. Одним из приемов определения погрешно-
20 О. Я- Константинов 305
стей обработки является расчет погрешности по максимально вон
можпому прогибу. Этот прием не всегда соответствует действительном
погрешности и допускает значительный запас по точности (занижает
ее), что в конечном счете ведет к снижению эффективности операции
механической обработки. I
Управление точностью при помощи адаптивных систем, как
известно, предусматривает обхзд возмущающего фактора (в част-
ности
следящей системы. В этом случае расчет жесткости СПИД в рассма-
триваемом плане теряет смысл.
Таким образом, как в свете существующих взглядов па жесткость,
жесткости) с помощью автоматически поднастраивающейся
так и с точки зрения практического использования имеющихся дан-
ных вопрос об определении характеристики перемещения узлов
стайка полностью еще не решен.
Для упрощения решения задачи точности обработки ряд ГОСТов
устанавливает нормы точности иа станки. Обычно проверка норм
точности осуществляется метода ли статического нагружения отдель-
ных узлов станка и комплексным методом — путем обработки эталон-
ной детали. Однако в последнем случае обработка на станке эталон-
ной детали, с одной стороны, дает суммарную величину погреш-
ности, в которой жесткость узлов станка (включая приспособле-
ния) — лишь один из факторов, далеко пе всегда наиболее значитель-
ный, с другой — погрешность о 5работки зависит от режимов резания,
которые практически пе регламентируются, и поэтому сам контроль
теряет смысл.
Жесткость станков может быть характеризована иной величи-
ной [37]. В аналитическом виде она имеет вид
PZ2
(94)
где Ф — фактор единичного перемещения в кгс см2/мкм; Р1 — любое
значение момента, действующего на узел (вторая степень вели-
чины / получилась после перевода радиан в размерность линейных
величин); у—перемещение узла, измеренное в месте приложения
нагрузки.
Здесь есть некоторая аналогия с зависимостью (93). Поскольку Ф
является функцией момента сил, а он является постоянным при
данных условиях и не зависит от координаты точки приложения,
то фактор единичного перемещения должен быть величиной постоян-
ной для данной системы.
Следует отметить, что момент сил определяется не одной состав-
ляющей усилия резания. Применительно к магнитным плитам
деформации приспособления вызываются всеми составляющими силы
резания (рис. 144): усилие резания Рг определяет деформацию плиты
в поперечном направлении, усилие подачи Ру — в продольном,
а радиальное усилие Рх — прогиб плиты.
С целью выявления характера деформаций магнитных плит под
действием силы резания были проведены экспериментальные иссле-
дования, при которых имитировалось фрезерование торцовой голов-
В результате предварительной мето-
Рис. 144. Схема статического 'нагружения
магнитной плиты
кой. Исследования погрешностей, связанных с упругими дефор-
мациями в процессе обработки, производились на всем диапазоне
возможных режимов резания.1
дической проработки экспе-
риментов было установлено,
что величина силы резания
при принятой мощности фре-
зерования изменяется от 130
до 140 кгс. Угол между на-
правлением силы резания и
зеркалом плиты р изменяется
в довольно узком диапазоне
и может быть принят равным
20°, а угол между напра-
влением подачи и следом
проекции силы резания на плоскость плиты а изменяется в более
широких пределах — от 19] до 75°.
Исследование жесткости магнитных плит производилось при
статическом нагружении их через динамометр Токаря на горизон-
тально-фрезерном станке (рис. 145). Плита устанавливалась и закре-
Рпс. 145. Экспериментальная установка для испытания
плиты на жесткость
плялась так, чтобы угол между ее боковой поверхностью и направ-
ляющим пазом соответствовал углу а. При этом вся система прибо-
ров и деталей установки (переходник 2, динамометр 5) располага-
лась в направлении действия силы резания. Этому способствовали
1 См. сноску на стр. 97-
20*
\ -307
также деталь 3, оправка 4 с запрессованным в торец шариком и
валик /, имеющий на цилиндрической поверхности ряд углублений,
расположенный под некоторым углом к вертикали. Деформация
плиты определялась в вертикальной и горизонтальной плоскостях
индикатором с ценой деления 0,001 мкм. Индикаторы устанавли-
вались и закреплялись на столе станка.
Исследования показали, что упругая деформация магнитных
плит в процессе нагружения сложна по своему характеру (рис. 146).
Зеркало плиты одновременно перемещается в вертикальной А, и
горизонтальной Д2 и Д3 плоскостях. Причем величина деформаций
вдоль зеркала плиты (L) и поперек ее (В) неодинакова и зависит от
координаты и места точки приложения нагрузки. При центральном
расположении точки приложения нагрузки деформацию зеркала
Рис. 14G. Характер упругой деформации магнитной
плиты при нагружении силой резания
можно рассматривать как симметричную относительно осей плиты,
расположенных на расстоянии 0,5L и 0,5В от торцов.
Для оценки жесткости некоторых конструкций плит были по-
строены эпюры прогибов под действием нагрузок, характерных для
попутного и встречного фрезерований. Они показали, что для рас-
смотренных конструкций и размеров плит деформация ие выходит
за пределы 8 мкм. На плитах со сменной адаптерной плитой отмечена
максимальная деформация в горизонтальной плоскости, которая
достигала 0,01 мм. С увеличением величины нагрузки жесткость плит
возрастает. Характер упругих деформаций из-за наличия зазоров
отличается от прямолинейного. С достаточной для практики точ-
ностью можно принять, что жесткость современных магнитных
плит находится в пределах 4500—7000 кгс/мм (при нагружении по
указанной выше схеме).
Определенный интерес, особенно с практической точки зрения,
представляет метод производственного испытания жесткости магнит-
ных плит. Испытания производились по методике несколько изме-
ненной ио сравнению с методикой ГОСТа, но и использованием
известного приема обработки ступенчатых деталей. При проведении
этих исследований было выяснено, что получаемая характеристика
отражает жесткость плиты не в чистом виде и является комплекс-
ной [26, 35, 371. Однако методически эксперименты были поставлены
так (и это возможно в производственных условиях), что полученные
308
результаты отражали в основном именно жест костную характери-
ннку магнитных плит.
Величина упругих перемещений системы при обработке на станке
определяется жесткостью станка, приспособления, детали и инстру-
мента, т. е. = 6С + бп. б + 63 + 6Н.
Жесткость режущего инструмента би и детали ба несоизмерима
с жесткостью других элементов системы, поэтому можно считать,
а)
U
xjV
S)
s
Рис. 147. Профилограммы обработанной поверхности в зоне уступа
что 6v = бс + б, отсюда 6П. б = — 6С. Упругие перемещения
станка можно определить экспериментально. В данном случае 6С =
Методические исследования проводились следующим образом.
В цепь главного электродвигателя был включен ваттметр, по кото-
рому определялась затрачиваемая на резание мощность. Путем пере-
счета по ней, диаметру фрезы и числу оборотов (оно определялось
с помощью тахометра) определялась сила резания. Используя из-
вестные соотношения между составляющими силы резания можно
определить Рх. Обработке подвергался образец в виде пластины
с заранее подготовленным уступом. В процессе обработки уступ
на детали срезался, но вследствии влияния жесткости станка (или
309
станка с приспособлением) на обработанной поверхности образа;
с помощью профилографа можно обнаружить неточность формы!
На рис. 147 в качестве примера приведены две профилограммы,
снятые с детали на месте бывшего уступа. Из рисунка видно, что
после обработки характер поверхности детали сохранился из-за
изменения вертикальной составляющей силы резания. При этом
в случае обработки детали на плите (рис. 147, б) уступ выше, чем
при обработке детали без приспособления (рис. 147, а).
Результаты исследования упругих деформаций производственным
методом были сравнены с данными, полученными в результате стати-
ческих испытаний. Оказалось, что расхождение в данных не пре-
вышает 25°о (в одном случае), а в абсолютных значениях 2 мкм.
Отсюда производственный метод испытания магнитных плит может
быть принят в качестве основного при определении жесткости при-
способления.
34. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ ПЛИТ
С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ
Причинами нагрева электромагнитных плит являются процесс
резания и джоулево тепло. При исследовании было важно не только
определить величину температурных деформаций этих плит, но
и долю влияния на нее каждого источника тепловыделения. Оказа-
лось, что основным источником тепловыделения является процесс
резания [12]. По этой же причине должны нагреваться плиты с по-
стоянными магнитами. Однако до сих пор не была выявлена связь
этого нагрева с характером и величиной деформаций плит с постоян-
ными магнитами. Дополнительные исследования позволили расши-
рить представление о влиянии тепловых деформаций магнитных
плит на точность обработки деталей машин.
Методика проведения экспериментов в принципе осталась неиз-
мененной: в процессе эксплуатации приспособления в течение смены
производились измерения температуры плиты в разных точках
с одновременным измерением деформации зеркала плиты. В каче-
стве объекта исследований были выбраны плиты с оксидпо-барие-
выми магнитами разной конструкции (плита модели СПК-22
с чугунным корпусом и сменной стальной адаптерной плитой и
серийная плита модели ПМ-22). Измерение температуры осуществля-
лось с помощью терморезисторов типа ММТ-1, которые были вмон-
тированы в определенные точки плит, а также с помощью специаль-
ного измерительного прибора собственной конструкции, который
представлял собой усилитель с неуравновешенным мостом. Общий
вид установки для испытания плит на нагрев показан на рис. 148.
Определение деформации зеркала плиты после обработки каждой
детали производилось от одной и той же базы — стола станка.
Проведенные исследования позволяют сделать следующие вы-
воды .
1. Температура нагрева магнитных плит при фрезеровании
деталей с черновыми режимами резания составляет 60—80° С (на
310
Рис. 148. Общий вид установки при исследовании нагр ева магнитных плит
Рис. 149. Характер колебаний температуры Т в различных точках магнитной
плиты:
1 — на зеркале; 2 — в середине адаптерной плиты; 3 — в верхнем магнитном блоке
311
зеркале) после 9о—120 мин работы, т. е. практически магнитная
плита нагревается примерно так же, как электромагнитная. Здесь же
нужно отметить, что поскольку у магнитных плит нет внутреннего
источника тепла, то эти исследования еще раз подтверждают сде-
ланный ранее вывод о том, что основным источником тепловыделения
Рис. 150. Зависимость деформации
магнитных плит от температуры Т
пагрева
является тепло, выделяемое
в процессе резания.
2. Так же как и у электро-
магнитных плит, нагрев при-
способления по сечению не
одинаков: температура умень-
шается от поверхности плиты
к основанию (рис. 149). При
этом иа характер температур-
ных кривых оказывает влияние
термическая инерционность си-
стемы. Так, например, зеркало
плиты, которое после детали
непосредственно воспринимает
тепловой поток, имеет зигзаго-
образную температурную кри-
вую /, свидетельствующую о
большой чувствительности это-
го элемента приспособления
к колебаниям температуры.
Кривая 2 показывает темпера-
туру в середине сечения адап-
терной плиты и отличается
от предыдущей сглаженным
видом, хотя в целом она также
отражает температурный режим
работы приспособления. Кри-
вая 3 снята по показаниям
терморезистора, установленного
в верхнем силовом блоке.
3. Перерыв в работе позво-
ляет заметно уменьшить темпе-
лял 8 мин и позволил, как это
. ратуру нагрева магнитной пли-
их ты. В приведенном на рис. 149
примере перерыв между обра-
боткой партий деталей состав-
видно из графика, снизить темпера-
туру зеркала приспособления практически в два раза. Эта особен-
ность важна для оценки влияния температурных деформаций на
точность обработки в индивидуальном и серийном производствах.
4. Температурные деформации магнитных плит в целом анало-
гичны деформациям электромагнитных плит, но зависят и от кон-
струкции приспособления. Из рис. 150 видно, что если магнитная
плита модели ПМ-22 (старый и новый выпуски) изготовлена из
алюминиевых деталей, то деформации приспособления достигают
значительных величин (кривые 1 и 2). Кривые 3, 4, 3' и 4' характе-
ризуют деформацию плит моделей (МПК-4М и СПК-22) с чугунным
корпусом и стальной адаптерной плитой. Деформации этих плит
примерно в два раза меньше, чем серийно выпускаемых.
35. ПОГРЕШНОСТИ ОБРАБОТКИ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ
ПРИМЕНЕНИЕМ МАГНИТНОЙ ПЛИТЫ
Точностная характеристика магнитной плиты является геоме-
трической суммой погрешностей. Влияние каждой погрешности на
размер обрабатываемой детали показано иа рис. 151.
Погрешность закрепления обусловливает колебание среднего
размера детали в пределах ±б3/2. Упругие перемещения зеркала
плиты 6упр увеличивают расстояние между инструментом и базо-
0
Рис. 151. Влияние погрешностей на размер детали при обработке па маг-
нитной плите
вой поверхностью, а следовательно, увеличивают размер обрабаты-
ваемой детали. Температурные деформации <5Z наоборот, уменьшают
размер обрабатываемой детали.
Наибольшее расстояние от среднего размера детали в сторону
его увеличения будет, очевидно, определяться как
упр»
а наибольшее отклонение в сторону уменьшения размера
(95)
(96)
б2 = А + (6/
упр/-
Отсюда поле рассеивания размеров определяется так:
6р = + 62 = 6Э + 6,. (97)
Как видно из зависимости (97), погрешность, связанная с упру-
гими деформациями плиты, не оказывает влияния иа поле рассеи-
вания, так как является постоянной величиной. Погрешность,
обусловленная температурными деформациями, является система-
тической. Одиако значения ее в различные промежутки времени
определить нет возможности, так как неизвестно начало отсчета,
поэтому в общем балансе погрешностей ее можно считать случайной
величиной. Тогда погрешность обработки, связанная с применением
магнитных плит, будет определяться так:
6=1,2 | 6?. (98)
W I
>13
Коэффициент 1,2 в уравнении учитывает возможные отклонения
закона распределения составляющих погрешности от закона нор-
мального распределения. ।
Подставляя значения погрешностей в формулу (98), можно полу-
чить ожидаемые значения суммарной погрешности 6 для основных
типов плит:
Модель плиты 6 в мм
ПМ........................... 0,029—0,036
МПК, СПК.....................0,012-0,017
Электромагнитная плита тех же
размеров (для сравнения) . . 0,025—0,031
Возможно применение некоторых приемов, позволяющих снизить
значение суммарной погрешности. Так, например, если плиту пред-
варительно прогреть, то поле рассеивания определится только
погрешностью закрепления.
В приведенных рассуждениях не учтена погрешность формы
плиты, которая зависит от размеров приспособления. Ее следует
учитывать отдельно. Принятая для небольших по размерам плит
(L 500 мм) погрешность приведена ниже:
Модель плиты
6ГП п мм
ср
ПМ .............................. 0,008
СПК.............................. 0,005
Электромагнитная ................ 0,005
36. ЖЕСТКОСТЬ СТЫКА НА УЧАСТКЕ СИСТЕМЫ
ЗЕРКАЛО ПЛИТЫ — СТОЛ СТАНКА
Известно, что магнитные плиты имеют упругие перемещения
(деформации), величины которых экспериментально для некоторой
группы приспособлений были определены. Условно упругие пере-
мещения магнитных плит характеризуются жесткостью.
Жесткость плиты, как тела, рассчитать довольно трудно, так
как она не является монолитной конструкцией. Жесткость плиты
зависит от конструкции узла, от точности деталей и их формы, ма-
териала, технологии изготовления и сборки и т. д. При такой
многочисленности факторов расчет жесткости как узлов плиты,
так и всего приспособления, представляет собой достаточно слож-
ную задачу, которая пока еще не решена. Исследования жесткости
магнитных приспособлений, и плит в частности, в настоящее время
ведутся по двум параллельным направлениям. С одной стороны эти
исследования опираются на все возрастающий поток информации
практических данных по жесткости, полученных при испытаниях
серийно выпускаемых плит. Этот путь, имеющий безусловно практи-
ческое значение, пе в состоянии решить всю проблему жёсткости
магнитной оснастки. Поэтому параллельно проводятся теоретические
314
и экспериментальные исследования, преследующие цель разработки
методики расчета жесткости подобных приспособлений, т. е. такого
пути, с помощью которого можно влиять, предсказывать ожидае-
мый результат. Этот путь длииее и труднее, но зато в перспективе
полностью разрешает поставленные вопросы.
Из числа факторов, оказывающих влияние на точность обработки
деталей, заметное место принадлежит стыку между плитой и столом
станка. Жесткость этого стыка пока не изучена. Исследования,
приведенные в 122, 34], посвящены изучению несколько иных схем
сопряжения деталей станков и лишь в первом приближении могут
быть приняты за основу при изучении жесткости стыка плиты и
стола.
Стык между плитой и столом станка представляет собой сопря-
жение двух элементов технологической системы СПИД. К нему предъ-
является, по существу, одно условие: оно не должно влиять на точ-
ность обработки детали, а если это влияние все-таки имеет место,
то нужно уметь им управлять. Пока эта задача не разрешена. Между
тем предварительные расчеты и практика эксплуатации плит пока-
зывают, что влияние этого стыка на жесткость части системы (при-
способление — стол станка) достаточно ощутимо.
Как известно, расчет стыка предусматривает определения давле-
ния между плитой и столом, а также величины и характера прогиба
сопрягаемых деталей. Эта задача относится к классу контактных
задач теории упругости. Так как конструктивно плита состоит
из нескольких узлов и жесткость ее подсчитать пока пе удается,
то в качестве исходной расчетной модели была выбрана монолитная
плита некоторых размеров с эквивалентной жесткостью. В связи
с тем, что расчет плит на жесткость задача более сложная, чем расчет
балок, то для предварительного теоретического анализа характера
жесткости стыка между плитой и столом была выбрана модель
стыка между балкой и плоскостью 1.
Методы расчета балок и пластин на упругом полупространстве
рассматриваются в специальной литературе [4, 7]. Первоначально
расчеты подобных систем выполнялись исходя из гипотезы Винклера,
согласно которой основание представлялось в виде системы упру-
гих, не связанных между собой пружин. При этом прогиб и осно-
вания связывался с действующим на него давлением р линейной
зависимостью
и (х, у) =
(99)
/<0
где жесткость упругого основания kQ представляет собой давление,
вызывающее в данной точке (х, у} единичный прогиб.
Достоинством данной гипотезы является сравнительная простота
основанных на ней расчетов. Ее недостаток заключается в том,
что давление, приложенное к некоторой площадке основания, вызы-
1 Последующие рассуждения относятся к исследованию жесткости стыка между
магнитной плитой и столом станка.
315
вает прогиб только па этой площадке, тогда как физически ясна,
что и в соседних зонах возникает прогиб, хотя и убывающий при
удалении от места приложения давления. I
Изложенные в литературе методы расчета, не использующие гипо
тезу Винклера, весьма сложны и трудоемки [4]. Кроме того, они
не учитывают микронеровностей сопрягаемых тел и поэтому пригодны
только при сравнительно высоких давлениях, когда влияние обмя
тия неровностей становится незначительным. Поэтому для расче
тов жесткости стыков в машиностроении все же рекомендуется полк
зоваться гипотезой Винклера, определяя эквивалентную жесткое и.
упругого основания экспериментально. В частности, для контакт
пой податливости направляющих стыков экспериментально были
определены значения коэффициентов в зависимости от ширины на
правляющих 122]. В аналитическом виде результаты этих исследи
ваний могут быть выражены формулами: 1
при рсп = 1-нЗ кгс/см2
X = (1 + 0,05Ь)10“4;
при рср > 5 кгс/см2
% = 0,6 (1 + 0,05b) 10’4.
Здесь ширина балки
в см3/кгс.
Отсюда жесткость К-
при рср = 1ч-3 кгс/см2
(направляющей)
b в см,
податливость X
1 / _
X ° 1+0,056’
при рср > 5 кгс/см2
1 / = 10
А~ X 0,6(1 +0,056) ‘
(100)
Для магнитных плит с достаточно большим отношением длины
к ширине / b деформация будет определяться уравнением балки
на упругом основании
EJ‘^i =‘l(x)-p(x) = q(x)-Ku(x), (101)
где q (xj— внешняя нагрузка на плиту; J — bh3/ 12—ее эквива-
лентный момент инерции; и — прогиб плиты (балки).
Уравнение (101) обычно записывается так:
+ 4₽4и = + ? (X), (102)
где
Это уравнение позволяет при заданной нагрузке q (х') опреде-
лить деформацию плиты.
316
Поэтому нагрузку
сосредоточенной и расчетную схему пред-
изображенном '
определения
необходимо ре-
Как известно, магнитная плита крепится к столу станка с помощью
винтов, установленных на краях вдоль ее длины,
па плиту можно считат!
ставить в виде,
па рис. 152. Для
прогибов плиты
шить уравнение (102) при q = 0
и следующих условиях на краях:
1) на левом краю при х = 0 изги-
бающий момент М — EJ
ствует,
V
dr2
а перерезывающая
., (Г'и
Рис. 152. Расчетная схема контактной
жесткости стыка плита — стол станка
отсут-
сила
равна усилию Р\
2) на правом краю можно запи-
сать аналогичные условия, однако проще использовать условия сим-
метрии, согласно которым в середине балки перерезывающая сила
и угол наклона сечения 0=^- равны нулю.
Таким образом, условия на краях балки будут:
и" = 0; и" = ; (103)
при Л' = //2
и' = и"' = 0. (104)
Решение уравнения (102) при условиях (103) и (104) будет иметь
вид 13, 171:
и = С1Уз фх) + С.,у., (рх) + С:,у:, (Рх) + С.,</, (Рх), (105)
где С,, Со, С3 С4—постоянные величины; у„ у.,, у3, уг — функ-
ции Крылова, равные:
yL (У) = ch У cos //; У2 (У) = -г (с11 У sin У + sh У cos У^
Уз (у) = V sh у sin у\ у4 (у) = у (ch у sin у Д- sh у cos у).
£ • *
Производные функции yk имеют следующие значения:
у у' У" и'4
У1 Уг Уз У4 —4Ул У1 Уч Уз —^Уз ^Ух Ух У*2 —^Уч ^Уз —^Уа Ух
317
Из условий (103) и (104) будем иметь уравнения:
С — (). р — р .
Чз —и, с4— ^EJ ,
- 4Q//3 (Р//2) + С2уг $1/2) + С4у3 $1/2) = 0;
- 4С1//2 $1/2) - 4С2//3 $1/2) + С1//1 $1/2) = 0.
Отсюда находим постоянные С4 и С2:
с = ___________У1 ОВД + 4//" ((W/2) Сл _ (£11 z -J- cos г) С|
(|«/2)!/2(|1//2)4-4</3(p/72)7/;(|3/72) 4 ~ (shzTsinz)2 ;
_ </1 (PV2) у« (рг/2) - уг (рг/2) у, (Pi/2) _ (sh z - sin г) С4
2 !/i (PV2) у2 (Р//2) + 4</3 (|i(/2) у4 (Р//2) Ь‘ — (sb г + sin г) 2 ’
(Ю6)
где z—безразмерная (приведенная) длина балки (г = (3/).
Выражение для постоянной Ct преобразуем с учетом уравне-
ния (102) и получим
_ _ 4Р|3 4Pz bz
4 ~ К ~ //< ~ /< ’
рСр = 77— среднее давление под плитой.
и с*
где
В окончательном виде прогиб плиты запишется так:
и(х) = рср^ Фо (?)У1 — ф1(2)//2(гу) -^2zy4^z^
(Ю7)
(Ю8)
где
Фо W = z
ell Z 4- cos Z
sh z sin z ’
Ф1 (^) =
sh z — sin z
sh z sin z
На краях и в середине плиты прогиб определится по формулам:
’сруТг(г);
< Z Z
СП — cos —
(Ю9)
Давление па краях и в середине плиты можно рассчитать по
формулам:
/<и(0) , х
—= РсрФо
С/2) — р fp /^\
/7 гсрт2\^/-
(110)
Таким образом, функции <р0 (г) и (р2 (г) показывают, во сколько
раз давление на краю и в середине плиты отличается от среднего
2Р
давления р = —, Эти функции зависят от безразмерного пара-
318
метра
___at _ 1 .7 * = ±1/ З/K/t п ] п
—I»/—/ I 4EJ \ /г 1 ЕЬ ’ *И1'
эквивалентная толщина магнитной плиты; К—жесткость
основания, определяемая по формуле (100).
На рис. 153 приведены изображения функций (p0 (z); срх (z)
и (p2(z). Из рисунка видно, что для коротких плит (z 1) давление
и прогиб па краю и в сере-
дине плиты почти не отлича-
ются от средних величин. При
большой длине плиты (z >> 1)
давление и прогиб на концах
возрастают (кривая 7), а к
середине уменьшаются (кри-
вая 3).
При z > л функция
'Р? (<?)— кривая 3—стано-
вится отрицательной, т. с.
при таких условиях в сере-
дине пролета возникает от-
рыв плиты от основания и
между ними появляется за-
зор. Так как связь плиты
с основанием односторонняя
(основание не воспринимает
растягивающих усилий), то
в зоне отрыва уравнение (102)
и решение (108) теряют си-
лу. Вместе с тем при нали-
чии отрыва плиты от основа-
ния ее податливость от дей-
Рис. 153. Графическое изображение функций:
/ — Фо (г): 2 — ср, (z); 3 — срг (г)
ствия силы резания существенно возрастает, вследствие чего слу-
чай образования зазора представляет практический интерес.
Рассмотрим задачу изгиба плиты при наличии отрыва в средней
части (рис. 154, я). Пусть х = а—неизвестная точка, в которой
происходит отрыв. Из условия равновесия средней части плиты
следует, что в точке х = а перерезывающая сила равна нулю. По-
этому прогиб крайней части для 0 х а определяется по уравне-
нию
d4u
dx4
4р4н = 0
и условиями на краях:
при х = 0
'I Г\ . 41 *
w = 0; и = -ргг
’ EJ
при х = а
-эт-; «"=о.
FJ
319
на cnpCm„oVn 71НЗГИба'0ЩИ'1 моме,,т’ передаваемый с крайней
среднюю. Отсюда решение уравнения имеет вид:
и (х) — С1у1 (p.r) + С2//2 (p,t) + C4z/4 (Рх).
Из условии па краях плиты находим:
С. =1^.- С - 61 )
С. = _ РР к ЧР2 У, I
Л' 60 к б0 • I
Здесь:
— //з — //2//4 = g- (sh2 а — sin2 а);
= УчУ-л У\Ух = y (sh а ch а — sin а cos а);
~ У1 — У1Уз = (sh2 а -j- sin2 а).
Apiумен । ом функции y/t, (ос) служит a = p<7.
час rn
(114)
I H(. 154. Расчетная схема к определению зоны отрыва плиты от основания
Для ।---
прогиб крайней части равен пулю
средней части, т. е.
определения неизвестных Мо и п запишем, что при х = а
а угол и' (а) равен углу наклона
учетом этого получаем следующие уравнения:
С1У i С-1Уь ^хУх ~ 0;
- 4C1Z/ l + С2//2 + С4,/з = Щ _а \ .
Подставляя в эти уравнения С„ С., и С'„, определенные но фор-
мулам (ИЗ), н обозначая 6.,=//^ + 4/М1 = > (s|lacha+sillacosa)
получаем
з^о — — 4z/464
(20/-Г4а) б0 +
— = + ^2^2 + 460t/4 Р
0 5 г
(115)
320
С учетом зависимостей (ИЗ) и (114) равенство (115) можно пре-
образовать, т. е.
Мо =
sh a sin а Р
4 (р/^Г2а) 26з 0
ch asin а — sh a cos а Р
~~~~ 4б2 Г’
(И6)
Из уравнения (112) после подстановки Мо [формула (116)]
в формулы (113) находится относительная длина зоны контакта
К = рП и Z=p/ = 2a + ^- (117)
При различной длине плит z будут иметь следующие значения:
z!2 . л/2 1,6 1,7 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2
a . * * . . л/2 1,4 1,26 1,119 1,1 1,02 0,96 0,92 0,89 0,86 0,83
При z >> 8 имеем
(118)
Па рис. 155 приведен график для определения длины зоны от-
рыва у = ₽/ — 2a. Он представлен в виде функции у = f (z). Опре-
делив по нему длину зоны отрыва у, момент Л40 определяем по фор-
муле (116) и прогиб в центре плиты по формуле
/ I \ _ Л40 / I Л2 _ _ V2 М«) р =
\ 2 ) ~ 2EJ \ 2 J ' ~ 2Е/рз sh2 a sin2 a
Ул (a)
Знак минус показывает, что прогиб направлен вверх, т. е. между
плитой и столом образуется зазор.
Для примера проведем расчет величины отрыва плиты от осно-
вания (стола), если она имеет размеры b = 50 см, I — 200 см, h =
= 10 см и усилие затяжки Р = 2 тс.
Среднее давление
2Р п л /2
Рч> = ьГ=®'4 кгс/см2.
Жесткость стыка определяем по формуле (100)
К = I°0 05 50 = 14-3’104 КГС/СМ'3-
1 -j— U • UU
Жесткость плиты
EJ = 2.10° 5-%^ = 8,32-109 кгс/см2.
JL Л»
По формуле (102):
₽=/= °'0456
Приведенная (безразмерная) длина плиты z = [3/ = 9,14 > л, так
что в центре между плитой и столом должен быть зазор (ръс. 153).
21 О. Я- Константинов 321
3 г з
По формуле (118) определяем а j/ — = 0,69
сительная длина зоны зазора у z—2а = 9,1 4
Абсолютная длина зоны зазора /l = j-= 170 см.
По формуле (119) максимальный зазор будет:
отсюда отно-
— 1,38 = 7,76.
7,762-9,14-0,055 п , 50
0,963 14,3-104
= — 44-10-4
см = — 44 мкм.
Прогиб на краю плиты (вдавливание) под действием нагрузки Р,
определенный с помощью зависимостей (112), (113), (116), (109),
равен 19 мкм.
Таким образом, если принять рассмотренную модель в качестве
рабочей, то можно сделать следующие выводы.
1. При определенных условиях закрепление плиты на столе
станка с помощью винтов, расположенных на концах вдоль ее про-
Рие. 155. Функция у = f (z) для опреде-
ления длины зоны отрыва плиты от осно-
вания
дольной оси, может привести
к такой схеме деформации,
при которой в середине длины
между илитон и столом обра-
зуется зазор. Этот зазор сни-
жает жесткость части техиоло-
гической системы СПИД и по-
этому влияет на точность обра-
ботки.
2. Зазор в стыке между
плитой и столом станка появ-
ляется только при условии,
если приведенная длина плиты
Z > л..
В реальных расчетных схемах
3. Увеличение усилия затяж-
ки болтов, крепящих плиту,
сверх некоторой нормы приво-
дит к увеличению зазора в стыке
посередине плиты.
можно отметить ряд отличий от
рассмотренной, что, безусловно, отражается па конечных результа-
тах. Исследования показали, что одним из факторов, изменяющих
первоначальную расчетную схему, является вес плиты.
Вес плиты можно рассматривать, как равномерно распределен-
ную нагрузку. При действии равномерно распределенного веса
плиты q к прогибу, определяемому по формуле (112), надо прибавить
слагаемое q!К, Тогда прогиб в центре плиты
где X =
отношение веса плиты к прижимному усилию 2Р.
322
Если % < Ч = — чч (z), то и (//2) < О, т. е. в стыке вблизи
центра плиты возникнет зазор.
Для определения длины зоны Ьтрыва и величины максимального
азора в стыке на участке 0 х а уравнения (112) запишем в сле-
дующем виде:
и (х) — Суу} (Рх) + С2у2 (рх) 4~ С3у3 (рх) Д- Суух (рх) Д- [1 /А (рх)]. (120)
Постоянные Ck определятся из условии:
при х = 0
р
и — 0j и — >
при х = а
/7"_______________________ —_____2_
и ~ EJ ' ~ EJ ’
где Л4 0 и Q— изгибающий момент и перерезывающая сила в сече-
нии х = а (см. рис. 154, б).
Из условия равновесия средней части имеем
Выполнив необходимые преобразования, получаем:
(121)
\ = у2 (a) у3 (а) — У1 (а) у4 (а) = (sli 2 сс -’г sin 2 а);
62 == ух (а) у3 (а) Ц- (а) = у (ch 2 а — COS 2 а);
Рассматривая среднюю часть плиты как балку на дву^ опорах,
нагруженную равномерно распределенной нагрузкой у и моментами
о 1 * 323
па концах Мо, найдем для нее угол наклона сечения на опоре и
прогиб в центре:
U 2g)______q (J 2а)3 п р (п V п \ .
2Е J 24EJ ~~\ ш° 6 ™ / ’
Мо(1 — 2а)2 5 q(l—2a)* у2 / 5у \
8EJ 384 EJ “2 \то~ 24^°)'
Для определения оставшихся неизвестными величин /п0
запишем условия, что в сечении х = а прогиб равен нулю и
наклона средней и_ крайней части равны между собой, т. е.
(122)
(123)
и сс
углы
и (а) — С1У1 (а) Ч- ^2^2 (а) I 4Р0z/4 (а) -{- [1 — уг (а)] — 0.
Подставляя в эти уравнения полученные значения О и f (зави-
симости (122) и (123)], после упрощения, получаем систему уравне-
ний:
(а) — (2уб0 -|- 63) т0
Р0У1 («) — 62т0 = (б0 -|- убх) ,
(124)
где б3 = //, (а) у, (а) + lz/3 (а) </4 (а) = -Г (sh 2 а -|- sin 2 а),
т:
Исключив из равенства (124) /?г0, получаем
У1 (а) - 2тг/4 (а) + [б3 + ? (46О +1) + 7261 + £ 6г] = 0.
(124a)
При заданных значениях г и % по уравнению (124а) определяем
длину зоны контакта а и длину зоны отрыва у = z — 2а, после чего
из равенства Л40 = EJu" и (120) находим изгибающий момент
Л40 = |>ой (а) - (б0 + Г бд) ±
(125)
Подставляя формулу (125) в формулу (124), находим величину
зазора в центре плиты f = рс—ф.
где
гг/4 (а) — (26О + 7бх + -2| 7262) К
(126)
Для иллюстрации влияния веса плиты на величину зазора в стыке
плита — стол стайка рассмотрим пример расчета его по прнведен-
324
пым выше формулам. При расчете примем, что плита имеет сле-
дующие размеры: I = 90 см, b = 40 см, /г = 11 см, вес Q — 340 кг
(расчет приведен в сокращенном виде).
Жесткость плиты определяем по формуле (100)
К ~ 1 + 0,05-40 = 13,3• 104 кгс/см,
относительную (приведенную) длину
г — 90 1/ 13,3.10^12"
42 106-40-113
Принимая усилие затяжки Р — 2 тс, получаем:
= 2Р = 4000 ~
2-2000 , . . »
Рср 40-90 1’ КГС/СМ .
По формулам, определяющим величину отрыва плиты в средней
части с учетом веса, находим
*
/ = 1,1 Ю’4.0,88 = 2,9 мкм.
10 )О
Полученный зазор в три раза меньше, чем в случае расчета, про-
веденного без учета веса плиты. Расчеты показывают также, что
с уменьшением величины затяжки болтов до 1 тс величина отрыва
(зазора) для этой плиты снижается до 1 мкм.
Таким образом, по жесткости плиты могут быть подразделены
на три группы:
1) короткие плиты (z л), у которых в стыке зазор не возникает
практически при любых величинах затяжки болтов;
2) плиты средней длины (л z 9,4), у которых если пара-
метр веса X = GI2P меньше значений Хо = f (г), определенного
по рис. 156, то в середине плиты образуется одна зона отрыва (один
зазор); .
3) плиты большой длины, у которых при А, >> (г) и z > л
или z 9,4 в стыке возникают две зоны отрыва, расположенные
симметрично относительно середины плиты.
В приведенном теоретическом анализе расчетная модель отли-
чалась практически от реальной двумя параметрами: геометрией
стыка и жесткостью плиты. Экспериментальные исследования по-
казали, что геометрические размеры стыка оказывают влияние на
характер распределения нагрузки, а следовательно, и на величину
возникающего зазора между плитой и столом станка. При этом по
мере перехода от модели балки к модели плиты величина зазора не
уменьшается, а схема расчета значительно усложняется, \
325
Жесткость плиты, как это видно из приведенных рассуждении
влияет на величину отрыва в обратной пропорциональности, т. с
с уменьшением се создаются предпосылки для увеличения зазора
в стыке плита — стол станка.
Правда, при значительных раз-
мерах плиты (при большой длине)
уменьшение жесткости ведет к
уменьшению зазора, так как соб-
ственный вес плиты при большой
податливости выравнивает зазор
в большей степени, чем при жест-
ких конструкциях.
Таким образом, приведенные
исследования показали, что необ-
ходимо изменить размещение кре-
пежных винтов на плите. В отли-
чие от принятой схемы, крепежные
винты целесообразнее размещать
или по периметру плиты с шагом
z <Z л, или по продольной оси,
также с шагом z л.
Жесткость стыка определяется также отклонением от плоскост-
ности и шероховатостью сопрягаемых поверхностей. Приведенные
в процессе подготовки проекта нового ГОСТа исследования пока-
зали, что жесткость стыка может быть повышена, если установоч-
ная поверхность плиты будет не шлифованная, а шабренная. При
этом жесткость стыка возрастает примерно в 1,5 раза.
37. УСИЛИЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ МАГНИТНЫХ ПЛИТ
С ОКСИДНО-БАРИЕВЫМН МАГНИТАМИ
Надежность станочного приспособления определяется постоян-
ством развиваемого им усилия закрепления и усилия переключения
приспособления в течение всего периода эксплуатации. Постоян-
ство усилия закрепления на магнитных приспособлениях обеспечи-
вается стабильностью магнитных характеристик магнитов, которые,
как показала многолетняя практика эксплуатации плит па оксидно-
бариевых магнитах, с течением времени не меняются. Анализ прин-
ципа работы и конструкций этих плит позволяет сделать вывод,
что надежность их систем (вне зависимости от конструктивных
особенностей) определяется парой трения между магнитными блоками
и устройством для перемещения магнитного блока. Таким образом,
надежность плит на постоянных оксидно-бариевых магнитах опре-
деляется только механизмом переключения плиты.
Поскльку рекомендаций по выбору пар трения для плит не суще-
ствует, возникла необходимость проведения ускоренных исследова-
ний, позволяющих решить вопрос выбора направляющих и оптималь-
ного зазора между блоками.
326
Для проведения исследований была спроектирована и изготовлена
специальная установка (рис. 157).
Исследуемая плита 1 устнавлнвалась и крепилась па столе 2
установки. Рукоятка переключения заводилась в вилку водила 3.
От электродвигателя 4 через редуктор, кривошипный механизм и
реечную передачу водилу 3 сообщалось качательиое движение.
Угол качания определялся углом переключения рукоятки и на-
страивался кривошипным механизмом. Начальная точка определя-
лась смещением реечного колеса относительно рейки. Скорость пере-
ключения соответствовала скорости переключения, произведенного
Рис. 157. Общин вид стенда для испытания механизма переключения
магнитных плит
вручную (1 цикл за 3 с). На торце рейки был установлен толка-
тель, который в конце каждого цикла передавал импульс через
конечный выключатель на счетчик числа переключений 5.
Качество и состояние направляющих оценивались усилием иа
рукоятке и характером его изменения в процессе эксплуатации.
Измерение усилия переключения производилось периодически —
через 5000 циклов, что соответствует ~1,5 месяцам работы приспо-
собления. Во время исследования вместо рукоятки на приспособле-
нии был установлен специальный стержень-динамометр из стали ХВГ,
по боковым плоскостям которого наклеивались тензодатчики. Для
усиления сигнала датчики соединялись по мостовой схеме. Реги-
страция сигналов производится с помощью осциллографа С19.
Кривые изменения усилия на рукоятке снимались на кальку или
фотографировались.
После 5000 переключений плита снималась и разбиралась.
Замерялся зазор по торцам между блоками и высота прокладок
каждого блока. Высота прокладок замерялась на профилографе Н-83
завода «Калибр». При отсутствии пулевых зазоров между (блоками
327
и удовлетворительном состоянии прокладок (без задиров и забоин)
плита снова собиралась и устанавливалась на стенд. При нулевых
зазорах между блоками или неудовлетворительном состоянии про-
кладок последние заменялись. Каждая пара трения подвергалась
испытанию три раза.
При исследованиях прокладки были изготовлены из наиболее
широкопримепяемых при изготовлении магнитных приспособлений
материалов: латуни Л68, нержавеющей стали 1Х18Н9Т и стира-
крила. Наилучшие результаты показала пара стиракрил—сталь
1Х18Н9Т (рис. 158). После 80 тыс. циклов работы (два года) зна-
чительных изменений в величине зазоров не наблюдалось.
Рис. 158. Изменение зазора между
блоками в зависимости от числа пере-
ключений для пар трения:
Рис. 159. Осциллограммы изме-
нения усилия па рукоятке при
включении и выключении маг-
нитной плиты:
1 — после 10 тыс. переключений;
2 — после СО тыс. переключений
1 — стиракрил — сталь 1Х18Н9Т; 2 —
стиракрил — латунь (Л68); 3 — сталь
1Х18Н9Т — латунь (Л68)
Значительное влияние на стойкость направляющих оказывает
наличие на них канавок глубиной 0,1 мм, расположенных под уг-
лом 20—25 к направлению перемещения. Такие канавки, заполнен-
ные густой смазкой, почти в два раза повышают износостойкость
пары трения.
Характер кривой изменения усилия на рукоятке при переклю-
чении плиты не зависит от зазора между блоками. Абсолютная
величина усилия переключения, как и следовало ожидать, при
уменьшении зазора увеличивается (рис. 159).
Из рисунка видно, что смещение блоков из положения «включено»
в положение «выключено» при достижении определенного усилия
происходит практически мгновенно. Незначительное отклонение
кривой подъема от вертикали объясняется наличием зазоров в устрой-
стве переключения. Это особенно важно для магнитных плит больших
размеров, для которых усилие притяжения нижнего блока к верх-
нему может достигать 1000 кгс и более. В таких приспособлениях при-
ходится применять механизмы переключения с большим передаточ-
ным отношением, что ведет к снижению производительности оснастки.
Возможность прилагать максимальное усилие в короткий промежу-
ток времени позволяет широко использовать в устройствах для
перемещения крупных блоков механизмы с переменными передаточ-
328
ними числами (иекруглые колеса, кулачковые, рычажные меха-
низмы и т. п.) [32].
Проведенные исследования показали обоснованность распро-
странения в последнее время направляющих качение в магнитных
плитах (например, шариковых). Опыт Ленинградского завода поли-
графических машин свидетельствует о том, что несмотря на неко-
торое усложнение и удорожание конструкции приспособления эти
затраты себя окупают. Плиты на шариковых направляющих выдер-
живают более 150,0 тыс. циклов переключений и безотказно рабо-
тают в течение многих лет.
Глава IX
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ
МАГНИТНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
38. КЛАССИФИКАЦИЯ УСТРОЙСТВ И ПРИНАДЛЕЖНОСТЕЙ
К МАГНИТНЫМ ПРИСПОСОБЛЕНИЯМ
Наряду с расширением номенклатуры магнитных приспособле-
ний увеличилось значение других требовании к ним: универсаль-
ности, надежности, экономичности и т. и. В свою очередь, это вызвало
необходимость создания специальных устройств и принадлежностей,
которые расширили бы область применения магнитной оснастки и
тем самым способствовали бы упрочнению их положения в общей
совокупности приспособлений. В настоящее время использование
различного рода дополнительных устройств и принадлежностей
к магнитным приспособлениям стало нормой. По ней определяют
степень оснащенности станка.
Все принадлежности и устройства к магнитным приспособлениям
можно подразделить на две группы: а) собственно принадлежности
и б) дополнительные устройства. Резкой границы между этими
группами нет. К принадлежностям относятся устройства, для кото-
рых характерны простота конструкции, частая применяемость,
простота установки на основном приспособлении (без дополнитель-
ных переделок), к дополнительным устройствам — устройства, ха-
рактеризуемые противоположными свойствами, но также служащие
для расширения возможностей магнитной оснастки.
Принадлежности к магнитным приспособлениям подразделяются
на упоры и переходники (удлинители).
Упоры предназначены в основном для ориентации детали на
приспособлении. Они часто воспринимают на себя сдвигающие или
опрокидывающие усилия. Упоры могут крепиться к приспособле-
нию при помощи болтов и т. д. или удерживаться на них магнит-
ными силами. В качестве примеров упоров можно назвать следую-
щие: продольные и поперечные упоры магнитных плит; плоские
планки и угольники, устанавливаемые на зеркале плиты; централь-
ные пробки на магнитных патронах; угольники к магнитным плитам
для закрепления высоких деталей и т. д. Все упоры, как правило,
изготовляются из ферромагнитных материалов.
Переходники представляют собой устройства, с помощью кото-
рых магнитный поток приспособления удлиняет свой путь, а иногда
и изменяет свое направление, прежде чем достигнуть детали (по-
330
этому их еще называют удлинителями). В отличие от упоров пере-
ходники являются сборными конструкциями.
В практике машиностроения широко известны переходники тина
прямоугольных и угловых призм, кубиков (см. рис. 12), плиток и
г. д. К переходникам следует отнести и сменные адаптерные плиты
к таким видам магнитных приспособлений, как плиты и патроны,
а иногда и призмы (см. п. 4).
Дополнительные устройства к магнитным приспособлениям можно
подразделить на три подгруппы: механические наладки, преобра-
зователи и комбинированные переходники.
Механические наладки к магнитным приспособлениям представ-
ляют собой сочетание специального узла приспособления со спе-
циальными деталями, которые в совокупности друг с другом улуч-
шают одну из основных характеристик приспособления — усилие
закрепления заготовки. В качестве примера на рис. 160 изображен
магнитный патрон с механической наладкой в виде специальной
адаптерной плиты и трех центробежных кулачков, обеспечивающих
дополнительную устойчивость деталей в процессе резания.
Кулачки 2, представляющие собой двуплечий рычаг, свободно
качаются относительно пальца 1, который, в свою очередь, закре-
плен в радиальном пазу специальной адаптерной плиты 3 патрона.
Свободное качание кулачков наряду с жестким соединением пальца
в Т-образном пазу обеспечивается с помощью втулки 6 и шайбы 7.
Малое плечо кулачков представляет собой эксцентрик с насечкой.
При вращении патрона инерционные массы кулачков под действием
центробежной силы создают момент Л4Ц, с помощью которого заго-
товка 5 дополнительно закрепляется. При этом чем больше мо-
мент Мц, тем сильнее сказывается действие кулачков. Кожух 4
удерживает детали иа патроне при возможном их сдвигу
331
Несмотря на то что эта наладка чисто механическая, примене-
ние ее не только не снижает преимущества магнитного патрона,
а, наоборот, — усиливает их.
Преобразователями называются специальные устройства, с по-
мощью которых притяжение некоторого якоря преобразуется в пере-
мещение рабочего органа этого устройства. Последний либо непо-
средственно, либо через промежуточные системы воздействует на
Рис. 161. Преобразователь к магнит-
ной плите
деталь и тем самым закрепляет
ее.
Па рис. 161 в качестве при-
мера приведена конструкция од-
ного из таких преобразователей
Он имеет корпус ), в котором
размещен шток 5, перемещающийся
на небольшую величину в верти-
кальной плоскости. 1\ штоку с по-
мощью винта прикреплен сталь-
ной диск — якорь 4. Он представ-
ляет собой сменную деталь. Изме-
нением диаметра D якоря можно
варьировать силу закрепления
детали. Преобразователь устанав-
ливается па магнитную плиту.
При включении плиты якорь при-
тягивается к зеркалу плиты и это
небольшое перемещение через
двуплечий рычаг 3 передается
толкателю 7. После отключения
плиты возврат толкателя в исход-
ное положение осуществляется
пружиной 6.
Известно, что зазор в значительной степени влияет иа силу
притяжения. Поэтому величина хода якоря в устройстве имеет
постоянную величину. Для того чтобы скомпенсировать влияние
колебания размера детали па силу ее закрепления в устройстве,
предусмотрен компенсатор в виде клина 2, помещенного в паз штока 5
между ним и рычагом 3. Перед закреплением детали клип досылается
сначала вперед до выбора зазора между деталью и прижимом, и
только затем включается плита.
Преобразователь, так же как и большинство дополнительных
устройств, должен быть надежно закреплен на плите. Для этих
целей в корпусе предусмотрены специальные пазы. Он может быть
установлен на плите также с помощью упоров.
На рис. 162 показан комбинированный переходник, относящийся
к третьей подгруппе дополнительных устройств магнитных приспо-
1 Силовой блок механического действия спроектирован инж. В. Г. Семиным па
основе авт. свид. № 249159, выданного О. Я. Константинову, П. А. Пакидову и
Ю. М. Ансерову.
332
соблепий. Этот переходник представляет собой однокоординатное
синусное устройство, состоящее из основного блока поворотного
блока 2, рычага 3 с роликом 4, полочки 5 и фиксирующего винта 6.
Из рисунка видно, что устройство это по существу является пере-
ходником, но довольно сложным по конструкции, и имеет огра-
ниченную область применения.
Благодаря широкому внедрению магнитных приспособлений
в производство (особенно таких как плиты, патроны, призмы) и
расширению номенклатуры принадлежностей и дополнительных
устройств к ним, создались условия для формирования некоторой
системы переналаживаемых магнитных приспособлений (СПМП).
39. СИСТЕМА ПЕРЕНАЛАЖИВАЕМЫХ
МАГНИТНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
Предприятия мелкосерийного и серийного производства часто
не в состоянии внедрить прогрессивные технологические процессы
и производительную технологическую оснастку, так как затраты,
связанные с подготовкой производства, не окупаются в нормативные
сроки малочисленным выпуском продукции. Разработанный в нашей
стране метод групповой обработки деталей позволяет создать усло-
вия, при которых в мелкосерийном и серийном производстве можно
было бы применять организацию производства и его подготовку,
характерные для предприятий с крупносерийным выпуском про-
дукции.
Повышение серийности выпуска (за счет образования групп
деталей) позволяет внедрить и рационально использовать группо-
вую технологическую оснастку. Основными представителями такой
оснастки являются известные групповые приспособления: универ-
333
сально-наладочные (УНП), сборно-разборные (СРП) и универсально-
сборные (УСП).
Недостатками указанных выше систем приспособлений являются
либо их низкая производительность из-за отсутствия механизиро-
ванного привода для закрепления деталей, либо достаточно боль-
шая сложность конструкций, либо определенные недостатки, свя-
занные с использованием сжатого воздуха или гидравлики.
Опыт конструирования и эксплуатации магнитных приспособле-
ний позволяет создать систему переналаживаемых магнитных при-
способлений (СПМП) для обработки деталей по групповому методу.
Основные положения этой системы сформулированы кафедрой тех-
нологии машиностроения ЛПЭИ нм. Тольятти. Разработка СПМП
ведется в настоящее время в творческом содружестве с заводом
Лепполиграфмаш.
Основным достоинством этой системы является быстродействую-
щий автономный привод, так как закрепление деталей осуще-
ствляется либо непосредственно энергией магнитного поля, либо с по-
мощью различных механических устройств, использующих в ка-
честве привода эту энергию (механические силовые блоки, диски
и т. д.).
Данная система позволяет создавать из одних и тех же элемен-
тов приспособления для установки и закрепления деталей па раз-
личных технологических операциях. Таким образом, разрешается
задача преодоления недостатков специальных разборных приспо-
соблений, пригодных только для одной вполне определенной опера-
ции технологического процесса, по завершении которого (для всего
выпуска) последние уже оказыаются непригодными и подлежат
изъятию. Использование данной системы значительно повышает
техническую оснащенность производства, увеличивает гибкость
технологической подготовки производства, особенно серийного, ибо
при применении конструкций деталей однотипного изделия
в приспособлениях подобного типа заменяются только наладочные
элементы.
Система ПМП располагает механизированным приводом, имею-
щим ряд преимуществ перед другими приводами (гидравлическим,
пневматическим): значительное усилие притяжения (до 5—6 кгс/см2
опорной поверхности); автономность действия (отсутствует надоб-
ность в применении компрессоров и других силовых установок,
арматуры, трубопроводов, независимость от наличия источников
тока и пр.); возможность простого и надежного базирования плоских
тонких и мелких по размерам деталей; нсзагроможденность компо-
новок, что создает возможность обработки максимума поверхностей
при одной установке детали; отсутствие остаточного магнетизма
в деталях, снятых с приспособления; высокая жесткость приспо-
собления, обеспечивающая точную обработку деталей.
Возможность простой переналадки, доступной рабочему-ста-
ночнику в случае применения системы ПМП, обеспечивается за счет
наличия базирующих элементов (пазов и отверстий), а также за
счет отсутствия надобности в выверке.
334
Существенным, сточки зрения характеристики системы, является
также и ее широкие технологические возможности. При использо-
вании системы ПМП возможности закрепления в приспособлении
разнообразных деталей практически не ограничены. Энергия маг-
нитного поля может быть использована как непосредственно для
закрепления деталей па рабочей поверхности магнитного устрой-
ства, так и в различных компоновках приспособлений механического
действия. В этом последнем случае магнитная энергия используется
для приведения в действие механизмов, осуществляющих закре-
пление детали.
Структура системы переналаживаемых магнитных приспособле-
ний приведена на рис. 163.
Система переналаживаемых магнитных
приспособленай (СПМП)
Приводные
Базовые
Наладочные
Односекционные
плиты
Адаптер ные
плиты
М агнитного
действия
переходники
М еханического
действия
Д в ухе с к ц и о н ны е
плиты
Сумматоры
Патроны
Мелкополюсные
плиты
Призматические
Круглые столы
Накладные
кондукторные
плиты
Угловые
Синусные плиты
Поворотные
Тиски
Специальные
Силовые блоки
М елкополюсные
Силовые блоки
ручного действия
Силовые блоки
механического
действия
Т иски
Упоры
и прижимы
Специальные
наладки
Рис. 163. Структура системы переналаживаемых магнитных приспособлении
Из рисунка видно, что система состоит из трех групп элемен-
тов: приводных, базовых и наладочных. Первые две группы обычно
обособляются в одном агрегате и в оптимальном случае не снимаются
со станка, а остаются постоянными для всех деталей, обрабатывае-
мых на данном станке. Наладочные элементы заранее изготовлены,
а в случае необходимости изготовляются дополнительно в соот-
ветствии с размерами и конфигурациями обрабатываемых деталей.
Они унифицированы и постоянно хранятся па рабочих местах.
При получении задания на обработку новой партии деталей
рабочий снимает старую наладку, раскладывает применявшиеся
335
в пен наладочные элементы на свои места и в соответствии с картой
наладки производит установку указанных в ней новых элементов.
Приводные элементы составляют основу системы переналажи-
ваемых магнитных приспособлений и представляют собой магнитные
силовые узлы, которые выполняют роль быстродействующего авто-
номного привода. Помимо этого, они позволяют базировать и закре-
плять на них другие элементы системы.
Практика использования Магнитных сил для закрепления дета-
лей при механической обработке выработала ряд типовых конструк-
ций силовых узлов, в которых в качестве источника магнитной
энергии применяются постоянные оксидио-бариевые магниты. Такие
силовые узлы выполняются в виде прямоугольных плит, круглых
столов, патронов, тисков, отдельных силовых блоков и т. п. Заметим,
что номенклатура приводных элементов СПМП должна быть огра-
ничена, так как они сложны по конструкции и сравнительно дороги.
Приводные элементы СПМП по конструкции отличаются от
универсальных магнитных приспособлений наличием усиленных,
иногда специальных упоров, сеткой координатных пазов, штифтов,
гладких отверстий, а также резьбовых отверстий для ориентации
и крепления наладок. В конструкциях приводных элементов часто
предусматривается разделение рабочей поверхности иа две-три
зоны с независимым управлением. Это позволяет осуществлять без-
болтовое закрепление отдельных наладок па приводном элементе,
используя остальные его зоны (секции), либо для закрепления обра-
батываемых деталей, либо в качестве привода наладочных элемен-
тов системы механического действия.
Наладочные элементы делятся па элементы магнитного действия
(магнитные переходники) и механического действия (механические
элементы).
Наладочными элементами магнитного действия являются различ-
ного рода призмы, кубики, угловые и поворотные блоки и т. д.
Они позволяют базировать и закреплять плоские детали под углом
к плоскости стола стайка, базировать и закреплять цилиндрические
детали и детали сложной формы, обладающие ферромагнитными
свойствами. Для закрепления топких, мелких и узких деталей исполь-
зуются наладки, которые изменяют размеры и расположение полю-
сов базового элемента (мелкополюсные).
При проектировании магнитных наладок необходимо учитывать
характеристику приводного магнитного элемента и конструкцию
базового элемента, в комплексе с которым и предполагается их
использовать. Это связано с тем, что конструкция наладки должна
согласовываться с расположением полюсов базового элемента,
а также с необходимостью обеспечения определенного усилия закреп-
ления детали. Расчет и проектирование магнитных переходников
подробно рассмотрены ниже.
Призматические и угловые переходники позволяют закреплять
сравнительно простые по конфигурации детали и имеющие к тому же
достаточную опорную поверхность. Закрепление более сложных по
конфигурации деталей осуществляется с помощью переходников со
336
специальным профилем, соответствующим форме детали, о этом
случае наладочный элемент становится в известной степени специ-
альным, так как используется только для вполне определенной де-
тали. Специальные заготовки переходников-блоков изготовляются
заблаговременно. По мере необходимости их рабочей поверхности
придается форма, необходимая для закрепления той или иной
детали.
Поворотные переходники применяются для обработки наклонных
поверхностей, расположенных под любым углом к базовой. Кон-
струкция одного из таких переходников приведена на рис. 162.
Мелкополюсные переходники применяются для закрепления
мелких и тонких деталей. Конструкции таких переходников доста-
точно разнообразны.
Приводные элементы системы ПМП часто используются как
обычные универсальные приспособления типа плит, патронов и т. д.
В этом случае детали устанавливаются непосредственно па их рабо-
чую поверхность и закрепляются с помощью магнитного поля.
Высокие силовые характеристики этих приспособлений позволяют
использовать их па операциях фрезерования, строгания, точения
и т. д. В таком качестве хорошо зарекомендовали себя конструкции
приводных элементов, устройство и работа которых подробно рас-
сматривается в работах [12, 32 J.
Иногда в рассматриваемой системе применяются приводные
элементы простой конструкции, например, типа элементарной маг-
нитной системы или магнитного блока без отключения магнитного
потока.
Базовые элементы системы ПМП предназначены для конкретиза-
ции технологических задач приспособления из элементов системы.
Иными словами, базовые элементы в определенном смысле специа-
лизируют приспособления путем оптимизации условий установки
и закрепления деталей и наладочных элементов системы.
Конструктивно базовые элементы системы представляют собой
устройства, предназначенные для суммирования (сумматоры), кон-
центрации (концентраторы) и выравнивания (мелкополюсные адап-
терные плиты) магнитного потока, а также для базирования как
деталей, так и наладочных элементов системы.
Исходя из особенностей магнитных приспособлений, базовые
элементы системы в большинстве случаев соединяются в один агре-
гат с приводными элементами. На рис. 13 в виде примера приведен
эскиз типового базового элемента системы — сумматора. Его задача
сводится к преобразованию многополюсной конструкции приве-
денного элемента системы (магнитной плиты) в двухполюсную. На
рабочей поверхности гребенок обычно имеется сетка точных коор-
динатных пазов. По ним на сумматор устанавливаются наладочные
элементы системы, например стальные монолитные призмы, а затем
закрепляются с помощью винтов. Эти элементы не должны соеди-
няться друг с другом непосредственно с тем, чтобы магнитный поток
обязательно прошел через деталь, которая должна выполнять функ-
цию замыкающего звена.
22 О. Я- Константинов 337
Сумматор, так же как и другие базовые элементы СПМП, имеет
установочные штифты, с помощью которых ои точно сориентирован
па приводной плите.
Адаптерные плиты рассматриваются как базовый элемент системы.
Они могут быть обычной конструкции и предназначаться для уве-
личения долговечности приводного элемента, выполняя те же функ-
ции, какие они выполняют в обычных магнитных приспособлениях,
а также расширять пли конкретизировать назначение магнитного
приспособления. В этом плане характерна конструкция мелкополюс-
ной адаптерной плиты.
В системе ПАШ предусматривается использование базовых эле-
ментов, не служащих промежуточным звеном для проведения или
преобразования магнитного потока приводных элементов. В ка-
честве примера такого базового элемента можно назвать накладной
кондуктор. Он имеет немагнитный корпус, который и является
базовым элементом системы. В нем профрезерованы пазы для за-
крепления кондукторных втулок, которые могут менять свое распо-
ложение по радиусу.
Роль приводного элемента в этом приспособлении системы вы-
полняют магнитные блоки, установленные в соответствующих пазах
базовой детали. Благодаря простоте конструкции приводных эле-
ментов все приспособление несложно в изготовлении и дешево.
Отсоединение детали от накладного кондуктора осуществляется
с помощью отжимного винта и последующего снятия вручную.
Наладочные элементы системы предназначены для окончательной
конкретизации функционального назначения приспособления. Эти
элементы служат для базирования обрабатываемых деталей и для
их закрепления.
Помимо наладок типа магнитных переходников, в системе при-
меняются наладочные элементы более простой конфигурации, вы-
полняющие наряду с базовыми функциями роль магнитопроводов.
Механические наладочные элементы предназначены для закреп-
ления деталей из немагнитных материалов, а также деталей из
ферромагнитных материалов с малой опорной поверхностью и слож-
ных конфигураций. Эти элементы можно подразделить на базиру-
ющие и зажимные. К первому виду относятся всевозможные планки,
угольники, а также специальные наладки, обеспечивающие опре-
деленную ориентацию детали относительно режущего инструмента.
Этот вид наладочных элементов на базовом узле системы закреп-
ляется либо с помощью энергии магнитного поля приводного эле-
мента, либо с помощью обычных резьбовых соединений.
Зажимные наладочные элементы подразделяются па элементы,
которые для закрепления деталей используют энергию магнитного
поля приводного узла, а также па элементы ручного действия. В по-
следнем случае энергия магнитного поля приводного узла системы
используется только для временного закрепления зажимного на-
ладочного элемента в определенном месте приспособления. Закреп-
ление же детали производится обычным быстродействующим меха-
н и чес к и м уст р о й ств о м,
338
На рис. 164 представлена наладка тисочного типа. Она состоит
из неподвижной губки 7, подвижной губки 3, расположенной па
основании 6, и быстродействующего эксцентрикового зажима 4
с рукояткой 5. При изменении высоты обрабатываемых деталей 2
под типовые губки 1 и 3 можно положить монолитные блоки 7 и 9.
Соединение этих элементов между собой осуществляется при помощи
винтов.
Вся наладка, состоящая из упорной и закрепляющей частей,
после ориентации на базовой детали системы закрепляется с помощью
магнитного поля приводного элемента 8 на столе станка и не сни-
мается до конца обработки партии деталей.
Преимущество в использовании такой наладки в системе ПЛШ
состоит в том, что она позволяет произвести обработку всех поверх-
ностей детали без снятия основного магнитного узла со станка.
Рис. 165. Шестигранный блок с цанговым зажимом
При’ этом понижается трудоемкость как за счет производительной
обработки больших по площади поверхностей детали при установке
их на магнитной плите (сокращение вспомогательного времени /в,
а также основного, как при работе на многоместном приспособлении),
так и за счет сокращения времени на переустановку приспособлений
при переходе на обработку ребер.
К подобному типу наладок СПМП относится простейшее делитель-
ное устройство (рис. 165). Наладка состоит из шестигранного (четы-
рехгранного) корпуса 7, внутри которого расположена цанга «5.
Деталь 4 закрепляется с помощью гайки 2. Эта наладка позволяет
быстро и точно устанавливать деталь относительно режущего
22* 4 339
Инструмента. Корпус с большими опорными поверхностями А и Б
надежно закрепляется на магнитной плите. Переставляя шести-
гранный корпус на различные грани, можно выполнять делительные
работы. Переналадка осуществляется путем смены цанги. Особен-
ность этой наладки состоит также и в том, что закрепление детали
в цанговом патроне может осуществляться вне станка (в процессе
обработки другой детали на втором комплекте аналогичной наладки).
Таким образом, за счет совмещения вспомогательного времени с ма-
шинным удается заметно сэкономить затраты рабочего времени.
В системе используется ряд наладок, в которых закрепление
деталей осуществляется специальным узлом — преобразователем.
В качестве примера этот тип унифицированных узлов рассмотрен
в предыдущем параграфе (см. рис. 161).
Помимо перечисленных основных групп СПМП включает в себя
еще ряд простых деталей и узлов, предназначенных как для более
удобного использования системы, так и для расширения технологи-
ческих возможностей наладок.
Из приведенной краткой характеристики СПМП видно, что от-
дельные группы приспособлений формируются из уже известных
принадлежностей и устройств к магнитным приспособлениям. Это
создаст дополнительные благоприятные условия для внедрения этой
системы в производство.
Проектированию системы ПМП предшествовала работа по отбору
и классификации деталей. Классификация деталей осуществлялась
в два этапа; на нервом этапе детали классифицировались по кон-
структивно-технологическим признакам, на втором—производи-
лась классификация деталеопераций.
Конечной целью классификации явилось создание технологиче-
ских групп деталей. Окончательными признаками их комплектова-
ния явились общность базировки, установки и закрепления детали
в системе.
Проведенное при классификации обследование значительного
числа деталей различных машин показало, что наибольший удель-
ный вес (как по количеству, так и по трудоемкости) в технологиче-
ском маршруте их обработки составляют фрезерные, строгальные и
сверлильные операции. Для этих операций были созданы типовые
наладки, которые составили основу системы переналаживаемых
магнитных приспособлений.
На рис. 166 в виде примера приведена одна из наладок СПМП.
Здесь в качестве приводного элемента использована двухсекционная
магнитная плита /. Это своего рода базовый магнитный стол, отли-
чающийся от обычной магнитной плиты тем, что имеет две секции,
каждая из которых управляется своей рукояткой 4 и 5, и специальные
упоры 6 и 7. С помощью этих упоров преобразователь 8 ориенти-
руется и закрепляется па зеркале плиты. Базирование детали 3
осуществляется по постоянному продольному упору плиты и смен-
ному базовому упору 2, который в данной наладке представлен
в виде планки. Базовый упор 2 временно закреплен на одной из
секций плиты до окончания обработки всей партии деталей. Схема
340
закрепления детали в Данной наладке аналогична закреплению де-
тали в тисках. Эти работы совершает преобразователь 8 при включе-
нии рабочей секции базовой плиты.
Из рассмотренного примера видно, что перестройка приспособле-
ния на обработку другой разновидности деталей не требует ни боль-
Рис. 1GG. Обпц-ni вид одной из наладок СПМП
ших затрат времени, ни смены базового узла, ни изготовления спе-
циальных деталей. Рассмотренная выше номенклатура входящих
в систему унифицированных элементов позволяет комплектовать
большое число наладок. В технологических картах указывается
номер входящих в наладку элементов системы и приводится схема
их установки на базовом узле.
40. РАСЧЕТ ПЕРЕХОДНИКОВ
К МАГНИТНЫМ ПРИСПОСОБЛЕНИЯМ
Как известно, установка на приспособление переходника изме-
няет его силовую характеристику. В технической литературе прак-
тически отсутствуют рекомендации по определению силы притяже-
ния деталей, установленных на переходники. Поэтому приведенные
ниже исследования имеют практическое значение.
Наиболее распространенным и типовым видом магнитных приспо-
соблений являются плиты. В связи с этим все дальнейшие рассужде-
ния будем проводить о переходниках к этому виду магнитной осна-
стки.
Величина магнитного потока плиты зависит от м. д. с. постоян-
ных магнитов, используемых в плите, или намагничивающей
341
катушки (у электромагнитных плит), магнитного сопротивления пу-
тей, по которым проходит магнитный поток, в том числе магнитного
сопротивления зазора между деталью и плитой, и магнитного сопро-
тивления самой детали. При неизменной м. д. с. постоянного магнита
или электромагнитной катушки с увеличением магнитного сопро-
тивления путей магнитного потока величина его уменьшится, так
как часть м. д. с. будет расходоваться на преодоление потоком этого
магнитного сопротивления. Если положить, что магнитное сопротив-
ление путей магнитного потока у всех магнитных плит имеет одну
определенную величину, то магнитные потоки у плит, отличающихся
м. д. с., будут разные, значит разными будут и усилия закрепления
деталей. Таким образом, магнитный поток Ф является функцией
м. д. с. Е, т. е. Ф = f (Е).
Переходники для магнитных плит всегда представляют проме-
жуточное звено между деталью и магнитной плитой. Для одной
и той же магнитной плиты можно сделать несколько переходников.
Тогда одна и та же плита в зависимости от переходника и закрепляе-
мой детали, имея постоянную м. д. с., будет иметь разное магнитное
сопротивление путей потока и, следовательно, разный рабочий ма-
гнитный поток. В этом случае для одинаковых плит магнитный по-
ток является функцией магнитного сопротивления путей потока, т. е.
ф = / (/?и).
При проектировании наладок к магнитным плитам приходится
решать ряд задач, в том числе основную: определять силу, с которой
деталь будет удерживаться на наладке. Поскольку сила притяже-
ния детали зависит от магнитного потока, а он в свою очередь от
магнитного сопротивления системы, то для решения этой задачи
нужно знать, как изменяется магнитный поток плиты в зависимости
от внешнего сопротивления цепи. Эту функцию мы будем называть
характеристикой магнитно й плит ы и выражать
графически в виде Ф = [ (RM). Характеристика плиты в се паспорте
не указывается. Поэтому функция Ф = [ (RM) должна быть полу-
чена экспериментальным путем.
Как правило, магнитные плиты представляют собой блоки па-
раллельно работающих элементарных магнитных систем. Принци-
пиально электрическая схема замещения для элементарной системы
с переходником может быть представлена так, как это изображено
на рис. 167, а. Здесь Фо— полный поток, который обеспечивается
постоянным магнитом в данных условиях; Ф± — поток, проходящий
по стальным магнитопроводам плиты; Фу — поток утечки внутри
плиты; Фб — поток, поступающий в магнитный переходник.
При рассмотрении работы магнитной плиты вместе с переходни-
ком магнитную цепь условно можно разделить на две части. Одна
часть магнитной цепи, находящаяся ниже штриховой линии 1—2,
может быть названа постоянной. В практических условиях эта ли-
ния проходит в плоскости зеркала магнитной плиты. Таким образом,
постоянную часть магнитной цепи будут характеризовать элементы
элементарной магнитной системы плиты (см. магнит, полюсники,
технологические и конструкторские зазоры и т. д.). Элементы ма-
342
гнитпого переходника и деталь будут характеризовать вторую часть
магнитной цепи, условно названную переменной. На самом деле,
на одну и ту же магнитную плиту могут быть установлены переход-
ники различных типов и размеров, с различными деталями, изго-
товленными из разных материалов. Поэтому наибольшее влияние
на сопротивление магнитной цепи будет оказывать именно перемен-
ная ее часть, т. е. переходник с деталью.
Эквивалентную электрическую схему замещения, представленную
на рпс. 617, а, можно упростить и
представить в виде, показанном
Рис. 167. Эквивалентная
электрическая схема заме-
щения элементарной системы
магнитной плиты с переход-
ником: а—полная; б —
упрощенная
на рис. 167, б. Нетрудно доказать, что при изменении магнитного
сопротивления переходника Rn будет изменяться и магнитное со-
противление всей цепи и, следовательно, полный поток Фо. Раз-
умеется, необходимо иметь в виду, что с изменением потока Фо
будет изменяться и поток Ф1Э что приведет в свою очередь к изме-
нению сопротивления R^ Отсюда следует, что сопротивление первой,
постоянной, части магнитной цепи не остается неизменным.
Если заменить и Gy некоторым эквивалентным сопротивле-
нием 7?]э, то, применяя для цепи закон Ома, получим
F = ФЛ + ФЛЭ. (127)
Значения F и Фб должны быть измерены на плите, для которой
проектируется переходник.
Эквивалентное сопротивление Ri3 можно понимать как вну-
треннее сопротивление магнитной плиты. Его можно получить рас-
четным путем. Сопротивление Rn в нужных пределах можно ими-
тировать зазором, который легко создать между плитой и стальной
деталью. Зазоры можно создать любым немагнитным материалом
(бумага, латунная или алюминиевая фольга). Величину зазора нужно
изменять дискретно от 0,05 мм до 0,7 мм (через 0,05 мм). В резуль-
тате можно построить функцию Фб = f (Rn) в достаточных для рас-
чета любого переходника пределах.
Для проведения указанных измерений необходимо иметь милли-
веберметр (например, Ml 19), магнитный потенциалометр (пояс
Роговского) и стальную деталь, от размеров которой зависят раз-
Рис 1С8. Схема установки детали при снятии характеристики плиты:
а — общий вид; б — размеры будущего переходника
меры будущего переходника. Пояс Роговского может быть изготов-
лен собственными силами [12].
На рис. 168, а показана схема установки, на которой можно
провести эксперимент по снятию характеристики плиты. Размеры
и форма опорной поверхности детали / выбираются по параметрам а
(длина) и b (ширина) будущего переходника (рис. 168, б). Высота
детали It должна быть равна примерно толщине будущей детали,
которую предполагается закрепить па переходнике. В детали проре-
заются две канавки размером примерно 0,5 X 1,0 мм, так чтобы
образовавшаяся между ними площадка размером S = Ьс перекрыла
один из полюсииков плиты 2 (рис. 168, а). Вокруг площадки X про-
водом марки ПЛШО наматывается измерительная катушка. Пере-
плетенные концы измерительной катушки подсоединяются к милли-
веберметрудля определения потокаФб. Падением, д. с. определяется
поясом Роговского, наконечники которого подводятся к точкам
плиты 3 и •/, которые соответствуют полюсам разной полярности.
Зазор 6 создается с помощью мерных прокладок и изменяется ди-
скретно. Для каждой величины зазора производятся измерения ве-
личии Фб и F. По результатам экспериментов строится зависимость
Фб = f (Л (кривая / рис. 169). Она и является характеристикой
344
Рис. 169. Графический расчет пере-
ходника
Плиты, которая может быть использована Для многих расчетов,
в том числе и для расчета магнитных переходников.
В отличие от условий эксперимента при снятии характеристики
Ч = f (F) магнитный переходник представляет собой более слож-
ную магнитную систему, чем деталь и искусственно создаваемый
зазор. Поэтому в работе по притяжению детали, установленной
на переходнике, принимает участие только часть потока Фб. Неко-
торая его величина рассеивается в соответствии с законом магнитной
цепи. Так, например, из-за наличия потока утечки в самом пере-
ходнике Фуп (см. рис. 167, а) к рабочему зазору между деталью
и переходником подойдет поток
Фр = Фб — Фуп. Поэтому, чтобы вос-
пользоваться для расчетов получен-
ной характеристикой Ф6 = f (F),
нужно построить кривую намагни-
чивания 2 переходника (рис. 169).
Точка М пересечения этой кривой
с экспериментальной функцией Фб —
= f (F) определит поток Ф6 между
данной плитой и данным переход-
н и ком.
Как известно, для построения
кривой намагничивания переход-
ника необходимо знать его размеры.
Последовательно задаваясь произ-
вольным потоком Фбр входящим в
него, по известной методике можно
определить падение м. д. с. между
точками 1 и 2 (см. рис. 167) и распре-
деление потока Фб/ по ветвям (т. е.
нить, что ввиду невозможности сразу же правильно распреде-
лить ноток Фб£ по ветвям цепи переходника, расчет ведется мето-
дом последовательного приближения (см. п. 27).
Для предварительных расчетов размеры переходника выбираются
из технологических и конструктивных соображений (рис. 168, б).
Высота h должна быть наименьшей исходя из назначения переход-
ника. Размеры а и b также зависят от назначения переходника, но
при этом нужно учесть, что от размера b зависит величина потока
в нем. Поэтому ширина переходника b на первом этапе расчетов
должна быть не меньше (0,4 4- 0,5) Ьп. В процессе проектирования
этот размер можно будет изменить, согласуй с результатами пред-
варительного расчета.
Толщину стальных полюсииков переходника аст нужно согла-
совать с размером с — шириной полюсов плиты. В случае, если
толщина закрепляемой детали не лимитирует этот размер, то ост с.
Если толщина детали меньше ширины полюсииков с, то к выбору
пст можно подойти двумя путями-. В том случае, когда высота
детали h мало отличается от с (h 0,5с), толщину полюсииков
345
Ф„. и Ф., Л. Следует на пом-
Переходника нужно оставить равной с, а увеличение силы притяжения
детали получить путем заужеиия полюсников переходника в пло-
скости рабочего зазора (с этой целью на рабочей поверхности пере-
ходника фрезеруется сетка неглубоких канавок). Если ft < 0,5с <
3 мм, то иногда делают переходники в виде пакета тонких пластин
(с чередованием материалов: железо, алюминий пли латунь). В этом
случае при расчете проводимости переходника толщину магнито-
провода определяют как tzCT = S aCTi в пределах размера с.
Толщина немагнитных пластин определяется после того, как
будет выбрана толщина аст. Переходник работает лучше, если его
стальные пластины не шунтируют полюсы плиты.
Задавшись размерами переходника, можно построить кривую
его намагничивания 2 (рис. 169) и найти точку пересечения М с кри-
вой 1 — характеристикой данной плиты. Так же как и в случае
расчета системы с постоянным магнитом (см. и. 46), пет необходимо-
сти строить всю кривую. Сначала нужно задаться некоторым про-
извольным потоком Фе, находящимся в зоне изменения потока ДФ
при снятии характеристики плиты, и найти точку Л1Р Затем в за-
висимости от ее расположения относительно кривой 1 задаться
другим значением потока Ф£ и найти точку Л42. Число необходимых
повторений расчетов с различными значениями потоков Ф4- зависит
от кривизны участка кривой намагничивания. В результате опре-
деляется точка пересечения кривых 1 и 2 — точка 7И, а по ней и ра-
бочий поток Фр (на рисунке точки F, F± и Е2 — абсциссы кривой
намагничивания 2).
Расчет кривой намагничивания переходника связан с расчетом
его магнитной проводимости. Из-за большого разнообразия всевоз-
можных конструкций магнитных переходников не представляется
возможным дать ряд универсальных формул для расчета их магнит-
ных проводимостей. Магнитные проводимости зазоров и других
участков пути магнитного потока зависят от конфигурации послед-
них, а конфигурации будут так же разнообразны, как и конструкции
переходников. В литературе по расчету магнитных цепей расчет
магнитных проводимостей для таких условий не приведен. Поэтому
рассмотренные ниже рекомендации по расчету будут полезны прак-
тическим работникам. Для некоторого упрощения в табл. 21 при-
ведены основные формулы для расчета элементов магнитной цепи
переходников: прямоугольной призмы по рис. 168, б и опорной призмы
по рис. 170.
Для определения магнитного сопротивления зазора R& между
деталью (валиком) и опорной призмой формулы нет. В процессе про-
изведенных исследований на основе построения картины поля такая
формула была выведена (табл. 21). Однако следует отметить,
что формулы, включенные в табл. 21, дают возможность рассчитать
лишь геометрическую проводимость. Вопрос о том, как учесть изме-
нения магнитного потенциала на поверхности стали, ограничивающей
зазор, пока не решен. Это, однако, не препятствует применению
приведенной методики для расчета переходников с достаточной
346
Таблица 21. Формулы для расчета элементов
магнитной цепи переходников
Определяе-
мая
величина
Расчетные формулы для расчета переходника типа
прямоугольной призмы „
по рис. 168, б опорной призмы по рис. 170
£ст\ Л(26—М) + 0,2б (2Л + ь _ +
/ 2ан
Нст2 (^ст2)
2ФР
^ст (2сх -|- Ь)
1
где Gq = aCTD 29,52 + 3,495 X
ч / 0,68690 —с"
Х Vg 0,08820 +
Л4 — 0,713Ю\-|
+ g 0,08820 Л
2 (О-н Ч- ^ст)
Рд — f (Вр)
2Фр
лО2-
П р н м е ч а II и е. См. также эквивалентную схему замещения по рис. 167, а.
347
для практики точностью. Формула для расчета сопротивления стали
у переходника типа опорной призмы (рис. 170) не учитывает действи-
тельного распределения плотности магнитного потока в магнито-
проводе на этом участке. Между тем исследования показали, что
по сечению полюсника плотность магнитного потока колеблется
в достаточно широких пределах. Так, например, если в месте кон-
такта валика с призмой плотность принята за 100 единиц, то в точке 1
она составляет 40, а в точке 2 — 8. Заметно она изменяется и вдоль
линии 1—3. Так, если в точках 1 и 3 она находится иа уровне 40—
35 единиц, то в районе точки 5 ее значение поднимается до 75—78
единиц (в точке / плотность около 50 единиц). Используя определен-
ную методику эксперимента, можно построить картину поля по сече-
Рнс. 170. Эскиз опорной призмы и действующих на валик
магнитных сил
нию магиитопровода, ио она не постоянная и зависит от многих
факторов (диаметра валика, размеров призмы). Поэтому предста-
вить сопротивление полюсника опорной призмы в аналитическом
виде пока не удалось. Для более точных расчетов можно ракомендо-
вать метод разделения магнитопровода на трубки, который был
использован при расчетах электромагнитных плит.
Расчет силы притяжения плоской детали к прямоугольной призме
несложен и после определения величины рабочего потока осуще-
ствляется по уже известной формуле. Сила закрепления валика
на магнитном переходнике может быть подсчитана иа основании
следующих соображений.
Тяговая сила магнитного поля может быть определена по формуле
(128)
При расчете по этой формуле нужно совместить поверхности
интегрирования с наружной поверхностью детали. Подынтегральное
выражение в ней является вектором. Результирующая сила, опре-
деляемая по формуле (128), является геометрической суммой сил,
действующих на элементарные площадки детали. Если вектор индук-
ции В везде нормален к поверхности интегрирования, то (Bri) =
348
= В2п и формула (128) упрощается до вида
Q = X-<£&ndS
или в нерационализпрованной системе до вида
В2'1 dS
(129)
Элементарная (нормальная к поверхности детали) сила q, дей-
ствующая на единичную площадку, в пределах которой магнитная
индукция В = const, определяется по формуле
В2
q = ъ---•
' 8лр0
(130)
Для магнитного потока, проходящего через любую часть зазора
справедливы равенства: Ф = J В dS и Ф — FG.
Из них имеем:
и </Ф = F dG.
aS
Тогда
dS '
(131)
Так как dS — аст dx (х — координата вдоль наклонной пло-
скости призмы), то для силы, действующей па некоторую площадь,
перпендикулярную направлению магнитного потока, можно напи-
сать
F2
8лр0
(132)
проводимость элементарной магнитной трубки;
dG acrg
где -т— = —
dx 2
х — координата.
При решении
установлено, что
> 0,0797) g = х^О,01647) ‘
Схема действия сил притяжения валика к переходнику показана
на рис. 170. Здесь необходимо иметь в виду особенность притяжения
валика к такому переходнику, которая состоит в том, что магнитный
поток не пересекает центральную вертикальную ось,
вдоль валика от северного к южному полюснпку’в двух местах:
по линиям контакта детали с опорной призмой. Следовательно,
действие силы Q симметрично относительно центральной вертикаль-
ной оси.
задачи о магнитной проводимости зазора было
при х 0,0797) g = 333—37127)-1х; при х >
1,51787)
а проходит
349
Подставляя в равенство (132) значение производной, получаем
выражение для составляющей силы
(?, =«4- [
8ли0 J 4
о
Вынося за знак интеграла величины, независящие от х, а
полагая, что F не изменяется вдоль координаты
(133)
также
получим:
0,0790
ст
981-Ю3-32л
Решив это уравнение окончательно
3712£>-’л-1)Л1+ J
0,0790
получим
2,3£>
xt —0,0164Е>
Xi —0.0164D
(134)
О
По аналогии с изложенным для Q2
зависимость с разницей по координате
Отсюда
можно получить такую же
(вместо Xj подставить х2).
Подставив в формулу (134) значения xt и .v2, выраженные через
размеры переходника с углом а = 90 , получим
= 21446,6- 10-8F2DoCT
20,658- 10"8F2£>4t
1 ?364D — 2c"
odo-io °r~u^acr
2Л4“С364£
(135)
Суммарная нормальная сила притяжения к призме определится
как
Qs = 2Qi-2 cos 45° = l,414Qi_2. (136)
Таким образом, по формулам (135) и (136) можно рассчитать
нормальную силу притяжения валика к переходнику, приходящуюся
на каждую пару его полюсииков. При расчете силы можно считать,
что
О,6ФР
6
(137)
Расчет магнитного переходника так же трудоемок, как и расчет
магнитной системы, поэтому анализ конструкций переходников осу-
ществлялся с использованием ЭВМ. Он показал, в частности, что за-
висимость рабочего потока от толщины полюсииков переходника
является экстремальной. С достаточной для практических целей
точностью можно принять, что наибольший поток в переходнике
будет при аст = 1,2с. В свою очередь, увеличение толщины полюснн-
ков переходника, с одной стороны, ведет к уменьшению индукции
350
в рабочем зазоре, с другой,— к возможности шунтирования полюсов
приспособления и, как следствие, к ухудшению или даже отказу
в работе. Поэтому увеличение толщины стали полюсииков пере-
ходника па 2О°о можно допустить только на приспособлениях с не-
магнитной адаптерной плитой. Силу притяжения можно повысить
за счет заужения полюсов переходника в рабочем зазоре. Применение
переходников с толщиной стальных пластин пст <С с всегда приводит
к снижению силы в рабочем зазоре.
41. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕЛКОПОЛЮСНЫХ АДАПТЕРНЫХ ПЛИТ
Одной из проблем машине- и приборостроения является закреп-
ление мелких и топких деталей при механической обработке. Исполь-
зуемые в настоящее время для закрепления мелких деталей способы
замораживания, приклеивания или установки в кассеты обладают
рядом недостатков, к числу которых можно отнести невозможность
обеспечения высокой точности (особенно на финишных операциях),
Рис. 171. Наборная адаптерная плита
потребность в дополнительных устройствах (холодильные установки)
и материалах (клеющие составы и растворители), вредность и,
наконец, ограниченная применяемость.
Применение для этих целей обычных магнитных и электромагнит-
ных приспособлений сдерживается тем, что большинство из них
в своей -основе имеют достаточно крупные элементарные системы,
пе позволяющие крепить мелкие детали. В свою очередь, разработка
магнитных приспособлений с мелкими системами сдерживается тех-
нологическими трудностями. По этим причинам решение задачи
закрепления мелких деталей идет по пути создания специальных
адаптерных плит и переходников, работающих по принципу диспер-
сирования (рассеивание) магнитного потока. Этот принцип можно
объяснить по рис. 171, на котором показана наборная адаптерная
плита, установленная на силовой блок обычной электромагнитной
плиты. Такая адаптерная плита состоит из стальных пластин 2,
разделенных немагнитными прокладками 3.
351
Магнитный поток в адаптерной плите может идти по двум направ-
лениям: направление прохождения потока а— b—с по адаптерной
плите; первое направление имеет место потому, что проводимость
этого пути достаточно велика из-за сравнительно небольшой тол-
щины немагнитных прокладок 3. Поток Ф2 не подходит к детали 1
и поэтому он относится к потоку утечки. Поток Фх проходит по пути
а—а"—а”'—с. Преодолевая сопротивление части немагнитных про-
кладок, он подходит к детали 1 по стальным магиитопроводам и рас-
сеивается ими па потоки Ф], Ф'{; Ф? и т. д., зависящие от того,
Рис. 172. Общий вид узлов, входящих в установку [для исследова-
ния мелкополюсных адаптерных плит
сколько стальных пластин перекрываег деталь. При этом, по-види-
мому, Ф1 >Ф! а Фг Ф2 = Ф.
Усилие притяжения деталей на таких адаптерных плитах и
переходниках зависит от многих факторов. Прежде всего от толщины
стальных пластин и немагнитных прокладок, величины м. д. с.
источника питания (т. е. электромагнитных катушек или постоянных
магнитов), толщины полюсников снлого блока, высоты адаптерной
плиты, месторасположения детали относительно элементов силового
блока и т. д. Как и для всех магнитных приспособлений, сила при-
тяжения деталей на таких адаптерных плитах может быть подсчитана,
однако многочисленность факторов, влияющих на нее, делают эту
задачу чрезвычайно трудной. Поэтому наиболее приемлемым ва-
риантом решения такой задачи является экспериментальное иссле-
дование.
Экспериментальное исследование мелкополюсных адаптерных
плит проводилось на макетах, состоящих из переналаживаемого си-
лового блока (рис. 172) и наборных адаптерных плит. Силовой блок
состоял из основания и ряда сердечников с электромагнитными ка-
тушками. Длина сердечников не менялась, ширина же изменялась
в определенных пределах. Соответственно ширине сердечников
352
изготовлялись электромагнитные катушки. Адаптерные плиты со-
бирались в виде наборных блоков, состоящих из чередующихся
стальных и алюминиевых пластин. Каждый блок отличался от дру-
гого толщиной стальных и немагнитных пластин.
Цель эксперимента состояла в выявлении наилучшего соотноше-
ния между толщинами стальных и немагнитных пластин в адаптер-
ной плите, расстояния между иолюсниками силового блока, а также
ширины полюсников, обеспечивающих наибольшую силу закрепле-
ния мелких деталей. В качестве деталей были выбраны диски диа-
метром от 25 до 10 мм.
На рис. 173 приведены некоторые точечные диаграммы изменения
усилия притяжения образца диаметром 10 мм, полученные в резуль-
Рис. 173. Точечная диаграмма изменения силы притяжения
детали диаметром 10 мм на плитах разной конструкции
тате проведенных исследований (толщина полюсников силового
блока асг = 15 мм — const, расстояние между полюсниками сило-
вого блока t = 75 мм = const, плита деталями не загружалась).
Из рисунка видно, что практически при любых ссотно нениях тол-
щин стальных и немагнитных пластин адаптерной плиты деталь
диаметром 10 мм надежно удерживается на приспособлении в любом
месте с силой не меньшей чем 3,5 кгс/см2. Однако разные по конструк-
ции. адаптерные плиты по-разному удерживают деталь. Кривая 1
характеризует изменение силы на плите, которая собрана из сталь-
ных пластин толщиной 4 мм и немагнитных пластин толщиной 1 мм.
Эта адаптерная плита имеет большую пятнистость, т. е. сила при-
тяжения колеблется от 5 до 9,6 и снова до — 4,5 кге см2. Видимо
с неудачным соотношением между толщиной стальных и немагнитных
пластин (сталь — 3 мм, алюминий — 2 мм) нужно считать адаптер-
ную плиту, которая характеризуется кривой 4. Она имеет наимень-
шую силу притяжения (около 3,5 кге см2). Кривая 3 характеризует
изменения силы на плите, собранной из пластин одинаковой
толщины (2 и 2 мм). И, наконец, лучшие показатели имеет плита,
23 О. Я- Константинов 353
характеризуемая кривой 2. В ней толщина стальных пластин была
равна 1 мм, а толщина немагнитных пластин — 0,5 мм.
Дальнейшие исследования подтвердили, что соотношение между
толщинами стали и немагнитных прокладок, равное 2, является
оптимальным. Практически такие же результаты можно получить
и при толщине пластин соответственно 2 и 1 мм. Однако дальнейшее
увеличение толщины пластин начинает отражаться на равномерности
силы притяжения детали в пределах цст Ь atl.
На рис. 174 показано изменение среднеарифметической силы
притяжения детали Qcp в зависимости от расстояния между иолюс-
никами силового блока t при яст = const. Из рисунка видно, что
с увеличением / сила падает. Причем для некоторых соотношений
между толщинами стальной и
Q_cp’Krc немагнитной пластин в адап-
терной плите после достиже-
ния некоторого значения t
изменение силы происходит
медленно (обозначение кри-
Рис. 174. Влияние шага полюсов силового
блока на среднюю силу притяжения деталей,
установленных па мелкополюсных адаптерах
вых /—3 см. рис. 173).
В результате проведен-
ных исследований наборных
адаптерных плит удалось
установить, что в целом
такие плиты можно рассма-
тривать как анизотропные
магнитопроводы, у которых
проводимость в направлении
осн у больше, чем в направ-
лении оси х (см. рис. 171).
адаптерной плиты в сочетании
В свою очередь, эта особенность
с наиболее возможным вариантом конструкции силового блока создает
неодинаковые условия закрепления деталей на зеркале. В зонах А,
расположенных над полюсиикамп силового блока, создаются «про-
валы» по силе, особенно при закреплении мелких деталей (d 10 мм),
что можно объяснить следующими причинами.
Как известно, магнитный поток пропорционален проводимости
(ф — FG). При установке детали на плите в позиции А путь рабочего
потока будет определяться участками а—а'—b—с. Путь потока
утечки пройдет по участкам а—b—с. Нетрудно доказать, что, во-
первых, проводимость пути а—b выше, чем проводимость пути а—
а'—b (Ga_b 2>Ga_d_b)\ во-вторых, падение м. д. с. на участке а—b
равна падению м. д. с. на участке а—а'—Ь. Отсюда рабочий поток
всегда меньше потока утечки (для рассматриваемого случая). Иссле-
дования показывают, что разница в указанных потоках определяется
в основном размером закрепляемой детали и толщиной стали полюсни-
ков. Для снижения пятнистости на плите рекомендуется производить
заужение полюсников силового блока по схеме, показанной на рис. 171.
В реальных условиях на магнитной плите закрепляют партию
деталей, которые перекрывают все зеркало. В этих условиях у си-
354
Лие закрепления деталей снижается. Степень уменьшения усилия
притяжения зависит от размеров закрепляемых деталей. Так, на-
пример, при закреплении деталей диаметром 10 мм усилие закрепле-
Таблица 22. Результаты
математической обработки
экспериментальных данных
Параметр Плита Плита Пл ИТ Л
I 2 3
Среднестатистическое значение отрывного 4,9 4,75 4,56
усилия Qcp в кгс/см2 Дисперсия распреде- ления S2 3,12 1,72 1,53
Среднеквадратиче- ское отклонение S 1,76 1,31 1,23
Коэффициент вариа- ции Ц7 в % 36 27,5 27,0
Рис. 175. Сравнительные точечные диаграммы мелкополюсных
круглых электромагнитных плит:
1 — плита фирмы «Фавретто» (Италия); 2 — плита конструкции
Ленинградского завода-втуза; 3 — плита к станку 3740
нпя снижается примерно на ЗО°о по сравнению с силой, которая
действует на одиночную деталь. При закреплении деталей диаме-
тром 25 мм сила притяжения уменьшается примерно на 40—45%.
При закреплении более мел-
ких деталей (d <С 10 мм) сила Таблица 22. Результаты
4 ’ математической обработки
изменяется мало. экспериментальных данных
Практическим резульга- __________________________________________
ТОМ Проведенных псследова- Плита Плита Плит-.
НИЙ ЯВИЛОСЬ создание ряда Параметр I 2 3
отечественных мелкоиолюс- • .............
ПЫХ ПЛИТ, работающих ПО Среднестатистическое 4,9 4,75 4,56
принципу диспергирования значение отрывного
магнитного потока. К числу усилия Qcp в кгс/см-
ИХ ОТНОСИТСЯ круглая Элек- Дисперсия распреде- 3,12 1,72 1,53
тромагнитпая плита ди а- ления S-
метром 400 ММ. У ЭТОЙ плиты Среднеквадратиче- 1,76 1,31 1,23
адаптер выполнен в виде спи- ское отклонение S
ралп, состоящей ИЗ стальной Коэффициент вариа- 36 27,5 27,0
и латунной лент, навитых ции 117 в /Ь
вместе на центральное коль- ’
цо. Толщина стальной ленты равна 1 мм, латунной — 0,5 мм. Для
жесткости спираль запрессована в наружное кольцо и прошти р-
тована. При навивке адаптера одновременно осуществлялось про-
клеивание эпоксидной смолой. Толщина адаптера 25 мм.
Для оценки уровня технических характеристик вновь созданной
плиты они были сравнены с такими же показателями уже имеющихся
приспособлений такого же назначения. На рис. 175 показаны точеч-
23*
355
ные диаграммы изменения усилия притяжения деталей диаметром
10 мм вдоль радиуса плиты при полной ее загрузке: 1 — плита италь-
янской фирмы «Фавретто» (плита /); 2 — новая плита конструкции
Ленинградского завода-втуза (плита 2)\ 3 — плита Липецкого станко-
строительного завода к станку ЗБ740 (плита 3). Из рисунка видно,
что все плиты имеют примерно равное и находящееся в пределах
4,8 кгс/см2 среднее значение удельной силы притяжения. Однако
плита . 1ипецкого завода и итальянская имеют в некоторых точках
низкую силу притяжения (2,7—2,8 кгс/см2). Можно отметить и
достаточно большую пятнистость на этих плитах. Все эти выводы
подтверждаются результатами математической обработки экспери-
ментальных данных, приведенных в табл. 22.
Все это позволяет сделать вывод, что новая плита (плита 2) имеет
более высокие показатели, чем две другие. Следует отметить также,
что на этой плите надежно закрепляются и более мелкие детали
(диаметром до 5—6 мм), в то время как на других обследованных
плитах того сделать нельзя.
Но принципу наборных плит могут быть изготовлены переход-
ники и к обычным плитам. В отличие от конструкций, рассмотренных
в предыдущем параграфе, дисперсионные переходники пе должны
быть высокими (Н 30 мм). Их можно устанавливать па любые
плиты (прямоугольные) и применять для закрепления мелких де-
талей. Вместе с тем следует отметить, что лучшие результаты по
силе закрепления мелких деталей на магнитных плитах можно до-
стигнуть на специальных мелкополюсных переходниках, конструк-
ции которых рассмотрены в работах 112, 32].
Приложение 1
Экспериментальные данные для построения кривых намагничивания
наиболее распространенных ферромагнитных материалов
Напри женность и а м а гн и чи в а юхцего Магнитная индукция В,в Т для материалов (сталей и чугунов) 9 2 марок
поля; Н в А/м То 15 20 30 40 15 50 20 X •чСт. 3
200 0,09 0,06 0,09 0,05 0,02 0,015 0,065 0,2
500 0,535 0,46 0,5 0,49 0,3 0,072 0,07 0,34 0,85
1 000 1,11 0,96 0,975 0,95 0,81 0,39 0,272 0,86 1,22
1 500 1,25 1,185 1,24 1,165 1,07 0,67 0,56 1,1 1,35
2 000 1,36 1,32 1,38 1,29 1,22 0,67 0,775 1,25 1,4
2 500 1,445 1,41 1,43 1,38 1,32 1,0 0,91 1,36 1,47
3 000 1,49 1,465 1,515 1,445 1,395 1,105 1,02 1,42 1,51
4 000 1,575 1,55 1,585 1,53 1,475 1,355 1,175 1,52 1,57
5 000 1,635 1,61 1,630 1,58 1,56 1,440 1,29 1,6 1,62
7 500 1,71 1,68 в 1,725 1,68 1,665 1,52 1,44 1,68 1,7
10 000 1,78 1,76 1,78 1,755 1,73 1,62 1,54 1,74 1,77
12 500 1,835 1,82 1,83 1,81 1,79 1;67 1,60 1,80 1,83
15 000 1,87 1,86 1,86 1,945 1,82 1,72 1,655 1,84 1,87
20 000 1,94 1,93 1,94 1,915 1,9 1,795 1,72 1,91 1,95
25 000 2,0 1,99 1,96 1,96 1,94 1,84 1,78 1,97 2,01
30 000 2,04 2,03 2,04 2,01 1,99 1,89 1,82 2,01 2,07
35 000 2,07 2,06 2,07 2,04 2,02 1,92 1,86 2,04 2,12
40 000 2,09 2,08 2,11 2,06 2,04 1,945 1,88 2,07 —
45 000 2,1 2,1 2,14 2,08 2,06 1,97 1,905 2,09
50 000 2,1 2,1 2,166 2,1 2,08 1,98 1,93 2,11 —
55 000 — — — 1,99 1,94 — —
60 000 — 2,015 1,95 - - -"
65 000 — —— — — — — 2,03 1,965 — —
В в Т 11 в Л/м 0,91 368 0,94 436 1,020 470 0,89 418 0,97 576 0,81 736 0,895 932 0,91 476 1,01 478
Продолжение приложения 1
I
I
I
а
Напряженность намагничивающего поля И в Л/м Магнитная индукция В в Т для материалов (сталей и чугунов) марок
УДГ" СЧ 24-44 Р18 эхе хвг III Х5 . л
200 - - j -
500 0,0 500 0,0460 0,03 •• 0,041 0,05 0,032
1 000 0,16 0,183 0,10 0,29 0,19 0,12
1 500 0,262 0,304 0,18 0,815 0,74 0,635
2 000 0,415 0,458 0,695 1,05 1,085 0,945
2 500 0,480 0,54 0,935 1,16 1,24 1,085
3 000 0,555 0,612 1,03 1,225 1,325 1,165
4 000 0,632 0,70 1,125 1,30 1,39 1,27
5 000 0,72 0,78 1,17 1,355 1,48 1,32
7 500 0,83 0,91 1,23 1.41 1,56 1.41
10 000 0,92 1,0 1,275 1,455 1,61 1,46
12 500 1,00 1,07 1,30 1,50 1,65 1,48
15 000 1,05 1,12 1,32 1,535 1,68 1,515
20 000 1.14 1,22 1,355 1,57 1,725 1,57
25 000 1,195 1,30 1,395 1,615 1,77 1,60
30 000 1,285 1,375 1,415 1,64 1,79 1,63
35 000 1,34 1,415 1,44 1,66 1,81 1,65
40 000 1,39 1,46 1,46 1,685 1,84 1,66
45 000 1,44 1,505 1,475 1,70 1,86 1,675
50 000 1,48 1,535 1,495 1,71 1,87 1,69
55 000 —-— — — 1,72 1,88 1,71
60 000 — — — 1,73 1,89 1,725
65 000 — — 1,74 1,90 1.74
В в Т — 1,08 1,185 1,35 1,19
И в А/м 1840 837 956 995
358
Продолжение приложен ня 1
1 Гапря женпость намагничивающего поля, 11 в Л/м Магнитная индукция 13 в Т. для материалов (сталей и чугунов) марок
40Х У7А У8 У10 А У12 09Г2 CXJ11C С0ХГСЛ ЗХВ8
200 0,015 0,015 — 0,01 - - - 0,06 0,025 — 1 ' —
500 0,033 0,0750 0,165 0,04 0,09 0,31 0,086 0,0660 0,0400
1 000 0,11 0,357 0,720 0,186 0,465 0,87 0,56 0,456 0,106
1 500 0,34 0,65 1,000 0,475 0,745 1,15 1,025 0,852 0,210
2 000 0,58 0,84 1,230 0,73 1,04 1,30 1,18 1,295 0,665
2 500 0,81 1,0 1,310 0,91 1,145 1,41 1,27 1,375 0,940
3 000 0,96 1,1 1,3900 1,025 1,24 1,48 1,31 1,46 1,16
4 000 1,16 1,27 1,445 1,215 1,34 1,565 1,38 1,515 1,305
5 000 1,28 1,375 1,510 1,325 1,40 1,70 1,12 1,57 1,42
' 7 500 1,47 1,525 1,580 1,5 1,48 1,73 1,48 1,655 1,51
10 000 1,58 1,61 - .1,640 1,59 1,54 1,795 1,53 1,710 1,55
12 500 1,65 1,67 1,67 1,67 1,595 1,82 1,57 1,750 1,63
15 000 1,72 1,72 1,72 1,7 1,64 1,86 1,60 1,78 1,64
20 000 1,79 1,79 1,775 1,78 1,685 1,93 1,65 1,825 1,685
25 000 1,85 1,83 1,81 1,83 1,72 1,99 1,695 1,86 1,725
30 000 1,89 1,87 1,87 1,87 1,78 2,03 1,725 1,90 1,77
35 000 1,92 1,91 1,89 1,91 1,815 2,06 1,755 1,93 1,78
40 000 1,95 1,94 1,925 1,94 1,85 2,085 1,77 1,945 1,80
45 000 1,98 1,96 1,94 1,96 1,87 2,10 1,78 1,96 1,83
50 000 2,01 1,98 1,975 1,97 1,88 2,12 1,80 1,97 1,84
55 000 — 2,0 - — 2,00 - — - — — — - —
G0 000 « 2,02 — 2,02 - — — — - - —
65 000 —— — — — — —
В в Т 0,91 0,83 1,265 0,92 1,13 0,94 1,83 1,41 1,23
И в А/м 1640 745 734 1003 1004 527 916 990 1705
359
Приложение 2
Рекомендуемые исходные данные для проектирования
прямоугольных электромагнитных плит на базе однокатушечных секций
В в мм 320 400 500
L в мм 1250 1600 1250
t в мм 22 25 28.5 33 32 38.5 48 9 0 24,5 28 33
b \ в мм 19 22 25,5 30 29 35,5 4 5 19 21,5 25 30
Ь$ в мм 19 22 25,5 30 29 35,5 45 19 21.5 25 30
в мм 3 3 3
в мм 10 10 10
hri „ в мм <-1 • п 35 35 40
Лрам в мм 60 60 60
/госн в мм 25 30 • со
Нпл в мм 120 120 125
'рам в мм 25 30 30
1 в мм 13,0 14,4 16,25 18,5 17.9 21,2 26,0 13,0 14.2 16.0 18.5
ki в мм 9 9 2 ’
k2 В мм 9 9 2
в мм
сер
84,0
80,9
72,9
103,9
с в мм
1,56
1,30
в мм
287,48
281,67
392,01
358,28
/ в А/мм2
2.5
0.7
k3
3,62
и,.
881,36
1028.99
18.33
1371,99
1690,50
87,9 80,67 78,1 74,6 69,6
1 12
1,95 1,35 1,40 - 1,56 1,68
298,08 246,6 257,69 260,93 263.30
2,5
0,7
7,23 3,57 3.89 4,50 5.39
12,22
2156,0 880,36 1004,49 1175,99 1421,ОС
795,62 392,7 428,77 495,75 593.64 * -
Не менее 3,0
646,83
535,80
398,73
443,28
299,61
Не менее 3,0
Не менее 3,0
УД
10,2
22,0
9,0
h. в мм
12,0
В мм
рам
30,5
30,5
29,5
30.5
36.5
36,5
34.2
30,5
Z, в мм
• — плотность тока
— м. Д. с.
величин см. по рис. 89. 2. Таблица
. А; h ' _ высота электромагнитной катушки в мм
максимальной длины полюсника.
п чу w ___ число витков в катушке;
п р и м е ч а н и я: 1. Принятые обо3“^ Т-сплХа в катушке в А; «к - напряжение на катушке в В; F
в А/мм2; k3 - коэффициент заполнения окна катушки в мм; значения других
намагничивающей катушки в
составлена для i—
Приложение 3
, круглых эле^=
(минимальны# размер закрепляемой „"Л мм)
Эскиз компоновки круглой плиты из
элементарных систем
Эскиз~ элементарной системы
с обозначением размеров
Принятые обозначения: /,.— длина кятутпки r л
катушке; /? — омическое сопротивление электромагнитной катушки ™Чр0Г0 пР0В0Да (по меди) в мм;
- м. д. с. электромагнитной катушки в А; руд - 1агн™и катушки в Ом; Р -
> W — ЧИСЛО ВИТКОВ
удельная сила притяжения систех.ы'вТс"^.3'^"1’’0''3™’'™01' КаТуШКИ 8 Вт;
Сопряжение систем в плите осуществляется по диаметрам d',D D и т д и D Г> п
F > %. ^н3 и т. д. и О , D, и и т. д.
А ~ А-» 3
Продолжение приложения 3
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ СИСТЕМ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
КРУГЛОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ПЛИТЫ ДИАМЕТРОМ 400 мм
п = 3 мм; Й1 = й2 — 4 мм
Число систем в плите 4; высота адаптерной плиты Ла = 25 мм; толщина основания плиты Л„ = 20 мм; глубина встречного
= 8 мм; зазоры и перемычки: k — 5 мм, р — 2 мм,
паза h
Номер системы
I в мм
в мм
к.
Ь в мм
Dj в мм
,, в мм
м
ГУ
р в Ом
РУД „
45
40
50
60
45
65
40
50
60
125
мм;
мм; R
56 мм;
13
15
13
15
13
15
119
119
117
119
d1= 211 мм; d2 = 166
13
15
13
15
13
15
205
203
205
205
91
89
91
91
0,76
871
мм; R
177
175
177
175
177
175
= 98 мм; г = 91 мм
0,62
0,62
0,76
871
871
871
20,1
16,4
13,1
30,0
20,0
540,0
660,0
675,0
4,19
116,0
141,0
810,0
990,0
14,1
17,6
21,2
540,0
660,0
675,0
810,0
990,0
Номер системы
1 в мм 1, в мм к b в мм Dx в мм D2 в мм в мм м W R в Ом 11ридин Р в Вт жение при F в А
руд
в кге см2
ложения 3
dj_ — 300 мм; d2 — 255 мм; = 143 мм; г = 135 мм
пл 410 мм; /корп — 45 мм; — 390 мм; d.2 = 345 мм; R = 188 мм
45 40 13 15 381 382 355 352 0,56 0,62 871 71,0 58,0 27,3 33,3 540,0 660,0 4,72 4,67
55 50 13 15 381 382 355 352 0,62 0,69 871 56,7 46,3 34,1 41,6 675,0 825,0 4,9 4,8
65 60 13 15 381 382 355 352 0,68 0,76 871 47,2 38,6 40,9 50,0 810,0 990,0 5,04 4,9
Продолжение приложения 3
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ^ СИСТЕМ
КРУГЛОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ПЛИТЫ
ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ДИАМЕТРОМ 500 мм
Число систем в плите 5; высота адаптерной плитыД = 25 мм; — а основания /.= 20 мм; глубина встречного паза
= 8 мм; зазоры и перемычки: k — 5 мм, п — 3 мм, р 2 , i 2
Номер системы
Ь в мм
в мм
' I
Р в Вт Г в А Руд в кгс/см2
I в мм
в м м
к
= 125 мм; d.2 = 80 мм i; /гх = 4 г 117 119 122 лм; /12 = 5 мм; R >
55 50 13 15 18 91 89 86 0,76 0,85 0,95
13 117 91 0,84
65 60 15 119 89 0,93
18 122 86 1,05
13 117 91 0,9
75 70 15 119 89 1,00
18 122 86 1,13
56 мм; г = 48 мм
582 7,2 9,67 675 4,35
582 5,87 11,79 825 4,19
582 4,59 14,93 1050 • 3,72
582 6,0 11,6 810 4,46
582 4,89 14,15 990 4,27
582 3,82 17,92 1260 3,77
582 5,14 13,54 945 4,54
582 4,19 16,50 1154 4,33
582 3,28 20,91 1470 3,8
Продолжение приложения 3
Помер системы
Со
Продолжение приложения 3
Константинов
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ параметры СИСТЕМ ДЛЯ - -
КРУГЛОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ПЛИТЫ ДИАМЕТРОМ
I _ ^исло си тем в плите 8; высота адаптерной плиты h
п — Ь мм; зазоры и перемычки: k = 5 мм; п = ‘
Продолжение приложения 3
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
-_ - - - 800 мм
о — 20 мм; глубина встречною поля
__ а 25 (30) мм; толщина основания h
3 мм; р = 2 мм; h^ = h^ — 4 мм
Продолжение приложения 3
Продолжение приложения 3
Номер системы 1 в мм 1 в мм к Ь в мм Dt в мм Z>2 в мм в мм м W в Ом Р в Вт F в А В КГС/СМ2
rfl = 479 мм; d< 2 = 434 мм; Л j = 4 мм; Л2= 1 мм; R = 233 мм; г = 224 мм
13 470 444 0,91 18,47 50,85 810 5,06
65 60 15 472 442 1,01 488 15,11 62,14 990 4,93
18 475 439 1,47 11,87 79,08 1260 4,50
75 13 470 444 0,99 15,83 59,33 945 5,17
5 70 15 472 442 1,09 488 12,95 72,50 1155 5,01
18 475 439 1,23 10,17 92,26 1470 4,55
13 470 444 1,06 13,85 67,80 1080 5,25
85 80 15 472 442 1,17 488 11,33 82,86 1320 5,07
18 475 439 1,32 8,90 105,44 1680 4,59
^1 = 569 мм; d., = 524 мм; hx - - 4 мм; h> г = 4 мм; R = ТП мм; г = 269 мм
13 560 534 0,91 22,10 60,83 810 5,08
65 60 15 562 532 1,01 488 18,08 74,34 990 4,95
18 565 529 1,47 14,20 94,60 1260 4,52
13 560 534 0,99 18,94 70,97 5,18
6 75 70 15 562 532 1,09 488 15,49 86,73 1155 5,03
18 565 529 1,23 12,17 110,37 1470 4,57
13 560 534 1,06 16,57 81,11 1080 5,26
85 80 15 562 532 1,17 488 13,56 99,12 126,14 1320 5,09
18 565 529 1,32 10,65 1680 4,60
Продолжение приложения 3
Приложение 4
Рекомендуемые размеры
элементарных систем с оксидно-бариевымн магнитами
для проектирования универсальных приспособлений типа плит
(размеры систем рассчитаны по Рудтах при Ьм — 80 мм)
Удельная сила притяжения на 1 см2 площадки опорно й поверхности детали РУДД в кгс/см2 Длина магнита / м В СМ Рекомендуемые размеры системы в см Фактические силовые характеристики
а м °ст Q в кгс РУД11 в кгс/см2
6 = 0,005 см
0,4 4,0 0,35 33,6 6,01
0,8 4,6 0,46 69,3 9,43
1,2 5,4 0,54 92,9 10,7
1,0 6,3 0,63 118,5 11,6
4 0,4 3,2 0,32 33,6 6,55
0,8 3,2 0,45 55,6 7,76
1,2 3,6 0,50 71,0 8,81
1,6 4,2 0,59 89,2 9,48
2,0 4,9 0,69 110,2 9,90
6 = 0,01 см
5 0,8 6,4 0,64 83,6 8,16
1,2 6,4 0,64 100,0 9,81
1,6 7,0 0,70 120,0 10,8
4 0,8 4,0 0,4 51,7 8,08
1,2 4,2 0,42 65,5 9,75
1,6 4,8 0,48 82,4 10,73
2,0 5,6 0,78 114,0 9,12
6 = 0,01 5 см
4 0,8 5,2 0,52 59,0 7,09
1,2 5,0 0,5 70,6 8,83
1,6 5,4 0,54 86,4 10,0
2,0 6,0 0,60 103,5 10,8
374
Продолжение приложения 4
Удельная сила притяжения на 1 см2 площадки опорной поверхности детали РуДд в кгс/см2 Длина магнита /н, м в см Рекомендуемые размеры системы в см Фактические силовые характеристики
ам аст Q в кгс рУДп в кгс/см2
3 0,8 3,4 0,34 36,5 6,71
1,2 3,4 0,48 51,6 6,78
1,6 3,8 0,53 65,8 7,73
1 2,0 4,0 0,56 75,0 8,37
б = 0,02 см
4 1,2 6,0 0,6 76,8 8,00
1,6 6,2 0,62 91,4 9,21
2,0 6,6 0,66 107,5 10,01
3 0,8 4,4 0,44 41,2 5,86
1,2 4,0 0,40 49,4 7,73
1,6 4,2 0,42 60,6 9,02
2,0 4,4 0,44 70,0 9,94
6 = 0,025 см
3 0,8 5,6 0,56 46,4 5,18
1,2 4,6 0,46 51,8 7,03
1,6 4,6 0,46 60,9 8,28
2,0 4,8 0,48 71,0 9,25
б — 0,03 см
3 1,2 5,4 0,54 55,0 6,37
1,6 5,2 0,52 63,8 7,67
2,0 5,4 0,54 75,4 8,72
— толщина полюеннка
П р и м с ч а и и я: 1. а, — высота магнита в см; а
м ст
в см; Q — суммарная сила притяжения всей системы в кгс;
притяжения, отнесенная к единице площади детали, в кг/см2;
— удельная сила
— удельная сила
РУДд
РУДп
притяжения, отнесенная к единице площади полюса, в кгс/см2.
2. Высота адаптерной плиты принята постоянной, равной 2,0 мм.
375
Продолжение приложения 5
Приложение 5
Рекомендуемые размеры
элементарных магнитных систем с оксидно-бариевыми магнитами
для проектирования приспособлений, предназначенных
для закрепления крупных по размерам деталей
(размеры системы рассчитаны по Qmax при Ьм = 80 мм)
Удельная
сила
притяжения
на 1 см2
площади
опорной
детали
РУДд
Рекомендуемые
размеры системы в см
Фактические силовые
характеристики
Длина
магнита
в см
м
м
а
УЛд
УДп
0,005 см
5,0 0,8 5,6 0,78 95,4 5,04 7,60
1,2 5,8 0,81 113,0 5,00 8,70
1,6 6,8 0,95 140,6 5,02 9,23
0,4 4,0 0,56 48,8 4,02 5,45
0,8 3,8 0,50 60,05 4,20 7,5
1,2 3,8 0,50 71,3 4,04 8,84
1,6 4,2 0,59 89,2 4,02 9,49
2,0 5,0 0,70 110,9 4,07 9,00
6 = 0,01 см
0,4
97,6
4,51
6,41
7,78
0,90
0,4 -
0,8 4,6 0,64 67,8 4,06 6,58
1,2 4,6 0,64 80,9 4,06 7,85
1,6 5,0 0,70 96,8 4,03 8,64
2,0 5,6 0,78 114,9 4,03 9,16
3,0 0,8 2,8 0,39 39,9 3,15 6,34
1,2 2,8 0,39 47,9 3,02 7,63
1,6 3,2 0,45 60,8 3,04 8,48
2,0 3,6 0,50 73,1 3,04 9,06
1,2 5,8 0,81 90,7 4,01 6,98
1,6 6,0 0,84 105,3 4,01 7,83
2,0 6,6 0,92 124,9 4,06 8,45
376
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. А р и о л I. д Р, Р. Расчет и проектирование магнитных систем с постоян-
ными магнитами. М., «Энергия», 1969, с. 183.
2. Б а онко в М. А. Электрические аппараты. М., Госэнергонздат, 1951
431 с.
3. Б и р г е р II. А., Ш о р р Б. Ф., Ill н с й д е р о в и ч Р. М. Расчет
на прочность деталей машин. Справочное пособие. Под ред. II. А. Биргера. М.,
«Машиностроение», 1966, 616 с.
4. Г о р б у и о в - П а с а д о в М. II. Балки и плиты на упругом основании.
М., Госстройиздат, 1949, 275 с.
5. Гордо н А. В., С л и в и некая А. Г. Электромагниты постойного
тока. М., Госэнергонздат, I960, 446 с.
6. Д о в г а л е в с к и й Я- М. Литые магниты из сплавов магнито. М., «Ма-
шиностроение», 1964, 150 с.
7. >1\ е м о ч к и п Б. II., С и н и ц ы и A. II. Практические методы расчета
фундаментальных балок и плит иа упругом основании. М., Госстройиздат, 1962
311 с.
8. 3 о р е в II. 11. Расчет проекций силы резания. М., Машгиз, 1958, 127 с.
9. Ива ш к е в и ч П. II. Методика проектирования приспособлений. М.—Л.,
ОПТП. НКТП. 1936, 81 с.
10. Инструмент и приспособления для машиностроения. МН 74—59 —
МП 81—59, М., изд-во Стандартов, 1963, 160 с.
11. Каптер А. С. Постоянные магниты. М.—Л., Обведи ней пос. науч. тех.
изд-во энергетической литературы. 1938, 105 с.
12. К о и с 1 а и т инов О. Я- Расчет и конструирование магнитных и элек-
тромагнитных приспособлений. М.—Л., «Машиностроение», 1967, 312 с.
13. К о н с т а п т и п о в О. Я- Магнитные и электромагнитные станочные
приспособления. ЛДНТП, 1964, 36 с.
14. Константинов О. Я- Методика расчета и основные рекомендации
по конструированию приспособлений с оксидно-бариевыми магнитами. ЛДНТП,
1966, 38 с.
15. Константинов О. Я- Расчеты конструирования магнитных и элек-
тромагнитных приспособлений. М., «Машиностроение», 1970, 60 с.
16. К о н с т а н т п нов О. Я-, Гордеев О. П. В дополнение к стандарту
(новая методика испытаний магнитных приспособлений). — «Стандарты и качество»,
1972, № 8, с. 20—23.
17. Коренев Б. Г., Черниговская Е. Н. Расчет плит на упругом
основании. М., Госстройиздат, 1962, 177 с.
18. К о р с а к о в В. С. Основы конструирования приспособлений в машино-
строении. М., «Машиностроение», 1971, 288 с.
•37в
19. Кузнецов 10. II. Механизированные приспособления для металлоре-
жущих станков. ГОСППТП, 1969, № 83 5—69, 41 с.
20. К у к л е в Л. С. Универсальные блоки штампов для листовой штамповки.
М., «Машиностроение», 1967, 109 с.
21. Куклев Л. С. Технологическая оснастка с импульсно-статистическими
магнитными системами крепления деталей. ГОСИНТИ, 1971, № 3/27 71.
35 с.
22. Лев и и а 3. М., Решетов Д. Н. Контактная жесткость машин. М.,
«Машиностроение», 1971, 263 с.
23. Л е р н е р Л. $1., Розен май Е. Л. Оптимальное управление. М.,
«Энергия», 1970, 359 с.
24. Марголнт Р. Б. Использование постоянных магнитов в приспособ-
лениях па Рязанском станкостроительном заводе. — «Станки и инструмент», 1063,
№ 2, с. 16—21.
25. Мата л и н А. Л. Технологические методы повышения долговечности
деталей машин. Киев, «Техника», 1971, 140 с.
26. М а т а л и и А. Л. Точность механической обработки и проектирование
технологических процессов. Л., «Машиностроение», 1970, 318 с.
27. Особенности сборки приспособлений с оксидно-бариевыми магнитами.
РТМ (составитель О. Я- Константинов). Л., ЦБТИ, 1966, 42 с.
28. Передовая технология и автоматизация управления процессами обработки
деталей машин. Под ред. А. А. Маталина. Л., «Машиностроение», 1970, 702 с.
29. Постоянные магниты. Справочник. Под ред. Ю. М. Пятина. М., «Энергия»,
1971, 375 с.
30. Преображенский А. А. Теория магнетизма, магнитные материалы
и элементы. 24., «Высшая школа», 1972, 286 с.
31. П р и в е з е и ц е в В. А., П е ш к о в И. Б. Обмоточные и монтажные
провода. М., «Энергия», 1971, 552 с.
32. Прогрессивные конструкции станочных припособлений. Л., «Машипострое
пне», 1968, 270 с.
Авт.: В. А. Блюмберг, Ю. АТ Ансеров, 1О. М. Барой и др.
33. Р е й п б о т Г. Технология и применение магнитных материалов. М.—Л.,
Госэнергонздат, 1963, 338 с.
34. Р ы ж о в Э. В. Контактная жесткость деталей машин. М., «Машинострое-
ние», 1966, 193 с.
35. С о к о л о в с к и й А. П. Курс технологии машиностроения. Ч. I, М.—Л.,
Машгиз, 1947, 433 с.
36. Таблицы интегральной показательной функции. М., Пзд-во АН СССР,
1954, 300 с.
37. Т р о ш е и с к и й С. П. Расчеты точности обработки на металлорежущих
станках. М., «Машиностроение», 1964, 200 с.
38. Февралей а Н. Е. Магнитно-твердые материалы и цретоянные магниты.
Киев, «Наукова думка», 1969, 232 с.
39. Ферриты и магнитодиэлектрики. Справочник. М., «Советское радио»,
1968, 175 с.
40. Machine moderne, (Франция), fevrier, 1965, р. 33—37.
il. Aircraft Production, VIII—IX, 1959. V. 21, р. 324—328.
379
42. Institution of Production Engineers Journal
698—705.
1956, v. 35, N
43. Werkstalt und Betrieb, 1960, N 3, Bd. 93.
44. Klepzig Fachberichte. Jili, 1965, c. 296—299.
45. Metallhandwerk, 1970. 72. № 2, c. 74—75.
46. Produktion, 1969, N 12, c. 68—71.
47. Das industrieblatt, N 2/63. c. 17_29.
48. Werkslattstechnik und Maschinenbau 1956, N Ю, c. 9
49. Metallbewerkung, 1962. N 3, c. 275—282.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ............................................................. 3
Глава I. Классификация магнитных приспособлении.......................... 5
1. Место магнитных приспособлений в общей совокупности станоч-
ной оснастки ...................................................... —
2. Разновидности и характеристика источников магнитного поля,
используемых в магнитной оснастке ................................. 8
3. Классификация магнитных приспособлений по источнику магнит-
ного поля и способу управления.................................... 20
4. Классификация магнитных приспособлений и принадлежностей
к ним по назначению............................................... 30
Глава II. Краткая характеристика и область применения магнитной
технологической оснастки ................................ 34
5. Электромагнитная технологическая оснастка ................. •—
Прямоугольные электромагнитные плиты........................... —
Круглые электромагнитные плиты................................ 40
Электромагнитные патроны, блоки и устройства.................. 46
6. Технологическая оснастка с постоянными магнитами............. 51
Плиты с постоянными магнитами.................................. —
Магнитные патроны ............................................ 60
Специализированные магнитные приспособления................... 66
Разные универсальные станочные приспособления................. 69
Магнитные приспособления для выполнения подъемных, транс-
портных, сварочных и других работ............................. 72
7. Оценка качества магнитной оснастки........................... 77
Глава III. Силовая характеристика магнитных приспособлений .... 81
8. Роль силы закрепления детали в механических и магнитных при-
способлениях ..................................................... —
9. Новый метод оценки силовой характеристики магнитных при-
способлений ..................................................... 84
10. Взаимосвязь силы притяжения детали с конструктивными пара-
метрами магнитной системы ........................‘............... 98
11. Условия равновесия деталей, установленных на магнитных при-
способлениях ................................................... 102
Равновесие деталей, закрепленных на магнитном патроне ... —
Равновесие одиночных деталей, закрепленных на магнитных пли-
тах ......................................................... 108
Равновесие нежестких одиночных деталей и деталей, установ-
ленных в ряд................................................. 114
381
Глава IV. Общие закономерности при расчете магнитных приспособле-
ний ............................................................ 118
12. Основные законы магнитной цепи ................. —
13. Элементарные магнитные системы и их расчетные эквивалентные
электрические схемы замещения ....................... 122
14. Расчет магнитных сопротивлений и проводимостей............... 126
15. Методы расчета магнитных цепей приспособлений................ 136
16. Материалы, применяемые для изготовления магнитных приспособ-
лений ............................................................ 144
Глава V. Прямоугольные электромагнитные плиты и основные реко-
мендации по их проектированию.......................................... 149
17. Технический уровень прямоугольных электромагнитных плит и
основные технические требования к ним .............................. —
18. Мпогокатушечиые прямоугольные электромагнитные плиты . . . 156
19. Однокатушечные прямоугольные электромагнитные плиты . . . 163
20. Экспериментальные исследования конструкций адаптерных плит 183
21. Расчет параметров электромагнитных катушек................... 191
Глава VI. Круглые электромагнитные плиты и основные рекомендации
по их проектированию .................................................. 199
22. Технический уровень круглых электромагнитных плит.............. —
23. Исследование магнитной системы круглых плит с кольцевыми кон-
центрическими электромагнитными катушками......................... 204
24. Расчет круглых плит с кольцевыми концентрическими электро-
магнитными катушками ............................................. 211
25. Расчет и оптимизация па ЭВМ «Минск-22» круглых плит с кольце-
выми концентрическими электромагнитными катушками........... 224
Глава VII. Расчет и проектирование приспособлений с постоянными
магнитами ............................................................. 236
26. Элементарные системы с оксидно-бариевыми магнитами............. —
27. Расчет и оптимизация систем с оксидно-бариевыми магнитами . . 245
28. Особенности расчета и проектирования приспособлений с литыми
постоянными магнитами ............................................ 268
29. Магнитные системы и приспособления с электроимпульспым
управлением....................................................... 272
30. Некоторые особенности расчета времени размагничивания литых
ма 1'п птов ...................................................... 281
Г л а в а \ III. Исследование некоторых технологических характеристик маг-
нитных приспособлений ................................................. 288
31. Тепловой режим работы электромагнитных плит................... —-
32. Погрешности обработки, возникающие вследствие применения
магнитных приспособлений ......................................... 300
33. Жесткость магнитных плит...................................... 304
34. Температурные деформации плит с постоянными магнитами . . . 310
35. Погрешности обработки, обусловленные применением магнитной
плиты............................................................. 313
382
36. Жесткость стыка на участке системы зеркало плиты —стол
станка ........................................;...............
37. Усилие переключения магнитных плит с оксидно-бариевыми tai-
питами ........................................................
Глава IX. Дополнительные устройства и принадлежности магнитных
приспособлений ...................................................
38. Классификация устройств и принадлежностей к магнитным при-
способлениям ....................................... . . . .
39. Система переналаживаемых магнитных приспособлений ....
40. Расчет переходников к магнитным приспособлениям .........
41. Исследование .мелкополюсиых адаптерных плит..............
Приложения • •
Список литературы
314
326
330
333
341
351
357
378
Олег Яковлевич КОНСТАНТИНОВ
МАГНИТНАЯ
ТЕХНОЛОГИЯеская
ОСНАСТКА
Редактор издательства Л. И. Во ж и к
Переплет художника Г. Л. Попова
Технический редактор Л. В. Щ ет и в и в а
Корректоры II. Б. Семенова и 3. С. Р о-
м а н о в а
Сдано в набор 3I/I 1974 г.
Подписано к печати 30/V
M-0777G Формат бумаги
типографская № 2. Печ.
Тираж 10 000 экз. Зак. №
1974 г.
оОХ 90716. Бумага
л. 24. Уч.-изд. л. 25,2
807. Цена 1 р. 57 к.
Ленинградское отделение издательства
«МАШИНОСТРОЕНИЕ»
191065, Ленинград, ул. Дзержинского, 10
Ленинградская типография № 6
Союз пол и графи ром а при Государственном
комитете Совета Министров СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной
торговли
193144, Ленинград, С-144, ул. Моисеенко, 10