Зажимные элементы и механизмы приспособлений. Зажимные элементы приспособлений. Назначение зажимов и особенности их конструкций в зависимости от схемы приспособления

Зажимные элементы - это механизмы, непосредственно используемые для закрепления заготовок, или промежуточные звенья более сложных зажимных систем.

Наиболее простым видом универсальных зажимов являются , которые приводят в действие насаженными на них ключами, рукоятками или маховичками.

Чтобы предотвратить перемещение зажимаемой заготовки и образование на ней вмятин от винта, а также уменьшить изгиб винта при нажиме на поверхность, не перпендикулярную его оси, на концы винтов помещают качающиеся башмаки (рис.68, α).

Комбинации винтовых устройств с рычагами или клиньями называются комбинированными зажимам и, разновидностью которых являются винтовые прихваты (рис. 68, б), Устройство прихватов позволяет отодвигать или поворачивать их, чтобы можно было удобнее устанавливать обрабатываемую заготовку в приспособлении.

На рис. 69 показаны некоторые конструкции быстродействующих зажимов . Для небольших зажимных сил применяют штыковое (рис. 69, α), а для значительных сил - плунжерное устройство (рис. 69, б). Эти устройства позволяют отводить зажимающий элемент на большое расстояние от заготовки; закрепление происходит в результате поворота стержня на некоторый угол. Пример зажима с откидным упором показан на рис. 69, в. Ослабив гайку-рукоятку 2, отводят упор 3, вращая его вокруг оси. После этого зажимающий стержень 1 отводят вправо на расстояние h. На рис. 69, г приведена схема быстродействующего устройства рычажного типа. При повороте рукоятки 4 штифт 5 скользит по планке 6 с косым срезом, а штифт 2 - по заготовке 1, прижимая ее к упорам, расположенным внизу. Сферическая шайба 3 служит шарниром.

Большие затраты времени и значительные силы, требующиеся для закрепления обрабатываемых заготовок, ограничивают область применения винтовых зажимов и в большинстве случаев делают предпочтительными быстродействующие эксцентриковые зажимы . На рис. 70 изображены дисковый (α), цилиндрический с Г-образным прихватом (б) и конический плавающий (в) зажимы.

Эксцентрики бывают круглые, эвольвентные и спиральные (по спирали Архимеда). В зажимных устройствах применяются две разновидности эксцентриков: круглые и криволинейные.

Круглые эксцентрики (рис. 71) представляют собой диск или валик с осью вращения, смещенной на размер эксцентриситета е; условие самоторможения обеспечивается при соотношении D/е≥ 4.

Достоинство круглых эксцентриков заключается в простоте их изготовления; основной недостаток - непостоянство угла подъема α и сил зажима Q. Криволинейные эксцентрики , рабочий профиль которых выполняется по эвольвенте или спирали Архимеда, имеют постоянный угол подъема α, а, следовательно, обеспечивают постоянство силы Q, при зажиме любой точки профиля.

Клиновой механизм применяют как промежуточное звено в сложных зажимных системах. Он прост в изготовлении, легко размещается в приспособлении, позволяет увеличивать и изменять направление передаваемой силы. При определенных углах клиновой механизм обладает свойствами самоторможения. Для односкосного клина (рис. 72, а) при передаче сил под прямым углом может быть принята следующая зависимость (при ϕ1 = ϕ2 = ϕ3 = ϕ где ϕ1…ϕ3 -углы трения):

P = Qtg (α ± 2ϕ),

где Р - осевая сила; Q - сила зажима. Самоторможение будет иметь место при α <ϕ1 + ϕ2.

Для двухскосного клина (рис. 72, б) при передаче сил под углом β>90 зависимость между Р и Q при постоянном угле трения (ϕ1 = ϕ2 = ϕ3 = ϕ) выражается следующей формулой:

P = Qsin(α + 2ϕ)/cos (90° + α — β + 2ϕ).

Рычажные зажимы применяют в сочетании с другими элементарными зажимами, образуя более сложные зажимные системы. С помощью рычага можно изменять величину и направление передаваемой силы, а также осуществлять одновременное и равномерное закрепление заготовки в двух местах. На рис. 73 приведены схемы действия сил в одноплечих и двуплечих прямых и изогнутых зажимах. Уравнения равновесия для этих рычажных механизмов имеют следующий вид; для одноплечего зажима (рис. 73, α):

прямого двуплечего зажима (рис. 73, б):

изогнутого зажима (для l1

где р - угол трения; ƒ - коэффициент трения.

В качестве установочных элементов для наружных или внутренних поверхностей тел вращения применяют центрирующие зажимные элементы: цанги, разжимные оправки, зажимные втулки с гидропластом, а также мембранные патроны.

Цанги представляют собой разрезные пружинящие гильзы, конструктивные разновидности которых показаны на рис. 74 (α - с натяжной трубкой; 6 - с распорной трубкой; в - вертикального типа). Их выполняют из высокоуглеродистых сталей, например, У10А, и термически обрабатывают до твердости НRС 58…62 в зажимной и до твердости НRС 40…44 в хвостовых частях. Угол конуса цанги α = 30…40°. При меньших углах возможно заклинивание цанги.

Угол конуса сжимающей втулки делают на 1° меньше или больше угла конуса цанги. Цанги обеспечивают эксцентричность установки (биение) не более 0,02…0,05 мм. Базовую поверхность заготовки следует обрабатывать по 9…7-му квалитетам точности.

Разжимные оправки различных конструкций (включая конструкции с применением гидропласта) относятся к установочно-зажимным приспособлениям.

Мембранные патроны используют для точного центрирования заготовок по наружной или внутренней цилиндрической поверхности. Патрон (рис. 75) состоит из круглой, привертываемой к планшайбе станка мембраны 1 в форме пластины с симметрично расположенными выступами-кулачками 2, количество которых выбирают в пределах 6…12. Внутри шпинделя проходит шток 4 пневмоцилиндра. При включении пневматики мембрана прогибается, раздвигая кулачки. При отходе штока назад мембрана, стремясь вернуться в исходное положение, сжимает своими кулачками заготовку 3.

Реечно-рычажный зажим (рис. 76) состоит из рейки 3, зубчатого колеса 5, сидящего на валу 4, и рычага рукоятки 6. Вращая рукоятку против часовой стрелки, опускают рейку и прихватом 2 закрепляют обрабатываемую заготовку 1. Зажимная сила Q зависит от значения силы Р, приложенной к рукоятке. Устройство снабжается замком, который, заклинивая систему, предупреждает обратный поворот колеса. Наиболее распространены следующие виды замков. Роликовый замок (рис. 77, а) состоит из поводкового кольца 3 с вырезом для ролика 1, соприкасающегося со срезанной плоскостью валика. 2 зубчатого колеса. Поводковое кольцо 3 скреплено с рукояткой зажимного устройства. Вращая рукоятку по стрелке, передают вращение на вал зубчатого колеса через ролик 1*. Ролик заклинивается между поверхностью расточки корпуса 4 и срезанной плоскостью валика 2 и препятствует обратному вращению.

Роликовый замок с прямой передачей момента от поводка на валик показан на рис. 77, б. Вращение от рукоятки через поводок передается непосредственно на вал 6 колеса. Ролик 3 через штифт 4 поджат слабой пружиной 5. Так как зазоры в местах касания ролика с кольцом 1 и валом 6 при этом выбирают, система мгновенно заклинивается при снятии силы с рукоятки 2. Поворотом рукоятки в обратную сторону ролик расклинивается и вращает вал по часовой стрелке.

Конический замок (рис. 77, в) имеет коническую втулку 1 и вал с конусом 3 и рукояткой 4. Спиральные зубья на средней шейке вала находятся в зацеплении с рейкой 5. Последняя связана с исполнительным зажимающим механизмом. При угле наклона зубьев 45° осевая сила на валу 2 равна (без учета трения) зажимной силе.

* Замки этого типа выполняют с тремя роликами, расположенными под углом 120°.

Эксцентриковый замок (рис. 77, г) состоит из вала 2 колеса, на котором заклинен эксцентрик 3. Вал приводится во вращение кольцом 1, скрепленным с рукояткой замка; кольцо вращается в расточке корпуса 4, ось которой смещена от оси вала на расстояние е. При обратном вращении рукоятки передача на вал происходит через штифт 5. В процессе закрепления кольцо 1 заклинивается между эксцентриком и корпусом.

Комбинированные зажимные устройства представляют собой сочетание элементарных зажимов различного типа. Их применяют для увеличения зажимной силы и уменьшения габаритов приспособления, а также для создания наибольших удобств управления. Комбинированные зажимные устройства могут также обеспечивать одновременное крепление заготовки в нескольких местах. Виды комбинированных зажимов приведены на рис. 78.

Сочетание изогнутого рычага и винта (рис. 78, а) позволяет одновременно закреплять заготовку в двух местах, равномерно повышая зажимные силы до заданного значения. Обычный поворотный прихват (рис, 78, б) представляет собой сочетание рычажного и винтового зажимов. Ось качания рычага 2 совмещена с центром сферической поверхности шайбы 1, которая разгружает шпильку 3 от изгибающих усилий, Показанный на рис, 78, в прихват с эксцентриком является примером быстродействующего комбинированного зажима. При определенном соотношении плеч рычага можно увеличить зажимную силу или ход зажимающего конца рычага.

На рис. 78, г показано устройство для закрепления в призме цилиндрической заготовки посредством накидного рычага, а на рис. 78, д - схема быстродействующего комбинированного зажима (рычаг и эксцентрик), обеспечивающего боковое и вертикальное прижатие заготовки к опорам приспособления, так как сила зажима приложена под углом. Аналогичное условие обеспечивается устройством, изображенным на рис. 78, е.

Шарнирно-рычажные зажимы (рис. 78, ж, з, и) являются примерами быстродействующих зажимных устройств, приводимых в действие поворотом рукоятки. Для предотвращения самооткрепления рукоятку переводят через мертвое положение до упора 2. Сила зажима зависит от деформации системы и ее жесткости. Желаемую деформацию системы устанавливают регулировкой нажимного винта 1. Однако наличие допуска на размер Н (рис. 78, ж) не обеспечивает постоянства зажимной силы для всех заготовок данной партии.

Комбинированные зажимные устройства приводятся в действие вручную или от силовых узлов.

Зажимные механизмы для многоместных приспособлений должны обеспечивать одинаковую силу зажима на всех позициях. Простейшим многоместным приспособлением является оправка, на которую устанавливают пакет заготовок «кольца, диски), закрепляемых по торцевым плоскостям одной гайкой (последовательная схема передачи зажимной силы). На рис. 79, α показан пример зажимного устройства, работающего по принципу параллельного распределения зажимной силы.

Если необходимо обеспечить концентричность базовой и обрабатываемой поверхностей и предотвратить деформирование обрабатываемой заготовки, применяют упругие зажимные устройства, где зажимное усилие посредством заполнителя или другого промежуточного тела равномерно передается на зажимный элемент приспособления в пределах упругих деформаций).

В качестве промежуточного тела применяют обычные пружины, резину или гидропласт. Зажимное устройство параллельного действия с использованием гидропласта показано на рис. 79, б. На рис. 79, в приведено устройство смешанного (параллельно-последовательного) действия.

На станках непрерывного действия (барабанно-фрезерные, специальные многошпиндельные сверлильные) заготовки устанавливают и снимают, не прерывая движения подачи. Если вспомогательное время перекрывается машинным, то для закрепления заготовок можно применять зажимные устройства различных типов.

В целях механизации производственных процессов целесообразно использовать зажимные устройства автоматизированного типа (непрерывного действия), приводимые в действие механизмом подачи станка. На рис. 80, α приведена схема устройства с гибким замкнутым элементом 1 (трос, цепь) для закрепления цилиндрических заготовок 2 на барабанно-фрезерном станке при обработке торцевых поверхностей, а на рис. 80, 6 - схема устройства для закрепления заготовок поршней на многошпиндельном горизонтально-сверлильном станке. В обоих устройствах операторы только устанавливают и снимают заготовку, а закрепление заготовки происходит автоматически.

Эффективным зажимным устройством для удержания заготовок из тонколистового материала при их чистовой обработке или отделке является вакуумный прижим. Сила зажима определяется по формуле:

где А - активная площадь полости устройства, ограниченной уплотнением; р= 10 5 Па - разность атмосферного давления и давления в полости устройства, из которого удаляется воздух.

Электромагнитные зажимные устройства применяются для закрепления обрабатываемых заготовок из стали и чугуна с плоской базовой поверхностью. Зажимные устройства обычно выполняют в виде плит и патронов, при конструировании которых в качестве исходных данных принимают размеры и конфигурацию обрабатываемой заготовки в плане, ее толщину, материал и необходимую удерживающую силу. Удерживающая сила электромагнитного устройства в значительной степени зависит от толщины обрабатываемой детали; при малых толщинах не весь магнитный поток проходит через поперечное сечение детали, и часть линий магнитного потока рассеивается в окружающее пространство. Детали, обрабатываемые на электромагнитных плитах или патронах, приобретают остаточные магнитные свойства - их размагничивают, пропуская их через соленоид, питаемый переменным током.

В магнитных зажимных устройствах основными элементами являются постоянные магниты, изолированные один от другого немагнитными прокладками и скрепленные в общий блок, а заготовка представляет собой якорь, через который замыкается магнитный силовой поток. Для открепления готовой детали блок сдвигают с помощью эксцентрикового или кривошипного механизма, при этом магнитный силовой поток замыкается на корпус устройства, минуя деталь.

Основное назначение зажимных устройств приспособлений - обеспечение надежного контакта (неотрывности) заготовки или собираемой детали с установочными элементами, предупрежде­ние ее смещения в процессе обработки или сборки.

Рычажные зажимы. Рычажные зажимы (рисунок 2.16) применяют в сочетании с другими элементарными зажимами, образуя более сложные зажимные системы. Они позволяют изменять величину и направление передаваемой силы.

Клиновой механизм. Клин очень широко используют в зажимных механизмах приспособлений, этим обеспечивается простота и компактность конструкции, надежность в работе. Клин может быть как простым зажимным элементом, действующим непосредственно на заготовку, так и входить в сочетание с любым другим простым при создании комбинированных механизмов. Применение в зажимном механизме клина обеспечивает: увеличение исходной силы привода, перемену направления исходной силы, самоторможение механизма (способность сохранять силу зажима при прекращении действия силы , создаваемой приводом). Если клиновой механизм применяют для перемены направления силы зажима, то угол клина обычно равен 45°, а если для увеличения силы зажима или повышения надежности, то угол клина принимают равным 6…15° (углы самоторможения).

o механизмы с плоским односкосным клином (

o многоклиновые (многоплунжерные) механизмы;

o эксцентрики (механизмы с криволинейным клином);

o торцовые кулачки (механизмы с цилиндрическим клином).

11. Действие сил резания, зажимов и их моментов на обрабатываемую деталь

В процессе обработки режущий инструмент совершает определенные движения относительно заготовки. Поэтому требуемое расположение поверхностей детали можно обеспечить только в следующих случаях:

1) если заготовка занимает определенное положение в рабочей зоне станка;

2) если положение заготовки в рабочей зоне определено до начала обработки, на основе этого можно корректировать движения формообразования.

Точное положение заготовки в рабочей зоне станка достигается в процессе установки ее в приспособлении. Процесс установки включает в себя базирование (т.е. придание заготовке требуемого положения относительно выбранной системы координат) и закрепление (т.е. приложение сил и пар сил к заготовке для обеспечения постоянства и неизменности ее положения, достигнутого при базировании).

Фактическое положение заготовки, установленной в рабочей зоне станка, отличается от требуемого, что обусловливается отклонением положения заготовки (в направлении выдерживаемого размера) в процессе установки. Это отклонение называют погрешностью установки, которая состоит из погрешности базирования и погрешности закрепления.

Поверхности, принадлежащие заготовке и используемые при ее базировании, называют технологическими базами, а используемые для ее измерений - измерительными базами.

Для установки заготовки в приспособлении обычно используют несколько баз. Упрощенно считают, что заготовка соприкасается с приспособлением в точках, называемых опорными. Схему расположения опорных точек называют схемой базирования. Каждая опорная точка определяет связь заготовки с выбранной системой координат, в которой осуществляется обработка заготовки.

1. При высоких требованиях к точности обработки в качестве технологической базы следует использовать точно обработанную поверхность заготовки и принять такую схему базирования, которая обеспечивает наименьшую погрешность установки.

2. Одним из самых простых способов повышения точности базирования является соблюдение принципа совмещения баз.

3. Для повышения точности обработки следует соблюдать принцип постоянства баз. Если это невозможно по каким-либо причинам, то необходимо, чтобы новые базы были обработаны точнее предшествующих.

4. В качестве баз следует использовать простые по форме поверхности (плоские, цилиндрические и конические), из которых при необходимости можно создать комплект баз. В тех случаях, когда поверхности заготовки не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к базам (т.е. по своим размерам, форме и расположению не могут обеспечить заданную точность, устойчивость и удобство обработки), на заготовке создают искусств венные базы (центровые отверстия, технологические отверстия, платики, выточки и др.).

Основные требования к закреплению заготовок в приспособлениях следующие.

1. Закрепление должно обеспечить надежный контакт заготовки с опорами приспособлений и гарантировать неизменность положения заготовки относительно технологической оснастки в процессе обработки или при отключении энергии.

2. Закрепление заготовки необходимо применять только в тех случаях, когда сила обработки или другие силы могут сместить заготовку (например, при протягивании шпоночного паза заготовку не закрепляют).

3. Силы закрепления не должны вызывать больших деформаций и смятия базы.

4. Закрепление и освобождение заготовки должны выполняться с минимальной затратой времени и усилий со стороны рабочего. Наименьшую погрешность закрепления обеспечивают зажимные устройства, создающие

постоянную силу закрепления (например, приспособления с пневматическим или гидравлическим приводом).

5. Для уменьшения погрешности закрепления следует использовать базовые поверхности с низкой шероховатостью; применять приспособления с приводом; устанавливать заготовки на опоры с плоской головкой или на точно обработанные опорные пластины.

Билет 13

Зажимные механизмы приспособлений Зажимными называют механизмы, устраняющие возможность вибрации или смещения заготовки относительно установочных элементов под действием собственного веса и сил, возникающих в процессе обработки (сборки). Основное назначение зажимных устройств – обеспечение надежного контакта заготовки с установочными элементами, предупреждение ее смещения и вибраций в процессе обработки, а также для обеспечения правильной установки и центрирования заготовки.

Расчет сил зажима

Расчет сил зажима может быть сведен к решению задачи статики на равновесие твердого тела (заготовки) под действием системы внешних сил.

К заготовке с одной стороны приложены сила тяжести и силы, возникающие в процессе обработки, с другой – искомые зажимные силы – реакции опор. Под действием этих сил заготовка должна сохранить равновесие.

Пример 1. Сила закрепления прижимает заготовку к опорам приспособления, а сила резания , возникающая при обработке деталей, (рисунок 2.12,а) стремится сдвинуть заготовку вдоль опорной плоскости.

На заготовку действуют силы: на верхней плоскости сила зажима и сила трения , препятствующая сдвигу заготовки; по нижней плоскости силы реакции опор (на рисунке не показаны) равные силе зажима и сила трения между заготовкой и опорами . Тогда уравнение равновесия заготовки будет

,

где – коэффициент запаса;

– коэффициент трения между заготовкой и зажимным механизмом;

– коэффициент трения между заготовкой и опорами приспособления.

Откуда

Рисунок 2.12 – Схемы для расчета сил зажима

Пример 2. Сила резания направлена под углом к силе закрепления (рисунок 2.12,б).

Тогда уравнение равновесия заготовки будет

Из рисунок 2.12,б найдем составляющие усилия резания

Подставляя, получим

Пример 3. Заготовка обрабатывается на токарном станке и закрепляется в трехкулачковом патроне. Силы резания создают крутящий момент , стремящиеся провернуть заготовку в кулачках. Силы трения, возникающие в точках контакта кулачков с заготовкой, создают момент трения , препятствующий повороту заготовки. Тогда условие равновесия заготовки будет

.

Момент резания определится по величине вертикальной составляющей силы резания

.

Момент трения

.

Элементарные зажимные механизмы

К элементарным зажимным устройствам относятся простейшие механизмы, используемые для закрепления заготовок или выполняющие роль промежуточных звеньев в сложных зажимных системах:

винтовые;

клиновые;

эксцентриковые;

рычажные;

центрирующие;

реечно-рычажные.

Винтовые зажимы. Винтовые механизмы (рисунок 2.13) широко используются в приспособлениях с ручным закреплением заготовок, с механизированным приводом, а также на автоматических линиях при использовании приспособлений-спутников. Достоинством их является простота конструкции, невысокая стоимость и высокая надежность в работе.

Винтовые механизмы используют как для непосредственного зажима, так и в сочетании с другими механизмами. Силу на рукоятке, необходимую для создания силы зажима , можно рассчитать по формуле:

,

где – средний радиус резьбы, мм;

– вылет ключа, мм;

– угол подъема резьбы;

Угол трения в резьбовой паре.

Клиновой механизм. Клин очень широко используют в зажимных механизмах приспособлений, этим обеспечивается простота и компактность конструкции, надежность в работе. Клин может быть как простым зажимным элементом, действующим непосредственно на заготовку, так и входить в сочетание с любым другим простым при создании комбинированных механизмов. Применение в зажимном механизме клина обеспечивает: увеличение исходной силы привода, перемену направления исходной силы, самоторможение механизма (способность сохранять силу зажима при прекращении действия силы , создаваемой приводом). Если клиновой механизм применяют для перемены направления силы зажима, то угол клина обычно равен 45°, а если для увеличения силы зажима или повышения надежности, то угол клина принимают равным 6…15° (углы самоторможения).

Клин применяют в следующих конструктивных вариантах зажимов:

механизмы с плоским односкосным клином (рисунок 2.14,б);

многоклиновые (многоплунжерные) механизмы;

эксцентрики (механизмы с криволинейным клином);

торцовые кулачки (механизмы с цилиндрическим клином).

На рисунок 2.14,а приведена схема двууглового клина.

При зажиме заготовки клин под действием силы движется влево, При движении клина на его плоскостях возникают нормальные силы и силы трения и (рисунок 2.14,б).

Существенным недостатком рассмотренного механизма является низкий коэффициент полезного действия (КПД) из-за потерь на трение.

Пример использования клина в приспособлении показан на
рисунке 2.14,г.

Для повышения КПД клинового механизма трение скольжения на поверхностях клина заменяют трением качения, применяя опорные ролики (рис 2.14, в).

Многоклиновые механизмы бывают с одним, двумя или большим числом плунжеров. Одно- и двуплунжерные применяют как зажимные; многоплунжерные используют как самоцентрирующие механизмы.

Эксцентриковые зажимы. Эксцентрик представляет собой соединение в одной детали двух элементов – круглого диска (рисунок 2.15,д) и плоского односкосого клина. При повороте эксцентрика вокруг оси вращения диска, клин входит в зазор между диском и заготовкой и развивает силу зажима .

Рабочая поверхность эксцентриков может быть окружностью (круговые) или спиралью (криволинейные)..

Эксцентриковые зажимы являются самими быстродействующими из всех ручных зажимных механизмов. По быстродействию они сравнимы с пневмозажимами.

Недостатками, эксцентриковых зажимов являются:

малая величина рабочего хода;

ограниченная величиной эксцентриситета;

повышенная утомляемость рабочего, так как при откреплении заготовки рабочему необходимо прикладывать силу, обусловленную свойством самоторможения эксцентрика;

ненадежность зажима при работе инструмента с ударами или_вибрациями, так как это может привести к самооткреплению заготовки.

Несмотря на эти недостатки эксцентриковые зажимы широко используют в приспособлениях (рисунок 2.15,б), особенно в мелкосерийном и среднесерийном производствах.

Для достижения необходимой силы закрепления определим наибольший момент на рукоятке эксцентрика

где – сила на рукоятке,

– длина рукоятки;

– угол поворота эксцентрика;

– углы трения.

Рычажные зажимы. Рычажные зажимы (рисунок 2.16) применяют в сочетании с другими элементарными зажимами, образуя более сложные зажимные системы. Они позволяют изменять величину и направление передаваемой силы.

Конструктивных разновидностей рычажных зажимов много, однако, все они сводятся к трем силовым схемам, показанным на рисунке 2.16, где приведены также формулы расчета необходимой величины усилия для создания силы зажима заготовки для идеальных механизмов (без учета сил трения). Это усилие определяется из условия равенства нулю моментов всех сил относительно точки вращения рычага. На рисунке 2.17 показаны конструктивные схемы рычажных зажимов.

При выполнении ряда операций механической обработки жёсткость режущего инструмента и всей технологической системы в целом оказывается недостаточной. Для устранения отжатий и деформаций инструмента используются различные направляющие элементы. Основные требования к таким элементам: точность, износостойкость, сменность. Такие приспособления называются кондукторами или кондукторными втулками и используются при сверлильных и расточных работах.

Конструкции и размеры кондукторных втулок для сверления стандартизованы (рис. 11.10). Втулки бывают постоянными (рис. 11.10 а) и сменными

Рис. 11.10. Конструкции кондукторных втулок: а) постоянные;

б) сменные; в) скороссменные с замком

(рис. 11.10 б). Постоянные втулки используют в единичном производстве при обработке одним инструментом. Сменные втулки используют в серийном и массовом производстве. Быстросменные втулки с замком (рис. 11.10 в) используют при обработке отверстий несколькими последовательно сменяемыми инструментами.

При диаметре отверстия до 25 мм втулки изготавливают из стали У10А, с закалкой до 60…65. При диаметре отверстия более 25 мм втулки изготавливают из стали 20 (20Х), с последующей цементацией и закалкой на ту же твёрдость.

Если инструменты направляются во втулке не рабочей частью, а цилиндрическими центрирующими участками, то используются специальные втулки (рис. 11.11). На рис. 11.11 а показана втулка для сверления отверстий на накло-

15. Настроечные элементы приспособлений.

-Настроечные элементы (высотные и угловые установы) применяют для контроля положения инструмента при настройке станка.)

- Настроечные элементы , обеспечивающие правильное положение режущего инструмента при наладке (настройке) станка для получения заданных размеров. Такими элементами являются высотные и угловые установы фрезерных приспособлений , применяемые для контроля положения фрезы при наладке и подналадке станка.Их применение облегчает и ускоряет наладку станка при обработке заготовок методом автоматического получения заданных размеров

Настроечные элементы выполняют следующие функции : 1) Предотвращают увод инструмента во время работы. 2) Придают инструменту точное положение относительно приспособления, к ним относятся установы (габариты), копиры. 3) Выполняют обе функции изложенные выше, к ним относятся кондукторные втулки, направляющие втулки. Кондукторные втулки прим.при об-ке отверстий свёрлами, зенкерами, развёртками. Кондукторные втулки бывают: постоянные, быстросменные и сменные. Постяные с буртиком и без прим-ся когда отверстие обраб.одним инструментом. Они запрессовываются в части корпуса- кондукторной плиты Н7/n6. Сменые втулки применяются при обработке одним инструментом но с учётом замены вследствии износа. Быстросменые прим.когда отверстие на операции обрабатывается последовательно несколькими инструментами. Отличаются от сменных сквозным пазом в буртике. Применяются и спец.кондукторные втулки, имеющие конструкцию соответствующую особенностям заготовки и операции. Удлиненная втулка Втулка с наклонным торцем Втулки направляющие выполняющие только функцию предотвращения увода инструмента выполняются постоянными. Напр на револверных станках она устанавливается в отверстие шпинделя и вращается с ним. Отверстие в направляющие втулки выполняется по Н7. Копиры-используются для точного расположения инструмента относительно приспособления при обработке криволинейных поверхностей. Копиры бывают накладные и встроенные. Накладные накладываются на заготовку и закрепляются вместе с ней. Направляющая часть инструм.имеет непрерывный контакт с Копиром, а режущая часть выполняет требуемый профиль. Встроеные копиры устанавливаются на корпус приспособления. По копиру направляется копирный палец, который через специально встроенное устройство в станок передает шпинделю с инструментом соотв.движение для обработки криволинейного профиля. Установы бывают стандартные и специальные, высотные и угловые. Высотные установы ориентируют инструмент в одном направлении, угловые по 2 направлениям. Координация инструмента по установам производится производится с помощью стандартных щупов плоских толщиной 1,3,5 мм или цилиндрических диаметром3 или 5мм. Располагаются установы на корпусе приспособления в стороне от заготовки с учётом врезания инструмента и закрепляются винтами и фиксируются штифтами. Об используемом щупе для настройки инструмента по установу на сборочном чертеже приспособления указывается в тех.требованиях, допускается и графически.

Для установки (наладки) положения стола станка вместе с приспособлением относительно режущего инструмента применяются специальные шаблоны-установы, выполненные в виде различных по форме пластин, призм и угольников. Установы закрепляются на корпусе приспособления; их эталонные поверхности должны быть расположены ниже обрабатываемых поверхностей заготовки, чтобы не мешать проходу режущего инструмента. Чаще всего установы применяют при обработке на фрезерных станках, настроенных на автоматическое получение размеров заданной точности.

Различают высотные и угловые установы. Первые служат для правильного расположения детали относительно фрезы по высоте, вторые – и по высоте и в боковом направлении. Изготовляются из стали 20Х, с цементацией на глубину 0,8 – 1,2 мм с последующей закалкой до твердости HRC 55…60 ед.

Настроечные элементы для режущего инструмента (пример)

Комплексное проведение производственных исследований точности работы действующих автоматических линий, экспериментальных исследований и теоретического анализа должно дать ответы на следующие основные вопросы проектирования технологических процессовпроизводства корпусных деталей на автоматических линиях а) обоснование для выбора технологических методов и числа последовательно выполняемых переходов для обработки наиболее ответственныхповерхностей деталей с учетом заданных требований точности б) установление оптимальной степени концентрации переходов в одной позиции, исходя из условий нагружения и требуемой точности обработки в)выбор методов и схем установки при проектировании установочных элементов приспособлений автоматических линий для обеспечения точности обработки г) рекомендации по применению и проектированию узлов автоматических линий, обеспечивающих направление и фиксациюрежущих инструментов в связи с требованиями точности обработки д)выбор методов настройки станков на требуемые размеры и выбор контрольных средств для надежного поддержания настроечного размера е) обоснование требований к точности станков и к точности сборки автоматической линии по параметрам, оказывающим непосредственное влияние на точность обработки ж) обоснование требований к точности черных заготовок в связи с точностью их установки и уточнением в ходе обработки, а также установление нормативных величин для расчета припусков на обработку з) выявление и формирование методических положений для точностных расчетов при проектировании автоматических линий.

16. Пневматические приводы. Назначение и требования, предъявляемые к ним.

Пневматический привод (пневмопривод) - совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение частей машин и механизмов посредством энергии сжатого воздуха.

Пневмопривод, подобно гидроприводу, представляет собой своего рода «пневматическую вставку» междуприводным двигателем и нагрузкой (машиной или механизмом) и выполняет те же функции, что и механическая передача (редуктор, ремённая передача, кривошипно-шатунный механизм и т. д.). Основное назначение пневмопривода , как и механической передачи, - преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.). Обязательными элементами пневмопривода являются компрессор (генератор пневматической энергии) и пневмодвигатель

В зависимости от характера движения выходного звена пневмодвигателя (вала пневмомотора или штокапневмоцилиндра), и соответственно, характера движения рабочего органа пневмопривод может быть вращательным или поступательным. Пневмоприводы с поступательным движением получили наибольшее распространение в технике.

Принцип действия пневматических машин

В общих чертах, передача энергии в пневмоприводе происходит следующим образом:

1. Приводной двигатель передаёт вращающий момент на вал компрессора, который сообщает энергию рабочему газу.

2. Рабочий газ после специальной подготовки по пневмолиниям через регулирующую аппаратуру поступает в пневмодвигатель, где пневматическая энергия преобразуется в механическую.

3. После этого рабочий газ выбрасывается в окружающую среду, в отличие от гидропривода, в котором рабочая жидкость по гидролиниямвозвращается либо в гидробак, либо непосредственно к насосу.

Многие пневматические машины имеют свои конструктивные аналоги среди объёмных гидравлических машин. В частности, широко применяются аксиально-поршневые пневмомоторы и компрессоры, шестерённые и пластинчатые пневмомоторы, пневмоцилиндры…

Типовая схема пневмопривода

Типовая схема пневмопривода: 1 - воздухозаборник; 2 - фильтр; 3 - компрессор; 4 - теплообменник (холодильник); 5 -влагоотделитель; 6 - воздухосборник (ресивер); 7 -предохранительный клапан; 8- Дроссель; 9 - маслораспылитель; 10 - редукционный клапан; 11 - дроссель; 12 - распределитель; 13 пневмомотор; М - манометр.

Воздух в пневмосистему поступает через воздухозаборник.

Фильтр осуществляет очистку воздуха в целях предупреждения повреждения элементов привода и уменьшения их износа.

Компрессор осуществляет сжатие воздуха.

Поскольку, согласно закону Шарля, сжатый в компрессоре воздух имеет высокую температуру, то перед подачей воздуха потребителям (как правило, пневмодвигателям) воздух охлаждают в теплообменнике (в холодильнике).

Чтобы предотвратить обледенение пневмодвигателей вследствие расширения в них воздуха, а также для уменьшения корозии деталей, в пневмосистеме устанавливаютвлагоотделитель.

Ресивер служит для создания запаса сжатого воздуха, а также для сглаживания пульсаций давления в пневмосистеме. Эти пульсации обусловлены принципом работы объёмных компрессоров (например, поршневых), подающих воздух в систему порциями.

В маслораспылителе в сжатый воздух добавляется смазка, благодаря чему уменьшается трение между подвижными деталями пневмопривода и предотвращает их заклинивание.

В пневмоприводе обязательно устанавливается редукционный клапан, обеспечивающий подачу к пневмодвигателям сжатого воздуха при постоянном давлении.

Распределитель управляет движением выходных звеньев пневмодвигателя.

В пневмодвигателе (пневмомоторе или пневмоцилиндре) энергия сжатого воздуха преобразуется в механическую энергию.

Пневмаприводами оснащаются:

1. стационарные приспособления, закрепляемые на столах фрезерных, сверлильных и других станков;

2. вращающиеся приспособления - патроны, оправки и т.д.

3) приспособления, устанавливаемые на вращающихся и делительных столах при непрерывной и позиционной обработке.

В качестве рабочего органа применяются пневматические камеры одностороннего и двухстороннего действия.

При двухстороннем действии поршень перемещается в обе стороны сжатым воздухом.

При одностороннем действии поршень во время закрепления заготовки перемещается сжатым воздухом, а при раскреплении пружиной.

Для увеличения силы закрепления применяются двух и трёхпоршневые цилиндры или двух и трёхкамерные пнемакамеры. При этом усилие зажатия увеличивается в 2.. .3 раза

Увеличения силы закрепления можно добиться встраиванием в пнемапривод рычагов усилителей.

Необходимо отметить некоторые преимущества пневматических приводов приспособлений.

По сравнению с гидроприводом он отличается чистотой, не нужно иметь гидростанции для каждого приспособления, если станок на котором установлено приспособление не снабжён гидростанцией.

Пневмапривод характерен быстротой действия, он превосходит не только ручные, но многие механизированные приводы. Если например, скорость течения масла, находящегося под давлением в трубопроводе гидравлического устройства, составляет 2,5....4,5 м/сек, максимально возможная - 9м/сек, то воздух, находясь по давлением 4...5 МПа, распространяется по трубопроводам со скоростью до 180 м/сек и более. Поэтому в течении 1 часа возможно осуществить до 2500 срабатываний пневмапривода.

К преимуществам пневмапривода следует отнести то, что его работоспособность не зависит от колебаний температуры окружающей среды. Большое преимущество состоит в том, что пневмапривод обеспечивают непрерывное действие зажимной силы, следствии чего эта сила может значительно меньше чем при ручном приводе. Это обстоятельство весьма существенно при обработке тонкостенных заготовок, склонных к деформации при закреплении.

Достоинства

· в отличие от гидропривода - отсутствие необходимости возвращать рабочее тело (воздух) назад к компрессору;

· меньший вес рабочего тела по сравнению с гидроприводом (актуально для ракетостроения);

· меньший вес исполнительных устройств по сравнению с электрическими;

· возможность упростить систему за счет использования в качестве источника энергии баллона со сжатым газом, такие системы иногда используют вместо пиропатронов, есть системы, где давление в баллоне достигает 500 МПа;

· простота и экономичность, обусловленные дешевизной рабочего газа;

· быстрота срабатывания и большие частоты вращения пневмомоторов (до нескольких десятков тысяч оборотов в минуту);

· пожаробезопасность и нейтральность рабочей среды, обеспечивающая возможность применения пневмопривода в шахтах и на химических производствах;

· в сравнении с гидроприводом - способность передавать пневматическую энергию на большие расстояния (до нескольких километров), что позволяет использовать пневмопривод в качестве магистрального в шахтах и на рудниках;

· в отличие от гидропривода, пневмопривод менее чувствителен к изменению температуры окружающей среды вследствие меньшей зависимости КПДот утечек рабочей среды (рабочего газа), поэтому изменение зазоров между деталями пневмооборудования и вязкости рабочей среды не оказывают серьёзного влияния на рабочие параметры пневмопривода; это делает пневмопривод удобным для использования в горячих цехах металлургических предприятий.

Недостатки

· нагревание и охлаждение рабочего газа в процессе сжатия в компрессорах и расширения в пневмомоторах; этот недостаток обусловлен законами термодинамики, и приводит к следующим проблемам:

· возможность обмерзания пневмосистем;

· конденсация водяных паров из рабочего газа, и в связи с этим необходимость его осушения;

· высокая стоимость пневматической энергии по сравнению с электрической (примерно в 3-4 раза), что важно, например, при использовании пневмопривода в шахтах;

· ещё более низкий КПД, чем у гидропривода;

· низкие точность срабатывания и плавность хода;

· возможность взрывного разрыва трубопроводов или производственного травматизма, из-за чего в промышленном пневмоприводе применяются небольшие давления рабочего газа (обычно давление в пневмосистемах не превышает 1 МПа, хотя известны пневмосистемы с рабочим давлением до 7 МПа - например, на атомных электростанциях), и, как следствие, усилия на рабочих органах значительно ме́ньшие в сравнении с гидроприводом). Там, где такой проблемы нет (на ракетах и самолетах) или размеры систем небольшие, давления могут достигать 20 МПа и даже выше.

· для регулирования величины поворота штока привода необходимо использование дорогостоящих устройств - позиционеров.

3.1. Выбор места приложения зажимных усилий, вида и количества зажимных элементов

При закреплении заготовки в приспособлении должны соблюдаться следующие основные правила:

· не должно нарушаться положение заготовки достигнутое при ее базировании;

· закрепление должно быть надежным, чтобы во время обработки положение заготовки сохранялось неизменным;

· возникающие при закреплении смятие поверхностей заготовки, а также ее деформация должны быть минимальными и находиться в допустимых пределах.

· для обеспечения контакта заготовки с опорным элементом и устранения возможного его сдвига при закреплении зажимное усилие следует направлять перпендикулярно к поверхности опорного элемента. В отдельных случаях зажимное усилие можно направлять так, чтобы заготовка одновременно прижималась к поверхностям двух опорных элементов;

· в целях устранения деформации заготовки при закреплении точку приложения зажимного усилия надо выбирать так, чтобы линия его действия пересекала опорную поверхность опорного элемента. Лишь при закреплении особо жестких заготовок можно допускать, чтобы линия действия зажимного усилия проходила между опорными элементами.

3.2. Определение количества точек приложения зажимных усилий

Количество точек приложения зажимных усилий определяется конкретно к каждому случаю зажима заготовки. Для уменьшения смятия поверхностей заготовки при закреплении необходимо уменьшать удельное давление в местах контакта зажимного устройства с заготовкой путем рассредоточения зажимного усилия.

Это достигается применением в зажимных устройствах контактных элементов соответствующей конструкции, которые позволяют распределить зажимное усилие поровну между двумя или тремя точками, а иногда даже рассредоточить по некоторой протяженной поверхности. Количество точек зажима во многом зависит от вида заготовки, метода обработки, направления силы резания. Для уменьшения вибрацийи деформаций заготовки под действием силы резания следует повышать жесткость системы заготовка-приспособление путем увеличения числа мест зажатия заготовки и приближения их к обрабатываемой поверхности.

3.3. Определение вида зажимных элементов

К зажимным элементам относятся винты, эксцентрики, прихваты, тисочные губки, клинья, плунжеры, прижимы, планки.

Они являются промежуточными звеньями в сложных зажимных системах.

3.3.1. Винтовые зажимы

Винтовые зажимы применяют в приспособлениях с ручным закреплением заготовки, в приспособлениях механизированного типа, а также на автоматических линиях при использовании приспособлений-спутников. Они просты, компактны и надежны в работе.

Рис. 3.1. Винтовые зажимы: а – со сферическим торцем; б – с плоским торцем; в – с башмаком.

Винты могут быть со сферическим торцем (пятой), плоским и с башмаком, предупреждающим порчу поверхности.

При расчете винтов со сферической пятой учитывается только трение в резьбе.

где: L - длина рукоятки, мм; - средний радиус резьбы, мм; - угол подъема резьбы.

где: S – шаг резьбы, мм; – приведенный угол трения.

где: Pu 150 Н.

Условие самоторможения: .

Для стандартных метрических резьб , поэтому все механизмы с метрической резьбой самотормозящие.

При расчете винтов с плоской пятой учитывается трение на торце винта.

Для кольцевой пяты:

где: D – наружный диаметр опорного торца, мм; d – внутренний диаметр опорного торца, мм; – коэффициент трения.

С плоскими торцами:

Для винта с башмаком:

Материал: сталь 35 или сталь 45 с твердостью HRC 30-35 и точностью резьба по третьему классу.

3.3.2. Клиновые зажимы

Клин применяется в следующих конструктивных вариантах:

1. Плоский односкосый клин.

2. Двускосый клин.

3. Круглый клин.

Рис. 3.2. Плоский односкосый клин.

Рис. 3.3. Двускосый клин.

Рис. 3.4. Круглый клин.

4) кривошипный клин в форме эксцентрика или плоского кулачка с рабочим профилем, очерченным по архимедовой спирали;

Рис. 3.5. Кривошипный клин: а – в форме эксцентрика; б) – в форме плоского кулачка.

5) винтовой клин в форме торцевого кулачка. Здесь односкосый клин как бы свернут в цилиндр: основание клина образует опору, а его наклонная плоскость - винтовой профиль кулачка;

6) в самоцентрирующих клиновых механизмах (патроны, оправки) не пользуются системы из трех и более клиньев.

3.3.2.1. Условие самоторможение клина

Рис. 3.6. Условие самоторможение клина.

где: - угол трения.

где: – коэффициент трения;

Для клина с трением только по наклонной поверхности условие самоторможение:

с трением на двух поверхностях:

Имеем: ; или: ; .

Тогда: условие самоторможение для клина с трением на двух поверхностях:

для клина с трением только на наклонной поверхности:

С трением на двух поверхностях:

С трением только на наклонной поверхности:

3.3.3.Эксцентриковые зажимы

Рис. 3.7. Схемы для расчета эксцентриков.

Такие зажимы являются быстродействующими, но развивают меньшую силу, чем винтовые. Обладают свойством самоторможения. Основной недостаток: не могут надежно работать при значительных колебаниях размеров между установочной и зажимаемой поверхностью обрабатываемых деталей.

где: (- среднее значение радиуса, проведенного из центра вращения эксцентрика в точку А зажима, мм; (- средний угол подъема эксцентрика в точке зажима; (, (1 – углы трения скольжения в точке А зажима и на оси эксцентрика.

Для расчетов принимают:

При l 2D расчет можно производить по формуле:

Условие самоторможения эксцентрика:

Обычно принимают .

Материал: сталь 20Х с цементацией на глубину 0,8 1,2 мм и закалкой до HRC 50…60.

3.3.4. Цанги

Цанги представляют собой пружинящие гильзы. Их применяют для установки заготовок по наружным и внутренним цилиндрическим поверхностям.

где: Pз – сила закрепления заготовки; Q – сила сжатия лепестков цанги; - угол трения между цангой и втулкой.

Рис. 3.8. Цанга.

3.3.5. Устройства для зажима деталей типа тел вращения

Кроме цанги для зажима деталей имеющих цилиндрическую поверхность, применяют разжимные оправки, зажимные втулки с гидропластом, оправки и патроны с тарельчатыми пружинами, мембранные патроны и другие.

Консольные и центровые оправки применяют для установки с центральным базовым отверстием втулок, колец, шестерен, обрабатываемых на многорезцовых шлифовальных и других станках.

При обработке партии таких деталей требуется получить высокую концентричность наружных и внутренних поверхностей и заданную перпендикулярность торцов к оси детали.

В зависимости от способа установки и центрирования обрабатываемых деталей консольные и центровые оправки можно подразделить на следующие.виды: 1) жесткие (гладкие) для установки деталей с зазором или натягом; 2) разжимные цанговые; 3) клиновые (плунжерные, шариковые); 4) с тарельчатыми пружинами; 5) самозажимные (кулачковые, роликовые); 6) с центрирующей упругой втулкой.

Рис. 3.9. Конструкции оправок: а - гладкая оправка; б - оправка с разрезной втулкой.

На рис. 3.9, а показана гладкая оправка 2, на цилиндрической части которой установлена обрабатываемая деталь 3. Тяга 6, закрепленная на штоке пневмоцилиндра, при перемещении поршня со штоком влево головкой 5нажимает на быстросменную шайбу 4и зажимает деталь 3на гладкой оправке 2. Оправка конической частью 1 вставляется в конус шпинделя станка. При зажиме обрабатываемой детали на оправке осевая сила Q на штоке механизированного привода вызывает между торцами шайбы 4, уступом оправки и обрабатываемой деталью 3момент от силы трения, больший, чем момент М рез от силы резания Р z . Зависимость между моментами:

откуда сила на штоке механизированного привода:

По уточненной формуле:

Где: - коэффициент запаса; Р z - вертикальная составляющая сила резания, Н (кгс); D - наружный диаметр поверхности обрабатываемой детали, мм; D 1 - наружный диаметр быстросменной шайбы, мм; d - диаметр цилиндрической установочной части оправки, мм; f= 0,1 - 0,15 - коэффициент трения сцепления.

На рис. 3.9, б показана оправка 2с разрезной втулкой 6, на которой устанавливают и зажимают обрабатываемую деталь 3. Конической частью 1оправку 2 вставляют в конус шпинделя станка. Зажим и разжим детали на оправке производят механизированным приводом. При подаче сжатого воздуха в правую полость пневмоцилиндра поршень, шток и тяга 7 движутся влево и головка 5 тяги с шайбой 4 перемещает разрезную втулку 6 по конусу оправки, пока она не зажмет деталь на оправке. Во время подачи сжатого воздуха в левую полость пневмоцилиндра поршень, шток; и тяга перемещаются вправо, головка 5 с шайбой 4отходят от втулки 6 и деталь разжимается.

Рис.3.10. Консольная оправка с тарельчатыми пружинами (а) и тарельчатая пружина (б) .

Крутящий момент от вертикальной силы резания Р z должен быть меньше момента от сил трения на цилиндрической поверхности разрезной втулки 6 оправки. Осевая сила на штоке механизированного привода (см. рис. 3.9, б ).

где: - половина угла конуса оправки, град; - угол трения на поверхности контакта оправки с разрезной втулкой, град; f=0,15-0,2 - коэффициент трения.

Оправки и патроны с тарельчатыми пружинами применяют для центрирования и зажима по внутренней или наружной цилиндрической поверхности обрабатываемых деталей. На рис. 3.10, а, б соответственно показаны консольная оправка с тарельчатыми пружинами и тарельчатая пружина. Оправка состоит из корпуса 7, упорного кольца 2,пакета тарельчатых пружин 6, нажимной втулки 3 и тяги 1, соединенной со штоком пневмоцилиндра. Оправку применяют для установки и закрепления детали 5 по внутренней цилиндрической поверхности. При перемещении поршня со штоком и тягой 1 влево последняя головкой 4 и втулкой 3 нажимает на тарельчатые пружины 6.Пружины выпрямляются, их наружный диаметр увеличивается, а внутренний уменьшается, обрабатываемая деталь 5 центрируется и зажимается.

Размер установочных поверхностей пружин при сжатии может изменяться в зависимости от их размера на 0,1 - 0,4 мм. Следовательно, базовая цилиндрическая поверхность обрабатываемой детали должна иметь точность 2 - 3-го классов.

Тарельчатую пружину с прорезями (рис. 3.10, б ) можно рассматривать как совокупность двухзвенных рычажно-шарнирных механизмов двустороннего действия, разжимаемых осевой силой. Определив крутящий момент М рез от силы резания Р z и выбирая коэффициент запаса К , коэффициент трения f и радиус R установочной поверхности тарельчатой поверхности пружины, получим равенство:

Из равенства определим суммарную радиальную силу зажима, действующую на установочной поверхности обрабатываемой детали:

Осевая сила на штоке механизированного привода для тарельчатых пружин:

с радиальными прорезями

без радиальных прорезей

где: - угол наклона тарельчатой пружины при зажиме детали, град; К=1,5 - 2,2 - коэффициент запаса; М рез - крутящий момент от силы резания Р z ,Н-м (кгс-см); f=0,1- 0,12 - коэффициент трения между установочной поверхностью тарельчатых пружин и базовой поверхностью обрабатываемой детали; R - радиус установочной поверхности тарельчатой пружины, мм; Р z - вертикальная составляющая сила резания, Н (кгс); R 1 - радиус обработанной поверхности детали, мм.

Патроны и оправки с самоцентрирующими тонкостенными втулками, наполненными гидропластмассой, применяют для установки по наружной или внутренней поверхности деталей, обрабатываемых на токарных и других станках.

На приспособлениях с тонкостенной втулкой обрабатываемые детали наружной или внутренней поверхностью устанавливают на цилиндрическую поверхность втулки. При разжиме втулки гидропластмассой детали центрируются и зажимаются.

Форма и размеры тонкостенной втулки должны обеспечивать достаточную ее деформацию для надежного зажима детали на втулке при обработке детали на станке.

При конструировании патронов и оправок с тонкостенными втулками с гидропластмассой рассчитывают:

1. основные размеры тонкостенных втулок;

2. размеры нажимных винтов и плунжеров у приспособлений с ручным зажимом;

3. размеры плунжеров, диаметр цилиндра и ход поршня для приспособлений с механизированным приводом.

Рис. 3.11. Тонкостенная втулка.

Исходными данными для расчета тонкостенных втулок являются диаметр D д отверстия или диаметр шейки обрабатываемой детали и длина l д отверстия или шейки обрабатываемой детали.

Для расчета тонкостенной самоцентрирующей втулки (рис. 3.11) примем следующие обозначения: D - диаметр установочной поверхности центрирующей втулки 2, мм; h - толщина тонкостенной части втулки, мм; Т - длина опорных поясков втулки, мм; t - толщина опорных поясков втулки, мм; - наибольшая диаметральная упругая деформация втулки (увеличение или уменьшение диаметра в ее средней части) мм; S max - максимальный зазор между установочной поверхностью втулки и базовой поверхностью обрабатываемой детали 1 в свободном состоянии, мм; l к - длина контактного участка упругой втулки с установочной поверхностью обрабатываемой детали после разжима втулки, мм; L -длина тонкостенной части втулки, мм; l д - длина обрабатываемой детали, мм; D д - диаметр базовой поверхности обрабатываемой детали, мм; d - диаметр отверстия опорных поясков втулки, мм; р - давление гидропластмассы, требуемое для деформации тонкостенной втулки, МПа (кгс/см 2); r 1 - радиус закругления втулки, мм; M рез =P z r - допустимый крутящий момент, возникающий от силы резания, Н-м (кгс-см); P z - сила резания, Н (кгс); r -плечо момента силы резания.

На рис. 3.12 показана консольная оправка с тонкостенной втулкой и гидропластмассой. Обрабатываемую деталь 4базовым отверстием устанавливают на наружную поверхность тонкостенной втулки 5. При подаче сжатого воздуха в штоковую полость пневмоцилиндра поршень со штоком перемещается в пневмоцилиндре влево и шток через тягу 6и рычаг 1передвигает плунжер 2,который нажимает на гидропластмассу 3. Гидропластмасса равномерно давит на внутреннюю поверхность втулки 5,втулка разжимается; наружный диаметр втулки увеличивается, и она центрирует и закрепляет обрабатываемую деталь 4.

Рис. 3.12. Консольная оправка с гидропластмассой.

Мембранные патроны применяют для точного центрирования и зажима деталей, обрабатываемых на токарных и шлифовальных станках. В мембранных патронах обрабатываемые детали устанавливают по наружной или внутренней поверхности. Базовые поверхности деталей должны быть обработаны по 2-За-му классам точности. Мембранные патроны обеспечивают точность центрирования деталей 0,004-0,007 мм.

Мембраны - это тонкие металлические диски с рожками или без рожков (кольцевые мембраны). В зависимости от воздействия на мембрану штока механизированного привода - тянущего или толкающего действия - мембранные патроны подразделяются на разжимные и зажимные.

В разжимном мембранном рожковом патроне при установке кольцевой детали мембрана с рожками, штоком привода прогибается влево к шпинделю станка. При этом рожки мембраны с зажимающими винтами, установленными на концах рожков, сходятся к оси патрона, и обрабатываемое кольцо устанавливается центральным отверстием в патроне.

При прекращении нажима на мембрану под действием упругих сил она выпрямляется, ее рожки с винтами расходятся от оси патрона и зажимают обрабатываемое кольцо по внутренней поверхности. В зажимном мембранном рожковом патроне при установке кольцевой детали по наружной поверхности мембрана штоком привода прогибается вправо от шпинделя станка. При этом рожки мембраны расходятся от оси патрона и обрабатываемая деталь разжимается. Затем устанавливается следующее кольцо, нажим на мембрану прекращается, она выпрямляется и рожками с винтами зажимает обрабатываемое кольцо. Зажимные мембранные рожковые патроны с механизированным приводом изготовляются по МН 5523-64 и МН 5524-64 и с ручным приводом по МН 5523-64.

Мембранные патроны бывают рожковые и чашечные (кольцевые), их изготовляют из стали 65Г, ЗОХГС с закалкой до твердости HRC 40-50. Основные размеры рожковых и чашечных мембран нормализованы.

На рис. 3.13, а, б показана конструктивная схема мембранно-рожкового патрона 1. На заднем" конце шпинделя станка установлен пневмопривод патрона. При подаче сжатого воздуха в левую полость пневмоцилиндра поршень со штоком и тягой 2 перемещается вправо. При этом тяга 2, нажимая на рожковую мембрану 3,прогибает ее, кулачки (рожки) 4 расходятся, и деталь 5 разжимается (рис. 3.13, б ). Во время подачи сжатого воздуха в правую полость пневмоцилиндра его поршень со штоком и тягой 2перемещается влево и отходит от мембраны 3. Мембрана под действием внутренних упругих сил выпрямляется, кулачки 4мембраны сходятся и зажимают по цилиндрической поверхности деталь 5 (рис. 3.13, а).

Рис. 3.13. Схема мембранно-рожкового патрона

Основные данные для расчета патрона (рис. 3.13, а) с рожко-, вой мембраной: момент резания М рез , стремящийся повернуть обрабатываемую деталь 5 в кулачках 4патрона; диаметр d = 2b базовой наружной поверхности обрабатываемой детали; расстояние l от середины мембраны 3до середины кулачков 4.На рис. 3.13, в дана расчетная схема нагруженной мембраны. Круглая, жестко закрепленная по наружной поверхности мембрана нагружена равномерно распределенным изгибающим моментом М И , приложенным по концентрической окружности мембраны радиуса b базовой поверхности обрабатываемой детали. Данная схема является результатом наложения двух схем, показанных на рис. 3.13, г, д, причем М И =М 1 +М 3 . М рез

Силы P з вызывают момент, изгибающий мембрану (см. рис. 3.13, в).

2. При большом количестве кулачков патрона момент М п можно считать равномерно действующим по окружности мембраны радиуса b и вызывающим ее изгиб:

3. Радиусом а наружной поверхности мембраны (из конструктивных соображений) задаются.

4. Отношение т радиуса а мембраны к радиусу b установочной поверхности детали: а/b = т.

5. Моменты М 1 и М 3 в долях от М и (М и = 1) находят в зависимости от m= a/b по следующим данным (табл. 3.1):

Таблица 3.1

6. Угол (рад) разжима кулачков при закреплении детали с наименьшим предельным размером:

7. Цилиндрическая жесткость мембраны [Н/м (кгс/см)]:

где: МПа - модуль упругости ( кгс/см 2); =0,3.

8. Угол наибольшего разжима кулачков (рад):

9. Сила на штоке механизированного привода патрона, необходимая для прогиба мембраны и разведения кулачков при разжиме детали, на максимальный угол :

При выборе точки приложения и направления зажимного усилия необходимо соблюдать следующее: для обеспечения контакта заготовки с опорным элементом и устранения возможного ее сдвига при закреплении зажимное усилие следует направлять перпендикулярно к поверхности опорного элемента; в целях устранения деформации заготовки при закреплении точку приложения зажимного усилия надо выбирать так, чтобы линия его действия пересекала опорную поверхность установочного элемента.

Количество точек приложения зажимных усилий определяют конкретно к каждому случаю зажима заготовки в зависимости от вида заготовки, метода обработки, направления силы резания. Для уменьшения вибрации и деформации заготовки под действием сил резания следует повышать жесткость системы заготовка – приспособление путем увеличения числа точек зажима заготовки за счет введения вспомогательных опор.

К зажимным элементам относятся винты, эксцентрики, прихваты, тисочные губки, клинья, плунжеры, планки. Они являются промежуточными звеньями в сложных зажимных системах. Форма рабочей поверхности зажимных элементов, контактирующих с заготовкой, в основном такая же, как и установочных элементов. Графически зажимные элементы обозначаются согласно табл. 3.2.

Таблица 3.2 Графическое обозначение зажимных элементов

Зажимные устройства станков

К атегория:

Металлорежущие станки

Зажимные устройства станков

Процесс питания станков-автоматов заготовками осуществляется при тесном взаимодействии загрузочных устройств и автоматических зажимных приспособлений. Во многих случаях автоматические зажимные устройства являются элементом конструкции станка или его неотъемлемой принадлежностью. Поэтому, несмотря на наличие специальной литературы, посвященной зажимным приспособлениям, представляется необходимым вкратце остановиться на некоторых характерных конструкциях,

Подвижные элементы автоматических зажимных приспособлений получают движение от соответствующих управляемых приводов, в качестве которых могут быть использованы механические управляемые приводы, получающие движение от основного привода рабочего органа или от независимого электродвигателя, кулачковые приводы, гидравлические, пневматические и пневмогидравлические приводы. Отдельные подвижные элементы зажимных приспособлений могут получать движение как от общего, так и от нескольких независимых приводов.

Рассмотрение конструкций специальных приспособлений, которые в основном определяются конфигурацией и размерами конкретной обрабатываемой детали, не входит в задачи настоящей работы, и мы ограничимся ознакомлением с некоторыми зажимными приспособлениями широкого назначения.

Зажимные патроны. Имеется большое число конструкций самоцентрирующих патронов в большинстве случаев с поршневым гидравлическим и пневматическим приводом, которые применяются на токарных, револьверных и шлифовальных станках. Эти патроны, обеспечивая надежный зажим и хорошее центрирование обрабатываемой детали, имеют небольшой расход кулачков, из-за чего при переходе от обработки одной партии деталей к другой патрон необходимо перестраивать и для обеспечения высокой точности центрирования обрабатывать центрирующие поверхности кулачков на месте; при этом закаленные кулачки шлифуются, а сырые - обтачиваются или растачиваются.

Одна из распространенных конструкций зажимного патрона с пневматическим поршневым приводом представлена на рис. 1. Пневматический цилиндр закрепляется с помощью промежуточного фланца на конце шпинделя. Подвод воздуха к пневматическому цилиндру осуществляется через буксу, сидящую на подшипниках качения на хвостовике крышки цилиндра. Поршень цилиндра связан штоком с зажимным механизмом патрона. Пневматический патрон прикрепляется к фланцу, установленному на переднем конце шпинделя. Головка, закрепленная на конце штока, имеет наклонные пазы, в которые входят Г-образные выступы кулачков. При перемещении головки вместе со штоком вперед кулачки сближаются, при движении назад - расходятся.

На основных кулачках, имеющих Т-образные пазы, закрепляются накладные кулачки, которые устанавливаются в соответствии с диаметром зажимаемой поверхности обрабатываемой детали.

Благодаря небольшому числу промежуточных звеньев, передающих движение кулачкам, и значительным размерам трущихся поверхностей патроны описанной конструкции обладают сравнительно высокой жесткостью и долговечностью.

Рис. 1. Пневматическии зажимный патрон.

В ряде конструкций пневматических патронов используются рычажные передачи. Такие патроны обладают меньшей жесткостью и вследствие наличия ряда шарнирных соединений изнашиваются быстрее.

Вместо пневматического цилиндра может быть использован пневмо-мембранный привод или гидравлический цилиндр. Вращающиеся вместе со шпинделем цилиндры, особенно при высоком числе оборотов шпинделя, требуют тщательной балансировки, что является недостатком данного варианта конструкции.

Поршневой привод может быть установлен неподвижно соосно со шпинделем, а шток цилиндра связан с зажимным штоком муфтой, обеспечивающей свободное вращение зажимного штока вместе со шпинделем. Шток неподвижного цилиндра может быть связан с зажимным штоком также системой промежуточных механических передач. Такие схемы применимы при наличии самотормозящихся механизмов в приводе зажимного приспособления, так как в ином случае шпиндельные подшипники будут нагружаться значительными осевыми усилиями.

Наряду с самоцентрирующими патронами применяются также двух-кулачковые патроны со специальными кулачками, получающими движение от указанных выше приводов, и специальные патроны.

Подобные же приводы используются при закреплении деталей на различных разжимных оправках.

Цанговые зажимные устройства. Цанговые зажимные устройства являются элементом конструкции револьверных станков и токарных автоматов, предназначенных для изготовления деталей из прутка. Вместе с тем они находят широкое применение и в специальных зажимных приспособлениях.

Рис. 2. Цанговые зажимные устройства.

В практике встречаются цанговые зажимные устройства трех типов.

Цанга, имеющая несколько продольных надрезов, центрируется задним цилиндрическим хвостом в отверстии шпинделя, а передним коническим - в отверстии колпака. При зажиме труба перемещает цангу вперед и ее передняя коническая часть входит в коническое отверстие колпака шпинделя. При этом цанга сжимается и зажимает пруток или обрабатываемую деталь. Зажимное устройство данного типа имеет ряд существенных недостатков.

Точность центрирования обрабатываемой детали в значительной мере определяется соосностью конической поверхности колпака и оси вращения шпинделя. Для этого необходимо достигнуть соосности конического отверстия колпака и его цилиндрической центрирующей поверхности, соосности центрирующего буртика и оси вращения шпинделя и минимального зазора между центрирующими поверхностями колпака и шпинделя.

Так как выполнение указанных условий представляет значительные трудности, то цанговые устройства данного типа не обеспечивают хорошего центрирования.

Кроме того, в процессе зажима цанга, перемещаясь вперед, захватывает пруток, который перемещается при этом вместе с цангой, что может

привести к изменению размеров обрабатываемых деталей по длине и к появлению больших давлений на упор. В практике имеют место случаи, когда вращающийся пруток, прижатый с большой силой к упору, приваривается к последнему.

Достоинством данной конструкции является возможность использования шпинделя малого диаметра. Однако, поскольку диаметр шпинделя в значительной мере определяется другими соображениями и в первую очередь его жесткостью, то данное обстоятельство в большинстве случаев не имеет существенного значения.

Вследствие указанных недостатков данный вариант цангового зажимного устройства находит ограниченное применение.

Цанга имеет обратный конус, и при зажиме материала труба втягивает цангу в шпиндель. Данная конструкция обеспечивает хорошее центрирование, так как центрирующий конус расположен непосредственно в шпинделе. Недостатком конструкции является перемещение материала вместе с цангой в процессе зажима, что приводит к изменению размеров обрабатываемой детали, однако не вызывает никаких осевых нагрузок на упор. Некоторым недостатком является также слабость сечения в месте резьбового соединения. Диаметр шпинделя увеличивается незначительно по сравнению с предыдущим вариантом.

Вследствие отмеченных достоинств и простоты конструкции данный вариант находит широкое применение на револьверных станках и многошпиндельных токарных автоматах, шпиндели которых должны иметь минимальный диаметр.

Вариант, показанный на рис. 2, в, отличается от предыдущего тем, что в процессе зажима цанга, упирающаяся передней торцовой поверхностью в колпак, остается неподвижной, а под действием трубы перемещается гильза. Коническая поверхность гильзы надвигается на наружную коническую поверхность цанги, и последняя сжимается. Поскольку цанга в процессе зажима остается неподвижной, то при данной конструкции не происходит смещения обрабатываемого прутка. Гильза имеет хорошее центрирование в шпинделе, а обеспечение соосности внутренней конической и наружных центрирующих поверхностей гильзы не представляет технологических трудностей, благодаря чему данная конструкция обеспечивает достаточно хорошее центрирование обрабатываемого прутка.

При освобождении цанги труба отводится влево и гильза перемещается под действием пружины.

Для того чтобы силы трения, возникающие в процессе зажима на торцовой поверхности лепестков цанги, не уменьшали бы усилие зажима, торцовой поверхности придается коническая форма с углом, несколько превышающим угол трения.

Данная конструкция сложнее предыдущей и требует увеличения диаметра шпинделя. Однако вследствие отмеченных достоинств она находит широкое применение на одношпиндельных автоматах, где увеличение диаметра шпинделя не имеет существенного значения, и на ряде моделей револьверных станков.

Размеры наиболее распространенных цанг нормируются соответствующим ГОСТ . Цанги больших размеров выполняются со сменными губками, что позволяет уменьшить количество цанг в комплекте и при износе губок заменять их новыми.

Поверхность губок цанг, работающих при больших нагрузках, имеет насечку, что обеспечивает передачу больших усилий зажимаемой детали.

Зажимные цанги изготовляются из сталей У8А, У10А, 65Г, 9ХС. Рабочая часть цанги закаливается до твердости HRC 58-62. Хвостовая

часть подвергается отпуску до твердости HRC 38-40. Для изготовления цанг применяются также цементируемые стали, в частности сталь 12ХНЗА.

Труба, перемещающая зажимную цангу, сама получает движение от одного из перечисленных видов приводов через ту или иную систему промежуточных передач. Некоторые конструкции промежуточных передач для перемещения зажимной трубы представлены на рис. IV. 3.

Зажимная труба получает движение от сухарей, представляющих собой часть втулки с выступом, заходящим в паз шпинделя. Сухари опираются на хвостовые выступы зажимной трубы, которые удерживают их в требуемом положении. Сухари получают движение от рычагов, Г-образные концы которых заходят в торцовую выточку втулки 6, сидящей на шпинделе. При зажиме цанги втулка перемещается влево и, воздействуя внутренней конической поверхностью на концы рычагов, поворачивает их. Поворот происходит относительно точек контакта Г-образных выступов рычагов с выточкой втулки. При этом пятки рычагов нажимают на сухари. На чертеже механизмы показаны в положении, соответствующем окончанию зажима. В этом положении механизм оказывается замкнутым, а втулка разгружена от осевых усилий.

Рис. 3. Механизм перемещения зажимной трубы.

Регулирование усилия зажима осуществляется гайками, с помощью которых перемещается втулка. Чтобы избежать необходимости увеличения диаметра шпинделя, на него посажено резьбовое кольцо, которое упирается в полукольца, заходящие в канавку шпинделя.

В зависимости от диаметра зажимной поверхности, который может колебаться в пределах допуска, зажимная труба будет занимать различное положение в осевом направлении. Отклонения в положении трубы компенсируются деформацией рычагов. В других конструкциях вводятся специальные пружинные компенсаторы.

Данный вариант находит широкое применение на одношпиндельных токарных автоматах. Имеются многочисленные конструктивные модификации, отличающиеся формой рычагов.

В ряде конструкций рычаги заменяются расклинивающими шариками или роликами. На конце зажимной трубы на резьбе сидит фланец. При зажиме цанги фланец вместе с трубой перемещается влево. Фланец получает движение от гильзы, воздействующей через ролик на диск. При перемещении гильзы влево, ее внутренняя коническая поверхность заставляет бочкообразные ролики перемещаться к центру. При этом ролики, двигаясь по конической поверхности шайбы, смещаются влево, перемещая в этом же направлении диск и фланец с зажимной трубой. Все детали смонтированы на втулке, установленной на конце шпинделя. Усилие зажима регулируется навинчиванием фланца на трубу. В требующемся положении фланец застопоривается с помощью фиксатора. Механизм может быть снабжен упругим компенсатором в виде тарельчатых пружин, что позволяет использовать его для зажима прутков с большими допусками на диаметр.

Подвижные гильзы, осуществляющие зажим, получают движение от кулачковых механизмов токарных автоматов или от поршневых приводов. Зажимная труба может быть также непосредственно связана с поршневым приводом.

Приводы зажимных приспособлений многопозиционных станков. Каждое из зажимных приспособлений многопозиционного станка может иметь свой, обычно поршневой привод, либо подвижные элементы зажимного приспособления могут получать движение от привода, установленного в загрузочной позиции. В последнем случае механизмы зажимного приспособления, попадающие в загрузочную позицию, связываются с механизмами привода. По окончании зажима эта связь прекращается.

Последний вариант широко используется на многошпиндельных токарных автоматах. В позиции, в которой происходит подача и зажим прутка, установлен ползун с выступом. При повороте шпиндельного блока выступ входит в кольцевую канавку подвижной гильзы зажимного механизма и в соответствующие моменты перемещает гильзу в осевом направлении.

Подобный принцип может быть в ряде случаев использован для перемещения подвижных элементов зажимных приспособлений, установленных на многопозиционных столах и барабанах. Серьга зажимается между неподвижной и подвижной призмами зажимного приспособления, установленного на многопозиционном столе. Призма получает движение от ползуна с клиновым скосом. При зажиме плунжер, на котором нарезана зубчатая рейка, перемещается вправо. Через зубчатую шестерню движение передается ползуну, который клиновым скосом перемещает призму к призме. При освобождении зажатой детали вправо перемещается плунжер, который шестерней также связан с ползуном.

Плунжеры могут получать движение от поршневых приводов, установленных в загрузочной позиции, или от соответствующих звеньев кулачковых механизмов. Зажим и освобождение детали может производиться также в процессе поворота стола. При зажиме плунжер, снабженный роликом, набегает на неподвижный кулак, установленный между загрузочной и первой рабочей позициями. При освобождении плунжер набегает на кулак, расположенный между последней рабочей и загрузочной позициями. Плунжеры располагаются в разных плоскостях. Для компенсации отклонений в размерах зажимаемой детали вводятся упругие компенсаторы.

Следует заметить, что подобные простые решения недостаточно используются при проектировании зажимных приспособлений для многопозиционных станков при обработке некрупных деталей.

Рис. 4. Зажимное приспособление многопозиционного станка, работающее от привода, установленного в загрузочной позиции.

При наличии индивидуальных поршневых двигателей у каждого из зажимных приспособлений многопозиционного станка к поворотному столу или барабану должен быть подведен сжатый воздух или масло под давлением. Устройство для подвода сжатого воздуха или масла аналогично описанному выше устройству вращающегося цилиндра. Применение подшипников качения в данном случае излишне, так как скорость вращения мала.

Каждое из приспособлений может иметь индивидуальный распределительный кран или золотник, либо для всех зажимных приспособлений может быть использовано общее распределительное устройство.

Рис. 5. Распределительное устройство поршневых приводов зажимных приспособлений многопозиционного стола.

Индивидуальные краны или распределительные устройства переключаются вспомогательными приводами, установленными в загрузочной позиции.

Общее распределительное устройство последовательно подключает поршневые приводы зажимных приспособлений по мере поворота стола или барабана. Примерная конструкция подобного распределительного устройства изображена на рис. 5. Корпус распределительного устройства, установленный соосно с осью вращения стола или барабана, вращается вместе с последними, а золотники вместе с осью остаются неподвижными. Золотник управляет подачей сжатого воздуха в полости, а золотник в полости зажимных цилиндров.

Сжатый воздух поступает по каналу в пространство между золотниками и направляется с помощью последних в соответствующие полости зажимных цилиндров. Отработанный воздух уходит в атмосферу через отверстия.

В полости сжатый воздух попадает через отверстие, дуговую канавку и отверстия. Пока отверстия соответствующих цилиндров совпадают с дуговой канавкой, в полости цилиндров поступает сжатый воздух. Когда при очередном повороте стола отверстие одного из цилиндров совместится с отверстием, полость этого цилиндра окажется связанной с атмосферой через кольцевую канавку, канал, кольцевую канавку и канал.

Полости тех цилиндров, в полости которых поступает сжатый воздух, должны быть связаны с атмосферой. Полости соединяются с атмосферой через каналы, дуговую канавку, каналы, кольцевую канавку и отверстие.

В полость цилиндра, находящегося в загрузочной позиции, должен поступать сжатый воздух, который подается через отверстие и каналы.

Таким образом, при повороте многопозиционного стола происходит автоматическое переключение потоков сжатого воздуха.

Аналогичный принцип используется и для управления потоками масла, подаваемого к зажимным приспособлениям многопозиционных станков.

Следует заметить, что подобные же распределительные устройства применяются и на станках для непрерывной обработки с вращающимися столами или барабанами.

Принципы определения усилий, действующих в зажимных приспособлениях. Зажимные приспособления, как правило, проектируются таким образом, чтобы усилия, возникающие в процессе резания, воспринимались бы неподвижными элементами приспособлений. Если те или иные силы, возникающие в процессе резания, воспринимаются подвижными элементами, то величина этих сил определяется на основе уравнений статики трения.

Методика определения сил, действующих в рычажных механизмах цанговых зажимных устройств, аналогична методике, применяемой при определении усилий включения фрикционных муфт с рычажными механизмами.

3 Зажимные элементы приспособлений.doc

3.1. Выбор места приложения зажимных усилий, вида и количества зажимных элементов

При закреплении заготовки в приспособлении должны соблюдаться следующие основные правила:

• 
  не должно нарушаться положение заготовки достигнутое при ее базировании;
• 
  закрепление должно быть надежным, чтобы во время обработки положение заготовки сохранялось неизменным;
• 
  возникающие при закреплении смятие поверхностей заготовки, а также ее деформация должны быть минимальными и находиться в допустимых пределах.
• 
  для обеспечения контакта заготовки с опорным элементом и устранения возможного его сдвига при закреплении зажимное усилие следует направлять перпендикулярно к поверхности опорного элемента. В отдельных случаях зажимное усилие можно направлять так, чтобы заготовка одновременно прижималась к поверхностям двух опорных элементов;
• 
  в целях устранения деформации заготовки при закреплении точку приложения зажимного усилия надо выбирать так, чтобы линия его действия пересекала опорную поверхность опорного элемента. Лишь при закреплении особо жестких заготовок можно допускать, чтобы линия действия зажимного усилия проходила между опорными элементами.

Количество точек приложения зажимных усилий определяется конкретно к каждому случаю зажима заготовки. Для уменьшения смятия поверхностей заготовки при закреплении необходимо уменьшать удельное давление в местах контакта зажимного устройства с заготовкой путем рассредоточения зажимного усилия.

Это достигается применением в зажимных устройствах контактных элементов соответствующей конструкции, которые позволяют распределить зажимное усилие поровну между двумя или тремя точками, а иногда даже рассредоточить по некоторой протяженной поверхности. Количество точек зажима во многом зависит от вида заготовки, метода обработки, направления силы резания. Для уменьшения вибраций и деформаций заготовки под действием силы резания следует повышать жесткость системы заготовка-приспособление путем увеличения числа мест зажатия заготовки и приближения их к обрабатываемой поверхности.

3.3. Определение вида зажимных элементов

К зажимным элементам относятся винты, эксцентрики, прихваты, тисочные губки, клинья, плунжеры, прижимы, планки.

Они являются промежуточными звеньями в сложных зажимных системах.

3.3.1. Винтовые зажимы

Винтовые зажимы применяют в приспособлениях с ручным закреплением заготовки, в приспособлениях механизированного типа, а также на автоматических линиях при использовании приспособлений-спутников. Они просты, компактны и надежны в работе.

Рис. 3.1. Винтовые зажимы: а – со сферическим торцем; б – с плоским торцем; в – с башмаком.

Винты могут быть со сферическим торцем (пятой), плоским и с башмаком, предупреждающим порчу поверхности.

При расчете винтов со сферической пятой учитывается только трение в резьбе.

Где: L - длина рукоятки, мм; - средний радиус резьбы, мм; - угол подъема резьбы.

Где: S – шаг резьбы, мм; – приведенный угол трения.

Где: Pu150 Н.

Условие самоторможения: .

Для стандартных метрических резьб , поэтому все механизмы с метрической резьбой самотормозящие.

При расчете винтов с плоской пятой учитывается трение на торце винта.

Для кольцевой пяты:

Где: D – наружный диаметр опорного торца, мм; d – внутренний диаметр опорного торца, мм; – коэффициент трения.

С плоскими торцами:

Для винта с башмаком:

Материал: сталь 35 или сталь 45 с твердостью HRC 30-35 и точностью резьба по третьему классу.

^ 3.3.2. Клиновые зажимы

Клин применяется в следующих конструктивных вариантах:

1. 
   Плоский односкосый клин.
2. 
   Двускосый клин.
3. 
   Круглый клин.

Рис. 3.2. Плоский односкосый клин.

Рис. 3.3. Двускосый клин.

Рис. 3.4. Круглый клин.

4) кривошипный клин в форме эксцентрика или плоского кулачка с рабочим профилем, очерченным по архимедовой спирали;

Рис. 3.5. Кривошипный клин: а – в форме эксцентрика; б) – в форме плоского кулачка.

5) винтовой клин в форме торцевого кулачка. Здесь односкосый клин как бы свернут в цилиндр: основание клина образует опору, а его наклонная плоскость - винтовой профиль кулачка;

6) в самоцентрирующих клиновых механизмах (патроны, оправки) не пользуются системы из трех и более клиньев.

^ 3.3.2.1. Условие самоторможение клина

Рис. 3.6. Условие самоторможение клина.

Где: - угол трения.

Где: – коэффициент трения;

Для клина с трением только по наклонной поверхности условие самоторможение:

С трением на двух поверхностях:

Имеем: ; или: ;.

Тогда: условие самоторможение для клина с трением на двух поверхностях:

Для клина с трением только на наклонной поверхности:

С трением на двух поверхностях:

С трением только на наклонной поверхности:

^ 3.3.3.Эксцентриковые зажимы

Рис. 3.7. Схемы для расчета эксцентриков.

Такие зажимы являются быстродействующими, но развивают меньшую силу, чем винтовые. Обладают свойством самоторможения. Основной недостаток: не могут надежно работать при значительных колебаниях размеров между установочной и зажимаемой поверхностью обрабатываемых деталей.

;

Где: (- среднее значение радиуса, проведенного из центра вращения эксцентрика в точку А зажима, мм; (- средний угол подъема эксцентрика в точке зажима; (, (1 – углы трения скольжения в точке А зажима и на оси эксцентрика.

Для расчетов принимают:

При l 2D расчет можно производить по формуле:

Условие самоторможения эксцентрика:

Обычно принимают .

Материал: сталь 20Х с цементацией на глубину 0,81,2 мм и закалкой до HRC 50…60.

3.3.4. Цанги

Цанги представляют собой пружинящие гильзы. Их применяют для установки заготовок по наружным и внутренним цилиндрическим поверхностям.

Где: Pз – сила закрепления заготовки; Q – сила сжатия лепестков цанги; - угол трения между цангой и втулкой.

Рис. 3.8. Цанга.

^ 3.3.5. Устройства для зажима деталей типа тел вращения

Кроме цанги для зажима деталей имеющих цилиндрическую поверхность, применяют разжимные оправки, зажимные втулки с гидропластом, оправки и патроны с тарельчатыми пружинами, мембранные патроны и другие.

Консольные и центровые оправки применяют для установки с центральным базовым отверстием втулок, колец, шестерен, обрабатываемых на многорезцовых шлифовальных и других станках.

При обработке партии таких деталей требуется получить высокую концентричность наружных и внутренних поверхностей и заданную перпендикулярность торцов к оси детали.

В зависимости от способа установки и центрирования обрабатываемых деталей консольные и центровые оправки можно подразделить на следующие.виды: 1) жесткие (гладкие) для установки деталей с зазором или натягом; 2) разжимные цанговые; 3) клиновые (плунжерные, шариковые); 4) с тарельчатыми пружинами; 5) самозажимные (кулачковые, роликовые); 6) с центрирующей упругой втулкой.

Рис. 3.9. Конструкции оправок: а - гладкая оправка; б - оправка с разрезной втулкой.

На рис. 3.9, а показана гладкая оправка 2, на цилиндрической части которой установлена обрабатываемая деталь 3. Тяга 6, закрепленная на штоке пневмоцилиндра, при перемещении поршня со штоком влево головкой 5 нажимает на быстросменную шайбу 4 и зажимает деталь 3 на гладкой оправке 2. Оправка конической частью 1 вставляется в конус шпинделя станка. При зажиме обрабатываемой детали на оправке осевая сила Q на штоке механизированного привода вызывает между торцами шайбы 4, уступом оправки и обрабатываемой деталью 3 момент от силы трения, больший, чем момент М рез от силы резания Р z . Зависимость между моментами:

;

Откуда сила на штоке механизированного привода:

.

По уточненной формуле:

.

Где: - коэффициент запаса; Р z - вертикальная составляющая сила резания, Н (кгс); D - наружный диаметр поверхности обрабатываемой детали, мм; D 1 - наружный диаметр быстросменной шайбы, мм; d - диаметр цилиндрической установочной части оправки, мм; f= 0,1 - 0,15 - коэффициент трения сцепления.

На рис. 3.9, б показана оправка 2 с разрезной втулкой 6, на которой устанавливают и зажимают обрабатываемую деталь 3. Конической частью 1 оправку 2 вставляют в конус шпинделя станка. Зажим и разжим детали на оправке производят механизированным приводом. При подаче сжатого воздуха в правую полость пневмоцилиндра поршень, шток и тяга 7 движутся влево и головка 5 тяги с шайбой 4 перемещает разрезную втулку 6 по конусу оправки, пока она не зажмет деталь на оправке. Во время подачи сжатого воздуха в левую полость пневмоцилиндра поршень, шток; и тяга перемещаются вправо, головка 5 с шайбой 4 отходят от втулки 6 и деталь разжимается.

Рис.3.10. Консольная оправка с тарельчатыми пружинами (а) и тарельчатая пружина (б) .

Крутящий момент от вертикальной силы резания Р z должен быть меньше момента от сил трения на цилиндрической поверхности разрезной втулки 6 оправки. Осевая сила на штоке механизированного привода (см. рис. 3.9, б ).

;

Где: - половина угла конуса оправки, град; - угол трения на поверхности контакта оправки с разрезной втулкой, град; f=0,15-0,2 - коэффициент трения.

Оправки и патроны с тарельчатыми пружинами применяют для центрирования и зажима по внутренней или наружной цилиндрической поверхности обрабатываемых деталей. На рис. 3.10, а, б соответственно показаны консольная оправка с тарельчатыми пружинами и тарельчатая пружина. Оправка состоит из корпуса 7, упорного кольца 2, пакета тарельчатых пружин 6, нажимной втулки 3 и тяги 1, соединенной со штоком пневмоцилиндра. Оправку применяют для установки и закрепления детали 5 по внутренней цилиндрической поверхности. При перемещении поршня со штоком и тягой 1 влево последняя головкой 4 и втулкой 3 нажимает на тарельчатые пружины 6. Пружины выпрямляются, их наружный диаметр увеличивается, а внутренний уменьшается, обрабатываемая деталь 5 центрируется и зажимается.

Размер установочных поверхностей пружин при сжатии может изменяться в зависимости от их размера на 0,1 - 0,4 мм. Следовательно, базовая цилиндрическая поверхность обрабатываемой детали должна иметь точность 2 - 3-го классов.

Тарельчатую пружину с прорезями (рис. 3.10, б ) можно рассматривать как совокупность двухзвенных рычажно-шарнирных механизмов двустороннего действия, разжимаемых осевой силой. Определив крутящий момент М рез от силы резания Р z и выбирая коэффициент запаса К , коэффициент трения f и радиус R установочной поверхности тарельчатой поверхности пружины, получим равенство:

Из равенства определим суммарную радиальную силу зажима, действующую на установочной поверхности обрабатываемой детали:

.

Осевая сила на штоке механизированного привода для тарельчатых пружин:

С радиальными прорезями

;

Без радиальных прорезей

;

Где: - угол наклона тарельчатой пружины при зажиме детали, град; К=1,5 - 2,2 - коэффициент запаса; М рез - крутящий момент от силы резания Р z , Н-м (кгс-см); f=0,1- 0,12 - коэффициент трения между установочной поверхностью тарельчатых пружин и базовой поверхностью обрабатываемой детали; R - радиус установочной поверхности тарельчатой пружины, мм; Р z - вертикальная составляющая сила резания, Н (кгс); R 1 - радиус обработанной поверхности детали, мм.

Патроны и оправки с самоцентрирующими тонкостенными втулками, наполненными гидропластмассой, применяют для установки по наружной или внутренней поверхности деталей, обрабатываемых на токарных и других станках.

На приспособлениях с тонкостенной втулкой обрабатываемые детали наружной или внутренней поверхностью устанавливают на цилиндрическую поверхность втулки. При разжиме втулки гидропластмассой детали центрируются и зажимаются.

Форма и размеры тонкостенной втулки должны обеспечивать достаточную ее деформацию для надежного зажима детали на втулке при обработке детали на станке.

При конструировании патронов и оправок с тонкостенными втулками с гидропластмассой рассчитывают:

1. 
   основные размеры тонкостенных втулок;
2. 
   размеры нажимных винтов и плунжеров у приспособлений с ручным зажимом;
3. 
   размеры плунжеров, диаметр цилиндра и ход поршня для приспособлений с механизированным приводом.

Рис. 3.11. Тонкостенная втулка.

Исходными данными для расчета тонкостенных втулок являются диаметр D д отверстия или диаметр шейки обрабатываемой детали и длина l д отверстия или шейки обрабатываемой детали.

Для расчета тонкостенной самоцентрирующей втулки (рис. 3.11) примем следующие обозначения: D - диаметр установочной поверхности центрирующей втулки 2, мм; h - толщина тонкостенной части втулки, мм; Т - длина опорных поясков втулки, мм; t - толщина опорных поясков втулки, мм; - наибольшая диаметральная упругая деформация втулки (увеличение или уменьшение диаметра в ее средней части) мм; S max - максимальный зазор между установочной поверхностью втулки и базовой поверхностью обрабатываемой детали 1 в свободном состоянии, мм; l к - длина контактного участка упругой втулки с установочной поверхностью обрабатываемой детали после разжима втулки, мм; L -длина тонкостенной части втулки, мм; l д - длина обрабатываемой детали, мм; D д - диаметр базовой поверхности обрабатываемой детали, мм; d - диаметр отверстия опорных поясков втулки, мм; р - давление гидропластмассы, требуемое для деформации тонкостенной втулки, МПа (кгс/см 2); r 1 - радиус закругления втулки, мм; M рез =P z r - допустимый крутящий момент, возникающий от силы резания, Н-м (кгс-см); P z - сила резания, Н (кгс); r -плечо момента силы резания.

На рис. 3.12 показана консольная оправка с тонкостенной втулкой и гидропластмассой. Обрабатываемую деталь 4 базовым отверстием устанавливают на наружную поверхность тонкостенной втулки 5. При подаче сжатого воздуха в штоковую полость пневмоцилиндра поршень со штоком перемещается в пневмоцилиндре влево и шток через тягу 6 и рычаг 1 передвигает плунжер 2, который нажимает на гидропластмассу 3. Гидропластмасса равномерно давит на внутреннюю поверхность втулки 5, втулка разжимается; наружный диаметр втулки увеличивается, и она центрирует и закрепляет обрабатываемую деталь 4.

Рис. 3.12. Консольная оправка с гидропластмассой.

Мембранные патроны применяют для точного центрирования и зажима деталей, обрабатываемых на токарных и шлифовальных станках. В мембранных патронах обрабатываемые детали устанавливают по наружной или внутренней поверхности. Базовые поверхности деталей должны быть обработаны по 2-За-му классам точности. Мембранные патроны обеспечивают точность центрирования деталей 0,004-0,007 мм.

Мембраны - это тонкие металлические диски с рожками или без рожков (кольцевые мембраны). В зависимости от воздействия на мембрану штока механизированного привода - тянущего или толкающего действия - мембранные патроны подразделяются на разжимные и зажимные.

В разжимном мембранном рожковом патроне при установке кольцевой детали мембрана с рожками, штоком привода прогибается влево к шпинделю станка. При этом рожки мембраны с зажимающими винтами, установленными на концах рожков, сходятся к оси патрона, и обрабатываемое кольцо устанавливается центральным отверстием в патроне.

При прекращении нажима на мембрану под действием упругих сил она выпрямляется, ее рожки с винтами расходятся от оси патрона и зажимают обрабатываемое кольцо по внутренней поверхности. В зажимном мембранном рожковом патроне при установке кольцевой детали по наружной поверхности мембрана штоком привода прогибается вправо от шпинделя станка. При этом рожки мембраны расходятся от оси патрона и обрабатываемая деталь разжимается. Затем устанавливается следующее кольцо, нажим на мембрану прекращается, она выпрямляется и рожками с винтами зажимает обрабатываемое кольцо. Зажимные мембранные рожковые патроны с механизированным приводом изготовляются по МН 5523-64 и МН 5524-64 и с ручным приводом по МН 5523-64.

Мембранные патроны бывают рожковые и чашечные (кольцевые), их изготовляют из стали 65Г, ЗОХГС с закалкой до твердости HRC 40-50. Основные размеры рожковых и чашечных мембран нормализованы.

На рис. 3.13, а, б показана конструктивная схема мембранно-рожкового патрона 1. На заднем" конце шпинделя станка установлен пневмопривод патрона. При подаче сжатого воздуха в левую полость пневмоцилиндра поршень со штоком и тягой 2 перемещается вправо. При этом тяга 2, нажимая на рожковую мембрану 3, прогибает ее, кулачки (рожки) 4 расходятся, и деталь 5 разжимается (рис. 3.13, б ). Во время подачи сжатого воздуха в правую полость пневмоцилиндра его поршень со штоком и тягой 2 перемещается влево и отходит от мембраны 3. Мембрана под действием внутренних упругих сил выпрямляется, кулачки 4 мембраны сходятся и зажимают по цилиндрической поверхности деталь 5 (рис. 3.13, а).

Рис. 3.13. Схема мембранно-рожкового патрона

Основные данные для расчета патрона (рис. 3.13, а) с рожко-, вой мембраной: момент резания М рез , стремящийся повернуть обрабатываемую деталь 5 в кулачках 4 патрона; диаметр d = 2b базовой наружной поверхности обрабатываемой детали; расстояние l от середины мембраны 3 до середины кулачков 4. На рис. 3.13, в дана расчетная схема нагруженной мембраны. Круглая, жестко закрепленная по наружной поверхности мембрана нагружена равномерно распределенным изгибающим моментом М И , приложенным по концентрической окружности мембраны радиуса b базовой поверхности обрабатываемой детали. Данная схема является результатом наложения двух схем, показанных на рис. 3.13, г, д, причем М И =М 1 +М 3 .

На рис. 3.13, в принято: а - радиус наружной поверхности мембраны, см (выбирают по конструктивным условиям); h=0,10,07 - толщина мембраны, см; М И - момент, изгибающий мембрану, Н-м (кгс-мм); - угол разжима кулачков 4 мембраны, требуемый для установки и зажима обрабатываемой детали с наименьшим предельным размером, град.

На рис. 3.13, е показан максимальный угол разжима кулачков мембраны:

Где: - дополнительный угол разжима кулачка, учитывающий допуск на неточность изготовления установочной поверхности детали; - угол разжима кулачков, учитывающий диаметральный зазор , необходимый для возможности установки деталей в патрон.

Из рис. 3.13, e видно, что угол:

;

Где: - допуск на неточность изготовления детали на смежной предшествующей операции; мм.

Число кулачков n мембранного патрона принимают в зависимости от формы и размеров обрабатываемой детали. Коэффициент трения между установочной поверхностью детали и кулачков . Коэффициент запаса. Допуск на размер установочной поверхности детали задается чертежом. Модуль упругости МПа (кгс/см 2).

Имея необходимые данные, рассчитывают мембранный патрон.

1. Радиальная сила на одном кулачке мембранного патрона для передачи крутящего момента М рез

Силы P з вызывают момент, изгибающий мембрану (см. рис. 3.13, в).

2. При большом количестве кулачков патрона момент М п можно считать равномерно действующим по окружности мембраны радиуса b и вызывающим ее изгиб:

3. Радиусом а наружной поверхности мембраны (из конструктивных соображений) задаются.

4. Отношение т радиуса а мембраны к радиусу b установочной поверхности детали: а/b = т.

5. Моменты М 1 и М 3 в долях от М и (М и = 1) находят в зависимости от m= a/b по следующим данным (табл. 3.1):

Таблица 3.1

7. Цилиндрическая жесткость мембраны [Н/м (кгс/см)]:

Где: МПа - модуль упругости (кгс/см 2); =0,3.

8. Угол наибольшего разжима кулачков (рад):

9. Сила на штоке механизированного привода патрона, необходимая для прогиба мембраны и разведения кулачков при разжиме детали, на максимальный угол :

.

При выборе точки приложения и направления зажимного усилия необходимо соблюдать следующее: для обеспечения контакта заготовки с опорным элементом и устранения возможного ее сдвига при закреплении зажимное усилие следует направлять перпендикулярно к поверхности опорного элемента; в целях устранения деформации заготовки при закреплении точку приложения зажимного усилия надо выбирать так, чтобы линия его действия пересекала опорную поверхность установочного элемента.

Количество точек приложения зажимных усилий определяют конкретно к каждому случаю зажима заготовки в зависимости от вида заготовки, метода обработки, направления силы резания. Для уменьшения вибрации и деформации заготовки под действием сил резания следует повышать жесткость системы заготовка – приспособление путем увеличения числа точек зажима заготовки за счет введения вспомогательных опор.

К зажимным элементам относятся винты, эксцентрики, прихваты, тисочные губки, клинья, плунжеры, планки. Они являются промежуточными звеньями в сложных зажимных системах. Форма рабочей поверхности зажимных элементов, контактирующих с заготовкой, в основном такая же, как и установочных элементов. Графически зажимные элементы обозначаются согласно табл. 3.2.

Таблица 3.2 Графическое обозначение зажимных элементов

Контрольные задания.

Задание 3.1.

Основные правила при закреплении заготовки?

Задание 3.2.

От чего зависит количество точек зажима детали при обработке?

Задание 3.3.

Преимущества и недостатки применения эксцентриков.

Задание 3.4.

Графическое обозначение зажимных элементов.