Зажимные устройства станков - металлорежущие станки. Реферат виды зажимных приспособлений Зажимные устройства приспособлений для механической обработки
4. Назначение зажимов и особенности их конструкций в зависимости от схемы приспособления
Основное назначение зажимных устройств состоит в обеспечении надежного контакта заготовки с установочными элементами и предупреждении ее смещения и вибраций в процессе обработки.
Зажимные устройства используются также для обеспечения правильной установки и центрирования заготовки. В этом случае зажимы выполняют функцию установочно-зажимных элементов. К ним относятся самоцентрирующие патроны, цанговые зажимы и другие устройства.
Заготовка может не закрепляться, если обрабатывается тяжелая деталь (устойчивая), по сравнению с весом которой силы резания незначительны; сила, возникающая в процессе резания, приложена так, что не нарушает установки детали.
В процессе обработки на заготовку могут действовать следующие силы:
Силы резания, которые могут быть переменными вследствие разного припуска на обработку, свойств материала, затупления режущего инструмента;
Вес заготовки (при вертикальном положении детали);
Центробежные силы, возникающие в результате смещения центра тяжести детали относительно оси вращения.
К зажимным устройствам приспособлений предъявляются следующие основные требования:
При закреплении заготовки не должно нарушаться ее положение, достигнутое установкой;
Силы зажима должны исключать возможность перемещения детали и ее вибрацию в процессе обработки;
Деформация детали под действием зажимных сил должна быть минимальной.
Смятие базирующих поверхностей должно быть минимальным, поэтому усилие зажима должно быть приложено так, чтобы деталь прижималась к установочным элементам приспособления плоской базирующей поверхностью, а не цилиндрической или фасонной.
Зажимные устройства должны быть быстродействующими, удобно расположенными, просты по конструкции и требовать минимальных усилий от рабочего.
Зажимные устройства должны быть износоустойчивыми, а наиболее изнашиваемые детали – сменными.
Силы зажима должны быть направлены на опоры, чтобы не деформировать деталь, особенно нежесткую.
Материалы: стали 30ХГСА, 40Х, 45. Рабочая поверхность должна быть обработана по 7 кв. и точнее.
Обозначение зажимов:
Обозначение устройства зажима:
П – пневматическое
Н – гидравлическое
Е – электрическое
М – магнитное
ЕМ – электромагнитное
Г – гидропластовое
В единичном производстве применяют ручные приводы: винтовые, эксцентриковые и др. В серийном производстве применяют механизированные приводы.
5. ЗАЖАТИЕ ДЕТАЛИ. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ СОСТАВЛЕНИЯ СХЕМЫ К РАСЧЕТУ УСИЛИЯ ЗАЖАТИЯ ДЕТАЛИ. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСИЛИЯ ЗАЖАТИЯ ДЕТАЛИ В ПРИСПОСОБЛЕНИИ. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ К РАСЧЕТУ УСИЛИЯ, ПОТРЕБНАЯ ВЕЛИЧИНА УСИЛИЯ ЗАЖАТИЯ.
Величину потребных сил зажима определяют решая задачу статики на равновесие твердого тела под действием всех приложенных к нему сил и моментов.
Расчет сил зажима производится в 2-х основных случаях:
1. при использовании имеющихся универсальных приспособлений с зажимными устройствами, развивающими определенную силу;
2. при конструировании новых приспособлений.
В первом случае расчет зажимной силы носи проверочный характер. Найденная из условий обработки необходимая зажимная сила должна быть меньше или равна той силе, которую развивает зажимное устройство используемого универсального приспособления. Если это условие не выдерживается, то производят изменение условий обработки в целях уменьшения необходимой зажимной силы с последующим новым проверочным расчетом.
Во втором случае методика расчета зажимных сил заключается в следующем:
1. Выбирается наиболее рациональная схема установки детали, т.е. намечается положение и тип опор, места приложения сил зажима с учетом направления сил резания в самый неблагоприятный момент обработки.
2. На выбранной схеме стрелками отмечаются все приложенные к детали силы, стремящиеся нарушить положение детали в приспособлении (силы резания, силы зажима) и силы, стремящиеся сохранить это положение (силы трения, реакции опор). При необходимости учитываются и силы инерции.
3. Выбирают уравнения равновесия статики, применимые к данному случаю и определяют искомое значение величины сил зажима Q 1 .
4. Приняв коэффициент надежности закрепления (коэффициент запаса), необходимость которого вызывается неизбежными колебаниями сил резания в процессе обработки, определяется фактически потребная сила зажима:
Коэффициент запаса К рассчитывается применительно к конкретным условиям обработки
где К 0 = 2,5 – гарантированный коэффициент запаса для всех случаев;
К 1 – коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовок; К 1 = 1,2 – для черновой поверхности; К 1 = 1 – для чистовой поверхности;
К 2 – коэффициент, учитывающий увеличение сил резания от прогрессирующего затупления инструмента (К 2 = 1,0…1,9);
К 3 – коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при прерывистом резании; (К 3 = 1,2).
К 4 – коэффициент, учитывающий постоянство силы зажима, развиваемой силовым приводом приспособления; К 4 = 1…1,6;
К 5 – данный коэффициент учитывается только при наличии крутящих моментов, стремящихся повернуть обрабатываемую деталь; К 5 = 1…1,5.
Типовые схемы к расчету усилия зажатия детали и потребная величина усилия зажатия:
1. Сила резания Р и сила зажима Q одинаково направлены и действуют на опоры:
При постоянном значении Р сила Q = 0. Этой схеме соответствует протягивание отверстий, обтачивание в центрах, цекование бобышек.
2. Сила резания Р направлена против зажимного усилия:
3. Сила резания стремится сдвинуть заготовку с установочных элементов:
Характерно для маятникового фрезерования, фрезерования замкнутых контуров.
4. Заготовка установлена в патроне и находиться под действием момента и осевой силы:
где Q c – суммарная сила зажима всеми кулачками:
где z – число кулачков в патроне.
С учетом коэффициента запаса k потребная сила, развиваемая каждым кулачком, будет:
5. Если в детали сверлится одно отверстие и направление силы зажима совпадает с направлением сверления, то сила зажима определяется по формуле:
k M = W f R
W = k M / f R
6. Если в детали сверлится одновременно несколько отверстий и направление силы зажима совпадает с направлением сверления, то сила зажима определяется по формуле:
В серийном и мелкосерийном производстве проектируют оснастку с использованием универсальных зажимных механизмов (ЗМ) или специальных однозвенных с ручным приводом. В тех случаях, когда требуются большие силы закрепления заготовок, целесообразно применять механизированные зажимы.
В механизированном производстве используют зажимные механизмы, у которых прихваты автоматически отводятся в сторону. Этим обеспечивается свободный доступ к установочным элементам для очистки их от стружки и удобство переустановки заготовок.
Рычажные однозвенные механизмы с управлением от гидро- или пневмопривода используют при закреплении, как правило, одной корпусной или крупной заготовки. В таких случаях прихват отодвигают или поворачивают вручную. Однако лучше использовать дополнительное звено для отвода прихвата из зоны загрузки заготовки.
Зажимные устройства Г-образного типа применяют чаще для закрепления корпусных заготовок сверху. Для поворота прихвата во время закрепления предусматривают винтовой паз с прямолинейным участком.
Рис. 3.1.
Комбинированные зажимные механизмы используют для закрепления широкой номенклатуры заготовок: корпусов, фланцев, колец, валов, планок и пр.
Рассмотрим некоторые типовые конструкции зажимных механизмов.
Рычажные зажимные механизмы отличаются простотой конструкции (рис. 3.1), значительным выигрышем в силе (или в перемещении), постоянством силы зажима, возможностью закрепления заготовки в труднодоступном месте, удобством эксплуатации, надежностью.
Рычажные механизмы используют в виде прихватов (прижимных планок) или в качестве усилителей силовых приводов. Для облегчения установки заготовок рычажные механизмы выполняют поворотными, откидными и передвижными. По конструкции (рис. 3.2) они могут быть прямолинейными отодвигаемыми (рис. 3.2, а)
и поворотными (рис. 3.2, б),
откидными (рис. 3.2, в)
с качающейся опорой, изогнутыми (рис. 3.2, г)
и комбинированными (рис. 3.2,
Рис. 3.2.
На рис. 3.3 приведены универсальные рычажные ЗМ с ручным винтовым приводом, используемые в индивидуальном и мелкосерийном производствах. Они просты по конструкции и надежны.
Опорный винт 1 устанавливают в Т-образный паз стола и крепят гайкой 5. Положение зажимного прихвата 3 по высоте регулируют винтом 7 с опорной пятой 6, и пружиной 4. Сила закрепления на заготовку передается от гайки 2 через прихват 3 (рис. 3.3, а).
В ЗМ (рис. 3.3, б) заготовку 5 крепят прихватом 4, а заготовку 6 прихватом 7. Сила закрепления передается от винта 9 на прихват 4 через плунжер 2 и регулировочный винт /; на прихват 7 - через закрепленную в нем гайку. При изменении толщины заготовок положение осей 3, 8 легко регулируется.
Рис. 3.3.
В ЗМ (рис. 3.3, в) корпус 4 зажимного механизма крепят к столу гайкой 3 посредством втулки 5 с резьбовым отверстием. Положение изогнутого прихвата 1 но высоте регулируют опорой 6 и винтом 7. Прихват 1 имеет люфт между конической шайбой, установленной иод головкой винта 7, и шайбой, которая находится выше стопорного кольца 2.
В конструкции дугообразный прихват 1 во время крепления заготовки гайкой 3 поворачивается на оси 2. Винт 4 в данной конструкции не крепится к столу станка, а свободно передвигается в Т-образном пазу (рис. 3.3, г).
Используемые в зажимных механизмах винты развивают на торце силу Р, которая может быть рассчитана по формуле
где Р - усилие рабочего, приложенное к концу рукоятки; L - длина рукоятки; г ср - средний радиус резьбы; а - угол подъема резьбы; ср - угол трения в резьбе.
Момент, развиваемый на рукоятке (ключе), для получения заданной силы Р
где М, р - момент трения на опорном торце гайки или винта:
где /- коэффициент трения скольжения: при закреплении / = 0,16...0,21, при раскреплении / = 0,24...0,30; D H - наружный диаметр трущейся поверхности винта или гайки; с/ в - диаметр резьбы винта.
Приняв a = 2°30" (для резьбы от М8 до М42 угол а меняется от 3°10" до 1°57"), ф = 10°30", г ср = 0,45с/, Д, = 1,7с/, d B = d и/= 0,15, получим приближенную формулу для момента на торце гайки М гр = 0,2dP.
Для винтов с плоским торцом М т р = 0,1с1Р+ н, а для винтов со сферическим торцом М Л р ~ 0,1 с1Р.
На рис. 3.4 приведены другие рычажные зажимные механизмы. Корпус 3 универсального зажимного механизма с винтовым приводом (рис. 3.4, а) крепят к столу станка винтом / и гайкой 4. Прихват б во время крепления заготовки поворачивают на оси 7 винтом 5 по часовой стрелке. Положение прихвата б с корпусом 3 легко регулируется относительно неподвижного вкладыша 2.
Рис. 3.4.
Специальный рычажный зажимной механизм с дополнительным звеном и пневмоприводом (рис. 3.4, б) используют в механизированном производстве для автоматического отвода прихвата из зоны загрузки заготовок. Во время раскрепления заготовки / шток б перемещается вниз, при этом прихват 2 поворачивается на оси 4. Последняя совместно с серьгой 5 поворачивается на оси 3 и занимает положение, показанное штриховой линией. Прихват 2 отводится из зоны загрузки заготовок.
Клиновые зажимные механизмы бывают с односкосым клином и клиноплунжерные с одним плунжером (без роликов или с роликами). Клиновые зажимные механизмы отличаются простотой конструкции, удобством наладки и эксплуатации, способностью к самоторможению, постоянством силы зажима.
Для надежного закрепления заготовки 2 в приспособлении 1 (рис. 3.5, а) клин 4 должен быть самотормозяшимся за счет угла а скоса. Клиновые зажимы применяют самостоятельно или в качестве промежуточного звена в сложных зажимных системах. Они позволяют увеличивать и изменять направление передаваемой силы Q.
На рис. 3.5, б показан стандартизованный клиновой зажимной механизм с ручным приводом для закрепления заготовки на столе станка. Зажим заготовки осуществляется клином /, перемещающимся относительно корпуса 4. Положение подвижной части клинового зажима фиксируется болтом 2 , гайкой 3 и шайбой; неподвижной части - болтом б, гайкой 5 и шайбой 7.
Рис. 3.5. Схема (а) и конструкция (в) клинового зажимного механизма
Усилие зажима, развиваемое клиновым механизмом, рассчитывают но формуле
где ср и ф| - углы трения соответственно на наклонной и горизонтальной поверхностях клина.
Рис. 3.6.
В практике машиностроительного производства чаще используют оснастку с наличием роликов в клиновых зажимных механизмах. Такие зажимные механизмы позволяют уменьшить вдвое потери на трение.
Расчет силы закрепления (рис. 3.6) производится по формуле, аналогичной формуле для расчета клинового механизма, работающего при условии трения скольжения на контактирующих поверхностях. При этом углы трения скольжения ф и ф, заменяем на углы трения качения ф |1р и ф пр1:
Чтобы определить соотношение коэффициентов трения при скольжении и
качении, рассмотрим равновесие нижнего ролика механизма: F l - = T - .
Так как Т = Wf
F i =Wtgi
р цр1 и / = tgcp, получим tg(p llpl = tg верхнего ролика вывод формулы аналогичен. В конструкциях клиновых зажимных механизмов используют стандартные ролики и оси, у которых D
= 22...26 мм, a d
= 10... 12 мм. Если принять tg(p =0,1; d/D
= 0,5, тогда коэффициент трения качения будет / к = tg 0,1 0,5 = 0,05 =0,05. Рис. 3.
На рис. 3.7 приведены схемы клиноплунжерных зажимных механизмов с двухонорным плунжером без ролика (рис. 3.7, а); с двухопорным плунжером и роликом (рис. 3.7, (5); с одноопорным плунжером и тремя роликами (рис. 3.7, в); с двумя одноопорными (консольными) плунжерами и роликами (рис. 3.7, г).
Такие зажимные механизмы надежны в работе, просты в изготовлении и могут обладать свойством самоторможения при определенных углах скоса клина. На рис. 3.8 показан зажимной механизм, применяемый в автоматизированном производстве. Заготовку 5 устанавливают на палец б
и крепят прихватом 3.
Сила закрепления на заготовку передается от штока 8
гидроцилиндра 7 через клин 9,
ролик 10
и плунжер 4.
Отвод прихвата из зоны загрузки во время съема и установки заготовки осуществляет рычаг 1,
который поворачивает на оси 11
выступ 12.
Прихват 3
легко перемешается от рычага 1
или пружины 2, так как в конструкции оси 13
предусмотрены прямоугольные сухари 14,
легко перемещаемые в пазах прихвата. Рис. 3.8.
Для увеличения силы на штоке пневмопривода или другого силового привода применяют шарнирно-рычажные механизмы. Они являются промежуточным звеном, связывающим силовой привод с прихватом, и применяются в том случае, когда для крепления заготовки требуется большая сила. По конструкции их делят на однорычажные, двухрычажные одностороннего действия и двухрычажные двустороннего действия. На рис. 3.9, а
показана схема шарнирно-рычажного механизма (усилителя) одностороннего действия в виде наклонного рычага 5
и ролика 3,
соединенного осью 4
с рычагом 5 и штоком 2 пневмоцилиндра 1.
Исходная сила Р,
развиваемая пневмоцилиндром, через шток 2, ролик 3 и ось 4
передается на рычаг 5.
При этом нижний конец рычага 5
перемещается вправо, а его верхний конец поворачивает прихват 7 вокруг неподвижной опоры б
и закрепляет заготовку силой Q.
Значение последней зависит от силы W
и соотношения плеч прихвата 7. Силу W
для однорычажного шарнирного механизма (усилителя) без плунжера определяют по уравнению Сила IV
, развиваемая двухрычажным шарнирным механизмом (усилителем) (рис. 3.9, б),
равна Силу If"
2
,
развиваемую двухрычажным шарнирно-плунжерным механизмом одностороннего действия (рис. 3.9, в),
определяют по уравнению В приведенных формулах: Р-
исходная сила на штоке механизированного привода, Н; a - угол положения наклонного звена (рычага); р - дополнительный угол, которым учитываются потери на трение в шарнирах ^p = arcsin/^П;/- коэффициент трения скольжения на оси ролика и в шарнирах рычагов (f ~
0,1...0,2); (/-диаметр осей шарниров и ролика, мм; D
- наружный диаметр опорного ролика, мм; L -
расстояние между осями рычага, мм; ф[ - угол трения скольжения на осях шарниров; ф 11р - угол трения качения на опоре ролика; tgф пp =tgф-^; tgф пp 2 - приведенный коэффициент жере; tgф np 2 =tgф-; / - расстояние между осью шарнира и серединой на- трения, учитывающий потери на трение в консольном (перекошенном) плун- 3/ , правляющей втулки плунжера (рис. 3.9, в),
мм; а
- длина направляющей втулки плунжера, мм. Рис. 3.9.
действия Однорычажные шарнирные зажимные механизмы применяют в тех случаях, когда требуются большие силы закрепления заготовки. Это объясняется тем, что во время крепления заготовки угол а наклонного рычага уменьшается и сила зажима увеличивается. Так, при угле а = 10° сила W
на верхнем конце наклонного звена 3
(см. рис. 3.9, а)
составляет JV ~
3,5Р,
а при а = 3° W~
1 IP,
где Р
- сила на штоке 8
пневмоцилиндра. На рис. 3.10, а
приведен пример конструктивного исполнения такого механизма. Заготовку / крепят прихватом 2.
Сила закрепления на прихват передается от штока 8
пневмоцилиндра через ролик 6
и регулируемое по длине наклонное звено 4,
состоящее из вилки 5
и серьги 3.
Для предотвращения изгиба штока 8
для ролика предусмотрена опорная планка 7. В зажимном механизме (рис. 3.10, б)
пневмоцилиндр расположен внутри корпуса 1
приспособления, к которому винтами прикреплен корпус 2
зажимного Рис. 3.10.
механизма. Во время закрепления заготовки шток 3
пневмоцилиндра с роликом 7 перемещаются вверх, а прихват 5
со звеном б
поворачивается на оси 4.
При раскреплении заготовки прихват 5 занимает положение, показанное штриховыми линиями, не мешая смене заготовки.
Зажимные элементы должны обеспечить надёжный контакт обрабатываемой детали с установочным элементами и препятствовать нарушению его под действием возникающих при обработке усилий, быстрый и равномерный зажим всех деталей и не вызывать деформации и порчи пов-тей закрепляемых деталей.
Зажимные элементы подразделяются:
По конструкции – на винтовые, клиновые, эксцентриковые, рычажные, рычажно-шарнирные (применяются также комбинированные зажимные элементы – винторычажные, эксцентрико-рычажные и т.д).
По степени механизации – на ручные и механизированные с гидравлическим, пневматическим, электрическим или вакуумным приводом.
Зажимные мех-мы могут быть автоматизированными.
Винтовые зажимы используют для непосредственного зажима или зажима через прижимные планки, либо прихваты одной или нескольких деталей. Недостатком их является то, что для закрепления и открепления детали приходится затрачивать много времени.
Эксцентриковые и клиновые зажимы, также как винтовые, позволяют закреплять деталь непосредственно или через прижимные планки и рычаги.
Наибольшее распространение получили круговые эксцентриковые зажимы. Эксцентриковый зажим является частным случаем клинового зажима, причём для обеспечения самоторможения угол клина не должен превышать 6-8 град. Эксцентриковые зажимы изготовляют из высокоуглеродистой или цементуемой стали и термически обрабатывают до твёрдости HRC55-60. Эксцентриковые зажимы относятся к быстродействующим зажимам, т.к. для зажима необход. повернуть эксцентрик на угол 60-120 град.
Рычажно- шарнирные элементы применяются в качестве приводных и усилительных звеньев зажимных механизмов. По конструкции они делятся на однорычажные, двухрычажные (одностороннего и двустороннего действия – самоцентрирующие и многозвенные). Рычажные механизмы не обладают самотормозящими свойствами. Наиболее простым примером рычажно-шарнирных мех-мов является прижимные планки приспособлений, рычаги пневматических патронов и т.д.
Пружинные зажимы применяют для зажима изделий с небольшими усилиями, возникающие при сжатии пружины.
Для создания постоянных и больших зажимных усилий, сокращения времени зажима, осуществления дистанционного управления зажимами применяют пневматические, гидравлические и другие приводы.
Наиболее распространёнными пневматическими приводами явл-ся поршневые пневматические цилиндры и пневматические камеры с упругой диафрагмой, стационарные, вращающиеся и качающиеся.
Пневматические приводы приводятся в действие сжатым воздухом под давлением 4-6 кг/см.² При необходимости применения малогабаритных приводов и создания больших зажимных усилий используют гидравлические приводы, рабочее давление масла в котор. достигает 80 кг/см².
Усилие на штоке пневматического или гидравлического цилиндра равно произведению рабочей площади поршня в квадратных см. на давление воздуха или рабочей жидкости. При этом необходимо учитывать потери на трение между поршнем и стенками цилиндра, между штоком и направляющими втулками и уплотнениями.
Электромагнитные зажимные устройства выполняют в виде плит и планшайб. Они предназначены для закрепления стальных и чугунных заготовок с плоской базовой поверхностью при шлифовании или чистовом точении.
Магнитные зажимные устройства могут быть выполнены в виде призм, служащих для закрепления цилиндрических заготовок. Появились плиты, у которых в качестве постоянных магнитов используют ферриты. Эти плиты отличаются большой удерживающей силой и меньшим расстоянием между полюсами.
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
| m=a/b | 1,25 | 1,5 | 1,75 | 2,0 | 2,25 | 2,5 | 2,75 | 3,0 |
| M 1 | 0,785 | 0,645 | 0,56 | 0,51 | 0,48 | 0,455 | 0,44 | 0,42 |
| M 3 | 0,215 | 0,355 | 0,44 | 0,49 | 0,52 | 0,545 | 0,56 | 0,58 |
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
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
ВВЕДЕНИЕ………………….…………………………………… ……..…….....2
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИСПОСОБЛЕНИЯХ…………………………... …3ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ……………….…………...6
Зажимные элементы приспособлений……………………………….……. …..61 Назначение зажимных элементов……………………………… ………...6
2 Виды зажимных элементов……………………………………….…..…. .7
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………… ……………………..17
ВВЕДЕНИЕ
Основную группу технологической
оснастки составляют приспособления механосборочного
производства. Приспособлениями в машиностроении называют
вспомогательные устройства к технологическому
оборудованию, используемые при выполнении
операций обработки, сборки и контроля.
Применение приспособлений
позволяет: устранить разметку заготовок
перед обработкой, повысить ее точность, увеличить производительность
труда на операции, снизить себестоимость
продукции, облегчить условия работы и
обеспечить ее безопасность, расширить
технологические возможности оборудования,
организовать многостаночное обслуживание,
применить технически обоснованные нормы
времени, сократить число рабочих, необходимых
для выпуска продукции.
Частая смена объектов
производства, связанная с нарастанием
темпов технологического прогресса
в эпоху научно-технической революции,
требует от технологической науки и практики создания конструкций
и систем приспособлений, методов их расчета,
проектирования и изготовления, обеспечивающих
сокращение сроков подготовки производства.
В серийном производстве необходимо использовать
специализированные быстропереналаживаемые
и обратимые системы приспособлений. В
мелкосерийном и единичном производствах
все более широко применяют систему универсально-сборных
(УСП) приспособлений.
Новые требования, предъявляемые
к приспособлениям, определены расширением
парка станков с ЧПУ, переналадка которых на обработку новой
заготовки сводится к замене программы
(что занимает очень мало времени) и к замене
или переналадке приспособления для базирования
и закрепления заготовки (что также должно
занимать мало времени).
Изучение закономерностей влияния приспособления на точность
и производительность выполняемых операций
позволит проектировать приспособления,
интенсифицирующие производство и повышающие
его точность. Работа по унификации и стандартизации
элементов приспособлений создает основу
для автоматизированного проектирования
приспособлений с использованием электронно-вычислительной
техники и автоматов для графического
изображения. Это ускоряет технологическую
подготовку производства.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
О ПРИСПОСОБЛЕНИЯХ.
ВИДЫ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
В машиностроении широко
применяется разнообразная технологическая
оснастка, в которую входят приспособления,
вспомогательный, режущий и измерительный
инструмент.
Приспособлениями называются
дополнительные устройства, используемые
для механической обработки, сборки и контроля деталей,
сборочных единиц и изделий. По назначению
приспособления подразделяют на следующие
виды:
1. Станочные приспособления, применяемые
для установки и закрепления на станках
обрабатываемых заготовок. В зависимости
от вида механической обработки эти приспособления,
в свою очередь, делят на приспособления
для сверлильных, фрезерных, расточных,
токарных, шлифовальных станков и др. Станочные
приспособления составляют 80...90% общего
парка технологической оснастки.
Использование приспособлений обеспечивает:
а) повышение производительности
труда благодаря сокращению времени
на установку и закрепление заготовок
при частичном или полном перекрытии
вспомогательного времени машинным
и уменьшении последнего посредством
многоместной обработки, совмещения технологических
переходов и повышения режимов резания;
б) повышение точности
обработки благодаря устранению
выверки при установке и связанных
с ней погрешностей;
в) облегчение условий
труда станочников;
г) расширение технологических возможностей
оборудования;
д) повышение безопасности
работы.
2.Приспособления для установки и закрепления
рабочего инструмента, осуществляющие
связь между инструментом и станком, в
то время как первый вид осуществляет
связь заготовки со станком. С помощью
приспособлений первого и второго видов
выполняют наладку технологической системы.
3. Сборочные приспособления для соединения
сопрягаемых деталей в сборочные единицы
и изделия. Их применяют для крепления
базовых деталей или сборочных единиц
собираемого изделия, обеспечения правильной
установки соединяемых элементов изделия,
предварительной сборки упругих элементов
(пружин, разрезных колец и др.), а также
для выполнения соединений с натягом.
4. Контрольные приспособления для промежуточного
и окончательного контроля деталей, а
также для контроля собранных частей машин.
5. Приспособления для захвата, перемещения
и перевертывания обрабатываемых заготовок
и сборочных единиц, используемые при
обработке и сборке тяжелых деталей и
изделий.
По эксплуатационной
характеристике
станочные приспособления подразделяются
на универсальные, предназначенные для
обработки разнообразных заготовок (машинные
тиски, патроны, делительные головки, поворотные
столы н пр.); специализированные, предназначенные
для обработки заготовок определенного
вида и представляющие собой сменные устройства
(специальные губки для тисков, фасонные
кулачки к патронам и т.п.), и специальные,
предназначенные для выполнения определенных
операций механической обработки данной
детали. Универсальные приспособления
применяют в условиях единичного или мелкосерийного
производства, а специализированные и
специальные - в условиях крупносерийного
и массового производства.
Единой системой технологической
подготовки производства станочные
приспособления классифицируют по определенным признакам (рис. 1).
Универсально-сборные
приспособления (УСП) компонуют из заранее изготовленных
стандартных элементов, деталей и сборочных
единиц высокой точности. Их применяют
в качестве специальных приспособлений
краткосрочного действия для определенной
операции, после выполнения которой их
разбирают, а доставляющие элементы в
дальнейшем многократно используют в
новых компоновках и сочетаниях. Дальнейшее
развитие УСП связано с созданием агрегатов,
блоков, отдельных специальных деталей
и сборочных единиц, обеспечивающих компоновку
не только специальных, но и специализированных
и универсально-наладочных приспособлений
краткосрочного действия,
Сборно-разборные
приспособления (СРП) компонуют также из стандартных элементов,
но менее точных, допускающих местную
доработку по посадочным местам. Эти приспособления
используются как специальные приспособления
долгосрочного действия. После разборки
из элементов можно создавать новые компоновки.
Рис. 1 – Классификация станочных приспособлений
Неразборные специальные приспособления
(НСП)
компонуют из стандартных деталей и сборочных
единиц общего назначения, как необратимые
приспособления долгосрочного действия.
Конструктивные элементы компоновок,
входящие в состав системы, как правило,
эксплуатируются до полного износа и не
применяются повторно. Компоновка может
производиться также построением приспособления
из двух основных частей: унифицированной
базовой части (УБ) и сменной наладки (СН).
Такая конструкция НСП делает его устойчивым
к изменениям конструкций обрабатываемых
заготовок и к корректировкам технологических
процессов. В этих случаях в приспособлении
заменяют только сменную наладку.
Универсальные
безналадочные приспособления (УБП) общего назначения
наиболее распространены в условиях серийного
производства. Их применяют для закрепления
заготовок из профильного проката и штучных
заготовок. УБП представляют собой универсальные
регулируемые корпуса с постоянными (несъемными)
базовыми элементами (патронами, тисками
и т. п.), входящие в комплект станка при
его поставке.
Специализированными
наладочными приспособлениями (СНП) оснащают операции
обработки деталей, сгруппированных по
конструкторским признакам и схемам базирования;
компоновка по схеме агрегатирования
представляет собой базовую конструкцию
корпуса со сменными наладками для групп
деталей.
Универсальные
наладочные приспособления (УНП), так же как
СНП, имеют постоянные (корпус) и сменные
части. Однако сменная часть пригодна
для выполнения только одной операции
по обработке только одной детали. При
переходе с одной операции на другую приспособления
системы УНП оснащают новыми сменными
частями (наладками).
Агрегатные
средства механизации зажима
(АСМЗ) представляют собой комплекс универсальных
силовых устройств, выполненных в виде
обособленных агрегатов, позволяющих
в сочетании с приспособлениями механизировать
и автоматизировать процесс зажима обрабатываемых
заготовок.
Выбор конструкции приспособления
во многом зависит от характера производства.
Так, в серийном производстве применяют
сравнительно
простые приспособления, предназначенные
в основном для достижения заданной точности
обработки заготовки. В массовом производстве
к приспособлениям предъявляют высокие
требования и в отношении производительности.
Поэтому такие приспособления, снабжаемые
быстродействующими зажимами, представляют
собой более сложные конструкции. Однако
применение даже самых дорогих приспособлений
экономически вполне оправдано.
ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
Существуют следующие элементы
приспособлений:
установочные - для определения
положения обрабатываемой поверхности
заготовки относительно режущего инструмента;
зажимные - для закрепления
обрабатываемой заготовки;
направляющие - для придания
требуемого направления движению режущего
инструмента относительно обрабатываемой
поверхности;
корпуса приспособлений - основная
часть, на которой размещены все элементы
приспособлений;
крепежные - для соединения
отдельных элементов между собой;
делительные
или поворотные, - для точного изменения положения
обрабатываемой поверхности заготовки
относительно режущего инструмента;
механизированные
приводы - для создания усилия зажима. В некоторых
приспособлениях установку и зажим обрабатываемой
заготовки выполняют одним механизмом,
называемым установочно-зажимным.
Зажимные элементы приспособлений
1 Назначение
зажимных элементов
Основное назначение
зажимных устройств - обеспечить
надежный контакт заготовки с
установочными элементами и предотвратить
ее смещение относительно них и вибрацию
в процессе обработки. Введением дополнительных
зажимных устройств увеличивают жесткость
технологической системы и этим достигают
повышения точности и производительности
обработки, уменьшения шероховатости
поверхности. На рис. 2 показана схема установки
заготовки 1, которую помимо двух основных
зажимов Q1 крепят дополнительным устройством
Q2, сообщающим системе большую жесткость.
Опора 2 самоустанавливающаяся.
Рис. 2 - Схема установки заготовки
Зажимные устройства в ряде случаев
используют, чтобы обеспечить правильность
установки и центрирования заготовки.
В этом случае они выполняют функцию установочно-зажимных
устройств. К ним относятся самоцентрирующиеся
патроны, цанговые зажимы и др.
Зажимные устройства не применяют
при обработке тяжелых, устойчивых
заготовок, по сравнению с массой которых
силы, возникающие в процессе резания,
относительно невелики и приложены так,
что не могут нарушить установку заготовки.
Зажимные устройства приспособлений
должны быть надежны в работе, просты
по конструкции и удобны в обслуживании;
они не должны вызывать деформаций закрепляемой
заготовки и порчи ее поверхности, не должны
сдвигать заготовку в процессе ее закрепления.
На закрепление и открепление заготовок
станочник должен затрачивать минимум
времени н сил. Для упрощения ремонта наиболее
изнашиваемые детали зажимных устройств
целесообразно делать сменными. При закреплении
заготовок в многоместных приспособлениях
их зажимают равномерно; при ограниченном
перемещении зажимного элемента (клин,
эксцентрик) его ход должен быть больше
допуска на размер заготовки от установочной
базы до места приложения зажимной силы.
Зажимные устройства конструируют
с учетом требований техники безопасности.
Место приложения зажимной силы выбирают
по условию наибольшей жесткости
и устойчивости крепления и минимальной
деформации заготовки. При повышении точности
обработки необходимо соблюдать условия
постоянного значения зажимной силы, направление
которой должнo сознавать с расположением
опор.
2 Виды зажимных
элементов
Зажимные элементы - это механизмы, непосредственно используемые
для закрепления заготовок, или промежуточные
звенья более сложных зажимных систем.
Наиболее простым видом
универсальных зажимов являются
зажимные винты, 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. 3, а).
Комбинации винтовых устройств с рычагами
или клиньями называются комбинированными
зажимами, разновидностью которых являются
винтовые прихваты (рис. 3, б). Устройство прихватов
позволяет отодвигать или поворачивать
их, чтобы можно было удобнее устанавливать
обрабатываемую заготовку в приспособлении.
Рис. 3 – Схемы винтовых прихватов
На рис. 4 показаны некоторые конструкция быстродействующих зажимов. Для небольших зажимных сил применяют штыковое (рис. 4, а), а для значительных сил - плунжерное устройство (рис. 4, 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. 4, в. Ослабив гайку-рукоятку 2, отводят упор 3, вращая его вокруг оси. После этого зажимающий стержень 1 отводят вправо на расстояние h. На рис. 4, 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.
Рис. 4 - Конструкции быстродействующих зажимов
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. 5 изображены дисковый (а), цилиндрический с Г-образным прихватом (б) и конический плавающий (в) зажимы.
Рис. 5 – Различные конструкции зажимов
Эксцентрики бывают круглые, эвольвентные
и спиральные (по спирали Архимеда).
В зажимных устройствах применяются
две разновидности эксцентриков:
круглые и криволинейные.
Круглые эксцентрики (рис. 6) представляют собой диск или валик
с осью вращения, смещенной на размер эксцентриситета е;
условие самоторможения обеспечивается
при соотношении D/e ? 4.
Рис. 6 – Схема круглого эксцентрика
Достоинство круглых
эксцентриков заключается в простоте
их изготовления; основной недостаток - непостоянство
угла подъема a и сил зажима Q. Криволинейные эксцентрики,
рабочий профиль которых выполняется
по эвольвенте или спирали Архимеда, имеют
постоянный угол подъема a, 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. 7, а) при передаче сил под
прямым углом может быть принята следующая
зависимость (при j1=j2=j3=j, где j1...j3 - углы трения):
P=Qtg(a±2j),
Где Р - осевая сила;
Q - сила зажима.
Самоторможение будет иметь место при a
Р = Q sin (a + 2j/cos (90°+a-b+2j).
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.
Рис.7 – Схемы односкосного клина (а) и двухскосного клина (б)
На рис.8 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.8, а)
,
для прямого двуплечего
зажима (рис. 8, б)
,
для двуплечего изогнутого зажима (для l1
где r - угол трения;
f -
коэффициент трения.
Рис. 8 - Схемы действия сил в одноплечих и двуплечих прямых и изогнутых зажимах
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. 9 (а - с натяжной трубкой; б - с распорной трубкой; в
- вертикального типа). Их выполняют из
высокоуглеродистых сталей, например
У10А, и термически обрабатывают до твердости
HRC 58...62 в зажимной и до твердости HRC 40...44
в хвостовой частях. Угол конуса цанги a=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. 10) 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.
Рис. 10 – Схема мембранного патрона
Реечно-рычажный зажим (рис. 11) 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.
Рис. 11 - Реечно-рычажный зажим
Роликовый замок (рис. 12, 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.
Рис. 12 – Схемы различных конструкций замков
Роликовый замок с
прямой передачей момента от поводка на
валик показан на рис. 12, 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. 12, в) имеет коническую втулку
1 и вал 2 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.
Эксцентриковый замок
(рис.
12, 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. 13.
Сочетание изогнутого рычага и винта (рис. 13, а) позволяет одновременно
закреплять заготовку в двух местах, равномерно
повышая зажимные силы до заданного значения.
Обычный поворотный прихват (рис. 13, 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.
13, в прихват с эксцентриком является
примером быстродействующего комбинированного
зажима. При определенном соотношении
плеч рычага можно увеличить зажимную
силу или ход зажимающего конца рычага.
Рис. 13 - Виды комбинированных зажимов
На рис. 13, г показано устройство для закрепления
в призме цилиндрической заготовки посредством
накидного рычага, а на рис. 13, 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. 13, е.
Шарнирно-рычажные зажимы (рис. 13, 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. 13, 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. 14, а показан пример зажимного
устройства, работающего по принципу параллельного
распределения зажимной силы.
Если нужно 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).
Рис. 14 - Зажимные механизмы для многоместных приспособлений
В качестве промежуточного
тела применяют обычные пружины,
резину или гидропласт. Зажимное устройство
параллельного
действия с использованием гидропласта
показано на рис. 14, б. На рис. 14, 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. 15, а 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. 15, б
- схема устройства для закрепления заготовок
поршней на многошпиндельном горизонтально-сверлильном
станке. В обоих устройствах операторы
только устанавливают и снимают заготовку,
а закрепление заготовки происходит автоматичес
Рис. 15 - Зажимные устройства автоматизированного типа
Эффективным зажимным устройством для удержания заготовок из тонколистового материала при их чистовой обработке или отделке является вакуумный прижим. Сила зажима определяется по формуле
Q=Ap,
где A -
активная площадь полости устройства,
ограниченной уплотнением;
p=10 5 Па - разность атмосферного давления и
давления в полости устройства, из которого
удаляется воздух.
Электромагнитные зажимные устройства
применяют 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.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
-
Автоматизация проектно-конструкторских работ и технологической
подготовки производства в машиностроении /Под общ. ред. О. И. Семенкова.
Т. I, II. Минск, Вышэйшая школа, 1976. 352 с.
Ансеров М: А. Приспособления для металлорежущих станков. М.:
Машиностроение, 1975. 656 с.
Блюмберг В. А., Близнюк В. П. Переналаживаемые станочные приспособления. Л.: Машиностроение, 1978. 360 с.
Болотин X. Л., Костромин Ф. П. Станочные приспособления. М.:
Машиностроение, 1973. 341 с.
Горошкин А. К. Приспособления для металлорежущих станков. М.;
Машиностроение, 1979. 304 с.
Капустин Н. М. Ускорение технологической подготовки механосборочного производства. М.: Машиностроение, 1972. 256 с.
Корсаков В. С. Основы конструирования приспособлений в машиностроении. М.: Машиностроение,-1971. 288 с.
Косов Н. П. Станочные приспособления для деталей, сложной формы.
М.: Машиностроение, 1973, 232 с.
Кузнецов В. С, Пономарев В, А. Универсально-сборные приспособления в машиностроении. М.: Машиностроение, 1974, 156 с.
Кузнецов Ю. И. Технологическая оснастка к станкам с программным
управлением. М.: Машиностроение, 1976, 224 с.
Основы технологии машиностроения./Под ред. В. С. Корсакова. М.:
Машиностроение. 1977, с. 416.
Фираго В. П. Основы проектирования технологических процессов и приспособлений, M.: Машиностроение, 1973. 467 с.
Терликова Т.Ф. и др. Основы конструирования приспособлений: Учеб. пособие для машиностроительных вузов. / Т.Ф. Терликова, А.С. Мельников, В.И. Баталов. М.: Машиностроение, 1980. – 119 с., ил.
Станочные приспособления: Справочник. В 2-х т. / ред. Совет: Б.Н. Вардашкин (пред.) и др. – М.: Машиностроение, 1984.
