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.
Конструкции всех станочных приспособлений основываются на использовании типовых элементов, которые можно разделить на следующие группы:
установочные элементы, определяющие положение детали в приспособлении;
зажимные элементы - устройства и механизмы для крепления деталей или подвижных частей приспособлений;
элементы для направления режущего инструмента и контроля его положения;
силовые устройства для приведения в действие зажимных элементов (механические, электрические, пневматические, гидравлические);
корпуса приспособлений, на которых крепят все остальные элементы;
вспомогательные элементы, служащие для изменения положения детали в приспособлении относительно инструмента, для соединения между собой элементов приспособлений и регулирования их взаимного положения.
1.3.1 Типовые базирующие элементы приспособлений. Базирующими элементами приспособлений называются детали и механизмы, обеспечивающие правильное и однообразное расположение заготовок относительно инструмента.
Длительное сохранение точности размеров этих элементов и их взаимного расположения является важнейшим требованием при конструировании и изготовлении приспособлений. Соблюдение этих требований предохраняет от брака при обработке и сокращает время и средства, затрачиваемые на ремонт приспособления. Поэтому для установки заготовок не допускается непосредственное использование корпуса приспособления.
Базирующие или установочные элементы приспособления должны обладать высокой износоустойчивостью рабочих поверхностей и поэтому изготовляются из стали и подвергаются термической обработке для достижения необходимой поверхностной твердости.
При установке заготовка опирается на установочные элементы приспособлений, поэтому эти элементы называют опорами. Опоры можно разделить на две группы: группу основных и группу вспомогательных опор.
Основными опорами называются установочные или базирующие элементы, лишающие заготовку при обработке всех или нескольких степеней свободы в соответствии с требованиями к обработке. В качестве основных опор для установки заготовок плоскими поверхностями в приспособлениях часто используются штыри и пластины.
Рис. 12.
Штыри (рис. 12.) применяются с плоской, сферической и насеченной головкой. Штыри с плоской головкой (рис. 12, а) предназначены для установки заготовок обработанными плоскостями, вторые и третьи (рис. 12, б и в) для установки необработанными поверхностями, причем штыри со сферической головкой, как более изнашивающиеся, применяются в случаях особой необходимости, например, при установке заготовок узких деталей необработанной поверхностью для получения максимального расстояния между опорными точками. Штыри с насеченной головкой используют для установки деталей по необработанным боковым поверхностям, вследствие того, что они обеспечивают более устойчивое положение заготовки и поэтому в некоторых случаях позволяют использовать меньшее усилие для ее зажима.
В приспособлении штыри обычно устанавливают с посадкой с натягом по 7 квалитету точности в отверстия. Иногда в отверстие корпуса приспособления запрессовывают переходные закаленные втулки (рис. 12, а) в которые штыри входят с посадкой с небольшим зазором по 7 квалитету.
Наиболее распространенные конструкции пластин приведены на рис.13. Конструкция представляет собой узкую пластинку, закрепляемую двумя или тремя. Для облегчения перемещения заготовки, а также для безопасной очистки приспособления от стружки вручную рабочая поверхность пластинки окаймляется фаской под углом 45° (рис 13, а). Основные достоинства таких пластинок - простота и компактность. Головки винтов, крепящих пластинку, обычно утопают на 1-2 мм относительно рабочей поверхности пластины.
Рис. 13 Опорные пластины: а - плоские, б - с наклонными пазами.
При базировании заготовок по цилиндрической поверхности используется установка заготовки на призму. Призмой называется установочный элемент с рабочей поверхностью в виде паза, образованного двумя плоскостями, наклоненными друг к другу под углом (рис. 14). Призмы для установки коротких заготовок стандартизованы.
В приспособлениях используют призмы с углами б, равными 60°, 90° и 120°. Наибольшее распространение получили призмы с б =90
Рис. 14
При установке заготовок с чисто обработанными базами применяют призмы с широкими опорными поверхностями, а с черновыми базами -- с узкими опорными поверхностями. Кроме этого по черновым базам применяют точечные опоры, запрессованные в рабочие поверхности призмы (рис 15, б). В этом случае заготовки, имеющие искривленность оси, бочкообразность и другие погрешности формы технологической базы, занимают в призме устойчивое и определенное положение.
Рис.15
Вспомогательные опоры. При обработке нежестких заготовок часто применяют кроме установочных элементов дополнительные или подводимые опоры, которые подводят к заготовке после ее базирования по 6-ти точкам и закрепления. Число дополнительных опор и их расположение зависит от формы заготовки, места приложения сил и моментов резания .
1.3.2 Зажимные элементы и устройства. Зажимными устройствами или механизмами называют механизмы, устраняющие возможность вибрации или смещения заготовки относительно установочных элементов приспособления под действием собственного веса и сил, возникающих в процессе обработки (сборки).
Необходимость применения зажимных устройств исчезает в двух случаях:
1. Когда обрабатывают (собирают) тяжелую, устойчивую заготовку (сборочную единицу), по сравнению с весом которой силы механической обработки (сборки) малы;
2. Когда силы, возникающие при обработке (сборке) приложены так, что они не могут нарушить положение заготовки, достигнутое базированием.
К зажимным устройствам предъявляются следующие требования:
1. При зажиме не должно нарушаться положение заготовки, достигнутое базированием. Это удовлетворяется рациональным * выбором направления и точки приложения силы зажима.
2. Зажим не должен вызывать деформации закрепляемых в приспособлении заготовок или порчи (смятия) их поверхностей.
3. Сила зажима должна быть минимальной необходимой, но достаточной для обеспечения надежного положения заготовки относительно установочных элементов приспособлений в процессе обработки.
4. Зажим и открепление заготовки необходимо производить с минимальной затратой сил и времени рабочего. При использовании ручных зажимов усилие руки не должно превышать 147 Н (15 кгс).
5. Силы резания не должны, по возможности, воспринимать зажимные устройства.
6. Зажимной механизм должен быть простым по конструкции, максимально удобным и безопасным в работе.
Выполнение большинства этих требований связано с правильным определением величины, направления и места положения сил зажима.
Широкое распространение винтовых устройств объясняется их сравнительной простотой, универсальностью и безотказностью в работе. Однако простейший зажим в виде индивидуального винта, действующего на деталь непосредственно, применять не рекомендуется, так как в месте его действия деталь деформируется и, кроме того, под влиянием момента трения, возникающего на торце винта, может быть нарушено положение обрабатываемой детали в приспособлении относительно инструмента.
Правильно сконструированный простейший винтовой зажим, кроме винта 3 (рис. 16, а), должен состоять из направляющей резьбовой втулки 2 со стопором 5, предотвращающим произвольное ее вывинчивание, наконечника 1, и гайки с рукояткой или головкой 4.
Конструкции наконечников (рис. 16, б - д) отличаются от конструкции, изображенной на рис.18, а, большей прочностью конца винта, так как диаметр шейки винта для наконечников (рис. 16, б и д) может быть принят равным внутреннему диаметру резьбовой части винта, а для наконечников (рис. 16, в и г) этот диаметр может быть равен наружному диаметру винта. Наконечники (рис. 16, б-г) навинчиваются на резьбовой конец винта и так же, как наконечник, показанный на рис. 16, а, могут свободно само устанавливаться на обрабатываемой детали. Наконечник (рис. 16, д) свободно надевается на сферический конец винта и удерживается на нем с помощью специальной гайки.
Рис. 16.
Наконечники (рис. 16, е--з) отличаются от предыдущих тем, что они точно направляются с помощью отверстий в корпусе приспособления (или во втулке, запрессованной в корпус) и навинчиваются непосредственно на зажимной винт 15, который. в данном случае застопорен, чтобы предотвратить его осевые перемещения. Жесткие, точно направленные наконечники (рис. 16, е, ж и з) рекомендуется применять в случаях, когда в процессе обработки возникают силы, сдвигающие обрабатываемую деталь в направлении, перпендикулярном к оси винта. Качающиеся наконечники (рис. 16, а--д) следует применять в случаях, когда такие силы не возникают.
Рукоятки для управления винтом выполняют в виде съемных головок различной конструкции (рис. 17) и помещают на резьбовой, граненый или цилиндрический со шпонкой конец винта, на котором стопорятся обычно с помощью штифта. Цилиндрическая головка I (рис. 17, а) с накаткой «барашек» головка-звездочка II и четырехлопастная головка III используются при управлении винтом одной рукой и при силе зажима в пределах 50--100 Н (5--10 кг).
Головка-гайка VI с жестко закрепленной в ней короткой наклонной рукояткой; головка VII с откидной рукояткой, рабочее положение которой фиксируется подпружиненным шариком; головка V с цилиндрическим шпоночным отверстием, также жестко закрепленной горизонтальной рукояткой; штурвальная головка IV с четырьмя ввинченными или запрессованными рукоятками (рис. 17). Наиболее надежна и удобна в работе головка IV.
Рис. 17.
1.3.3 Корпуса. Корпуса приспособлений являются основной частью приспособлений, на которой крепят все остальные элементы. Он воспринимают все усилия, действующие на деталь при ее закреплении и обработке и обеспечивают заданное относительное расположение всех элементов и устройств приспособлений, объединяя их в единое целое. Корпуса приспособлений снабжают установочными элементами, которые обеспечивают базирование приспособления, т. е. требуемое его положение на станке без выверки.
Корпуса приспособлений делают литыми из чугуна, сварными из стали или сборными из отдельных элементов, скрепляемых болтами.
Поскольку корпус воспринимает силы, возникающие при закреплении и обработке заготовки, он должен быть прочным, жестким, износостойким, удобным для отвода СОЖ и очистки от стружки. Обеспечивая установку приспособления на станок без выверки, корпус должен сохранять устойчивость при различных положениях. Корпуса могут быть литыми, сварными, коваными, сборными на винтах или с гарантированным натягом.
Литой корпус (рис. 18, а) имеет достаточную жесткость, но отличается сложностью изготовления.
Корпуса из чугуна СЧ 12 и СЧ 18 применяют в приспособлениях для обработки заготовок мелких и средних размеров. Чугунные корпуса имеют преимущества перед стальными: они дешевле, им легче придать более сложную форму, их легче изготовить. Недостаток чугунных корпусов -- возможность коробления, поэтому после предварительной механической обработки их подвергают термической обработке (естественному или искусственному старению).
Сварной стальной корпус (рис. 18, б) менее сложный в изготовлении, но и менее жесткий, чем литой чугунный. Детали для таких корпусов вырезают из стали толщиной 8... 10 мм. Сварные стальные корпуса по сравнению с литыми чугунными имеют меньшую массу.
Рис. 18. Корпуса приспособлений: а - литой; б - сварной; в - сборный; г - кованый
Недостаток сварных корпусов -- деформация при сварке. Возникающие в деталях корпуса остаточные напряжения влияют на точность сварного шва. Для снятия этих напряжений корпуса подвергают отжигу. Для большей жесткости к сварным корпусам приваривают уголки, служащие ребрами жесткости.
На рис. 18, в показан сборный из различных элементов корпус. Он менее сложный, менее жесткий, чем литой или сварной и отличается низкой трудоемкостью изготовления. Корпус может быть разобран и использован полностью или отдельными деталями в других конструкциях.
На рис. 18, г показан корпус приспособления, изготовленный методом ковки. Его изготовление менее трудоемко, чем литого, при сохранении свойства жесткости. Кованые стальные корпуса применяют для обработки заготовок небольших размеров простой формы.
Важным для работы приспособления является качество изготовления их рабочих поверхностей. Они должны быть обработаны с шероховатостью поверхностей Rа 2,5 ... 1,25 мкм; допустимое отклонение от параллельности и перпендикулярности рабочих поверхностей корпусов -- 0,03. ..0,02 мм на длине 100 мм .
1.3.4 Ориентирующие и самоцентрирующие механизмы. В ряде случаев устанавливаемые детали необходимо ориентировать по их плоскостям симметрии. Применяемые для этой цели механизмы обычно не только ориентируют, но и зажимают детали, поэтому называются установочно-зажимными.
Рис. 19.
Установочно-зажимные механизмы делятся на ориентирующие и самоцентрирующие. Первые ориентируют детали только по одной плоскости симметрии, вторые -- по двум взаимно перпендикулярным плоскостям.
К группе самоцентрирующих механизмов относятся всевозможные конструкции патронов и оправок.
Для ориентирования и центрирования деталей некруглой формы часто используют механизмы с неподвижными (ГОСТ 12196--66), установочными (ГОСТ 12194--66) и подвижными (ГОСТ 12193--66) призмами. В ориентирующих механизмах одна из призм крепится жестко -- неподвижная или установочная, а вторая выполняется подвижной. В самоцентрирующих механизмах обе призмы перемещаются одновременно .
3 Зажимные элементы приспособлений.doc
3. Зажимные элементы приспособлений3.1. 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:
Плоский односкосый клин.
Двускосый клин.
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:
основные размеры тонкостенных втулок;
размеры нажимных винтов и плунжеров у приспособлений с ручным зажимом;
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
| 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
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.
Назначение зажимных приспособлений – это обеспечение надежного контакта заготовки с установочными элементами и предотвращение смещения и вибрации ее в процессе обработки. На рис.7.6 представлены некоторые виды зажимных устройств.
Требования к зажимным элементам:
Надежность в работе;
Простота конструкции;
Удобство обслуживания;
Не должны вызывать деформацию заготовок и порчу их поверхностей;
Не должны сдвигать заготовку в процессе ее закрепления с установочных элементов;
Закрепление и открепление заготовок должно производиться с минимальной затратой труда и времени;
Зажимные элементы должны быть износостойкими и по возможности сменными.
Виды зажимных элементов:
Зажимные винты , которые вращают ключами, рукоятками или маховичками (см. рис. 7.6)
Рис.7.6 Виды зажимов:
а – зажимной винт; б – винтовой прихват
Быстродействующие зажимы, показанные на рис. 7.7.
Рис.7.7. Виды быстродействующих зажимов:
а – с разрезной шайбой; б – с плунжерным устройством; в – с откидным упором; г – с рычажным устройством
Экцентрированные зажимы, которые бывают круглые, эвольвентные и спиральные (по спирали Архимеда) (рис.7.8).
Рис.7.8. Виды экцентриковых зажимов:
а – дисковый; б – цилиндрический с Г-образным прихватом; г – конический плавающий.
Клиновые зажимы – используется эффект расклинивания и применяется как промежуточное звено в сложных зажимных системах. При определенных углах клиновой механизм обладает свойством самоторможения. На рис. 7.9 изображена расчетная схема действия сил в клиновом механизме.
Рис. 7.9. Расчетная схема сил в клиновом механизме:
а- односкосном; б – двухскосном
Рычажные зажимы применяются в сочетании с другими зажимами, образуя более сложные зажимные системы. С помощью рычага можно изменить как величину, так и направление усилия зажатия, а также осуществлять одновременное и равномерное закрепление заготовки в двух местах. На рис. 7.10 показана схема действия сил в рычажных зажимах.
Рис. 7.10. Схема действия сил в рычажных зажимах.
Цанги представляют собой разрезные пружинные гильзы, разновидности которых показаны на рис.7.11.
Рис. 7. 11. Виды цанговых зажимов:
а – с натяжной трубкой; б – с распорной трубкой; в – вертикального типа
Цанги обеспечивают концентричность установки заготовки в пределах 0,02…0,05 мм. Базовую поверхность заготовки под цанговые зажимы следует обрабатывать по 2…3 классам точности. Цанги выполняют из высокоуглеродистых сталей типа У10А с последующей термообработкой до твердости HRC 58…62. Угол конуса цанги d = 30…40 0 . При меньших углах возможно заклинивание цанги.
Разжимные оправки , виды которых изображены на рис. 7.4.
Роликовый замок (рис.7.12)
Рис. 7.12. Виды роликовых замков
Комбинированные зажимы – сочетание элементарных зажимов различного типа. На рис. 7.13 представлены некоторые виды таких зажимных устройств.
Рис. 7.13. Виды комбинированных зажимных устройств.
Комбинированные зажимные устройства приводятся в действие вручную или от силовых устройств.
Направляющие элементы приспособлений
При выполнении некоторых операций механической обработки (сверления, растачивания) жесткость режущего инструмента и технологической системы в целом оказывается недостаточной. Для устранения упругих отжимов инструмента относительно заготовки применяют направляющие элементы (кондукторные втулки при расточке и сверлении, копиры при обработке фасонных поверхностей и т.д. (см. рис.7.14).
Рис.7.14. Виды кондукторных втулок:
а – постоянные; б – сменные; в – быстросменные
Направляющие втулки изготавливают из стали марки У10А или 20Х с закалкой до твердости HRC 60…65.
Направляющие элементы приспособлений - копиры – применяются при обработке фасонных поверхностей сложного профиля, задача которых направлять режущий инструмент по обрабатываемой поверхности заготовки для получения заданной точности траектории их движения.
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. 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°. 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.
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.
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.
