Зажимные элементы. Зажимные устройства станков - металлорежущие станки

Для сокращения времени на установку, выверку и зажим деталей целесообразно применять специальные (сконструированные для обработки данной детали) зажимные приспособления. Особенно целесообразно применять специальные приспособления при изготовлении больших партий одинаковых деталей.
Специальные зажимные приспособления могут иметь винтовой, эксцентриковый, пневматический, гидравлический или пневмогидравлический зажим.

Схема одноместного приспособления

Так как приспособления должны быстро и надежно закреплять заготовку, то предпочтительнее применять такие зажимы, когда одновременно достигается зажатие одной заготовки в нескольких местах. Ha рис. 74 показано зажимное приспособление для корпусной детали, в котором зажим производится одновременно двумя прихватами 1 и 6 с двух сторон детали при помощи завертывания одной гайки 5 . При завертывании гайки 5 штырь 4 , имеющий двойной скос в плашке 7 , через тягу 8 воздействует на скос плашки 9 и прижимает гайкой 2 прихват 1 , сидящий на штыре 3 . Направление действия зажимного усилия показано стрелками. При отвертывании гайки 5 пружины, подложенные под прихватами 1 и б , поднимают их, освобождая деталь.

Одноместные зажимные приспособления применяют для крупных деталей, тогда как для небольших деталей более целесообразно применять приспособления, в которых одновременно можно устанавливать и зажимать несколько заготовок. Такие приспособления называются многоместными.

Многоместные приспособления

Закрепление одним зажимом нескольких заготовок дает сокращение времени на закрепление и применяется при работе на многоместных приспособлениях.
На рис. 75 дана схема двухместного приспособления для зажима двух валиков при фрезеровании шпоночных канавок. Зажим производится рукояткой 4 с эксцентриком, который выполняет одновременно нажим на прихват 3 и через тягу 5 на прихват 1 , прижимая тем самым обе заготовки к призмам в корпусе 2 приспособления. Освобождение валиков производится поворотом рукоятки 4 в обратную сторону. При этом пружины 6 оттягивают прихваты 1 и 3 .

На рис. 76 показано многоместное приспособление с пневматическим поршневым силовым приводом. Сжатый воздух поступает через трехходовой кран либо в верхнюю полость цилиндра, осуществляя зажим заготовок (направление действия зажимного усилия показано стрелками), либо в нижнюю полость цилиндра, освобождая заготовки.

В описываемом приспособлении применен кассетный способ установки деталей. Несколько заготовок, например, в данном случае пять, устанавливаются в кассету, в то время как другая партия таких же заготовок уже обрабатывается в кассете. После окончания обработки первая кассета с профрезерованными деталями вынимается из приспособления и вместо нее туда устанавливается другая кассета с заготовками. Кассетный способ позволяет сократить время на установку заготовок.
На рис. 77 приведена конструкция многоместного зажимного приспособления с гидравлическим приводом.
Основание 1 привода закрепляется на столе станка. В цилиндре 3 перемещается поршень 4 , в пазу которого установлен рычаг 5 , поворачивающийся вокруг оси 8 , неподвижно закрепленной в проушине 7 . Отношение плеч рычага 5 составляет 3: 1. При давлении масла 50 кГ/см 2 и диаметре поршня 55 мм усилие на коротком конце плеча рычага 5 достигает 2800 кГ . Для защиты от стружки на рычаг надет матерчатый кожух 6.
Масло поступает через трехходовой кран управления в клапан 2 и дальше в верхнюю полость цилиндра 3 . Масло из противоположной полости цилиндра через отверстие в основании 1 поступает в трехходовой кран и далее на слив.
При повороте рукоятки трехходового крана в положение зажима масло под давлением воздействует на поршень 4 , передавая усилие зажима через рычаг 5 вильчатому рычагу 9 зажимного приспособления, который поворачивается на двух полуосях 10 . Палец 12 , запрессованный в рычаге 9, поворачивает рычаг 11 относительно точки касания винта 21 с корпусом приспособления. При этом ось 13 рычага перемещает тягу 14 влево и через сферическую шайбу 17 и гайки 18 передает усилие зажима прихвату 19 , поворачивающемуся вокруг оси 16 и прижимающему обрабатываемые заготовки к неподвижной губке 20 . Регулирование зажимного размера осуществляется гайками 18 и винтом 21 .
При повороте рукоятки трехходового крана в положение разжима рычаг 11 повернется в обратном направлении, перемещая тягу 14 вправо. При этом пружина 15 отводит прихват 19 от заготовок.
В последнее время находят применение пневмогидравлические зажимные приспособления, в которых поступающий из заводской сети сжатый воздух с давлением 4-6 кГ/см 2 давит на поршень гидравлического цилиндра, создавая в системе давление масла порядка 40-80 кГ/см 2 . Масло с таким давлением при помощи зажимных устройств осуществляет закрепление заготовок с большим усилием.
Увеличение давления рабочей жидкости позволяет при том же усилии зажима уменьшать размеры привода тисков.

Правила выбора зажимных приспособлений

При выборе типа зажимных приспособлений следует руководствоваться следующими правилами.
Зажимы должны быть простыми, быстродействующими и легко доступными для приведения их в действие, достаточно жесткими и не ослабляться самопроизвольно под действием фрезы, от вибраций станка или под действием случайных причин, не должны деформировать поверхность заготовки и вызывать ее пружинение. Зажимному усилию в зажимах противопоставляется опора, и оно по возможности должно быть направлено так, чтобы способствовать прижатию заготовки к опорным поверхностям во время обработки. Для этого зажимные приспособления следует устанавливать на столе станка так, чтобы усилие резания, возникающее в процессе фрезерования, воспринималось неподвижными частями приспособления, например неподвижной губкой тисков.
На рис. 78 даны схемы установки зажимного приспособления.

При фрезеровании против подачи и левом вращении цилиндрической фрезы усилие зажима должно быть направлено, как показано на рис. 78, а, а при правом вращении - как на рис. 78, б.
При фрезеровании торцовой фрезой в зависимости от направления подачи следует направлять усилие зажима, как показано на рис. 78, в или рис. 78, г.
При таком расположении приспособления зажимному усилию противопоставлена жесткая опора и усилие резания способствует прижатию заготовки к опорной поверхности во время обработки.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Донбасская государственная академия строительства

и архитектуры

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к практическим занятиям по курсу "Технологические основы машиностроения" по теме "Расчет приспособлений"

Утверждена на заседании кафедры "Автомобили и автомобильное хозяйство" протокол №_ от 2005

Макеевка 2005

Методические указания к практическим занятиям по курсу "Технологические основы машиностроения" по теме "Расчет приспособлений" (для студентов специальности 7.090258 Автомобили и автомобильное хозяйство) / Сост. Д.В. Попов, Э.С. Савенко. - Макеевка: ДонГАСА, 2002. -24с.

Изложены основные сведения о станочных приспособлениях, конструкция, основные элементы, представлена методика расчета приспособлений.

Составители: Д.В. Попов, ассистент,

Э.С. Савенко, ассистент.

Ответственный за выпуск С.А. Горожанкин, доцент

Приспособления4

Элементы приспособлений5

Установочные элементы приспособлений6

Зажимные элементы приспособлений9

Расчет сил для закрепления заготовок12

Устройства для направления и определения положения 13 режущих инструментов

Корпуса и вспомогательные элементы приспособлений14

Общая методика расчета приспособлений15

Расчет кулачковых патронов на примере точения16

Литература19

Приложения20

ПРИСПОСОБЛЕНИЯ

Все приспособления по технологическому признаку возможно разделить на следующие группы:

1. Станочные приспособления для установки и закрепления обрабатываемых заготовок в зависимости от вида механической обработки подразделяют на приспособления для токарных, сверлильных, фрезерных, шлифовальных, многоцелевых и других станков. Эти приспособления осуществляют связь заготовки со станком.

2. Станочные приспособления для установки и закрепления рабочего инструмента (их называют также вспомогательным инструментом) осуществляют связь между инструментом и станком. К ним относятся патроны для сверл, разверток, метчиков; многошпиндельные сверлильные, фрезерные, револьверные головки; инструментальные державки, блоки и т. п.

С помощью приспособлений указанных выше групп осуществляют наладку системы станок - заготовка - инструмент.

Сборочные приспособления используют для соединения сопрягаемых деталей изделия, применяют для крепления базовых деталей, обеспечения правильной установки соединяемых элементов изделия, предварительной сборки упругих элементов (пружин, разрезных колец) и др.;

Контрольные приспособления применяют для проверки отклонения размеров, формы и взаимного расположения поверхностей, сопряжении сборочных единиц и изделий, а также для контроля конструктивных параметров, получающихся в процессе сборки.

Приспособления для захвата, перемещения и переворота тяжелых, а в автоматизированном производстве и ГПС и легких обрабатываемых заготовок и собираемых изделий. Приспособления являются рабочими органами промышленных роботов, встраиваемых в автоматизированных производствах и в ГПС.

К захватным приспособлениям предъявляют ряд требований:

надежность захвата и удержание заготовки; стабильность базирования; универсальность; высокая гибкость (легкая и быстрая переналадка); малые габаритные размеры и масса. В большинстве случаев применяют механические захватные устройства. Примеры схем схватов различных захватных устройств показаны на рис. 18.3. Широкое применение также находят захватные приспособления магнитные, вакуумные и с эластичными камерами.

Все описанные группы приспособлений в зависимости от типа производства могут быть ручными, механическими, полуавтоматическими и автоматическими, а в зависимости от степени специализации - универсальными, специализированными и специальными.

В зависимости от степени унификации и стандартизации в машиностроении и приборостроении в соответствии с требованиями Единой системы технологической подготовки производства (ЕСТПП) утверждено

семь стандартных систем станочных приспособлений.

В практике со временного производства сложились следующие системы приспособлений.

Универсально-сборные приспособления (УСП) компонуют из окончательно обработанных взаимозаменяемых стандартных универсальных элементов. Их используют в качестве специальных обратимых приспособлений кратковременного действия. Они обеспечивают установку и фиксацию различных деталей в пределахгабаритных возможностей комплекта УСП.

Специальные сборно-разборные приспособления (СРП) компонуют из стандартных элементов в результате дополнительной их механической обработки и используют как специальные необратимые приспособления долгосрочного действия из обратимых элементов.

Неразборные специальные приспособления (НСП) компонуют с применением стандартных деталей и узлов общего назначения как необратимые приспособления долгосрочного действия из необратимых деталей и узлов. Они состоят из двух частей: унифицированной базовой части и сменной насадки. Приспособления этой системы используют при ручной обработке деталей.

Универсально-безналадочные приспособления (УБП)-наиболее распространенная система в условиях серийного производства. Эти приспособления обеспечивают установку и фиксацию обрабатываемых деталей любых изделий малых и средних габаритов. При этом установка детали связана с необходимостью контроля и ориентации в пространстве. Такие приспособления обеспечивают выполнение широкой номенклатуры операций обработки.

Универсально-наладочные приспособления (УНП) обеспечиваютустановку при помощи специальных наладок, фиксацию обрабатываемых деталей малых и средних габаритов и выполнение широкой номенклатуры операций обработки.

Специализированные наладочные приспособления (СНП) обеспечивают по определенной схеме базирования при помощи специальных наладок и фиксацию родственных по конструкциям деталей для осуществления типовой операции. Все перечисленные системы приспособлений относятся к категории унифицированных.

ЭЛЕМЕНТЫ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ

Основными элементами приспособлений являются установочные, зажимные, направляющие, делительные (поворотные), крепежные детали, корпуса и механизированные приводы. Их назначение следующее:

установочные элементы - для определения положения обрабатываемой заготовки относительно приспособления и положения обрабатываемой поверхности относительно режущего инструмента;

зажимные элементу - для закрепления обрабатываемой заготовки;

направляющие элементы - для осуществления требуемого направления движения инструмента;

делительные или поворотные элементы - для точного изменения положения обрабатываемой поверхности заготовки относительно режущего инструмента;

крепежные элементы - для соединения отдельных элементов между собой;

корпуса приспособлений (как базовых деталей) - для размещения на них всех элементов приспособлений;

механизированные приводы - для автоматического закрепления обрабатываемой заготовки.

К элементам приспособлений относятся также захватные устройства различных устройств (роботов, транспортных устройств ГПС) для захвата, зажима (разжима) и перемещения обрабатываемых заготовок или собираемых сборочных единиц.

1 Установочные элементы приспособлений

Установка заготовок в приспособлениях или на станках, а также сборка деталей включает в себя их базирование и закрепление.

Необходимость закрепления (силового замыкания) при обработке заготовки в приспособлениях очевидна. Для точной обработки заготовок необходимо: осуществлять ее правильное расположение по отношению к устройствам оборудования, определяющим траектории движения инструмента или самой заготовки;

обеспечивать постоянство контакта баз с опорными точками и полную неподвижность заготовки относительно приспособления в процессе ее обработки.

Для полной ориентации во всех случаях при закреплении заготовка должна быть лишена всех шести степеней свободы (правило шести точек в теории базирования); в некоторых случаях возможно отступление от этого правила.

С этой целью применяют основные опоры, число которых должно быть равно числу степеней свободы, которых лишается заготовка. Для повышения жесткости и виброустойчивости обрабатываемых заготовок в приспособлениях применяют вспомогательные регулируемые и самоустанавливающиеся опоры.

Для установки заготовки в приспособлении плоской поверхностью применяют стандартизованные основные опоры в виде штырей со сферической, насеченной и плоской головками, шайб, опорных пластин. Если невозможно установить заготовку только на основные опоры, применяют вспомогательные опоры. В качестве последних могут быть использованы стандартизованные регулируемые опоры в виде винтов со сферической опорной поверхностью и самоустанавливающиеся опоры.

Рисунок 1 Стандартизованные опоры:

а -е - постоянные опоры (штыри): а - плоская поверхность; б - сферическая; в - насеченная; г - плоская с установкой в переходную втулку; д - опорная шайба; е - опорная пластина; ж - регулируемая опора з -самоустанавливающаяся опора

Сопряжения опор со сферической, насеченной и плоской головками скорпусом приспособления выполняют по посадкеили . Применяютустановку таких опор и через промежуточные втулки, которые сопрягаются сотверстиями корпуса по посадке.

Примеры стандартизованных основных и вспомогательных опор приведены на рисунке 1.

Для установки заготовки по двум цилиндрическим отверстиям и перпендикулярной к их осям плоской поверхности применяют

Рисунок 2. Схема базирования по торцу и отверстию:

а – на высокий палец; б – на низкий палец

стандартизованные плоские опоры и установочные пальцы. Чтобы избежать заклинивания заготовок при установке их на пальцы по точным двум отверстиям (Д7) один из установочных пальцев должен быть срезанным, а другой - цилиндрическим.

Установка деталей на два пальца и плоскость нашла широкое применение при обработке заготовок на автоматических и поточных линиях, многоцелевых станках и в ГПС.

Схемы базирования по плоскости и отверстиям с применением установочных пальцев можно разделить на три группы: по торцу и отверстию (рис. 2); по плоскости, торцу и отверстию (рис. 3); по плоскости и двум отверстиям (рис. 4).

Рис. 19.4. Схема базирования по плоскости и двум отверстиям

Рекомендуется установка заготовки на один палец по посадке или , а на два пальца – по.

И
з рис.2 следует, что установка заготовки по отверстию на длинный цилиндрический несрезаный палец лишает еечетырех степеней свободы (двойная направляющая база), а установка на торец-одной степени свободы (опорная база). Установка заготовки на короткий палец лишает ее двух степеней свободы (двойная опорная база), но торец в этом случае является установочной базой и лишает заготовку трех степеней свободы. Для полного базирования необходимо создать силовое замыкание, т. е. приложить силы зажима. Из рис.3 следует, что плоскость основания заготовки является установочной базой, длинное отверстие, в которое входит срезанный палец с параллельной относительно плоскости осью, - направляющей базой (заготовка лишается двух степеней) и торец заготовки - опорной базой.

Рисунок.3. Схема базирования по плоскости, Рисунок 4 Схема базирования по

торцу и отверстию плоскости и двум отверстиям

На рис. 4 показана заготовка, которую устанавливают по плоскости и двум отверстиям. Плоскость является установочной базой. Отверстия, центрируемые цилиндрическим пальцем, являются двойной опорной базой, а срезанным - опорной базой. Приложенные силы (показаны стрелкой на рис. 3 и 4) обеспечивают точность базирования.

Пальцем, являются двойной опорной базой, а срезанным – опорной базой. Приложенные силы (показаны стрелкой на рис. 3 и 4) обеспечивают точность базирования.

Для установки заготовок наружной поверхностью и перпендикулярной к ее оси торцовой поверхностью применяют опорные и установочные призмы (подвижные и неподвижные), а также втулки и патроны.

К элементам приспособлений относятся установи и щупы для настройки станка на необходимый размер. Так, стандартизованные установы для фрез на фрезерных станках могут быть:

высотные, высотные торцовые, угловые и угловые торцовые.

Плоские щупы изготовляют толщиной 3-5 мм, цилиндрические - диаметром 3-5 мм с точностью по 6-му квалитету (h 6) и подвергают закалке 55-60 HRC 3 , шлифуют (параметр шероховатости Ra = 0,63 мкм).

Исполнительные поверхности всех установочных элементов приспособлений должны обладать большой износостойкостью и высокой твердостью. Поэтому их изготовляют из конструкционных и легированных сталей 20, 45, 20Х, 12ХНЗА с последующей цементацией и закалкой до 55-60 HRC3 (опоры, призмы, установочные пальцы, центры) и инструментальных сталей У7 и У8А с закалкой до 50-55 HRG, (опоры с диаметром меньше 12 мм; установочные пальцы с диаметром менее 16 мм; установы и щупы).

2. Установочные элементы и их назначение. Условные обозначения опор и установочных учтройств согласно гост. Материалы, применяемые для изготовления опор.

3. Установка детали на плоскость, на плоскость и перпендикулярные к ней отверстия, на плоскость и два отверстия. Особенности конструирования установочных элементов. Материалы и термообработка.

4. Назначение зажимов и особенности их конструкций в зависимости от схемы приспособления

6. Особенности конструкций и эксплуатации винтовых и клиновых зажимов. Примеры их использования в приспособлениях. Величина усилия зажатия, создаваемая данным механизмом.

7. Особенности конструкций рычажных зажимов. Возможные типовые схемы и величина создаваемого ими зажимного усилия, эскиз конструкции рычажного зажима.

8. Особенности конструкции г-образных зажимов, простых и поворотных. Эскиз конструкции. Применяемые материалы.

9. Цанговые зажимные устройства, особенности их конструкций и область применения. Величина усилия зажима. Применяемые материалы.

10. Виды приводов зажимных устройств и их условное обозначение по гост. Особенности конструкций пнев- и гидравлических приводов. Величина создаваемого усилия.

11. Особенности применения электромеханическогг и инерционного приводов. Схемы магнитного и вакуумного приводов.

12. Передаточные механизмы, их назначение и особенности конструкций для разных типов механизмов.

13. Виды самоцентрирующих устройств и их особенности для различных типов приспособлений. Условное обозначение: токарного патрона, цанговой и гидропластовой оправки.

16. Элементы для направления режущего инструмента. Особенности их конструирования в зависимости от назначения. Материалы, твёрдость. Пути повышения срока службы. (стр.159,283,72)

17. Вспомогательный инструмент. Классификация вспомогательного инструмента по виду оборудования и режущего инструмента. Пример конструкции вспомогательного инструмента.

18. Контрольные приспособления и их назначение.

19. Узлы контрольных приспособлений. Требования к ним. Особенности конструирования.

20. Приспособоения с гидропластом. Виды приспособлений. Особенности конструирования. Определение исходной силы.

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:

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 .

96kb. 15.03.2009 00:15 225kb. 27.02.2007 09:31 118kb. 15.03.2009 01:57 202kb. 15.03.2009 02:10 359kb. 27.02.2007 09:33 73kb. 27.02.2007 09:34 59kb. 27.02.2007 09:37 65kb. 31.05.2009 18:12 189kb. 13.03.2010 11:25

3 Зажимные элементы приспособлений.doc

3. Зажимные элементы приспособлений

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 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