Зажимные элементы удерживают обрабатываемую заготовку от смещения и вибраций, возникающих под действием усилий резания.
Классификация зажимных элементов
Зажимные элементы приспособлений делятся на простые и комбинированные, т.е. состоящие из двух, трёх и более сблокированных элементов.
К простым относятся клиновые, винтовые, эксцентриковые, рычажные, рычажно-шарнирные и др. - называются зажимами.
Комбинированные механизмы обычно выполняются как винто-
рычажные,эксцентрико-рычажные и т.п. и называются прихватами.
Когда используются простые или комбинированные
механизмы в компоновках с механизированным приводом
(пневматическим или другим) их называют механизмами - усилителями. По числу ведомых звеньев механизмы делятся: 1. однозвенные - зажимающие заготовку в одной точке;
2. двухзвенные - зажимающие две заготовки или одну заготовку в двух точках;
3. многозвенные - зажимающие одну заготовку во многих точках или несколько заготовок одновременно с равными усилиями. По степени автоматизации:
1. ручные - работающие с помощью винта, клина и других
стройств;
2. механизированные, в
подразделяются на
а) гидравлические,
б) пневматические,
в) пневмогидравлические,
г) механогидравлические,
д) электрические,
е) магнитные,
ж) электромагнитные,
з) вакуумные.
3. автоматизированные, управляемые от рабочих органов станка. Приводятся в действие от стола станка, суппорта, шпинделя и центробежными силами вращающихся масс.
Пример: цетробежно-энерционные патроны для токарных полуавтоматах.
Требования, предъявляемые к зажимным устройствам
Они должны быть надёжными в работе, просты по конструкции и удобны в обслуживании; не должны вызывать деформации закрепляемых заготовок и порчи их поверхностей; закрепление и открепление заготовок должно производиться с минимальной затратой сил и рабочего времени, особенно при закреплении нескольких заготовок в многоместных приспособлениях, кроме того, зажимные устройства не должны сдвигать заготовку в процессе её закрепления. Силы резания не должны по возможности восприниматься зажимными устройствами. Они должны восприниматься более жёсткими установочными элементами приспособлений. Для повышения точности обработки предпочтительны устройства обеспечивающие постоянную величину сил зажима.
Сделаем маленькую экскурсию в теоретическую механику. Вспомним что такое коэффициент трения?
Если тело весом Q перемещается по плоскости с силой Р, то реакцией на силу Р будет сила Р 1 направляемая в противоположную сторону, то есть
скольжения.
Коэффициент трения
Пример: если f = 0,1; Q = 10 кг, то Р = 1 кг.
Коэффициент трения меняется в зависимости от шероховатости поверхности.
Методика расчета сил зажима
Первый случай
Второй случай
Сила резания Р z и сила зажима Q направлены в одну
В этом случае Q => О
Сила резания Р г и сила зажима Q направлены в про-тивоположные стороны, тогда Q = k * P z
где к - коэффициент запаса к = 1,5 чистовая обработка к = 2,5 черновая обработка.
Третий случай
Силы направлены взаимно-перпендикулярно. Сила резания Р, противово-действунт силе трения на опоре (установочной) Qf 2 и силе трения в точке зажима Q*f 1 , тогдаQf 1 + Qf 2 = к*Р z
г
де f, и f 2 - коэффициенты трения скольжения Четвертый случай
Заготовку обрабатывают в трёхкулачковом патроне
В этом направлении Р, стре-мится сдвинуть заготовку от-носительно кулачков.
Расчёт резьбовых зажимных механизмов Первый случай
Зажим винтом с плоской головкой Из условия равновесия
где Р - усилие на рукоятке, кг; Q - усилие зажима детали, кг; R cp - средний радиус резьбы, мм;
R - радиус опорного торца;
Угол подъёма винтовой линии резьбы;
Угол трения в резьбовом соединении 6; 
- условие самоторможения; f- коэффициент трения болта о деталь;
0,6 - коэффициент учитывающий трение всей поверхности торца. Момент P*L преодолевает момент силы зажима Q с учётом сил трения в винтовой паре и на торце болта.
Второй случай
■ Зажим болтом со сферической поверхностью
С увеличением углов α и φусилие Р увеличивается, т.к. в этом случае направление усилия идет вверх по наклонной плоскости резьбы.
Третий случай
Этот метод зажима применяется при обработке втулок или дисков на оправках: токарных станках, делительных головок или поворотных столах на фрезерных станках, долбежных станках или других станках , зубофрезерных, зубодолбёжных, на радиально-сверлильных станках и т.п. Некоторые данные по справочнику:
Винт Ml6 со сферическим торцем при длине рукоятки L = 190мм и усилии Р = 8кг, развивает усилие Q = 950 кг
Зажим винтом М = 24 с плоским торцем при L = 310мм; Р = 15кг; Q = 1550мм
Зажим шестигранной гайкой Ml 6 гаечным ключом L = 190мм; Р = 10кг; Q = 700кг.
Зажимы эксцентриковые просты в изготовлении по этой причине нашли широкое применение в станочных приспособлениях. Применение эксцентриковых зажимов позволяет значительно сократить время на зажим заготовки но усилие зажима уступает резьбовым.
Эксцентриковые зажимы выполняются в сочетании с прихватами и без них.
Рассмотрим эксцентриковый зажим с прихватом.
Эксцентриковые зажимы не могут работать при значительных отклонениях допуска (±δ) заготовки. При больших отклонениях допуска зажим требует постоянной регулировки винтом 1.
Расчёт эксцентрика
М
атериалом применяемом для изготовления эксцентрика являются У7А, У8А с
термообработкой до HR с 50....55ед, сталь 20Х с цементацией на глубину 0,8... 1,2 С закалкой HR c 55...60ед.Рассмотрим схему эксцентрика. Линия KN делит эксцентрик на дв? симметричные половины состоящие как бы из 2
х
клиньев, навернутых на «начальную окружность».
Ось вращения эксцентрика смещена относительно его геометрической оси на величину эксцентриситета «е».
Для зажима обычно используется участок Nm нижнего клина.
Рассматривая механизм как комбинированный состоящий из рычага L и клина с трением на двух поверхностях на оси и точки «m» (точка зажима), получим силовую зависимость для расчёта усилия зажима.
где Q - усилие зажима
Р - усилие на рукоятке
L - плечо рукоятки
r -расстояние от оси вращения эксцентрика до точки соприкосновения с
заготовкой
α - угол подъёма кривой
α 1 - угол трения между эксцентриком и заготовкой
α 2 - угол трения на оси эксцентрика
Во избежание отхода эксцентрика во время работы необходимо соблюдать условие самоторможение эксцентрика
Условие самоторможения эксцентрика. = 12Р
о чяжима с экспентоиком
г
де α -
угол трения скольжения в точке касания заготовки ø -
коэффициент тренияДля приближённых расчётов Q - 12Р Рассмотрим схему двухстороннего зажима с эксцентриком
Клиновые зажимы
Клиновые зажимные устройства нашли широкое применение в станочных приспособлениях. Основным элементом их является одно, двух и трёхскосые клинья. Использование таких элементов обусловлено простотой и компактностью конструкций, быстротой действия и надёжностью в работе, возможностью использования их в качестве зажимного элемента, действующего непосредственно на закрепляемую заготовку , так и качестве промежуточного звена, например, звена-усилителя в других зажимных устройствах. Обычно используются самотормозящиеся клинья. Условие самоторможения односкосого клина выражается зависимостью
α >2ρ
где α - угол клина
ρ - угол трения на поверхностях Г и Н контакта клина с сопрягаемыми деталями.
Самоторможение обеспечивается при угле α = 12°, однако для предотвращения того чтобы вибрации и колебания нагрузки в процессе использования зажима не ослабли крепления заготовки, часто применяют клинья с углом α .
Вследствие того, что уменьшение угла приводит к усилению
самотормозящих свойств клина, необходимо при конструировании привода к клиновому механизму предусматривать устройства, облегчающие вывод клина из рабочего состояния, так как освободить нагруженный клин труднее, чем вывести его в рабочее состояние.
Этого можно достичь путём соединения штока приводного механизма с клином. При движении штока 1 влево он проходит путь «1» в холостую, а затем ударяясь в штифт 2, запрессованный в клин 3, выталкивает последний. При обратном ходе штока так же ударом в штифт заталкивает клин в рабочее положение. Это следует учитывать в случаях, когда клиновой механизм приводится в действие пневмо или гидроприводом. Тогда для обеспечения надёжности работы механизма следует создавать разное давление жидкости или сжатого воздуха с разных сторон поршня привода. Это различие при использовании пневмоприводов может быть достигнуто применением редукционного клапана в одной из трубок, подводящих воздух или жидкость к цилиндру. В случаях, когда самоторможение не требуется, целесообразно применять ролики на поверхностях контакта клина с сопряжёнными деталями приспособления , тем самым облегчается ввод клина в исходное положение. В этих случаях обязательно стопорение клина.
Рассмотрим схему действия сил в односкосом, наиболее часто применяемом в приспособлениях, клиновом механизме
Построим силовой многоугольник.
При передачи сил под прямым углом имеем следующую зависимость
+закрепление, - открепление
Самоторможение имеет место при α
Цанговые зажимы
Цанговый зажимной механизм известен достаточно давно. Закрепление заготовок при помощи цанг оказался очень удобным при создании автоматизированных станков потому, что для закрепления заготовки требуется лишь одно поступательное движение зажимаемой цанги.
При работе цанговых механизмов должны выполняться следующие требования.
Силы закрепления должны обеспечиваться в соответствие с возникающими силами резания и не допускать перемещения заготовки или инструмента в процессе резания.
Процесс закрепления в общем цикле обработки является вспомогательным движением поэтому время срабатывание цангового зажима должно быть минимальным.
Размеры звеньев зажимного механизма должны определяться из условий их нормальной работы при закреплении заготовок как наибольшего так и наименьших размеров.
Погрешность базирования закрепляемых заготовок или инструмента должна быть минимальной.
Конструкция зажимного механизма должна обеспечивать наименьшие упругие отжатия в процессе обработки заготовок и обладать высокой виброустойчивостью.
Детали цангового зажимного и особенно зажимная цанга должны обладать высокой износоустойчивостью.
Конструкция зажимного устройства должна допускать его быструю смену и удобную регулировку.
Конструкция механизма должна предусматривать защиту цанг от попадания стружки.
Практически минимальный допустимый размер для закрепления 0,5 мм. На
многошпиндельных прутковых автоматах диаметры прутков, а
следовательно и отверстия цанг доходят до 100 мм. Цанги с большим диаметром отверстия применяются для закрепления тонкостенных труб, т.к. относительное равномерное закрепление по всей поверхности не вызывает больших деформаций труб.
Цанговый зажимной механизм позволяет производить закрепление заготовок различной формы поперечного сечения.
Стойкость цанговых зажимных механизмов колеблется в широких пределах и зависит от конструкции и правильности технологических процессов при изготовлении деталей механизма. Как правило раньше других их строя выходят зажимные цанги. При этом количество закреплений цангами колеблется от единицы (поломка цанги) до полумиллиона и более (износ губок). Работа цанги считается удовлетворительной, если она способна закрепить не менее 100000 заготовок.
Классификация цанг
Все цанги могут быть разбиты на три типа:
1. Цанги первого типа имеют «прямой» конус, вершина которого обращена от шпинделя станка.
Для закрепления необходимо создать силу втягивающую цангу в гайку, навинченную на шпиндель. Положительные качества этого типа цанг -они конструктивно достаточно просты и хорошо работают на сжатие (закалённая сталь имеет большое допустимое напряжение при сжатии чем при растяжении. Несмотря на это, цанги первого типа в настоящее время находят ограниченное применение из-за недостатков. Какие это недостатки:
а) осевая сила, действующая на цангу, стремится отпереть ее,
б) при подачи прутка возможно преждевременное запирание цанги,
в) при закреплении такой цангой возникает вредное воздействие на
г) наблюдается неудовлетворительное центрирование цанги в
шпинделе, так как головка центрируется в гайке , положение которой на
шпинделе не является стабильным из-за наличия резьбы.
Цанги второго типа имеют «обратный» конус, вершина которого обращена к шпинделю. Для закрепления необходимо создать силу, втягивающую цангу в коническое отверстие шпинделя станка.
Цангами этого типа обеспечивается хорошее центрирование закрепляемых заготовок, т. к. конус под цангу расположен непосредственно в шпинделе, во время подачи прутка до упора не может
возникнуть заклинивание, осевые рабочие силы не раскрывают цангу, а запирают её, увеличивая силу закрепления.
Вместе с тем ряд существенных недостатков снижает работоспособность цанг этого типа. Так многочисленных контактов с цангой коническое отверстие шпинделя сравнительно быстро изнашивается, резьба на цангах часто выходит из строя, не обеспечивая стабильного положения прутка по оси при закреплении - он уходит от упора. Тем не менее цанги второго типа получили широкое применение в станочных приспособлениях.
Конструкции зажимных устройств состоят из трех основных частей: привода, контактного элемента, силового механизма.
Привод, преобразуя определенный вид энергии, развивает силу Q, которая с помощью силового механизма преобразуется в силу зажима Р и передается через контактные элементы заготовке.
Контактные элементы служат для передачи зажимного усилия непосредственно на заготовку. Их конструкции позволяют рассредоточивать усилия, предотвращая смятие поверхностей заготовки, и распределять между несколькими точками опор.
Известно, что рациональный выбор приспособления сокращает вспомогательное время. Вспомогательное время можно сократить, применяя механизированные приводы.
Механизированные приводы в зависимости от типа и источника энергии могут быть подразделены на следующие основные группы: механические, пневматические, электромеханические, магнитные, вакуумные и др. Область применения механических приводов с ручным управлением ограничена, так как требуются значительные затраты времени на установку и снятие обрабатываемых заготовок. Наибольшее распространение получили приводы пневматические, гидравлические, электрические, магнитные и их комбинации.
Пневматические приводы работают по принципу подачи сжатого воздуха. В качестве пневматического привода могут быть использованы
пневматические цилиндры (двустороннего и одностороннего действия) и пневматические камеры.
для полости цилиндра со штоком
для цилиндров одностороннего действия
К недостаткам пневматических приводов относятся их относительно большие габаритные размеры. Сила Q(H) в пневмоцилиндрах зависит от их типа и без учета сил трения ее определяют по следующим формулам:
Для пневмоцилиндров двустороннего действия для левой части цилиндра
где р - давление сжатого воздуха, МПа; давление сжатого воздуха обычнопринимают равным 0,4-0,63 МПа,
D - диаметр поршня, мм;
d - диаметр штока, мм;
ή- КПД, учитывающий потери в цилиндре, при D = 150 ... 200 мм ή =0,90... 0,95;
q - сила сопротивления пружин, Н.
Пневматические цилиндры
применяют с внутренним диаметром 50, 75,
100, 150, 200, 250, 300 мм. Посадка поршня в цилиндре
при использовании уплотнительных колец
или
,
а
при уплотнении манжетами
или
.
Использование цилиндров диаметром менее 50 мм и более 300 мм экономически невыгодно, в этом случае надо использовать другие виды приводов,
Пневматические камеры имеют ряд преимуществ по сравнению с пневмоцилиндрами: долговечны, выдерживают до 600 тысяч включений (пневмоцилиндры - 10 тысяч); компактны; имеют небольшую массу и проще в изготовлении. К недостаткам относят небольшой ход штока и непостоянство развиваемых усилий.
Гидравлические приводы по сравнению с пневматическими имеют
следующие преимущества: развивает большие силы (15 МПа и выше); их рабочая жидкость (масло) практически несжимаема; обеспечивают плавную передачу развиваемых сил силовым механизмом; могут обеспечить передачу силы непосредственно на контактные элементы приспособления; имеют широкую область Применения, поскольку их можно использовать для точных перемещений рабочих органов станка и подвижных частей приспособлений; позволяют применять рабочие цилиндры небольшого диаметра (20, 30, 40, 50 мм v. более), что обеспечивает их компактность.
Пневмогидравлические приводы обладают рядом преимуществ по сравнению с пневматическими и гидравлическими: имеют высокие рабочие силы, быстроту действия, низкую стоимость и небольшие габариты. Расчетные формулы аналогичны расчету гидроцилиндров.
Электромеханические приводы находят широкое применение в токарных станках с ЧПУ, агрегатных станках, автоматических линиях. Приводятся в действие от электродвигателя и через механические передачи, силы передаются на контактные элементы зажимного устройства.
Электромагнитные и магнитные зажимные устройства выполняют преимущественно в виде плит и планшайб для закрепления стальных и чугунных заготовок. Используется энергия магнитного поля от электромагнитных катушек или постоянных магнитов. Технологические возможности применения электромагнитных и магнитных устройств в условиях малосерийного производства и групповой обработки значительно расширяются при использовании быстросменных наладок. Эти устройства повышают производительность труда за счет снижения вспомогательного и основного времени (в 10-15 раз) при многоместной обработке.
Вакуумные приводы применяют для крепления заготовок из различных материалов с плоской или криволинейной поверхностью, принимаемой за основную базу. Вакуумные зажимные устройства работают по принципу использования атмосферного давления.
Сила (Н), прижимающая заготовку к плите:
где F - площадь полости приспособления, из которой удаляется воздух, см 2 ;
р - давление (в заводских условиях обычно р = 0,01 ... 0,015 МПа).
Давление для индивидуальных и групповых установок создается одно- и двухступенчатыми вакуумными насосами.
Силовые механизмы выполняют роль усилителя. Основная их характеристика - коэффициент усиления:
где Р - сила закрепления, приложенная к заготовке, Н;
Q - сила, развиваемая приводом, Н.
Силовые механизмы выполняют часто роль самотормозящего элемента в случае внезапного выхода из строя привода.
Некоторые типовые схемы конструкций зажимных устройств показаны на рис. 5.
Рисунок 5 Схемы зажимных устройств:
а - с помощью клипа; 6 - качающимся рычагом; в - самоцентрирующиеся призмы
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.
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:
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 посадке
или
.
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).
