Зажимные элементы приспособлений. Специальные зажимные приспособления Зажимные элементы
Зажимные элементы должны обеспечить надёжный контакт обрабатываемой детали с установочным элементами и препятствовать нарушению его под действием возникающих при обработке усилий, быстрый и равномерный зажим всех деталей и не вызывать деформации и порчи пов-тей закрепляемых деталей.
Зажимные элементы подразделяются:
По конструкции – на винтовые, клиновые, эксцентриковые, рычажные, рычажно-шарнирные (применяются также комбинированные зажимные элементы – винторычажные, эксцентрико-рычажные и т.д).
По степени механизации – на ручные и механизированные с гидравлическим, пневматическим, электрическим или вакуумным приводом.
Зажимные мех-мы могут быть автоматизированными.
Винтовые зажимы используют для непосредственного зажима или зажима через прижимные планки, либо прихваты одной или нескольких деталей. Недостатком их является то, что для закрепления и открепления детали приходится затрачивать много времени.
Эксцентриковые и клиновые зажимы, также как винтовые, позволяют закреплять деталь непосредственно или через прижимные планки и рычаги.
Наибольшее распространение получили круговые эксцентриковые зажимы. Эксцентриковый зажим является частным случаем клинового зажима, причём для обеспечения самоторможения угол клина не должен превышать 6-8 град. Эксцентриковые зажимы изготовляют из высокоуглеродистой или цементуемой стали и термически обрабатывают до твёрдости HRC55-60. Эксцентриковые зажимы относятся к быстродействующим зажимам, т.к. для зажима необход. повернуть эксцентрик на угол 60-120 град.
Рычажно- шарнирные элементы применяются в качестве приводных и усилительных звеньев зажимных механизмов. По конструкции они делятся на однорычажные, двухрычажные (одностороннего и двустороннего действия – самоцентрирующие и многозвенные). Рычажные механизмы не обладают самотормозящими свойствами. Наиболее простым примером рычажно-шарнирных мех-мов является прижимные планки приспособлений, рычаги пневматических патронов и т.д.
Пружинные зажимы применяют для зажима изделий с небольшими усилиями, возникающие при сжатии пружины.
Для создания постоянных и больших зажимных усилий, сокращения времени зажима, осуществления дистанционного управления зажимами применяют пневматические, гидравлические и другие приводы.
Наиболее распространёнными пневматическими приводами явл-ся поршневые пневматические цилиндры и пневматические камеры с упругой диафрагмой, стационарные, вращающиеся и качающиеся.
Пневматические приводы приводятся в действие сжатым воздухом под давлением 4-6 кг/см.² При необходимости применения малогабаритных приводов и создания больших зажимных усилий используют гидравлические приводы, рабочее давление масла в котор. достигает 80 кг/см².
Усилие на штоке пневматического или гидравлического цилиндра равно произведению рабочей площади поршня в квадратных см. на давление воздуха или рабочей жидкости. При этом необходимо учитывать потери на трение между поршнем и стенками цилиндра, между штоком и направляющими втулками и уплотнениями.
Электромагнитные зажимные устройства выполняют в виде плит и планшайб. Они предназначены для закрепления стальных и чугунных заготовок с плоской базовой поверхностью при шлифовании или чистовом точении.
Магнитные зажимные устройства могут быть выполнены в виде призм, служащих для закрепления цилиндрических заготовок. Появились плиты, у которых в качестве постоянных магнитов используют ферриты. Эти плиты отличаются большой удерживающей силой и меньшим расстоянием между полюсами.
В серийном и мелкосерийном производстве проектируют оснастку с использованием универсальных зажимных механизмов (ЗМ) или специальных однозвенных с ручным приводом. В тех случаях, когда требуются большие силы закрепления заготовок, целесообразно применять механизированные зажимы.
В механизированном производстве используют зажимные механизмы, у которых прихваты автоматически отводятся в сторону. Этим обеспечивается свободный доступ к установочным элементам для очистки их от стружки и удобство переустановки заготовок.
Рычажные однозвенные механизмы с управлением от гидро- или пневмопривода используют при закреплении, как правило, одной корпусной или крупной заготовки. В таких случаях прихват отодвигают или поворачивают вручную. Однако лучше использовать дополнительное звено для отвода прихвата из зоны загрузки заготовки.
Зажимные устройства Г-образного типа применяют чаще для закрепления корпусных заготовок сверху. Для поворота прихвата во время закрепления предусматривают винтовой паз с прямолинейным участком.
Рис. 3.1.
Комбинированные зажимные механизмы используют для закрепления широкой номенклатуры заготовок: корпусов, фланцев, колец, валов, планок и пр.
Рассмотрим некоторые типовые конструкции зажимных механизмов.
Рычажные зажимные механизмы отличаются простотой конструкции (рис. 3.1), значительным выигрышем в силе (или в перемещении), постоянством силы зажима, возможностью закрепления заготовки в труднодоступном месте, удобством эксплуатации, надежностью.
Рычажные механизмы используют в виде прихватов (прижимных планок) или в качестве усилителей силовых приводов. Для облегчения установки заготовок рычажные механизмы выполняют поворотными, откидными и передвижными. По конструкции (рис. 3.2) они могут быть прямолинейными отодвигаемыми (рис. 3.2, а)
и поворотными (рис. 3.2, б),
откидными (рис. 3.2, в)
с качающейся опорой, изогнутыми (рис. 3.2, г)
и комбинированными (рис. 3.2,
Рис. 3.2.
На рис. 3.3 приведены универсальные рычажные ЗМ с ручным винтовым приводом, используемые в индивидуальном и мелкосерийном производствах. Они просты по конструкции и надежны.
Опорный винт 1 устанавливают в Т-образный паз стола и крепят гайкой 5. Положение зажимного прихвата 3 по высоте регулируют винтом 7 с опорной пятой 6, и пружиной 4. Сила закрепления на заготовку передается от гайки 2 через прихват 3 (рис. 3.3, а).
В ЗМ (рис. 3.3, б) заготовку 5 крепят прихватом 4, а заготовку 6 прихватом 7. Сила закрепления передается от винта 9 на прихват 4 через плунжер 2 и регулировочный винт /; на прихват 7 - через закрепленную в нем гайку. При изменении толщины заготовок положение осей 3, 8 легко регулируется.
Рис. 3.3.
В ЗМ (рис. 3.3, в) корпус 4 зажимного механизма крепят к столу гайкой 3 посредством втулки 5 с резьбовым отверстием. Положение изогнутого прихвата 1 но высоте регулируют опорой 6 и винтом 7. Прихват 1 имеет люфт между конической шайбой, установленной иод головкой винта 7, и шайбой, которая находится выше стопорного кольца 2.
В конструкции дугообразный прихват 1 во время крепления заготовки гайкой 3 поворачивается на оси 2. Винт 4 в данной конструкции не крепится к столу станка, а свободно передвигается в Т-образном пазу (рис. 3.3, г).
Используемые в зажимных механизмах винты развивают на торце силу Р, которая может быть рассчитана по формуле
где Р - усилие рабочего, приложенное к концу рукоятки; L - длина рукоятки; г ср - средний радиус резьбы; а - угол подъема резьбы; ср - угол трения в резьбе.
Момент, развиваемый на рукоятке (ключе), для получения заданной силы Р
где М, р - момент трения на опорном торце гайки или винта:
где /- коэффициент трения скольжения: при закреплении / = 0,16...0,21, при раскреплении / = 0,24...0,30; D H - наружный диаметр трущейся поверхности винта или гайки; с/ в - диаметр резьбы винта.
Приняв a = 2°30" (для резьбы от М8 до М42 угол а меняется от 3°10" до 1°57"), ф = 10°30", г ср = 0,45с/, Д, = 1,7с/, d B = d и/= 0,15, получим приближенную формулу для момента на торце гайки М гр = 0,2dP.
Для винтов с плоским торцом М т р = 0,1с1Р+ н, а для винтов со сферическим торцом М Л р ~ 0,1 с1Р.
На рис. 3.4 приведены другие рычажные зажимные механизмы. Корпус 3 универсального зажимного механизма с винтовым приводом (рис. 3.4, а) крепят к столу станка винтом / и гайкой 4. Прихват б во время крепления заготовки поворачивают на оси 7 винтом 5 по часовой стрелке. Положение прихвата б с корпусом 3 легко регулируется относительно неподвижного вкладыша 2.
Рис. 3.4.
Специальный рычажный зажимной механизм с дополнительным звеном и пневмоприводом (рис. 3.4, б) используют в механизированном производстве для автоматического отвода прихвата из зоны загрузки заготовок. Во время раскрепления заготовки / шток б перемещается вниз, при этом прихват 2 поворачивается на оси 4. Последняя совместно с серьгой 5 поворачивается на оси 3 и занимает положение, показанное штриховой линией. Прихват 2 отводится из зоны загрузки заготовок.
Клиновые зажимные механизмы бывают с односкосым клином и клиноплунжерные с одним плунжером (без роликов или с роликами). Клиновые зажимные механизмы отличаются простотой конструкции, удобством наладки и эксплуатации, способностью к самоторможению, постоянством силы зажима.
Для надежного закрепления заготовки 2 в приспособлении 1 (рис. 3.5, а) клин 4 должен быть самотормозяшимся за счет угла а скоса. Клиновые зажимы применяют самостоятельно или в качестве промежуточного звена в сложных зажимных системах. Они позволяют увеличивать и изменять направление передаваемой силы Q.
На рис. 3.5, б показан стандартизованный клиновой зажимной механизм с ручным приводом для закрепления заготовки на столе станка. Зажим заготовки осуществляется клином /, перемещающимся относительно корпуса 4. Положение подвижной части клинового зажима фиксируется болтом 2 , гайкой 3 и шайбой; неподвижной части - болтом б, гайкой 5 и шайбой 7.
Рис. 3.5. Схема (а) и конструкция (в) клинового зажимного механизма
Усилие зажима, развиваемое клиновым механизмом, рассчитывают но формуле
где ср и ф| - углы трения соответственно на наклонной и горизонтальной поверхностях клина.
Рис. 3.6.
В практике машиностроительного производства чаще используют оснастку с наличием роликов в клиновых зажимных механизмах. Такие зажимные механизмы позволяют уменьшить вдвое потери на трение.
Расчет силы закрепления (рис. 3.6) производится по формуле, аналогичной формуле для расчета клинового механизма, работающего при условии трения скольжения на контактирующих поверхностях. При этом углы трения скольжения ф и ф, заменяем на углы трения качения ф |1р и ф пр1:
Чтобы определить соотношение коэффициентов трения при скольжении и
качении, рассмотрим равновесие нижнего ролика механизма: F l - = T - .
Так как Т = Wf
F i =Wtgi
р цр1 и / = tgcp, получим tg(p llpl = tg верхнего ролика вывод формулы аналогичен. В конструкциях клиновых зажимных механизмов используют стандартные ролики и оси, у которых D
= 22...26 мм, a d
= 10... 12 мм. Если принять tg(p =0,1; d/D
= 0,5, тогда коэффициент трения качения будет / к = tg 0,1 0,5 = 0,05 =0,05. Рис. 3.
На рис. 3.7 приведены схемы клиноплунжерных зажимных механизмов с двухонорным плунжером без ролика (рис. 3.7, а); с двухопорным плунжером и роликом (рис. 3.7, (5); с одноопорным плунжером и тремя роликами (рис. 3.7, в); с двумя одноопорными (консольными) плунжерами и роликами (рис. 3.7, г).
Такие зажимные механизмы надежны в работе, просты в изготовлении и могут обладать свойством самоторможения при определенных углах скоса клина. На рис. 3.8 показан зажимной механизм, применяемый в автоматизированном производстве. Заготовку 5 устанавливают на палец б
и крепят прихватом 3.
Сила закрепления на заготовку передается от штока 8
гидроцилиндра 7 через клин 9,
ролик 10
и плунжер 4.
Отвод прихвата из зоны загрузки во время съема и установки заготовки осуществляет рычаг 1,
который поворачивает на оси 11
выступ 12.
Прихват 3
легко перемешается от рычага 1
или пружины 2, так как в конструкции оси 13
предусмотрены прямоугольные сухари 14,
легко перемещаемые в пазах прихвата. Рис. 3.8.
Для увеличения силы на штоке пневмопривода или другого силового привода применяют шарнирно-рычажные механизмы. Они являются промежуточным звеном, связывающим силовой привод с прихватом, и применяются в том случае, когда для крепления заготовки требуется большая сила. По конструкции их делят на однорычажные, двухрычажные одностороннего действия и двухрычажные двустороннего действия. На рис. 3.9, а
показана схема шарнирно-рычажного механизма (усилителя) одностороннего действия в виде наклонного рычага 5
и ролика 3,
соединенного осью 4
с рычагом 5 и штоком 2 пневмоцилиндра 1.
Исходная сила Р,
развиваемая пневмоцилиндром, через шток 2, ролик 3 и ось 4
передается на рычаг 5.
При этом нижний конец рычага 5
перемещается вправо, а его верхний конец поворачивает прихват 7 вокруг неподвижной опоры б
и закрепляет заготовку силой Q.
Значение последней зависит от силы W
и соотношения плеч прихвата 7. Силу W
для однорычажного шарнирного механизма (усилителя) без плунжера определяют по уравнению Сила IV
, развиваемая двухрычажным шарнирным механизмом (усилителем) (рис. 3.9, б),
равна Силу If"
2
,
развиваемую двухрычажным шарнирно-плунжерным механизмом одностороннего действия (рис. 3.9, в),
определяют по уравнению В приведенных формулах: Р-
исходная сила на штоке механизированного привода, Н; a - угол положения наклонного звена (рычага); р - дополнительный угол, которым учитываются потери на трение в шарнирах ^p = arcsin/^П;/- коэффициент трения скольжения на оси ролика и в шарнирах рычагов (f ~
0,1...0,2); (/-диаметр осей шарниров и ролика, мм; D
- наружный диаметр опорного ролика, мм; L -
расстояние между осями рычага, мм; ф[ - угол трения скольжения на осях шарниров; ф 11р - угол трения качения на опоре ролика; tgф пp =tgф-^; tgф пp 2 - приведенный коэффициент жере; tgф np 2 =tgф-; / - расстояние между осью шарнира и серединой на- трения, учитывающий потери на трение в консольном (перекошенном) плун- 3/ , правляющей втулки плунжера (рис. 3.9, в),
мм; а
- длина направляющей втулки плунжера, мм. Рис. 3.9.
действия Однорычажные шарнирные зажимные механизмы применяют в тех случаях, когда требуются большие силы закрепления заготовки. Это объясняется тем, что во время крепления заготовки угол а наклонного рычага уменьшается и сила зажима увеличивается. Так, при угле а = 10° сила W
на верхнем конце наклонного звена 3
(см. рис. 3.9, а)
составляет JV ~
3,5Р,
а при а = 3° W~
1 IP,
где Р
- сила на штоке 8
пневмоцилиндра. На рис. 3.10, а
приведен пример конструктивного исполнения такого механизма. Заготовку / крепят прихватом 2.
Сила закрепления на прихват передается от штока 8
пневмоцилиндра через ролик 6
и регулируемое по длине наклонное звено 4,
состоящее из вилки 5
и серьги 3.
Для предотвращения изгиба штока 8
для ролика предусмотрена опорная планка 7. В зажимном механизме (рис. 3.10, б)
пневмоцилиндр расположен внутри корпуса 1
приспособления, к которому винтами прикреплен корпус 2
зажимного Рис. 3.10.
механизма. Во время закрепления заготовки шток 3
пневмоцилиндра с роликом 7 перемещаются вверх, а прихват 5
со звеном б
поворачивается на оси 4.
При раскреплении заготовки прихват 5 занимает положение, показанное штриховыми линиями, не мешая смене заготовки.
ЛЕКЦИЯ 3
3.1. Назначение зажимных устройств
Основное назначение зажимных устройств приспособлений - обеспечение надежного контакта (неотрывности) заготовки или собираемой детали с установочными элементами, предупреждение ее смещения в процессе обработки или сборки.
Зажимной механизм создает силу для закрепления заготовки, определяемую из условия равновесия всех сил, приложенных к ней
При механической обработке на заготовку действуют:
1) силы и моменты резания
2) объемные силы - сила тяжести заготовки, центробежные и инерционные силы.
3) силы, действующие в точках контакта заготовки с приспособлением – сила реакции опоры и сила трения
4) второстепенные силы, к которым относятся силы, возникающие при отводе режущего инструмента (сверла, метчики, развертки) от заготовки.
При сборке на собираемые детали действуют сборочные силы и силы реакции, возникающие в точках контакта сопрягаемых поверхностей.
К зажимным устройствам предъявляются следующие требования :
1) при зажиме не должно нарушаться положение заготовки, достигнутое базированием. Это удовлетворяется рациональным выбором направления и мест приложения сил зажима;
2) зажим не должен вызывать деформации заготовок, закрепляемых в приспособлении, или повреждения (смятия) их поверхностей;
3) сила зажима должна быть минимально необходимой, но достаточной для обеспечения фиксированного положения заготовки относительно установочных элементов приспособлений в процессе обработки;
4) сила зажима должна быть постоянной на всем протяжении технологической операции; сила зажима должна быть регулируемой;
5) зажим и открепление заготовки необходимо производить с минимальной затратой сил и времени рабочего. При использовании ручных зажимов усилие не должно превышать 147 Н; Средняя продолжительность закрепления: в трехкулачковом патроне (ключом) - 4 с; винтовым зажимом (ключом) - 4,5…5 с; штурвалом - 2,5…3 с; поворотом рукоятки пневмо-, гидрокрана - 1,5 с; нажатием кнопки - менее 1 с.
6) зажимной механизм должен быть простым по конструкции, компактным, максимально удобным и безопасным в работе. Для этого он должен иметь минимальные габаритные размеры и содержать минимальное число съемных деталей; устройство управления зажимным механизмом должно располагаться со стороны рабочего.
Необходимость применения зажимных устройств исключается в трех случаях .
1) заготовка имеет большую массу, по сравнению с которой силы резания малы.
2) силы, возникающие при обработке, направлены так, что не могут нарушить положение заготовки, достигнутое при базировании.
3) заготовка, установленная в приспособление, лишена всех степеней свободы. Например, при сверлении отверстия в прямоугольной планке, закладываемой в ящичный кондуктор.
3.2. Классификация зажимных устройств
Конструкции зажимных устройств состоят из трех основных частей: контактного элемента (КЭ), привода (П) и силового механизма (СМ).
Контактные элементы служат для непосредственной передачи зажимного усилия на заготовку. Их конструкция позволяет рассредоточить усилия, предотвращая смятие поверхностей заготовки.
Привод служит для преобразования определенного вида энергии в исходное усилие Р и , передаваемое силовому механизму.
Силовой механизм необходим для преобразования полученного исходного зажимного усилия Р и в усилие зажима Р з . Преобразование производится механически, т.е. по законам теоретической механики.
В соответствии с наличием или отсутствием в приспособлении этих составных частей зажимные устройства приспособлений разделяются на три группы.
К первой группе относятся зажимные устройства (рис. 3.1а), имеющие в своем составе все перечисленные основные части: силовой механизм и привод, который обеспечивает перемещение контактного элемента и создает исходное усилие Р и , преобразуемое силовым механизмом в зажимное усилие Р з .
Во вторую группу (рис. 3.1б) входят зажимные устройства, состоящие лишь из силового механизма и контактного элемента, который приводится в действие непосредственно рабочим, прилагающим исходное усилие Р и на плече l . Эти устройства иногда называют зажимным устройством с ручным приводом (единичное и мелкосерийное производство).
К третьей группе относятся зажимные устройства, которые в своем составе не имеют силового механизма, а используемые приводы лишь условно можно назвать приводами, так как они не вызывают перемещений элементов зажимного устройства и только создают зажимное усилие Р з , которое в этих устройствах является равнодействующей равномерно распределенной нагрузки q , непосредственно действующей на заготовку и создаваемой либо в результате атмосферного давления, либо посредством магнитного силового потока. К этой группе относятся вакуумные и магнитные устройства (рис. 3.1в). Применяются во всех видах производства.
Рис. 3.1. Схемы зажимных механизмов
Элементарным зажимным механизмом называют часть зажимного устройства, состоящую из контактного элемента и силового механизма.
Зажимными элементами называют: винты, эксцентрики, прихваты, тисочные губки, клинья, плунжеры, прижимы, планки. Они являются промежуточными звеньями в сложных зажимных системах.
В табл. 2 приведена классификация элементарных зажимных механизмов.
Таблица 2
Классификация элементарных зажимных механизмов
| ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЗАЖИМНЫЕ МЕХАНИЗМЫ | ПРОСТЫЕ | ВИНТОВЫЕ | Зажимные винты |
| С разрезной шайбой или планкой | |||
| Штыковые или плунжерные | |||
| ЭКСЦЕНТРИКОВЫЕ | Круглые эксцентрики | ||
| Криволинейные по эвольвенте | |||
| Криволинейные по спирали Архимеда | |||
| КЛИНОВЫЕ | С плоским односкосым клином | ||
| С опорным роликом и клином | |||
| С двухскосым клином | |||
| РЫЧАЖНЫЕ | Одноплечевые | ||
| Двухплечевые | |||
| Изогнутые двухплечевые | |||
| КОМБИНИРОВАННЫЕ | ЦЕНТРИРУЮЩИЕ ЗАЖИМНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ | Цанги | |
| Разжимные оправки | |||
| Зажимные втулки с гидропластом | |||
| Оправки и патроны с пластинчатыми пружинами | |||
| Мембранные патроны | |||
| РЕЕЧНО-РЫЧАЖНЫЕ ЗАЖИМЫ | С роликом зажимом и замком | ||
| С коническим запирающим устройством | |||
| С эксцентриковым запирающим устройством | |||
| КОМБИНИРОВАННЫЕ ЗАЖИМНЫЕ УСТРОЙСТВА | Сочетание рычага и винта | ||
| Сочетание рычага и эксцентрика | |||
| Шарнирно-рычажный механизм | |||
| СПЕЦИАЛЬНЫЕ | Многоместные и непрерывного действия |
По источнику энергии привода (здесь говорится не о виде энергии, а именно о местонахождении источника) приводы делятся на ручные, механизированные и автоматизированные. Ручные зажимные механизмы приводит в действие мускульная сила рабочего. Механизированные зажимные механизмы работают от пневматического или гидравлического привода. Автоматизированные устройства перемещаются от движущихся узлов станка (шпинделя, суппорта или патронов с кулачками). В последнем случае зажим заготовки и разжим обработанной детали производится без участия рабочего.
3.3. Зажимные элементы
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. 3.2. Винтовые зажимы :
а – со сферическим торцом; б – с плоским торцом; в – с башмаком. Условные обозначения: Р и - сила, приложенная на конце рукоятки; Р з - сила зажима;W – сила реакции опоры; l - длина рукоятки; d - диаметр винтового зажима.
Расчет винтового ЭЗМ. При известной силе Р 3 вычисляют номинальный диаметр винта
где d - диаметр винта, мм; Р 3 - сила закрепления, Н; σ р - напряжение растяжения (сжатия) материала винта, МПа
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.
3.1. Выбор места приложения зажимных усилий, вида и количества зажимных элементов
При закреплении заготовки в приспособлении должны соблюдаться следующие основные правила:
· не должно нарушаться положение заготовки достигнутое при ее базировании;
· закрепление должно быть надежным, чтобы во время обработки положение заготовки сохранялось неизменным;
· возникающие при закреплении смятие поверхностей заготовки, а также ее деформация должны быть минимальными и находиться в допустимых пределах.
· для обеспечения контакта заготовки с опорным элементом и устранения возможного его сдвига при закреплении зажимное усилие следует направлять перпендикулярно к поверхности опорного элемента. В отдельных случаях зажимное усилие можно направлять так, чтобы заготовка одновременно прижималась к поверхностям двух опорных элементов;
· в целях устранения деформации заготовки при закреплении точку приложения зажимного усилия надо выбирать так, чтобы линия его действия пересекала опорную поверхность опорного элемента. Лишь при закреплении особо жестких заготовок можно допускать, чтобы линия действия зажимного усилия проходила между опорными элементами.
3.2. Определение количества точек приложения зажимных усилий
Количество точек приложения зажимных усилий определяется конкретно к каждому случаю зажима заготовки. Для уменьшения смятия поверхностей заготовки при закреплении необходимо уменьшать удельное давление в местах контакта зажимного устройства с заготовкой путем рассредоточения зажимного усилия.
Это достигается применением в зажимных устройствах контактных элементов соответствующей конструкции, которые позволяют распределить зажимное усилие поровну между двумя или тремя точками, а иногда даже рассредоточить по некоторой протяженной поверхности. Количество точек зажима во многом зависит от вида заготовки, метода обработки, направления силы резания. Для уменьшения вибрацийи деформаций заготовки под действием силы резания следует повышать жесткость системы заготовка-приспособление путем увеличения числа мест зажатия заготовки и приближения их к обрабатываемой поверхности.
3.3. Определение вида зажимных элементов
К зажимным элементам относятся винты, эксцентрики, прихваты, тисочные губки, клинья, плунжеры, прижимы, планки.
Они являются промежуточными звеньями в сложных зажимных системах.
3.3.1. Винтовые зажимы
Винтовые зажимы применяют в приспособлениях с ручным закреплением заготовки, в приспособлениях механизированного типа, а также на автоматических линиях при использовании приспособлений-спутников. Они просты, компактны и надежны в работе.
Рис. 3.1. Винтовые зажимы: а – со сферическим торцем; б – с плоским торцем; в – с башмаком.
Винты могут быть со сферическим торцем (пятой), плоским и с башмаком, предупреждающим порчу поверхности.
При расчете винтов со сферической пятой учитывается только трение в резьбе.
где: L - длина рукоятки, мм; - средний радиус резьбы, мм; - угол подъема резьбы.
где: S – шаг резьбы, мм; – приведенный угол трения.
где: Pu 150 Н.
Условие самоторможения: .
Для стандартных метрических резьб , поэтому все механизмы с метрической резьбой самотормозящие.
При расчете винтов с плоской пятой учитывается трение на торце винта.
Для кольцевой пяты:
где: D – наружный диаметр опорного торца, мм; d – внутренний диаметр опорного торца, мм; – коэффициент трения.
С плоскими торцами:
Для винта с башмаком:
Материал: сталь 35 или сталь 45 с твердостью HRC 30-35 и точностью резьба по третьему классу.
3.3.2. Клиновые зажимы
Клин применяется в следующих конструктивных вариантах:
1. Плоский односкосый клин.
2. Двускосый клин.
3. Круглый клин.
Рис. 3.2. Плоский односкосый клин.
Рис. 3.3. Двускосый клин.
Рис. 3.4. Круглый клин.
4) кривошипный клин в форме эксцентрика или плоского кулачка с рабочим профилем, очерченным по архимедовой спирали;
Рис. 3.5. Кривошипный клин: а – в форме эксцентрика; б) – в форме плоского кулачка.
5) винтовой клин в форме торцевого кулачка. Здесь односкосый клин как бы свернут в цилиндр: основание клина образует опору, а его наклонная плоскость - винтовой профиль кулачка;
6) в самоцентрирующих клиновых механизмах (патроны, оправки) не пользуются системы из трех и более клиньев.
3.3.2.1. Условие самоторможение клина
Рис. 3.6. Условие самоторможение клина.
где: - угол трения.
где: – коэффициент трения;
Для клина с трением только по наклонной поверхности условие самоторможение:
с трением на двух поверхностях:
Имеем: ; или: ; .
Тогда: условие самоторможение для клина с трением на двух поверхностях:
для клина с трением только на наклонной поверхности:
С трением на двух поверхностях:
С трением только на наклонной поверхности:
3.3.3.Эксцентриковые зажимы
Рис. 3.7. Схемы для расчета эксцентриков.
Такие зажимы являются быстродействующими, но развивают меньшую силу, чем винтовые. Обладают свойством самоторможения. Основной недостаток: не могут надежно работать при значительных колебаниях размеров между установочной и зажимаемой поверхностью обрабатываемых деталей.
где: (- среднее значение радиуса, проведенного из центра вращения эксцентрика в точку А зажима, мм; (- средний угол подъема эксцентрика в точке зажима; (, (1 – углы трения скольжения в точке А зажима и на оси эксцентрика.
Для расчетов принимают:
При l 2D расчет можно производить по формуле:
Условие самоторможения эксцентрика:
Обычно принимают .
Материал: сталь 20Х с цементацией на глубину 0,8 1,2 мм и закалкой до HRC 50…60.
3.3.4. Цанги
Цанги представляют собой пружинящие гильзы. Их применяют для установки заготовок по наружным и внутренним цилиндрическим поверхностям.
где: Pз – сила закрепления заготовки; Q – сила сжатия лепестков цанги; - угол трения между цангой и втулкой.
Рис. 3.8. Цанга.
3.3.5. Устройства для зажима деталей типа тел вращения
Кроме цанги для зажима деталей имеющих цилиндрическую поверхность, применяют разжимные оправки, зажимные втулки с гидропластом, оправки и патроны с тарельчатыми пружинами, мембранные патроны и другие.
Консольные и центровые оправки применяют для установки с центральным базовым отверстием втулок, колец, шестерен, обрабатываемых на многорезцовых шлифовальных и других станках.
При обработке партии таких деталей требуется получить высокую концентричность наружных и внутренних поверхностей и заданную перпендикулярность торцов к оси детали.
В зависимости от способа установки и центрирования обрабатываемых деталей консольные и центровые оправки можно подразделить на следующие.виды: 1) жесткие (гладкие) для установки деталей с зазором или натягом; 2) разжимные цанговые; 3) клиновые (плунжерные, шариковые); 4) с тарельчатыми пружинами; 5) самозажимные (кулачковые, роликовые); 6) с центрирующей упругой втулкой.
Рис. 3.9. Конструкции оправок: а - гладкая оправка; б - оправка с разрезной втулкой.
На рис. 3.9, а показана гладкая оправка 2, на цилиндрической части которой установлена обрабатываемая деталь 3. Тяга 6, закрепленная на штоке пневмоцилиндра, при перемещении поршня со штоком влево головкой 5нажимает на быстросменную шайбу 4и зажимает деталь 3на гладкой оправке 2. Оправка конической частью 1 вставляется в конус шпинделя станка. При зажиме обрабатываемой детали на оправке осевая сила Q на штоке механизированного привода вызывает между торцами шайбы 4, уступом оправки и обрабатываемой деталью 3момент от силы трения, больший, чем момент М рез от силы резания Р z . Зависимость между моментами:
откуда сила на штоке механизированного привода:
По уточненной формуле:
Где: - коэффициент запаса; Р z - вертикальная составляющая сила резания, Н (кгс); D - наружный диаметр поверхности обрабатываемой детали, мм; D 1 - наружный диаметр быстросменной шайбы, мм; d - диаметр цилиндрической установочной части оправки, мм; f= 0,1 - 0,15 - коэффициент трения сцепления.
На рис. 3.9, б показана оправка 2с разрезной втулкой 6, на которой устанавливают и зажимают обрабатываемую деталь 3. Конической частью 1оправку 2 вставляют в конус шпинделя станка. Зажим и разжим детали на оправке производят механизированным приводом. При подаче сжатого воздуха в правую полость пневмоцилиндра поршень, шток и тяга 7 движутся влево и головка 5 тяги с шайбой 4 перемещает разрезную втулку 6 по конусу оправки, пока она не зажмет деталь на оправке. Во время подачи сжатого воздуха в левую полость пневмоцилиндра поршень, шток; и тяга перемещаются вправо, головка 5 с шайбой 4отходят от втулки 6 и деталь разжимается.
Рис.3.10. Консольная оправка с тарельчатыми пружинами (а) и тарельчатая пружина (б) .
Крутящий момент от вертикальной силы резания Р z должен быть меньше момента от сил трения на цилиндрической поверхности разрезной втулки 6 оправки. Осевая сила на штоке механизированного привода (см. рис. 3.9, б ).
где: - половина угла конуса оправки, град; - угол трения на поверхности контакта оправки с разрезной втулкой, град; f=0,15-0,2 - коэффициент трения.
Оправки и патроны с тарельчатыми пружинами применяют для центрирования и зажима по внутренней или наружной цилиндрической поверхности обрабатываемых деталей. На рис. 3.10, а, б соответственно показаны консольная оправка с тарельчатыми пружинами и тарельчатая пружина. Оправка состоит из корпуса 7, упорного кольца 2,пакета тарельчатых пружин 6, нажимной втулки 3 и тяги 1, соединенной со штоком пневмоцилиндра. Оправку применяют для установки и закрепления детали 5 по внутренней цилиндрической поверхности. При перемещении поршня со штоком и тягой 1 влево последняя головкой 4 и втулкой 3 нажимает на тарельчатые пружины 6.Пружины выпрямляются, их наружный диаметр увеличивается, а внутренний уменьшается, обрабатываемая деталь 5 центрируется и зажимается.
Размер установочных поверхностей пружин при сжатии может изменяться в зависимости от их размера на 0,1 - 0,4 мм. Следовательно, базовая цилиндрическая поверхность обрабатываемой детали должна иметь точность 2 - 3-го классов.
Тарельчатую пружину с прорезями (рис. 3.10, б ) можно рассматривать как совокупность двухзвенных рычажно-шарнирных механизмов двустороннего действия, разжимаемых осевой силой. Определив крутящий момент М рез от силы резания Р z и выбирая коэффициент запаса К , коэффициент трения f и радиус R установочной поверхности тарельчатой поверхности пружины, получим равенство:
Из равенства определим суммарную радиальную силу зажима, действующую на установочной поверхности обрабатываемой детали:
Осевая сила на штоке механизированного привода для тарельчатых пружин:
с радиальными прорезями
без радиальных прорезей
где: - угол наклона тарельчатой пружины при зажиме детали, град; К=1,5 - 2,2 - коэффициент запаса; М рез - крутящий момент от силы резания Р z ,Н-м (кгс-см); f=0,1- 0,12 - коэффициент трения между установочной поверхностью тарельчатых пружин и базовой поверхностью обрабатываемой детали; R - радиус установочной поверхности тарельчатой пружины, мм; Р z - вертикальная составляющая сила резания, Н (кгс); R 1 - радиус обработанной поверхности детали, мм.
Патроны и оправки с самоцентрирующими тонкостенными втулками, наполненными гидропластмассой, применяют для установки по наружной или внутренней поверхности деталей, обрабатываемых на токарных и других станках.
На приспособлениях с тонкостенной втулкой обрабатываемые детали наружной или внутренней поверхностью устанавливают на цилиндрическую поверхность втулки. При разжиме втулки гидропластмассой детали центрируются и зажимаются.
Форма и размеры тонкостенной втулки должны обеспечивать достаточную ее деформацию для надежного зажима детали на втулке при обработке детали на станке.
При конструировании патронов и оправок с тонкостенными втулками с гидропластмассой рассчитывают:
1. основные размеры тонкостенных втулок;
2. размеры нажимных винтов и плунжеров у приспособлений с ручным зажимом;
3. размеры плунжеров, диаметр цилиндра и ход поршня для приспособлений с механизированным приводом.
Рис. 3.11. Тонкостенная втулка.
Исходными данными для расчета тонкостенных втулок являются диаметр D д отверстия или диаметр шейки обрабатываемой детали и длина l д отверстия или шейки обрабатываемой детали.
Для расчета тонкостенной самоцентрирующей втулки (рис. 3.11) примем следующие обозначения: D - диаметр установочной поверхности центрирующей втулки 2, мм; h - толщина тонкостенной части втулки, мм; Т - длина опорных поясков втулки, мм; t - толщина опорных поясков втулки, мм; - наибольшая диаметральная упругая деформация втулки (увеличение или уменьшение диаметра в ее средней части) мм; S max - максимальный зазор между установочной поверхностью втулки и базовой поверхностью обрабатываемой детали 1 в свободном состоянии, мм; l к - длина контактного участка упругой втулки с установочной поверхностью обрабатываемой детали после разжима втулки, мм; L -длина тонкостенной части втулки, мм; l д - длина обрабатываемой детали, мм; D д - диаметр базовой поверхности обрабатываемой детали, мм; d - диаметр отверстия опорных поясков втулки, мм; р - давление гидропластмассы, требуемое для деформации тонкостенной втулки, МПа (кгс/см 2); r 1 - радиус закругления втулки, мм; M рез =P z r - допустимый крутящий момент, возникающий от силы резания, Н-м (кгс-см); P z - сила резания, Н (кгс); r -плечо момента силы резания.
На рис. 3.12 показана консольная оправка с тонкостенной втулкой и гидропластмассой. Обрабатываемую деталь 4базовым отверстием устанавливают на наружную поверхность тонкостенной втулки 5. При подаче сжатого воздуха в штоковую полость пневмоцилиндра поршень со штоком перемещается в пневмоцилиндре влево и шток через тягу 6и рычаг 1передвигает плунжер 2,который нажимает на гидропластмассу 3. Гидропластмасса равномерно давит на внутреннюю поверхность втулки 5,втулка разжимается; наружный диаметр втулки увеличивается, и она центрирует и закрепляет обрабатываемую деталь 4.
Рис. 3.12. Консольная оправка с гидропластмассой.
Мембранные патроны применяют для точного центрирования и зажима деталей, обрабатываемых на токарных и шлифовальных станках. В мембранных патронах обрабатываемые детали устанавливают по наружной или внутренней поверхности. Базовые поверхности деталей должны быть обработаны по 2-За-му классам точности. Мембранные патроны обеспечивают точность центрирования деталей 0,004-0,007 мм.
Мембраны - это тонкие металлические диски с рожками или без рожков (кольцевые мембраны). В зависимости от воздействия на мембрану штока механизированного привода - тянущего или толкающего действия - мембранные патроны подразделяются на разжимные и зажимные.
В разжимном мембранном рожковом патроне при установке кольцевой детали мембрана с рожками, штоком привода прогибается влево к шпинделю станка. При этом рожки мембраны с зажимающими винтами, установленными на концах рожков, сходятся к оси патрона, и обрабатываемое кольцо устанавливается центральным отверстием в патроне.
При прекращении нажима на мембрану под действием упругих сил она выпрямляется, ее рожки с винтами расходятся от оси патрона и зажимают обрабатываемое кольцо по внутренней поверхности. В зажимном мембранном рожковом патроне при установке кольцевой детали по наружной поверхности мембрана штоком привода прогибается вправо от шпинделя станка. При этом рожки мембраны расходятся от оси патрона и обрабатываемая деталь разжимается. Затем устанавливается следующее кольцо, нажим на мембрану прекращается, она выпрямляется и рожками с винтами зажимает обрабатываемое кольцо. Зажимные мембранные рожковые патроны с механизированным приводом изготовляются по МН 5523-64 и МН 5524-64 и с ручным приводом по МН 5523-64.
Мембранные патроны бывают рожковые и чашечные (кольцевые), их изготовляют из стали 65Г, ЗОХГС с закалкой до твердости HRC 40-50. Основные размеры рожковых и чашечных мембран нормализованы.
На рис. 3.13, а, б показана конструктивная схема мембранно-рожкового патрона 1. На заднем" конце шпинделя станка установлен пневмопривод патрона. При подаче сжатого воздуха в левую полость пневмоцилиндра поршень со штоком и тягой 2 перемещается вправо. При этом тяга 2, нажимая на рожковую мембрану 3,прогибает ее, кулачки (рожки) 4 расходятся, и деталь 5 разжимается (рис. 3.13, б ). Во время подачи сжатого воздуха в правую полость пневмоцилиндра его поршень со штоком и тягой 2перемещается влево и отходит от мембраны 3. Мембрана под действием внутренних упругих сил выпрямляется, кулачки 4мембраны сходятся и зажимают по цилиндрической поверхности деталь 5 (рис. 3.13, а).
Рис. 3.13. Схема мембранно-рожкового патрона
Основные данные для расчета патрона (рис. 3.13, а) с рожко-, вой мембраной: момент резания М рез , стремящийся повернуть обрабатываемую деталь 5 в кулачках 4патрона; диаметр d = 2b базовой наружной поверхности обрабатываемой детали; расстояние l от середины мембраны 3до середины кулачков 4.На рис. 3.13, в дана расчетная схема нагруженной мембраны. Круглая, жестко закрепленная по наружной поверхности мембрана нагружена равномерно распределенным изгибающим моментом М И , приложенным по концентрической окружности мембраны радиуса b базовой поверхности обрабатываемой детали. Данная схема является результатом наложения двух схем, показанных на рис. 3.13, г, д, причем М И =М 1 +М 3 . М рез
Силы P з вызывают момент, изгибающий мембрану (см. рис. 3.13, в).
2. При большом количестве кулачков патрона момент М п можно считать равномерно действующим по окружности мембраны радиуса b и вызывающим ее изгиб:
3. Радиусом а наружной поверхности мембраны (из конструктивных соображений) задаются.
4. Отношение т радиуса а мембраны к радиусу b установочной поверхности детали: а/b = т.
5. Моменты М 1 и М 3 в долях от М и (М и = 1) находят в зависимости от m= a/b по следующим данным (табл. 3.1):
Таблица 3.1
| m=a/b | 1,25 | 1,5 | 1,75 | 2,0 | 2,25 | 2,5 | 2,75 | 3,0 |
| M 1 | 0,785 | 0,645 | 0,56 | 0,51 | 0,48 | 0,455 | 0,44 | 0,42 |
| M 3 | 0,215 | 0,355 | 0,44 | 0,49 | 0,52 | 0,545 | 0,56 | 0,58 |
6. Угол (рад) разжима кулачков при закреплении детали с наименьшим предельным размером:
7. Цилиндрическая жесткость мембраны [Н/м (кгс/см)]:
где: МПа - модуль упругости ( кгс/см 2); =0,3.
8. Угол наибольшего разжима кулачков (рад):
9. Сила на штоке механизированного привода патрона, необходимая для прогиба мембраны и разведения кулачков при разжиме детали, на максимальный угол :
При выборе точки приложения и направления зажимного усилия необходимо соблюдать следующее: для обеспечения контакта заготовки с опорным элементом и устранения возможного ее сдвига при закреплении зажимное усилие следует направлять перпендикулярно к поверхности опорного элемента; в целях устранения деформации заготовки при закреплении точку приложения зажимного усилия надо выбирать так, чтобы линия его действия пересекала опорную поверхность установочного элемента.
Количество точек приложения зажимных усилий определяют конкретно к каждому случаю зажима заготовки в зависимости от вида заготовки, метода обработки, направления силы резания. Для уменьшения вибрации и деформации заготовки под действием сил резания следует повышать жесткость системы заготовка – приспособление путем увеличения числа точек зажима заготовки за счет введения вспомогательных опор.
К зажимным элементам относятся винты, эксцентрики, прихваты, тисочные губки, клинья, плунжеры, планки. Они являются промежуточными звеньями в сложных зажимных системах. Форма рабочей поверхности зажимных элементов, контактирующих с заготовкой, в основном такая же, как и установочных элементов. Графически зажимные элементы обозначаются согласно табл. 3.2.
Таблица 3.2 Графическое обозначение зажимных элементов
