close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

4259 oljabaev r.o. iskakova d.a obosnovanie konstrukcii prisposobleniya i etapi proektirovaniya

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Республики Казахстан
Павлодарский государственный университет
им. С. Торайгырова
ОБОСНОВАНИЕ
КОНСТРУКЦИИ
ПРИСПОСОБЛЕНИЯ И ЭТАПЫ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Павлодар
1
Министерство образования и науки Республики Казахстан
Павлодарский государственный университет
им. С. Торайгырова
Факультет металлургии, машиностроения и транспорта
Кафедра «Машиностроение и стандартизация»
ОБОСНОВАНИЕ
КОНСТРУКЦИИ
ПРИСПОСОБЛЕНИЯ И ЭТАПЫ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Учебно-методическое пособие для технических
специальностей высших учебных заведений
Павлодар
Кереку
2016
2
УДК 621.7.001.63(075)
ББК 34.4я73
О-53
Рекомендовано к изданию учебно-методическим советом
Павлодарского государственного университета
им. С. Торайгырова
Рецензенты:
Ж. К. Мусина – кандидат технических наук, ассоциированный
профессор.
П. В. Дубровин – кандидат технических наук, директор
департамента промышленного инжиниринга и дизайна ИнЕУ;
Н. Н. Годына – кандидат технических наук, доцент, и.о.
профессора департамента промышленного инжиниринга и дизайна
ИнЕУ.
Составители: Олжабаев Р. О., Искакова Д. А.
О-53 Обоснование
конструкции приспособления
и
этапы
проектирования : учебно-методическое пособие / Р. О. Олжабаев,
Д. А. Искакова. – Павлодар : Кереку, 2016. – 73 б.
В
учебно-методическом
пособии
изложены
системы
технологического приспособления и вспомогательного оборудовния.
Даны конструкции деталей и элементарных зажимных устройств, их
структура и расположение. Материал проиллюстрирован большим
числом примеров и задач.
Учебное пособие рекомендуется студентам технических
специальностей вузов.
УДК 621.7.001.63(075)
ББК 34.4я73
© Олжабаев Р. О., Искакова Д. А., 2016
© ПГУ им. С. Торайгырова, 2016
За достоверность материалов, грамматические и орфографические ошибки
ответственность несут авторы и составители
3
Введение
В современном машиностроении невозможно реализовать
спроектированный технологический процесс без соответствующей
технологической оснастки. От правильного выбора приспособлений,
как и других элементов технологического оснащения, зависят
технико-экономические показатели технологического процесса.
Трудно переоценить значение технологической оснастки при
организации комплексно-механизированных механических цехов.
Технический уровень оснастки металлорежущих станков определяет
эффективность технологической операции, производительность
обработки и точность получаемых деталей в той же мере, что и
качественность самих станков. Технологическая оснастка создает
условия для перехода от последовательного метода обработки к
параллельному и параллельно-последовательному, а ее технический
уровень предопределяет затраты вспомогательного времени на съем и
установку детали.
При конструировании станочных приспособлений и при
использовании существующих возникает необходимость разобраться
в назначении, устройстве и работе приспособления, умение
рассчитать основные параметры оснастки, обосновать выбор
эффективной конструкции.
Для выполнения практических работ обучающийся изучает
соответствующие разделы курса, производит необходимые расчеты и
подготовительную работу.
4
1 Исходные данные и выбор конструкции приспособления
К основным этапам проектирования приспособлений относятся:
- анализ исходных данных;
- формулирование служебного назначения приспособления;
- разработка принципиальной схемы приспособления;
- конструирование и расчет приспособления;
- определение технических требований на приспособление.
Исходные данные включают:
- чертеж заготовок, устанавливаемого в приспособление;
- технические требования;
- операционные эскизы технологического процесса;
- стандарты и нормали на детали и сборочные единицы
приспособлений.
В процессе анализа исходных данных определяется схема
базирования; размеры, допуски, шероховатость его поверхностей;
материал и его характеристики, сведения о станках (размеры стола,
размеры и расположение Т–образных пазов, посадочные места
шпинделя, под установку приспособлений и др.).
Размеры и форма заготовки определяют габаритные размеры
приспособления, его массу, материал, тип конструкции базовой
детали. Допуски на размеры и шероховатость поверхностей заготовки
влияют на выбор установочных и зажимных элементов. Тип
технологического оборудования предопределяет комплект основных
баз приспособления, которым оно устанавливается.
Комплект технологических баз заготовки предопределяет
комплект вспомогательных баз у приспособления.
Схема технологической наладки, режимы резания позволяют
определить действующие нагрузки, которые будет воспринимать
заготовка, а следовательно, приспособление во время операции. Это
позволит рассчитать требуемую силу зажима заготовки, а также
сформулировать
требования
к
прочности,
жесткости,
виброустойчивости приспособления.
Затраты времени на операцию определяют уровень быстро
действия приспособления при установке и снятии заготовки, а это
оказывает влияние на кинематику приспособления и выбор типа
привода.
Тип производства и программа выпуска во многом определяют
уровень
автоматизации
приспособления,
требования
к
износостойкости элементов, использование в приспособлении
унифицированных элементов, надежность и долговечность. Перед
5
проектированием приспособления конструктор должен иметь
характеристику станка, заложенного в техпроцессе. Целесообразно
также изучить конструкции и опыт эксплуатации аналогических
приспособлений.
1.1 Формулирование служебного назначения приспособления
Оно основывается на качественном и количественном анализе
исходной информации об операции технологического процесса и
условий эксплуатации приспособления.
Формулировка служебного назначения приспособления должна
включать число заготовок, устанавливаемых в приспособление;
габаритные размеры заготовки; комплект баз заготовки; точность его
установки; действие сил и моментов зажима и другие.
1.2 Разработка принципиальной схемы приспособления
Принципиальная схема приспособления включает схему
расположения установочных элементов, схему сил зажима заготовки,
кинематику передачи усилия от привода к зажимным элементам.
Схема расположения установочных элементов определяется
схемой базирования заготовки и типом установочных элементов. В
соответствии со схемой базирования заготовки известно число
установочных элементов, которые должны располагаться по трем
координатным плоскостям. При разработке принципиальной схемы
определяют наилучшее расположение установочных элементов в
каждой координатной плоскости. При базировании заготовки на
установочную базу последняя должна иметь три установочных
элемента. Выбирают такую схему их расположения, при которой
должна быть обеспечена наивысшая точность установки и
наибольшая устойчивость базируемой заготовки.
При выборе схемы зажима заготовки в первую очередь решают
на какие координатные плоскости должно быть направлено силовое
замыкание.
Для
упрощения
приспособления
желательно
прикладывать силы зажима на одну координатную плоскость,
построенную на установленной базе. Следовательно, оценивая схему
сил и моментов, действующих на заготовку во время осуществления
процесса, исходя из выбранной схемы расположения установочных
элементов.
После определения схем расположения установочных элементов
и сил зажима определяют кинематическую схему передачи усилия, от
силового привода к зажимным элементам. В итоге получают
кинематическую схему приспособления.
6
1.3 Обоснование выбора конструкции приспособления,
силовой расчет
Для расчета сил зажима и параметров силового привода
необходимо знать силы и моменты, действующие на заготовку во
время технологического процесса и схемы расположения
установочных и зажимных элементов, в соответствии с
принципиальной схемой базирования и принятой кинематикой
передачи усилия от привода к зажимным элементам.
При расчете сил зажима определяют величины реакций в точках
контакта базируемой заготовки с установленными элементами.
Значения реакции рассчитывают из условия равновесия в статике. На
рисунке 1.1 показана схема сил, действующих на заготовку во время
фрезерования и силы зажима со стороны прихватов, передаваемые
через рычажную систему от пневмоцилиндра.
Рисунок 1.1 – Схема приспособления для установки корпусной
детали.
При фрезеровании на заготовку действуют три составляющие
силы резания: Px , Py , Pz . Сила Px сдвигает заготовку вдоль
установочной базы, сила Py прижимает заготовку к установочной
базе, а сила Pz поворачивает заготовку на установочной базе.
Действие сил Px и Pz воспринимают цилиндрический и срезанный
штыри, действие силы Py воспринимают установочные элементы 1, 2,
3. Поскольку штыри отличаются невысокой жесткостью, а их износ
оказывает непосредственное влияние на точность обработки
заготовки, их желательно разгрузить. Поэтому сила W должна быть по
7
величине больше сдвигающих сил и создавать момент трения F
больше сдвигающих моментов. Для того, чтобы обеспечивать прижим
заготовки, сила трения должна быть взята с коэффициентом запаса,
равным 1,5.
Силы Px и Pz стремятся сдвинуть заготовку по установочной
плоскости. Силы Py и W создают силы трения, препятствующие этому
сдвигу. После определения величины силы резания, которая должна
быть создана силами зажима в опорах 1, 2, 3, рассчитывают силу
зажима W из условия, что F= W f , где f – коэффициент трения.
Принимая во внимание коэффициент запаса, равный 1,5, получим
W  1,5  F  f .
Зная соотношение плеч l 2 , l3 , l 4 и учитывая угол  рассчитываем
силу Q. Зная удельное давление в рабочей полости цилиндра,
определяют его диаметр.
При расчете приспособления на точность главной задачей
является определение погрешности установки. Чтобы определить
погрешность установки приспособления на станке, следует на
комплекте основных баз приспособления построить прямоугольную
систему координат и определить отклонение ее положения по шести
параметрам (тремя линейными и тремя угловыми).
При расчете на точность проверяют погрешность установки,
которая не должна выходить за пределы допуска.
Обоснование выбора конструкции приспособления следует
связывать с обеспечением заданной производительности станка на
данной операции, которая определяется программой выпуска изделий.
Определяющим фактором достижения заданной производительности
станка и конструкции приспособления, является соотношение такта
выпуска и штучного времени с учетом его составляющих, из которых
главным является суммарное технологическое и вспомогательное,
затрачиваемое на установку и снятие заготовки и управление
приспособлением. Поэтому принятие решения о конструкции
приспособления тесно связано с нормированием техпроцесса.
Окончательное решение о выборе той или иной конструкции
следует принимать после расчета экономической эффективности,
который заключается в составлении затрат и экономического эффекта
при использовании прогрессивного приспособления, относимых к
годовому периоду эксплуатации.
Как правило, проектирование начинается с изображения на листе
контуров обрабатываемой заготовки пунктирными линиями либо
цветными сплошными линиями. Заготовку изображают в нужном
8
количестве проекций. Общий вид (схема) приспособления
вычерчивается последовательным нанесением его элементов вокруг
контуров заготовки (сначала установочных элементов, затем
зажимных устройств с приводами, элементов для направления и
контроля положения инструмента, вспомогательных устройств и
деталей). Последним чертят контур корпуса приспособления, который
объединяет все выше перечисленные элементы в единое целоеприспособление.
В зависимости от характера обработки, конфигурации заготовки,
принятого станка и штучного времени на операцию выбирается одна
из схем приспособления:
а) одноместное однопозиционное;
б) многоместное однопозиционное;
в) одноместное многопозиционное;
г) многоместное многопозиционное.
В условиях массового и крупно серийного производства при
обработке заготовок простой формы малых и средних размеров
необходимо изучить возможности автоматизации их загрузки в
приспособление
и
выгрузки
из
него.
Для
повышения
производительности необходимо предусматривать удобство и
быстроту очистки приспособления, которая достигается за счет
периодической обдувки приспособления. Комплексная автоматизация
приспособления,
включающая
процессы
автоматического
базирования, закрепления, открепления и снятия заготовки, его
очистки
и
поднастройки,
обеспечивает
максимальную
производительность и нередко приводит к значительному
экономическому эффекту.
В
соответствии
с
данными
расчетов
целесообразно
откорректировать схему приспособления и разработать эскиз его
сборочного чертежа. На общем виде приспособления указывают
технические требования.
9
2 Обеспечение точности
требований на приспособление
и
определение
технических
Технические требования указывают необходимую точность
сборки приспособления, условия регулировки и отладки, методы
проверки его установки на станке.
К основным техническим требованиям относятся требования,
которые можно условно разделить на две группы:
- точность относительного расположения комплектов баз
приспособлений и рабочих поверхностей;
- точность относительного положения и формы поверхностей,
образующих комплекты баз.
Определение
требований
на
точность
относительного
расположения комплектов баз и рабочих поверхностей следует
начинать с размерного анализа. У приспособления комплектами баз
являются основные базы, которыми приспособление устанавливается
на станке.
Рабочими поверхностями приспособления являются поверхности
для направления и установки режущего инструмента.
Размерный анализ начинается с установления замыкающих
звеньев
технологической
системы,
которые
определяются
требованиями на относительное расположение технологических баз
заготовки и рабочих поверхностей инструмента. Допуски на
замыкание звена определяются из требований на точность операций.
Исходя из этого, рассчитывают допуски на составляющие звенья и
таким образом определяют допуски на точность относительного
положения вспомогательных и основных комплектов баз
приспособления, а также точность установки самого приспособления.
Рассмотрим примеры анализа и составления технических
требований на различные приспособления.
Приспособление применяется для фрезерование плоскости вилки
карданного вала и предназначено для базирования заготовки (рисунок
2.1)
внутренней
цилиндрической
поверхностью
(двойная
направляющая база) опорные т. 1, 2, 3, 4, плоскостью (опорная база)
опорная т. 5 и точкой на оси симметрии наружной цилиндрической
поверхности (опорная т. 6) и для одновременного закрепления силами
P1иР2 направленными по нормали к опорной базе.
В приспособлении (рисунок 2.2) двойная направляющая
заготовки реализуется с помощью жесткого цилиндра пальца 1,
плоское основание 4 которого служит опорной базой заготовки.
10
Подпружиненная призма 2 реализует плоскость симметрии наружной
цилиндрической поверхности заготовки.
Рисунок 2.1 – Схема базирования вилки карданного вала
Рисунок 2.2 – Приспособление для фрезерования плоскости вилки
Закрепление заготовки осуществляется силами P1 и Р2
одновременно с помощью прихвата 6, кинематически связанного с
диафрагменным пневмоприводом 5. Приспособление установлено на
поворотном столе 10 карусельно-фрезерного станка.
11
Заготовка базируется на жесткий цилиндрический палец 1,
устанавливается наружной цилиндрической поверхностью в призму 2
с пружиной 3 и прихватом 6 подводится к плоскости основания
цилиндрического пальца 1. Закрепление заготовки осуществляется с
помощью диафрагменного пневмопривода 5. Усилие зажима
передается на прихват 6 через рычаг 7 и болт 8. Воздух поступает в
пневмокамеру 5 через золотник 9.
При повороте стола 10 рабочие полости пневмокамеры 5 в
загрузочной позиции соединяются с атмосферой, под действием
пружины 11 заготовка освобождается и снимается.
Основные технические требования:
- отклонение от перпендикулярности оси поверхности Б
относительно поверхности В не более Т 1 на длине l1 ;
- отклонение от параллельности поверхности В относительно
поверхности А не более Т 2 на длине l 2 .
12
3 Расчет приспособления на точность
После определения технических требований на точность
расположения
комплектов
баз
и
рабочих
поверхностей
приспособления следует приступить к расчету приспособления на
точность.
На точность обработки влияет ряд технологических факторов,
вызывающих общую погрешность обработки  м , которая не должна
превышать допуск Т выполняемого размера при обработке заготовки,
м Т .
Допуск Т выполняемого размера при обработке определяется по
формуле:
Т  2y  2Н   2  32u  32Т    ф ,
(3.1)
где  y
- погрешность вследствие упругих отжатий
технологической системой под влиянием сил резания;
 Н - погрешность настройки станка;
ε – погрешность установки заготовки в приспособлении;
- погрешность от размерного изнашивания
u
инструмента;
 Т - погрешность обработки, вызываемая тепловыми
деформациями технологической системы;
  ф - суммарная погрешность формы обрабатываемой
поверхности, обусловленная геометрическими погрешностями станка
и деформацией заготовки при обработке.
Погрешность установки заготовки в приспособлении, как
суммарное поле рассеивания случайных величин.
   б2   з2  2пр ,
(3.2)
где  б - погрешность базирования заготовки в приспособлении;
 з - погрешность закрепления заготовки, возникающая в
результате действия сил зажима;
 пр - погрешность положения заготовки, зависящая от
приспособления (  пр   пр   y   и , где  пр - погрешность изготовления
приспособления;
13
 y - погрешность установки приспособления в станке;
и
- погрешность положения заготовки, возникающая в
результате изнашивания элементов приспособления).
Значение  пр изменяется в результате от условий и типа
производства, а также от конструкции приспособления.
При использовании приспособления в мелкосерийном и
серийном производствах
 пр   пр   y2  3 u2 .
(3.4)
В массовом и крупно серийном производствах при
использовании одноместных приспособлений  пр   u ,  пр и  y
компенсируются настройкой технологической системы.
В случае применения многоместных приспособлений
2
 пр   пр
 3 u2 .
(3.5)
Для приспособления – спутника на автоматической линии
2
 пр   пр
 3 u2   y2 .
(3.6)
Для практических расчетов можно использовать упрощенную
формулу
 пр  Т  kТ (kT   б 2 ) 2   з2   y2   u2   n2  (kT   ) 2 , (3.7)
1
2
где Т – допуск выполняемого размера заготовки;
k T - коэффициент, учитывающий отклонение рассеяния от
закона нормального распределения ( k T = 1,2);
k T - коэффициент, учитывающий уменьшение погрешности
базирования при работе на настроенных станках ( kT = 0,8 … 0,85);
- коэффициент, учитывающий долю погрешности
kT
обработки в суммарной погрешности, вызываемой факторами, не
1
1
2
14
зависящих от приспособления ( kT
экономическая точность обработки.
2
= 0,6 … 0,8);  - средняя
Произведением kT   характеризуется суммарная погрешность
обработки,
вызываемая
факторами,
не
связанными
с
приспособлениями (  y ,  н ,  и ,  y , Т ,   ф ).
Погрешности зависящие от приспособления (  б ,  з ,  и ,  n ),
рассчитываются по принятым схемам базирования, закрепления и
обработки. Погрешность закрепления  з может приниматься по
табличным значениям.
Расчет приспособления на точность завершается разбивкой
допуска размеров при его изготовлении на допуски размеров деталей.
При этом за замыкающее звено размерной цепи принимаются
погрешность
являющаяся
допуском
изготовления
 пр ,
приспособления. После выявления размерной цепи решается прямая
задача, т. е. определяются размеры и допуски звеньев размерной цепи.
В размерных цепях, в которых должна быть обеспечена полная
взаимозаменяемость допуски рассчитываются методом максимума –
минимума. Размерные цепи, для которых экономически оправдан риск
возможного выхода за пределы поля допуска замыкающего звена,
рассчитываются вероятностным методом.
Размерные цепи наносятся на схемы приспособлений, за
замыкающее звено размерной цепи в приспособлении обычно
применяются допуски линейных и угловых размеров приспособления
в
сборе,
а
также
допуски
соосности,
параллельности,
перпендикулярности, которые связывает по точности относительного
расположения
поверхности
станочного
приспособления,
контактирующие с заготовкой и станком или с инструментом и
станком. Допуск определяется расчетом точности изготовления
приспособления  пр по выбранному параметру.
Для
выявления
допустимой
погрешности
(точности)
приспособления следует рассчитывать  пр , определив или выбрав по
справочным данным значения всех ее составляющих.
Допуск Т берется с чертежа детали (операционного эскиза ТП
обработки заготовки). Значения коэффициентов следует принимать
кт = 1,2; кт1 = 0,8…0,85; кт2 = 0,6…0,8.
Погрешность базирования εб определяется или рассчитывается в
каждом конкретном случае. В таблице приложения представлены
2
15
схемы базирования и формулы по которым следует определять
погрешность базирования для типовых случаев.
Погрешность закрепления εз можно определять аналитически в
случае, когда рассчитывают весьма малые смещения заготовок
прецизионных приспособлениях. Для практических расчетов
приспособлениях на точность εз принимают по таблицам. В таблице
приложения приведены погрешности закрепления εз для различных
видов обработки в зависимости от обрабатываемых материалов и
применяемых приспособлений.
Погрешность установки приспособления на станке εу возникает
из-за зазоров между направляющими шпонками или установочными
пальцами приспособлений и Т – образными пазами или отверстиями
стола станка; что характерно для фрезерных, расточных и других
приспособлений.
Погрешности установки вращающихся приспособлений на
токарные, фрезерные, зубофрезерные и другие станки зависит от
точности их базирования в гнездах станка (конусное отверстие
шпинделя, центральное отверстие поворотного стола и т.д.).
Погрешности связанные с износом установочных элементов εи в
процессе эксплуатации приспособления. На интенсивность
изнашивания установочных элементов влияют их размеры и
конструкция, материал и масса обрабатываемой заготовки, состояние
ее базовых поверхностей, а также условия установки заготовки в
приспособление и снятие ее.
Наибольшему изнашиванию подвержены постоянные и
регулируемые точечные опоры, у которых контакт с заготовкой
осуществляется по малым площадкам. Сильно изнашиваются рабочие
поверхности призм, контактирующие с заготовкой по узким
площадкам, менее интенсивно – опорные пластины, а также
цилиндрические пальцы и другие установочные элементы, у которых
контакт с заготовкой происходит по большим площадям.
Приспособления изнашиваются сильнее, если на них
обрабатываются заготовки с черновыми базовыми поверхностями со
следами окалины и формовочных материалов. Изнашивание
возрастает с увеличением массы заготовок и удлинением пути их
перемещения (сдвига) по установочным элементам при их установке
в приспособление и снятии с него.
Износ установочных элементов приближенно можно определить
по формулам:
- для опор с малой поверхностью контакта
16
U=β1Nn,
(3.8)
- для опор с развитой поверхностью контакта
U=β2N,
(3.9)
где U – размерный износ опоры, мкм;
β1, β2 - постоянные, зависящие от вида установочных
элементов и условий контакта;
N – количество контактов заготовки с опорой в год (установок
в приспособление, снятий с него).
Значение β1, β2 приведены в таблице 3.1. При малом износе
приспособления значения εи=U.
Таблица 3.1 – Значения коэффициентов β1 и β2 для различных
элементов
Установочные
Материал установочных элементов
элементы
Сталь 20, Углеродистые Хромовые Твердые
20Х, 45
стали У8А и покрытия сплавы
др.
Коэффициент β1
Точечные
опоры
с
головкой:
сферической
0,5-2
0,4-1,8
0,2-0,8
0,06-0,25
Рифленой
0,6-2,5
Плоской
0,4-0,8
Призмы
0,3-0,8
0,25-0,7
0,12-0,32 0,0350,095
Пальцы
0,2-0,6
0,15-0,5
0,08-0,24 0,025ромбические
0,07
(срезанные)
Коэффициент β2
Пластины
0,0020,0015-0,0035 0,00080,00025опорные
0,004
0,0016
0,00045
Пальцы
0,0010,0008-0,0018 0,00040,00012цилиндрические 0,002
0,0008
0,00023
Допуски на износ направляющих элементов приспособлений
принимается по табличным значениям таблицы 3.2 (сверление
17
отверстий по 11 квалитету точности). Принятое значение допустимого
износа кондукторных втулок следует считать погрешности от
изнашивания εи направляющих элементов при расчете кондукторов на
точность. Большие значения β1 и β2 принимаются для более тяжелых
условий работы установочных элементов.
Таблица 3.2 – Допуски изготовления и на износ кондукторных втулок
(отверстия), мкм
Допуск
Номинальный диаметр сверла, мм
1-3
3-6
6-10 10-18 18-30 30-50 50-80
Изготовления
14
17
20
24
30
35
40
На износ
10
15
20
25
30
35
40
При сверлении отверстий по 12...14 квалитетам точности
приведенные в таблице 3.2, допуски на износ могут быть увеличены
на 50…200 %.
Экономическая точность обработки ω для различных видов
обработки выбирается по табличным значениям.
При расчете на точность кондукторных приспособлений
полученная погрешность приспособления будет являться допуском
межцентрового расстояния между его кондукторными втулками. При
сверлении отверстий по кондуктору половину поля допуска
расстояния между осями кондукторных втулок, можно определить
при условии, что середины полей допусков межцентровых расстояний
в деталях и кондукторной плите совпадают, по формуле
 пр  Т  (s  e   n ) ,
(3.10)
где Т – односторонний допуск расстояния между осями
отверстий в детали;
Σs – сумма максимальных радиальных зазоров;
Σе – сумма эксцентриситетов втулки;
Σ εn – сумма погрешностей от перекоса инструментов.
18
4 Силовые устройства приспособлений (приводы)
Основным назначением силового привода в приспособлении
является создание исходной силы тяги Q, необходимой для зажима
заготовки силой W. Кроме этого, силовые приводы используют для
механизации и автоматизации приемов загрузки и выгрузки заготовок,
поворота приспособления, включения и выключения станка, удаления
стружки, транспортирования деталей и др. Силовой агрегат привода
представляет собой преобразователь какого-либо вида энергии в
механическую, необходимую для работы зажимных механизмов. В
связи с этим, приводы обычно классифицируют по виду
преобразуемой энергии. В приспособлениях используют следующие
приводы: пневматические, гидравлические, пневмогидравлические,
электромеханические, электромагнитные, магнитные, вакуумные,
центробежно-инерционные от сил резания и другие.
4.1 Пневматические приводы
Силовые пневматические приводы состоят из пневмодвигателей,
пневматической аппаратуры и воздухопроводов. Пневматические
силовые приводы разделяют по виду пневмодвигателя на
пневматические цилиндры с поршнем и пневматические камеры с
диафрагмами.
По способу компоновки с приспособлениями пневмоприводы
разделяют на встроенные, прикрепляемые и универсальные.
Встроенные пневмоприводы размещают в корпусе приспособления и
составляют с ним одно целое. Прикрепляемые пневмоприводы
устанавливают на корпусе приспособления, соединяют с зажимными
устройствами, их можно отсоединять от него и применять на других
приспособлениях. Универсальный (приставной) пневмопривод – это
специальный пневмоагрегат, применяемый для перемещения.
Пневматические поршневые и диафрагменные пневмодвигатели
бывают одно- и двустороннего действия. В пневмодвигателях
одностороннего действия рабочий ход поршня со штоком в
пневмоцилиндре или прогиб диафрагмы в пневмокамере
производится сжатым воздухом, а обратный ход поршня со штоком
или диафрагмы со штоком – под действием пружины, установленной
на штоке. Пневмоприводы одностороннего действия применяют в тех
случаях, кода при зажиме заготовки требуется сила большая, чем при
разжиме; пневмоприводы двустороннего действия – когда при зажиме
и разжиме требуется большая сила, например в приспособлениях с
самотормозящимися зажимными устройствами.
19
Пневмоприводы по виду установки делятся на невращающиеся и
вращающиеся. Невращающиеся пневмоприводы применяют в
стационарных приспособлениях, устанавливаемых на столах
сверлильных и фрезерных станков, вращающиеся пневмоприводы –
для перемещения зажимных устройств вращающихся приспособлений
(патроны токарных станков). Пневмоприводы применяются также для
зажимных устройств приспособлений, устанавливаемых на
непрерывно или периодически вращающихся столах станков.
Замена в станочных приспособлениях ручных зажимов
пневматическими дает большие преимущества:
1) сокращение времени на зажим и разжим заготовки в 4–8 раз
вследствие быстроты действия (0,5–1,2 с) пневмопривода;
2) постоянство силы зажима заготовки в приспособлении и
возможность регулирования силы зажима;
3)
простота
управления
зажимными
устройствами
приспособлений;
4) бесперебойность работы пневмопривода при изменениях
температуры воздуха в окружающей среде.
Недостатки пневмопривода:
1) недостаточная плавность перемещения рабочих элементов,
особенно при переменной нагрузке;
2) небольшое давление сжатого воздуха в полостях
пневмоцилиндра и пневмокамеры (0,4–0,6 МПа);
3) относительно большие размеры пневмоприводов для
получения значительных сил на штоке пневмоцилиндра.
Источником энергии, приводящей в действие пневматические
приводы, является сжатый воздух.
4.1.1 Пневматические поршневые приводы
В поршневых пневмоприводах одностороннего действия
(рисунок 4.1, а) сжатый воздух подается только в полость А
пневмоцилиндра и перемещает поршень 1 со штоком 3 вправо при
зажиме заготовки. При разжиме детали поршень 1 со штоком 3
отводится влево пружиной 2, установленной на штоке, а воздух через
золотник 4 крана 5 уходит в атмосферу. В поршневых
пневмоприводах двухстороннего действия (рисунок 4.1, б) сжатый
воздух поочередно подается в обе полости А и Б пневмоцилиндра и
перемещает поршень1 со штоком 2 при зажиме и разжиме. Золотник
3 распределительного крана 4 при повороте рукоятки производит
последовательную подачу сжатого воздуха в полость А или Б
пневмоцилиндра и выпуск воздуха из полости в атмосферу.
20
а) поршневой пневмопривод одностороннего действия; б)
поршневой пневмопривод двухстороннего действия
Рисунок 4.1 – Поршневые пневмоцилиндры
При расчете пневмоприводов определяют осевую силу на штоке
поршня, зависящую от диаметра пневмоцилиндра и давления сжатого
воздуха в полостях его. Можно по заданной силе на штоке поршня и
давлению сжатого воздуха определить диаметр пневмоцилиндра. В
приспособлениях с пневмоприводом следует определять время его
срабатывания. Расчет осевой силы Q на штоке поршневого привода
производится по формуле:
D 2 p
Q
4
 Q1 ,
(4.1)
для пневмоцилиндров двустороннего действия при давлении
сжатого воздуха в поршневой полости:
Q
D 2 p
4
,
(4.2)
,
(4.3)
и штоковой полости:
Q
 (D 2  d 2 ) p
4
21
где D – диаметр пневмоцилиндра (поршня), см;
d – диаметр штока поршня, см;
р – давление сжатого воздуха , р = 0,4 МПа;
η = 0,85–0,9 – К.П.Д., учитывающий потери в
пневмоцилиндре;
Q1 – сила сопротивления возвратной пружины в конце
рабочего хода поршня, Н.
Возвратная пружина на штоке при ее определенном сжатии (в
конце рабочего хода поршня) должна оказывать сопротивление от 5
при больших до 20 % при малых диаметрах пневмоцилиндра от Q на
штоке пневмоцилиндра в момент зажима детали в приспособлении.
На практике применяют следующие размеры D рабочих полостей
цилиндров: 75, 100, 125, 200, 250, 300, 350 мм.
Определим диаметр пневмоцилиндра двустороннего действия по
заданной силе Q и давлению сжатого воздуха р.
В формуле:
Q = (π D2 p η)/4
(4.4)
для упрощения расчета опускаем К.П.Д. η, но для надежности
зажима найденную силу Q на штоке увеличивать в 1,5 раза, тогда
формула для определения Q примет вид:
1,5 Q = (π D2 p η)/4,
(4.5)
откуда
D  1,4 Q .
p
(4.6)
Принимая р =0,4 МПа (4кгс/см2) найдем диаметр, см
D  0,7 Q
(4.7)
Найденный размер диаметра пневмоцилиндра округляют по
нормали и по принятому диаметру определяют действительную
осевую силу Q на штоке.
На вращающиеся пневмоцилиндры двустороннего действия
имеются нормали, в которых приводится два типа цилиндров:
22
одинарные
и
сдвоенные.
Вращающийся
двустороннего действия (рисунок 4.2).
пневмоцилиндр
Рисунок 4.2 – Пневмоцилиндр вращающийся
Конструкция
и
основные
размеры
пневмоцилиндров
регламентированы ГОСТ 15608 – 81. Пневмоцилиндр устанавливается
на заднем конце шпинделя токарного станка и вращается вместе с
ним. На корпусе 5 пневмоцилиндра винтами закреплена крышка 6.
Внутри корпуса размещены поршень 4 со штоком 3 и установлен вал
2, закрепленный гайкой 1, на котором смонтирована муфта (М).
В отверстие вала 2 впрессован пустотелый стержень, по которому
в пневмоцилиндр проходит воздух. Воздух, подводимый к левому
отверстию муфты, проходит по каналам поступает в правую полость
пневмоцилиндра, перемещая поршень 4 со штоком 3 влево. При этом
заготовка в рычажном патроне будет зажиматься. При поступлении
воздуха по каналам в левую полость пневмоцилиндра, поршень со
штоком перемещается вправо, заготовка в патроне разжимается.
4.1.2 Стационарные пневмоцилиндры
Стационарными называют пневмоцилиндры, корпус которых
жестко закреплен на приспособлении. Они предназначены для
механизации и автоматизации станочных приспособлений.
По способу крепления к приспособлениям пневмоцилиндры
подразделяются на четыре типа: с удлинѐнными стяжками; с
фланцевым креплением; с лапками; с шарнирным креплением.
На рисунке 4.3 показан сдвоенный стационарный пневмоцилиндр
с двумя поршнями на одном штоке. Такой пневмоцилиндр при
рабочем ходе поршней создаѐт осевую силу на штоке в 2 раза больше
23
по сравнению с пневмоцилиндром с одним поршнем таого же
размера. Корпус 1 пневмоцилиндра разделен перегородкой 3 на две
части. На корпусе винтами закреплены крышки 4, 6. При подаче
через штуцер в отверстие 7 сжатый воздух расходится по каналам
«а», «в», «г» корпуса и поступая в правые полости давит на поршни 2
и 5 и перемещает их влево. В случае подачи через штуцер в отверстие
«е» сжатый воздух расходится по каналам «д», «ж», «и» корпуса и,
поступая в левые полости цилиндра перемешает поршни вправо.
Рисунок 4.3 – Стационарный сдвоенный пневмоцилиндр
Сила на штоке пневмоцилиндра с двумя поршнями (рисунок 4.3)
при толкающем движении поршней со штоком влево определяется по
формуле:
Q = [π (2 D2 – d2) p η]/4
При тянущем движении поршней
штоке:
- с одинаковым диаметром штока:
со штоком
(4.8)
вправо сила
Q = [ π (D2 – d2) p η]/2
(4.9)
- с разными диаметрами штока:
Q = [π (2 D2 – d2 – d21) p η]/4,
где D – диаметр поршня пневмоцилиндра, см;
d1 и d – диаметры штока в полостях цилиндра, см;
24
(4.10)
p – давление сжатого воздуха p = 0,4 МПа;
η = 0,85–0,9 – кпд пневмоцилиндра.
Основные
размеры
стационарных
пневмоцилиндров
двустороннего действия, а также поршней и штоков нормализованы.
Цилиндры всех типов и диаметров имеют унифицированные детали
(гильзы, штоки) и отличаются только крышками.
Поршни изготавливают сборными и цельными. Сборные поршни
из чугуна или алюминиевого сплава – нормализованы. Штоки на
одном конце имеют шейку, на которую устанавливают поршень и
закрепляют гайкой, а на втором конце – наружную и внутреннюю
резьбу для соединения штока через тягу и промежуточные звенья с
зажимным устройством приспособления.
4.1.3 Диафрагменные пневмоцилиндры (пневмокамеры)
Пневмокамеры с упругими диафрагмами бывают одно и
двустороннего действия. В зависимости от способа компоновки с
приспособлениями пневмокамеры подразделяют на универсальные,
встраиваемые и прикрепляемые. На рисунке 4.4 показана
нормализованная пневмокамера одностороннего действия с
тарельчатой диафрагмой, служащая для перемещения зажимных
устройств при закреплении и раскреплении, в стационарных
приспособлениях. Пневмокамера состоит из корпуса 5 и крышки;
между ними винтами зажата тарельчатая резинотканевая диафрагма 6,
жестко прикрепленная к стальному диску 4, установленному на штоке
8.
От распределительного крана сжатый воздух через штуцер 1
поступает в бесштоковую полость пневмокамеры и перемещает
диафрагму 6 с диском и штоком вправо. При этом шток через тягу и
промежуточные
звенья
перемещает
зажимные
устройства
приспособления и заготовка зажимается. Во время перемещения
диафрагмы вправо воздух из штоковой полости через отверстие «а»
уходит в атмосферу.
25
Рисунок 4.4 – Диафрагменная пневмокамера одностороннего
действия
После обработки сжатый воздух из бесштоковой полости через
распределительный кран выпускается в атмосферу. Пружины 2 и 3
отводят диафрагму с диском и штоком влево, зажимные устройства
расходятся, и деталь разжимается. Пневмокамера крепится к корпусу
приспособления шпильками 7.
На рисунке 4.5 приведена пневмокамера двустороннего действия,
применяемая для перемещения зажимных элементов приспособления
в стационарных условиях.
Рисунок 4.5 – Пневмокамера двустороннего действия
Корпус пневмокамеры состоит из двух крышек 1, между
которыми винтами зажата тарельчатая резинотканевая диафрагма 2,
26
жестко закрепленная кольцом с заклепками на стальном диске 3,
который установлен на шейке штока и закреплен корончатой гайкой.
Сжатый воздух через штуцер в отверстии «а» подается
в
бесштоковую полость пневмокамеры и перемещает диафрагму 2 с
диском 3 и штоком 4 вправо. При этом шток через промежуточные
звенья перемещает зажимные устройства приспособления и заготовка
зажимается.
После обработки сжатый воздух через отверстие «б» поступает в
штоковую полость пневмокамеры и перемещает диафрагму 2 со
штоком в исходное положение, а воздух из бесштоковой полости
через отверстие «а» уходит в атмосферу через кран. Пневмокамера
крепится к корпусу приспособления шпильками 5.
Корпус и крышку пневмокамеры изготавливают из серого чугуна,
алюминиевого сплава или штампуют из стали. Тарельчатые
диафрагмы изготавливают в пресс-формах из четырехслойной ткани
бельтинг, с обеих сторон покрытой маслостойкой резиной. Плоские
диафрагмы изготавливают из листовой технической резины.
Расчетные диаметры D диафрагм выбирают из ряда: 125, 160,
200, 250, 320, 400, 500 мм. Толщину диафрагмы h выбирают в
зависимости от еѐ диаметра D, обычно h = 4–8 мм. Диаметр опорных
дисков принимают для резинотканевых диафрагм d = 0,7 D; для
резиновых d = D – 2h – (2–4) мм.
4.1.4 Расчет диафрагменных пневмокамер
Основными величинами, определяющими работу пневмокамеры,
является сила Q на штоке и длина рабочего хода штока.
В пневмокамерах усилие на штоке меняется при перемещении
штока от исходного положения в конечное. Оптимальная длина хода
штока пневмокамеры, при котором Q изменяется незначительно,
зависит от расчетного диаметра D диафрагмы, ее толщины h,
материала, формы и диаметра d опорного диска диафрагмы.
Если перемещать шток пневмокамеры на всю длину рабочего
хода, то в конце хода штока вся энергия сжатого воздуха будет
расходоваться на упругую деформацию диафрагмы, и полезное
усилие на штоке снизится до нуля. Поэтому нельзя использовать всю
длину рабочего хода штока диафрагмы, а только еѐ часть, чтобы сила
на штоке в конце хода составляла 80–85 % расчетной силы.
Сила Q на штоке пневмокамер одностороннего действия для
тарельчатых и плоских диафрагм из прорезиненной ткани, в исходном
положении штока
27
 (D  d ) 2
Q
p  Q1,
16
(4.11)
после перемещения штока на длину 0,3D для тарельчатых и
0,07D для плоских диафрагм:
Q
0,75 ( D  d ) 2
p  Q1 ,
16
(4.12)
Сила Q на штоке пневмокамеры для плоских резиновых
диафрагм при подаче сжатого воздуха в бесштоковую полость:
в начальном положении штока
Q
d 2
4
p Q1 ,
(4.13)
после перемещения штока на длину 0,22D
0,9d 2
Q
p Q1 ,
4
(4.14)
Оптимальная длина (см) хода штока
пневмокамеры
одностороннего действия от исходного до конечного положения
штока:
- для тарельчатой резинотканевой диафрагмы L = (0,25–0,35)D;
- для плоской резинотканевой диафрагмы L = (0,18–0,22)D.
Сила Q на штоке диафрагменной пневмокамеры двустороннего
действия определяется:
- в исходном положении штока
Q
 (D  d )2
16
p
(4.15)
- после перемещения штока на длину 0,3D для тарельчатых и
0,07D для плоских диафрагм
Q
0,75 (D  d ) 2
p
16
28
(4.16)
Сила Q на штоке при подаче сжатого воздуха
полость:
- в исходном положении штока
Q
 ( D  d ) 2  d12 
16
p
в штоковую
(4.17)
Сила Q на штоке пневмокамеры для плоских резиновых
диафрагм при подаче сжатого воздуха в бесштоковую полость:
- в начальном положении штока
Q
d 2
4
p
(4.18)
- после перемещения штока на длину 0,22D
0,9d 2
Q
p
4
(4.19)
где D – диаметр диафрагм внутри пневмокамеры, см;
d – диаметр опорного диска диафрагмы, см;
р - давление сжатого воздуха, МПа (кгс/см2);
Q1 – сопротивление возвратной пружины при конечном
рабочем положении штока;
d1- диаметр штока.
Пневмокамеры по сравнению с пневмоцилиндрами имеют ряд
преимуществ:
- более просты по конструкции и стоят дешевле;
- требуют меньшей точности изготовления и чистоты
поверхности;
- диафрагменные пневмокамеры выдерживают до 500 тыс.
включений;
- меньше утечки воздуха, более герметичны.
4.2 Гидравлические приводы
Гидропривод состоит из гидродвигателя, рабочего цилиндра,
насоса для подачи масла в цилиндр, бака для масла, аппаратуры
управления и регулирования, трубопроводов. В зависимости от
назначения и мощности гидравлический привод может обслуживать
29
одно приспособление, группу из трех – пяти приспособлений на
нескольких станках.
На рисунке 4.6 приведена конструкция лопастного
гидравлического цилиндра.
Лопастной гидравлический цилиндр состоит из корпуса (статора)
1 с упором 2 и крышками 7, 10, а также однолопастного ротора 3 с
лопастью 4, закрепленного шпонками на гайке 9. Гайка 9 установлена
в статоре на конических роликоподшипниках 13 и связана с винтом
11. К правому концу винта 11 с помощью резьбы присоединена тяга
12, которая через промежуточные звенья
перемещает кулачки
патрона при зажиме и разжиме заготовок. При подаче масла в полость
«л» цилиндра лопасть 4 с ротором 3 поворачивается до упора 2. При
этом ротор вращает гайку 9 и винт 11 с тягой 12 перемещается влево,
что соответствует зажиму заготовки кулачками патрона. При подаче
масла в полость «г» элементы двигаются в обратном направлении и
заготовка в патроне отжимается. Винт 11, перемещаясь в шлицевом
отверстии крышки 10, не поворачивается. Масло от насосной станции
по
резиновым
шлангам
подаѐтся
к
невращающейся
распределительной муфте 5, сидящей на шарикоподшипниках вала 6 с
каналами для прохода масла в полости – л, г. Насосная станция
включается только во время остановки станка, когда снимается
обработанная и устанавливается новая заготовка. Сила зажима
заготовок кулачками патрона при неработающей гидросистеме
сохраняется вследствие самоторможения винтовой пары гайка 9 –
винт 11. Для предотвращения загрязнения патрон размещается в
кожухе 9.
Принцип работы гидросистемы (рисунок 4.6).
При включении электродвигателя масло из бака 1 и насоса 2, по
маслопроводу 3 под давлением 6,5 МПа подается через золотник 4 в
полость «л» гидроцилиндра 8. В этом случае лопасть ротора 9
поворачивается по часовой стрелке до упора 10, масло из полости «г»
вытесняется и по правому трубопроводу 14 стекает в бак 1. Данный
случай соответствует зажиму заготовки в патроне.
При смещении золотника 4 в крайнее левое положение масло по
правому трубопроводу 7 начинает поступать в полость «г» и лопасть
ротора 9 поворачивается в направлении против часовой стрелки,
вытесняя из полости «л» масло, которое через левый трубопровод 7,
золотник 4 и трубопровод 14 сливается в бак 1. В этом случае
произойдет отжим заготовки. Трубопроводы 13 и 11 предназначены
для отвода от золотника и гидроцилиндра в бак масла, просочившегося
30
через уплотнения. Необходимое давление масла в
регулируется клапаном 12 и контролируется по манометру 6.
системе
Рисунок 4.6 – Лопастной гидравлический цилиндр
Сила тяги однолопастного гидропровода:
Q
(l  h ) pR

rСРtg (   )
где l – высота лопасти, см;
h – ширина лопасти, см;
p – удельное давление масла в цилиндре, МПа(кгс/см2);
31
(4.20)
R – расстояние от оси гайки до точки приложения
равнодействующей сил в середине высоты лопасти, см;
rСР – средний радиус резьбы гайки, см;
α – угол подъѐма резьбы, град;
ρ –приведенный угол трения в резьбовой паре, град;
η – кпд гидропривода, учитывающий потери на трение.
Рисунок 4.7 – Схема гидросистемы приспособления
4.2.1 Вращающиеся гидроцилиндры
По конструкции вращающиеся гидроцилиндры подразделяют на
лопастные и поршневые. Гидроприводы с вращающимися
поршневыми гидроцилиндрами в сравнении с лопастными
цилиндрами обеспечивают большую длину хода, тяги и кулачков
патрона, проще в изготовлении и стоят дешевле.
Недостатком
конструкции
вращающихся
поршневых
гидроцилиндров является невозможность использовать их при
больших числах оборотов шпинделя станка (n = 1200 мин -1), так как
вследствие трения в муфте привода повышается износ трущихся
поверхностей деталей, начинается утечка масла и гидропривод
нагревается.
В стационарных станочных приспособлениях применяют
нормализованные гидроцилиндры двух видов: встраиваемые и
агрегатированные.
32
Гидроцилиндры бывают одностороннего действия с возвратной
пружиной и двустороннего действия. Гидроцилиндры одностороннего
действия в зависимости от направления перемещения поршня со
штоком бывают толкающими (рисунок 4.8, а) и тянущими (рисунок
4.9, б). Масло под давлением поступает через штуцер 1 в полость А
цилиндра и перемещает поршень 2 со штоком 4 вправо в толкающем
и влево в тянущем гидроцилиндрах при зажиме заготовки в
приспособлении. Во время разжима пружина 3 перемещает поршень 2
со штоком влево в толкающем и вправо в тянущем цилиндрах.
а) толкающий; б) тянущий
Рисунок 4.8 – Гидроцилиндры одностороннего действия
В гидроцилиндрах двустороннего действия (рисунок 4.9) масло
под давлением последовательно поступает в левую или правую
полость гидроцилиндра и перемещает поршень 2 со штоком 1 в обе
стороны при зажиме и разжиме.
Рисунок 4.9 – Гидроцилиндр двустороннего действия
33
Размеры всех деталей, входящих в гидроцилиндры одно- и
двустороннего действия, нормализованы. Цилиндры одностороннего
действия изготавливают из стали 40Х, а цилиндры двустороннего
действия из холоднокатанных бесшовных труб. Поршень
изготавливают заодно со штоком или отдельно из стали 40. наружный
поверхности поршня и штока изготавливаются по 7 квалитету
точности с посадкой с зазором и шероховатостью Ra = 0.32 мкм.
В качестве уплотнений в соединениях поршней с цилиндрами и
штоков с крышками применяют V – образные манжеты из
маслостойкой резины, кольца круглого сечения из маслостойкой
резины.
Сила на штоке для гидроцилиндров одностороннего действия:
для толкающих:
Q
D 2
p  Q1
(4.21)
( D 2  d 2 ) p  Q1
(4.22)
4
для тянущих:
Q

4
Для гидроцилиндров двустороннего действия:
в бесштоковую полость:
Q
D 2
4
p
(4.23)
в штоковую полость:
Q

4
( D 2  d 2 ) p
(4.24)
где D – диаметр поршня гидроцилиндра,см; p давление масла на
поршень (2,0–8,0) МПа;
η – 0,85–0,9 – кпд гидроцилиндра;
Q1 – сила сопротивления сжатой пружины при крайнем
рабочем положении поршня, Н;
d – диаметр штока, см.
34
Принимая давление масла, определяем площадь
поршня:
F 
D 2
4

Q
;D 
p
4F


4Q
Q
 1,13
p
p
и диаметр
(4.25)
Производительность см3/с насосов гидравлических приводов:
V 
FL
QL

,
t1
pt1
(4.26)
где Q – требуемая сила на штоке гидроцилиндра, Н;
L – длина рабочего хода поpшня гидроцилиндра, см;
Р – давление масла в гидроцилиндре, МПа;
t – время рабочего хода поршня гидроцилиндра, мин;
η1=0,85 – объемный кпд гидросистемы, учитывающий утечки
масла.
Мощность кВт, расходуемая на привод насоса,
N 
Vp
LQ

,
75  1002  1,36
75  100t12 (4.27)
где V – производительность насоса, см3/с;
η 2 =0,9 – кпд насоса и силового узла.
Время срабатывания (мин) гидроцилиндра:
t  (D 2 L) /( 4  103V ). ,
(4.28)
где D - внутренний диаметр гидроцилиндра, см;
L – длина хода поршня, см;
V – производительность насоса, л/мин.
По сравнению с пневмоприводом гидропривод имеет ряд
преимуществ:
- высокое давление масла на поршень гидроцилиндра создает
большую осевую силу на штоке поршня;
35
- вследствие высокого давления масла в полостях гидроцилиндра
можно уменьшить размеры и вес гидроцилиндров;
- возможность бесступенчатого регулирования сил зажима и
скоростей движения поршня со штоком;
К недостаткам гидропривода относятся:
- сложность гидроустановки;
- утечка масла в гидросистеме, ухудшающая работу
гидропривода.
4.2.2 Уплотнения цилиндров
Основным условием работы пневмоцилиндра является его полная
герметичность. Для герметизации пневмоцилиндров применяют
уплотнения кольцевых зазоров в сопряжениях поршней с цилиндрами,
штоков с отверстиями.
В пневмоцилиндрах применяют три типа уплотнений:
- манжеты V-образного сечения из маслостойкой резины для
уплотнения поршней и штоков пневмоцилиндров;
- кольца круглого сечения из маслостойкой резины для
уплотнения поршней и штоков пневмоцилиндров;
- уголковые воротниковые манжеты из маслостойкой резины
соответствующих размеров.
К пневмоцилиндрам предъявляют следующие требования, они
должны быть:
- герметичны и не допускать утечки сжатого воздуха при
давлении воздуха р = 0,58 МПа (6 кгс/см2);
- проверены на прочность при давлении сжатого воздуха
р = 0,8 МПа (9 кгс/см2);
- проверены на работоспособность, перемещение поршня со
штоком из одного крайнего положения в другое в диапазоне рабочих
давлений р = 0,2–0,6 МПа (2–6 кгс/см2) должно происходить плавно,
без рывков;
- обеспечивать герметичность:
- для цилиндров с уплотнением поршня манжетами не менее
400тыс. двойных ходов;
- для цилиндров с уплотнением поршня кольцами круглого
сечения не менее 150тыс. двойных ходов.
При применении V-образных манжет сопряжение поршня с
цилиндром производится с посадкой Н11/d11, при использовании
колец круглого сечения осуществляют посадку Н7/f7.
Уголковые уплотнения (рисунок 4.8, а) применяют в
пневматичсеких цилиндрах для уплотнения поршней и штоков.
Большая боковая поверхность манжеты и воротника создает
36
значительное трение, на преодоление которого расходуется часть
усилия, сообщаемому штоку. Применять в цилиндрах диаметром
менее 100 мм не рекомендуется. Для нормальной работы нуждаются в
смазке.
Параметры
шероховатости
рабочей
поверхности
Ra = 0,63–1,25 мкм.
V-образные манжеты (рисунок 4.8, б) применяют в
гидравлических и пневмоцилиндрах. Благодаря малой боковой
поверхности значительного трения не вызывают, чем выгодно
отличаются от уголковых. Для нормальной работы
следует
смазывать. Для поршня и штока применяют уплотнения одинаковой
формы. Параметры шероховатости рабочей поерхности цилинрдра
Ra = 0,63–1,25 мкм.
Уплотнения в виде резиновых колец применяют в
пневматических и гидравлических цилиндрах со скоростью движения
поршней (штоков) соответственно до 0,5 и 0,3 м/с при величине хода
до 100 мм; упрощают конструкцию поршня. Затраты усилия на
преодоление силы трения незначительны. Применение колец в
пневматических цилиндрах требует обильной смазки. Параметры
шероховатости рабочей поверхности поршня Ra = 0,8–1,6 мкм.
4.2.3 Пневмогидравлические приводы
Пневмогидравлические приводы применяются для перемещения
зажимных
устройств
приспособлений.
Они
состоят
из
преобразователя давления, который соединен с гидроцилиндрами
приспособлений и необходимой аппаратурой.
Пневмогидравлические приводы питаются сжатым воздухом из
цеховой сети через аппаратуру под давлением 0,4–0,6 МПа при
давлении масла в гидравлической части привода 8–10МПа.
Высокое давление масла в пневмогидроприводе создается
пневмогидравлическим
и
преобразователями
прямого
или
последовательного действия, превращающими давление сжатого
воздуха в высокое давление масла.
Пневмогидравлические приводы, сочетающие в себе простоту
конструкции пневматических с преимуществами гидравлических
приводов, обеспечивают быстроту перемещения зажимных устройств,
небольшие габариты конструкции, создание больших сил зажима,
сравнительно
небольшую
стоимость.
Пневмогидроприводы
применяют для зажима заготовок в одно-, многоместных и
многопозиционных приспособлениях в серийном производстве.
Принципиальная схема работы пневмогидравлического привода с
преобразователем давления прямого действия (рисунок 4.10) основана
37
на непосредственном преобразовании давления сжатого воздуха в
высокое давление масла.
Пневмогидропривод
состоит
из
пневмоцилиндра
2
одностороннего действия с поршнем 3 и гидроцилиндра 1
одностороннего действия с поршнем 5. Сжатый воздух поступает из
воздушной сети через распределительный кран в поршневую полость
А пневмоцилиндра 2 и перемещает поршень 3 со штоком 4 влево.
Шток 4 давит на масло, которое перемещает в гидроцилиндре 1
поршень 5 со штоком 6 влево.
При этом шток 6 через промежуточные звенья перемещает
зажимные устройства приспособления при зажиме заготовки. При
разжиме поршня 3 и 5 со штоками, пружинами перемещаются вправо.
Рисунок 4.10 – Уплотнения для поршней и штоков
При равновесии привода т.е. давление между воздухом и маслом
в пневмогидравлическом преобразователе (без учета трения):
PM
d 2
4
 PB
D12
4
(4.29)
откуда давление масла в гидроцилиндре 1 будет:
PM  PB
D12
d2
где РМ – давление масла в гидроцилиндре, МПа;
РВ – давление воздуха в пневмоцилиндре, МПа;
D1 – диаметр поршня пневмоцилиндра, мм;
d – диаметр штока плунжера, мм.
38
(4.30)
Рисунок 4.11 – Схема пневмогидропривода
Отношение является
принимают i= 16-21.
коэффициентом
PM D12
i
 2
PB
d
усиления
давления,
(4.31)
Сила на штоке рабочего гидроцилиндра (без учета сопротивления
возвратной пружины), но с учетом механического к.п.д.
Q 
D 2
4
PM .
(4.32)
подставив вместо РМ его значение, тогда:
D12 D 2
Q  PB  2 
 .
d
4
(4.33)
Обозначим
PB 
D12
4
 Q1 .
(4.34)
тогда подставив в равенство значение силы Q1 и после
преобразования получим:
Q1 
D12
4
 PB  ,
39
(4.35)
Q  Q1 
D2
d
2
.
(4.36)
где D – диаметр поршня гидроцилиндра, мм;
η = 0,8–0,85 – коэффициент полезного действия;
Q1 – сила на штоке пневмоцилиндра, Н.
Величина хода штока пневмоцилиндра
Ld 2
D 2
l
,
4
4
(4.37)
откуда
L  l (
D 2
)
d
(4.38)
С учетом ηо определяющего потери масла на утечку
L  l (
D 2 n
)  ,
d
0
(4.39)
где L – ход штока пневмоцилиндра, мм;
l – ход поршня рабочего гидроцилиндра, мм;
ηо = 0,95 – объемный к.п.д. привода;
n – число рабочих гидроцилиндров приспособлений,
обслуживаемых приводом.
Из выражения
Q = PM (π D2) / 4
(4.40)
определяем диаметр рабочего гидроцилиндра (без учета к.п.д.)
D
4Q
  PM
После преобразования получим:
40
(4.41)
Q
PM
D  1,13
(4.42)
Диаметр штока пневмоцилиндра
d
D
.
(1,75  2,5)
(4.43)
Из формулы
2
D 
PM  PB   1  .
 d 
(4.44)
определяем диаметр пневмоцилиндра D1:
PM
PB 
D1  d
(4.45)
Приняв давление сжатого воздуха РВ = 0,39 МПа (4 кгс/см2) и
к.п.д. привода η = 0,8, подставив в формулу и после преобразования
еѐ, получим:
D1  0,56d PM
(4.46)
Объем сжатого воздуха (см3), расходуемого за один цикл зажима
детали в приспособлении,
V 

4
D12 L ,
(4.47)
где D1 – диаметр поршня пневмоцилиндра, см;
L – длина хода поршня со штоком, см.
Пневмогидравлический привод прямого действия (рисунок 4.12)
предусматривает питание четырех рабочих гидроцилиндров.
41
Поступающий из сети воздух направляется в обратный клапан 2,
распределительный кран 1 и далее по трубопроводу 4 в полость А
пневмоцилиндра. Под давлением воздуха поршень 5 перемещается
вверх, а его шток (плунжер) 8 сжимает масло, поступившее в полость
Б, и под давлением нагнетает его в распределительную коробку 3, из
которой масло через шланги поступает в рабочие цилиндры и через
механизмы зажима закрепляет заготовку. В это же время воздух из
верхней полости В цилиндра, через трубопровод 7 и
распределительного кран выводится в атмосферу. При переключении
распределительного крана 1 сжатый воздух поступает в верхнюю
полость В цилиндра, а из нижней полости А удаляется в атмосферу. В
это время поршни рабочих пневмоцилиндров возвращаются в
исходное положение, освобождая заготовку. Для компенсации утечек
предусмотрен бак 6. Первоначально система заполняется маслом
через отверстие 9 в распределительной коробке.
Рисунок 4.12 – Пневмогидравлический привод прямого действия.
42
4.2.4 Насосы и гидроаккумуляторы
Насос служит для преобразования механической энергии привода
приспособления в энергию потока жидкости.
В приводах станков и приспособлений используют объѐмные
насосы, работающие по принципу вытеснения жидкости в замкнутых
камерах. Объемный гидромотор преобразует энергию потока
жидкости в механическую работу выходного звена (вала).
В качестве насосов-моторов в приводах приспособлений
используют шестеренные, пластинчатые и аксиально-поршневые
гидромашины. Подача жидкости является одним из основных
параметров насоса. Значения подачи жидкости нормализованы.
Начиная со значения Q = 18∙10-3 м3/мин, они образуют
геометрический ряд со знаменателем φ = 1,41.
Мощность, необходимая для электропривода насоса (кВт)
P 
gQH
Q

,
1000
1000
(4.48)
где Q – подача насоса, м3/с;
Н – напор, м;
ρ – плотность, кг/м3;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
η – общий к.п.д. насоса;
р – давление на выходе насоса, МПа.
Гидроаккумуляторы служат для накопления энергии во время
пауз в потреблении ее агрегатами гидросистемы при периодическом
неравномерном потоке жидкости позволяет уменьшить расчетную
мощность насоса и повысить к.п.д. привода приспособления в целом.
Гидроаккумуляторы гасят толчки давлений, возникающие в
гидроприводе приспособлений. Существуют грузовые, пружинные, с
упругим корпусом и гидропневмоаккумуляторы.
Грузовой аккумулятор представляет собой цилиндр, поршень
которого нагружен грузом. Давление жидкости в гидроаккумуляторе
определяется площадью сечения поршня и массой груза. Указанные
параметры связаны отношением (трением пренебрегаем)
G    S;
(4.49)
  G /S
(4.50)
43
где G – масса груза, кг;
р – давление жидкости, МПа;
S площадь сечения корпуса, м2.
Недостатком грузовых аккумуляторов является громоздкость.
В пружинном гидроаккумуляторе давление жидкости создается
силой, развивающейся при растяжении или сжатии пружин:
p
Pïð
(4.51)
S
где Рпр – сила пружин, Н;
S – площадь сечения поршня, м2.
Поскольку сила пружины зависит от степени ее деформации,
давление в жидкости в этом гидроаккумуляторе будет зависеть от
степени его разрядки.
Наиболее эффективными являются гидропневмоаккумуляторы с
поршнем, который разделяет газовую и гидравлическую полости.
Применение гидроаккумуляторов имеет особое преимущество в
случае, когда требуется длительное время какой-либо участок
гидросистемы приспособления выдержать под давлением при
отсутствии в нем потока масла. К таким случаям относятся, например,
зажим заготовки в приспособлении при отключении электроэнергии в
сети.
4.3 Электромеханический привод
Электромеханический привод применяют для перемещения
зажимных устройств приспособлений, используемых на токарноревольверных станках, фрезерных, агрегатных станках и
автоматических линиях. Приспособления-спутники для установки
заготовок, обрабатываемых на автоматических линиях, имеют
винтовые
зажимы,
вращаемые
от
электроключей.
Электромеханический привод состоит из электромотора и винтовой
пары. На рисунке 4.13, а дана схема зажимного устройства с
электромеханическим приводом для вращающего приспособления. От
мотора 1 вращение через редуктор 2 и муфту 3 с зубьями на торцах
передается на винт 4, который перемещает вправо или влево гайку 5,
связанную со штоком 6. Во время перемещения штока 6 влево втулка
7, жестко закрепленная на его конце, поворачивает на оси рычаг 8,
44
горизонтальное плечо которого передвигает кулачки 9 патрона к
центру и заготовка 10 зажимается. При реверсировании вращения
ротора электродвигателя 1 шток 6 движется вправо, втулка 7
поворачивает рычаг 3 на оси, горизонтальное его плечо переместит
кулачки 9 от центра и деталь разожмется. Когда достигнута заданная
сила зажима, правая часть муфты 3, установленная на штоке,
преодолевает сопротивление пружины и отжимается вправо, но
вследствие трапециевидной формы зубьев проскальзывает. Пружина
служит для регулирования величины передаваемого муфтой 3
крутящего момента М.
На рисунке 4.13, б дана схема электромеханического привода без
муфты для перемещения зажимных устройств в стационарном
приспособлении. От электродвигателя 1 вращение через редуктор 2
передается зубчатому колесу 3, свободно сидящему на валу 4. Внутри
зубчатого колеса 3 имеется выступ 10, который зацепляется с
выступом 11 на валу 4 в зависимости от направления вращения вал 4
резьбовым концом перемещает гайку 5 со штоком 6 вправо при
разжиме деталей 8 прихватом 9 и влево при зажиме заготовок. При
этом момент на валу электродвигателя и сила тока значительно
возрастает. В это время реле тока выключит электродвигатель. При
разжиме выключения электродвигателя производится путевым
выключателем 7.
Тяговая осевая сила электропривода, создаваемая крутящим
моментом электродвигателя:
Q
M КРi
71620 Ni

rСРtg (   )
n  rСРtg (   )
где МКР – крутящий момент двигателя, Н∙м;
N – мощность двигателя, кВт;
n – число оборотов электродвигателя в минуту;
rСР – средний радиус резьбы винта, см;
φ – угол трения в резьбовом соединении, град;
α – угол подъѐма резьбы винта град;
i – передаточное отношение редуктора;
η – КПД редуктора.
45
(4.52)
а) схема зажимного устройства с электромеханическим
приводом;
б) схема электромеханического привода без муфты для
перемещения
Рисунок
4.13
–
Схемы
электромеханическим приводом
зажимных
устройств
с
Центробежно-инерционные
приводы
приспособлений
целесобразно использовать на быстроходных станках токарной
группы.
Эти приводы не требуют дополнительных источников энергии,
просты в изготовлении и эксплуатации, включается автоматически.
Грузы 2 (рисунок 4.14) надеты на длинные плечи рычагов 5, короткие
плечи связаны с тягой 6, пропущенной через полость шпинделя 7
станка. При вращении шпинделя грузы расходятся, возникающая
центробежная сила РЦ поворачивает рычаги вокруг осей 4. При этом
тяга 6 перемещается и приводит в действие зажимное устройство
приспособления, установленного на переднем конце шпинделя станка.
Воззвращение грузов в исходное положение и открепление заготовки
осуществляется пружинами 3, опирающимися в корпус 1 привода.
Регулирование силы зажима заготовок производится перемещением
грузов по длинным плечам рычагов.
Обеспечиваемую приводом силу РТ на тяге 6 можно расчитывать
по формуле:
 G  r   2  l2
    n ,
Pr   B
 q  Pn  l1
46
(4.53)
где ω – угловая скорость вращения шпинделя, рад/сек;
G – вес груза в Н;
r – радиус траектории (окружности) вращения грузов, м;
q – ускорение свободного падения, м/сек2;
l1, l2 – плечи рычагов, мм;
Рn – сила сопротивления пружины, Н;
η – КПД (η=0,9–0,95);
n – число грузов.
Привод от силы резания применяется на токарных
многорезцовых станках поводковый самозажимной патрон (рисунок
4.14) с эксцентриковыми кулачками 3, шарнирно закрепленными на
плавающем относительно корпуса 4 ползуне 6. Заготовка 5
устанавливается в центрах. При этом кулачки 3 пружинами 1
поджимаются к еѐ поверхности. В процессе резания составляющая
силы резания РZ стремится повернуть заготовку, а вместе с ней и
кулачки (вокруг осей 2), в результате чего заготовка заклинивается
между кулачками 3. для открепления еѐ следует повернуть против
часовой стрелки при остановленном шпинделе станка. Угол подъема
спирали кулачков 12–200.
Указанные патроны зажимают заготовку тем сильнее, чем
больше составляющая РZ силы резания. Проектирование таких
патронов связано с необходимостью правильного определения
эксцентриситета кулачков с учетом надежного закрепления заготовок
при изменении диаметров базовых поверхностей. Эксцентриситет
кулачков определяется по формулам расчета круговых эксцентриков,
приведенным выше.
47
Рисунок 4.14 – Схема центробежно-инерционного привода
Рисунок 4.15 – Схема привода от силу резания
4.4 Электромагнитные и магнитные приводы
Электромагнитные приводы применяются обычно в виде плит и
планшайб для закрепления стальных и чугунных заготовок с плоской
базовой поверхностью. К преимуществам электромагнитных
приспособлений относятся:
- равномерное распределение силы притяжения по всей опорной
поверхности;
- высокая жесткость;
- свободный доступ к обрабатываемым поверхностям заготовки;
- удобство управления приводом.
48
На рисунке 4.16, а показана схема электромагнитной плиты,
состоящей из корпуса 6 (из стали 10 или серого чугуна марки СЧ 10) с
электромагнитами 1 (сердечники электромагнитов из стали 10) и
крышки 5 (из стали10 или серого чугуна марки СЧ 10), в котором
включены полюсники (полюса) 4. Полюсники окружены изоляцией 3
из немагнитного материала (латунь, медь эпоксипласт и т.п.).
Заготовка 2 устанавливается на рабочую поверхность крышки 5.
Являясь проводником, заготовка при установке на зеркало плиты
замыкает магнитный поток между полюсами, что обеспечивает силу
притяжения.
Расчет приспособлений с электромагнитным приводом ведется в
следующей последовательности:
1) по шагу расположения полюсов (для плит длиной
300–900 мм шаг 35–50 мм) и отношению и суммарной площади (без
учета площади прослоек магнитной изоляции) к площади опорной
поверхности приспособления (обычно 0,35–0,45) назначается число
пар полюсов 2m;
2) определяется сила прижима, приходящаяся на одну пару
полюсов
W1 
W
,
2m
(4.54)
где W – потребная сила прижима заготовки, Н.
3) выявляется площадь поперечного сечения сердечника S, мм2
S  25.49 10 7 
W1
,
B2
(4.55)
где В – магнитная индукция материала.
4) определяется общее магнитное сопротивление магнитопровода
RM
RM 
l1
l2
ln


...

,
/
a/1S 1 a/ 2S 2
an
Sn
(4.56)
где l1 , l2,…, l n – длины участков магнитопроводов (участками
магнитопровода являются: заготовка, зазоры – воздушные участки,
сердечники, полюсники, корпус)
49
Величину зазоров можно принимать при базовой поверхности
заготовки: черной – 0,1–0,3; предварительно обработанной – 0,05–0,1,
отделочной – 0,02–0,05, доведенной – до 0,02 мм;
Абсолютная магнитная проницаемость материала каждого
участка a1 , a 2 ,..., an ;
S1, S2 ,…, Sn – площадь поперечного сечения каждого участка, м2.
/
/
/
5) выявляется общий магнитный поток Ф с учетом 30 % потерь:
Ф = 0,7B∙S,
(4.57)
где S – площадь поперечного сечения сердечника, м2.
Подсчитывается колическтво ампервитков JTωв катушки:
J T B 
Ô  RM
0,4
(4.58)
где JT – сила тока, обычно задают;
ωв – колическтво витков катушки.
6) определяется диаметр провода dпр (мм) катушки:
d ПР  2
JT
,
J
(4.59)
где J – допускаемая плотность тока (принимается J= 2–3 А/мм2).
Рисунок 4.16
приспособления
–
Схема
электромагнитного
50
и
магнитного
После расчета катушка проверяется на нагрев путем определения
площади поверхности охлаждения катушки, приходящейся на 1 Вт
мощности. Считается приемлемым, если на 1Вт мощности приходится
более 10 см2 площади поверхности охлаждения катушки.
4.4.1 Магнитные приводы
Имеют преимущества перед электромагнитными из-за
электробезопасности работы и пониженной стоимости эксплуатации.
Магнитные зажимные устройства представляют собой плиты,
планшайбы и призмы. На рисунке 4.17, б показана магнитная призма
для закрепления цилиндрических заготовок. При горизонтальном
положении магнита 1 магнитный силовой поток проходит через обе
щеки 2, 4 призмы, замыкается через заготовку 3 и поджимает
последнюю к наклонным поверхностям щек. Щеки (половинки)
призмы разделены немагнитными пластинами-изоляторами 5. При
вертикальном положении магнита 1 магнитный поток замыкается
щеками призмы и заготовка освобождается (отжимается). Подобным
образом работают плиты с подвижным блоком постоянных магнитов.
Постоянные
магниты
могут
изготавливаться
из
литых
магнитотвердых сплавов ЮНД8, ЮНДК18С, ЮН14ДК24, и др.
Рисунок 4.17 – Магнитный привод
При определении сил зажима магнитных приводов следует
исходить из условий, что современные приспособления с
постоянными магнитами могут развивать при доведенной (притертой)
базовой поверхности заготовки прижимную силу до 150 Н на 1 см2
площади
контакта
заготовки
с
опорной
поверхностью
приспособления. С увеличением шероховатости базовой поверхности
51
прижимная сила уменьшается на 10–20 % – при шлифованной базовой
поверхности заготовки и до 50 % при обработке строганием и
фрезерованием.
4.5 Вакуумные приводы
Для закрепления на станках плоских и вогнутых, относительно
тонкостенных, подверженных деформации заготовок применяют
приспособления с вакуумным приводом. Вакуумные приводы
применяют в приспособлениях, устанавливаемых на токарных,
фрезерных и шлифовальных станках.
В вакуумных приводах для создания разрежения используются
пневмоцилиндры или вакуумные насосы. Конструкция вакуумных
приспособлений проста, так как не требуется создания специальных
механических устройств для закрепления обрабатываемых заготовок.
На опорной поверхности корпуса 1 приспособления по контуру,
соответствующему
конфигурации
базовой
поверхности
обрабатываемой заготовки 2, выполняется специальная канавка, в
которой размещается резиновая прокладка 3. эта прокладка на
определенную высоту должна выступать из канавки в момент
загрузки приспособления. После включения приспособления в сеть
вакуумного насоса в полости А создается разрежение. При этом
заготовка деформирует прокладку и плотно поджимается к опорной
поверхности приспособления с силой РПР =W.
Рисунок 4.18 – Схема вакуумного приспособления
Для зажима плоских заготовок с поверхностями большой
протяженности могут использоваться вакуумные приспособления в
виде плит с хорошо обработанной рабочей поверхностью и большим
количеством отверстий диаметром d.
Силу зажима обрабатываемой заготовки можно определить по
формуле:
W=(pa – po)Fa kг,
52
(4.60)
где pa – атмосферное давление (0,1 МПа);
pо – остаточное давление в камере после разрежения
(pо = 0,01–0,015 МПа);
Fa – активная площадь при зажиме круглых заготовок
Fa 
D 2
(4.61)
4
при установке заготовок на плиты с множеством отверстий
Fa  n
d 2
4
,
(4.62)
где d – диаметр отверстий;
n – число отверстий на плите
Вакуумные приспособления следует проверять на соответствие
развиваемой силы W условиям равновесия закрепленных заготовок,
находящихся под действием сдвигающих сил обработки Р. Уравнение
равновесия может иметь вид:
KP   pa  p0  Fa  k ã  f ,
(4.63)
где k – коэффициент запаса;
f – коэффициент трения, f =0,3–0,4.
kг – коэффициент герметичности вакуумной системы (kг =
0,8–0,85).
4.6 Передаточные механизмы зажимных устройств
Передаточные механизмы-усилители служат для повышения
величины исходной силы механизированного привода, передаваемой
зажимным устройством приспособлений для зажима заготовок.
По принципу действия механизмы усилители станочных
приспособлений разделяют на рычажные, клиновые, шарнирнорычажные, комбинированные и другие.
Величинами, характеризующими работу механизмов-усилителей,
являются передаточное отношение in сил и передаточное отношение ic
перемещений точек приложения сил.
Передаточное отношение ic представляет собой отношение силы
зажима W детали в приспособлении к исходной силе Q привода:
53
i
C

W
,
Q
(4.64)
откуда
W  Q  iC .
(4.65)
Передаточное отношение in представляет собой отношение
перемещения S1 точки приложения силы зажима Wk перемещению S2
точки приложения исходной силы привода
Q

in
S2
S
(4.66)
1
В комбинированных механизмах-усилителях, состоящих из
сочетания элементарных механизмов, передаточные отношения iС и in
представляют собой произведение передаточных отношений
отдельных механизмов:
iС  iC1  iC2  iC3    iCn , in  in1  in2    inn .
(4.67)
где iC1…iCn – передаточные отношения сил каждого простого
механизма;
in1,
inn-передаточные отношение перемещений каждого
простого механизма, входящего в комбинированный механизмусилитель.
Сила зажима заготовки в приспособлении с комбинированным
механизмом-усилителем
W = Qic1, … icn,
(4.68)
где Q – исходная сила привода.
4.7 Рычажные механизмы-усилители
Рассмотрим две схемы рычажных усилителей (рисунок 4.19 а, б).
Увеличение исходной силы Q привода рычажными усилителями
зависит от соотношения длин плеч рычагов. Сила зажима с рычагомусилителем первого рода (рисунок 4.19, а)
54
W  Q
б)
a
b
(4.69)
Сила зажима Wc рычагом усилителем второго рода (рисунок 4.19,
W=Q(a+b)/b,
(4.70)
где W – сила зажима в приспособлении, H;
Q – сила на iтоке привода, H;
a и b – длины плеч рычагов.
В данном случае передаточным отношением ic сил являются:
- для первого рода
ic 
a
b
(4.71)
- для второго рода
ic 
a  b
b
(4.72)
Рисунок 4.19 – Рычажные механизмы усилители
Рычажные механизмы усилители увеличивают исходную силу
привода в 2–3 раза.
4.7.1 Однорычажные шарнирные механизмы – усилители.
На рисунке 4.20 показана схема однорычажного шарнирного
механизма-усилителя одностороннего действия в виде рычага 1 с
роликом 2. Исходная сила Q, развиваемая механизированным
55
приводом 4, через шток 3 и ролик 2 передается на рычаг 1, связанный
осью с роликом 2. От ролика 2 действует сила реакции N = W.
Равнодействующей сил Q и N является сила R, действующая вдоль
оси рычага 1. Эта сила R, приложенная в конце рычага 1 в точке C,
раскладывается на две силы W и Q. При подаче сжатого воздуха в
левую полость пневмоцилиндра 4 шток 3 перемещает нижний конец
рычага 1 с роликом 2 вправо, а его верхний конец поворачивает рычаг
7 около неподвижной опоры 6 и левый конец рычага зажимает
обрабатываемую заготовку 5. Сила зажима, развиваемая таким
механизмом-усилителем:
W
Q
tg      tg np
(4.73)
Рисунок 4.20 – Схема одно-рычажного шарнирного механизма
одностороннего действия
Двухрычажные шарнирные механизмы-усилители. На
рисунке 4.21, а показаны шарнирный, а на рисунке 4.21, б –
шарнирно-плунжерный двухрычажные шарнирные механизмы
одностороннего действия. Сила Q, развиваемая пневмоцилиндром 4,
через шток 3, передается рычагами 1 и 2, являющимися механизмамиусилителями одностороннего действия. При подаче сжатого воздуха в
левую полость пневмоцилиндра 4 поршень 5 со штоком 3
перемещается вправо и шток поворачивает рычаги 1 и 2, приближая
их к вертикальному положению. При этом рычаг 1, шарнирно
связанный с рычагом 8, поворачивает его около неподвижной опоры 7
и левый конец рычага 8 зажимает обрабатываемую заготовку 6. Сила
зажима, развиваемая этим механизмом-усилителем:
56
W
Q
2tg (   )
(4.74)
Для механизма-усилителя одностороннего действия с плунжером
9 учитывается трение в шарнирах и трение на плунжере, сила зажима:


1
W  Q  0,5
 tg 3пр 
 2tg (  

(4.75)
Рисунок 4.21 – Схема двухрычажных механизмов – усилителей
На рисунке 4.21, в показаны шарнирный, а на рисунке 4.21, г –
шарнирно-плунжерный
двухрычажные
механизмы-усилители
двухстороннего действия, являющиеся как бы сдвоенными
однорычажными механизмами-усилителями.
57
При подаче сжатого воздуха в левую полость пневмоцилиндра 4
поршень 5 со штоком 3 перемещается вправо и шток поворачивает
рычаги 1 и 2, приближая их к вертикальному положению. При этом
рычаги 1 и 2 поворачивают рычаги 8 около неподвижных опор и
последние зажимают заготовку 6.
Суммарная сила зажима, развиваемая этим механизмомусилителем двустороннего действия
Wсум 
Q
tg (   )
ic 
Wсум
Q
Wсум  2W
(4.76)
(4.77)
(4.78)
На рисунке 4.21, г показан двухрычажный шарнирноплунжерный механический усилитель двустороннего действия. При
подаче сжатого воздуха в левую полость пневмоцилиндра 4 поршень
5 со штоком 3перемещается вправо и шток через рычаги 1 и 2
перемещает плунжеры 9 от центра на зажим заготовки. Сила зажима,
развиваемая механизмом:


1
Wсум  Q  
 tg3пр  ,
 tg (   )

(4.79)
где W – сила зажима, H;
Q – исходная сила на штоке привода, H;
α=5…400 – угол наклона рычага;
β≈10 – дополнительный угол к углу наклона α, учитывающий
потери на трение скольжения в шарнирах рычага;
β=arcsinƒ(d/L); ƒ=0,1 – коэффициент трения скольжения на
оси ролика и в шарнирах рычага;
d – диаметр осей шарниров и отверстия ролика, мм;
D – наружный диаметр опорного ролика, мм; d/D=0,5;
L – расстояние между осями отверстий рычага, мм; d/L=0,2;
tgφ2пр – приведенный коэффициент трения качения,
учитывающий потери на трение в роликовой опоре, tgφ2пр= tgφ2∙d/D;
tgφ2=0,1 – коэффициент трения скольжения на опоре ролика;
58
tgφ3пр – приведенный коэффициент трения учитывающий
потери на трение в консольном плунжере;
tgφ3пр= tgφ3∙3l/a; tgφ3 – коэффициент трения скольжения в
двухопорном плунжере;
a – длина направляющей втулки плунжера, мм;
l – расстояние между осью шарнира и серединой
направляющей втулки плунжера, мм.
При l/a=0,7 tgφ3=0,107 tgφ3пр=0,21.
Перемещение по вертикали точки C приложения силы зажима W
на верхнем конце рычага 1 называют запасом хода однорычажного
механизма-усилителя одностороннего действия и определяют по
формуле:
S2=L(1-cosα)
(4.80)
Перемещение по горизонтали точки А приложения исходной
силы Q на нижнем конце рычага определяют из треугольника ABС
S1=L∙sinα
(4.81)
Передаточное отношение перемещений точек С и А приложения
сил
i
 
S 2 L( 1  cos  )

 tg  ,
L  sin 
2
S1
(4.82)
Запас хода S2 двухрычажного механизма – усилителя
одностороннего децствия, т.е. перемещение верхнего конца рычага 1
по вертикали, в 2 (два) раза больше, чем перемещение верхнего конца
рычага 1 однорычажного механизма – усилителя. Это следует из того,
что при наличии неподвижной опоры в точке В точка С перемещается
не только результате спрямления рычагов, но и за счет смещения
вверх точки А.
Запас хода
S 2  2 L1  cos .
'
59
(4.83)
4.7.3 Рычажные
пневмоприводом
шарнирные
механизмы-усилители
с
На рисунке 4.22 дана схема пневматического зажима с рычажным
механизмом-усилителем.
При подаче сжатого воздуха в бесштоковую полость
пневмоцилиндра поршень 2 со штоком 1 перемещается вверх и шток
поворачивает рычаг 7 около оси 6. Во время поворота рычаг 7
коротким плечом перемещает стержень 3 с прихватом 4 вправо и
прихват коротким плечом зажимает заготовку 5. При подаче сжатого
воздуха в штоковую полость пневмоцилиндра поршень со штоком
перемещается вниз и поворачивает рычаг 7 около оси 6 по часовой
стрелке. В этом случае короткое плечо рычага перемещает стержень 3
влево, а его головка перестает нажимать на прихват 4 и деталь
разжимается. Пружина на стержне 3 отжимает прихват 4 влево для
удобства установки заготовок и съема деталей в приспособление.
Рисунок 4.22 – Схема пневморычажных усилителей зажимных
устройств
Сила зажима заготовки и сила на штоке
W  Q l3 
l
Q W
2
l
1
l  l1

(l  l1 )  l2
l1  l3 
60
(4.84)
(4.85)
Q  Q0
l2 1
l3 
(4.86)
Q0  W
l1
,
l  l0
(4.87)
где l и l1 – длины плеч прихвата, мм;
l2, l3 – длина плеч рычага усилителя, мм;
Q – исходная сила на штоке пневмопривода, H;
ŋ=0,9 – коэффициент, учитывающий потери на трение в
пневмоцилиндре;
Q0 – сила, действующая вдоль стержня 3, H.
4.8 Корпуса приспособлений
Корпус приспособления является базовой деталью. На корпусе
монтируют зажимные устройства, установочные элементы, детали для
направления инструмента и вспомогательные детали.
Форма и размеры корпуса приспособления зависят от формы и
габаритных размеров, обрабатываемых в приспособлении заготовок и
расположения установочных, зажимных и направляющих деталей
приспособления.
Действие сил зажима и сил резания, воспринимаемое заготовкой,
закрепленной в приспособлении, передается корпусу приспособления.
Поэтому корпус приспособления должен быть достаточно жестким,
прочным и обеспечивать быструю, удобную установку и снятие
обрабатываемых деталей. К корпусу должен быть удобный доступ для
очистки его установочных элементов от стружки, быстрой и
правильной установки приспособления на столе станка.
Размеры корпусной детали назначенные при проектировании и
достигнутые при изготовлении определяющие взаимное положение
установочных поверхностей, основных и вспомогательных баз, играет
важную роль в образовании величины погрешности обработки ωобр.
На рисунке 4.23 приведена схема кондукторного приспособления
для окончательной обработки отверстия диаметром d в корпусной
детали. Положение обрабатываемого отверстия задано размерами A и
α. Точность заданных размеров достигается в технологических
размерных цепях A и α технологической системы, описывающих ее
статическое состояние.
61
Рисунок 4.23 – Схема кондукторного приспособления для
чистовой обработки отверстия
Рисунок 4.24 – Выбор конструкции корпуса приспособления
В этих цепях звенья A2 и α2 являются размерами корпуса
приспособления. Эти размеры определяют положение отверстия под
установочный палец. Однако этих двух размеров корпуса
приспособления недостаточно для обеспечения нормальных условий
62
достижения точности размеров A и α. на заготовке. Для нормальной
работы развертки необходимо обеспечить параллельность ее оси
относительно отверстия кондукторной втулки. Отклонения от
параллельности не должно превышать величину α4, обусловленную
характером посадки между разверткой и отверстием втулки и длиной
направляющего отверстия. Непараллельность α4=γ0 является
замыкающим звеном технологической цепи, γ, в которую
составляющим звеном входят не перпендикулярность γ2 оси отверстия
под кондукторную втулку в плоскости основания корпуса (основная
база приспособления).
В решении задач обеспечения точности размеров A и α корпус
приспособления участвует размерами A2, α2 и γ2. Однако такая
простановка размеров неудобна с точки зрения технологии обработки
корпуса. Ни торец отверстия под установочный палец, ни ось
отверстия под кондукторную втулку не могут служить
направляющими технологическими базами для получения α2 и γ2 как с
точки зрения точности базирования, так и с точки зрения удобства;
установки корпуса, при обработке. Удобной установочной
технологической базой будет служить плоскость основания корпуса,
поэтому правильнее на корпусе задать размеры А2, α2 и φ, что
позволит вести обработку корпуса по принципу единой базы.
Конфигурация и размеры основной базы корпуса обусловлены
необходимостью обеспечить возможно большую устойчивость
приспособлении на станке и установку его на станок без выверки.
Для установки приспособления на станок без выверки размеры
основной базы корпуса должны быть выполнены в соответствии с
посадочными местами стыков. Для токарных станков основная база
зависит от конструкции и размеров конца шпинделя. Для фрезерных
приспособлений основной базой являются опорные плоскости или
шпонки, или пальцы, входящие в Т-образный паз стола и
обеспечивающие параллельность оси приспособления по отношению
к направлению подачи стола. Корпус приспособления крепится на
столе станка болтами, которые головками входят в Т-образные пазы
стола, а верхним концом с гайкой входят в проушины корпуса
приспособления.
Корпуса приспособлений изготавливают:
- литыми из серого чугуна;
- сварными из листовой стали;
- коваными из стали;
- сварно-литыми;
- из отдельных нормализованных деталей, скрепленных винтами.
63
Корпуса приспособлений из чугуна СЧ12 и СЧ18 применяют для
обработки на станках заготовок деталей мелких и средних размеров;
их изготавливают из литых стандартных заготовок (рисунок 4.25).
а) плиты стальные; б-в) плиты чугунные; г-д) коробки; е) швеллеры;
ж) трехгранник; з) четырехгранник; и) угольники; к-л) угольники с
ребрами; м-о) ребра; п) планки
Рисунок 4.25 – Типы нормализованных элементов корпусов
Учитывая, что погрешность базирования составляет десятую
часть от допуска на выдерживаемый размер, окончательно принимаем
схему установки (рисунок 4.26, б), для чего используем установочный
элемент специальной конструкции (рисунок 4.26, в).
Определим составляющие силы резания при цилиндрическом
фрезеровании.
10CP  t X  S Y B K Z
PZ 
 K мр
q
DФР
 nw
(4.88)
10  68,2  5,50,86  0,10,72  310  5
PZ 
 623Н
0,86
0
20  660
Рh = 1,2 Рz = 748 Н
(4.89)
Рх = 0,3tg · ω · Рz = 108 Н.
(4.90)
64
Рисунок 4.26 – Чертеж детали и установочный элемент
приспособления.
Учитывая мелкосерийный тип производства, выбираем ручной
винтовой зажим с шайбой. Расчетная схема для определения силы
закрепления соответствует схеме винтовых зажимных устройств.
Определим силу закрепления. Внешний момент
М = Рп (l + с),
(4.91)
где l = 13 мм – расстояние от плоскости фрезерования до оси
заготовки;
с – расстояние от плоскости фрезерования до точки
приложения силы.
Осевая сила Р = Рх = 108Н. Из рисунка 4.27 имеем:
С = ОЛ – ОК;
ОЛ = Dф/2;
65
Рисунок 4.27 – Расчетная схема сил резания при фрезеровании.
Из треугольника OKN находим
ОК = (Dф/2) · cos(α/2),
(4.92)
а из треугольника ONA получаем:
Sinα = 1 – (2t / Dф),
(4.93)
или
α = arc sin [1 – (2t / Dф)] = 29,70.
(4.94)
Таким образом,
с = 20/2 – 20/2 cos29,7/2 = 0,3 мм.
Коэффициент запаса вычисляем:
К = К0 ∙ К2 ∙ К4 ∙ К6 = 1,5 ∙ 1,75 ∙ 1,3 ∙ 1,5 = 2,7.
(4.95)
Ввиду того, что жесткости j1 и j2 неизвестны, принимаем:
j1 / (j1 + j2) = 0,3;
66
(4.96)
j2 / (j1 + j2) = 0,6.
Учитывая, что опорная
поверхностью, считаем
база
является
(4.97)
обработанной
f1 = f2 = 0,16.
Определяем силы закрепления:
j
j
kM  f 2 R1P( 2 )  f1R2 P( 1 )
j1  j2
j1  j2
Q
f1R2  f 2 R1
Q
(4.98)
22  25
15  19
) 108  0.6  0.16  (
)108  0.3
2
2
 4121H
15  19
22  25
0.16  (
)  0.16  (
)
2
2
2.7  748  (13  3)  0.16  (
Удельное давление на установочный элемент:
Q
4121

,
F  (2.52  2.22 )
4
(4.99)
Из формулы 4.99
Q
 3700 Н / см 2
F
Это существенно меньше допустимого. Приняв σ = 90 Па,
определяем номинальный диаметр резьбы
d  c
Q

 1.4
4121
 9.5 мм
90
(4.100)
Выбираем стандартную резьбу М10  1,5. Средний радиус резьбы
rср = 9,026 мм; угол подъема резьбы α = 3,020. Принимаем φ = 10,50;
f = 0,15; Д = 1,7d, определяем момент на рукоятке:
67
 173  103 
9,026
1
0
0
  8370 Н  мм
М
 4121tg (3,02  10,5 )   0,15  4121  2
2 
2
3
 17  10 
Общий вид разработанного приспособления (рисунок 4.28).
Основные технические требования:
- отклонение от перпендикулярности оси поверхности диаметром
22f6 относительно базового торца В;
- отклонение от параллельности В относительно А.
Первое требование вытекает из условия обеспечения заготовки
прилегания базового торца заготовки к установочному элементу.
Поэтому отклонение от перпендикулярности не должно превысить
минимального зазора Smin = 0,02 мм. Учитывая величину допуска
0,01 мм на отклонение от перпендикулярности базового отверстия
диаметром 22Н7 заготовки относительно базового торца окончательно
принимаем значение искомого допуска приспособления 0,01 мм.
Второе требование обеспечивает требуемое отклонение от
перпендикулярности обрабатываемой поверхности относительно
базового торца.
Приняв допуск на отклонение от перпендикулярности в пределах
половины поля допуска выдерживаемого размера 13 ± 0,3 мм,
назначим соответствующий допуск приспособления равным 0,1 мм.
68
Рисунок 4.28 – Общий вид приспособления.
69
Содержание пояснительной записки к курсовой работе по
дисциплине «Проектирование технологической оснастки»:
1) введение (роль и значение технологической оснастки в
машиностроении, место и значение курсовой работы при подготовке
бакалавров машиностроения). 2–3 с.;
2) описание конструкции детали (по конструктивной форме –
класс корпусных, валов, крышек, зубчатых колес или других, по
размерам – крупные, средние или мелкие, по весу – тяжелые, средние
или легкие), технические требования к ней, материал из которого она
изготавливается – марка с его расшифровкой, химический состав.
2–3 с.;
3) определение типа производства и степени специализации
приспособления. 1–3 с.;
4) описание операции технологического процесса на которую
проектируется приспособление по заданию (название операции,
указав кратко (перечислив) после выполнения каких операций она
следует, приводится схема обработки т. е. схема относительных
движений режущего инструмента и детали, указывается модель
станка с кратким описанием его конструкции и компоновки, т. е.
вертикальной или горизонтальной компоновки, предельные размеры
его рабочей зоны, размеры поверхности стола, мощность
установленного электродвигателя, указать какой используется
режущий инструмент и материал из которого он изготавливается).
4–5 с.;
5) анализ схемы базирования детали на заданную операцию.
Здесь следует привести операционный эскиз обработки детали по
заданию, с указанием размеров (габаритных, выдерживаемых на этой
операции и базовых) и технических требований, которые необходимо
обеспечить на этой операции, указываются точки базирования
(причем надо указать какие поверхности детали приняты за
установочную, направляющую, двойную направляющую или опорную
базы). В этом же пункте надо выполнить расчет погрешности
базирования для принятой схемы. 2–3 с.;
6) расчет режимов и сил резания. 5–8 с.;
7) эскизная компоновка приспособления. В этом пункте
приводится выбор конструкций базирующих элементов и устройств
приспособления согласно схемы базирования, зажимных элементов
(прижимов, прихватов, клиновых, винтовых или эксцентриков) с
указанием ГОСТов, если они стандартные, а также материалов из
которых они должны изготавливаться и их термическую обработку.
3–5 с.;
70
8) составление расчетной схемы приспособления и расчет
потребных сил и моментов для зажима (закрепления) детали. 3–5 с.;
9) расчет одного звена (наиболее слабой детали) на прочность
или жесткость;
10) расчет передаточных отношений сил и перемещений и расчет
размеров привода. В этом же пункте следует выбрать стандартные
пневмо- или гидроприводы, указав их габаритные размеры и ГОСТы.
2–3 с.;
11) описание работы приспособления. 1,5–2 с.;
12) расчет и обоснование экономической эффективности
приспособления. 1–2 с.;
13) заключение. 1 с.;
14) список использованной литературы. 1 с.;
15) итого: 20–25 с.
71
Заключение
В данном учебно-методическом пособии изложены системы
технологического приспособления и вспомогательного оборудовния.
От правильного выбора приспособлений, как и других элементов
технологического оснащения, зависят технико-экономические
показатели технологического процесса.
Для конструирования станочных приспособлений и при
использовании существующих при возникновении необходимости
разобраться в назначении, устройстве и работе приспособления
предложены расчеты основных параметров оснастки, обоснование
выбора эффективной конструкции.
В учебном пособии систематизированы материалы по
классификации технологической оснастки на основе элементов
приспособлений, что приводит к сокращению числа частных случаев
при расчетах и выборе конкретных конструкций приспособлений.
Большое место в учебном пособии уделяется теоретическим расчетам
первичных погрешностей базирования и установки заготовок,
приводятся конкретные схемы и их расчет. Технологическая оснастка
изучается обучающимися в рамках перечня специальных дисциплин.
Включает все разделы, связанные с проектированием оснастки,
расчетами для определения сил закрепления и точности
проектируемых приспособлений. Предлагаемое учебное пособие
подготовлено в соответствии с новым стандартом по направлению
подготовки бакалавров технических специальностей.
72
Список использованных источников
1 Корсаков В. Б. Основы конструирования приспособлений. –
М. : Машиностроение, 2005. – 277 с.
2 Олжабаев Р. О. Технология машиностроения. – Астана : АрманПВ, 2007. – 504 с.
3 Олжабаев Р. О. Технологическая оснастка : учебник – Астана :
Арман-ПВ, 2007. – 380 с.
4 Баймагамбетов Т. Ш. Проектирование технологической
оснастки. – М. : Кереку, 2011. – 181 с.
5 Григорьев Б. Н., Кохомский М. В. Инструментальная оснастка
станков с ЧПУ. – М. : Машиностроение, 2006. – 544 с.
6 Горохов В. А. Схиртладзе А. Г. Проектирование и расчет
приспособлений. – Старый Оскол : ТНТ, 2014. – 304 с.
73
Содержание
1
1.1
1.2
1.3
2
3
4
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
Введение
Исходные данные и выбор конструкции приспособления
Формулирование служебного назначения приспособления
Разработка принципиальной схемы приспособления
Обоснование выбора конструкции приспособления, силовой
расчет
Обеспечение точности и определение технических
требований на приспособление
Расчет приспособления на точность
Силовые устройства приспособлений (приводы)
Пневматические приводы
Гидравлические приводы
Электромеханический привод
Электромагнитные и магнитные приводы
Вакуумные приводы
Передаточные механизмы зажимных устройств
Рычажные механизмы-усилители
Корпуса приспособлений
Содержание пояснительной записки к курсовой работе по
дисциплине «Проектирование технологической оснастки»:
Заключение
Список использованных источников
74
4
5
6
6
7
10
13
19
19
29
44
48
52
53
54
61
70
72
73
Утверждаю
Проректор по АР
ПГУ им. С. Торайгырова
___________ Г. Г. Ахметова
___ ______________20__ г.
Составители: Олжабаев Р. О., Искакова Д. А.
Кафедра «Машиностроение и стандартизация»
Обоснование конструкции приспособления и этапы проектирования
Учебно-методическое пособие
Одобрено на заседании кафедры ____ _____________ 20___ г.
Протокол № ______
Заведующий кафедрой
______________ А. К. Жунусов
Одобрено учебно-методическим советом ФММиТ__ _____ 20__г.
Протокол № ______
Председатель УМС _____________ М. Ж. Тусупбекова
Одобрено
учебно-методическим
советом
Павлодарского
государственного университета им. С. Торайгырова __ ______ 20__ г.
Протокол № ______
СОГЛАСОВАНО
Декан ФММиТ ___________ Т. Т. Токтаганов ___ _______20__ г.
Нормоконтролер
ОАиМК
____________ Г. С. Баяхметова ___ ________20__ г.
ОДОБРЕНО
Начальник УМО________А. Б. Темиргалиева ___ _______20__ г.
75
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
2 825 Кб
Теги
konstrukcijj, prisposobleniya, obosnovanie, 4259, proektirovanie, etap, oljabaev, iskakova
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа