Зажимные элементы удерживают обрабатываемую заготовку от смещения и вибраций, возникающих под действием усилий резания.
Классификация зажимных элементов
Зажимные элементы приспособлений делятся на простые и комбинированные, т.е. состоящие из двух, трёх и более сблокированных элементов.
К простым относятся клиновые, винтовые, эксцентриковые, рычажные, рычажно-шарнирные и др. - называются зажимами.
Комбинированные механизмы обычно выполняются как винто-
рычажные,эксцентрико-рычажные и т.п. и называются прихватами.
Когда используются простые или комбинированные
механизмы в компоновках с механизированным приводом
(пневматическим или другим) их называют механизмами - усилителями. По числу ведомых звеньев механизмы делятся: 1. однозвенные - зажимающие заготовку в одной точке;
2. двухзвенные - зажимающие две заготовки или одну заготовку в двух точках;
3. многозвенные - зажимающие одну заготовку во многих точках или несколько заготовок одновременно с равными усилиями. По степени автоматизации:
1. ручные - работающие с помощью винта, клина и других
стройств;
2. механизированные, в
подразделяются на
а) гидравлические,
б) пневматические,
в) пневмогидравлические,
г) механогидравлические,
д) электрические,
е) магнитные,
ж) электромагнитные,
з) вакуумные.
3. автоматизированные, управляемые от рабочих органов станка. Приводятся в действие от стола станка, суппорта, шпинделя и центробежными силами вращающихся масс.
Пример: цетробежно-энерционные патроны для токарных полуавтоматах.
Требования, предъявляемые к зажимным устройствам
Они должны быть надёжными в работе, просты по конструкции и удобны в обслуживании; не должны вызывать деформации закрепляемых заготовок и порчи их поверхностей; закрепление и открепление заготовок должно производиться с минимальной затратой сил и рабочего времени, особенно при закреплении нескольких заготовок в многоместных приспособлениях, кроме того, зажимные устройства не должны сдвигать заготовку в процессе её закрепления. Силы резания не должны по возможности восприниматься зажимными устройствами. Они должны восприниматься более жёсткими установочными элементами приспособлений. Для повышения точности обработки предпочтительны устройства обеспечивающие постоянную величину сил зажима.
Сделаем маленькую экскурсию в теоретическую механику. Вспомним что такое коэффициент трения?
Если тело весом Q перемещается по плоскости с силой Р, то реакцией на силу Р будет сила Р 1 направляемая в противоположную сторону, то есть
скольжения.
Коэффициент трения
Пример: если f = 0,1; Q = 10 кг, то Р = 1 кг.
Коэффициент трения меняется в зависимости от шероховатости поверхности.
Методика расчета сил зажима
Первый случай
Второй случай
Сила резания Р z и сила зажима Q направлены в одну
В этом случае Q => О
Сила резания Р г и сила зажима Q направлены в про-тивоположные стороны, тогда Q = k * P z
где к - коэффициент запаса к = 1,5 чистовая обработка к = 2,5 черновая обработка.
Третий случай
Силы направлены взаимно-перпендикулярно. Сила резания Р, противово-действунт силе трения на опоре (установочной) Qf 2 и силе трения в точке зажима Q*f 1 , тогдаQf 1 + Qf 2 = к*Р z
г
де f, и f 2 - коэффициенты трения скольжения Четвертый случай
Заготовку обрабатывают в трёхкулачковом патроне
В этом направлении Р, стре-мится сдвинуть заготовку от-носительно кулачков.
Расчёт резьбовых зажимных механизмов Первый случай
Зажим винтом с плоской головкой Из условия равновесия
где Р - усилие на рукоятке, кг; Q - усилие зажима детали, кг; R cp - средний радиус резьбы, мм;
R - радиус опорного торца;
Угол подъёма винтовой линии резьбы;
Угол трения в резьбовом соединении 6; 
- условие самоторможения; f- коэффициент трения болта о деталь;
0,6 - коэффициент учитывающий трение всей поверхности торца. Момент P*L преодолевает момент силы зажима Q с учётом сил трения в винтовой паре и на торце болта.
Второй случай
■ Зажим болтом со сферической поверхностью
С увеличением углов α и φусилие Р увеличивается, т.к. в этом случае направление усилия идет вверх по наклонной плоскости резьбы.
Третий случай
Этот метод зажима применяется при обработке втулок или дисков на оправках: токарных станках, делительных головок или поворотных столах на фрезерных станках, долбежных станках или других станках , зубофрезерных, зубодолбёжных, на радиально-сверлильных станках и т.п. Некоторые данные по справочнику:
Винт Ml6 со сферическим торцем при длине рукоятки L = 190мм и усилии Р = 8кг, развивает усилие Q = 950 кг
Зажим винтом М = 24 с плоским торцем при L = 310мм; Р = 15кг; Q = 1550мм
Зажим шестигранной гайкой Ml 6 гаечным ключом L = 190мм; Р = 10кг; Q = 700кг.
Зажимы эксцентриковые просты в изготовлении по этой причине нашли широкое применение в станочных приспособлениях. Применение эксцентриковых зажимов позволяет значительно сократить время на зажим заготовки но усилие зажима уступает резьбовым.
Эксцентриковые зажимы выполняются в сочетании с прихватами и без них.
Рассмотрим эксцентриковый зажим с прихватом.
Эксцентриковые зажимы не могут работать при значительных отклонениях допуска (±δ) заготовки. При больших отклонениях допуска зажим требует постоянной регулировки винтом 1.
Расчёт эксцентрика
М
атериалом применяемом для изготовления эксцентрика являются У7А, У8А с
термообработкой до HR с 50....55ед, сталь 20Х с цементацией на глубину 0,8... 1,2 С закалкой HR c 55...60ед.Рассмотрим схему эксцентрика. Линия KN делит эксцентрик на дв? симметричные половины состоящие как бы из 2
х
клиньев, навернутых на «начальную окружность».
Ось вращения эксцентрика смещена относительно его геометрической оси на величину эксцентриситета «е».
Для зажима обычно используется участок Nm нижнего клина.
Рассматривая механизм как комбинированный состоящий из рычага L и клина с трением на двух поверхностях на оси и точки «m» (точка зажима), получим силовую зависимость для расчёта усилия зажима.
где Q - усилие зажима
Р - усилие на рукоятке
L - плечо рукоятки
r -расстояние от оси вращения эксцентрика до точки соприкосновения с
заготовкой
α - угол подъёма кривой
α 1 - угол трения между эксцентриком и заготовкой
α 2 - угол трения на оси эксцентрика
Во избежание отхода эксцентрика во время работы необходимо соблюдать условие самоторможение эксцентрика
Условие самоторможения эксцентрика. = 12Р
о чяжима с экспентоиком
г
де α -
угол трения скольжения в точке касания заготовки ø -
коэффициент тренияДля приближённых расчётов Q - 12Р Рассмотрим схему двухстороннего зажима с эксцентриком
Клиновые зажимы
Клиновые зажимные устройства нашли широкое применение в станочных приспособлениях. Основным элементом их является одно, двух и трёхскосые клинья. Использование таких элементов обусловлено простотой и компактностью конструкций, быстротой действия и надёжностью в работе, возможностью использования их в качестве зажимного элемента, действующего непосредственно на закрепляемую заготовку , так и качестве промежуточного звена, например, звена-усилителя в других зажимных устройствах. Обычно используются самотормозящиеся клинья. Условие самоторможения односкосого клина выражается зависимостью
α >2ρ
где α - угол клина
ρ - угол трения на поверхностях Г и Н контакта клина с сопрягаемыми деталями.
Самоторможение обеспечивается при угле α = 12°, однако для предотвращения того чтобы вибрации и колебания нагрузки в процессе использования зажима не ослабли крепления заготовки, часто применяют клинья с углом α .
Вследствие того, что уменьшение угла приводит к усилению
самотормозящих свойств клина, необходимо при конструировании привода к клиновому механизму предусматривать устройства, облегчающие вывод клина из рабочего состояния, так как освободить нагруженный клин труднее, чем вывести его в рабочее состояние.
Этого можно достичь путём соединения штока приводного механизма с клином. При движении штока 1 влево он проходит путь «1» в холостую, а затем ударяясь в штифт 2, запрессованный в клин 3, выталкивает последний. При обратном ходе штока так же ударом в штифт заталкивает клин в рабочее положение. Это следует учитывать в случаях, когда клиновой механизм приводится в действие пневмо или гидроприводом. Тогда для обеспечения надёжности работы механизма следует создавать разное давление жидкости или сжатого воздуха с разных сторон поршня привода. Это различие при использовании пневмоприводов может быть достигнуто применением редукционного клапана в одной из трубок, подводящих воздух или жидкость к цилиндру. В случаях, когда самоторможение не требуется, целесообразно применять ролики на поверхностях контакта клина с сопряжёнными деталями приспособления , тем самым облегчается ввод клина в исходное положение. В этих случаях обязательно стопорение клина.
Рассмотрим схему действия сил в односкосом, наиболее часто применяемом в приспособлениях, клиновом механизме
Построим силовой многоугольник.
При передачи сил под прямым углом имеем следующую зависимость
+закрепление, - открепление
Самоторможение имеет место при α
Цанговые зажимы
Цанговый зажимной механизм известен достаточно давно. Закрепление заготовок при помощи цанг оказался очень удобным при создании автоматизированных станков потому, что для закрепления заготовки требуется лишь одно поступательное движение зажимаемой цанги.
При работе цанговых механизмов должны выполняться следующие требования.
Силы закрепления должны обеспечиваться в соответствие с возникающими силами резания и не допускать перемещения заготовки или инструмента в процессе резания.
Процесс закрепления в общем цикле обработки является вспомогательным движением поэтому время срабатывание цангового зажима должно быть минимальным.
Размеры звеньев зажимного механизма должны определяться из условий их нормальной работы при закреплении заготовок как наибольшего так и наименьших размеров.
Погрешность базирования закрепляемых заготовок или инструмента должна быть минимальной.
Конструкция зажимного механизма должна обеспечивать наименьшие упругие отжатия в процессе обработки заготовок и обладать высокой виброустойчивостью.
Детали цангового зажимного и особенно зажимная цанга должны обладать высокой износоустойчивостью.
Конструкция зажимного устройства должна допускать его быструю смену и удобную регулировку.
Конструкция механизма должна предусматривать защиту цанг от попадания стружки.
Практически минимальный допустимый размер для закрепления 0,5 мм. На
многошпиндельных прутковых автоматах диаметры прутков, а
следовательно и отверстия цанг доходят до 100 мм. Цанги с большим диаметром отверстия применяются для закрепления тонкостенных труб, т.к. относительное равномерное закрепление по всей поверхности не вызывает больших деформаций труб.
Цанговый зажимной механизм позволяет производить закрепление заготовок различной формы поперечного сечения.
Стойкость цанговых зажимных механизмов колеблется в широких пределах и зависит от конструкции и правильности технологических процессов при изготовлении деталей механизма. Как правило раньше других их строя выходят зажимные цанги. При этом количество закреплений цангами колеблется от единицы (поломка цанги) до полумиллиона и более (износ губок). Работа цанги считается удовлетворительной, если она способна закрепить не менее 100000 заготовок.
Классификация цанг
Все цанги могут быть разбиты на три типа:
1. Цанги первого типа имеют «прямой» конус, вершина которого обращена от шпинделя станка.
Для закрепления необходимо создать силу втягивающую цангу в гайку, навинченную на шпиндель. Положительные качества этого типа цанг -они конструктивно достаточно просты и хорошо работают на сжатие (закалённая сталь имеет большое допустимое напряжение при сжатии чем при растяжении. Несмотря на это, цанги первого типа в настоящее время находят ограниченное применение из-за недостатков. Какие это недостатки:
а) осевая сила, действующая на цангу, стремится отпереть ее,
б) при подачи прутка возможно преждевременное запирание цанги,
в) при закреплении такой цангой возникает вредное воздействие на
г) наблюдается неудовлетворительное центрирование цанги в
шпинделе, так как головка центрируется в гайке , положение которой на
шпинделе не является стабильным из-за наличия резьбы.
Цанги второго типа имеют «обратный» конус, вершина которого обращена к шпинделю. Для закрепления необходимо создать силу, втягивающую цангу в коническое отверстие шпинделя станка.
Цангами этого типа обеспечивается хорошее центрирование закрепляемых заготовок, т. к. конус под цангу расположен непосредственно в шпинделе, во время подачи прутка до упора не может
возникнуть заклинивание, осевые рабочие силы не раскрывают цангу, а запирают её, увеличивая силу закрепления.
Вместе с тем ряд существенных недостатков снижает работоспособность цанг этого типа. Так многочисленных контактов с цангой коническое отверстие шпинделя сравнительно быстро изнашивается, резьба на цангах часто выходит из строя, не обеспечивая стабильного положения прутка по оси при закреплении - он уходит от упора. Тем не менее цанги второго типа получили широкое применение в станочных приспособлениях.
В серийном и мелкосерийном производстве проектируют оснастку с использованием универсальных зажимных механизмов (ЗМ) или специальных однозвенных с ручным приводом. В тех случаях, когда требуются большие силы закрепления заготовок, целесообразно применять механизированные зажимы.
В механизированном производстве используют зажимные механизмы, у которых прихваты автоматически отводятся в сторону. Этим обеспечивается свободный доступ к установочным элементам для очистки их от стружки и удобство переустановки заготовок.
Рычажные однозвенные механизмы с управлением от гидро- или пневмопривода используют при закреплении, как правило, одной корпусной или крупной заготовки. В таких случаях прихват отодвигают или поворачивают вручную. Однако лучше использовать дополнительное звено для отвода прихвата из зоны загрузки заготовки.
Зажимные устройства Г-образного типа применяют чаще для закрепления корпусных заготовок сверху. Для поворота прихвата во время закрепления предусматривают винтовой паз с прямолинейным участком.
Рис. 3.1.
Комбинированные зажимные механизмы используют для закрепления широкой номенклатуры заготовок: корпусов, фланцев, колец, валов, планок и пр.
Рассмотрим некоторые типовые конструкции зажимных механизмов.
Рычажные зажимные механизмы отличаются простотой конструкции (рис. 3.1), значительным выигрышем в силе (или в перемещении), постоянством силы зажима, возможностью закрепления заготовки в труднодоступном месте, удобством эксплуатации, надежностью.
Рычажные механизмы используют в виде прихватов (прижимных планок) или в качестве усилителей силовых приводов. Для облегчения установки заготовок рычажные механизмы выполняют поворотными, откидными и передвижными. По конструкции (рис. 3.2) они могут быть прямолинейными отодвигаемыми (рис. 3.2, а)
и поворотными (рис. 3.2, б),
откидными (рис. 3.2, в)
с качающейся опорой, изогнутыми (рис. 3.2, г)
и комбинированными (рис. 3.2,
Рис. 3.2.
На рис. 3.3 приведены универсальные рычажные ЗМ с ручным винтовым приводом, используемые в индивидуальном и мелкосерийном производствах. Они просты по конструкции и надежны.
Опорный винт 1 устанавливают в Т-образный паз стола и крепят гайкой 5. Положение зажимного прихвата 3 по высоте регулируют винтом 7 с опорной пятой 6, и пружиной 4. Сила закрепления на заготовку передается от гайки 2 через прихват 3 (рис. 3.3, а).
В ЗМ (рис. 3.3, б) заготовку 5 крепят прихватом 4, а заготовку 6 прихватом 7. Сила закрепления передается от винта 9 на прихват 4 через плунжер 2 и регулировочный винт /; на прихват 7 - через закрепленную в нем гайку. При изменении толщины заготовок положение осей 3, 8 легко регулируется.
Рис. 3.3.
В ЗМ (рис. 3.3, в) корпус 4 зажимного механизма крепят к столу гайкой 3 посредством втулки 5 с резьбовым отверстием. Положение изогнутого прихвата 1 но высоте регулируют опорой 6 и винтом 7. Прихват 1 имеет люфт между конической шайбой, установленной иод головкой винта 7, и шайбой, которая находится выше стопорного кольца 2.
В конструкции дугообразный прихват 1 во время крепления заготовки гайкой 3 поворачивается на оси 2. Винт 4 в данной конструкции не крепится к столу станка, а свободно передвигается в Т-образном пазу (рис. 3.3, г).
Используемые в зажимных механизмах винты развивают на торце силу Р, которая может быть рассчитана по формуле
где Р - усилие рабочего, приложенное к концу рукоятки; L - длина рукоятки; г ср - средний радиус резьбы; а - угол подъема резьбы; ср - угол трения в резьбе.
Момент, развиваемый на рукоятке (ключе), для получения заданной силы Р
где М, р - момент трения на опорном торце гайки или винта:
где /- коэффициент трения скольжения: при закреплении / = 0,16...0,21, при раскреплении / = 0,24...0,30; D H - наружный диаметр трущейся поверхности винта или гайки; с/ в - диаметр резьбы винта.
Приняв a = 2°30" (для резьбы от М8 до М42 угол а меняется от 3°10" до 1°57"), ф = 10°30", г ср = 0,45с/, Д, = 1,7с/, d B = d и/= 0,15, получим приближенную формулу для момента на торце гайки М гр = 0,2dP.
Для винтов с плоским торцом М т р = 0,1с1Р+ н, а для винтов со сферическим торцом М Л р ~ 0,1 с1Р.
На рис. 3.4 приведены другие рычажные зажимные механизмы. Корпус 3 универсального зажимного механизма с винтовым приводом (рис. 3.4, а) крепят к столу станка винтом / и гайкой 4. Прихват б во время крепления заготовки поворачивают на оси 7 винтом 5 по часовой стрелке. Положение прихвата б с корпусом 3 легко регулируется относительно неподвижного вкладыша 2.
Рис. 3.4.
Специальный рычажный зажимной механизм с дополнительным звеном и пневмоприводом (рис. 3.4, б) используют в механизированном производстве для автоматического отвода прихвата из зоны загрузки заготовок. Во время раскрепления заготовки / шток б перемещается вниз, при этом прихват 2 поворачивается на оси 4. Последняя совместно с серьгой 5 поворачивается на оси 3 и занимает положение, показанное штриховой линией. Прихват 2 отводится из зоны загрузки заготовок.
Клиновые зажимные механизмы бывают с односкосым клином и клиноплунжерные с одним плунжером (без роликов или с роликами). Клиновые зажимные механизмы отличаются простотой конструкции, удобством наладки и эксплуатации, способностью к самоторможению, постоянством силы зажима.
Для надежного закрепления заготовки 2 в приспособлении 1 (рис. 3.5, а) клин 4 должен быть самотормозяшимся за счет угла а скоса. Клиновые зажимы применяют самостоятельно или в качестве промежуточного звена в сложных зажимных системах. Они позволяют увеличивать и изменять направление передаваемой силы Q.
На рис. 3.5, б показан стандартизованный клиновой зажимной механизм с ручным приводом для закрепления заготовки на столе станка. Зажим заготовки осуществляется клином /, перемещающимся относительно корпуса 4. Положение подвижной части клинового зажима фиксируется болтом 2 , гайкой 3 и шайбой; неподвижной части - болтом б, гайкой 5 и шайбой 7.
Рис. 3.5. Схема (а) и конструкция (в) клинового зажимного механизма
Усилие зажима, развиваемое клиновым механизмом, рассчитывают но формуле
где ср и ф| - углы трения соответственно на наклонной и горизонтальной поверхностях клина.
Рис. 3.6.
В практике машиностроительного производства чаще используют оснастку с наличием роликов в клиновых зажимных механизмах. Такие зажимные механизмы позволяют уменьшить вдвое потери на трение.
Расчет силы закрепления (рис. 3.6) производится по формуле, аналогичной формуле для расчета клинового механизма, работающего при условии трения скольжения на контактирующих поверхностях. При этом углы трения скольжения ф и ф, заменяем на углы трения качения ф |1р и ф пр1:
Чтобы определить соотношение коэффициентов трения при скольжении и
качении, рассмотрим равновесие нижнего ролика механизма: F l - = T - .
Так как Т = Wf
F i =Wtgi
р цр1 и / = tgcp, получим tg(p llpl = tg верхнего ролика вывод формулы аналогичен. В конструкциях клиновых зажимных механизмов используют стандартные ролики и оси, у которых D
= 22...26 мм, a d
= 10... 12 мм. Если принять tg(p =0,1; d/D
= 0,5, тогда коэффициент трения качения будет / к = tg 0,1 0,5 = 0,05 =0,05. Рис. 3.
На рис. 3.7 приведены схемы клиноплунжерных зажимных механизмов с двухонорным плунжером без ролика (рис. 3.7, а); с двухопорным плунжером и роликом (рис. 3.7, (5); с одноопорным плунжером и тремя роликами (рис. 3.7, в); с двумя одноопорными (консольными) плунжерами и роликами (рис. 3.7, г).
Такие зажимные механизмы надежны в работе, просты в изготовлении и могут обладать свойством самоторможения при определенных углах скоса клина. На рис. 3.8 показан зажимной механизм, применяемый в автоматизированном производстве. Заготовку 5 устанавливают на палец б
и крепят прихватом 3.
Сила закрепления на заготовку передается от штока 8
гидроцилиндра 7 через клин 9,
ролик 10
и плунжер 4.
Отвод прихвата из зоны загрузки во время съема и установки заготовки осуществляет рычаг 1,
который поворачивает на оси 11
выступ 12.
Прихват 3
легко перемешается от рычага 1
или пружины 2, так как в конструкции оси 13
предусмотрены прямоугольные сухари 14,
легко перемещаемые в пазах прихвата. Рис. 3.8.
Для увеличения силы на штоке пневмопривода или другого силового привода применяют шарнирно-рычажные механизмы. Они являются промежуточным звеном, связывающим силовой привод с прихватом, и применяются в том случае, когда для крепления заготовки требуется большая сила. По конструкции их делят на однорычажные, двухрычажные одностороннего действия и двухрычажные двустороннего действия. На рис. 3.9, а
показана схема шарнирно-рычажного механизма (усилителя) одностороннего действия в виде наклонного рычага 5
и ролика 3,
соединенного осью 4
с рычагом 5 и штоком 2 пневмоцилиндра 1.
Исходная сила Р,
развиваемая пневмоцилиндром, через шток 2, ролик 3 и ось 4
передается на рычаг 5.
При этом нижний конец рычага 5
перемещается вправо, а его верхний конец поворачивает прихват 7 вокруг неподвижной опоры б
и закрепляет заготовку силой Q.
Значение последней зависит от силы W
и соотношения плеч прихвата 7. Силу W
для однорычажного шарнирного механизма (усилителя) без плунжера определяют по уравнению Сила IV
, развиваемая двухрычажным шарнирным механизмом (усилителем) (рис. 3.9, б),
равна Силу If"
2
,
развиваемую двухрычажным шарнирно-плунжерным механизмом одностороннего действия (рис. 3.9, в),
определяют по уравнению В приведенных формулах: Р-
исходная сила на штоке механизированного привода, Н; a - угол положения наклонного звена (рычага); р - дополнительный угол, которым учитываются потери на трение в шарнирах ^p = arcsin/^П;/- коэффициент трения скольжения на оси ролика и в шарнирах рычагов (f ~
0,1...0,2); (/-диаметр осей шарниров и ролика, мм; D
- наружный диаметр опорного ролика, мм; L -
расстояние между осями рычага, мм; ф[ - угол трения скольжения на осях шарниров; ф 11р - угол трения качения на опоре ролика; tgф пp =tgф-^; tgф пp 2 - приведенный коэффициент жере; tgф np 2 =tgф-; / - расстояние между осью шарнира и серединой на- трения, учитывающий потери на трение в консольном (перекошенном) плун- 3/ , правляющей втулки плунжера (рис. 3.9, в),
мм; а
- длина направляющей втулки плунжера, мм. Рис. 3.9.
действия Однорычажные шарнирные зажимные механизмы применяют в тех случаях, когда требуются большие силы закрепления заготовки. Это объясняется тем, что во время крепления заготовки угол а наклонного рычага уменьшается и сила зажима увеличивается. Так, при угле а = 10° сила W
на верхнем конце наклонного звена 3
(см. рис. 3.9, а)
составляет JV ~
3,5Р,
а при а = 3° W~
1 IP,
где Р
- сила на штоке 8
пневмоцилиндра. На рис. 3.10, а
приведен пример конструктивного исполнения такого механизма. Заготовку / крепят прихватом 2.
Сила закрепления на прихват передается от штока 8
пневмоцилиндра через ролик 6
и регулируемое по длине наклонное звено 4,
состоящее из вилки 5
и серьги 3.
Для предотвращения изгиба штока 8
для ролика предусмотрена опорная планка 7. В зажимном механизме (рис. 3.10, б)
пневмоцилиндр расположен внутри корпуса 1
приспособления, к которому винтами прикреплен корпус 2
зажимного Рис. 3.10.
механизма. Во время закрепления заготовки шток 3
пневмоцилиндра с роликом 7 перемещаются вверх, а прихват 5
со звеном б
поворачивается на оси 4.
При раскреплении заготовки прихват 5 занимает положение, показанное штриховыми линиями, не мешая смене заготовки.
Зажимные элементы - это механизмы, непосредственно используемые для закрепления заготовок, или промежуточные звенья более сложных зажимных систем.
Наиболее простым видом универсальных зажимов являются , которые приводят в действие насаженными на них ключами, рукоятками или маховичками.
Чтобы предотвратить перемещение зажимаемой заготовки и образование на ней вмятин от винта, а также уменьшить изгиб винта при нажиме на поверхность, не перпендикулярную его оси, на концы винтов помещают качающиеся башмаки (рис.68, α).
Комбинации винтовых устройств с рычагами или клиньями называются комбинированными зажимам и, разновидностью которых являются винтовые прихваты (рис. 68, б), Устройство прихватов позволяет отодвигать или поворачивать их, чтобы можно было удобнее устанавливать обрабатываемую заготовку в приспособлении.
На рис. 69 показаны некоторые конструкции быстродействующих зажимов . Для небольших зажимных сил применяют штыковое (рис. 69, α), а для значительных сил - плунжерное устройство (рис. 69, б). Эти устройства позволяют отводить зажимающий элемент на большое расстояние от заготовки; закрепление происходит в результате поворота стержня на некоторый угол. Пример зажима с откидным упором показан на рис. 69, в. Ослабив гайку-рукоятку 2, отводят упор 3, вращая его вокруг оси. После этого зажимающий стержень 1 отводят вправо на расстояние h. На рис. 69, г приведена схема быстродействующего устройства рычажного типа. При повороте рукоятки 4 штифт 5 скользит по планке 6 с косым срезом, а штифт 2 - по заготовке 1, прижимая ее к упорам, расположенным внизу. Сферическая шайба 3 служит шарниром.
Большие затраты времени и значительные силы, требующиеся для закрепления обрабатываемых заготовок, ограничивают область применения винтовых зажимов и в большинстве случаев делают предпочтительными быстродействующие эксцентриковые зажимы . На рис. 70 изображены дисковый (α), цилиндрический с Г-образным прихватом (б) и конический плавающий (в) зажимы.
Эксцентрики бывают круглые, эвольвентные и спиральные (по спирали Архимеда). В зажимных устройствах применяются две разновидности эксцентриков: круглые и криволинейные.
Круглые эксцентрики (рис. 71) представляют собой диск или валик с осью вращения, смещенной на размер эксцентриситета е; условие самоторможения обеспечивается при соотношении D/е≥ 4.
Достоинство круглых эксцентриков заключается в простоте их изготовления; основной недостаток - непостоянство угла подъема α и сил зажима Q. Криволинейные эксцентрики , рабочий профиль которых выполняется по эвольвенте или спирали Архимеда, имеют постоянный угол подъема α, а, следовательно, обеспечивают постоянство силы Q, при зажиме любой точки профиля.
Клиновой механизм применяют как промежуточное звено в сложных зажимных системах. Он прост в изготовлении, легко размещается в приспособлении, позволяет увеличивать и изменять направление передаваемой силы. При определенных углах клиновой механизм обладает свойствами самоторможения. Для односкосного клина (рис. 72, а) при передаче сил под прямым углом может быть принята следующая зависимость (при ϕ1 = ϕ2 = ϕ3 = ϕ где ϕ1…ϕ3 -углы трения):
P = Qtg (α ± 2ϕ),
где Р - осевая сила; Q - сила зажима. Самоторможение будет иметь место при α <ϕ1 + ϕ2.
Для двухскосного клина (рис. 72, б) при передаче сил под углом β>90 зависимость между Р и Q при постоянном угле трения (ϕ1 = ϕ2 = ϕ3 = ϕ) выражается следующей формулой:
P = Qsin(α + 2ϕ)/cos (90° + α — β + 2ϕ).
Рычажные зажимы применяют в сочетании с другими элементарными зажимами, образуя более сложные зажимные системы. С помощью рычага можно изменять величину и направление передаваемой силы, а также осуществлять одновременное и равномерное закрепление заготовки в двух местах. На рис. 73 приведены схемы действия сил в одноплечих и двуплечих прямых и изогнутых зажимах. Уравнения равновесия для этих рычажных механизмов имеют следующий вид; для одноплечего зажима (рис. 73, α):
прямого двуплечего зажима (рис. 73, б):
изогнутого зажима (для l1 где р - угол трения; ƒ - коэффициент трения. В качестве установочных элементов для наружных или внутренних поверхностей тел вращения применяют центрирующие зажимные элементы: цанги, разжимные оправки, зажимные втулки с гидропластом, а также мембранные патроны. Угол конуса сжимающей втулки делают на 1° меньше или больше угла конуса цанги. Цанги обеспечивают эксцентричность установки (биение) не более 0,02…0,05 мм. Базовую поверхность заготовки следует обрабатывать по 9…7-му квалитетам точности. Разжимные оправки
различных конструкций (включая конструкции с применением гидропласта) относятся к установочно-зажимным приспособлениям. Мембранные патроны
используют для точного центрирования заготовок по наружной или внутренней цилиндрической поверхности. Патрон (рис. 75) состоит из круглой, привертываемой к планшайбе станка мембраны 1 в форме пластины с симметрично расположенными выступами-кулачками 2, количество которых выбирают в пределах 6…12. Внутри шпинделя проходит шток 4 пневмоцилиндра. При включении пневматики мембрана прогибается, раздвигая кулачки. При отходе штока назад мембрана, стремясь вернуться в исходное положение, сжимает своими кулачками заготовку 3. Реечно-рычажный зажим
(рис. 76) состоит из рейки 3, зубчатого колеса 5, сидящего на валу 4, и рычага рукоятки 6. Вращая рукоятку против часовой стрелки, опускают рейку и прихватом 2 закрепляют обрабатываемую заготовку 1. Зажимная сила Q зависит от значения силы Р, приложенной к рукоятке. Устройство снабжается замком, который, заклинивая систему, предупреждает обратный поворот колеса. Наиболее распространены следующие виды замков. Роликовый замок
(рис. 77, а) состоит из поводкового кольца 3 с вырезом для ролика 1, соприкасающегося со срезанной плоскостью валика. 2 зубчатого колеса. Поводковое кольцо 3 скреплено с рукояткой зажимного устройства. Вращая рукоятку по стрелке, передают вращение на вал зубчатого колеса через ролик 1*. Ролик заклинивается между поверхностью расточки корпуса 4 и срезанной плоскостью валика 2 и препятствует обратному вращению. Роликовый замок с прямой передачей
момента от поводка на валик показан на рис. 77, б. Вращение от рукоятки через поводок передается непосредственно на вал 6 колеса. Ролик 3 через штифт 4 поджат слабой пружиной 5. Так как зазоры в местах касания ролика с кольцом 1 и валом 6 при этом выбирают, система мгновенно заклинивается при снятии силы с рукоятки 2. Поворотом рукоятки в обратную сторону ролик расклинивается и вращает вал по часовой стрелке. Конический замок
(рис. 77, в) имеет коническую втулку 1 и вал с конусом 3 и рукояткой 4. Спиральные зубья на средней шейке вала находятся в зацеплении с рейкой 5. Последняя связана с исполнительным зажимающим механизмом. При угле наклона зубьев 45° осевая сила на валу 2 равна (без учета трения) зажимной силе. * Замки этого типа выполняют с тремя роликами, расположенными под углом 120°. Комбинированные зажимные устройства
представляют собой сочетание элементарных зажимов различного типа. Их применяют для увеличения зажимной силы и уменьшения габаритов приспособления, а также для создания наибольших удобств управления. Комбинированные зажимные устройства могут также обеспечивать одновременное крепление заготовки в нескольких местах. Виды комбинированных зажимов приведены на рис. 78. Сочетание изогнутого рычага и винта (рис. 78, а) позволяет одновременно закреплять заготовку в двух местах, равномерно повышая зажимные силы до заданного значения. Обычный поворотный прихват (рис, 78, б) представляет собой сочетание рычажного и винтового зажимов.
Ось качания рычага 2 совмещена с центром сферической поверхности шайбы 1, которая разгружает шпильку 3 от изгибающих усилий, Показанный на рис, 78, в прихват с эксцентриком является примером быстродействующего комбинированного зажима. При определенном соотношении плеч рычага можно увеличить зажимную силу или ход зажимающего конца рычага. На рис. 78, г показано устройство для закрепления в призме цилиндрической заготовки посредством накидного рычага, а на рис. 78, д - схема быстродействующего комбинированного зажима (рычаг и эксцентрик), обеспечивающего боковое и вертикальное прижатие заготовки к опорам приспособления, так как сила зажима приложена под углом. Аналогичное условие обеспечивается устройством, изображенным на рис. 78, е.
Шарнирно-рычажные зажимы (рис. 78, ж, з, и) являются примерами быстродействующих зажимных устройств, приводимых в действие поворотом рукоятки. Для предотвращения самооткрепления рукоятку переводят через мертвое положение до упора 2. Сила зажима зависит от деформации системы и ее жесткости. Желаемую деформацию системы устанавливают регулировкой нажимного винта 1. Однако наличие допуска на размер Н (рис. 78, ж) не обеспечивает постоянства зажимной силы для всех заготовок данной партии. Комбинированные зажимные устройства приводятся в действие вручную или от силовых узлов. Зажимные механизмы для многоместных приспособлений
должны обеспечивать одинаковую силу зажима на всех позициях. Простейшим многоместным приспособлением является оправка, на которую устанавливают пакет заготовок «кольца, диски), закрепляемых по торцевым плоскостям одной гайкой (последовательная схема передачи зажимной силы). На рис. 79, α показан пример зажимного устройства, работающего по принципу параллельного распределения зажимной силы. Если необходимо обеспечить концентричность базовой и обрабатываемой поверхностей и предотвратить деформирование обрабатываемой заготовки, применяют упругие зажимные устройства, где зажимное усилие посредством заполнителя или другого промежуточного тела равномерно передается на зажимный элемент приспособления в пределах упругих деформаций). В качестве промежуточного тела применяют обычные пружины, резину или гидропласт. Зажимное устройство параллельного действия с использованием гидропласта показано на рис. 79, б. На рис. 79, в приведено устройство смешанного (параллельно-последовательного) действия. На станках непрерывного действия (барабанно-фрезерные, специальные многошпиндельные сверлильные)
заготовки устанавливают и снимают, не прерывая движения подачи. Если вспомогательное время перекрывается машинным, то для закрепления заготовок можно применять зажимные устройства различных типов. В целях механизации производственных процессов целесообразно использовать зажимные устройства автоматизированного типа
(непрерывного действия), приводимые в действие механизмом подачи станка. На рис. 80, α приведена схема устройства с гибким замкнутым элементом 1 (трос, цепь) для закрепления цилиндрических заготовок 2 на барабанно-фрезерном станке при обработке торцевых поверхностей, а на рис. 80, 6 - схема устройства для закрепления заготовок поршней на многошпиндельном горизонтально-сверлильном станке. В обоих устройствах операторы только устанавливают и снимают заготовку, а закрепление заготовки происходит автоматически. Эффективным зажимным устройством для удержания заготовок из тонколистового материала при их чистовой обработке или отделке является вакуумный прижим. Сила зажима определяется по формуле:
где А - активная площадь полости устройства, ограниченной уплотнением; р= 10 5 Па - разность атмосферного давления и давления в полости устройства, из которого удаляется воздух. Электромагнитные зажимные устройства
применяются для закрепления обрабатываемых заготовок из стали и чугуна с плоской базовой поверхностью. Зажимные устройства обычно выполняют в виде плит и патронов, при конструировании которых в качестве исходных данных принимают размеры и конфигурацию обрабатываемой заготовки в плане, ее толщину, материал и необходимую удерживающую силу. Удерживающая сила электромагнитного устройства в значительной степени зависит от толщины обрабатываемой детали; при малых толщинах не весь магнитный поток проходит через поперечное сечение детали, и часть линий магнитного потока рассеивается в окружающее пространство. Детали, обрабатываемые на электромагнитных плитах или патронах, приобретают остаточные магнитные свойства - их размагничивают, пропуская их через соленоид, питаемый переменным током.
В магнитных зажимных
устройствах основными элементами являются постоянные магниты, изолированные один от другого немагнитными прокладками и скрепленные в общий блок, а заготовка представляет собой якорь, через который замыкается магнитный силовой поток. Для открепления готовой детали блок сдвигают с помощью эксцентрикового или кривошипного механизма, при этом магнитный силовой поток замыкается на корпус устройства, минуя деталь. Конструкции
зажимных устройств состоят из трех
основных частей: привода,
контактного элемента, силового механизма. Привод, преобразуя определенный
вид энергии, развивает силу Q,
которая с помощью силового механизма
преобразуется в силу зажима Р
и передается через
контактные элементы заготовке. Контактные
элементы служат для передачи зажимного
усилия непосредственно
на заготовку. Их конструкции позволяют
рассредоточивать усилия, предотвращая
смятие поверхностей заготовки, и
распределять между несколькими
точками опор. Известно,
что рациональный выбор приспособления
сокращает вспомогательное
время. Вспомогательное время можно
сократить, применяя механизированные
приводы. Механизированные приводы
в зависимости от типа и источника энергии
могут
быть подразделены на следующие основные
группы: механические, пневматические,
электромеханические, магнитные, вакуумные
и др. Область применения
механических приводов с ручным управлением
ограничена, так как
требуются значительные затраты времени
на установку и снятие обрабатываемых
заготовок. Наибольшее распространение
получили приводы пневматические,
гидравлические, электрические, магнитные
и их комбинации. Пневматические
приводы
работают
по принципу подачи сжатого воздуха. В
качестве пневматического привода
могут быть использованы пневматические
цилиндры (двустороннего и одностороннего
действия) и пневматические
камеры. для полости цилиндра со штоком для цилиндров одностороннего действия К
недостаткам пневматических приводов
относятся их относительно большие
габаритные размеры. Сила Q(H)
в пневмоцилиндрах зависит от их типа
и без учета сил трения ее определяют по
следующим формулам: Для пневмоцилиндров двустороннего
действия для левой части цилиндра где р - давление сжатого
воздуха, МПа; давление сжатого воздуха
обычнопринимают равным
0,4-0,63 МПа, D
- диаметр поршня, мм; d
-
диаметр штока, мм; ή- КПД, учитывающий потери
в цилиндре, при D
= 150 ... 200 мм ή =0,90... 0,95; q
- сила сопротивления
пружин, Н. Пневматические цилиндры
применяют с внутренним диаметром 50, 75,
100, 150, 200, 250, 300 мм. Посадка поршня в цилиндре
при использовании уплотнительных колец
Использование цилиндров
диаметром менее 50 мм и более 300 мм
экономически
невыгодно, в этом случае надо использовать
другие виды приводов, Пневматические
камеры имеют ряд преимуществ по сравнению
с пневмоцилиндрами:
долговечны, выдерживают до 600 тысяч
включений (пневмоцилиндры - 10 тысяч);
компактны; имеют небольшую массу и проще
в
изготовлении. К недостаткам относят
небольшой ход штока и непостоянство
развиваемых усилий. Гидравлические
приводы
по
сравнению с пневматическими имеют следующие преимущества:
развивает большие силы (15 МПа и выше);
их рабочая
жидкость (масло) практически несжимаема;
обеспечивают плавную передачу
развиваемых сил силовым механизмом;
могут обеспечить передачу силы
непосредственно на контактные элементы
приспособления; имеют широкую
область Применения, поскольку их можно
использовать для точных перемещений
рабочих органов станка и подвижных
частей приспособлений; позволяют
применять рабочие цилиндры небольшого
диаметра (20, 30, 40, 50 мм v.
более), что обеспечивает их компактность. Пневмогидравлические
приводы
обладают
рядом преимуществ по сравнению
с пневматическими и гидравлическими:
имеют высокие рабочие силы,
быстроту действия, низкую стоимость и
небольшие габариты. Расчетные формулы
аналогичны расчету гидроцилиндров. Электромеханические
приводы
находят
широкое применение в токарных станках
с ЧПУ, агрегатных станках, автоматических
линиях. Приводятся в действие
от электродвигателя и через механические
передачи, силы передаются
на контактные элементы зажимного
устройства. Электромагнитные
и магнитные зажимные устройства
выполняют
преимущественно
в виде плит и планшайб для закрепления
стальных и чугунных
заготовок. Используется энергия
магнитного поля от электромагнитных
катушек или постоянных магнитов.
Технологические возможности
применения электромагнитных и магнитных
устройств в условиях
малосерийного производства и групповой
обработки значительно расширяются при
использовании быстросменных наладок.
Эти устройства повышают производительность
труда за счет снижения вспомогательного
и основного времени
(в 10-15 раз) при многоместной обработке. Вакуумные приводы
применяют
для крепления заготовок из различных
материалов с плоской или криволинейной
поверхностью, принимаемой за основную
базу. Вакуумные зажимные устройства
работают по принципу использования
атмосферного давления. Сила
(Н),
прижимающая
заготовку к плите: где F
-
площадь полости приспособления, из
которой удаляется воздух, см 2 ; р - давление (в заводских условиях
обычно р = 0,01 ... 0,015 МПа). Давление
для индивидуальных и групповых установок
создается одно- и двухступенчатыми
вакуумными насосами. Силовые механизмы
выполняют роль усилителя. Основная их
характеристика - коэффициент
усиления: где Р
-
сила закрепления, приложенная к заготовке,
Н; Q
- сила, развиваемая
приводом, Н. Силовые
механизмы выполняют часто роль
самотормозящего элемента в случае
внезапного выхода из строя привода. Некоторые
типовые схемы конструкций зажимных
устройств показаны на рис.
5. Рисунок 5 Схемы зажимных устройств:
а
- с
помощью клипа; 6 - качающимся рычагом; в
- самоцентрирующиеся
призмы
3.1. Выбор места приложения зажимных усилий, вида и количества зажимных элементов При закреплении заготовки в приспособлении должны соблюдаться следующие основные правила: · не должно нарушаться положение заготовки достигнутое при ее базировании; · закрепление должно быть надежным, чтобы во время обработки положение заготовки сохранялось неизменным; · возникающие при закреплении смятие поверхностей заготовки, а также ее деформация должны быть минимальными и находиться в допустимых пределах. · для обеспечения контакта заготовки с опорным элементом и устранения возможного его сдвига при закреплении зажимное усилие следует направлять перпендикулярно к поверхности опорного элемента. В отдельных случаях зажимное усилие можно направлять так, чтобы заготовка одновременно прижималась к поверхностям двух опорных элементов; · в целях устранения деформации заготовки при закреплении точку приложения зажимного усилия надо выбирать так, чтобы линия его действия пересекала опорную поверхность опорного элемента. Лишь при закреплении особо жестких заготовок можно допускать, чтобы линия действия зажимного усилия проходила между опорными элементами. 3.2. Определение количества точек приложения зажимных усилий Количество точек приложения зажимных усилий определяется конкретно к каждому случаю зажима заготовки. Для уменьшения смятия поверхностей заготовки при закреплении необходимо уменьшать удельное давление в местах контакта зажимного устройства с заготовкой путем рассредоточения зажимного усилия. Это достигается применением в зажимных устройствах контактных элементов соответствующей конструкции, которые позволяют распределить зажимное усилие поровну между двумя или тремя точками, а иногда даже рассредоточить по некоторой протяженной поверхности. Количество точек зажима
во многом зависит от вида заготовки, метода обработки, направления силы резания. Для уменьшения
вибрацийи деформаций заготовки под действием силы резания следует повышать жесткость системы заготовка-приспособление путем увеличения числа мест зажатия заготовки и приближения их к обрабатываемой поверхности. 3.3. Определение вида зажимных элементов К зажимным элементам относятся винты, эксцентрики, прихваты, тисочные губки, клинья, плунжеры, прижимы, планки. Они являются промежуточными звеньями в сложных зажимных системах. 3.3.1. Винтовые зажимы Винтовые зажимы
применяют в приспособлениях с ручным закреплением заготовки, в приспособлениях механизированного типа, а также на автоматических линиях при использовании приспособлений-спутников. Они просты, компактны и надежны в работе. Рис. 3.1. Винтовые зажимы: а – со сферическим торцем; б – с плоским торцем; в – с башмаком. Винты могут быть со сферическим торцем (пятой), плоским и с башмаком, предупреждающим порчу поверхности. При расчете винтов со сферической пятой учитывается только трение в резьбе. где: L
- длина рукоятки, мм; - средний радиус резьбы, мм; - угол подъема резьбы. где: S
– шаг резьбы, мм; – приведенный угол трения. где: Pu 150 Н. Условие самоторможения: . Для стандартных метрических резьб , поэтому все механизмы с метрической резьбой самотормозящие. При расчете винтов с плоской пятой учитывается трение на торце винта. Для кольцевой пяты: где: D – наружный диаметр опорного торца, мм; d – внутренний диаметр опорного торца, мм; – коэффициент трения. С плоскими торцами: Для винта с башмаком: Материал:
сталь 35 или сталь 45 с твердостью HRC 30-35 и точностью резьба по третьему классу. 3.3.2. Клиновые зажимы Клин применяется в следующих конструктивных вариантах: 1. Плоский односкосый клин. 2. Двускосый клин. 3. Круглый клин. Рис. 3.2. Плоский односкосый клин. Рис. 3.3. Двускосый клин. Рис. 3.4. Круглый клин. 4) кривошипный клин в форме эксцентрика или плоского кулачка с рабочим профилем, очерченным по архимедовой спирали; Рис. 3.5. Кривошипный клин: а – в форме эксцентрика; б) – в форме плоского кулачка. 5) винтовой клин в форме торцевого кулачка. Здесь односкосый клин как бы свернут в цилиндр: основание клина образует опору, а его наклонная плоскость - винтовой профиль кулачка; 6) в самоцентрирующих клиновых механизмах (патроны, оправки) не пользуются системы из трех и более клиньев. 3.3.2.1. Условие самоторможение клина Рис. 3.6. Условие самоторможение клина. где: - угол трения. где: –
коэффициент трения; Для клина с трением только по наклонной поверхности условие самоторможение: с трением на двух поверхностях: Имеем: ;
или: ; .
Тогда: условие самоторможение для клина с трением на двух поверхностях: для клина с трением только на наклонной поверхности: С трением на двух поверхностях: С трением только на наклонной поверхности: 3.3.3.Эксцентриковые зажимы Рис. 3.7. Схемы для расчета эксцентриков. Такие зажимы являются быстродействующими, но развивают меньшую силу, чем винтовые. Обладают свойством самоторможения. Основной недостаток: не могут надежно работать при значительных колебаниях размеров между установочной и зажимаемой поверхностью обрабатываемых деталей. где: (- среднее значение радиуса, проведенного из центра вращения эксцентрика в точку А зажима, мм; (- средний угол подъема эксцентрика в точке зажима; (, (1 – углы трения скольжения в точке А зажима и на оси эксцентрика. Для расчетов принимают: При l
2D расчет можно производить по формуле: Условие самоторможения эксцентрика: Обычно принимают . Материал: сталь 20Х с цементацией на глубину 0,8 1,2 мм и закалкой до HRC 50…60. 3.3.4. Цанги Цанги
представляют собой пружинящие гильзы. Их применяют для установки заготовок по наружным и внутренним цилиндрическим поверхностям. где: Pз
– сила закрепления заготовки; Q – сила сжатия лепестков цанги; - угол трения между цангой и втулкой. Рис. 3.8. Цанга. 3.3.5. Устройства для зажима деталей типа тел вращения Кроме цанги для зажима деталей имеющих цилиндрическую поверхность, применяют разжимные оправки, зажимные втулки с гидропластом, оправки и патроны с тарельчатыми пружинами, мембранные патроны и другие. Консольные и центровые оправки применяют для установки с центральным базовым отверстием втулок, колец, шестерен, обрабатываемых на многорезцовых шлифовальных и других станках. При обработке партии таких деталей требуется получить высокую концентричность наружных и внутренних поверхностей и заданную перпендикулярность торцов к оси детали. В зависимости от способа установки и центрирования обрабатываемых деталей консольные и центровые оправки можно подразделить на следующие.виды: 1) жесткие (гладкие) для установки деталей с зазором или натягом; 2) разжимные цанговые; 3) клиновые (плунжерные, шариковые); 4) с тарельчатыми пружинами; 5) самозажимные (кулачковые, роликовые); 6) с центрирующей упругой втулкой. Рис. 3.9. Конструкции оправок: а -
гладкая оправка; б -
оправка с разрезной втулкой. На рис. 3.9, а
показана гладкая оправка 2, на цилиндрической части которой установлена обрабатываемая деталь 3.
Тяга 6,
закрепленная на штоке пневмоцилиндра, при перемещении поршня со штоком влево головкой 5нажимает на быстросменную шайбу 4и зажимает деталь 3на гладкой оправке 2.
Оправка конической частью 1 вставляется в конус шпинделя станка. При зажиме обрабатываемой детали на оправке осевая сила Q на штоке механизированного привода вызывает между торцами шайбы 4,
уступом оправки и обрабатываемой деталью 3момент от силы трения, больший, чем момент М рез от силы резания Р z . Зависимость между моментами: откуда сила на штоке механизированного привода: По уточненной формуле: Где: - коэффициент запаса; Р z -
вертикальная составляющая сила резания, Н (кгс); D -
наружный диаметр поверхности обрабатываемой детали, мм; D 1 -
наружный диаметр быстросменной шайбы, мм; d -
диаметр цилиндрической установочной части оправки, мм; f= 0,1 - 0,15
- коэффициент трения сцепления. На рис. 3.9, б
показана оправка 2с разрезной втулкой 6, на которой устанавливают и зажимают обрабатываемую деталь 3. Конической частью 1оправку 2 вставляют в конус шпинделя станка. Зажим и разжим детали на оправке производят механизированным приводом. При подаче сжатого воздуха в правую полость пневмоцилиндра поршень, шток и тяга 7 движутся влево и головка 5 тяги с шайбой 4 перемещает разрезную втулку 6 по конусу оправки, пока она не зажмет деталь на оправке. Во время подачи сжатого воздуха в левую полость пневмоцилиндра поршень, шток; и тяга перемещаются вправо, головка 5 с шайбой 4отходят от втулки 6 и деталь разжимается. Рис.3.10. Консольная оправка с тарельчатыми пружинами (а)
и тарельчатая пружина (б)
. Крутящий момент от вертикальной силы резания Р z должен быть меньше момента от сил трения на цилиндрической поверхности разрезной втулки 6
оправки. Осевая сила на штоке механизированного привода (см. рис. 3.9, б
). где: - половина угла конуса оправки, град; - угол трения на поверхности контакта оправки с разрезной втулкой, град; f=0,15-0,2
- коэффициент трения. Оправки и патроны с тарельчатыми пружинами применяют для центрирования и зажима по внутренней или наружной цилиндрической поверхности обрабатываемых деталей. На рис. 3.10, а, б
соответственно показаны консольная оправка с тарельчатыми пружинами и тарельчатая пружина. Оправка состоит из корпуса 7, упорного кольца 2,пакета тарельчатых пружин 6, нажимной втулки 3 и тяги 1, соединенной со штоком пневмоцилиндра. Оправку применяют для установки и закрепления детали 5 по внутренней цилиндрической поверхности. При перемещении поршня со штоком и тягой 1 влево последняя головкой 4 и втулкой 3 нажимает на тарельчатые пружины 6.Пружины выпрямляются, их наружный диаметр увеличивается, а внутренний уменьшается, обрабатываемая деталь 5 центрируется и зажимается. Размер установочных поверхностей пружин при сжатии может изменяться в зависимости от их размера на 0,1 - 0,4 мм. Следовательно, базовая цилиндрическая поверхность обрабатываемой детали должна иметь точность 2 - 3-го классов. Тарельчатую пружину с прорезями (рис. 3.10, б
) можно рассматривать как совокупность двухзвенных рычажно-шарнирных механизмов двустороннего действия, разжимаемых осевой силой. Определив крутящий момент М рез
от силы резания Р z
и выбирая коэффициент запаса К
, коэффициент трения f
и радиус R
установочной поверхности тарельчатой поверхности пружины, получим равенство: Из равенства определим суммарную радиальную силу зажима, действующую на установочной поверхности обрабатываемой детали: Осевая сила на штоке механизированного привода для тарельчатых пружин: с радиальными прорезями без радиальных прорезей где: - угол наклона тарельчатой пружины при зажиме детали, град; К=1,5 - 2,2
- коэффициент запаса; М рез -
крутящий момент от силы резания Р z
,Н-м (кгс-см); f=0,1- 0,12
- коэффициент трения между установочной поверхностью тарельчатых пружин и базовой поверхностью обрабатываемой детали; R -
радиус установочной поверхности тарельчатой пружины, мм; Р z
- вертикальная составляющая сила резания, Н (кгс); R 1
- радиус обработанной поверхности детали, мм. Патроны и оправки с самоцентрирующими тонкостенными втулками, наполненными гидропластмассой, применяют для установки по наружной или внутренней поверхности деталей, обрабатываемых на токарных и других станках. На приспособлениях с тонкостенной втулкой обрабатываемые детали наружной или внутренней поверхностью устанавливают на цилиндрическую поверхность втулки. При разжиме втулки гидропластмассой детали центрируются и зажимаются. Форма и размеры тонкостенной втулки должны обеспечивать достаточную ее деформацию для надежного зажима детали на втулке при обработке детали на станке. При конструировании патронов и оправок с тонкостенными втулками с гидропластмассой рассчитывают: 1. основные размеры тонкостенных втулок; 2. размеры нажимных винтов и плунжеров у приспособлений с ручным зажимом; 3. размеры плунжеров, диаметр цилиндра и ход поршня для приспособлений с механизированным приводом. Рис. 3.11. Тонкостенная втулка. Исходными данными для расчета тонкостенных втулок являются диаметр D д
отверстия или диаметр шейки обрабатываемой детали и длина l д
отверстия или шейки обрабатываемой детали. Для расчета тонкостенной самоцентрирующей втулки (рис. 3.11) примем следующие обозначения: D -
диаметр установочной поверхности центрирующей втулки 2, мм; h -
толщина тонкостенной части втулки, мм; Т -
длина опорных поясков втулки, мм; t -
толщина опорных поясков втулки, мм; - наибольшая диаметральная упругая деформация втулки (увеличение или уменьшение диаметра в ее средней части) мм; S max
- максимальный зазор между установочной поверхностью втулки и базовой поверхностью обрабатываемой детали 1 в свободном состоянии, мм; l к
- длина контактного участка упругой втулки с установочной поверхностью обрабатываемой детали после разжима втулки, мм; L
-длина тонкостенной части втулки, мм; l д
- длина обрабатываемой детали, мм; D д
- диаметр базовой поверхности обрабатываемой детали, мм; d -
диаметр отверстия опорных поясков втулки, мм; р -
давление гидропластмассы, требуемое для деформации тонкостенной втулки, МПа (кгс/см 2); r 1 -
радиус закругления втулки, мм; M рез =P z r -
допустимый крутящий момент, возникающий от силы резания, Н-м (кгс-см); P z
- сила резания, Н (кгс); r -плечо момента силы резания. На рис. 3.12 показана консольная оправка с тонкостенной втулкой и гидропластмассой. Обрабатываемую деталь 4базовым отверстием устанавливают на наружную поверхность тонкостенной втулки 5. При подаче сжатого воздуха в штоковую полость пневмоцилиндра поршень со штоком перемещается в пневмоцилиндре влево и шток через тягу 6и рычаг 1передвигает плунжер 2,который нажимает на гидропластмассу 3.
Гидропластмасса равномерно давит на внутреннюю поверхность втулки 5,втулка разжимается; наружный диаметр втулки увеличивается, и она центрирует и закрепляет обрабатываемую деталь 4.
Рис. 3.12. Консольная оправка с гидропластмассой. Мембранные патроны применяют для точного центрирования и зажима деталей, обрабатываемых на токарных и шлифовальных станках. В мембранных патронах обрабатываемые детали устанавливают по наружной или внутренней поверхности. Базовые поверхности деталей должны быть обработаны по 2-За-му классам точности. Мембранные патроны обеспечивают точность центрирования деталей 0,004-0,007 мм. Мембраны
- это тонкие металлические диски с рожками или без рожков (кольцевые мембраны). В зависимости от воздействия на мембрану штока механизированного привода - тянущего или толкающего действия - мембранные патроны подразделяются на разжимные и зажимные. В разжимном мембранном рожковом патроне при установке кольцевой детали мембрана с рожками, штоком привода прогибается влево к шпинделю станка. При этом рожки мембраны с зажимающими винтами, установленными на концах рожков, сходятся к оси патрона, и обрабатываемое кольцо устанавливается центральным отверстием в патроне. При прекращении нажима на мембрану под действием упругих сил она выпрямляется, ее рожки с винтами расходятся от оси патрона и зажимают обрабатываемое кольцо по внутренней поверхности. В зажимном мембранном рожковом патроне при установке кольцевой детали по наружной поверхности мембрана штоком привода прогибается вправо от шпинделя станка. При этом рожки мембраны расходятся от оси патрона и обрабатываемая деталь разжимается. Затем устанавливается следующее кольцо, нажим на мембрану прекращается, она выпрямляется и рожками с винтами зажимает обрабатываемое кольцо. Зажимные мембранные рожковые патроны с механизированным приводом изготовляются по МН 5523-64 и МН 5524-64 и с ручным приводом по МН 5523-64. Мембранные патроны бывают рожковые и чашечные (кольцевые), их изготовляют из стали 65Г, ЗОХГС с закалкой до твердости HRC 40-50. Основные размеры рожковых и чашечных мембран нормализованы. На рис. 3.13, а, б
показана конструктивная схема мембранно-рожкового патрона 1.
На заднем" конце шпинделя станка установлен пневмопривод патрона. При подаче сжатого воздуха в левую полость пневмоцилиндра поршень со штоком и тягой 2 перемещается вправо. При этом тяга 2, нажимая на рожковую мембрану 3,прогибает ее, кулачки (рожки) 4 расходятся, и деталь 5 разжимается (рис. 3.13, б
). Во время подачи сжатого воздуха в правую полость пневмоцилиндра его поршень со штоком и тягой 2перемещается влево и отходит от мембраны 3. Мембрана под действием внутренних упругих сил выпрямляется, кулачки 4мембраны сходятся и зажимают по цилиндрической поверхности деталь 5 (рис. 3.13, а). Рис. 3.13. Схема мембранно-рожкового патрона Основные данные для расчета патрона (рис. 3.13, а)
с рожко-, вой мембраной: момент резания М рез
, стремящийся повернуть обрабатываемую деталь 5 в кулачках 4патрона; диаметр d = 2b
базовой наружной поверхности обрабатываемой детали; расстояние l
от середины мембраны 3до середины кулачков 4.На рис. 3.13, в
дана расчетная схема нагруженной мембраны. Круглая, жестко закрепленная по наружной поверхности мембрана нагружена равномерно распределенным изгибающим моментом М И
, приложенным по концентрической окружности мембраны радиуса b
базовой поверхности обрабатываемой детали. Данная схема является результатом наложения двух схем, показанных на рис. 3.13, г, д,
причем М И =М 1 +М 3
.
М рез
Силы P з
вызывают момент, изгибающий мембрану (см. рис. 3.13, в).
2. При большом количестве кулачков патрона момент М п
можно считать равномерно действующим по окружности мембраны радиуса b
и вызывающим ее изгиб: 3. Радиусом а
наружной поверхности мембраны (из конструктивных соображений) задаются. 4. Отношение т
радиуса а
мембраны к радиусу b
установочной поверхности детали: а/b = т.
5. Моменты М 1
и М 3
в долях от М и (М и = 1)
находят в зависимости от m= a/b
по следующим данным (табл. 3.1): Таблица 3.1 6. Угол (рад) разжима кулачков при закреплении детали с наименьшим предельным размером: 7. Цилиндрическая жесткость мембраны [Н/м (кгс/см)]: где: МПа - модуль упругости ( кгс/см 2); =0,3. 8. Угол наибольшего разжима кулачков (рад): 9. Сила на штоке механизированного привода патрона, необходимая для прогиба мембраны и разведения кулачков при разжиме детали, на максимальный угол : При выборе точки приложения и направления зажимного усилия необходимо соблюдать следующее: для обеспечения контакта заготовки с опорным элементом и устранения возможного ее сдвига при закреплении зажимное усилие следует направлять перпендикулярно к поверхности опорного элемента; в целях устранения деформации заготовки при закреплении точку приложения зажимного усилия надо выбирать так, чтобы линия его действия пересекала опорную поверхность установочного элемента. Количество точек приложения зажимных усилий определяют конкретно к каждому случаю зажима заготовки в зависимости от вида заготовки, метода обработки, направления силы резания. Для уменьшения вибрации и деформации заготовки под действием сил резания следует повышать жесткость системы заготовка – приспособление путем увеличения числа точек зажима заготовки за счет введения вспомогательных опор. К зажимным элементам относятся винты, эксцентрики, прихваты, тисочные губки, клинья, плунжеры, планки. Они являются промежуточными звеньями в сложных зажимных системах. Форма рабочей поверхности зажимных элементов, контактирующих с заготовкой, в основном такая же, как и установочных элементов. Графически зажимные элементы обозначаются согласно табл. 3.2. Таблица 3.2 Графическое обозначение зажимных элементов
Цанги
представляют собой разрезные пружинящие гильзы, конструктивные разновидности которых показаны на рис. 74 (α - с натяжной трубкой; 6 - с распорной трубкой; в - вертикального типа). Их выполняют из высокоуглеродистых сталей, например, У10А, и термически обрабатывают до твердости НRС 58…62 в зажимной и до твердости НRС 40…44 в хвостовых частях. Угол конуса цанги α = 30…40°. При меньших углах возможно заклинивание цанги.
Эксцентриковый замок
(рис. 77, г) состоит из вала 2 колеса, на котором заклинен эксцентрик 3. Вал приводится во вращение кольцом 1, скрепленным с рукояткой замка; кольцо вращается в расточке корпуса 4, ось которой смещена от оси вала на расстояние е. При обратном вращении рукоятки передача на вал происходит через штифт 5. В процессе закрепления кольцо 1 заклинивается между эксцентриком и корпусом.
или
,
а
при уплотнении манжетами
или
.
m=a/b
1,25
1,5
1,75
2,0
2,25
2,5
2,75
3,0
M 1
0,785
0,645
0,56
0,51
0,48
0,455
0,44
0,42
M 3
0,215
0,355
0,44
0,49
0,52
0,545
0,56
0,58