Назначение зажимных приспособлений – это обеспечение надежного контакта заготовки с установочными элементами и предотвращение смещения и вибрации ее в процессе обработки. На рис.7.6 представлены некоторые виды зажимных устройств.

Требования к зажимным элементам:

Надежность в работе;

Простота конструкции;

Удобство обслуживания;

Не должны вызывать деформацию заготовок и порчу их поверхностей;

Не должны сдвигать заготовку в процессе ее закрепления с установочных элементов;

Закрепление и открепление заготовок должно производиться с минимальной затратой труда и времени;

Зажимные элементы должны быть износостойкими и по возможности сменными.

Виды зажимных элементов:

Зажимные винты , которые вращают ключами, рукоятками или маховичками (см. рис. 7.6)

Рис.7.6 Виды зажимов:

а – зажимной винт; б – винтовой прихват

Быстродействующие зажимы, показанные на рис. 7.7.

Рис.7.7. Виды быстродействующих зажимов:

а – с разрезной шайбой; б – с плунжерным устройством; в – с откидным упором; г – с рычажным устройством

Экцентрированные зажимы, которые бывают круглые, эвольвентные и спиральные (по спирали Архимеда) (рис.7.8).

Рис.7.8. Виды экцентриковых зажимов:

а – дисковый; б – цилиндрический с Г-образным прихватом; г – конический плавающий.

Клиновые зажимы – используется эффект расклинивания и применяется как промежуточное звено в сложных зажимных системах. При определенных углах клиновой механизм обладает свойством самоторможения. На рис. 7.9 изображена расчетная схема действия сил в клиновом механизме.

Рис. 7.9. Расчетная схема сил в клиновом механизме:

а- односкосном; б – двухскосном

Рычажные зажимы применяются в сочетании с другими зажимами, образуя более сложные зажимные системы. С помощью рычага можно изменить как величину, так и направление усилия зажатия, а также осуществлять одновременное и равномерное закрепление заготовки в двух местах. На рис. 7.10 показана схема действия сил в рычажных зажимах.

Рис. 7.10. Схема действия сил в рычажных зажимах.

Цанги представляют собой разрезные пружинные гильзы, разновидности которых показаны на рис.7.11.

Рис. 7. 11. Виды цанговых зажимов:

а – с натяжной трубкой; б – с распорной трубкой; в – вертикального типа

Цанги обеспечивают концентричность установки заготовки в пределах 0,02…0,05 мм. Базовую поверхность заготовки под цанговые зажимы следует обрабатывать по 2…3 классам точности. Цанги выполняют из высокоуглеродистых сталей типа У10А с последующей термообработкой до твердости HRC 58…62. Угол конуса цанги d = 30…40 0 . При меньших углах возможно заклинивание цанги.

Разжимные оправки , виды которых изображены на рис. 7.4.

Роликовый замок (рис.7.12)

Рис. 7.12. Виды роликовых замков

Комбинированные зажимы – сочетание элементарных зажимов различного типа. На рис. 7.13 представлены некоторые виды таких зажимных устройств.

Рис. 7.13. Виды комбинированных зажимных устройств.

Комбинированные зажимные устройства приводятся в действие вручную или от силовых устройств.

Направляющие элементы приспособлений

При выполнении некоторых операций механической обработки (сверления, растачивания) жесткость режущего инструмента и технологической системы в целом оказывается недостаточной. Для устранения упругих отжимов инструмента относительно заготовки применяют направляющие элементы (кондукторные втулки при расточке и сверлении, копиры при обработке фасонных поверхностей и т.д. (см. рис.7.14).

Рис.7.14. Виды кондукторных втулок:

а – постоянные; б – сменные; в – быстросменные

Направляющие втулки изготавливают из стали марки У10А или 20Х с закалкой до твердости HRC 60…65.

Направляющие элементы приспособлений - копиры – применяются при обработке фасонных поверхностей сложного профиля, задача которых направлять режущий инструмент по обрабатываемой поверхности заготовки для получения заданной точности траектории их движения.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

18. Контрольные приспособления и их назначение.

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

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

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

Основное назначение зажимных устройств состоит в обеспечении надежного контакта заготовки с установочными элементами и предупреждении ее смещения и вибраций в процессе обработки.

Зажимные устройства используются также для обеспечения правильной установки и центрирования заготовки. В этом случае зажимы выполняют функцию установочно-зажимных элементов. К ним относятся самоцентрирующие патроны, цанговые зажимы и другие устройства.

Заготовка может не закрепляться, если обрабатывается тяжелая деталь (устойчивая), по сравнению с весом которой силы резания незначительны; сила, возникающая в процессе резания, приложена так, что не нарушает установки детали.

В процессе обработки на заготовку могут действовать следующие силы:

Силы резания, которые могут быть переменными вследствие разного припуска на обработку, свойств материала, затупления режущего инструмента;

Вес заготовки (при вертикальном положении детали);

Центробежные силы, возникающие в результате смещения центра тяжести детали относительно оси вращения.

К зажимным устройствам приспособлений предъявляются следующие основные требования:

При закреплении заготовки не должно нарушаться ее положение, достигнутое установкой;

Силы зажима должны исключать возможность перемещения детали и ее вибрацию в процессе обработки;

Деформация детали под действием зажимных сил должна быть минимальной.

Смятие базирующих поверхностей должно быть минимальным, поэтому усилие зажима должно быть приложено так, чтобы деталь прижималась к установочным элементам приспособления плоской базирующей поверхностью, а не цилиндрической или фасонной.

Зажимные устройства должны быть быстродействующими, удобно расположенными, просты по конструкции и требовать минимальных усилий от рабочего.

Зажимные устройства должны быть износоустойчивыми, а наиболее изнашиваемые детали – сменными.

Силы зажима должны быть направлены на опоры, чтобы не деформировать деталь, особенно нежесткую.

Материалы: стали 30ХГСА, 40Х, 45. Рабочая поверхность должна быть обработана по 7 кв. и точнее.

Обозначение зажимов:

Обозначение устройства зажима:

П – пневматическое

Н – гидравлическое

Е – электрическое

М – магнитное

ЕМ – электромагнитное

Г – гидропластовое

В единичном производстве применяют ручные приводы: винтовые, эксцентриковые и др. В серийном производстве применяют механизированные приводы.

5. ЗАЖАТИЕ ДЕТАЛИ. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ СОСТАВЛЕНИЯ СХЕМЫ К РАСЧЕТУ УСИЛИЯ ЗАЖАТИЯ ДЕТАЛИ. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСИЛИЯ ЗАЖАТИЯ ДЕТАЛИ В ПРИСПОСОБЛЕНИИ. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ К РАСЧЕТУ УСИЛИЯ, ПОТРЕБНАЯ ВЕЛИЧИНА УСИЛИЯ ЗАЖАТИЯ.

Величину потребных сил зажима определяют решая задачу статики на равновесие твердого тела под действием всех приложенных к нему сил и моментов.

Расчет сил зажима производится в 2-х основных случаях:

1. при использовании имеющихся универсальных приспособлений с зажимными устройствами, развивающими определенную силу;

2. при конструировании новых приспособлений.

В первом случае расчет зажимной силы носи проверочный характер. Найденная из условий обработки необходимая зажимная сила должна быть меньше или равна той силе, которую развивает зажимное устройство используемого универсального приспособления. Если это условие не выдерживается, то производят изменение условий обработки в целях уменьшения необходимой зажимной силы с последующим новым проверочным расчетом.

Во втором случае методика расчета зажимных сил заключается в следующем:

1. Выбирается наиболее рациональная схема установки детали, т.е. намечается положение и тип опор, места приложения сил зажима с учетом направления сил резания в самый неблагоприятный момент обработки.

2. На выбранной схеме стрелками отмечаются все приложенные к детали силы, стремящиеся нарушить положение детали в приспособлении (силы резания, силы зажима) и силы, стремящиеся сохранить это положение (силы трения, реакции опор). При необходимости учитываются и силы инерции.

3. Выбирают уравнения равновесия статики, применимые к данному случаю и определяют искомое значение величины сил зажима Q 1 .

4. Приняв коэффициент надежности закрепления (коэффициент запаса), необходимость которого вызывается неизбежными колебаниями сил резания в процессе обработки, определяется фактически потребная сила зажима:

Коэффициент запаса К рассчитывается применительно к конкретным условиям обработки

где К 0 = 2,5 – гарантированный коэффициент запаса для всех случаев;

К 1 – коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовок; К 1 = 1,2 – для черновой поверхности; К 1 = 1 – для чистовой поверхности;

К 2 – коэффициент, учитывающий увеличение сил резания от прогрессирующего затупления инструмента (К 2 = 1,0…1,9);

К 3 – коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при прерывистом резании; (К 3 = 1,2).

К 4 – коэффициент, учитывающий постоянство силы зажима, развиваемой силовым приводом приспособления; К 4 = 1…1,6;

К 5 – данный коэффициент учитывается только при наличии крутящих моментов, стремящихся повернуть обрабатываемую деталь; К 5 = 1…1,5.

Типовые схемы к расчету усилия зажатия детали и потребная величина усилия зажатия:

1. Сила резания Р и сила зажима Q одинаково направлены и действуют на опоры:

При постоянном значении Р сила Q = 0. Этой схеме соответствует протягивание отверстий, обтачивание в центрах, цекование бобышек.

2. Сила резания Р направлена против зажимного усилия:

3. Сила резания стремится сдвинуть заготовку с установочных элементов:

Характерно для маятникового фрезерования, фрезерования замкнутых контуров.

4. Заготовка установлена в патроне и находиться под действием момента и осевой силы:

где Q c – суммарная сила зажима всеми кулачками:

где z – число кулачков в патроне.

С учетом коэффициента запаса k потребная сила, развиваемая каждым кулачком, будет:

5. Если в детали сверлится одно отверстие и направление силы зажима совпадает с направлением сверления, то сила зажима определяется по формуле:

k  M = W  f  R

W = k  M / f  R

6. Если в детали сверлится одновременно несколько отверстий и направление силы зажима совпадает с направлением сверления, то сила зажима определяется по формуле:

3.1. Выбор места приложения зажимных усилий, вида и количества зажимных элементов

При закреплении заготовки в приспособлении должны соблюдаться следующие основные правила:

· не должно нарушаться положение заготовки достигнутое при ее базировании;

· закрепление должно быть надежным, чтобы во время обработки положение заготовки сохранялось неизменным;

· возникающие при закреплении смятие поверхностей заготовки, а также ее деформация должны быть минимальными и находиться в допустимых пределах.

· для обеспечения контакта заготовки с опорным элементом и устранения возможного его сдвига при закреплении зажимное усилие следует направлять перпендикулярно к поверхности опорного элемента. В отдельных случаях зажимное усилие можно направлять так, чтобы заготовка одновременно прижималась к поверхностям двух опорных элементов;

· в целях устранения деформации заготовки при закреплении точку приложения зажимного усилия надо выбирать так, чтобы линия его действия пересекала опорную поверхность опорного элемента. Лишь при закреплении особо жестких заготовок можно допускать, чтобы линия действия зажимного усилия проходила между опорными элементами.

3.2. Определение количества точек приложения зажимных усилий

Количество точек приложения зажимных усилий определяется конкретно к каждому случаю зажима заготовки. Для уменьшения смятия поверхностей заготовки при закреплении необходимо уменьшать удельное давление в местах контакта зажимного устройства с заготовкой путем рассредоточения зажимного усилия.

Это достигается применением в зажимных устройствах контактных элементов соответствующей конструкции, которые позволяют распределить зажимное усилие поровну между двумя или тремя точками, а иногда даже рассредоточить по некоторой протяженной поверхности. Количество точек зажима во многом зависит от вида заготовки, метода обработки, направления силы резания. Для уменьшения вибрацийи деформаций заготовки под действием силы резания следует повышать жесткость системы заготовка-приспособление путем увеличения числа мест зажатия заготовки и приближения их к обрабатываемой поверхности.

3.3. Определение вида зажимных элементов

К зажимным элементам относятся винты, эксцентрики, прихваты, тисочные губки, клинья, плунжеры, прижимы, планки.

Они являются промежуточными звеньями в сложных зажимных системах.

3.3.1. Винтовые зажимы

Винтовые зажимы применяют в приспособлениях с ручным закреплением заготовки, в приспособлениях механизированного типа, а также на автоматических линиях при использовании приспособлений-спутников. Они просты, компактны и надежны в работе.

Рис. 3.1. Винтовые зажимы: а – со сферическим торцем; б – с плоским торцем; в – с башмаком.

Винты могут быть со сферическим торцем (пятой), плоским и с башмаком, предупреждающим порчу поверхности.

При расчете винтов со сферической пятой учитывается только трение в резьбе.

где: L - длина рукоятки, мм; - средний радиус резьбы, мм; - угол подъема резьбы.

где: S – шаг резьбы, мм; – приведенный угол трения.

где: Pu 150 Н.

Условие самоторможения: .

Для стандартных метрических резьб , поэтому все механизмы с метрической резьбой самотормозящие.

При расчете винтов с плоской пятой учитывается трение на торце винта.

Для кольцевой пяты:

где: D – наружный диаметр опорного торца, мм; d – внутренний диаметр опорного торца, мм; – коэффициент трения.

С плоскими торцами:

Для винта с башмаком:

Материал: сталь 35 или сталь 45 с твердостью HRC 30-35 и точностью резьба по третьему классу.

3.3.2. Клиновые зажимы

Клин применяется в следующих конструктивных вариантах:

1. Плоский односкосый клин.

2. Двускосый клин.

3. Круглый клин.

Рис. 3.2. Плоский односкосый клин.

Рис. 3.3. Двускосый клин.

Рис. 3.4. Круглый клин.

4) кривошипный клин в форме эксцентрика или плоского кулачка с рабочим профилем, очерченным по архимедовой спирали;

Рис. 3.5. Кривошипный клин: а – в форме эксцентрика; б) – в форме плоского кулачка.

5) винтовой клин в форме торцевого кулачка. Здесь односкосый клин как бы свернут в цилиндр: основание клина образует опору, а его наклонная плоскость - винтовой профиль кулачка;

6) в самоцентрирующих клиновых механизмах (патроны, оправки) не пользуются системы из трех и более клиньев.

3.3.2.1. Условие самоторможение клина

Рис. 3.6. Условие самоторможение клина.

где: - угол трения.

где: – коэффициент трения;

Для клина с трением только по наклонной поверхности условие самоторможение:

с трением на двух поверхностях:

Имеем: ; или: ; .

Тогда: условие самоторможение для клина с трением на двух поверхностях:

для клина с трением только на наклонной поверхности:

С трением на двух поверхностях:

С трением только на наклонной поверхности:

3.3.3.Эксцентриковые зажимы

Рис. 3.7. Схемы для расчета эксцентриков.

Такие зажимы являются быстродействующими, но развивают меньшую силу, чем винтовые. Обладают свойством самоторможения. Основной недостаток: не могут надежно работать при значительных колебаниях размеров между установочной и зажимаемой поверхностью обрабатываемых деталей.

где: (- среднее значение радиуса, проведенного из центра вращения эксцентрика в точку А зажима, мм; (- средний угол подъема эксцентрика в точке зажима; (, (1 – углы трения скольжения в точке А зажима и на оси эксцентрика.

Для расчетов принимают:

При l 2D расчет можно производить по формуле:

Условие самоторможения эксцентрика:

Обычно принимают .

Материал: сталь 20Х с цементацией на глубину 0,8 1,2 мм и закалкой до HRC 50…60.

3.3.4. Цанги

Цанги представляют собой пружинящие гильзы. Их применяют для установки заготовок по наружным и внутренним цилиндрическим поверхностям.

где: Pз – сила закрепления заготовки; Q – сила сжатия лепестков цанги; - угол трения между цангой и втулкой.

Рис. 3.8. Цанга.

3.3.5. Устройства для зажима деталей типа тел вращения

Кроме цанги для зажима деталей имеющих цилиндрическую поверхность, применяют разжимные оправки, зажимные втулки с гидропластом, оправки и патроны с тарельчатыми пружинами, мембранные патроны и другие.

Консольные и центровые оправки применяют для установки с центральным базовым отверстием втулок, колец, шестерен, обрабатываемых на многорезцовых шлифовальных и других станках.

При обработке партии таких деталей требуется получить высокую концентричность наружных и внутренних поверхностей и заданную перпендикулярность торцов к оси детали.

В зависимости от способа установки и центрирования обрабатываемых деталей консольные и центровые оправки можно подразделить на следующие.виды: 1) жесткие (гладкие) для установки деталей с зазором или натягом; 2) разжимные цанговые; 3) клиновые (плунжерные, шариковые); 4) с тарельчатыми пружинами; 5) самозажимные (кулачковые, роликовые); 6) с центрирующей упругой втулкой.

Рис. 3.9. Конструкции оправок: а - гладкая оправка; б - оправка с разрезной втулкой.

На рис. 3.9, а показана гладкая оправка 2, на цилиндрической части которой установлена обрабатываемая деталь 3. Тяга 6, закрепленная на штоке пневмоцилиндра, при перемещении поршня со штоком влево головкой 5нажимает на быстросменную шайбу 4и зажимает деталь 3на гладкой оправке 2. Оправка конической частью 1 вставляется в конус шпинделя станка. При зажиме обрабатываемой детали на оправке осевая сила Q на штоке механизированного привода вызывает между торцами шайбы 4, уступом оправки и обрабатываемой деталью 3момент от силы трения, больший, чем момент М рез от силы резания Р z . Зависимость между моментами:

откуда сила на штоке механизированного привода:

По уточненной формуле:

Где: - коэффициент запаса; Р z - вертикальная составляющая сила резания, Н (кгс); D - наружный диаметр поверхности обрабатываемой детали, мм; D 1 - наружный диаметр быстросменной шайбы, мм; d - диаметр цилиндрической установочной части оправки, мм; f= 0,1 - 0,15 - коэффициент трения сцепления.

На рис. 3.9, б показана оправка 2с разрезной втулкой 6, на которой устанавливают и зажимают обрабатываемую деталь 3. Конической частью 1оправку 2 вставляют в конус шпинделя станка. Зажим и разжим детали на оправке производят механизированным приводом. При подаче сжатого воздуха в правую полость пневмоцилиндра поршень, шток и тяга 7 движутся влево и головка 5 тяги с шайбой 4 перемещает разрезную втулку 6 по конусу оправки, пока она не зажмет деталь на оправке. Во время подачи сжатого воздуха в левую полость пневмоцилиндра поршень, шток; и тяга перемещаются вправо, головка 5 с шайбой 4отходят от втулки 6 и деталь разжимается.

Рис.3.10. Консольная оправка с тарельчатыми пружинами (а) и тарельчатая пружина (б) .

Крутящий момент от вертикальной силы резания Р z должен быть меньше момента от сил трения на цилиндрической поверхности разрезной втулки 6 оправки. Осевая сила на штоке механизированного привода (см. рис. 3.9, б ).

где: - половина угла конуса оправки, град; - угол трения на поверхности контакта оправки с разрезной втулкой, град; f=0,15-0,2 - коэффициент трения.

Оправки и патроны с тарельчатыми пружинами применяют для центрирования и зажима по внутренней или наружной цилиндрической поверхности обрабатываемых деталей. На рис. 3.10, а, б соответственно показаны консольная оправка с тарельчатыми пружинами и тарельчатая пружина. Оправка состоит из корпуса 7, упорного кольца 2,пакета тарельчатых пружин 6, нажимной втулки 3 и тяги 1, соединенной со штоком пневмоцилиндра. Оправку применяют для установки и закрепления детали 5 по внутренней цилиндрической поверхности. При перемещении поршня со штоком и тягой 1 влево последняя головкой 4 и втулкой 3 нажимает на тарельчатые пружины 6.Пружины выпрямляются, их наружный диаметр увеличивается, а внутренний уменьшается, обрабатываемая деталь 5 центрируется и зажимается.

Размер установочных поверхностей пружин при сжатии может изменяться в зависимости от их размера на 0,1 - 0,4 мм. Следовательно, базовая цилиндрическая поверхность обрабатываемой детали должна иметь точность 2 - 3-го классов.

Тарельчатую пружину с прорезями (рис. 3.10, б ) можно рассматривать как совокупность двухзвенных рычажно-шарнирных механизмов двустороннего действия, разжимаемых осевой силой. Определив крутящий момент М рез от силы резания Р z и выбирая коэффициент запаса К , коэффициент трения f и радиус R установочной поверхности тарельчатой поверхности пружины, получим равенство:

Из равенства определим суммарную радиальную силу зажима, действующую на установочной поверхности обрабатываемой детали:

Осевая сила на штоке механизированного привода для тарельчатых пружин:

с радиальными прорезями

без радиальных прорезей

где: - угол наклона тарельчатой пружины при зажиме детали, град; К=1,5 - 2,2 - коэффициент запаса; М рез - крутящий момент от силы резания Р z ,Н-м (кгс-см); f=0,1- 0,12 - коэффициент трения между установочной поверхностью тарельчатых пружин и базовой поверхностью обрабатываемой детали; R - радиус установочной поверхности тарельчатой пружины, мм; Р z - вертикальная составляющая сила резания, Н (кгс); R 1 - радиус обработанной поверхности детали, мм.

Патроны и оправки с самоцентрирующими тонкостенными втулками, наполненными гидропластмассой, применяют для установки по наружной или внутренней поверхности деталей, обрабатываемых на токарных и других станках.

На приспособлениях с тонкостенной втулкой обрабатываемые детали наружной или внутренней поверхностью устанавливают на цилиндрическую поверхность втулки. При разжиме втулки гидропластмассой детали центрируются и зажимаются.

Форма и размеры тонкостенной втулки должны обеспечивать достаточную ее деформацию для надежного зажима детали на втулке при обработке детали на станке.

При конструировании патронов и оправок с тонкостенными втулками с гидропластмассой рассчитывают:

1. основные размеры тонкостенных втулок;

2. размеры нажимных винтов и плунжеров у приспособлений с ручным зажимом;

3. размеры плунжеров, диаметр цилиндра и ход поршня для приспособлений с механизированным приводом.

Рис. 3.11. Тонкостенная втулка.

Исходными данными для расчета тонкостенных втулок являются диаметр D д отверстия или диаметр шейки обрабатываемой детали и длина l д отверстия или шейки обрабатываемой детали.

Для расчета тонкостенной самоцентрирующей втулки (рис. 3.11) примем следующие обозначения: D - диаметр установочной поверхности центрирующей втулки 2, мм; h - толщина тонкостенной части втулки, мм; Т - длина опорных поясков втулки, мм; t - толщина опорных поясков втулки, мм; - наибольшая диаметральная упругая деформация втулки (увеличение или уменьшение диаметра в ее средней части) мм; S max - максимальный зазор между установочной поверхностью втулки и базовой поверхностью обрабатываемой детали 1 в свободном состоянии, мм; l к - длина контактного участка упругой втулки с установочной поверхностью обрабатываемой детали после разжима втулки, мм; L -длина тонкостенной части втулки, мм; l д - длина обрабатываемой детали, мм; D д - диаметр базовой поверхности обрабатываемой детали, мм; d - диаметр отверстия опорных поясков втулки, мм; р - давление гидропластмассы, требуемое для деформации тонкостенной втулки, МПа (кгс/см 2); r 1 - радиус закругления втулки, мм; M рез =P z r - допустимый крутящий момент, возникающий от силы резания, Н-м (кгс-см); P z - сила резания, Н (кгс); r -плечо момента силы резания.

На рис. 3.12 показана консольная оправка с тонкостенной втулкой и гидропластмассой. Обрабатываемую деталь 4базовым отверстием устанавливают на наружную поверхность тонкостенной втулки 5. При подаче сжатого воздуха в штоковую полость пневмоцилиндра поршень со штоком перемещается в пневмоцилиндре влево и шток через тягу 6и рычаг 1передвигает плунжер 2,который нажимает на гидропластмассу 3. Гидропластмасса равномерно давит на внутреннюю поверхность втулки 5,втулка разжимается; наружный диаметр втулки увеличивается, и она центрирует и закрепляет обрабатываемую деталь 4.

Рис. 3.12. Консольная оправка с гидропластмассой.

Мембранные патроны применяют для точного центрирования и зажима деталей, обрабатываемых на токарных и шлифовальных станках. В мембранных патронах обрабатываемые детали устанавливают по наружной или внутренней поверхности. Базовые поверхности деталей должны быть обработаны по 2-За-му классам точности. Мембранные патроны обеспечивают точность центрирования деталей 0,004-0,007 мм.

Мембраны - это тонкие металлические диски с рожками или без рожков (кольцевые мембраны). В зависимости от воздействия на мембрану штока механизированного привода - тянущего или толкающего действия - мембранные патроны подразделяются на разжимные и зажимные.

В разжимном мембранном рожковом патроне при установке кольцевой детали мембрана с рожками, штоком привода прогибается влево к шпинделю станка. При этом рожки мембраны с зажимающими винтами, установленными на концах рожков, сходятся к оси патрона, и обрабатываемое кольцо устанавливается центральным отверстием в патроне.

При прекращении нажима на мембрану под действием упругих сил она выпрямляется, ее рожки с винтами расходятся от оси патрона и зажимают обрабатываемое кольцо по внутренней поверхности. В зажимном мембранном рожковом патроне при установке кольцевой детали по наружной поверхности мембрана штоком привода прогибается вправо от шпинделя станка. При этом рожки мембраны расходятся от оси патрона и обрабатываемая деталь разжимается. Затем устанавливается следующее кольцо, нажим на мембрану прекращается, она выпрямляется и рожками с винтами зажимает обрабатываемое кольцо. Зажимные мембранные рожковые патроны с механизированным приводом изготовляются по МН 5523-64 и МН 5524-64 и с ручным приводом по МН 5523-64.

Мембранные патроны бывают рожковые и чашечные (кольцевые), их изготовляют из стали 65Г, ЗОХГС с закалкой до твердости HRC 40-50. Основные размеры рожковых и чашечных мембран нормализованы.

На рис. 3.13, а, б показана конструктивная схема мембранно-рожкового патрона 1. На заднем" конце шпинделя станка установлен пневмопривод патрона. При подаче сжатого воздуха в левую полость пневмоцилиндра поршень со штоком и тягой 2 перемещается вправо. При этом тяга 2, нажимая на рожковую мембрану 3,прогибает ее, кулачки (рожки) 4 расходятся, и деталь 5 разжимается (рис. 3.13, б ). Во время подачи сжатого воздуха в правую полость пневмоцилиндра его поршень со штоком и тягой 2перемещается влево и отходит от мембраны 3. Мембрана под действием внутренних упругих сил выпрямляется, кулачки 4мембраны сходятся и зажимают по цилиндрической поверхности деталь 5 (рис. 3.13, а).

Рис. 3.13. Схема мембранно-рожкового патрона

Основные данные для расчета патрона (рис. 3.13, а) с рожко-, вой мембраной: момент резания М рез , стремящийся повернуть обрабатываемую деталь 5 в кулачках 4патрона; диаметр d = 2b базовой наружной поверхности обрабатываемой детали; расстояние l от середины мембраны 3до середины кулачков 4.На рис. 3.13, в дана расчетная схема нагруженной мембраны. Круглая, жестко закрепленная по наружной поверхности мембрана нагружена равномерно распределенным изгибающим моментом М И , приложенным по концентрической окружности мембраны радиуса b базовой поверхности обрабатываемой детали. Данная схема является результатом наложения двух схем, показанных на рис. 3.13, г, д, причем М И =М 1 +М 3 . М рез

Силы P з вызывают момент, изгибающий мембрану (см. рис. 3.13, в).

2. При большом количестве кулачков патрона момент М п можно считать равномерно действующим по окружности мембраны радиуса b и вызывающим ее изгиб:

3. Радиусом а наружной поверхности мембраны (из конструктивных соображений) задаются.

4. Отношение т радиуса а мембраны к радиусу b установочной поверхности детали: а/b = т.

5. Моменты М 1 и М 3 в долях от М и (М и = 1) находят в зависимости от m= a/b по следующим данным (табл. 3.1):

Таблица 3.1

m=a/b	1,25	1,5	1,75	2,0	2,25	2,5	2,75	3,0
M 1	0,785	0,645	0,56	0,51	0,48	0,455	0,44	0,42
M 3	0,215	0,355	0,44	0,49	0,52	0,545	0,56	0,58

6. Угол (рад) разжима кулачков при закреплении детали с наименьшим предельным размером:

7. Цилиндрическая жесткость мембраны [Н/м (кгс/см)]:

где: МПа - модуль упругости ( кгс/см 2); =0,3.

8. Угол наибольшего разжима кулачков (рад):

9. Сила на штоке механизированного привода патрона, необходимая для прогиба мембраны и разведения кулачков при разжиме детали, на максимальный угол :

При выборе точки приложения и направления зажимного усилия необходимо соблюдать следующее: для обеспечения контакта заготовки с опорным элементом и устранения возможного ее сдвига при закреплении зажимное усилие следует направлять перпендикулярно к поверхности опорного элемента; в целях устранения деформации заготовки при закреплении точку приложения зажимного усилия надо выбирать так, чтобы линия его действия пересекала опорную поверхность установочного элемента.

Количество точек приложения зажимных усилий определяют конкретно к каждому случаю зажима заготовки в зависимости от вида заготовки, метода обработки, направления силы резания. Для уменьшения вибрации и деформации заготовки под действием сил резания следует повышать жесткость системы заготовка – приспособление путем увеличения числа точек зажима заготовки за счет введения вспомогательных опор.

К зажимным элементам относятся винты, эксцентрики, прихваты, тисочные губки, клинья, плунжеры, планки. Они являются промежуточными звеньями в сложных зажимных системах. Форма рабочей поверхности зажимных элементов, контактирующих с заготовкой, в основном такая же, как и установочных элементов. Графически зажимные элементы обозначаются согласно табл. 3.2.

Таблица 3.2 Графическое обозначение зажимных элементов

Основное назначение зажимных устройств приспособлений - обеспечение надежного контакта (неотрывности) заготовки или собираемой детали с установочными элементами, предупрежде­ние ее смещения в процессе обработки или сборки.

Рычажные зажимы. Рычажные зажимы (рисунок 2.16) применяют в сочетании с другими элементарными зажимами, образуя более сложные зажимные системы. Они позволяют изменять величину и направление передаваемой силы.

Клиновой механизм. Клин очень широко используют в зажимных механизмах приспособлений, этим обеспечивается простота и компактность конструкции, надежность в работе. Клин может быть как простым зажимным элементом, действующим непосредственно на заготовку, так и входить в сочетание с любым другим простым при создании комбинированных механизмов. Применение в зажимном механизме клина обеспечивает: увеличение исходной силы привода, перемену направления исходной силы, самоторможение механизма (способность сохранять силу зажима при прекращении действия силы , создаваемой приводом). Если клиновой механизм применяют для перемены направления силы зажима, то угол клина обычно равен 45°, а если для увеличения силы зажима или повышения надежности, то угол клина принимают равным 6…15° (углы самоторможения).

o механизмы с плоским односкосным клином (

o многоклиновые (многоплунжерные) механизмы;

o эксцентрики (механизмы с криволинейным клином);

o торцовые кулачки (механизмы с цилиндрическим клином).

11. Действие сил резания, зажимов и их моментов на обрабатываемую деталь

В процессе обработки режущий инструмент совершает определенные движения относительно заготовки. Поэтому требуемое расположение поверхностей детали можно обеспечить только в следующих случаях:

1) если заготовка занимает определенное положение в рабочей зоне станка;

2) если положение заготовки в рабочей зоне определено до начала обработки, на основе этого можно корректировать движения формообразования.

Точное положение заготовки в рабочей зоне станка достигается в процессе установки ее в приспособлении. Процесс установки включает в себя базирование (т.е. придание заготовке требуемого положения относительно выбранной системы координат) и закрепление (т.е. приложение сил и пар сил к заготовке для обеспечения постоянства и неизменности ее положения, достигнутого при базировании).

Фактическое положение заготовки, установленной в рабочей зоне станка, отличается от требуемого, что обусловливается отклонением положения заготовки (в направлении выдерживаемого размера) в процессе установки. Это отклонение называют погрешностью установки, которая состоит из погрешности базирования и погрешности закрепления.

Поверхности, принадлежащие заготовке и используемые при ее базировании, называют технологическими базами, а используемые для ее измерений - измерительными базами.

Для установки заготовки в приспособлении обычно используют несколько баз. Упрощенно считают, что заготовка соприкасается с приспособлением в точках, называемых опорными. Схему расположения опорных точек называют схемой базирования. Каждая опорная точка определяет связь заготовки с выбранной системой координат, в которой осуществляется обработка заготовки.

1. При высоких требованиях к точности обработки в качестве технологической базы следует использовать точно обработанную поверхность заготовки и принять такую схему базирования, которая обеспечивает наименьшую погрешность установки.

2. Одним из самых простых способов повышения точности базирования является соблюдение принципа совмещения баз.

3. Для повышения точности обработки следует соблюдать принцип постоянства баз. Если это невозможно по каким-либо причинам, то необходимо, чтобы новые базы были обработаны точнее предшествующих.

4. В качестве баз следует использовать простые по форме поверхности (плоские, цилиндрические и конические), из которых при необходимости можно создать комплект баз. В тех случаях, когда поверхности заготовки не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к базам (т.е. по своим размерам, форме и расположению не могут обеспечить заданную точность, устойчивость и удобство обработки), на заготовке создают искусств венные базы (центровые отверстия, технологические отверстия, платики, выточки и др.).

Основные требования к закреплению заготовок в приспособлениях следующие.

1. Закрепление должно обеспечить надежный контакт заготовки с опорами приспособлений и гарантировать неизменность положения заготовки относительно технологической оснастки в процессе обработки или при отключении энергии.

2. Закрепление заготовки необходимо применять только в тех случаях, когда сила обработки или другие силы могут сместить заготовку (например, при протягивании шпоночного паза заготовку не закрепляют).

3. Силы закрепления не должны вызывать больших деформаций и смятия базы.

4. Закрепление и освобождение заготовки должны выполняться с минимальной затратой времени и усилий со стороны рабочего. Наименьшую погрешность закрепления обеспечивают зажимные устройства, создающие

постоянную силу закрепления (например, приспособления с пневматическим или гидравлическим приводом).

5. Для уменьшения погрешности закрепления следует использовать базовые поверхности с низкой шероховатостью; применять приспособления с приводом; устанавливать заготовки на опоры с плоской головкой или на точно обработанные опорные пластины.

Билет 13

Зажимные механизмы приспособлений Зажимными называют механизмы, устраняющие возможность вибрации или смещения заготовки относительно установочных элементов под действием собственного веса и сил, возникающих в процессе обработки (сборки). Основное назначение зажимных устройств – обеспечение надежного контакта заготовки с установочными элементами, предупреждение ее смещения и вибраций в процессе обработки, а также для обеспечения правильной установки и центрирования заготовки.

Расчет сил зажима

Расчет сил зажима может быть сведен к решению задачи статики на равновесие твердого тела (заготовки) под действием системы внешних сил.

К заготовке с одной стороны приложены сила тяжести и силы, возникающие в процессе обработки, с другой – искомые зажимные силы – реакции опор. Под действием этих сил заготовка должна сохранить равновесие.

Пример 1. Сила закрепления прижимает заготовку к опорам приспособления, а сила резания , возникающая при обработке деталей, (рисунок 2.12,а) стремится сдвинуть заготовку вдоль опорной плоскости.

На заготовку действуют силы: на верхней плоскости сила зажима и сила трения , препятствующая сдвигу заготовки; по нижней плоскости силы реакции опор (на рисунке не показаны) равные силе зажима и сила трения между заготовкой и опорами . Тогда уравнение равновесия заготовки будет

,

где – коэффициент запаса;

– коэффициент трения между заготовкой и зажимным механизмом;

– коэффициент трения между заготовкой и опорами приспособления.

Откуда

Рисунок 2.12 – Схемы для расчета сил зажима

Пример 2. Сила резания направлена под углом к силе закрепления (рисунок 2.12,б).

Тогда уравнение равновесия заготовки будет

Из рисунок 2.12,б найдем составляющие усилия резания

Подставляя, получим

Пример 3. Заготовка обрабатывается на токарном станке и закрепляется в трехкулачковом патроне. Силы резания создают крутящий момент , стремящиеся провернуть заготовку в кулачках. Силы трения, возникающие в точках контакта кулачков с заготовкой, создают момент трения , препятствующий повороту заготовки. Тогда условие равновесия заготовки будет

.

Момент резания определится по величине вертикальной составляющей силы резания

.

Момент трения

.

Элементарные зажимные механизмы

К элементарным зажимным устройствам относятся простейшие механизмы, используемые для закрепления заготовок или выполняющие роль промежуточных звеньев в сложных зажимных системах:

винтовые;

клиновые;

эксцентриковые;

рычажные;

центрирующие;

реечно-рычажные.

Винтовые зажимы. Винтовые механизмы (рисунок 2.13) широко используются в приспособлениях с ручным закреплением заготовок, с механизированным приводом, а также на автоматических линиях при использовании приспособлений-спутников. Достоинством их является простота конструкции, невысокая стоимость и высокая надежность в работе.

Винтовые механизмы используют как для непосредственного зажима, так и в сочетании с другими механизмами. Силу на рукоятке, необходимую для создания силы зажима , можно рассчитать по формуле:

,

где – средний радиус резьбы, мм;

– вылет ключа, мм;

– угол подъема резьбы;

Угол трения в резьбовой паре.

Клиновой механизм. Клин очень широко используют в зажимных механизмах приспособлений, этим обеспечивается простота и компактность конструкции, надежность в работе. Клин может быть как простым зажимным элементом, действующим непосредственно на заготовку, так и входить в сочетание с любым другим простым при создании комбинированных механизмов. Применение в зажимном механизме клина обеспечивает: увеличение исходной силы привода, перемену направления исходной силы, самоторможение механизма (способность сохранять силу зажима при прекращении действия силы , создаваемой приводом). Если клиновой механизм применяют для перемены направления силы зажима, то угол клина обычно равен 45°, а если для увеличения силы зажима или повышения надежности, то угол клина принимают равным 6…15° (углы самоторможения).

Клин применяют в следующих конструктивных вариантах зажимов:

механизмы с плоским односкосным клином (рисунок 2.14,б);

многоклиновые (многоплунжерные) механизмы;

эксцентрики (механизмы с криволинейным клином);

торцовые кулачки (механизмы с цилиндрическим клином).

На рисунок 2.14,а приведена схема двууглового клина.

При зажиме заготовки клин под действием силы движется влево, При движении клина на его плоскостях возникают нормальные силы и силы трения и (рисунок 2.14,б).

Существенным недостатком рассмотренного механизма является низкий коэффициент полезного действия (КПД) из-за потерь на трение.

Пример использования клина в приспособлении показан на
рисунке 2.14,г.

Для повышения КПД клинового механизма трение скольжения на поверхностях клина заменяют трением качения, применяя опорные ролики (рис 2.14, в).

Многоклиновые механизмы бывают с одним, двумя или большим числом плунжеров. Одно- и двуплунжерные применяют как зажимные; многоплунжерные используют как самоцентрирующие механизмы.

Эксцентриковые зажимы. Эксцентрик представляет собой соединение в одной детали двух элементов – круглого диска (рисунок 2.15,д) и плоского односкосого клина. При повороте эксцентрика вокруг оси вращения диска, клин входит в зазор между диском и заготовкой и развивает силу зажима .

Рабочая поверхность эксцентриков может быть окружностью (круговые) или спиралью (криволинейные)..

Эксцентриковые зажимы являются самими быстродействующими из всех ручных зажимных механизмов. По быстродействию они сравнимы с пневмозажимами.

Недостатками, эксцентриковых зажимов являются:

малая величина рабочего хода;

ограниченная величиной эксцентриситета;

повышенная утомляемость рабочего, так как при откреплении заготовки рабочему необходимо прикладывать силу, обусловленную свойством самоторможения эксцентрика;

ненадежность зажима при работе инструмента с ударами или_вибрациями, так как это может привести к самооткреплению заготовки.

Несмотря на эти недостатки эксцентриковые зажимы широко используют в приспособлениях (рисунок 2.15,б), особенно в мелкосерийном и среднесерийном производствах.

Для достижения необходимой силы закрепления определим наибольший момент на рукоятке эксцентрика

где – сила на рукоятке,

– длина рукоятки;

– угол поворота эксцентрика;

– углы трения.

Рычажные зажимы. Рычажные зажимы (рисунок 2.16) применяют в сочетании с другими элементарными зажимами, образуя более сложные зажимные системы. Они позволяют изменять величину и направление передаваемой силы.

Конструктивных разновидностей рычажных зажимов много, однако, все они сводятся к трем силовым схемам, показанным на рисунке 2.16, где приведены также формулы расчета необходимой величины усилия для создания силы зажима заготовки для идеальных механизмов (без учета сил трения). Это усилие определяется из условия равенства нулю моментов всех сил относительно точки вращения рычага. На рисунке 2.17 показаны конструктивные схемы рычажных зажимов.

При выполнении ряда операций механической обработки жёсткость режущего инструмента и всей технологической системы в целом оказывается недостаточной. Для устранения отжатий и деформаций инструмента используются различные направляющие элементы. Основные требования к таким элементам: точность, износостойкость, сменность. Такие приспособления называются кондукторами или кондукторными втулками и используются при сверлильных и расточных работах.

Конструкции и размеры кондукторных втулок для сверления стандартизованы (рис. 11.10). Втулки бывают постоянными (рис. 11.10 а) и сменными

Рис. 11.10. Конструкции кондукторных втулок: а) постоянные;

б) сменные; в) скороссменные с замком

(рис. 11.10 б). Постоянные втулки используют в единичном производстве при обработке одним инструментом. Сменные втулки используют в серийном и массовом производстве. Быстросменные втулки с замком (рис. 11.10 в) используют при обработке отверстий несколькими последовательно сменяемыми инструментами.

При диаметре отверстия до 25 мм втулки изготавливают из стали У10А, с закалкой до 60…65. При диаметре отверстия более 25 мм втулки изготавливают из стали 20 (20Х), с последующей цементацией и закалкой на ту же твёрдость.

Если инструменты направляются во втулке не рабочей частью, а цилиндрическими центрирующими участками, то используются специальные втулки (рис. 11.11). На рис. 11.11 а показана втулка для сверления отверстий на накло-

15. Настроечные элементы приспособлений.

-Настроечные элементы (высотные и угловые установы) применяют для контроля положения инструмента при настройке станка.)

- Настроечные элементы , обеспечивающие правильное положение режущего инструмента при наладке (настройке) станка для получения заданных размеров. Такими элементами являются высотные и угловые установы фрезерных приспособлений , применяемые для контроля положения фрезы при наладке и подналадке станка.Их применение облегчает и ускоряет наладку станка при обработке заготовок методом автоматического получения заданных размеров

Настроечные элементы выполняют следующие функции : 1) Предотвращают увод инструмента во время работы. 2) Придают инструменту точное положение относительно приспособления, к ним относятся установы (габариты), копиры. 3) Выполняют обе функции изложенные выше, к ним относятся кондукторные втулки, направляющие втулки. Кондукторные втулки прим.при об-ке отверстий свёрлами, зенкерами, развёртками. Кондукторные втулки бывают: постоянные, быстросменные и сменные. Постяные с буртиком и без прим-ся когда отверстие обраб.одним инструментом. Они запрессовываются в части корпуса- кондукторной плиты Н7/n6. Сменые втулки применяются при обработке одним инструментом но с учётом замены вследствии износа. Быстросменые прим.когда отверстие на операции обрабатывается последовательно несколькими инструментами. Отличаются от сменных сквозным пазом в буртике. Применяются и спец.кондукторные втулки, имеющие конструкцию соответствующую особенностям заготовки и операции. Удлиненная втулка Втулка с наклонным торцем Втулки направляющие выполняющие только функцию предотвращения увода инструмента выполняются постоянными. Напр на револверных станках она устанавливается в отверстие шпинделя и вращается с ним. Отверстие в направляющие втулки выполняется по Н7. Копиры-используются для точного расположения инструмента относительно приспособления при обработке криволинейных поверхностей. Копиры бывают накладные и встроенные. Накладные накладываются на заготовку и закрепляются вместе с ней. Направляющая часть инструм.имеет непрерывный контакт с Копиром, а режущая часть выполняет требуемый профиль. Встроеные копиры устанавливаются на корпус приспособления. По копиру направляется копирный палец, который через специально встроенное устройство в станок передает шпинделю с инструментом соотв.движение для обработки криволинейного профиля. Установы бывают стандартные и специальные, высотные и угловые. Высотные установы ориентируют инструмент в одном направлении, угловые по 2 направлениям. Координация инструмента по установам производится производится с помощью стандартных щупов плоских толщиной 1,3,5 мм или цилиндрических диаметром3 или 5мм. Располагаются установы на корпусе приспособления в стороне от заготовки с учётом врезания инструмента и закрепляются винтами и фиксируются штифтами. Об используемом щупе для настройки инструмента по установу на сборочном чертеже приспособления указывается в тех.требованиях, допускается и графически.

Для установки (наладки) положения стола станка вместе с приспособлением относительно режущего инструмента применяются специальные шаблоны-установы, выполненные в виде различных по форме пластин, призм и угольников. Установы закрепляются на корпусе приспособления; их эталонные поверхности должны быть расположены ниже обрабатываемых поверхностей заготовки, чтобы не мешать проходу режущего инструмента. Чаще всего установы применяют при обработке на фрезерных станках, настроенных на автоматическое получение размеров заданной точности.

Различают высотные и угловые установы. Первые служат для правильного расположения детали относительно фрезы по высоте, вторые – и по высоте и в боковом направлении. Изготовляются из стали 20Х, с цементацией на глубину 0,8 – 1,2 мм с последующей закалкой до твердости HRC 55…60 ед.

Настроечные элементы для режущего инструмента (пример)

Комплексное проведение производственных исследований точности работы действующих автоматических линий, экспериментальных исследований и теоретического анализа должно дать ответы на следующие основные вопросы проектирования технологических процессовпроизводства корпусных деталей на автоматических линиях а) обоснование для выбора технологических методов и числа последовательно выполняемых переходов для обработки наиболее ответственныхповерхностей деталей с учетом заданных требований точности б) установление оптимальной степени концентрации переходов в одной позиции, исходя из условий нагружения и требуемой точности обработки в)выбор методов и схем установки при проектировании установочных элементов приспособлений автоматических линий для обеспечения точности обработки г) рекомендации по применению и проектированию узлов автоматических линий, обеспечивающих направление и фиксациюрежущих инструментов в связи с требованиями точности обработки д)выбор методов настройки станков на требуемые размеры и выбор контрольных средств для надежного поддержания настроечного размера е) обоснование требований к точности станков и к точности сборки автоматической линии по параметрам, оказывающим непосредственное влияние на точность обработки ж) обоснование требований к точности черных заготовок в связи с точностью их установки и уточнением в ходе обработки, а также установление нормативных величин для расчета припусков на обработку з) выявление и формирование методических положений для точностных расчетов при проектировании автоматических линий.

16. Пневматические приводы. Назначение и требования, предъявляемые к ним.

Пневматический привод (пневмопривод) - совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение частей машин и механизмов посредством энергии сжатого воздуха.

Пневмопривод, подобно гидроприводу, представляет собой своего рода «пневматическую вставку» междуприводным двигателем и нагрузкой (машиной или механизмом) и выполняет те же функции, что и механическая передача (редуктор, ремённая передача, кривошипно-шатунный механизм и т. д.). Основное назначение пневмопривода , как и механической передачи, - преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.). Обязательными элементами пневмопривода являются компрессор (генератор пневматической энергии) и пневмодвигатель

В зависимости от характера движения выходного звена пневмодвигателя (вала пневмомотора или штокапневмоцилиндра), и соответственно, характера движения рабочего органа пневмопривод может быть вращательным или поступательным. Пневмоприводы с поступательным движением получили наибольшее распространение в технике.

Принцип действия пневматических машин

В общих чертах, передача энергии в пневмоприводе происходит следующим образом:

1. Приводной двигатель передаёт вращающий момент на вал компрессора, который сообщает энергию рабочему газу.

2. Рабочий газ после специальной подготовки по пневмолиниям через регулирующую аппаратуру поступает в пневмодвигатель, где пневматическая энергия преобразуется в механическую.

3. После этого рабочий газ выбрасывается в окружающую среду, в отличие от гидропривода, в котором рабочая жидкость по гидролиниямвозвращается либо в гидробак, либо непосредственно к насосу.

Многие пневматические машины имеют свои конструктивные аналоги среди объёмных гидравлических машин. В частности, широко применяются аксиально-поршневые пневмомоторы и компрессоры, шестерённые и пластинчатые пневмомоторы, пневмоцилиндры…

Типовая схема пневмопривода

Типовая схема пневмопривода: 1 - воздухозаборник; 2 - фильтр; 3 - компрессор; 4 - теплообменник (холодильник); 5 -влагоотделитель; 6 - воздухосборник (ресивер); 7 -предохранительный клапан; 8- Дроссель; 9 - маслораспылитель; 10 - редукционный клапан; 11 - дроссель; 12 - распределитель; 13 пневмомотор; М - манометр.

Воздух в пневмосистему поступает через воздухозаборник.

Фильтр осуществляет очистку воздуха в целях предупреждения повреждения элементов привода и уменьшения их износа.

Компрессор осуществляет сжатие воздуха.

Поскольку, согласно закону Шарля, сжатый в компрессоре воздух имеет высокую температуру, то перед подачей воздуха потребителям (как правило, пневмодвигателям) воздух охлаждают в теплообменнике (в холодильнике).

Чтобы предотвратить обледенение пневмодвигателей вследствие расширения в них воздуха, а также для уменьшения корозии деталей, в пневмосистеме устанавливаютвлагоотделитель.

Ресивер служит для создания запаса сжатого воздуха, а также для сглаживания пульсаций давления в пневмосистеме. Эти пульсации обусловлены принципом работы объёмных компрессоров (например, поршневых), подающих воздух в систему порциями.

В маслораспылителе в сжатый воздух добавляется смазка, благодаря чему уменьшается трение между подвижными деталями пневмопривода и предотвращает их заклинивание.

В пневмоприводе обязательно устанавливается редукционный клапан, обеспечивающий подачу к пневмодвигателям сжатого воздуха при постоянном давлении.

Распределитель управляет движением выходных звеньев пневмодвигателя.

В пневмодвигателе (пневмомоторе или пневмоцилиндре) энергия сжатого воздуха преобразуется в механическую энергию.

Пневмаприводами оснащаются:

1. стационарные приспособления, закрепляемые на столах фрезерных, сверлильных и других станков;

2. вращающиеся приспособления - патроны, оправки и т.д.

3) приспособления, устанавливаемые на вращающихся и делительных столах при непрерывной и позиционной обработке.

В качестве рабочего органа применяются пневматические камеры одностороннего и двухстороннего действия.

При двухстороннем действии поршень перемещается в обе стороны сжатым воздухом.

При одностороннем действии поршень во время закрепления заготовки перемещается сжатым воздухом, а при раскреплении пружиной.

Для увеличения силы закрепления применяются двух и трёхпоршневые цилиндры или двух и трёхкамерные пнемакамеры. При этом усилие зажатия увеличивается в 2.. .3 раза

Увеличения силы закрепления можно добиться встраиванием в пнемапривод рычагов усилителей.

Необходимо отметить некоторые преимущества пневматических приводов приспособлений.

По сравнению с гидроприводом он отличается чистотой, не нужно иметь гидростанции для каждого приспособления, если станок на котором установлено приспособление не снабжён гидростанцией.

Пневмапривод характерен быстротой действия, он превосходит не только ручные, но многие механизированные приводы. Если например, скорость течения масла, находящегося под давлением в трубопроводе гидравлического устройства, составляет 2,5....4,5 м/сек, максимально возможная - 9м/сек, то воздух, находясь по давлением 4...5 МПа, распространяется по трубопроводам со скоростью до 180 м/сек и более. Поэтому в течении 1 часа возможно осуществить до 2500 срабатываний пневмапривода.

К преимуществам пневмапривода следует отнести то, что его работоспособность не зависит от колебаний температуры окружающей среды. Большое преимущество состоит в том, что пневмапривод обеспечивают непрерывное действие зажимной силы, следствии чего эта сила может значительно меньше чем при ручном приводе. Это обстоятельство весьма существенно при обработке тонкостенных заготовок, склонных к деформации при закреплении.

Достоинства

· в отличие от гидропривода - отсутствие необходимости возвращать рабочее тело (воздух) назад к компрессору;

· меньший вес рабочего тела по сравнению с гидроприводом (актуально для ракетостроения);

· меньший вес исполнительных устройств по сравнению с электрическими;

· возможность упростить систему за счет использования в качестве источника энергии баллона со сжатым газом, такие системы иногда используют вместо пиропатронов, есть системы, где давление в баллоне достигает 500 МПа;

· простота и экономичность, обусловленные дешевизной рабочего газа;

· быстрота срабатывания и большие частоты вращения пневмомоторов (до нескольких десятков тысяч оборотов в минуту);

· пожаробезопасность и нейтральность рабочей среды, обеспечивающая возможность применения пневмопривода в шахтах и на химических производствах;

· в сравнении с гидроприводом - способность передавать пневматическую энергию на большие расстояния (до нескольких километров), что позволяет использовать пневмопривод в качестве магистрального в шахтах и на рудниках;

· в отличие от гидропривода, пневмопривод менее чувствителен к изменению температуры окружающей среды вследствие меньшей зависимости КПДот утечек рабочей среды (рабочего газа), поэтому изменение зазоров между деталями пневмооборудования и вязкости рабочей среды не оказывают серьёзного влияния на рабочие параметры пневмопривода; это делает пневмопривод удобным для использования в горячих цехах металлургических предприятий.

Недостатки

· нагревание и охлаждение рабочего газа в процессе сжатия в компрессорах и расширения в пневмомоторах; этот недостаток обусловлен законами термодинамики, и приводит к следующим проблемам:

· возможность обмерзания пневмосистем;

· конденсация водяных паров из рабочего газа, и в связи с этим необходимость его осушения;

· высокая стоимость пневматической энергии по сравнению с электрической (примерно в 3-4 раза), что важно, например, при использовании пневмопривода в шахтах;

· ещё более низкий КПД, чем у гидропривода;

· низкие точность срабатывания и плавность хода;

· возможность взрывного разрыва трубопроводов или производственного травматизма, из-за чего в промышленном пневмоприводе применяются небольшие давления рабочего газа (обычно давление в пневмосистемах не превышает 1 МПа, хотя известны пневмосистемы с рабочим давлением до 7 МПа - например, на атомных электростанциях), и, как следствие, усилия на рабочих органах значительно ме́ньшие в сравнении с гидроприводом). Там, где такой проблемы нет (на ракетах и самолетах) или размеры систем небольшие, давления могут достигать 20 МПа и даже выше.

· для регулирования величины поворота штока привода необходимо использование дорогостоящих устройств - позиционеров.

Конструкции зажимных устройств состоят из трех основных частей: привода, контактного элемента, силового механизма.

Привод, преобразуя определенный вид энергии, развивает силу Q, которая с помощью силового механизма преобразуется в силу зажима Р и передается через контактные элементы заготовке.

Контактные элементы служат для передачи зажимного усилия непосредственно на заготовку. Их конструкции позволяют рассредоточивать усилия, предотвращая смятие поверхностей заготовки, и распределять между несколькими точками опор.

Известно, что рациональный выбор приспособления сокращает вспомогательное время. Вспомогательное время можно сократить, применяя механизированные приводы.

Механизированные приводы в зависимости от типа и источника энергии могут быть подразделены на следующие основные группы: механические, пневматические, электромеханические, магнитные, вакуумные и др. Область применения механических приводов с ручным управлением ограничена, так как требуются значительные затраты времени на установку и снятие обрабатываемых заготовок. Наибольшее распространение получили приводы пневматические, гидравлические, электрические, магнитные и их комбинации.

Пневматические приводы работают по принципу подачи сжатого воздуха. В качестве пневматического привода могут быть использованы

пневматические цилиндры (двустороннего и одностороннего действия) и пневматические камеры.

для полости цилиндра со штоком

для цилиндров одностороннего действия

К недостаткам пневматических приводов относятся их относительно большие габаритные размеры. Сила Q(H) в пневмоцилиндрах зависит от их типа и без учета сил трения ее определяют по следующим формулам:

Для пневмоцилиндров двустороннего действия для левой части цилиндра

где р - давление сжатого воздуха, МПа; давление сжатого воздуха обычнопринимают равным 0,4-0,63 МПа,

D - диаметр поршня, мм;

d - диаметр штока, мм;

ή- КПД, учитывающий потери в цилиндре, при D = 150 ... 200 мм ή =0,90... 0,95;

q - сила сопротивления пружин, Н.

Пневматические цилиндры применяют с внутренним диаметром 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300 мм. Посадка поршня в цилиндре при использовании уплотнительных колец или , а при уплотнении манжетами или.

Использование цилиндров диаметром менее 50 мм и более 300 мм экономически невыгодно, в этом случае надо использовать другие виды приводов,

Пневматические камеры имеют ряд преимуществ по сравнению с пневмоцилиндрами: долговечны, выдерживают до 600 тысяч включений (пневмоцилиндры - 10 тысяч); компактны; имеют небольшую массу и проще в изготовлении. К недостаткам относят небольшой ход штока и непостоянство развиваемых усилий.

Гидравлические приводы по сравнению с пневматическими имеют

следующие преимущества: развивает большие силы (15 МПа и выше); их рабочая жидкость (масло) практически несжимаема; обеспечивают плавную передачу развиваемых сил силовым механизмом; могут обеспечить передачу силы непосредственно на контактные элементы приспособления; имеют широкую область Применения, поскольку их можно использовать для точных перемещений рабочих органов станка и подвижных частей приспособлений; позволяют применять рабочие цилиндры небольшого диаметра (20, 30, 40, 50 мм v. более), что обеспечивает их компактность.

Пневмогидравлические приводы обладают рядом преимуществ по сравнению с пневматическими и гидравлическими: имеют высокие рабочие силы, быстроту действия, низкую стоимость и небольшие габариты. Расчетные формулы аналогичны расчету гидроцилиндров.

Электромеханические приводы находят широкое применение в токарных станках с ЧПУ, агрегатных станках, автоматических линиях. Приводятся в действие от электродвигателя и через механические передачи, силы передаются на контактные элементы зажимного устройства.

Электромагнитные и магнитные зажимные устройства выполняют преимущественно в виде плит и планшайб для закрепления стальных и чугунных заготовок. Используется энергия магнитного поля от электромагнитных катушек или постоянных магнитов. Технологические возможности применения электромагнитных и магнитных устройств в условиях малосерийного производства и групповой обработки значительно расширяются при использовании быстросменных наладок. Эти устройства повышают производительность труда за счет снижения вспомогательного и основного времени (в 10-15 раз) при многоместной обработке.

Вакуумные приводы применяют для крепления заготовок из различных материалов с плоской или криволинейной поверхностью, принимаемой за основную базу. Вакуумные зажимные устройства работают по принципу использования атмосферного давления.

Сила (Н), прижимающая заготовку к плите:

где F - площадь полости приспособления, из которой удаляется воздух, см 2 ;

р - давление (в заводских условиях обычно р = 0,01 ... 0,015 МПа).

Давление для индивидуальных и групповых установок создается одно- и двухступенчатыми вакуумными насосами.

Силовые механизмы выполняют роль усилителя. Основная их характеристика - коэффициент усиления:

где Р - сила закрепления, приложенная к заготовке, Н;

Q - сила, развиваемая приводом, Н.

Силовые механизмы выполняют часто роль самотормозящего элемента в случае внезапного выхода из строя привода.

Некоторые типовые схемы конструкций зажимных устройств показаны на рис. 5.

Рисунок 5 Схемы зажимных устройств:

а - с помощью клипа; 6 - качающимся рычагом; в - самоцентрирующиеся призмы