Основные термины и определения 3 страница

Имея необходимые данные, рассчитывают мембранный патрон.

1. Радиальная сила на одном кулачке мембранного патрона для передачи крутящего момента 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 М₁ и М₃ 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/см²); =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

Контрольные задания.

Задание 3.1.

Основные правила при закреплении заготовки?

Задание 3.2.

От чего зависит количество точек зажима детали при обработке?

Задание 3.3.

Преимущества и недостатки применения эксцентриков.

Задание 3.4.

Графическое обозначение зажимных элементов.

4. Разработка компоновки приспособления

Разработку общего вида приспособления начинают с нанесения на лист контуров заготовки. В зависимости от сложности приспособления вычерчивают несколько проекций заготовки. Последнюю целесообразно показывать условными линиями (тонкими, штрих-пунктирными или цветными).

Разработку общего вида ведут методом последовательного нанесения отдельных элементов приспособления вокруг контуров заготовки. Сначала вычерчивают установочные детали, затем зажимные устройства, детали для направления инструмента и вспомогательные устройства. Более этого вычерчивают корпус приспособления, который объединяет все перечисленные выше элементы.

На общем виде указывают габаритные размеры приспособления и размеры, которые нужно выдержать при его сборке и отладке, дается нумерация деталей.

В графической части чертеж, кроме изображения общего вида приспособления с размерами и предельными отклонениями, может содержать текстовую часть, состоящую из технических требований и технической характеристики. Текстовую часть включают в чертеж в тех случаях, когда содержащееся в этих данных невозможно или нецелесообразно выразить графически или условными обозначениями.

В надписях не должно быть сокращений слов, за исключением общепринятых или установленных в стандартах.

Текст на поле чертежа располагают параллельно основной надписи (угловому штампу) и над ней, а при недостатке места - левее. Между текстовой частью и основной надписью не допускается помещать изображения, таблицы и т.п.

Технические требования на чертеже излагают, группируя вместе близкие по характеру требования в следующей последовательности:

· требования, предъявляемые к материалу, заготовке, термообработке

· размеры, предельные отклонения размеров, формы и взаимного расположения поверхностей;

· требования к качеству поверхности, указания об их отделке, покрытии;

· зазоры, расположение отдельных элементов конструкции;

· требования, предъявляемые к настройке и регулировке приспособления;

· другие требования к качеству приспособления, например: бесшумность, виброустойчивость и т.д.

Для размеров и предельных отклонений, приводимых в технических требованиях на поле чертежа, обязательно указывают единицы измерения.

Пункты технических требований должны иметь сквозную нумерацию. Каждый пункт записывают с новой строки. Заголовок "Технические требования" не пишут.

Если на чертеже необходимо привести техническую характеристику приспособления, то размещают отдельно от технических требований с самостоятельной нумерацией пунктов на свободном поле чертежа над техническими требованиями. При этом над техническими характеристиками ставится заголовок "Техническая характеристика", а над техническими требованиями помещают заголовок "Технические требования". Оба заголовка не подчеркивают. К технической характеристике относятся сведения о приводе, силе зажима, производительности и т.д.

4.1. Вспомогательные элементы и устройства приспособлений

4.1.1. Поворотные и делительные устройства

Эти устройства применяют в многопозиционных приспособлениях для придания обрабатываемой заготовке различных положений относительного инструмента.

Делительное устройство состоит из диска, закрепляемого на поворотной части приспособления, и фиксатора.

Рис. 4.1. Фиксаторы: а- шариковый; б, в – с вытяжными цилиндрическим и коническим пальцами соответственно кнопочного и реечного типа.

Шариковый фиксатор (рис. 4.1 а) наиболее прост в изготовлении, но не обеспечивает точное деление и не воспринимает момент сил обработки.

Фиксатор с вытяжным цилиндрическим пальцем (рис. 4.1 б) может воспринимать момент сил обработки, но не обеспечивает высокую точность деления из-за наличия зазора в подвижных соединениях.

Рис. 4.2. Выталкиватели: а – пружинный; б – рычажный; в – кнопочный.

Здесь суммарная погрешность (шага, получаемая при делении и переносимая на обрабатываемую деталь зависит от допуска на расстояние между осями двух соседних фиксирующих втулок, от зазоров S₁ и S₂ и возможного эксцентриситета ( втулок

где: мм; S₁ и S₂ 0,015 мм.

Фиксатор с конической частью вытяжного пальца обеспечивает большую точность, так как S₁=0 (рис. 4.1 в).

Поворотные устройства выполняют механическими, пневмомеханическими, гидравлическими, пневмогидравлическими.

Выталкиватели ручного и автоматического типа применяют для быстрого удаления небольших деталей из приспособлений. Выталкиватели повышают производительность и создают удобство в работе.

4.1.2. Устройства для координирования и направления инструмента

Для выполнения отдельных операций механической обработки жесткость режущего инструмента бывает недостаточной. Для устранения упругих отжатий инструмента и придания ему определенного положения в процессе обработки относительно заготовки применяют направляющие детали: кондукторные и направляющие втулки и копиры.

Втулки, в которых режущий инструмент направляется ее рабочей частью, называют кондукторными.

Они применяются при обработке отверстий стандартными сверлами, зенкерами и развертками. Поэтому отверстия в кондукторных втулках изготавливаются в системе вала по подвижной посадке. Оснащенные кондукторными втулками приспособления для обработки отверстий на станках сверлильной группы называют кондукторами

Направляющие втулки отличаются от кондукторных тем, что в них режущий инструмент направляется своей специально предусмотренной направляющей частью. Инструмент может иметь одну, либо две направляющие части (переднюю и заднюю). Так оформляются специальные зенкеры и развертки. Обычно направляющие втулки выполняют вращающимися на подшипниках скольжения или качения.

а – постоянная без бурта; б – постоянная с буртом; в –сменная;

г – быстросменная.

Рис. 4.3. Стандартные кондукторные втулки:

Постоянные втулки (рис. 4.3 а, б) применяются в кондукторах для мелкосерийного производства при обработке отверстий одним инструментом.

Сменные втулки (рис. 4.3 в, г) применяют в приспособлениях для массового и крупносерийного производства.

Втулки изготавливают из стали У10А, У12А, 9ХС, столь 20, сталь 20Х.

Специальные втулки:

а – на уступе; б – на криволинейной поверхности.

Рис. 4.4. Специальные кондукторные втулки для сверления:

Накладные сверлильные кондуктора ориентируются по базовому отверстию или контуру обрабатываемой заготовки.

Рис. 4.5. Схема простановки размеров и допусков на сборочном чертеже кондуктора.

На практике допуски на расстояние между осями двух втулок или назначают в 2 – 3 раза меньшими соответствующих допусков на чертеже детали, или выбирают, пользуясь следующими рекомендациями:

 в кондукторах для обработки проходных отверстий под болты и неточных отверстий под резьбу допуски берут в пределах от 0,05 до 0,1 мм;

 в кондукторах, где требуется обработка отверстий высокой точности, например под подшипники валов, а также для обработки отверстий многошпиндельными головками, допуски уменьшают до 0,02 мм.

Рис. 4.6. Направляющая втулка для борштанги (схема расточного приспособления).

На внутренней поверхности втулки имеется шпоночный паз для принудительного вращения втулки. Для облегчения попадания шпонки борштанги в паз втулки ее выполняют со скошенными краями.

Копиры применяются при обработке фасонных и сложнопрофильных поверхностей. Роль копиров – направлять режущий инструмент для получения заданной траектории его движения относительно заготовки. Обработку с копирами производят на фрезерных, токарных, строгальных, шлифовальных и других станках.

4.1.3. Детали приспособлений для координирования режущего инструмента

При настройке и поднастройке станка для контроля положения режущего инструмента применяют высотные и угловые установки (рис. 4.7).

Установы закрепляют на корпусе приспособления.

Рис.4.7. Высотные установы для фрез: а – высотный; б – угловой.

а – дисковой фрезы по высотному установу; б – тоже, по круговому; в – фасонной фрезы с выпуклым профилем; г- то же, с вогнутым; 1 – установ; 2 – щуп; 3 – фреза.

Рис. 4.8. Примеры координации фрез по установам с помощью щупа:

Координация фрез по установам производится с помощью стандартных щупов (рис. 4.8).

Установы изготавливаются из сталей 15 и 20 с термообработкой до HRC55…60 или из стали 20Х с цементацией на глубину 0,8 1,2 мм до HRC55…60.

4.2. Корпусы приспособлений

Корпус является базовой деталью, объединяющей все элементы приспособления. На корпусе монтируют установочные элементы, зажимные устройства, детали для направления инструмента, а также вспомогательные детали и механизмы. Корпус воспринимает силы обработки и закрепления заготовки.

Требования, предъявляемые к корпусам приспособлений:

 корпус должен быть жестким и прочным при минимальной массе;

 удобным для очистки от стружки и отвода СОЖ;

 обеспечивать быструю и удобную установку и съем заготовок;

 обеспечивать установку и закрепление приспособления на станке без выверки ( для этого предусматривают направляющие элементы - пазовые шпонки и центрирующие бурты);

 прост в изготовлении, обеспечивать безопасность работы ( недопустимы острые углы, малые просветы между рукоятками и корпусом);

 корпусы передвижных или кантуемых приспособлений для сверления должны быть устойчивыми при разных положениях на столе станка, также корпуса выполняют с литыми или вставными ножками, ограничивающими контакт со столом станка.

Корпус на столе станка крепят с помощью болтов, заводимых в Т-образные пазы стола, или при помощи прихватов.

Для изготовления корпусов применяют серый чугун СЧ12 или сталь Ст. 3. В отдельных случаях (для корпусов поворотных приспособлений) – легкие сплавы на алюминиевой основе.

Корпусы приспособлений изготавливают литьем, сваркой, ковкой, резкой, сборкой из нормализованых узлов.

Литьем выполняют преимущественно корпусы сложной конфигурации (сроки их изготовления длительны).

Сваркой также можно получить корпусы сложной конфигурации, но сроки изготовления здесь ниже.

Ковкой и резкой сортового проката получают корпусы простых конфигураций и небольших размеров.

В корпусах сборного типа объем механической обработки несколько возрастает, а жесткость снижается.

Корпусы станочных приспособлений с небольшими силами резания можно выполнять из эпоксидных смол литьем в разовые формы из гипса, картона, пластилина.

Выбор варианта изготовления корпуса определяется условиями эксплуатации приспособления, сроками, себестоимостью и технологией изготовления.

4.2.1. Обеспечение жесткости, виброустойчивости и точности приспособлений

Жесткость в первую очередь обеспечивается в направлении действия сил закрепления и резания. Для повышения жесткости следует применять конструкции с малым количеством стыков, уменьшать зазоры в соединениях и устранять внецентреное приложение нагрузки. Предпочтительны цельные и сварные конструкции. Контактную жесткость стыков, работающих на сжатие повышают, уменьшая шероховатость и волнистость сопряженных поверхностей, применяя шлифование и шабрение.

Непостоянство силы резания и неоднородность жесткости станочных приспособлений и других элементов технологической системы предопределяют возникновение вибраций.

При вибрации увеличивается шероховатость обрабатываемой поверхности, ухудшаются условия работы режущего инструмента.

Для уменьшения вибрации необходимо увеличивать жесткость приспособления; уменьшать высоту приспособления и длину выступающих консольных элементов; использовать дополнительные опоры; увеличивать размеры опорных поверхностей; использовать демпфирующие элементы.

При вычерчивании общего вида и деталей приспособления назначают допуски на его размеры.

По точности исполнения эти размеры можно разбить на три группы.

К первой группе относятся:

а) размеры тех сопряжений, от которых зависит точность выполняемой обработки (например, расстояние между осями кондукторных втулок сверлильного приспособления); б) размеры установочных элементов, от точности которых зависит положение заготовки в приспособлении.

Ко второй группе относятся размеры тех сопряжений, от которых точность обработки не зависит (например, размеры сопряжений зажимных устройств, выталкивателей и так далее).

К третьей группе относятся свободные размеры обработанных и необработанных поверхностей.

Допуски на размеры первой группы берут в 2 – 3 раза меньше допусков на размеры, выдерживаемые при обработке.

Допуски на размеры второй группы определяют в зависимости от назначения механизма, а также характера и условий работы рассматриваемого сопряжения. Обычно здесь допуски берут по 7 – 9 квалитетам точности.

Свободные размеры, выполняют по 14 квалитету точности для обработанных и по 16-му для необработанных поверхностей.

Контрольные задания.

Задание 4.1.

Что должны содержать технические требования и техническая характеристика на общем виде приспособления?

Задание 4.2.

Какие втулки называются кондукторными, а какие направляющими?

Задание 4.3.

Какие требования предъявляются к корпусам приспособлений?

Задание 4.4.

Как обеспечить жесткость и виброустойчивость приспособления?

Задание 4.5.

На какие группы делятся размеры по точности исполнения?

5. Составление расчетной схемы и исходного управления для расчета зажимного усилия Рз

Закрепление заготовки производится с помощью зажимных устройств различных конструкций. Принцип действия и конструкцию зажимного устройства конструктор выбирает исходя из конкретных условий выполнения операций: типа производства, величин сил резания, действующих на заготовку при выполнении операций, конструктивных особенностей заготовки, типа станка.

Методика силового расчета станочных приспособлений в некоторой степени определяется применяемыми зажимными устройствами, которые разделяются на три группы.

Рис. 5.1. Схемы зажимных устройств.

К первой группе относятся зажимные устройства (рис. 5.1а), имеющие в своем составе силовой механизм (СМ) и привод (П), который обеспечивает перемещение контактного элемента (К) и создает исходное усилие Р_и, преобразуемое силовым механизмом в зажимное усилие Р_з. Используемые приводы достаточны и разнообразны: пневматические, гидравлические, пневмогидравлические, электрические и т.д. Применяются в серийном, крупносерийном производствах.

Во вторую группу (рис. 5.1б) входят зажимные устройства, состоящие лишь из силового механизма, который приводится в действие непосредственно рабочим, прилагающим исходное усилие Р_и на плече l. Эти устройства иногда называют зажимным устройством с ручным приводом (единичное и мелкосерийное производство).

К третьей группе относятся зажимные устройства, которые в своем составе не имеют силового механизма, а используемые приводы лишь условно можно назвать приводами, так как они не вызывают перемещений элементов зажимного устройства и только создают зажимное усилие Р_з, которое в этих устройствах является равнодействующей равномерно распределенной нагрузки q, непосредственно действующей на заготовку и создаваемой либо в результате атмосферного давления, либо посредством магнитного силового потока. К этой группе относятся вакуумные и магнитные устройства (рис. 5.1в). Применяются во всех видах производства.

Силовой расчет станочных приспособлений можно разбить на следующие этапы:

1. Определение сил и моментов резания.

2. Выбор коэффициента трения f заготовки с опорными и зажимными элементами.

3. Составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета зажимного усилия Р_з.

4. Расчет коэффициента надежности закрепления К.

5. Составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета исходного усилия Р_и.

6. Расчет диаметров силовых цилиндров пневмо- и гидроприводов.

5.1. Определение сил и моментов резания

Действующие на заготовку силы и моменты резания можно рассчитать по формулам, приводимым в справочниках и нормативах по режимам резания применительно к определенному виду обработки.

5.2. Выбор коэффициента трения заготовки с опорными и зажимными элементами

В приспособлениях силы трения возникают на поверхностях контакта заготовки с опорными и зажимными элементами. Величина коэффициента трения зависит от многих факторов. При использовании приспособлений его определение связано с определенными трудностями. В приспособлениях встречается много различных сочетаний контактных поверхностей, различающихся по форме, состоянию поверхности, твердости и т.д. Значения коэффициента трения для некоторых сочетаний контактных поверхностей приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1 начение коэффициента трения f

5.3. Составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета зажимного усилия Р_з

Величину необходимого зажимного усилия определяют на основе решения задачи статики, рассматривая равновесие заготовки под действием приложенных к ней сил. Для этого необходимо составить расчетную схему, то есть изобразить на схеме базирования заготовки все действующие на нее силы: силы и моменты резания, зажимные усилия, реакции опор и силы трения в местах контакта заготовки с опорными и зажимными элементами.

Расчетную схему следует составлять для наиболее неблагоприятного местоположения режущего инструмента по длине обрабатываемой поверхности.

По расчетной схеме необходимо установить направления возможного перемещения или поворота заготовки под действием сил и моментов резания, определить величину проекций всех сил на направление перемещения и составить уравнения сил и моментов:

Примеры расчета зажимного усилия Р_з

Пример 1. Фрезерование плоскости при данном способе базирования и закрепления заготовки (рис. 5.2)

Рис. 5.2. Фрезерование плоскости.

Из уравнения равновесия:

,

где .

Введем коэффициент надежности закрепления К:

Пример 2. Сверление отверстия в заготовке, закрепленной в 3-х кулачковом патроне (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Сверление отверстия.

При перемещении заготовки в кулачках вдоль оси имеем коэффициент трения f₁ , а при поворачивании f₂ .

Тогда

; .

Определим величину зажимного усилия при условии недопустимости перемещения заготовки в кулачках. Предположим, что в патроне 3 кулачка. Тогда 3 Т₁ = Р_о . Введем К:

,

откуда

.

При условии недопустимости поворота заготовки в кулачках

или

,

откуда

.

Окончательно имеем

5.4. Расчет коэффициента надежности закрепления К

Так как в производственных условиях могут иметь место отступления от тех условий, применительно к которым рассчитывались по нормативам силы и моменты резания, возможное увеличение их следует учесть путем введения коэффициента надежности (запаса) закрепления К и умножения на него сил и моментов, входящих в составленные уравнения статики.

Значение коэффициента надежности К следует выбирать дифференцированно в зависимости от конкретных условий выполнения операции и способа закрепления заготовки. Его величину можно представить как произведение частных коэффициентов, каждый из которых отражает влияние определенного фактора:

К₀ – гарантированный коэффициент запаса надежности закрепления, К₀=1,5;

К₁ – коэффициент, учитывающий увеличение силы резания из-за случайных неровностей на заготовках;

К₁=1,2 – для черновой обработки;

К₁=1,0 – для чистовой обработки;

К₂ – коэффициент, учитывающий увеличение силы резания вследствие затупления инструмента (табл. 5.2);

К₃ – коэффициент, учитывающий увеличение силы резания при прерывистом резании, К₃ = 1,2;

К₄ – учитывает непостоянство зажимного усилия;

К₄=1,3 – для ручных зажимов;

К₄=1,0 – для пневматических и гидравлических зажимов;

Таблица 5.2 Значение коэффициента К₂

К₅ – учитывает степень удобства расположения рукояток в ручных зажимах;

· К₅=1,2 – при диапазоне угла отклонения рукоятки 90⁰;

· К₅=1,0 – при удобном расположении и малой длине рукоятки;

К₆ – учитывает неопределенность из-за неровностей места контакта заготовки с опорными элементами, имеющими большую опорную поверхность (учитывается только при наличии крутящего момента, стремящегося повернуть заготовку);

· К₆=1,0 – для опорного элемента, имеющего ограниченную поверхность контакта с заготовкой;

· К₆=1,5 – для опорного элемента с большой площадью контакта.

Величина К может колебаться в пределах 1,5…8,0. Если К<2,5, то при расчете надежности закрепления ее следует принять равной К=2,5 (согласно ГОСТ 12.2.029-77).