Основные термины и определения 5 страница

· долговечны.

Недостатки:

· малый ход поршня;

· падения усилия по длине хода штока;

· диаметральные размеры больше осевых.

7.1.3. Гидравлический привод

Гидравлический привод состоит из силового гидравлического цилиндра, насоса, бака, трубопроводов, аппаратуры управления и регулирования. Гидроцилиндры бывают одностороннего и двухстороннего действия. Благодаря использованию более высокого давления жидкости по сравнению с пневмоприводом при тех же развиваемых усилиях имеет меньшие габариты и вес; масло обеспечивает смазку трущихся частей.

Недостатки гидроприводов:

· сложность гидроустановки и необходимость в дополнительной площади для ее размещения;

· большая стоимость.

Простейшая схема с одним насосом приведена на рис 7.3.

Масло от насоса 4 направляется золотником управления 2 в одну из полостей гидроцилиндра 1. Когда передается к зажимным элементам несамотормозящияся, масло должно подаваться в систему под рабочим давлением в течении всего времени работы механизма зажима и почти весь расход масла (за исключением утечек) должен проходить через переливной клапан 3, настроенный на рабочее давление, что вызывает нагрев масла и непроизводительным затрат энергии. Поэтому такую схему целесообразно применять в случаях, когда передают к зажимным элементам самотормозящяся и насос после зажима может отключаться .

Рис. 7.3. Схема гидропривода с одним насосом.

Для уменьшения затрат мощности выполняют привод с двумя насосами:

Рис. 7.4. Схема гидропривода с двумя насосами.

5 – низкого давления и большой производительности и 4 – высокого давления и малой производительности. При холостом ходе масло поступает в цилиндр 1 одновременно от обоих насосов. После замыкания механизма (упора зажимного элемента в деталях) давления в системе увеличивается, и напорный золотник 6 отключает насос низкого давления. В дальнейшем будет уже работать только насос высокого давления (рис. 7.4).

Можно выполнить привод только с одним насосом низкого давления в сочетании с мультипликатором 7. При повышениях давления в системе специальный напорный золотник 8 включает мультипликатор, который благодаря разности площадей поршня и штока-плунжера повышает давления в цилиндре; обратный клапан 9 отключает часть системы с низким давлением. Такое устройство (рис. 7.5) может быть использовано при самотормозящихся передачах; при несамотрмозящих передачах можно использовать только для кратковременного зажима. В противном случае мультипликатор должен был бы компенсировать большие объемные потери масла и его габаритные размеры при этом сильно бы возросли.

Применяют также привод с насосом 10, (рис. 7.6) автоматически регулирующим производительность по давлению. При увеличении давления в системе цилиндр управления 11 уменьшают производительность насоса до величины, необходимой для компенсации объемных утечек.

Рис. 7.5. Схема гидропривода с одним насосом и мультипликатором.

Можно выполнить привод только с одним насосом высокого давления, но малой производительности (рис. 7.7) в сочетании с гидроаккумуляторами 13. Здесь при зажиме масло подается одновременно аккумуляторам и насосам. После зажима насос через клапанную пробку 12 пополняет аккумулятор.

Рис. 7.6. Схема гидропривода с одним насосом.

Производительность насоса должна обеспечить зарядку аккумулятора за время зажима – выполнения рабочих операций. Такую схему применяют при сравнительно небольшом времени зажима.

При большой продолжительности выполнения рабочих операций выполнят более сложную схему с гидроаккумулятора (рис. 7.8). Насос 4 высокого давления и большой производительности подает масло через обратный клапан 9, золотник 2 с электроуправлением в гидроцилиндр 1 и гидроаккумулятор 13. когда давление в гидросистеме достигает максимального значения, на которое настроен предохранительный клапан 14, реле давления 15 с помощью золотника 14 переключает поток масла от насоса на слив. Тогда давление в системе поддерживается аккумулятором. При падении давления до минимального рабочего срабатывает реле давления 16, переключающее золотник 14, вследствие чего насос снова нагнетает масло в систему и заряжает аккумулятор.

Рис. 7.7. Схема гидропривода с одним насосом и гидроаккумулятором.

Рис. 7.8. Схема гидропривода с насосом и аккумулятором.

7.1.4. Пневмогидропривод

Рис. 7.9. Пневмогидропривод.

Пневмогидропривод (рис. 7.9) состоит из силового гидравлического цилиндра и пневмогидравлического усилителя давления. Усилители давления бывают двух типов: прямого и последовательного.

Принцип работы усилителя прямого действия основан на непосредственном преобразовании сжатого воздуха низкого давления Р_в в высокое давление жидкости Р_г. Отношение (D_в/d_г)² называется коэффициентом усиления.

Контрольные задания.

Задание 7.1.

Достоинства и недостатки пневмокамер.

Задание 7.2.

Конструкция и применение пневмогидропривода.

ЛЕКЦИЯ 8

8.1. Электромеханические приводы защитных устройств

Электромеханические зажимные устройства (ЭМЗУ) состоят из электродвигателя, передаточного механизма, зажимных элементов. Обычно в ЭМЗУ применяют асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором нормального исполнения с повышенным скольжением или повышенным пусковым моментом. Электродвигатель работает кратковременно только при зажиме или отжиме, поэтому в ЭМЗУ всегда имеется самотормозящая передача для фиксирования состояния системы после зажима и отключения двигателя.

По принципу действия привода ЭМЗУ делят на квазистатические и динамические.

В квазистатических ЭМЗУ сила зажима создается только за счет электромагнитного момента двигателя и величина этой силы определяется настройкой динамометрирующих упругих элементов, в частности муфты предельного момента, расположенной в кинематической цепи. Момент, развиваемый двигателем при зажиме, всегда меньше его критического (максимального) момента.

В динамических ЭМЗУ сила зажима создается как за счет электромагнитного момента двигателя, так и за счет кинетической энергии вращающихся частей, за вычетом потерь на трение. Отключение двигателя происходит после достижения требуемой силы зажима, которая определяется по силе тока в цепи двигателя с помощью реле или по величине соответствующей деформации упругого звена механизма, вызывающей срабатывание электроаппаратуры.

На (рис. 8.1 а) показана схема квазистатического действия, на (рис. 8.1 б) – схема динамического действия.

Двигатель 1 через разгонную муфту 2, передаточный механизм, включающий упругий приведенный вал 7 и самотормозящую передачу 8, перемещает зажимной элемент 9, который при зажиме прижимает деталь 10 к неподвижной опоре 11 и создает натяжение всех звеньев системы. После окончания зажима и отключения двигателя деталь 10 удерживается в зажатом состоянии силами натяжения упругих звеньев участка системы от опору 11 до самотормозящей передачи 8. оба диска разгонной муфты 2 имеют на больших дугах наружной поверхности по одному выступу, благодаря чему пуск двигателя и почти целый оборот его вала могут происходить без нагрузки до момента встречи выступов.

В схеме квазистатического действия сила зажима определяется силой натяжения упругого звена 4 муфты предельного момента 5. При достижении требуемой силы зажима перемещение одной из частей муфты 5 воздействует на выключатель, который отключает двигатель.

В схеме динамического действия в зависимости от ее параметров общее число последовательных этапов процесса может быть различным и достигать шести. Но во всех случаях при зажиме первые два этапа, при которых момент зажима возрастает, осуществляются одинаково. Первый этап соответствует времени от момента начала зажима (соприкосновения зажимным элемента с деталью) до момента отключения двигателя до остановки ротора в положении, соответствующим максимальной деформации элементов механизма. В конце второго этапа зажим осуществлен и зажатая деталь удерживается самотормозящей передачей. Последующие этапы соответствуют движению элементов системы под действием сил энергии и упругости до их остановки.

Рис.8.1. Схема электромеханических приводов.

Момент зажима, соответствующий окончанию второго этапа работы:

;

где: М_Н – номинальный крутящий (вращающий) момент двигателя; К_П – коэффициент перегрузки (К_П=1,2(1,5); К_Д – коэффициент динамичности.

где: - механическая постоянная времени;

- частота свободных колебаний механизма;

- коэффициент крутизны лижаризованной статической характеристики двигателя.

;

где: М_Д – момент (электромагнитный двигателя; - угловая скорость вала двигателя; – синхронная угловая скорость; I – момент инерции ротора двигателя и связанных с ним вращающихся частей; C_ПР – приведенная к валу двигателя жесткость системы механизма; К_Д =6 10.

8.2. Вакуумный привод

Принцип действия вакуумного привода основан на непосредственной передаче атмосферного давления закрепляемой заготовке 2. Для создания избыточного атмосферного давления между опорной поверхностью заготовки 2 и приспособлением 1 образуют полость с вакуумом (рис.8.2).

Рис.8.2. Схема вакуумного приспособления с заготовкой в открытом (а) и прижатом (б) состояниях.

Величину исходного усилия Ри определяют по формуле:

;

где: F_П – полезная площадь заготовки, ограниченная уплотнением в мм²; р_ИЗ – избыточное давление, равное разности между атмосферным давлением и вакуумом в полости; - коэффициент герметичности системы, .

Вакуумные приводы весьма эффективны для крепления заготовок типа пластин.

8.3. Электростатические плиты

Электростатические плиты (рис.8.3) применяют для закрепления заготовок из различных материалов.

1 – заготовка; 2 - диэлектрическое покрытие; 3 - изоляция; 4 – блок питания (3000 В); 5 – корпус (соединен с плюсом блока питания); 6 – электрод (соединен с минусом блока питания); 7 – полупроводник; 8 – контактная планка.

Рис. 8.3. Электростатическая плита.

Принцип работы плиты основан на взаимодействии разноименно заряженных тел (Закон Кулона).

Контрольные задания.

Задание 8.1.

Конструкция и применение вакуумного привода.

9. Магнитные и электромагнитные приспособления в металлообработке

Значительный прогресс в металлообработке может быть достигнут за счет применения универсальных приспособлений, использующих энергию магнитного поля. Такие приспособления могут применяться в условиях единичного, серийного и массового производств.

Можно выделить четыре основных этапа процесса использования магнитных полей в металлообработке: 1) намагничивание изделий; 2) удержание их магнитным полем во время обработки; 3) размагничивание приспособления для снятия изделий; 4) размагничивание самих изделий после обработки (при необходимости).

Первые три этапа осуществляются соответствующими приспособлениями, снабженными специальными системами управления, четвертый – отдельными системами размагничивания.

По типу источника магнитной энергии приспособления разделяют на:

· электромагнитные (источник - электромагнита);

· с постоянными магнитами (источник – постоянные магниты);

· электропостоянные (источник – постоянный магнит и электромагнит).

9.1. Электромагнитные приспособления

Электромагнитные приспособления известны и применяются более 200 лет. Их силовой блок содержит катушку, обтекаемые электрическим током и намотаны вокруг стальных сердечников для концентрации магнитной энергии.

Катушка с сердечником образует магнитную систему, которые могут быть двух видов: Н- или П- и Ш- образные (рис. 9.1).

Рис. 9.1. Магнитные системы электромагнитных приспособлений: а - Н – образная двухполюсная; б – Ш – образная трехполюсная; в, г – многополюсные.

Преимущества электромагнитных приспособлений:

· простота и жесткость концентрации;

· низкая стоимость;

· возможность дистанционного управления;

· легкость автоматизации;

· практически неограниченные размеры;

· возможность регулирования усилия притяжения.

· Недостатки:

· необходимость системы управления и токопровода;

· нагрев за счет тепла, выделяемого катушками;

· возможность возникновения опасности при аварийном отключении электроэнергии.

9.1.1. Применение электромагнитных плит

Электромагнитные плиты выпускают двух форм: прямоугольные и круглые.

Прямоугольные (ГОСТ 17519-91) электромагнитные плиты применяют на плоскошлифовальных, фрезерных, строгальных и других станках, а также как самостоятельные приспособления при выполнении слесарных, сварочных, разметочных, сборочных, контрольных и других работ Руд=35 - 40 Н/см² , до 200 Н/см².

Круглые: на токарных, лоботокарные, карусельных, расточных, плоскошлифовальных Руд =40 - 50 Н/см² и выше.

9.2. Приспособления с постоянными магнитами

Такие приспособления получили широкое распространение в 50-х годах прошлого века в связи с разработкой новых магнитотвердых материалов.

Особенности конструкции и применения магнитных приспособлений зависят от типа используемых в них магнитов. По энергетическим характеристикам постоянные магниты, используемые в магнитной оснастке, могут быть разделены на три группы.

Первая: с энергией, приходящиеся на 1 м³=5…15 кДж (ферриты) (рис. 9.2 а).

Рис. 9.2. Магнитные системы с постоянными магнитами: а – энергией 5 – 15 кДж/м³; б – энергией 20 – 40 кДж/м³; в – энергией свыше 50 кДж/м³; 1- магниты; 2 – стальные полюса; 3 – изделия.

Такие магниты из-за низких значений магнитной индукции не могут самостоятельно служить полюсами приспособлений и нуждаются в стальных концентраторах магнитной энергии, из-за чего используются в стальной арматуре.

Вторая: с энергией на 1 м³ = 20 – 40 кДж (рис. 9.2 б).

Это в основном литые магниты типа Альнико, которые сами могут являться полюсами приспособлений.

Третья: с энергией на 1м³ выше 40 кДж (рис. 9.2 в, г).

Это высокоэнергетические магниты на основе редкоземельных элементов, здесь нет необходимости в силовом блоке.

Преимущества магнитных приспособлений:

· независимость (автономность) от внешнего источника энергии в процессе эксплуатации;

· безопасность;

· отсутствие внутренних источников теплоты;

· постоянное повышение энергетических и эксплуатационных характеристик за счет использования новых магнитотвердых материалов.

9.2.1. Применение магнитных приспособлений

ГОСТ 16528-81 – плиты, ГОСТ 24568-81 – патрона.

Применяются на токарных, фрезерных, шлифовальных, строгальных и других станках.

Наиболее распространенной станочной оснасткой, использующей постоянные магниты, являются магнитные плиты и патроны

Рис. 9.3. Магнитная плита.

При включенном состоянии полюсы 2 силового блока лежат на немагнитных элементах 5 корпуса 1, направляя весь магнитный поток магнитов 3 через адаптер 4 и детали 6. при отключенном состоянии полюса 2 расположены под немагнитными прокладками адаптера. В результате магнитный поток имеет новое направление.

Сила притяжения (min) плит с ферритами – 2,5 - 4 Н/см²; литые магниты Арнико - 5 - 15 Н/см²; редкоземельными - 15 - 30 Н/см² до 70 Н/см².

9.3. Электропостоянные магнитные приспособления

Принцип действия электропостоянных магнитных приспособлений состоит в параллельной работе постоянных магнитов и электромагнитов. При этом рабочий магнитный поток представляет собой сумму магнитных потоков, обусловленных обоими указанными источниками.

Магнитные потоки постоянного магнита и электромагнита могут замыкаться по различным контурам (рис.9.4 а, в) и по одному и тому же контуру (рис. 9.4 б, г) системы. Важно, чтобы их суммирование произошло в полюсах силового блока. Соотношение этих потоков, т.е. соотношение долей энергий магнитов и электромагнитов в общей энергии крепления определяется требованиями системы управления, обеспечения безопасности его эксплуатации и назначением оснастки.

Преимущества:

· простота управления и автоматизации, возможность дистанционного управления;

· возможность регулирования усилия притяжения в широких пределах;

· безопасность (при отключении энергии, детали удерживаются за счет энергии постоянных магнитов).

Недостатки:

· неавтономность (наличие токопроводов);

· наличие внутреннего источника теплоты (катушка) и дефицитных магнитотвердых материалов;

· постоянная намагниченность рабочей поверхности при отключения питания электромагнитов.

Рис.9.4. Эектропостоянные магнитные системы: а – энергией 5 – 15 кДж/м³; б – энергией 20 – 40 кДж/м³ ;в – энергией свыше 50 кДж/м³ ; 1 - магниты; 2 – сердечники электромагнитов; 3 – изделия.

1. магниты;

2. сердечники электромагнитов;

3. изделия.

Электропостоянные магнитные приспособления сочетают основные преимущества постоянных магнитных приспособлений и электромагнитных.

Они развивают силы притяжения до 70 Н/см² и более.

Применение: на фрезерных, шлифовальных, строгальных и других станках.

Контрольные задания.

Задание 9.1.

Преимущества и недостатки электромагнитных приспособлений.

Задание 9.2.

Преимущества магнитных приспособлений.

Задание 9.3.

Преимущества и недостатки постоянных магнитных приспособлений.

Задание 9.4.

Применение электромагнитных и магнитных приспособлений.

10. Графическое обозначение технологической оснастки в документации

10. 1. Рекомендации по выбору типа привода зажимных устройств

При выборе типа привода ЗУ в соответствии с требованиями технического процесса обработки деталей на станке должны быть обеспечены необходимая сила, жесткость и точность зажима заготовки с заданными отношениями их размера.

Привод ЗУ должен обеспечить безопасность и надежность работы станка, возможно меньшие затраты времени и энергии на зажим и разжим, простоту управления. Конструкция привода ЗУ должна быть компактной и технологичной.

Тип привода ЗУ выбирают на основании сопоставления преимуществ и недостатков различных возможных вариантов для конкретных условий работы. Использования общего привода станка для привода ЗУ ограничивает свободу выбора места его установки и выгодно только при благоприятной компоновке станка. Такой тип привода ЗУ широко применяют в токарных и некоторых других автоматах.

Индивидуальный привод ЗУ не ограничивает свободу выбора места установки ЗУ.

Достоинства гидропривода:

· возможность применения сравнительно выгодных давлений масла (до 10 МПа и выше), что позволяет создавать большую силу зажима;

· работает плавно, бесшумно;

· обеспечивает заданную производительность и точность.

Недостатки гидропривода:

· высокие требования и точность изготовления деталей гидропривода и поэтому высокая стоимость;

· наличие утечек масла в сопряжениях;

· необходимость иметь насосную станцию;

· режим работы гидропривода в большей мере зависит от вязкости масла и от температуры;

· гидропривод ЗУ выгодно использовать только, если на станке имеется своя гидросистема;

· изменение силы зажима при колебаниях давления в сети;

· опасность вырыва детали в случае внезапного падения давления в сети;

· необходимость постоянного подержания давления в сети из-за утечек и потому повышенный расход энергии.

Преимущества пневмопривода:

· простота конструкции благодаря возможности использования централизованного источника сжатого воздуха;

· большая скорость срабатывания по сравнению с гидроприводом;

· короче возвратные трубопровода;

· предъявляются меньшие требования в отношении герметичности;

· работа пневсистем в меньшей степени зависит от изменений температуры.

Недостатки пневмопривода:

· большие габариты;

· шум при работе;

· изменение силы зажима при колебаниях давления в сети;

· опасность вырыва детали в случае внезапного падения давления в сети.

Достоинства электромеханических ЗУ с индивидуальным электродвигателем:

· позволяет создавать любые необходимые силы зажима;

· наиболее просто осуществлять дистанционное управление;

· обеспечивают быстродействие и малые расходы энергии, т. к. электродвигатель работает кратковременно в режиме зажима и разжима.

Пневматические, гидравлические, электромеханические ЗУ широко используются в агрегатных станках и автоматических линиях, электромеханические на тяжелых станках.

Графическое обозначение зажимных устройств.

Таблица 10.1 Зажимные устройства.

10.2. Графическое обозначение опор, зажимов, установочных устройств в технологической документации.

ГОСТ устанавливает графическое обозначение опор, зажимов и установочных устройств, применяемых в технологической документации.

При графическом обозначении необходимо руководствоваться следующими правилами:

- обозначение рельефа рабочей поверхности наносят на обозначение соответствующей опоры, зажима или установочного устройства;

- обозначение видов устройств зажимов наносят слева от обозначения зажимов;

- количество точек приложения силы зажима к изделию следует записывать справа от обозначения зажима;

- на схемах допускается несколько обозначений одноименных опор на каждом виде заменят одним с обозначением их количества;

- на схемах, имеющих несколько проекций, допускается на отдельных проекциях не учитывать обозначения опор, зажимов и установочных устройств, если их положение однозначно определено на одной плоскости;

- на схемах допускается обозначение двойного зажима

В табл. 10.2 показаны примеры нанесения обозначений опор, зажимов и установочных устройств на схемах.

В табл. 1.1 и 10.3 показаны примеры схем установов деталей в приспособлениях на картах технологических процессов их изготовления.

Таблица 10.2 Примеры нанесения обозначений опор, зажимов, установочных устройств на схемах

Центр неподвижный
Центр рифленый
Центр вращающийся
Центр плавающий
Центр обратный вращающийся с рифленой поверхностью
Патрон поводковый
Люнет подвижный
Люнет неподвижный
Оправка цилиндрическая
Оправка коническая роликовая
Оправка резьбовая, цилиндрическая с наружной резьбой
Оправка шлицевая
Оправка цанговая
Опора регулируемая со сферической выпуклой рабочей поверхностью
Зажим пневматический с цилиндрической рифленой рабочей поверхностью

Таблица 10.3 Примеры схем установа деталей в приспособлениях на картах технологических процессов

В тисках с призматическими губками и пневматическим зажимом
В кондукторе с центрированием на цилиндрический палец с упором на три неподвижные плоские опоры и с применением электрического устройства двойного зажима, имеющего сферические рабочие поверхности
В трехкулачковом патроне с механическим устройством зажима, с упором в торец, с поджимом вращающимся центом и с креплением в подвижном люнете

Контрольные задания.

Задание 10.1.

Достоинства и недостатки гидропривода.

Задание 10.2.

Преимущества и недостатки пневмопривода.

Задание 10.3.

Графическое обозначение зажимных устройств.

11. Расчет приспособления на точность

11.1. Выбор расчетных параметров