Основные термины и определения 9 страница

На рис.14.4, б показана схема приспособления-спутника, рассчитанного на обработку двух однотипных деталей 3 и 4 различных размеров. Установку их производят на два базовых отверстия, а закрепление — одним зажимом.

Автоматические спутниковые линии широко применяют при
обработке сложных корпусных деталей (картеров, поворотных кулаков рулевого управления, балок передних мостов и др.). Спутники используют также при обработке деталей вращения (тормозные барабаны), применяя при неподвижной заготовке вращающиеся резцовые головки.

Преимущества:

Применение приспособлений – спутников повышает надежность работы линии, т. к. закрепление и открепление заготовки происходит один раз, улучшаются условия очистки от стружки, но ухудшается доступность подвода инструмента к заготовке с разных сторон; (приспособления – спутники должны быть взаимозаменяемыми; точность их изготовления по основным размерам, влияющим на точность обработки, обычно принимают 0,1 0,2 допуска на выдерживаемый размер).

Недостатки:

· усложнение транспортирующих устройств из-за необходимости возврата спутников в исходное положение;

· увеличение общей стоимости линии из-за большого количества спутников;

· большое количество стыков в технологической системе при прохождении спутника.

Контрольные задания.

Задание 14.1.

Требования к автоматическим приспособлениям.

ЛЕКЦИЯ 15

15. Особенности проектирования приспособлений для станков с ЧПУ, обрабатывающих центров и гибких производственных систем

К станочным приспособлениям, применяемых на станках с ЧПУ, предъявляются следующие требования:

а) высокая точность и жесткость, обеспечивающая требуемую точность обработки и максимальное использование мощности станка;

б) полное базирование как заготовки, так и приспособления относительно начала координат станка;

в) возможность подхода инструмента ко всем обрабатываемым поверхностям;

г) возможность смены заготовки вне рабочей зоны станка или станка вообще;

д) возможность быстрой смены или быстрой переналадки приспособления на станке;

е) возможность смены приспособления вне рабочей зоны станка или вне станка;

ж) наличие быстродействующих механизированных зажимных устройств;

з) возможность размещения нескольких заготовок на одном приспособлении.

15.1. Особенности установки приспособлений на станках с ЧПУ

Особенностью установки является необходимость полного базирования и быстрого закрепления приспособления на столе станка, обеспечивающего жесткую связь с началом координат станка и привязка к исходной точке обработки (точке, в которой находится инструмент перед началом работы станка).

При наличии на столе станка продольных пазов и центрального поперечного паза приспособление базируется с помощью установочных шпонок или штырей по продольному 1 и поперечному 2 пазам (рис.15.1, а), и при наличии продольных пазов и центрального отверстия – цилиндрическим штырем по отверстию 1 и штырями по продольному пазу 2 (рис.15.1, б).

Приспособление можно базировать по двум плоскостям в координатный угол посредством точно изготовленного и выверенного угольника, устанавливаемого и закрепляемого в продольных пазах стола станка (рис.15.1, в).

Возможно также базирование приспособлений только по продольному пазу. В этом случае жесткая связь траектории обработки с началом координат станка по продольной оси стола отсутствует и установка инструмента 2 в исходную точку обработки должна осуществляться по щупу и установ 1, закрепленному на корпусе приспособления (рис.15.1, г), либо по установочному отверстию или штырю.

Часто с целью рационального размещения приспособлений на столе станка и сохранения точности базовых поверхностей стола, на нем жестко закрепляют накладные плиты с пазами и сеткой отверстий, с сеткой пазов, и с сеткой пазов и отверстий, которые могут использоваться для установки приспособления.

На накладных плитах 1, к торцам которых прикреплены поперечная 3 и продольная 4планки с Т-образными пазами (рис.15.1, е), приспособления 2базируют по пазу плиты шпонками и по шпонке 5, устанавливаемой на планках. Нарис. 15.1, ж показано базирование приспособления 2на накладной плите 1с Т-образными пазами по пазу посредством шпонок и в продольном направлении посредством мерной планки 3, упирающейся в терновую планку 4.

Приспособление 2может базироваться на накладной плите 1 с сеткой отверстий либо посредством трех штырей 3, установленных в отверстиях плиты (рис. 15.1, з), либо посредством мерных планок 5, упирающихся в торцовые планки 3 и 4(рис.15.1, и).

Рис. 15.1. Схема базирования приспособлений на станке.

На рис. 15.1, к показано приспособление 2, которое базируется на плите 1 с Т-образными пазами и отверстиями посредством штыря 3, установленного в отверстии плиты и двух штырей 5, расположенных в торцовой планке.

Универсально-сборное приспособление 1 (УСП), которое показано на рис. 15.1, л; базируется на накладной плите 2посредством трех штырей 3, установленных в отверстиях плиты.

Приспособление 2(УСП) может базироваться на столе станка 1 посредством двух шпонок, устанавливаемых Т-образном пазу стола станка (рис. 15.1, м). Установка инструмента в исходную точку осуществляется по контрольной оправке 4и установу 3.

15.2. Системы приспособлений применяемых на станках с ЧПУ

На станках с ЧПУ применяются универсально-безнокладочные приспособления (УБП), универсально-накладочные (УНП), специализированные накладочные (СНП), универсально-сборные (УСП), механизированные универсально-сборочные для станков с ЧПУ (УСПМ), сборно-разборные (СРП), универсально-сборной переналаживаемой оснастки (УСПО).

Универсально-безналадочные приспособления (УБП) – это приспособления общего назначения, обеспечивающие установку заготовки широкой номенклатуры. УБП представляет собой механизм долговременного действия с постоянным (несъемными) элементами для установки различных заготовок.

К УБП относятся токарные патроны, машинные тиски, поворотные столы, стойки и т. д.

Универсально-наладочные приспособления (УНП) обеспечивают установку и фиксацию заготовок при помощи специальных сменных накладок.

Базовая часто у них постоянная – это накладные координатные плиты, на которые устанавливаются сменные накладки.

Сменными накладками являются базирующие и зажимные элементы. Базовые плиты выполняют с пазами, сеткой пазов, сеткой отверстий, сеткой пазов и отверстий. К УНП относятся тиски, патроны со сменными кулачками и т. д.

Специализированные наладочные приспособления (СНП) предназначены для установки и закрепления родственных по конфигурации заготовок различных габаритов. Состоит из специализированного (по схеме базирования и виду обработки типовых групп изготовляемых деталей) базового агрегата и сменных накладок.

Базисный агрегат предназначен для многократного использования. Сменная накладка – это специальная сборочная единица, обеспечивающая установку определенной заготовки на базовом агрегате. Система СНП отличается более высокой степенью механизации, а также возможностью применения многоместных приспособлений, обеспечивающих более высокую производительность.

Базовая плита имеет сетку отверстий и пазов для базирования и закрепления установочных и зажимных элементов.

Универсально-сборочные приспособления (УСП – ЧПУ)

Собираются из окончательно обработанных стандартных деталей и узлов. После использования компоновок УСП разбираются на составные части, которые используются в других компоновках. Срок службы 18 – 20 лет. УСП – ЧПУ предназначена для установки деталей с размерами до 600х400х300 на вертикально-фрезерных станках, горизонтально-расточных и ОЦ.

В состав компонента входят детали и сборочные единицы: базовые, корпусные, опорные и установочные, крепежные и прижимные.

Базовые плиты, пневматический стол, магнитная плита, самоцентрирующий и плавающий зажимы.

Корпусные, опорные и установочные детали предназначены для ориентации заготовок на базовых деталях.

Крепежные и прижимные шпонки, прихваты, болты, шпильки, гайки, механизированные зажимы и т. д.

Недостатки УСП.

· наличие большого количества стыков, что снижает их жесткость;

· отсутствие быстродействующих зажимов.

Система механизированных универсально-сборных приспособлений УСПМ-ЧПУ эти приспособления предназначены для установки заготовок на станках с ЧПУ фрезерной и сверлильной групп в единичном и мелкосерийном производствах. Выпускается два комплекта УСПМ-12 ЧПУ и УСПМ-16 ЧПУ с пазами соответственно 12 и 16 мм. Базовыми узлами являются гидроблоки – плиты с Т-образными пазами и встроенными гидроцилиндрами (рис. 15.2).

Рис. 15.2. Конструкция гидроблока УСПМ-ЧПУ.

Гидроблок состоит из корпуса 1, цилиндра 2, штуцеров 3, заглушек 4. при подаче масла от источника в полость А создается усилие, которое через шпильки передается на зажимной элемент. Полость Б служит для возврата поршня в исходное положение при отжатии заготовки.

Гидроблоки могут использоваться как отдельно, так и в сборе.

Зажимное усилие в УСПМ-12 ЧПУ составляет 12600 – 38500 Н, а УСПМ-16 ЧПУ – 14650 – 56 000 Н при давлении масла в системе 10 МПа. Стоимость компонентов 20000 руб. Срок службы – 10 ( 15 лет.

УСПМ-12 ЧПУ предназначены для обработки деталей с габаритными размерами до 400х400х260 мм. УСПМ-16 ЧПУ для деталей с размерами более 400х400х260 мм.

УСПМ-ЧПУ состоит из следующих групп: базовые гидроблоки, опорные, прижимные элементы, гидропривод, арматура.

Система СРП-ЧПУ состоит из элементов деталей и сборочных единиц, которые путем агрегатирования могут компоноваться в различные сборно-разборные приспособления для серийного производства. Элементы СРП фиксируются посредством соединения палец-отверстие. Для этого в базовых сборочных единицах имеются сетки координатно-фиксирующих отверстий. Элементы СРП крепятся на базовых плитах и угольника посредством Т-образных пазов (СРП-14 и СРП-18 ЧПУ). Срок службы 12-15 лет. Здесь применяются гидроплиты. Размеры до 900х600х360 мм.

В соответствии с назначением детали и сборочной единицы комплекта СРП образуют 6 групп: базовые сборочные единицы (рис. 15.3), прижимные детали и сборочные единица (рис. 15.4), опорные детали и сборочные единицы (рис. 15.5), установочные детали и сборочные единицы (рис. 15.6), крепежные детали, разные детали.

а, б – прямоугольные и круглые плиты; в, г – неподвижные губки и подвижные губки; д – угольники; е – делительные стойки.

Рис. 15.3. Основные базовые сборочные единицы системы СРП:

Рис. 15.4. Основные прижимные сборочные единицы системы СРП: а, б, в, г – качающийся, отводимый, гидравлический V – образный прижимы; д – прижим с перемещаемым гидроцилиндром.

Рис. 15.5. Основные (опорные единицы системы СРП): а, б, в - регулируемые, подводимые регулируемые и самоуствнавливающие опоры, г – планки с Т-образными пазами, д – с гладкими и резьбовыми отверстиями.

Рис. 15.6. Основные установочные детали для базирования заготовок в приспособлениях, фиксации опорных планок на плитах и угольниках взаимного базирования плит и базирования приспособлений на столах станков: а - шпонки; б – пальцы цилиндрические, в – ромбические, г, е – цилиндрические переходные, д, ж – ромбические переходные.

Система универсально сборной и переналаживаемой оснастки(УСПО).

Эти приспособления отбираются без пригонки. В отличии от системы УСП вместо шпоночного соединения элементов приняты штифтовой и шариковый.

Рис. 15.7. Штифтовый и шариковый способы базирования элементов системы УСПО.

При штифтовом способе два элемента, имеющие глухие цилиндрические отверстия фиксируются на двух сборных штифтах. Каждый штифт состоит из пальца1 с двумя коническими поверхностями, двух разрезных втулок 2 и двух эластичных шайб. При сборке соединения под действием силы, создаваемой болтом или шпилькой, опора 3 прижимается к плите 4. При этом шайбы давят на втулки, которые перемещаясь по пальцу увеличиваются в диаметре, выбирая зазор и создавая натяг в соединении.

При шариковом способе любая пара элементов, имеющая специальные конические отверстия (лунки), фиксируются двумя шариками 2, каждый из которых имеет центральное отверстие и прорезь. Элемент 1 под действием зажимного элемента (болта или шпильки) прижимается к плите 3. При этом шарики сжимаются до полного контакта соединяемых элементов.

УСПО применяются в мелкосерийном и серийном производствах.

Комплекс УСПО подразделяется на три серии, отличающихся друг от друга диаметрами крепежных элементов 8, 12 и 16 мм, а также габаритными и установочными размерами. Сетка расположения установочных (8, 12, 16 мм) и резьбовых (М8, М12х1,5 и М16) отверстий в сериях имеет соответственно шаг 20, 30 и 40 мм. Расстояние между установочными и резьбовыми отверстиями равно половине шага: 10, 15 и 20 мм. Расстояние между осями любой пары установочных отверстий выполняется с допуском 0,02 мм, а расстояние между осями любой пары резьбовых отверстий - 0,2 мм. К группе базовых немеханизированных деталей комплекса относятся элементы, используемые в компоновках приспособлений в качестве их оснований.

По функциональному назначению элементы комплекса УСПО подразделяются на следующие группы: базовые, корпусные, установочные, направляющие, зажимные, крепежные, средства механизации зажима заготовок, разные.

К группе базовых деталей относятся квадратные, прямоугольные и круглые плиты, угольники и тумбы, к группе корпусных — элементы комплекса, предназначенные для создания корпусов приспособлений. В этой группе имеются опоры квадратного и прямоугольного сечения, приставки, установочные угольники, соединительные планки, опоры различных форм с отверстиями и т. д. Все корпусные детали почти на всех своих плоскостях имеют установочные и крепежные отверстия, расположенные в соответствии со схемой, характерной для каждой серии элементов. Основой построения конструкций всех элементов группы корпусных деталей является модуль, т. е. квадрат, размер которого зависит от номера серии. Для серии 8, 12 и 16 сторона квадрата соответственно равна 30, 45 и 60 мм. В углах квадратов расположены четыре отверстия диаметром соответственно 8, 10 и 12 мм с межцентровым расстоянием 20, 30 и 40 мм и центральным отверстием с зенковкой 10/16; 14/23 и 18/28.

Установочные детали (колпачковые опоры, диски, пальцы, упоры, штыри т. д.) используются в компоновках приспособлений в качестве баз. Конструкции элементов этой группы аналогичны конструкциям таких же элементов системы У СП.

К направляющим деталям относятся шпонки, штифты, втулки, валики, колонки и другие детали, используемые при компоновке приспособлений для взаимной ориентации относительно друг друга, а также для ориентации инструмента относительно базовых элементов приспособлений.

К зажимным и крепежным деталям относятся прихваты различных конструкций, прижимы, зажимы, планки, качалки, быстросъемные шайбы, предназначенные для закрепления обрабатываемых заготовок.

Базовые механизированные сборочные единицы используются при сборке механизированных приспособлений для станков с ЧПУ в условиях мелкосерийного и серийного производств. К ним относятся базисные агрегаты, например, самоцентрирующие агрегаты тисочного типа, а также базовые механизированные сборочные единицы, предназначенные для сборки базисных агрегатов, например, тисочные подвижные губки с одним или двумя боковыми, прижимами.

Рис. 15.8. Средства механизации УСПО.

Для компоновки механизированных приспособлений может использоваться гидроплита, на верхней плоскости которой выполнена сетка координатно-фиксирующих и резьбовых отверстий, предназначенных для установки и закрепления сменных насадок или установочных и зажимных единиц комплекта УСПО. В центре плиты имеется отверстие, с которым связана сетка координатно-фиксирующих отверстий. В корпус плиты встроены гидроцилиндры. По конструкции и назначению гидроплиты УСПО близки к гидроплитам системы СРП. Отличием является отсутствие Т-образных пазов, функцию которых выполняет сетка резьбовых отверстий.

К средствам механизации (рис.15.8) относятся пневмо-гидропреобразователь (рис. 15.8, а), гидроплиты (рис. 15.8, б), гидроблоки (рис. 15.8, в), гидроцилиндры одностороннего и двухстороннего действия (рис. 15.8, г), гидроприхваты различных видов (рис. 15.8, д), трубопроводы, пневмогидравлические источники давления (рис. 15.8, е).

15.3. Приспособления для обрабатывающих центров

С целью сокращения времени загрузки заготовок и съема готовых деталей на обрабатывающих центрах используются:

а) устройства для автоматической смены приспособлений-спутников;

б) маятниковые и поворотные столы;

в) системы приспособлений, обеспечивающие быстрое базирование и зажим деталей.

Основными типами приспособлений, применяющихся на обрабатывающих центрах являются универсально-наладочные (УНП), системы сборно-разборных приспособлений (СРП), универсально-сборные (УСП).

Примечание: для каждого типа ОЦ применяется свой тип зажимного устройства (привода), особенно быть внимательным при использовании пневмо и гидроприводов на ИР-500 и на приспособлениях – спутниках.

15.4. Приспособления для гибких автоматизированных участков из станков с ЧПУ.

Для автоматических участков из станков фрезерно- сверлильно-расточной группы и ОЦ целесообразно применять приспособления – спутники и агрегатированные быстропереналаживаемые приспособления, компонуемые из базовых агрегатов – плит, из унифицированных установочных и зажимных узлов и элементов.

Заготовки целесообразно группировать по классам. Это обеспечивает возможность применения переналаживаемых групповых приспособлений.

В большинстве случаев базовые плиты спутника имеют на верхней поверхности сетку пазов, отверстий или пазов и отверстий и являются основными универсально-наладочных приспособлений, на которых компонуются установочные и зажимные элементы.

На АУ из токарных станков с ЧПУ для обработки цилиндрических заготовок используют самоцентрирующиеся быстропереналаживаемые патроны. Загрузка заготовок производится роботом.

Заготовки перед установкой в приспособлениях – спутниках предварительно обрабатываются по базовым поверхностям.

Для закрепления заготовок на приспособлениях – спутниках наиболее целесообразно применять гидравлические зажимные устройства – гидравлические цилиндры с упругим элементом. Такие гидроцилиндры присоединяются к источнику давления масла только в момент необходимости зажима – разжима заготовки (рис. 15.9).

При подаче масла от источника давления посредством быстроразъемной гидромуфты (с автоматическим запором масла) через штуцер 10 в поршневую полость гидроцилиндра 1 поршень 2 перемещается, осуществляя через пакет тарельчатых пружин 5 , крышку 3 и опору 9 или тягу 4 подвод зажимных элементов и зажим заготовки. В этом случае пакет тарельчатых пружин 5 сжимается, а система крепежных элементов испытывает упругие деформации. Шток поршня фиксируются вручную гайкой 6 . Наличие самотормозящего механизма винт – гайка обеспечивает возможность отключения источника давления масла. Для разжима заготовки в гидроцилиндр поступает масло под давлением, шток поршня освобождается от фиксации гайкой 6. Затем источник давления отключают и под действием возвратной пружины 7 , опирающейся на фланец 8, поршень со штоком возвращается в исходное положение.

Рис. 15.9. Гидроцилиндр с самотормозящимся звеном.

В качестве приспособлений – спутников чаще всего применяются компоновки УСП и УНП, УСПО, СРП. Применение приспособлений-спутников обуславливает необходимость значительного количеств спутников и рабочих, занятых компоновкой приспособлении, загрузной – разгрузной заготовок и деталей, наличие универсальных станков и обслуживающий их рабочих, наличия слесарно-сборочных мест и мест загрузки-разгрузки что требует значительных капитальных, организационных и текущих затрат.

Поэтому в настоящие время часто применяют систему автоматически переналаживаемых приспособлений с ЧПУ, переналадка установочных и зажимных элементов которых (т. е. регулирования их положения по трем осям координат при смене объекта обработки) осуществляется в любой последовательности по заданной программе, в которую вводят данные о типе и положении заготовки. Такие приспособления являются стационарными, т. е. их положение в процессе обработки заготовки остается неизменным на станке. Заготовки базируются и закрепляются автоматически. Положение основных и вспомогательных опор, а также точки приложения зажимных усилий вводятся в память системы управления обрабатывающих центров и подают на них детали на стол непосредственного в зону обработки (ИР800МФ4)

Контрольные задания.

Задание 15.1.

Какие требования предъявляются к станочным приспособлениям, применяемым на станках с ЧПУ?

Задание 15.2.

Какие системы приспособлений применяют на станках с ЧПУ?

Задание 15.3.

Как фиксируются элементы СРП относительно друг друга?

Задание 15.4.

Какие способы соединения элементов применяют в системе УСПО?

ЛЕКЦИЯ 16

16. Прочность деталей приспособлений

Прочность — одно из основных требований, предъявляемых к деталям и приспособлениям в целом. Прочность деталей может рассматриваться по коэффициентам запаса или по номинальным допускаемым напряжениям. Расчеты по номинальным допускаемым напряжениям менее точны и прогрессивны, но значительно проще.

С помощью расчета деталей (элементов) приспособлений на прочность можно решать две задачи: а) проверку на прочность уже существующих деталей с определенными размерами сечений путем сравнения фактических напряжений) (моментов, сил) с допускаемыми — проверочный расчет; б) определение размеров сечений деталей — предварительный проектный расчет.

Расчет на прочность (задача а) детали в виде стержня круглого сечения, нагруженного осевой силой, по допускаемым напряжениям растяжения (сжатия) осуществляется по формуле

,

где — фактическое напряжение растяжения (сжатия), МПа; Р — расчетная осевая сила, Н; d — диаметр опасного сечения (для резьбового стержня — внутренний диаметр резьбы), мм; [ ] — допускаемое напряжение растяжения (сжатия), МПа.

Определение необходимого размера опасного сечения (задача б) для подобного случая можно производить по формуле

.

Полученное значение округляется в сторону увеличения до целого или ближайшего стандартного значения. При наличии шпоночного паза в опасном сечении детали полученное расчетом значение d следует увеличить на 5...10 %.

Расчеты на прочность валов и осей с целью определения их размеров (задача б) можно производить по формулам: на изгиб (детали круглого сечения)

;

на изгиб (детали кольцевого сечения)

;

на кручение

на изгиб с кручением (детали круглого сечения)

на изгиб с кручением (детали кольцевого сечения)

где М_из — изгибающий момент, Н*мм; М_кр — крутящий момент, Н*мм; Мэкв — эквивалентный момент, Н*мм; ; — допускаемое напряжение при изгибе, МПа; [ ] — допускаемое напряжение при кручении, МПа; k₀=d₀/d — отношение внутреннего диаметра вала (оси) d₀ к наружному d.

Необходимо помнить, что оси рассчитываются только на изгиб, так как они не передают крутящего момента.

Валы и оси можно рассчитывать на жесткость, но диаметр деталей в этом случае получается большим, чем при расчете на прочность. Расчет на изгибную жесткость состоит из определения углов наклона и прогибов упругой линии осей и валов и сравнения их с допускаемыми значениями. Следует отметить и сложность расчетов деталей на жесткость. Например, расчет валов на жесткость (задача а) при кручении производится по формуле

,

где — действительный угол закручивания вала, град; [ ] — допускаемый угол закручивания (можно принимать для большинства валов [ ] =15' на 1 м длины; для менее ответственных валов [ ] принимается до 2°); М_кр — крутящий момент, Н • мм; l — длина скручиваемой части вала, мм; G — модуль упругости при сдвиге, МПа (для стали G = 8(10⁴ МПа); I_р — полярный момент инерции сечения вала, мм⁴ ( — для круглого сечения и — для кольцевого сечения).

Уточненный расчет валов на прочность, в случае возникновения такой необходимости, заключается в определении коэффициентов запаса для опасных сечений.

При нагружении соединения силами в плоскости (по поверхности) стыка деталей и в случаях установки штифта (цилиндрического гладкого стержня винта) без зазора и работы на срез проверочный расчет (задача а) штифта (винта) может осуществляться по формуле

,

где Р — срезающая сила, Н; d — диаметр штифта (стержня винта), мм; i — число стыков (количество штифтов или винтов) в соединении; [ ] — допускаемое напряжение среза, МПа.

Расчет на прочность шпоночных и шлицевых соединений заключается в сравнении фактически передаваемого крутящего момента с допускаемым моментом из условий прочности шпонок (шлиц).

Расчет на прочность шпоночных соединений (задача а) производится по формулам:

на смятие:

(для призматических шпонок);

(для сегментных шпонок);

на срез:

(для призматических и сегментных шпонок),

где М_кр — крутящий момент (рассчитывается по передаваемой мощности и частоте вращения вала), Н-мм; D — наружный диаметр вала, мм; h — высота призматической шпонки, мм; К_ш — размер выступающей из паза части сегментной шпонки, мм; l — рабочая длина шпонки, мм; [ ] — допустимые напряжения смятия, МПа.

Проверочный расчет на прочность шлицевых соединений (задача а)может осуществляться по формулам:

на смятие:

(прямобочный профиль)

(эвольвентный профиль)

на срез:

(прямобочный и эвольвентный профили)