МЕХАНИЗМЫ ЗАЖИМА ЗАГОТОВОК

Механизмы зажима предназначены для закрепления обрабатываемых заготовок в рабочих позициях станков и авто­матических линий и должны обеспечивать постоянство их положе­ния при обработке.

Конструкция механизмов зажима зависит от типа заготовки и принятого технологического процесса обработки.

Все механизмы зажима можно разделить на две группы: механизмы, предназначенные для зажима симметричных загото­вок (прутки, трубы, штучные заготовки); механизмы, предназна­ченные для зажима заготовок произвольной формы (корпусные детали, кронштейны, плиты и т. д.).

Зажим обрабатываемых заготовок выполняется зажимными органами (цангами, кулачками, мембранами, рычагами и т. д.), которые для создания необходимой силы зажим \ перемещаются специальными приводами.

По источнику, создающему силу зажима, эти механизмы делят на механизмы с силовым и жестким замыканием.

В механизмах с силовым замыканием сила зажима создается за счет внешних сил: пневматических и гидравлических устройств,

пружины, гидропласта и других, причем сила зажима заготовки лишь в малой степени зависит от колебаний ее размеров. В меха­низмах с жестким замыканием сила зажима создается за счет деформаций передаточного и зажимного звеньев; напряжения в звеньях уже в значительной степени зависят от точности зажи­маемой заготовки. Тип зажимного органа и источник, создающий силы зажима, выбирают исходя из разных условий. Поэтому, например, цанговые механизмы зажима могут приводиться и действие вручную, пружиной, пневмоцилиндром (силовое замыкание) или путем деформирования передаточной системы (жесткое замыкание). В зависимости от степени автоматизации станка (универсальный, полуавтомат, автомат) существуют следующий системы зажимаг ручная» полуавтоматическая и автомати­ческая.

Основные требования, предъявляемые к механизмам зажима, следующие: надежность зажима (возникающие при обработки силы не должны изменить первоначально заданное положенно обрабатываемой заготовки); точность зажима относительно оси симметричных профилей независимо от колебаний размеров заготовки; стабильность точности зажима заготовок по длине; достаточная жесткость зажима, что предотвращает возникновение вибраций при работе; высокая надежность и долговечность в работе; простота конструкции и малые габаритные размеры.

При проектировании механизмов зажима необходимо учитывать в каждом конкретном случае дополнительные требования, которые зависят от вида заготовки, выбранного способа обработки, типа оборудования и т. д.

При обработке заготовок на станках о ЧПУ, многоцелевых станках особое внимание уделяют выбору базовых поверхностей. Базовые поверхности должны обеспечивать высокую точность обработки и минимальное время на базирование и установку. Чтобы связать координаты обрабатываемой заготовки с отсчетной системой станка, координаты базовых поверхностей вводят в систему ЧПУ. Заготовка должна быть ориентирована базирующими элементами так, чтобы расчетные координаты обрабатываемых поверхностей были связаны с координатной системой станка. Это сократит время введения базовых координат в систему ЧПУ. Таким образом, механизмы должны обеспечивать: определенное положение заготовки на столе станка и фиксацию этого положения с учетом сил резания; минимальную деформацию при максималь­ном сечении снимаемой етружки; равномерную передачу зажим­ных сил с их замыканием на опорах установочных базовых эле­ментов; возможность быстрой смены зажимных элементов; удобство установки, зажима н снятия заготовки.

Проектирование механизмов зажима является сложной про­блемой, так как они определяют не только точность обработки, но и производительность н надежность работы автомата, станка с ЧПУ,автоматической линии.

Механизмы зажима симметричных заготовок используют на токарных, круглошлифовальных и других автоматах и станках с ЧПУ, на которых обрабатывают заготовки симметричной формы (круглые, квадратные и т. д.). Это детали типа валов, дисков, фланцев и др.

Механизмы зажима симметричных профилей простой формы состоят из зажимного органа (кулачка, цанги, оправки, захвата и т. д.), приводного звена, создающего силу зажима (гидро- или пневмоцилиндра, пружины, механического привода и др.), и передаточных звеньев (рычагов, труб и т. д.).

При обработке заготовок типа валов их базируют обычно по центровым отверстиям, а передача момента происходит с помощью кулачковых патронов.

На рис. 8.8 показан трехкулачковый.патрон с плавающим центром и гидравлическим приводом ПЗК-У-315 [Г]. В термически обработанных направляющих корпуса патрона 4 перемещаются основные кулачки 1, к которым крепятся рабочие кулачки 2. Втулка 5 с клиновыми пазами перемещается в осевом направлении гидроприводом с помощью тяги и втулки 6. Тяга соединяется с втулкой 6 винтовой нарезкой 7. Плавающий центр 3 поджи­мается пружиной и при зажиме заготовки центрирует ее. Такой патрон можно использовать как при черновой, так и при чистовой обработке.

При центровой обработке заготовок деталей типа вала на станках с ЧПУ, объединенных в ГПС, промышленный робот устанавливает заготовки на линию центров станка, а поджим заготовок к переднему центру и создание необходимой силы зажима осуществляют обычно перемещением пиноли задней бабки. В таком случае станки часто оснащают поводковыми патронами, которые дают возможность обрабатывать заготовку по всей поверхности.

Поводковый патрон показан на рис. 8.9. Плавающим центр 1 установлен во втулке 4, которая жестко соединена с кор пусом 6 патрона. Корпус 6 конусом устанавливают в шпиндвЛ! станка. Шпонка 3, закрепленная во втулке 4, предотвращтч поворот плавающего центра 1, обеспечивая ему возможность перемещаться в осевом направлении. При зажиме заготовки oceвая сила создается перемещением пиноли задней бабки, в которую установлен вращающийся центр. В процессе перемещения пиноЛщ задней бабки заготовка давит на плавающий центр 1, заставляя выдвигаться поводки 2. Поводки 2 перемещаются толкли лями 5 от плунжеров 7 благодаря сжатию гидропласта 8. Осе­вое давление регулируется винтом 10 при перемещении плун жера 9.

Широкое применение в автоматах получили цанговые механизмы зажима. Их характерная особенность — то, что они мри годны для зажима заготовок широкого диапазона размером Цанговые механизмы зажима применяют для зажима как пруткового материала, так и штучных заготовок. Штучные заготовки могут зажиматься по наружной или внутренней поверхности Применяют три типа цанговых механизмов зажима [4]:

I тип — цанга имеет прямой конус, и для зажима прутка необходимо создавать силу, сжимающую цангу;

II тип — цанга имеет обратный конус, и для зажима прутка необходимо создавать силу, растягивающую цангу;

III тип — цанга имеет обратный конус, но в отличие от преды­дущих вариантов она упирается передней частью лепестков в гайку, навинченную на шпиндель; для зажима прутка цангой на нее перемещают стакан с конусной расточкой.

Применяют цанговые механизмы зажима как с силовым, так и с жестким замыканием. Рассмотрим порядок расчета этих меха­низмов на примере расчета цангового механизма II типа (рис. 8.10). При расчете определяют силы, с которыми зажимные звенья должны удерживать обрабатываемую заготовку, определяют па­раметры привода, обеспечивающего данную силу зажима.

При зажиме обрабатываемой заготовки все звенья механизма — цанга, труба, рычажки, упорные гайки, а также шпиндель — находятся под нагрузкой. Зная технологические операции, выпол­няемые на одном шпинделе, можно определить силу, которую должен обеспечить механизм зажима.

1. Определяем суммарную окружную силу Р, действующую на поверхности детали в цанге:

Здесь — суммарная сила резания, приведенная к на-

ружному диаметру прутка, где п — число резцов, участвующих в обработке; г_i — радиус приложения силы резания P_i; r — минимальный радиус зажимаемого прутка; М — крутящий момент осевого инструмента.

2. Находим результирующую силу Р_р, которая стремится
повернуть заготовку в цанге:

где Р₀ — суммарная осевая сила, возникающая при работе резцами и осевым инструментом.

3. Определяем необходимую силу W сжатия лепестков цанги:

где — окружная сила, передаваемая зажимной цангой; — коэффициент трения между материалом заготовки и цанги,

Рис. Расчетная схема цангового механизма зажима

= 0,25.для гладких губок, ( == 0,45 ... 0,5 для губок с насеч­кой крест-накрест.

Тогда сила сжатия лепестков цанги

где т = 1,2 ... 1,5 — коэффициент запаса силы зажима.

4. Находим силу тяги Q₀, которую необходимо приложить
к зажимной трубе, чтобы обеспечить зажим обрабатываемой за­
готовки (см. рис. 8.10):

Здесь = 12 ... 15° — половина угла конуса цанги; φ = = arctg — угол трения между цангой и шпинделем, где — коэффициент трения между цангой и шпинделем, для шлифованных поверхностей цанги и шпинделя принимают а, .

Дальнейшие этапы расчета зависят от характера замыкания механизма (силовое или жесткое). При силовом замыкании сила является исходной для определения параметров элементов меха­низма (цанги, трубы, резьбы, рычагов и т. д.). Исходя из этого подбирают необходимые параметры источника силы зажима (диа­метр пневмо- или гидроцилиндра, диаметр проволоки пружины и т. д.). Основой расчета зажимных механизмов с жестким замы­канием является оценка колебаний размеров обрабатываемой заготовки, а следовательно, силы зажима.

5. Составляем принципиальную схему механизма с указанием размеров всех звеньев (из конструктивных соображений) и выби­раем материал звеньев.

6. Определяем суммарную деформацию упругой системы под действием силы Q₀:

где —деформация соответственно цанги, зажимаемой трубы, собачек и т. д.

При работе звена на растяжение или сжатие деформация ведо­мого звена при зажиме заготовки с минимальными размерами под действием силы Q₀ составит

где l₁ — длина ведомого звена; Е — модуль упругости первого рода; F — площадь сечения звена, работающего на растяжение или сжатие.

При работе звена на изгиб деформация звена fo при минималь­ных размерах заготовки может быть определена по формуле

где с — коэффициент, зависящий от вида звена и нагрузки; с — 1/3 — для консольной балки с нагрузкой на конце; с = = 1/48 — для балки на двух опорах с нагрузкой посередине; с = 1/192 — для балки, закрепленной с двух сторон с нагрузкой посередине; I — момент инерции сечений звеньев.

При работе звена на кручение деформация звена под действием силы Q₀

где М₀ — крутящий момент; I₀ — полярный момент инерции сечений звеньев; G — модуль упругости второго рода.

7. Находим приращение деформации упругой системы при зажиме заготовки с максимальными размерами

Из рис. следует, что , а r. Тогда зависимость между допуском Δd на диаметр прутка, деформацией звеньев и коэффициентом возрастания сил Д", принимающим макси­мальное значение К =K _max. имеет вид:

При расчете механизма зажима с жестким замыканием задаются коэффициентом возрастания сил K = 3.... 4 и определяют величину Δd_max. Если допуск на размер обрабатываемого прутка δ <Δd_max, то механизм работоспособен, все размеры выбраны правильно, если же δ > Δd_max, то в механизме возможны поломки и необходимо менять его конструктивные размеры, т. ё. надо увеличить Δd_max.

Для надежной работы механизма зажима в его конструкцию вводят звено, допускающее повышение деформации. Наличие такого звена обеспечивает надежный зажим при значительном отклонении диаметра обрабатываемой заготовки и предотвращает перегрузку в звеньях механизма, в первую очередь в зажимных дангах.

Механизм зажима заготовок произвольной формыиспользуют при обработке заготовки типа корпусов, крышек и т. д. на агрегатных станках и автоматических линиях и на станках с ЧПУ. В данном случае заготовки устанавливают и закрепляют в специальных приспособлениях, которые должны обеспечить постоянство их положения под действием сил резания в процессе обработки. В то же время закрепление не должно вызывать чрезмерно больших деформаций обрабатываемой заготовки и корпусных деталей приспособлений, в которых расположены направляющие втулки, во избежание снижения точности обработки. Необходимую силу закрепления, обеспечивающую постоянство положения заготовки в процессе обработки, можно подсчитать с учетом действующих сил резания и схемы закрепления.

При определении сил резания, особенно при черновых опера­циях, следует учитывать возможность обработки заготовки с уве­личенными по сравнению с расчетными припусками. Силу за­крепления принимают в 1,5—2 раза больше расчетной. Силы

закрепления желательно прилагать в месте расположения ребер или сквозных бобышек таким образом, чтобы во избежание кон­сольных нагрузок линии действия сил проходили через базовые площади приспособления.

Приводы механизмов зажима приспособлений должны быть такими, чтобы можно было регулировать силу зажима в определенных пределах. В качестве силовых приводов зажимных эле­ментов приспособлений применяют гидравлические и реже пневматические приводы.

При обработке на многоцелевых станках о ЧПУ, в ГПС или на автоматических линиях заготовок типа корпусов, рычагов, маховиков, кареток и т. п., которые не имеют одинаковых и иден­тично расположенных поверхностей для базирования и крепления, их обычно устанавливают и закрепляют на специальных приспособлениях-спутниках.

Приспособления-спутники — это зажимные приспособления, в которых заготовка позиционирована и закреплена. Спутник вместе с обрабатываемой заготовкой перемещается от станка к станку в АЛ или ГПС без изменения закрепления и базирования. В этом случае заготовки базируют и закрепляют либо непосред­ственно на спутнике, либо в специальном приспособлении, уста­новленном на спутнике.

На рис. 8.11 показан спутник, который представляет собой чугунную плиту 1. Плоскость «А» плиты / точно обработана и является базовой. Для крепления обрабатываемых заготовок в плите 1 предусматривают Т-образные пазы (см. рис. 8.13) или сетку чередующихся резьбовых и фиксирующих отверстий (рис. 8.11, б). Обрабатываемая заготовка или приспособление с обрабатываемой заготовкой устанавливают на поверхности А (рис. 8.11, а) и фиксируют пальцами, строго ориентированными относительно элементов фиксации спутника.

Для базирования и закрепления спутника в рабочей позиции в плите 1 устанавливают специальные элементы фиксации (фиксаторные втулки или планки) и предусматривают поверхности для его зажима.

Устройство фиксации и зажима с базированием спутника на двух выдвижных цилиндрических фиксаторных пальцах 2 показано на рис. 8.11, а. После перемещения приспособления-спутника с механизма загрузки на стол станка с базовой поверхностью «5», рабочая полость гидроцилиндра 5 сообщается со сливным каналом, и поршень 6, перемещаясь под действием тарельчатых пружин, с помощью рычагов 7 выдвигает фиксаторы 2, которые входят в отверстия фиксаторных втулок спутника, осуществляя его фиксацию. При перемещении спутника на стол станка зажимные планки 3 входят в Т-образные пазы спутника. Две планки 3 перемещаются вертикально под действием пружин, установленных в четырех гидроцилиндрах 4, и зажимают приспособление-спутник после его фиксации. При разжиме и расфиксации масло под давлением подается в гидроцилиндры 4 и 5. Установка и закрепление обрабатываемых заготовок в приспособлении-спутнике, а также освобождение и удаление деталей из спутника после обработки выполняются вручную или автоматически специальными автоматическими устройствами, установленными на загрузочной позиции многоцелевого станка, ГПС или автоматической линии.

При обработке заготовок на многоцелевых станках с ЧПУ или на ГПС все спутники имеют свой номер. Кодовые гребенки с номерами спутников устанавливаются на их боковых поверхностях. В зависимости от того, какая заготовка установлена на спутнике, автоматически вызывается соответствующая программа обработки.

Рис. 8.11, Приспособление-спутник