ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ

Установочные элементы предназначены для определения положения обрабатываемой заготовки относительно режущего инструмента. В процессе механической обработки необходимо не только правильно забазировать заготовку, но и обеспечить постоянство контакта и неподвижность заготовки относительно приспособления.

В зависимости от вида обработки и типа заготовки для её ориентации достаточно одной, двух или трёх баз, но при закреплении заготовки в приспособлении она должна быть лишена всех шести степеней свободы.

Поскольку обеспечить высокие параметры шероховатости, плоскостности, прямолинейности на большой площади поверхности достаточно сложно, то заготовки в приспособлениях устанавливают на опоры, число которых должно равняться числу степеней свободы, которых лишается заготовка. Опоры бывают основные, вспомогательные, регулируемые и самоустанавливающиеся. Опоры должны иметь шероховатость рабочей поверхности не ниже Ra = 0,63, обладать высокой жесткостью, износостойкостью, не должны деформировать базовые поверхности заготовок и быть легко сменными. Основные опоры бывают со сферической, насечённой и плоской головками (рис. 2.84).

Стандартизованные опоры (штыри)

Рис. 2.84. Стандартизованные опоры (штыри):

а- с плоской головкой; б - со сферической головкой; в - с насеченной головкой

Если заготовка имеет большие габариты и сложную форму, то не всегда её можно установить только на основные опоры. В этих случаях применяют подводимые вспомогательные опоры, которые не базируют заготовку, а придают ей в процессе обработки устойчивость и жёсткость (рис. 2.85).

Подводимая вспомогательная опора

Рис. 2.85. Подводимая вспомогательная опора

В качестве вспомогательных опор могут быть использованы регулируемые опоры в виде винтов со сферической опорной поверхностью и самоустанавливающиеся опоры (рис. 2.86).

Регулируемая (а) и самоустанавливающаяся (б) опоры

Рис. 2.86. Регулируемая (а) и самоустанавливающаяся (б) опоры

В тех случаях, когда существует необходимость частой смены опор (штырей), в отверстие приспособления запрессовывают закаленную втулку, в которую устанавливается опора (рис. 2.87).

Опора, установленная во втулке

Рис. 2.87. Опора, установленная во втулке

Если обрабатываемая заготовка имеет обработанную базовую поверхность, обладающую высокой точностью, то в этом случае в качестве опор могут быть использованы плоские пластины (рис. 2.88), которые обычно устанавливают на вертикальных стенках приспособления, или пластины с косыми пазами (рис. 2.89), которые устанавливают на горизонтальных поверхностях. Если на одной поверхности установлено несколько опорных пластин, то обычно для повышения точности производят их совместную шлифовку.

Обычно опоры (штыри) изготавливают из стали У8А, которую закаливают до HRC 50...60 или из стали 20 (для штырей с диаметром головки более 12 мм), которую подвергают цементации и закалке. Пластины изготавливают из стали 15 и стали 20, которые также подвергают цементации и закалке до HRC 55...60, а также из легированных сталей 20Х и 12ХНЗА.

Плоские пластины

Рис. 2.88. Плоские пластины

Пластины с косыми пазами

Рис. 2.89. Пластины с косыми пазами

При установке заготовок в приспособления по двум цилиндрическим отверстиям и перпендикулярной к их осям плоской поверхности используют установочные пальцы и стандартизованные пластины (рис. 2.90). Один из пальцев выполняется цилиндрическим, а второй - срезанным, что позволяет избежать заклинивания при точности отверстий по Н7. Такая схема базирования нашла широкое применение при обработке заготовок в условиях массового производства - в автотракторном машиностроении, где используются заготовки небольшие по размерам и массе.

Схема базирования по плоскости и двум отверстиям

Рис. 2.90. Схема базирования по плоскости и двум отверстиям

Установка заготовок с базированием по торцу и отверстию на высокий или низкий палец (рис. 2.91) лишает заготовку:

  • 1) при установке на длинный цилиндрический не срезанный палец - четырёх степеней свободы (двойная направляющая база), а установка на торец - одной степени свободы (опорная база);
  • 2) при установке на короткий палец - двух степеней свободы (двойная опорная база), а торец при этом является установочной базой и лишает заготовку трех степеней свободы.

При установке заготовок с базированием по торцу, плоскости и отверстию плоскость основания заготовки является установочной базой, отверстие - направляющей базой (заготовка лишается двух степеней свободы) и торец заготовки - опорной базой (рис. 2.92).

Схемы базирования по торцу и отверстию на высокий и низкий пальцы

Рис. 2.91. Схемы базирования по торцу и отверстию на высокий и низкий пальцы

Схема базирования по п.10скости, торцу и отверстию

Рис. 2.92. Схема базирования по п.10скости, торцу и отверстию

Для полного базирования заготовок по перечисленным схемам для обеспечения гарантированного контакта поверхностей заготовки с соответствующими элементами приспособлений необходимо создать силовое замыкание, т.е. использовать крепежные элементы (прихваты, зажимы, фиксаторы и т.п.).

Установочные пальцы бывают в зависимости от интенсивности их эксплуатации постоянными (рис. 2.93), сменными (рис. 2.94) и выдвижными (рис. 2.95), и устанавливаются в сквозных отверстиях на специально выполненных выступающих площадках или в выточках. Постоянные пальцы обычно запрессовываются в корпус приспособления, а сменные пальцы устанавливаются в переходные втулки, которые также запрессовываются в корпус приспособления. Установочные пальцы обычно изготавливают из стали У7А или из стали 20Х, которые подвергают химико-термической обработке до HRC 50...55.

Постоянные установочные пальцы

Рис. 2.93. Постоянные установочные пальцы

Сменные установочные пальцы

Рис. 2.94. Сменные установочные пальцы

Выдвижной установочный палец

Рис. 2.95. Выдвижной установочный палец

В качестве установочных элементов приспособлений широкое применение имеют жесткие и разжимные оправки, на которых устанавливают заготовки в процессе механической обработки. Жесткие оправки могут быть консольными или центровыми и могут иметь различное конструктивное исполнение.

В условиях мелкосерийного производства используют жесткие оправки, имеющие конусность наружной цилиндрической поверхности от 1:2000 до 1:1500 (рис. 2.96). Обрабатываемая заготовка благодаря наличию конуса хорошо базируется на оправке в радиальном направлении (её наружная поверхность концентрична поверхности оправки), однако в осевом направлении базирование отсутствует, и при наличии больших сил резания возможен проворот заготовки на оправке.

Жесткая центровая оправка с конической наружной поверхностью

Рис. 2.96. Жесткая центровая оправка с конической наружной поверхностью:

1 - оправка; 2 - обрабатываемая деталь

Такие оправки применяются при наружном точении на- проход. В условиях средне- и крупносерийного производства применяются оправки с зазором (рис. 2.97), которые имеют упорный буртик для осевого базирования заготовки и крепёжную гайку. Обычно конструкция таких оправок не позволяет обрабатывать торцы заготовки, и погрешность радиального базирования у них значительно выше за счет наличия зазора между наружной цилиндрической поверхностью оправки и внутренней цилиндрической поверхностью заготовки.

Жёсткая оправка с зазором

Рис. 2.97. Жёсткая оправка с зазором:

I - упорный буртик; 2 - заготовка; 3 - крепежная гайка;

4 - разрезная шайба

Наличие разрезной шайбы позволяет осуществлять быструю смену заготовок.

В условиях крупносерийного и массового производства используются оправки, на которые заготовки надеваются с натягом, позволяеющим выдерживать большие осевые усилия и крутящий момент (рис. 2.98).

Жесткая оправка с натягом

Рис. 2.98. Жесткая оправка с натягом

Для осевого базирования заготовки при её напрессовке используется специальный стакан 3, который затем удаляется.

Такая оправка 1 позволяет осуществлять обработку с высокими режимами резания. Отсутствие зазора способствует достижению строгой концентричности цилиндрических поверхностей. Конструкция оправки позволяет обрабатывать торцы детали за счет канавки 2. При необходимости оправка может иметь шпонку для передачи заготовке крутящего момента.

При обработке заготовок, имеющих шлицевое отверстие, может быть использована жесткая шлицевая оправка (рис. 2.99).

Жесткая шлицевая оправка

Рис. 2.99. Жесткая шлицевая оправка

На рис. 2.100 представлены конструкции разжимных консольных оправок.

Конструкции разжимных консольных оправок

Рис. 2.100. Конструкции разжимных консольных оправок:

а - цанговая; б и в - кулачковая; г-с гидропластом

Центры используются для установки на станках деталей, имеющих центровые отверстия (валы), или отверстий с фасками (втулки). Центры бывают неподвижными, которые вращаются вместе со шпинделем станка, и вращающиеся. Вращающиеся центры используются при высоких частотах вращения деталей, например при токарной обработке, а неподвижные - при малых частотах вращения, например при шлифовании.

Центры бывают гладкими невращающимися, срезанными, с рифлениями для передачи крутящего момента за счет внедрения рифлений в торец заготовки (рис. 2.101). Наконечники центров для уменьшения их износа выполняют из твердого сплава. Для обеспечения точной осевой ориентации заготовок применяют плавающие центры, которые самоуста- навливаются под действием пружины в центровом отверстии заготовки. При этом торец заготовки базируется по опорной шайбе центра. Различные виды центров представлены на рис. 2.102-2.107.

Разновидности центров

Рис. 2.101. Разновидности центров:

а, б- гладкие невращающиеся; в - гладкий срезанный; г - вращающийся

Токарный вращающийся центр для выполнения обдирочных работ

Рис. 2.102. Токарный вращающийся центр для выполнения обдирочных работ

Вращающиеся центры со сменной головкой для обработки

Рис. 2.103. Вращающиеся центры со сменной головкой для обработки:

а - деталей средних размеров; б - габаритных деталей

Специальный токарный центр

Рис. 2.104. Специальный токарный центр

Невращающийся токарный центр

Рис. 2.105. Невращающийся токарный центр:

а - плавающий поводковый; б - грибковый

Невращающийся токарный центр с сердечником из композиционного материала

Рис. 2.106. Невращающийся токарный центр с сердечником из композиционного материала

Инерционный патрон с плавающим центром для станка С ЧПУ

Рис. 2.107. Инерционный патрон с плавающим центром для станка С ЧПУ

Зажимные устройства (рис. 2.108) приспособлений служат для надежного контакта базовых поверхностей детали с установочными элементами, а также предотвращают смещения и вибрации детали в процессе механической обработки. Одни зажимные устройства служат только для установки и фиксации, а другие еще и центрируют заготовку в приспособлении (цанги, самоцентрирующие призмы, патроны и т. п.).

Классификация зажимных механизмов

Рис. 2.108. Классификация зажимных механизмов

При обработке крупногабаритных тяжёлых заготовок, имеющих устойчивое положение, зажимные устройства могут не использоваться, особенно когда силы резания незначительны и их направление не нарушает установку заготовки.

К зажимным устройствам предъявляются следующие требования:

  • - зажимные элементы не должны нарушать качество поверхности заготовки и её деформацию;
  • - в процессе зажима не должно происходить смещение заготовки из её первоначального положения;
  • - зажимные устройства должны обеспечивать жесткую фиксацию заготовки в процессе механической обработки;
  • - зажимные устройства должны обладать быстродействием и удобством в обслуживании.

Для обеспечения гарантированной фиксации заготовок в приспособлении необходимо рассчитывать силу зажима, которая зависит от вида и интенсивности обработки, направления действия сил резания и схемы зажимного устройства.

Существует пять основных вариантов взаимного расположения сил резания и зажимных сил (рис. 2.109).

Варианты расположения усилий для расчета силы зажима

Рис. 2.109. Варианты расположения усилий для расчета силы зажима

I вариант (рис. 2.109, а). Силы резания Р и силы зажима прижимают заготовку к установочным элементам приспособления. Если при этом возникают второстепенные силы N, то: Q =KN, где: Q- сила зажима, а К- коэффициент запаса

где КI - коэффициент, учитывающий наличие неровностей на поверхности заготовок, К/ - 1,0 - для чистовых работ и К/ = 1,2 - для черновых;

Кг - коэффициент, учитывающий увеличение сил резания в связи с износом инструмента: Кг = 1,0... 1,9;

К3 - коэффициент вводится, если резание прерывистое,

*0= 1,2;

К4 - коэффициент, зависящий от постоянства зажимной силы. Для пневматических и гидравлических зажимов К4 = 1,0, для ручных К4= ,3;

К$ - коэффициент, учитывающий удобство расположения зажимных элементов. Если поворот зажимной рукоятки осуществляется на угол менее 90°, то К$ = 1,0, если более 90°-Я>= 1,2;

Кв - коэффициент, зависящий от наличия крутящих моментов. При установке заготовки на ограниченную поверхность опор Кб = 1,0, при большой поверхности контакта К6= 1,5.

II вариант (рис. 2.109, б). Сила резания Р направлена против силы зажима Q. В этом случае: Q = КР.

III вариант (рис. 2.109, в). Сила резания Р стремится сдвинуть заготовку от установочных элементов. Смещение заготовки при этом предупреждается наличием сил трения Fi и F2, возникающих в местах контакта с зажимными и установочными элементами. В этом случае

где - коэффициенты трения, которые равны:

ззз

/= 0,1...0,15 при контакте обработанных поверхностей с опорными пластинами,

/ = 0,2...0,3 при контакте необработанных поверхностей с установочными штырями со сферической головкой,

/= 0,5...0,7 при контакте с закаленными рифлеными элементами

IV вариант (рис. 2.109, г). Деталь типа втулки установлена на цанговой оправке. Момент резания Мр стремящийся провернуть заготовку должен быть уравновешен моментом трения зажима.

При этом усилие на штоке должно быть:

где (р - угол трения на конической поверхности цанги.

V вариант (рис. 2.109, д). Деталь обрабатывается в трехкулачковом патроне.

При этом момент трения

где Q - сила зажима на один кулачок,/- коэффициент трения, R - радиус заготовки в месте зажима.

В механизмах простейших приспособлений используются винтовые механизмы, которые непосредственно позволяют фиксировать заготовки в рабочей зоне станка (рис. 2.110).

Конструктивные исполнения винтовых механизмов

Рис. 2.110. Конструктивные исполнения винтовых механизмов:

а- с плоской пятой; б- с цилиндрической опорной поверхностью; в - со сферической опорной поверхностью

Расчет винтовых механизмов начинается с определения силы зажима, которая зависит от сил резания, после чего рассчитывают диаметр винта по формуле

где С= 1,4 для метрической резьбы; сг= 8... 10 кгс/мм2 для стали 40;

Q = требуемая зажимная сила.

Для получения заданной зажимной силы на рукоятке ключа надо развить полезный момент:

где Гер - средний радиус резьбы (= 0,45);

Q - требуемое зажимное усилие; а - угол подъема резьбы; р - угол трения (7... 10°);

Мтр - момент трения на опорном торце зажимного винта:

В приспособлениях широко используют рычажные прихваты, которые состоят из винтового и рычажного механизмов (рис. 2.111). В качестве зажима может быть использован эксцентрик, клин, пневматический или гидравлический цилиндр.

Схемы и конструктивные исполнения рычажных механизмов

Рис. 2.111. Схемы и конструктивные исполнения рычажных механизмов:

а и б - с откидными прихватами; в - с поворотным прихватом

Рычаги прихватов могут быть поворотные, откидные, передвижные и изготавливаемые в виде планок.

Рычажные прихваты являются переналаживаемыми и могут быть использованы для фиксации заготовок, имеющих различные линейные размеры и конфигурацию.

В зависимости от схемы рычажных механизмов может быть использована только часть приложенной силы, вся сила или можно получить выигрыш в силе.

Рычаги прихватов должны обладать высокой жесткостью и прочностью и не деформироваться под действием сил резания и зажима.

При использовании для механической обработки мерного инструмента (сверла, зенкеры, развертки) приходится использовать устройства для направления рабочей части инструмента. К таким устройствам относятся кондукторные втулки, которые бывают постоянные, сменные и быстросменные (рис. 2.112).

Кондукторные втулки необходимы при обработке наклонных отверстий во избежание отжатая инструмента.

Постоянные втулки в зависимости от толщины кондукторной плиты могут быть гладкими и с буртом. Такие втулки запрессовываются в кондукторную плиту по посадке H7/g6 и могут быть использованы только для неинтенсивной эксплуатации.

Сменные втулки применяются в тех случаях, когда имеет место интенсивная эксплуатация и втулки быстро изнашиваются. Их приходится часто заменять на новые. Установка сменных втулок осуществляется по посадке H7/g6 во втулки, которые запрессованы в кондукторной плите. Для предохранения от поворота и подъема сменные втулки фиксируются винтами. Такие втулки применяют в условиях крупносерийного и массового производства.

Постоянные втулки в зависимости от толщины кондукторной плиты могут быть гладкими (рис. 2.112, а) и с буртом (рис. 2.112, б). Последние применяют в тех случаях, когда требуется ограничить осевое перемещение режущего инструмента, например при сверлении несквозных отверстий. Такие втулки запрессовываются в кондукторную плиту по посадке H7/g6 и могут быть использованы только для неинтенсивной эксплуатации.

Конструктивные исполнения кондукторных втулок

Рис. 2.112. Конструктивные исполнения кондукторных втулок

Сменные втулки применяются в тех случаях, когда имеет место интенсивная эксплуатация и втулки быстро изнашиваются. Их приходится часто заменять на новые. Установка сменных втулок осуществляется по посадке H7/g6 в постоянные втулки, которые запрессованы в кондукторной плите. Для предохранения от поворота и подъема сменные втулки фиксируются винтами. Такие втулки применяют в условиях крупносерийного и массового производства.

В тех случаях, когда одно отверстие обрабатывается последовательно несколькими инструментами, используются быстросменные втулки (рис. 2.112, в и 2.112, г), причем для каждого инструмента предусмотрена отдельная втулка. В буртике втулки имеется сквозной паз, который выполнен для того, чтобы, не отвинчивая стопорного винта, можно было повернуть втулку против часовой стрелки до совпадения паза с головкой стопорного винта и заменить её.

В ряде случаев оказывается необходимым использование специальных втулок. Втулка (рис. 2.112, з) применяется при сверлении нетехнологичных отверстий в наклонных площадках; удлиненная быстросменная втулка (рис. 2.112, и) используется в тех случаях, когда отверстие обрабатывают в углублении заготовки или когда установка и съем последней затруднены. При малом расстоянии между осями обрабатываемых отверстий применяют срезанные втулки (рис. 2.112, д, е) или одну общую (рис. 2.112, к).

В тех случаях, когда одно отверстие обрабатывается последовательно несколькими инструментами, то используются быстросменные втулки, причем для каждого инструмента предусмотрена отдельная втулка. В буртике втулки имеется сквозной паз, который выполнен для того, чтобы, не отвинчивая стопорного винта, можно было повернуть втулку против часовой стрелки до совпадения паза с головкой стопорного винта и поднять её.

Обычно высота втулок составляет 1,5...2 диаметра отверстия под инструмент. Кондукторные втулки выполняются из высокоуглеродистых сталей с последующей закалкой до HRC60...65.

При использовании кондукторных плит с втулками возможны два варианта схода стружки: первый - когда стружка из отверстия поднимается по спирали сверла и проходит через кондукторную втулку, а второй - когда стружка выходит из обрабатываемого отверстия, но остается между поверхностью обрабатываемой детали и нижней поверхностью кондукторной плиты. Первый вариант менее желателен, поскольку при прохождении стружки через отверстие кондукторной втулки происходит её интенсивный износ.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >