Затискні елементи. Затискні елементи та силові пристрої пристроїв Класифікація елементарних затискних механізмів
Затискні елементиутримують оброблювану заготівлю від зміщення та вібрацій, що виникають під дією зусиль різання.
Класифікація затискних елементів
Затискні елементи пристроїв поділяються на прості та комбіновані, тобто. що складаються з двох, трьох і більше блокованих елементів.
До простих відносяться клинові, гвинтові, ексцентрикові, важільні, важільно-шарнірні та ін. затискачами.
Комбіновані механізми зазвичай виконуються як гвинто-
важільні, ексцентрико-важільні тощо. і називаються прихватами.
Коли використовуються прості або комбіновані
механізми в компонуваннях з механізованим приводом
(пневматичним або іншим) їх називають механізмами - підсилювачами.По числу ведених ланок механізми діляться: 1. одноланкові - затискаючі заготівлю лише у точці;
2. дволанкові - затискаючі дві заготівлі або одну заготівлю у двох точках;
3. багатоланкові - затискаючі одну заготовку в багатьох точках або кілька заготовок одночасно з рівними зусиллями. За ступенем автоматизації:
1. ручні - працюючі за допомогою гвинта, клина та інших
будов;
2. механізовані,
поділяються на
а) гідравлічні,
б) пневматичні,
в) пневмогідравлічні,
г) механогідравлічні,
д) електричні,
е) магнітні,
ж) електромагнітні,
з) вакуумні.
3. автоматизовані, керовані від робочих органів верстата. Приводяться в дію від столу верстата, супорта, шпинделя і відцентровими силами мас, що обертаються.
Приклад: Цетробіжно-енергетичні патрони на токарних напівавтоматах.
Вимоги до затискних пристроїв
Вони повинні бути надійними в роботі, прості за конструкцією та зручні в обслуговуванні; не повинні викликати деформації заготовок, що закріплюються, і псування їх поверхонь; закріплення та відкріплення заготовок повинно проводитись з мінімальною витратоюсил і робочого часу, особливо при закріпленні кількох заготовок у багатомісних пристроях, крім того, затискні пристрої не повинні зрушувати заготівлю в процесі її закріплення. Сили різання не повинні по можливості сприйматися затискними пристроями. Вони повинні сприйматися більш жорсткими настановними елементами пристроїв. Для підвищення точності обробки переважні пристрої, що забезпечують постійну величину сил затиску.
Зробимо невелику екскурсію в теоретичну механіку. Згадаймо, що таке коефіцієнт тертя?
Якщо тіло вагою Q переміщається по площині з силою Р, то реакцією на силу Р буде сила Р 1 спрямовується в протилежний бік, тобто
ковзання.
Коефіцієнт тертя
приклад: якщо f = 0,1; Q = 10 кг, то Р = 1 кг.
Коефіцієнт тертя змінюється залежно від шорсткості поверхні.
Методика розрахунку сил затиску
Перший випадок
Другий випадок
Сила різання Р z та сила затиску Q спрямовані в одну
У цьому випадку Q =>
Сила різання Р г і сила затиску Q спрямовані в протилежні сторони, тоді Q = k * P z
де до - Коефіцієнт запасу до = 1,5 чистова обробка до = 2,5 чернова обробка.
Третій випадок
Сили спрямовані взаємно перпендикулярно. Сила різання Р, протилежна силі тертя на опорі (установчій) Qf 2 і силі тертя в точці затиску Q*f 1 , тоді Qf 1 + Qf 2 = к*Р z
г 
де f і f 2 - коефіцієнти тертя ковзання Четвертий випадок
Заготівлю обробляють у трикулачковому патроні.
У цьому напрямку Р, прагне зрушити заготівлю щодо кулачків.
Розрахунок різьбових затискних механізмів Перший випадок
Затискач гвинтом із плоскою головкою З умови рівноваги 
де Р – зусилля на рукоятці, кг; Q – зусилля затиску деталі, кг; R cp - середній радіус різьблення, мм;
R – радіус опорного торця;
Кут підйому гвинтової лінії різьблення;
Кут тертя у різьбовому з'єднанні 6; 
- Умова самогальмування; f-коефіцієнт тертя болта про деталь;
0,6 - коефіцієнт враховує тертя всієї поверхні торця. Момент P*L долає момент сили затиску Q з урахуванням сил тертя у гвинтовій парі та на торці болта.
Другий випадок
■ Затискач болтом зі сферичною поверхнею
Зі збільшенням кутів і зусилля Р збільшується, т.к. у цьому випадку напрям зусилля йде вгору похилою площиною різьблення.
Третій випадок
Цей метод затискання застосовується при обробці втулок або дисків на оправках: токарних верстатах, ділильних головок або поворотних столах фрезерних верстатах, долбіжних верстатах або інших верстатах, зубофрезерних, зубодоліжних, на радіально-свердлильних верстатах і т.п. Деякі дані по довіднику:
Гвинт Ml6 зі сферичним торцем при довжині рукоятки L = 190мм та зусилля Р = 8кг, розвиває зусилля Q = 950 кг
Затискач гвинтом М = 24 з плоским торцем при L = 310мм; Р = 15кг; Q = 1550мм
Затискач шестигранною гайкою Ml 6 гайковим ключем L = 190мм; Р = 10кг; Q = 700кг.
Ексцентрикові затискачі прості у виготовленні з цієї причини знайшли широке застосуванняу верстатних пристосуваннях. Застосування ексцентрикових затискачів дозволяє значно скоротити час на затискач заготовки, але зусилля затиску поступається різьбовим.
Ексцентрикові затискачі виконуються у поєднанні з прихватами і без них.
Розглянемо ексцентриковий затискач із прихватом.
Ексцентрикові затискачі не можуть працювати при значних відхиленнях допуску (±δ) заготівлі. При великих відхиленнях допуску затискач вимагає постійного регулювання гвинтом.
Розрахунок ексцентрики
М
атеріалом, що застосовується для виготовлення ексцентрика, є У7А, У8А з
термообробкою до HR з 50....55од, сталь 20Х з цементацією на глибину 0,8...1,2 З гартуванням HR з 55...60од. Розглянемо схему ексцентрики. Лінія KN ділить ексцентрик на дві? симетричні половини складаються як би з 2
хклинів, навернутих на «початкове коло».
Вісь обертання ексцентрика зміщена щодо його геометричної осі на величину ексцентриситету "е".
Для затиску зазвичай використовується ділянка Nm нижнього клину.
Розглядаючи механізм як комбінований важіль L і клина з тертям на двох поверхнях на осі і точки «m» (точка затиску), отримаємо силову залежність для розрахунку зусилля затиску.
де Q - зусилля затиску
Р - зусилля на ручці
L - плече рукоятки
r -відстань від осі обертання ексцентрика до точки дотику з
заготівлею
α - кут підйому кривої
α 1 - кут тертя між ексцентриком та заготівлею
α 2 - кут тертя на осі ексцентрика
Щоб уникнути відходу ексцентрика під час роботи необхідно дотримуватися умови самогальмування ексцентрика
Умова самогальмування ексцентрика. = 12Р
про чажиму з експентоїком
г
де α -
кут тертя ковзання в точці торкання заготовки ø -
коефіцієнт тертя Для наближених розрахунків Q-12Р Розглянемо схему двостороннього затиску з ексцентриком
Клинові затискачі
Клинові затискні пристрої знайшли широке застосування верстатних пристосуваннях. Основним елементом їх є одне, двох і трикосих клини. Використання таких елементів зумовлено простотою і компактністю конструкцій, швидкістю дії і надійністю в роботі, можливістю використання їх як затискного елемента, що діє безпосередньо на заготівлю, що закріплюється, так і як проміжну ланку, наприклад, ланки-підсилювача в інших затискних пристроях. Зазвичай використовуються клини, що самогальмуються. Умова самогальмування однокосого клина виражається залежністю
α >2ρ
де α - кут клина
ρ - кут тертя на поверхнях Г і Н контакту клина з деталями, що сполучаються.
Самогальмування забезпечується при вугіллі α = 12°, проте для запобігання тому, щоб вібрації та коливання навантаження в процесі використання затиску не ослабли кріплення заготовки, часто застосовують клини з кутом α .
Внаслідок того, що зменшення кута призводить до посилення
самогальмують властивостей клина, необхідно при конструюванні приводу до клинового механізму передбачати пристрої, що полегшують виведення клина з робочого стану, так як звільнити навантажений клин важче, ніж вивести його в робочий стан.
Цього можна досягти шляхом з'єднання штока приводного механізму з клином. При русі штока 1 вліво він проходить шлях «1» в неодружену, а потім ударяючись в штифт 2, запресований в клин 3, виштовхує останній. При зворотному ході штока ударом у штифт заштовхує клин у робоче положення. Це слід враховувати у випадках, коли клиновий механізм приводиться в дію пневмо чи гідроприводом. Тоді для забезпечення надійності роботи механізму слід створювати різний тиск рідини або стисненого повітря з різних боків приводу поршня. Ця відмінність при використанні пневмоприводів може бути досягнута застосуванням редукційного клапана в одній із трубок, що підводять повітря або рідину до циліндра. У випадках, коли самогальмування не потрібно, доцільно застосовувати ролики на поверхнях контакту клину з сполученими деталями пристосування, тим самим полегшується введення клину у вихідне положення. У цих випадках обов'язкове стопоріння клину.
Розглянемо схему дії сил в односкосом, що найчастіше застосовується в пристосуваннях, клиновому механізмі.
Побудуємо силовий багатокутник.
При передачі сил під прямим кутом маємо таку залежність
+закріплення, - відкріплення
Самогальмування має місце при α
Цангові затискачі
Цанговий затискний механізм відомий досить давно. Закріплення заготовок за допомогою цанг виявилося дуже зручним при створенні автоматизованих верстатів тому, що для закріплення заготовки потрібно лише один поступальний рух цанги, що затискається.
При роботі цангових механізмів слід виконувати такі вимоги.
Сили закріплення повинні забезпечуватися у відповідність до сил різання, що виникають, і не допускати переміщення заготовки або інструменту в процесі різання.
Процес закріплення в загальному циклі обробки є допоміжним рухом, тому час спрацьовування цангового затиску має бути мінімальним.
Розміри ланок затискного механізму повинні визначатися за умов їх нормальної роботипри закріпленні заготовок як найбільшого, так і найменших розмірів.
Похибка базування заготовок або інструменту, що закріплюються, повинна бути мінімальною.
Конструкція затискного механізму повинна забезпечувати найменші пружні відтискання в процесі обробки заготовок і мати високу вібростійкість.
Деталі цангового затискного і особливо затискна цанга повинні мати високу зносостійкість.
Конструкція затискного пристрою повинна допускати його швидку зміну та зручне регулювання.
Конструкція механізму має передбачати захист цанг від влучення стружки.
Майже мінімальний допустимий розмір для закріплення 0,5 мм. на
багатошпиндельних пруткових автоматах діаметри прутків, а
отже й отвори цанг сягають 100 мм. Цанги з великим діаметром отвору використовуються для закріплення тонкостінних труб, т.к. відносне рівномірне закріплення по всій поверхні не викликає великих деформацій труб.
Цанговий затискний механізм дозволяє проводити закріплення заготовок. різної формипоперечного перерізу.
Стійкість цангових затискних механізмів коливається в широких межах і залежить від конструкції та правильності технологічних процесівпід час виготовлення деталей механізму. Як правило раніше за інших їх ладу виходять затискні цанги. У цьому кількість закріплень цангами коливається від одиниці (поломка цанги) до півмільйона і більше (знос губок). Робота цанги вважається задовільною, якщо вона здатна закріпити щонайменше 100000 заготовок.
Класифікація цанг
Усі цанги можуть бути розбиті на три типи:
1. Цанги першого типумають "прямий" конус, вершина якого звернена від шпинделя верстата.
Для закріплення необхідно створити силу, що втягує цангу в гайку, нагвинчену на шпиндель. Позитивні якості цього типу цанг-вони конструктивно досить прості і добре працюють на стиск (загартована сталь має велику допустиму напругу при стисканні ніж при розтягуванні. Незважаючи на це, цанги першого типу в даний час знаходять обмежене застосування через недоліки. Які недоліки:
а) осьова сила, що діє на цангу, прагне відімкнути її,
б) при подачі прутка можливе передчасне замикання цанги,
в) при закріпленні такою цангою виникає шкідливий впливна
г) спостерігається незадовільне центрування цанги
шпинделі, так як головка центрується в гайці, положення якої на
шпинделі не є стабільним через наявність різьблення.
Цанги другого типумають "зворотний" конус, вершина якого звернена до шпинделя. Для закріплення необхідно створити силу, що втягує цангу в отвір конічний шпинделя верстата.
Цангами цього типу забезпечується хороше центрування заготовок, що закріплюються, тому що конус під цангу розташований безпосередньо в шпинделі, під час подачі прутка до упору не може
виникнути заклинювання, осьові робочі сили не розкривають цангу, а замикають її, збільшуючи силу закріплення.
Разом з тим, ряд істотних недоліків знижує працездатність цанг цього типу. Так численних контактів з цангою конічний отвір шпинделя порівняно швидко зношується, різьблення на цангах часто виходить з ладу, не забезпечуючи стабільного положення прутка по осі при закріпленні - він уникає. Проте цанги другого типу набули широкого застосування в верстатних пристосуваннях.
лекція 3
3.1. Призначення затискних пристроїв
Основне призначення затискних пристроїв пристосувань - забезпечення надійного контакту (невідривності) заготівлі або деталі, що збирається з установочними елементами, попередження її зміщення в процесі обробки або складання.
Затискний механізм створює силу для закріплення заготівлі, яка визначається з умови рівноваги всіх сил, доданих до неї
При механічної обробкина заготівлю діють:
1) сили та моменти різання
2) об'ємні сили - сила тяжкості заготівлі, відцентрові та інерційні сили.
3) сили, що діють у точках контакту заготовки з пристосуванням – сила реакції опори та сила тертя
4) другорядні сили, до яких належать сили, що виникають при відводі ріжучого інструменту (свердла, мітчики, розгортки) від заготівлі.
При складанні на деталі, що збираються, діють складальні сили і сили реакції, що виникають в точках контакту поверхонь, що сполучаються.
До затискних пристроїв висуваються такі вимоги:
1) при затиску не порушується положення заготівлі, досягнуте базуванням. Це задовольняється раціональним вибором напряму та місць застосування сил затиску;
2) затискач не повинен викликати деформації заготовок, що закріплюються у пристосуванні, або пошкодження (зминання) їх поверхонь;
3) сила затиску має бути мінімально необхідною, але достатньою для забезпечення фіксованого положення заготівлі щодо настановних елементів пристроїв у процесі обробки;
4) сила затиску має бути постійною протягом усього технологічної операції; сила затиску має бути регульованою;
5) затискач та відкріплення заготівлі необхідно проводити з мінімальною витратою сил та часу робітника. При використанні ручних затискачів зусилля не повинно перевищувати 147 Н; Середня тривалість закріплення: у трикулачковому патроні (ключом) – 4 с; гвинтовим затискачем (ключом) - 4,5 ... 5 с; штурвалом – 2,5…3 с; поворотом рукоятки пневмо-, гідрокрану – 1,5 с; натисканням кнопки – менше 1 с.
6) затискний механізм повинен бути простим за конструкцією, компактним, максимально зручним та безпечним у роботі. Для цього він повинен мати мінімальні габаритні розмірита містити мінімальну кількість знімних деталей; пристрій керування затискним механізмом має розташовуватися з боку робітника.
Необхідність застосування затискних пристроїв виключається у трьох випадках.
1) заготівля має велику масу, порівняно з якою сили різання малі.
2) сили, що виникають при обробці, спрямовані так, що не можуть порушити положення заготівлі, досягнуте під час базування.
3) заготівля, встановлена в пристрій, позбавлена всіх ступенів свободи. Наприклад, при свердлінні отвору у прямокутній планці, що закладається в ящиковий кондуктор.
3.2. Класифікація затискних пристроїв
Конструкції затискних пристроїв складаються з трьох основних частин: контактного елемента (КЕ), приводу (П) та силового механізму (СМ).
Контактні елементи служать безпосередньої передачі затискного зусилля на заготівлю. Їх конструкція дозволяє розосередити зусилля, запобігаючи зім'яттю поверхонь заготівлі.
Привід служить для перетворення певного виду енергії на вихідне зусилля Р і, що передається силовому механізму.
Силовий механізм необхідний перетворення отриманого вихідного затискного зусилля Р іу зусилля затиску Р з. Перетворення проводиться механічно, тобто. за законами теоретичної механіки
Відповідно до наявності або відсутності в пристосуванні цих складових частин затискні пристрої пристроїв поділяються на три групи.
До першоюгрупі відносяться затискні пристрої (рис. 3.1а), що мають у своєму складі всі перераховані основні частини: силовий механізм та привід, який забезпечує переміщення контактного елемента та створює вихідне зусилля Р і, що перетворюється силовим механізмом на затискне зусилля Р з .
У другугрупу (рис. 3.1б) входять затискні пристрої, що складаються лише з силового механізму та контактного елемента, що приводиться в дію безпосередньо робітникам, що додає вихідне зусилля Р іна плечі l. Ці пристрої іноді називають затискним пристроєм з ручним приводом(поодиноке та дрібносерійне виробництво).
До третьоюгрупі відносяться затискні пристрої, які у своєму складі не мають силового механізму, а використовувані приводи лише умовно можна назвати приводами, тому що вони не викликають переміщень елементів затискного пристрою і лише створюють затискне зусилля Р з, яке в цих пристроях рівномірно рівнодіє розподіленого навантаження q, що безпосередньо діє на заготівлю і створюється або в результаті атмосферного тиску, або за допомогою магнітного силового потоку. До цієї групи належать вакуумні та магнітні пристрої (рис. 3.1в). Застосовуються у всіх видах виробництва.
Мал. 3.1. Схеми затискних механізмів
Елементарним затискним механізмом називають частину затискного пристрою, що складається з контактного елемента та силового механізму.
Затискними елементами називають: гвинти, ексцентрики, прихвати, тискові губки, клини, плунжери, притискачі, планки. Вони є проміжними ланками у складних затискних системах.
У табл. 2 наведено класифікацію елементарних затискних механізмів.
Таблиця 2
Класифікація елементарних затискних механізмів
| ЕЛЕМЕНТАРНІ ЗАТИСНІ МЕХАНІЗМИ | ПРОСТІ | Гвинтові | Затискні гвинти |
| З розрізною шайбою або планкою | |||
| Штикові або плунжерні | |||
| ЕКСЦЕНТРИКОВІ | Круглі ексцентрики | ||
| Криволінійні по евольвенті | |||
| Криволінійні спіралі Архімеда | |||
| КЛИНОВІ | З плоским однокосим клином | ||
| З опорним роликом та клином | |||
| З двокосим клином | |||
| ВАЖЕЛЬНІ | Одноплечові | ||
| Двоплечові | |||
| Вигнуті двоплечові | |||
| Комбіновані | ЦЕНТУЮЧІ ЗАТИСНІ ЕЛЕМЕНТИ | Цанги | |
| Розтискні оправки | |||
| Затискні втулки із гідропластом | |||
| Оправлення та патрони з пластинчастими пружинами | |||
| Мембранні патрони | |||
| РІЄЧНО-ВАЖЕЛЬНІ ЗАТИСКИ | З роликом затискачем та замком | ||
| З конічним замикаючим пристроєм | |||
| З ексцентриковим замикаючим пристроєм | |||
| КОМБІНОВАНІ ЗАТИСНІ ПРИСТРОЇ | Поєднання важеля та гвинта | ||
| Поєднання важеля та ексцентрика | |||
| Шарнірно-важільний механізм | |||
| СПЕЦІАЛЬНІ | Багатомісні та безперервної дії |
За джерелом енергії приводу (тут йдеться не про вид енергії, а саме про місцезнаходження джерела) приводи поділяються на ручні, механізовані та автоматизовані. Ручні затискні механізми приводить у дію м'язова сила робітника. Механізовані затискні механізми працюють від пневматичного чи гідравлічного приводу. Автоматизовані пристрої переміщаються від вузлів верстата, що рухаються (шпинделя, супорта або патронів з кулачками). В останньому випадку затискач заготовки та розтискання обробленої деталі проводиться без участі робітника.
3.3. Затискні елементи
3.3.1. Гвинтові затискачі
Гвинтові затискачі застосовують у пристосуваннях із ручним закріпленням заготовки, у пристосуваннях механізованого типу, а також на автоматичних лініях при використанні пристосувань-супутників. Вони прості, компактні та надійні в роботі.
Мал. 3.2. Гвинтові затискачі:
а - зі сферичним торцем; б – із плоским торцем; в – з черевиком. Умовні позначення: Р і- Сила, прикладена на кінці рукоятки; Р з- сила затиску; W- Сила реакції опори; l- Довжина рукоятки; d- Діаметр гвинтового затиску.
Розрахунок гвинтового ЕЗМ. При відомій силі Р 3 обчислюють номінальний діаметр гвинта
де d – діаметр гвинта, мм; Р 3- Сила закріплення, Н; σ р- напруга розтягування (стиснення) матеріалу гвинта, МПа
3 Затискні елементи пристроїв.doc
3. Затискні елементи пристроїв3.1. Вибір місця застосування затискних зусиль, виду та кількості затискних елементів
При закріпленні заготівлі у пристосуванні повинні дотримуватись наступних основних правил:
не повинно порушуватися положення заготівлі, досягнуте при її базуванні;
закріплення має бути надійним, щоб під час обробки положення заготівлі зберігалося незмінним;
що виникають при закріпленні зминання поверхонь заготовки, а також її деформація повинні бути мінімальними і перебувати в допустимих межах.
для забезпечення контакту заготовки з опорним елементом та усунення можливого його зсуву при закріпленні затискне зусилля слід спрямовувати перпендикулярно до поверхні опорного елемента. В окремих випадках затискне зусилля можна спрямовувати так, щоб заготівля одночасно притискалася до поверхонь двох опорних елементів;
з метою усунення деформації заготовки при закріпленні точку докладання затискного зусилля треба вибирати так, щоб лінія його дії перетинала опорну поверхню опорного елемента. Лише при закріпленні особливо жорстких заготовок можна допускати, щоб лінія затискного зусилля проходила між опорними елементами.
Кількість точок застосування затискних зусиль визначається безпосередньо до кожного випадку затиску заготовки. Для зменшення зминання поверхонь заготовки при закріпленні необхідно зменшувати питомий тиск у місцях контакту затискного пристрою із заготівлею шляхом розосередження затискного зусилля.
Це досягається застосуванням у затискних пристроях контактних елементів відповідної конструкції, які дозволяють розподілити затискне зусилля порівну між двома або трьома точками, а іноді навіть розосередити по протяжній поверхні. До кількість точок затискубагато в чому залежить від виду заготівлі, методу обробки, напряму сили різання. Для зменшеннявібрацій і деформацій заготівлі під дією сили різання слід підвищувати жорсткість системи заготівля-пристосування шляхом збільшення числа місць затискання заготівлі та наближення їх до поверхні, що обробляється.
3.3. Визначення виду затискних елементів
До затискних елементів відносяться гвинти, ексцентрики, прихвати, тискові губки, клини, плунжери, притискачі, планки.
Вони є проміжними ланками у складних затискних системах.
3.3.1. Гвинтові затискачі
Гвинтові затискачізастосовують у пристосуваннях з ручним закріпленням заготовки, у пристосуваннях механізованого типу, а також на автоматичних лініях при використанні пристосувань-супутників. Вони прості, компактні та надійні в роботі.
Мал. 3.1. Гвинтові затискачі: а – зі сферичним торцем; б – із плоским торцем; в – з черевиком.
Гвинти можуть бути зі сферичним торцем (п'ятою), плоским і з черевиком, що запобігає псуванню поверхні.
При розрахунку гвинтів зі сферичною п'ятою враховується лише тертя у різьбленні.
Де: L- Довжина рукоятки, мм; - Середній радіус різьблення, мм; - Кут підйому різьблення.
Де: S- Крок різьблення, мм; - Наведений кут тертя.
Де: Pu150 н.
Умова самогальмування: .
Для стандартних метричних різьбленьтому всі механізми з метричним різьбленням самогальмують.
При розрахунку гвинтів із плоскою п'ятою враховується тертя на торці гвинта.
Для кільцевої п'яти:
Де: D - Зовнішній діаметр опорного торця, мм; d – внутрішній діаметр опорного торця, мм; - коефіцієнт тертя.
З плоскими торцями:
Для гвинта з черевиком:
Матеріал:сталь 35 або сталь 45 з твердістю HRC 30-35 та точністю різьблення по третьому класу.
^ 3.3.2. Клинові затискачі
Клин застосовується у таких конструктивних варіантах:
Плоский однокосий клин.
Двокосий клин.
Круглий клин.
Мал. 3.2. Плоский однокосий клин.
Мал. 3.3. Двокосий клин.
Мал. 3.4. Круглий клин.
4) кривошипний клин у формі ексцентрика або плоского кулачка з робочим профілем, окресленим по архімедовій спіралі;
Мал. 3.5. Кривошипний клин: а – у формі ексцентрика; б) - у формі плоского кулачка.
5) гвинтовий клин у формі торцевого кулачка. Тут однокосий клин хіба що згорнутий в циліндр: основа клина утворює опору, яке похила площина - гвинтовий профіль кулачка;
6) у самоцентруючих клинових механізмах (патрони, оправки) не користуються системи з трьох і більше клинів.
^ 3.3.2.1. Умова самогальмування клина
Мал. 3.6. Умова самогальмування клина.
Де: - Кут тертя.
Де: – коефіцієнт тертя;
Для клину з тертям тільки по похилій поверхні умова самогальмування:
З тертям на двох поверхнях:
Маємо: ; або: ;.
Тоді: умова самогальмування для клину з тертям на двох поверхнях:
Для клину з тертям тільки на похилій поверхні:
З тертям на двох поверхнях:
З тертям тільки на похилій поверхні:
^ 3.3.3.Ексцентрикові затискачі
Мал. 3.7. Схеми до розрахунку ексцентриків.
Такі затискачі є швидкодіючими, але розвивають меншу силу, ніж гвинтові. Мають властивість самогальмування. Основний недолік: не можуть надійно працювати при значних коливаннях розмірів між настановною та затискною поверхнею оброблюваних деталей.
;
Де: (- середнє значення радіуса, проведеного з центру обертання ексцентрика в точку А затиску, мм; (- середній кут підйому ексцентрика в точці затиску; (, (1 – кути тертя ковзання в точці А затиску та на осі ексцентрика).
Для розрахунків приймають:
При l 2D розрахунок можна робити за такою формулою:
Умови самогальмування ексцентрика:
Зазвичай приймають.
Матеріал: сталь 20Х з цементацією на глибину 0,81,2 мм та загартуванням до HRC 50…60.
3.3.4. Цанги
Цангиявляють собою пружні гільзи. Їх застосовують для встановлення заготовок по зовнішнім та внутрішнім циліндричним поверхням.
Де: Pз- Сила закріплення заготівлі; Q – сила стиснення пелюсток цанги; - Кут тертя між цангою та втулкою.
Мал. 3.8. Цанги.
^ 3.3.5. Пристрої для затискання деталей типу тіл обертання
Крім цанги для затиску деталей, що мають циліндричну поверхню, застосовують розтискні оправки, затискні втулки з гідропластом, оправки та патрони з тарілчастими пружинами, мембранні патрони та інші.
Консольні та центрові оправки застосовують для установки з центральним базовим отвором втулок, кілець, шестерень, що обробляються на багаторізцевих шліфувальних та інших верстатах.
При обробці партії таких деталей потрібно отримати високу концентричність зовнішніх та внутрішніх поверхонь та задану перпендикулярність торців до осі деталі.
Залежно від способу встановлення та центрування оброблюваних деталей консольні та центрові оправки можна поділити на наступні види: 1) жорсткі (гладкі) для установки деталей із зазором або натягом; 2) розтискні цангові; 3) клинові (плунжерні, кулькові); 4) з тарілчастими пружинами; 5) самозатискні (кулачкові, роликові); 6) з центруючою пружною втулкою.
Мал. 3.9. Конструкції оправок: а -гладке оправлення; б -оправлення з розрізною втулкою.
На рис. 3.9, апоказана гладка оправка 2, на циліндричній частині якої встановлена оброблювана деталь 3 . Тяга 6 , закріплена на штоку пневмоциліндра, при переміщенні поршня зі штоком вліво головкою 5 натискає на швидкозмінну шайбу 4 і затискає деталь 3 на гладкій оправці 2 . Оправлення конічною частиною 1 вставляється в конус шпинделя верстата. При затиску оброблюваної деталі на оправці осьова сила Q на штоку механізованого приводу викликає між торцями шайби 4 , уступом оправки та оброблюваної деталлю 3 момент від сили тертя, більший, ніж момент М рез від сили різання Р z . Залежність між моментами:
;
Звідки сила на штоку механізованого приводу:
.
За уточненою формулою:
.
Де: - Коефіцієнт запасу; Р z - вертикальна складова сила різання, Н (кгс); D -зовнішній діаметр поверхні оброблюваної деталі, мм; D 1 - зовнішній діаметр швидкозмінної шайби, мм; d -діаметр циліндричної настановної частини оправки, мм; f = 0,1 - 0,15- Коефіцієнт тертя зчеплення.
На рис. 3.9, бпоказано оправлення 2 з розрізною втулкою 6, на якій встановлюють і затискають оброблювану деталь 3. Конічною частиною 1 оправлення 2 вставляють у конус шпинделя верстата. Затискач і розтискання деталі на оправці виробляють механізованим приводом. При подачі стисненого повітря праву порожнину пневмоциліндра поршень, шток і тяга 7 рухаються вліво і головка 5 тяги з шайбою 4 переміщує розрізну втулку 6 по конусу оправки, поки вона не затисне деталь на оправці. Під час подачі стисненого повітря до лівої порожнини пневмоциліндра поршень, шток; і тяга переміщуються праворуч, головка 5 з шайбою 4 відходять від втулки 6 деталь розтискається.
Рис.3.10. Консольне оправлення з тарілчастими пружинами (а)та тарілчаста пружина (б).
Крутний момент від вертикальної сили різання Р z повинен бути менше моменту від сил тертя на циліндричній поверхні розрізної втулки 6 оправлення. Осьова сила на штоку механізованого приводу (див. рис. 3.9, б).
;
Де: - половина кута конуса оправлення, град; - Кут тертя на поверхні контакту оправки з розрізною втулкою, град; f = 0,15-0,2- коефіцієнт тертя.
Оправлення та патрони з тарілчастими пружинами застосовують для центрування та затиску по внутрішній або зовнішній циліндричній поверхні оброблюваних деталей. На рис. 3.10, а, бвідповідно показані консольна оправка з тарілчастими пружинами та тарілчаста пружина. Оправлення складається з корпусу 7, наполегливого кільця 2, пакета тарілчастих пружин 6 натискної втулки 3 і тяги 1, з'єднаної зі штоком пневмоциліндра. Оправлення застосовують для встановлення та закріплення деталі 5 по внутрішній циліндричній поверхні. При переміщенні поршня зі штоком і тягою 1 ліворуч остання головкою 4 і втулкою 3 натискає на тарілчасті пружини 6. Пружини випрямляються, їх зовнішній діаметр збільшується, а внутрішній зменшується, оброблювана деталь центрується 5 і затискається.
Розмір настановних поверхонь пружин при стисканні може змінюватись в залежності від їх розміру на 0,1 - 0,4 мм. Отже, базова циліндрична поверхня оброблюваної деталі повинна мати точність 2-3 класів.
Тарілчасту пружину з прорізами (рис. 3.10, б) можна розглядати як сукупність дволанкових важільно-шарнірних механізмів двосторонньої дії, що розтискаються осьовою силою. Визначивши крутний момент М резвід сили різання Р zта вибираючи коефіцієнт запасу До, коефіцієнт тертя fта радіус Rнастановної поверхні тарілчастої поверхні пружини, отримаємо рівність:
З рівності визначимо сумарну радіальну силу затиску, що діє на поверхні поверхні оброблюваної деталі:
.
Осьова сила на штоку механізованого приводу для тарілчастих пружин:
З радіальними прорізами
;
Без радіальних прорізів
;
Де: - Кут нахилу тарілчастої пружини при затиску деталі, град; К = 1,5 - 2,2- Коефіцієнт запасу; М рез - крутний момент від сили різання Р z , Н-м (кгс-см); f = 0,1 - 0,12- коефіцієнт тертя між настановною поверхнею тарілчастих пружин і базовою поверхнею оброблюваної деталі; R - радіус настановної поверхні тарілчастої пружини, мм; Р z- Вертикальна складова сила різання, Н (кгс); R 1 - Радіус обробленої поверхні деталі, мм.
Патрони та оправки з самоцентруючими тонкостінними втулками, наповненими гідропластмасою, застосовують для установки по зовнішній або внутрішньої поверхнідеталей, що обробляються на токарних та інших верстатах.
На пристосуваннях з тонкостінною втулкою деталі, що обробляються зовнішньою або внутрішньою поверхнею встановлюють на циліндричну поверхню втулки. При розтисканні втулки гідропластмасою деталі центруються та затискаються.
Форма та розміри тонкостінної втулки повинні забезпечувати її достатню деформацію для надійного затискання деталі на втулці при обробці деталі на верстаті.
При конструюванні патронів та оправок з тонкостінними втулками з гідропластмасою розраховують:
основні розміри тонкостінних втулок;
розміри натискних гвинтів та плунжерів у пристосувань з ручним затискачем;
розміри плунжерів, діаметр циліндра та хід поршня для пристроїв з механізованим приводом.
Мал. 3.11. Тонкостінна втулка.
Вихідними даними для розрахунку тонкостінних втулок є діаметр D дотвори або діаметр шийки оброблюваної деталі та довжина l дотвори або шийки оброблюваної деталі.
Для розрахунку тонкостінної самоцентруючої втулки (рис. 3.11) приймемо такі позначення: D - діаметр настановної поверхні центруючої втулки 2, мм; h -товщина тонкостінної частини втулки, мм; Т -довжина опорних поясів втулки, мм; t -товщина опорних поясів втулки, мм; - Найбільша діаметральна пружна деформація втулки (збільшення або зменшення діаметра в її середній частині) мм; S max- максимальний зазор між настановною поверхнею втулки і базовою поверхнею оброблюваної деталі 1 у вільному стані, мм; l до- Довжина контактної ділянки пружної втулки з настановною поверхнею оброблюваної деталі після розтиску втулки, мм; L-Довжина тонкостінної частини втулки, мм; l д- Довжина оброблюваної деталі, мм; D д- діаметр базової поверхні оброблюваної деталі, мм; d -діаметр отвору опорних поясів втулки, мм; р - тиск гідропластмаси, необхідний для деформації тонкостінної втулки, МПа (кгс/см 2); r 1 - радіус закруглення втулки, мм; M рез =P z r -допустимий момент, що крутить, що виникає від сили різання, Н-м (кгс-см); P z - Сила різання, Н (кгс); r - плече моменту сили різання.
На рис. 3.12 показана консольна оправка з тонкостінною втулкою та гідропластмасою. Оброблювану деталь 4 базовим отвором встановлюють на зовнішню поверхню тонкостінної втулки 5. При подачі стисненого повітря в штокову порожнину пневмоциліндра поршень зі штоком переміщається в пневмоциліндрі вліво і шток через тягу 6 та важіль 1 пересуває плунжер 2, який натискає на гідропластмасу 3 . Гідропластмаса рівномірно тисне на внутрішню поверхню втулки 5, втулка розтискається; зовнішній діаметр втулки збільшується, і вона центрує і закріплює оброблювану деталь 4.
Мал. 3.12. Консольне оправлення з гідропластмасою.
Мембранні патрони застосовують для точного центрування та затиску деталей, що обробляються на токарних та шліфувальних верстатах. У мембранних патронах оброблювані деталі встановлюють по зовнішній або внутрішній поверхні. Базові поверхні деталей повинні бути оброблені за 2-за класами точності. Мембранні набої забезпечують точність центрування деталей 0,004-0,007 мм.
Мембрани- це тонкі металеві дискиз ріжками або без ріжків (кільцеві мембрани). Залежно від впливу на мембрану штока механізованого приводу - тягнучого або штовхаючого дії - мембранні патрони поділяються на розтискні та затискні.
У розтискному мембранному ріжковому патроні при встановленні кільцевої деталі мембрана з ріжками штоком приводу прогинається вліво до шпинделя верстата. При цьому ріжки мембрани з гвинтами, що затискають, встановленими на кінцях ріжків, сходяться до осі патрона, і оброблене кільце встановлюється центральним отвором в патроні.
При припиненні натиску на мембрану під дією пружних сил вона випрямляється, її ріжки з гвинтами розходяться від осі патрона і затискають кільце, що обробляється, по внутрішній поверхні. У затискному мембранному ріжковому патроні при встановленні кільцевої деталі зовнішньої поверхні мембрана штоком приводу прогинається вправо від шпинделя верстата. При цьому ріжки мембрани розходяться від осі патрона і деталь, що обробляється, розтискається. Потім встановлюється наступне кільце, натиск на мембрану припиняється, вона випрямляється і ріжками з гвинтами затискає кільце, що обробляється. Затискні мембранні ріжкові патрони з механізованим приводом виготовляються МН 5523-64 і МН 5524-64 і з ручним приводом МН 5523-64.
Мембранні патрони бувають ріжкові та чашкові (кільцеві), їх виготовляють із сталі 65Г, ЗОХГС із загартуванням до твердості HRC 40-50. Основні розміри ріжкових та чашкових мембран нормалізовані.
На рис. 3.13, а, бпоказано конструктивна схемамембранно-ріжкового патрона 1 . На задньому кінці шпинделя верстата встановлений пневмопривід патрона. При подачі стисненого повітря в ліву порожнину пневмоциліндра поршень зі штоком і тягою 2 переміщається вправо. При цьому тяга 2, натискаючи на ріжкову мембрану 3, прогинає її, кулачки (ріжки) 4 розходяться, і деталь 5 розтискається (рис. 3.13, б). Під час подачі стисненого повітря в праву порожнину пневмоциліндра поршень його зі штоком і тягою 2 переміщається вліво і відходить від мембрани 3. Мембрана під дією внутрішніх пружних сил випрямляється, кулачки 4 мембрани сходяться та затискають по циліндричній поверхні деталь 5 (рис. 3.13, а).
Мал. 3.13. Схема мембранно-ріжкового патрона
Основні дані для розрахунку патрона (рис. 3.13, а)з ріжко-, виттям мембраною: момент різання М рез, що прагне повернути оброблювану деталь 5 у кулачках 4 патрона; діаметр d = 2bбазової зовнішньої поверхні оброблюваної деталі; відстань lвід середини мембрани 3 до середини кулачків 4. На рис. 3.13, вдана розрахункова схема навантаженої мембрани. Кругла, жорстко закріплена на зовнішній поверхні мембрана навантажена рівномірно розподіленим згинальним моментом М І, прикладеним по концентричному колу мембрани радіусу bбазової поверхні оброблюваної деталі. Ця схема є результатом накладання двох схем, показаних на рис. 3.13, г, д,причому М І =М 1 +М 3 .
На рис. 3.13, вприйнято: а -радіус зовнішньої поверхні мембрани, см (вибирають за конструктивними умовами); h = 0,10,07- Товщина мембрани, см; М І - момент, що згинає мембрану, Н-м (кгс-мм); - кут розтискання кулачків 4 мембрани, необхідний для встановлення та затиску оброблюваної деталі з найменшим граничним розміром, град.
На рис. 3.13, епоказаний максимальний кут розтиску кулачків мембрани:
Де: - додатковий кутрозтискання кулачка, що враховує допуск на неточність виготовлення настановної поверхні деталі; - Кут розтиску кулачків, що враховує діаметральний зазор, необхідний для можливості встановлення деталей в патрон.
З рис. 3.13, eвидно, що кут:
;
Де: - Допуск на неточність виготовлення деталі на суміжній попередній операції; мм.
Число кулачків n мембранного патрона приймають залежно від форми та розмірів оброблюваної деталі. Коефіцієнт тертя між настановною поверхнею деталі та кулачків 
. Коефіцієнт запасу. Допуск на розмір настановної поверхні деталі задається кресленням. Модуль пружності МПа (кгс/см2).
Маючи необхідні дані, розраховують мембранний патрон.
1. Радіальна сила одному кулачці мембранного патрона передачі крутного моменту М рез
Сили P з викликають момент, що згинає мембрану (див. рис. 3.13, в).
2. При великій кількості кулачків патрона момент М п можна вважати рівномірно чинним по колу мембрани радіусу bі викликає її вигин:
3. Радіусом азовнішньої поверхні мембрани (з конструктивних міркувань) задаються.
4. Відношення традіусу амембрани до радіусу bнастановної поверхні деталі: а/b = т.
5. Моменти М 1 і М 3 у частках від М і (М і = 1) знаходять в залежності від m= a/bза такими даними (табл. 3.1):
Таблиця 3.1
| m=a/b | 1,25 | 1,5 | 1,75 | 2,0 | 2,25 | 2,5 | 2,75 | 3,0 |
| M 1 | 0,785 | 0,645 | 0,56 | 0,51 | 0,48 | 0,455 | 0,44 | 0,42 |
| M 3 | 0,215 | 0,355 | 0,44 | 0,49 | 0,52 | 0,545 | 0,56 | 0,58 |
6. Кут (рад) розтискання кулачків при закріпленні деталі з найменшим граничним розміром:
7. Циліндрична жорсткість мембрани [Н/м (кгс/см)]:
Де: МПа – модуль пружності (кгс/см 2); =0,3.
8. Кут найбільшого розтиску кулачків (рад):
9. Сила на штоку механізованого приводу патрона, необхідна для прогину мембрани та розведення кулачків при розтисканні деталі, на максимальний кут:
.
При виборі точки докладання та напрямку затискного зусилля необхідно дотримуватись наступного: для забезпечення контакту заготовки з опорним елементом та усунення можливого її зсуву при закріпленні затискне зусилля слід спрямовувати перпендикулярно до поверхні опорного елемента; з метою усунення деформації заготівлі при закріпленні точку застосування затискного зусилля треба вибирати так, щоб лінія його дії перетинала опорну поверхню інсталяційного елемента.
Кількість точок докладання затискних зусиль визначають безпосередньо кожного випадку затиску заготовки залежно від виду заготовки, способу обробки, напрями сили різання. Для зменшення вібрації та деформації заготівлі під дією сил різання слід підвищувати жорсткість системи заготівля – пристосування шляхом збільшення кількості точок затискання заготівлі за рахунок введення допоміжних опор.
До затискних елементів належать гвинти, ексцентрики, прихвати, тискові губки, клини, плунжери, планки. Вони є проміжними ланками у складних затискних системах. Форма робочої поверхні затискних елементів, що контактують із заготівлею, в основному така ж, як і настановних елементів. Графічно затискні елементи позначаються згідно з табл. 3.2.
Таблиця 3.2 Графічне позначеннязатискних елементів
Контрольні завдання.
Завдання 3.1.
Основні правила при закріпленні заготівлі?
Завдання 3.2.
Від чого залежить кількість точок затискання деталі під час обробки?
Завдання 3.3.
Переваги та недоліки застосування ексцентриків.
Завдання 3.4.
Графічне позначення затискних елементів.
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ
Донбаська державна академія будівництва
та архітектури
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до практичних занять з курсу "Технологічні основи машинобудування" на тему "Розрахунок пристроїв"
Затверджено на засіданні кафедри "Автомобілі та автомобільне господарство" протокол №_ від 2005
Макіївка 2005
Методичні вказівки до практичних занять за курсом "Технологічні основи машинобудування" на тему "Розрахунок пристосувань" (для студентів спеціальності 7.090258 Автомобілі та автомобільне господарство) / Упоряд. Д.В. Попов, Е.С. Савенко. - Макіївка: ДонДАБА, 2002. -24с.
Викладено основні відомості про верстатні пристрої, конструкцію, основні елементи, представлено методику розрахунку пристроїв.
Укладачі: Д.В. Попов, асистент,
Е.С. Савенко, помічник.
Відповідальний випуск С.А. Городянкін, доцент
Пристосування4
Елементи пристроїв5
Настановні елементи пристроїв6
Затискні елементи пристроїв9
Розрахунок сил для закріплення заготовок12
Пристрої для спрямування та визначення положення 13 різальних інструментів
Корпуси та допоміжні елементипристосувань14
Загальна методика розрахунку пристосувань15
Розрахунок кулачкових патронів на прикладі точення16
Література19
Додатки20
ЗАСТОСУВАННЯ
Всі пристрої за технологічною ознакою можна розділити на наступні групи:
1. Верстатні пристрої для встановлення та закріплення оброблюваних заготовок залежно від виду механічної обробки поділяють на пристрої для токарних, свердлильних, фрезерних, шліфувальних, багатоцільових та інших верстатів. Ці пристрої здійснюють зв'язок заготівлі зі верстатом.
2. Верстатні пристрої для встановлення та закріплення робочого інструменту (їх називають також допоміжним інструментом) здійснюють зв'язок між інструментом і верстатом. До них відносяться патрони для свердлів, розгорток, мітчиків; багатошпиндельні свердлильні, фрезерні, револьверні головки; інструментальні державки, блоки тощо.
За допомогою пристроїв зазначених вище груп здійснюють налагодження системи верстат – заготівля – інструмент.
Складальні пристосування використовують для з'єднання деталей виробу, що сполучаються, застосовують для кріплення базових деталей, забезпечення правильної установки з'єднуються елементів виробу, попередньої складання пружних елементів (пружин, розрізних кілець) та ін;
Контрольні пристрої застосовують для перевірки відхилення розмірів, форми та взаємного розташуванняповерхонь, сполучення складальних одиниць та виробів, а також для контролю конструктивних параметрів, що виходять у процесі збирання.
Пристосування для захоплення, переміщення та перевороту важких, а в автоматизованому виробництві та ГПС та легких оброблюваних заготовок та виробів, що збираються. Пристосування є робочими органами промислових роботів, що вбудовуються в автоматизованих виробництвах та ГПС.
До захватним пристосувань пред'являють низку вимог:
надійність захоплення та утримання заготівлі; стабільність базування; універсальність; висока гнучкість (легка та швидка переналагодження); малі габаритні розміри та маса. Найчастіше застосовують механічні захватні устрою. Приклади схем схватів різних захватних пристроїв показано на рис. 18.3. Широке застосування також знаходять захоплюючі пристрої магнітні, вакуумні і з еластичними камерами.
Всі описані групи пристроїв залежно від типу виробництва можуть бути ручними, механічними, напівавтоматичними та автоматичними, а залежно від ступеня спеціалізації – універсальними, спеціалізованими та спеціальними.
Залежно від ступеня уніфікації та стандартизації у машинобудуванні та приладобудуванні відповідно до вимог Єдиної системи технологічної підготовки виробництва (ЕСТПП) затверджено
сім стандартних системверстатних пристроїв.
У практиці з тимчасового виробництва склалися такі системи пристроїв.
Універсально-збірні пристрої (УСП) компонують із остаточно оброблених взаємозамінних стандартних універсальних елементів. Їх використовують як спеціальні оборотні пристрої короткочасної дії. Вони забезпечують встановлення та фіксацію різних деталей у межах габаритних можливостей комплекту УСП.
Спеціальні збірно-розбірні пристрої (УРП) компонують із стандартних елементів в результаті додаткової їх механічної обробки і використовують як спеціальні незворотні пристрої довгострокової дії з оборотних елементів.
Нерозбірні спеціальні пристрої (НСП) компонують із застосуванням стандартних деталей та вузлів загального призначення як незворотні пристрої довгострокової дії з незворотних деталей та вузлів. Вони складаються з двох частин: уніфікованої базової частини та змінної насадки. Пристосування цієї системи використовують для ручної обробки деталей.
Універсально-безналагоджувальні пристрої (УБП)-найпоширеніша система в умовах серійного виробництва. Ці пристосування забезпечують встановлення та фіксацію оброблюваних деталей будь-яких виробів малих та середніх габаритів. У цьому установка деталі пов'язані з необхідністю контролю та орієнтації у просторі. Такі пристрої забезпечують виконання широкої номенклатури операцій обробки.
Універсально-налагоджувальні пристрої (УНП) забезпечують установку за допомогою спеціальних налагодок, фіксацію деталей, що обробляються, малих і середніх габаритів і виконання широкої номенклатури операцій обробки.
Спеціалізовані налагоджувальні пристрої (СНП) забезпечують за певною схемою базування за допомогою спеціальних налагодок і фіксацію споріднених по конструкціям деталей для здійснення типової операції. Усі перелічені системи пристроїв належать до категорії уніфікованих.
ЕЛЕМЕНТИ ЗАСТОСУВАНЬ
Основними елементами пристроїв є настановні, затискні, напрямні, ділильні (поворотні), кріпильні деталі, корпуси та механізовані приводи. Їхнє призначення таке:
настановні елементи - для визначення положення оброблюваної заготовки щодо пристосування та положення оброблюваної поверхні щодо ріжучого інструменту;
затискний елемент - для закріплення оброблюваної заготовки;
напрямні елементи - здійснення необхідного напрями руху інструмента;
ділильні або поворотні елементи - для точної зміни положення оброблюваної поверхні заготовки щодо ріжучого інструменту;
елементи кріплення - для з'єднання окремих елементівміж собою;
корпуси пристроїв (як базових деталей) - для розміщення на них всіх елементів пристроїв;
механізовані приводи - для автоматичного закріплення заготовки, що обробляється.
До елементів пристроїв відносяться також захватні пристрої різних пристроїв (роботів, транспортних пристроїв ГПС) для захоплення, затиску (розтискання) і переміщення заготовок, що обробляються або складальних одиниць.
1 Настановні елементи пристроїв
Установка заготовок у пристосуваннях або на верстатах, а також складання деталей включає їх базування і закріплення.
Необхідність закріплення (силового замикання) для обробки заготівлі в пристосуваннях очевидна. Для точної обробки заготовок необхідно: здійснювати її правильне розташування по відношенню до пристроїв обладнання, що визначає траєкторію руху інструменту або самої заготовки;
забезпечувати сталість контакту баз з опорними точками та повну нерухомість заготівлі щодо пристосування у процесі її обробки.
Для повної орієнтації у всіх випадках при закріпленні заготівля має бути позбавлена всіх шести ступенів свободи (правило шести точок у теорії базування); у деяких випадках можливий відступ від цього правила.
З цією метою застосовують основні опори, число яких має дорівнювати числу ступенів свободи, яких позбавляється заготівля. Для підвищення жорсткості та вібростійкості оброблюваних заготовок у пристосуваннях застосовують допоміжні регульовані та самовстановлювальні опори.
Для встановлення заготовки в пристосуванні плоскою поверхнею застосовують стандартизовані основні опори у вигляді штирів зі сферичною, насіченою та плоскою головками, шайб, опорних пластин. Якщо неможливо встановити заготівлю лише на основні опори, застосовують допоміжні опори. Як останні можуть бути використані стандартизовані регульовані опори у вигляді гвинтів зі сферичною опорною поверхнею і самовстановлювані опори.
Рисунок 1 Стандартизовані опори:
а-е- постійні опори (штирі): а- пласка поверхня; б- сферична; в- насічена; г- плоска з установкою в перехідну втулку; д- опорна шайба; е- опорна пластина; ж- регульована опора з -самовстановлювальна опора
Поєднання опор зі сферичною, насіченою та плоскою головками скорпусом пристосування виконують по посадці 
або 
. Застосовують установку таких опор і через проміжні втулки, які сполучаються з отворами корпусу по посадці 
.
Приклади стандартизованих основних та допоміжних опор наведено на малюнку 1.
Для встановлення заготовки по двох циліндричних отворах і перпендикулярної до осей плоскої поверхні застосовують
Малюнок 2.Схемабазування по торцю та отвору:
а – на високий палець; б – на низький палець
стандартизовані плоскі опори та настановні пальці. Щоб уникнути заклинювання заготовок при встановленні їх на пальці за точними двома отворами (Д7) один із настановних пальців повинен бути зрізаним, а інший - циліндричним.
Установка деталей на два пальці та площина знайшла широке застосування при обробці заготовок на автоматичних та потокових лініях, багатоцільових верстатах та ГПС.
Схеми базування по площині та отворам із застосуванням настановних пальців можна розділити на три групи: по торцю та отвору (рис. 2); по площині, торцю та отвору (рис. 3); по площині та двом отворам (рис. 4).
Мал. 19.4. Схема базування по площині та двом отворам
Рекомендується встановлення заготовки на один палець по посадці 
або 
, а на два пальці – по 
.
І 
з рис.2 слід, що встановлення заготовки по отвору на довгий циліндричний незрізаний палець позбавляє її чотирьох ступенів свободи (подвійна напрямна база), а установка на торець-одного ступеня свободи (опорна база). Установка заготовки на короткий палець позбавляє її двох ступенів свободи (подвійна опорна база), але торець у разі є настановної базою і позбавляє заготівлю трьох ступенів свободи. Для повного базування необхідно створити силове замикання, тобто прикласти сили затискача. З рис.3 випливає, що площина основи заготовки є настановною базою, довгий отвір, в яке входить зрізаний палець з паралельною відносно площині віссю, - напрямною базою (заготівля позбавляється двох ступенів) і торець заготовки - опорною базою.
Рисунок.3. Схема базування зплощині, Малюнок 4 Схема базування по
торцю та отвору площини та двом отворам
На рис. 4 показана заготовка, яку встановлюють по площині та двох отворах. Площина є настановною базою. Отвори, що центруються циліндричним пальцем, є подвійною опорною базою, а зрізаним - опорною базою. Додані сили (показані стрілкою на рис. 3 та 4) забезпечують точність базування.
Пальцем є подвійною опорною базою, а зрізаним – опорною базою. Додані сили (показані стрілкою на рис. 3 та 4) забезпечують точність базування.
Для встановлення заготовок зовнішньою поверхнею та перпендикулярною до її осі торцевою поверхнею застосовують опорні та настановні призми (рухливі та нерухомі), а також втулки та патрони.
До елементів пристроїв відносяться установки та щупи для налаштування верстата на необхідний розмір. Так, стандартизовані установки для фрез на фрезерних верстатах можуть бути:
висотні, висотні торцеві, кутові та кутові торцеві.
Плоскі щупи виготовляють товщиною 3-5 мм, циліндричні - діаметром 3-5 мм з точністю за 6-м квалітетом. (h6) і піддають загартування 55-60 HRC 3 , шліфують (параметр шорсткості Ra = 0,63 мкм).
Виконавчі поверхні всіх настановних елементів пристроїв повинні мати велику зносостійкість і високу твердість. Тому їх виготовляють з конструкційних та легованих сталей 20, 45, 20Х, 12ХНЗА з подальшою цементацією та загартуванням до 55-60 HRC3 (опори, призми, настановні пальці, центри) та інструментальних сталей У7 та У8А з загартуванням до 50-55 HRG, опори з діаметром менше 12 мм;
Затискні пристрої верстатів
Доатегорія:
Металорізальні верстати
Затискні пристрої верстатів
Процес живлення верстатів-автоматів заготовками здійснюється при тісній взаємодії завантажувальних пристроїв та автоматичних затискних пристроїв. У багатьох випадках автоматичні затискачі є елементом конструкції верстата або його невід'ємною приналежністю. Тому, незважаючи на наявність спеціальної літератури, присвяченої затискним пристосуванням, представляється необхідним коротко зупинитися на деяких характерних конструкціях,
Рухливі елементи автоматичних затискних пристроїв отримують рух від відповідних керованих приводів, як яких можуть бути використані механічні керовані приводи, що отримують рух від основного приводу робочого органу або незалежного електродвигуна, кулачкові приводи, гідравлічні, пневматичні та пневмогідравлічні приводи. Окремі рухомі елементи затискних пристроїв можуть отримувати рух як від загального, так і від кількох незалежних приводів.
Розгляд конструкцій спеціальних пристроїв, які в основному визначаються конфігурацією і розмірами конкретної деталі, що обробляється, не входить в завдання справжньої роботи, і ми обмежимося ознайомленням із деякими затискними пристроями широкого призначення.
Затискні патрони. Є велике числоконструкцій самоцентруючих патронів у більшості випадків з поршневим гідравлічним та пневматичним приводом, які застосовуються на токарних, револьверних та шліфувальних верстатах. Ці патрони, забезпечуючи надійний затискач і хороше центрування оброблюваної деталі, мають невелику витрату кулачків, через що при переході від обробки однієї партії деталей до іншої патрон необхідно перебудовувати і для забезпечення високої точності центрування обробляти кулачків на місці; при цьому загартовані кулачки шліфуються, а сирі - обточуються або розточуються.
Одна з найпоширеніших конструкцій затискного патрона з пневматичним поршневим приводом представлена на рис. 1. Пневматичний циліндр закріплюється за допомогою проміжного фланця на кінці шпинделя. Підведення повітря до пневматичного циліндра здійснюється через буксу, що сидить на підшипниках кочення на хвостовику кришки циліндра. Поршень циліндра пов'язаний штоком із затискним механізмом патрона. Пневматичний патрон прикріплюється до фланця, встановленого на передньому кінці шпинделя. Головка, закріплена на кінці штока, має похилі пази, які входять Г-подібні виступи кулачків. При переміщенні головки разом зі штоком вперед кулачки зближуються, під час руху назад - розходяться.
На основних кулачках, що мають Т-подібні пази, закріплюються накладні кулачки, які встановлюються відповідно до діаметру поверхні, що затискається оброблюваної деталі.
Завдяки невеликому числу проміжних ланок, що передають рух кулачкам, і значним розмірам тертьових поверхонь патрони описаної конструкції мають порівняно високу жорсткість і довговічність.
Мал. 1. Пневматичний затискний патрон.
У ряді конструкцій пневматичних набоїв використовуються важільні передачі. Такі патрони мають меншу жорсткість і внаслідок наявності ряду шарнірних з'єднань зношуються швидше.
Замість пневматичного циліндра може бути використаний пневмо-мембранний привід або гідравлічний циліндр. Циліндри, що обертаються разом зі шпинделем, особливо при високій кількості обертів шпинделя, вимагають ретельного балансування, що є недоліком даного варіанту конструкції.
Поршневий привід може бути встановлений нерухомо співвісно зі шпинделем, а шток циліндра пов'язаний із затискним штоком муфтою, що забезпечує вільне обертання затискного штока разом зі шпинделем. Шток нерухомого циліндра може бути пов'язаний із затискним штоком і системою проміжних механічних передач. Такі схеми застосовні за наявності самотормозящихся механізмів у приводі затискного пристосування, так як в іншому випадку шпиндельні підшипники навантажуватимуться значними осьовими зусиллями.
Поряд із самоцентруючими патронами застосовуються також двокулачкові патрони зі спеціальними кулачками, що отримують рух від зазначених вище приводів, і спеціальні патрони.
Подібні приводи використовуються при закріпленні деталей на різних розтискних оправках.
Цангові затискні пристрої. Цангові затискні пристрої є елементом конструкції верстатів револьверних і токарних автоматів, призначених для виготовлення деталей з прутка. Разом з тим, вони знаходять широке застосування і в спеціальних затискних пристосуваннях.
Мал. 2. Цангові затискні пристрої.
У практиці зустрічаються цангові затискні пристрої трьох типів.
Цанга, що має кілька поздовжніх надрізів, центрується заднім циліндричним хвостом в отворі шпинделя, а переднім конічним - в отворі ковпака. При затиску труба переміщує цангу вперед і передня конічна частина входить в конічний отвір ковпака шпинделя. При цьому цанга стискається і затискає пруток або деталь, що обробляється. Затискний пристрій даного типу має низку істотних недоліків.
Точність центрування оброблюваної деталі значною мірою визначається співвісністю конічної поверхні ковпака та осі обертання шпинделя. Для цього необхідно досягти співвісності конічного отворуковпака та його циліндричної центруючої поверхні, співвісності центруючого буртика та осі обертання шпинделя та мінімального зазору між центруючими поверхнями ковпака та шпинделя.
Оскільки виконання зазначених умов становить значні труднощі, то цангові пристрої цього типу не забезпечують хорошого центрування.
Крім того, в процесі затискання цанга, переміщуючись вперед, захоплює пруток, який при цьому переміщується разом з цангою, що може
призвести до зміни розмірів оброблюваних деталей за довжиною та до появи великих тисків на упор. У практиці мають місце випадки, коли пруток, що обертається, притиснутий з великою силоюдо упору, приварюється до останнього.
Перевагою даної конструкції є можливість використання малого шпинделя діаметра. Однак, оскільки діаметр шпинделя значною мірою визначається іншими міркуваннями і в першу чергу його жорсткістю, то ця обставина здебільшого не має суттєвого значення.
Внаслідок зазначених недоліківцей варіант цангового затискного пристрою знаходить обмежене застосування.
Цанга має зворотний конус, і при затиску матеріалу труба втягує цангу в шпиндель. Дана конструкція забезпечує хороше центрування, тому що центруючий конус розташований безпосередньо у шпинделі. Недоліком конструкції є переміщення матеріалу разом з цангою в процесі затиску, що призводить до зміни розмірів деталі, що обробляється, проте не викликає ніяких осьових навантажень на упор. Деяким недоліком є також слабкість перерізу у місці різьбового з'єднання. Діаметр шпинделя збільшується трохи порівняно з попереднім варіантом.
Внаслідок зазначених переваг та простоти конструкції даний варіант знаходить широке застосування на револьверних верстатах і багатошпиндельних токарних автоматах, шпинделі яких повинні мати мінімальний діаметр.
Варіант показаний на рис. 2, відрізняється від попереднього тим, що в процесі затиску цанга, що упирається передньою торцевою поверхнею в ковпак, залишається нерухомою, а під дією труби переміщається гільза. Конічна поверхня гільзи насувається на зовнішню конічну поверхню цанги і остання стискається. Оскільки цанга в процесі затиску залишається нерухомою, то при даній конструкції не відбувається зміщення прутка, що обробляється. Гільза має хороше центрування в шпинделі, а забезпечення співвісності внутрішньої конічної і зовнішніх центруючих поверхонь гільзи не становить технологічних труднощів, завдяки чому дана конструкція забезпечує досить хороше центрування прутка, що обробляється.
При звільненні цанги труба відводиться вліво та гільза переміщається під дією пружини.
Для того щоб сили тертя, що виникають у процесі затиску на торцевій поверхні пелюстків цанги, не зменшували б зусилля затиску, торцевій поверхні надається конічна форма з кутом, що дещо перевищує кут тертя.
Дана конструкція складніша за попередню і вимагає збільшення діаметра шпинделя. Проте внаслідок зазначених переваг вона знаходить широке застосування на одношпиндельних автоматах, де збільшення діаметра шпинделя немає істотного значення, і ряд моделей револьверних верстатів.
Розміри найбільш поширених цангів нормуються відповідним ГОСТ . Цанги великих розміріввиконуються зі змінними губками, що дозволяє зменшити кількість цанг у комплекті та при зносі губок замінювати їх новими.
Поверхня губок цанг, що працюють при великих навантаженнях, має насічку, що забезпечує передачу великих зусиль деталі, що затискається.
Затискні цанги виготовляються із сталей У8А, У10А, 65Г, 9ХС. Робоча частина цанги загартується до твердості HRC 58-62. Хвостова
частина відпускається до твердості HRC 38-40. Для виготовлення цангів застосовуються також цементовані сталі, зокрема сталь 12ХНЗА.
Труба, що переміщає затискну цангу, сама отримує рух від одного з перерахованих видів приводів через ту чи іншу систему проміжних передач. Деякі конструкції проміжних передач для переміщення затискної труби представлені на рис. IV. 3.
Затискна труба отримує рух від сухарів, що є частиною втулки з виступом, що заходить в паз шпинделя. Сухарі спираються на хвостові виступи затискної труби, які утримують їх у необхідному положенні. Сухарі отримують рух від важелів, Г-подібні кінці яких заходять у торцеву виточку втулки 6, що сидить на шпинделі. При затиску цанги втулка переміщається вліво і, впливаючи внутрішньою конічною поверхнею кінці важелів, повертає їх. Поворот відбувається щодо точок контакту Г-подібних виступів важелів з виточенням втулки. При цьому п'яти важелів тиснуть на сухарі. На кресленні механізми показані у положенні, що відповідає закінченню затиску. У цьому положенні механізм виявляється замкнутим, а втулка розвантажена від осьових зусиль.
Мал. 3. Механізм переміщення затискної труби.
Регулювання зусилля затискача здійснюється гайками, за допомогою яких рухається втулка. Щоб уникнути необхідності збільшення діаметра шпинделя, на нього посаджено різьбове кільце, яке впирається в півкільця, що входять у канавку шпинделя.
Залежно від діаметра затискної поверхні, який може коливатися в межах допуску, затискна труба займатиме різне положення в осьовому напрямку. Відхилення у положенні труби компенсуються деформацією важелів. В інших конструкціях вводяться спеціальні пружинні компенсатори.
Цей варіант знаходить широке застосування на одношпиндельних токарних автоматах. Є численні конструктивні модифікації, що відрізняються формою важелів.
У ряді конструкцій важелі замінюються кульками, що розклинюють, або роликами. На кінці затискної труби на різьбленні сидить фланець. При затиску цанги фланець разом із трубою переміщається вліво. Фланець отримує рух від гільзи, що впливає через ролик на диск. При переміщенні гільзи вліво її внутрішня конічна поверхня змушує бочкоподібні ролики переміщатися до центру. При цьому ролики, рухаючись по конічній поверхні шайби, зміщуються вліво, переміщуючи в цьому напрямку диск і фланець з затискною трубою. Усі деталі змонтовані на втулці, встановленій на кінці шпинделя. Зусилля затискача регулюється накручуванням фланця на трубу. У положенні фланець застопорюється за допомогою фіксатора. Механізм може бути забезпечений пружним компенсатором у вигляді тарілчастих пружин, що дозволяє використовувати його для затискання прутків з великими допусками на діаметр.
Рухливі гільзи, що здійснюють затискач, отримують рух від кулачкових механізмів токарних автоматів або поршневих приводів. Затискна труба може бути безпосередньо пов'язана з поршневим приводом.
Приводи затискних пристроїв багатопозиційних верстатів. Кожне із затискних пристроїв багатопозиційного верстата може мати свій, зазвичай поршневий привід, або рухомі елементи затискного пристрою можуть отримувати рух від приводу, встановленого в завантажувальній позиції. У разі механізми затискного пристосування, які у завантажувальну позицію, пов'язуються з механізмами приводу. Після закінчення затискання цей зв'язок припиняється.
Останній варіант широко використовується на багатошпиндельних токарних автоматах. У позиції, в якій відбувається подача та затискач прутка, встановлений повзун із виступом. При повороті шпиндельного блоку виступ входить у кільцеву канавку рухомий гільзи затискного механізму і відповідні моменти переміщає гільзу в осьовому напрямку.
Подібний принцип може бути у ряді випадків використаний для переміщення рухомих елементів затискних пристроїв, встановлених на багатопозиційних столах та барабанах. Сережка затискається між нерухомою та рухомою призмами затискного пристрою, встановленого на багатопозиційному столі. Призма отримує рух від повзуна з клиновим скосом. При затиску плунжер, у якому нарізана зубчаста рейка, переміщається вправо. Через зубчасту шестерню рух передається повзуну, який клиновим скосом переміщує призму до призми. При звільненні затиснутої деталі праворуч переміщається плунжер, який шестернею також пов'язаний з повзуном.
Плунжери можуть отримувати рух від поршневих приводів, встановлених у завантажувальній позиції, або від відповідних ланок кулачкових механізмів. Затискач та звільнення деталі може проводитися також у процесі повороту столу. При затиску плунжер, з роликом, набігає на нерухомий кулак, встановлений між завантажувальною і першою робочою позиціями. При звільненні плунжер набігає на кулак, розташований між останньою робочою та завантажувальною позиціями. Плунжери розташовуються у різних площинах. Для компенсації відхилень у розмірах деталі, що затискається, вводяться пружні компенсатори.
Слід зазначити, що подібні прості рішення недостатньо використовуються при проектуванні затискних пристроїв для верстатів багатопозиційних при обробці невеликих деталей.
Мал. 4. Затискний пристрій багатопозиційного верстата, що працює від приводу, встановленого в завантажувальній позиції.
За наявності індивідуальних поршневих двигунів у кожного із затискних пристроїв багатопозиційного верстата поворотному століабо барабану повинен бути підведений стиснене повітря або олія під тиском. Пристрій для підведення стисненого повітря або масла аналогічно описаному вище пристрою циліндра, що обертається. Застосування підшипників кочення у разі зайве, оскільки швидкість обертання мала.
Кожна з пристроїв може мати індивідуальний розподільний кран або золотник, або для всіх затискних пристроїв може бути використаний загальний розподільний пристрій.
Мал. 5. Розподільний пристрій поршневих приводів затискних пристроїв багатопозиційного столу.
Індивідуальні крани або розподільні пристроїперемикаються допоміжними приводами, встановленими у завантажувальній позиції.
Загальний розподільний пристрій послідовно підключає поршневі приводи затискних пристроїв у міру повороту стола або барабана. Орієнтовна конструкція подібного розподільного пристрою зображена на рис. 5. Корпус розподільного пристрою, встановлений співвісно з віссю обертання стола або барабана, обертається разом з останніми, а золотники разом з віссю залишаються нерухомими. Золотник управляє подачею стисненого повітря у порожнини, а золотник у порожнини затискних циліндрів.
Стиснене повітря надходить каналом в простір між золотниками і прямує за допомогою останніх у відповідні порожнини затискних циліндрів. Відпрацьоване повітря йде в атмосферу через отвори.
У порожнині стиснене повітря потрапляє через отвір, дугову канавку та отвори. Поки отвори відповідних циліндрів збігаються з дуговою канавкою, у порожнини циліндрів надходить стиснене повітря. Коли при черговому повороті столу отвір одного з циліндрів поєднається з отвором, порожнина цього циліндра виявиться пов'язаною з атмосферою через кільцеву канавку, канал, кільцеву канавку і канал.
Порожнини тих циліндрів, у порожнини яких надходить стиснене повітря, мають бути пов'язані з атмосферою. Порожнини з'єднуються з атмосферою через канали, дугову канавку, канали, кільцеву канавку та отвір.
У порожнину циліндра, що знаходиться в завантажувальній позиції, повинен надходити стиснене повітря, яке подається через отвір та канали.
Таким чином, при повороті столу багатопозиційного відбувається автоматичне перемикання потоків стисненого повітря.
Аналогічний принцип використовується і для управління потоками олії, що подається до затискних пристроїв багатопозиційних верстатів.
Слід зауважити, що подібні ж розподільні пристрої застосовуються і на верстатах для безперервної обробки з столами або барабанами, що обертаються.
Принципи визначення зусиль, які у затискних пристосуваннях. Затискні пристрої, як правило, проектуються таким чином, щоб зусилля, що виникають в процесі різання, сприймалися б нерухомими елементами пристроїв. Якщо ті чи інші сили, що у процесі різання, сприймаються рухливими елементами, то величина цих сил визначається з урахуванням рівнянь статики тертя.
Методика визначення сил, що діють у важельних механізмах цангових затискних пристроїв, аналогічна методиці, що застосовується при визначенні зусиль включення фрикційних муфт з механізмами важеля.
