Договор стоянки судна Об&apos-єктом цього;pdf

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра технологии
горного машиностроения
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА
(конспект лекций)
Составил:
доц. к.т.н. Холоша В.И.
Днепропетровск
2014
Содержание
Предисловие.
1.Технологическая оснастка для станков с ЧПУ.
1.1. Комплект технологической оснастки (ТО).
1.2. Технические требования, применяемые к ТО.
2. Станочные приспособления.
2.1. Виды и системы СП.
2.2. Требования, предъявляемые к СП.
2.3. Техника безопасности при эксплуатации СП.
2.4. Технико-экономические показатели при работе СП.
3. Проектирование станочных приспособлений.
3.1. Порядок разработки СП.
3.2. Расчет точности СП.
3.3. Базирование деталей и СП на палетах и столах.
3.4. Выбор технологических баз.
3.5. Базовые элементы СП.
3.6. Установочные элементы СП.
3.7. Направляющие элементы СП.
4. Силовые механизмы СП.
4.1. Классификация силовых механизмов.
4.2. Винтовые зажимные механизмы (ЗМ).
4.3. Клиновые зажимные механизмы.
4.4. Эксцентриковые зажимные механизмы.
4.5. Рычажные прихваты.
4.6. Магнитные станочные приспособления (МСП).
5. Механизированные приводы зажимных механизмов.
5.1. Классификация механизированных приводов.
5.2. Пневмопривод.
5.3. Гидропривод.
5.4. Пневмогидропривод.
5.5. Электромеханический привод.
6. Станочные приспособления к токарным станкам.
6.1. Патроны.
6.2. Центры.
6.3. Оправки.
6.4. Люнеты.
7. Станочные приспособления к фрезерным и сверлильным
станкам.
7.1. Тиски.
7.2 Делительные столы и головки
7.3 Оснастка для сверлильных станков
7.4. СП типа СРП.
7.5. СП типа УСПМ-ЧПУ.
7.6. СП типа УСПО-У.
2
3
4
4
5
6
6
8
8
9
10
10
11
12
14
16
18
23
24
24
24
27
30
32
35
37
37
37
43
46
47
48
48
57
63
69
70
70
72
73
75
77
80
8. Вспомогательный инструмент станков с ЧПУ.
8.1. Классификация вспомогательного инструмента.
8.2. Конструкция вспомогательного инструмента.
5.4.Вспомогательный инструмент для токарных станков с
базирующей
призмой.
8.4. Вспомогательный инструмент для токарных станков с
цилиндрическим хвостовиком.
8.5. Вспомогательный инструмент для сверлильных и
фрезерных станков.
9. Контроль и автоматическая смена инструмента.
9.1. Настройка режущего инструмента.
9.2. Методы контроля режущего инструмента.
9.3. Методы замены изношенного инструмента.
10. Список литературы.
3
84
84
85
86
87
88
89
89
92
94
96
Предисловие.
Конспект лекций по курсу «Технологическая оснастка» составлен по
материалам прочитанных лекций в период 1991-2013на кафедре «Технологии
горного машиностроения»Национального горного университета Украины.
Конспект лекций содержит сведения о прогрессивной технологической
оснастке: станочных приспособлениях, режущем и вспомогательном инструментах,
устройствах для контроля, настройки и автоматической смены инструментов для
станков с ЧПУ и гибких производственных системах (ГПС). Описаны конструкции
прогрессивной
рационального
и
модульной
применения.
оснастки,
Изложены
приведены
принципы
характеристики
и
области
последовательность
конструирования станочных приспособлений. Рассмотрены способы и средства
базирования приспособлений на столе станка или палетах.
Приведены расчеты сил зажима при различных способах обработки и
конструкции зажимных механизмов, расчеты сил на приводе силовых механизмов:
пневматических,
гидравлических,
пневмогидравлических,
механических,
электромеханических, магнитных.
Конспект лекций «Технологическая оснастка» рекомендуется в качестве
учебного
пособия
для
студентов
специальности
машиностроения».
4
7.09.02.02
«Технология
1. Технологическая оснастка станков с ЧПУ.
1.1. Комплект технологической оснастки (ТО).
Технологическая оснастка обеспечивает высокоточную и производительную
работу станков с ЧПУ, ГПС и ГПМ. Комплект технологической оснастки содержит:
1.1.1. Станочное приспособление (СП) – применяется для установки детали на
столе станка, обеспечивает точное положение детали относительно станка и
режущего инструмента. Для этого производится полное базирование детали в СП и
СП или палеты на станке. Конструкция СП должна обеспечивать надежное
закрепление, жесткость и виброустойчивость при обработке, а также быструю смену
детали или переналадку СП, обладать технологичностью при изготовлении и
простотой в эксплуатации.
1.1.2. Режущий инструмент (РИ) – применяется для точной обработки
поверхностей детали и должен обеспечивать: высокие и стабильные режущие
характеристики; формирование и отвод стружки, условия по точности обработки;
универсальность при обработке однотипных поверхностей; быстросменность при
переналадке или замене инструмента. Рекомендуется применять сборный РИ с
использованием для лезвийного инструмента: твердых сплавов, керамики,
сверхтвердых синтетических материалов и быстрорежущих сталей с повышенными
износо- и теплостойкостью, прочностью и твердостью.
1.1.3. Вспомогательный инструмент (ВИ) – применяется для установки РИ и
устройств контроля обрабатываемых размеров и износа инструмента с высокой
точностью, жесткостью и виброустойчивостью. Конструкция ВИ должна
обеспечивать надежное закрепление РИ, возможность быстрой настройки и
регулирование на размер, удобство в эксплуатации (быстросменность, простота
сборки и наладка), технологичность изготовления.
1.1.4. Устройства для автоматической смены и контроля инструмента (АСИ)
применяются для сокращения времени простоя станков. Конструктивно АСИ
выполнены в виде револьверных головок, многошпиндельных сменных головок и
инструментальных магазинов (барабанных, корончатых, дисковых, плоских и
цепных), оснащенных манипуляторами. Для контроля износа РИ применяются
контактные методы: щупы, щуповые головки, активные скобы и бесконтактные
методы: оптико-электронные, тензометрические, индукционные, магнитоупругие и
др.
1.2. Технические требования, предъявляемые к ТО.
Требования, предъявляемые к технологической оснастке станков с ЧПУ, ГПС и
ГПМ, следующие:
1.2.1. Обеспечивать точность обработки детали, прочность закрепления,
жесткость и виброустойчивость элементов системы: станок, приспособление,
инструмент, деталь (СПИД).
1.2.2. Обеспечивать концентрацию технологических переходов при обработке с
целью сокращения вспомогательного времени на переустановку детали.
1.2.3. Быстросменность РИ и СП при обработке или переналадке системы на
другую деталь.
1.2.4. Универсальность для обработки деталей различных типоразмеров.
5
1.2.5. Надежность работы обеспечивается стабильностью и прочностью
закрепления детали и инструмента, стабильностью режущих свойств и размеров РИ.
1.2.6. Технологичность при изготовлении и эксплуатации устройств
технологической оснастки.
1.2.7. Обеспечивать безопасные условия труда при механической обработке
деталей.
2. Станочные приспособления (СП).
2.1. Виды и системы СП.
Виды станочных приспособлений, ГОСТ 31.010.01-84.
2.1.1. Универсальное станочное приспособление применяется для установки
заготовок различной конструкции в установленном диапазоне размеров. Также СП
является многоцелевым и широко переналаживаемым. Например: машинные тиски,
трехкулачковые самоцентрирующие патроны.
2.1.2. Специализированное станочное приспособление применяется для
установки однотипных заготовок. Такое СП является одноцелевым, ограниченно
переналаживаемым. Например: приспособления систем УСПО и УСП ЧПУ.
2.1.3. Специальные станочные приспособления применяются для установки
заготовок одного типоразмера. Такое СП является одноцелевым не
переналаживаемым. Например: скальчатые кондукторы.
СП могут быть: одноместными для установки одной заготовки и
многоместными для установки нескольких заготовок.
СП могут быть: однопозиционным – заготовку, в котором обрабатывают на
данной операции без изменения позиции, и многопозиционным – заготовку, в
котором обрабатывают на данной операции с изменением позиции.
Системы СП классифицированы по степени специализации (Рис. 2.1.).
Рис. 2.1. Классификация систем приспособлений для станков с ЧПУ.
Система универсально-безналадочных приспособлений (УБП). Конструкция
УБП представляет собой законченный механизм долговременного действия с
постоянными регулируемыми (несъемными) элементами для установки различных
заготовок, предназначенный для многократного использования. УБП целесообразно
применять на станках с ЧПУ в единичном и мелкосерийном производстве.
Система универсально-наладочных приспособлений (УНП) обеспечивает
установку заготовок при помощи специальных наладок. УНП состоит из
универсального базового агрегата и сменных наладок. Базовая часть
приспособления – постоянная часть приспособления для установки наладок в
процессе компоновки конструкций приспособлений – представляет собой
6
законченный механизм долговременного действия, предназначенный для
многократного использования в компоновках. Проектированию и изготовлению
подлежат специальные наладки, являющиеся наиболее простой и недорогой частью
приспособлений. УНП целесообразно применять на станках с ЧПУ в мелкосерийном
производстве, особенно при использовании групповых методов обработки.
Система
специализированных
наладочных
приспособлений
(СНП)
обеспечивает базирование и закрепление типовых по конфигурации заготовок
различных размеров. Компоновка СНП состоит из базового агрегата и сменных
наладок. Базовый агрегат, многократно используемый в компоновках, предназначен
для установки сменных наладок. В системе СНП многоместные приспособления
обеспечивают возможность смены
заготовок вне рабочей зоны станка.
Эффективной областью применения СНП на станках с ЧПУ является серийное
производство.
Система универсально-сборочных приспособлений (УСП). Компоновки УСП
собираются из стандартных элементов с высокой степенью точности. Фиксация
элементов и узлов осуществляется системой шпонка – паз. Как специальные
приспособления кратковременного применения, УСП состоит из деталей и узлов
многократного применения с пазами 8, 12 и 16 мм. Такая система не требует
конструирования и изготовления приспособлений. Цикл оснащения станка
приспособлением системы УСП состоит из сборки компоновки и ее установки, на
что затрачивается в среднем 3-4 ч.
Система универсально-сборных механизированных приспособлений для
станков с ЧПУ (УСПМ-ЧПУ) является развитием системы УСП. Компоновки
специальных приспособлений системы УСПМ-ЧПУ предназначены для установки
заготовок на станках с ЧПУ фрезерной и сверлильной групп в условиях единичного
и мелкосерийного производства. Основой комплектов УСПМ – ЧПУ являются
гидравлические блоки, представляющие собой базовые плиты УСП с сеткой пазов и
встроенными гидроцилиндрами, а также плиты без встроенных цилиндров. В
последнем случае для механизации зажимов применяют различные гидроцилиндры.
Система универсально-сборной и переналаживаемой оснастки (УСПО) на базе
системы УСП состоит из деталей и сборочных единиц различной конструкции, что
позволяет методом агрегатирования компоновать приспособления для выполнения
любых операций.
Система сборно-разборных приспособлений (СРП). Компоновки СРП
собираются из стандартных деталей и сборочных единиц, фиксируемых
относительно друг друга системой палец - отверстие. Для этой цели в базовых
деталях имеются сетки точных координатно-фиксирующих отверстий. Детали и
сборочные единицу компоновок СРП крепятся посредством Т-образных пазов с
размерами, соответствующими пазам на столах станков. В компоновках СРП, в
отличие от УСП, количество сборочных единиц преобладает над деталями.
Приспособления переналаживаются посредством перекомпоновки, регулирования
положения базирующихся и зажимных элементов или замены сменных наладок.
Система неразборных специальных приспособлений (НСП). Приспособления
этой системы не являются переналаживаемыми. Детали нельзя повторно
7
использовать в других компоновках. Конструкции приспособлений такой системы
предназначены для одной определенной деталеоперации. На станках с ЧПУ
приспособления такой системы целесообразно применять лишь как исключение в
том случае, если нельзя применить ни одну из переналаживаемых систем.
Конструкция такого приспособления должна быть максимально упрощена.
2.2. Требования, предъявляемые к СП.
СП для станков с ЧПУ должны:
2.2.1. Иметь повышенную размерную точность. Погрешности базирования и
закрепления детали в СП и СП на станке должны быть минимальными.
2.2.2. Иметь повышенную точность для полного использования мощности
станка на черновых операциях.
2.2.3. Обеспечивать полное (по 6-ти точкам) базирование детали в СП и СП на
столе станка.
2.2.4. Обеспечивать концентрацию технологических переходов механической
обработки, т.е. возможность подвода РИ ко всем обрабатываемым поверхностям на
одной установке.
2.2.5. Обеспечивать минимальное вспомогательное время на установку,
закрепление и снятие детали после обработки.
2.2.6. Обеспечивать возможность смены заготовки вне рабочей зоны станка.
2.2.7. Обеспечивать возможность быстрой смены СП или переналадку на
обработку детали другого типоразмера.
2.2.8. Обеспечивать безопасные условия работы на станке.
2.3. Техника безопасности при эксплуатации СП.
Общие требования безопасности к работе СП:
2.3.1. Наружные элементы конструкции СП не должны иметь поверхностей с
неровностями: острые кромки, углы и т.п. Радиусы скруглений и фаски должны
быть не менее 1 мм.
2.3.2. Конструктивные элементы СП, выходящие за габариты стола станка, не
должны препятствовать работе станка и доступу к органам управления.
2.3.3. Способ соединения СП со станком и сменными наладками не должны
допускать самопроизвольного ослабления во время эксплуатации.
2.3.4. Конструкция СП должна обеспечивать свободное или принудительное
удаление СОЖ и стружки, а также отсос воздуха из зоны обработки, если возможно
появление вредных аэрозолей или газов в соответствии с ГОСТ 12.1.005-76.
2.3.5. Должна обеспечиваться безопасность установки и снятия заготовки. При
массе более 12 кг необходимо предусмотреть свободную закладку захватных
устройств грузоподъемных механизмов.
2.3.6. СП массой более 16 кг должны иметь цапфы, рым болты, проушины для
установки и снятия грузоподъемными механизмами.
2.3.7. СП с механизированным приводом максимальный гарантированный
зазор для установки заготовки не должен превышать 5 мм.
8
2.3.8. В конструкции СП необходимо предусмотреть смазку всех трущихся
поверхностей.
2.4. Технико-экономические показатели при работе СП.
2.4.1. Годовые затраты на применение универсальных наладочных
приспособлений УНП и специализированных наладочных приспособлений СНП
складываются из затрат на базовую часть и затрат на сменные наладки. Годовые
затраты на базовую часть СП.
Г Б УНП, СНП = С Б  (1 + А П ) (А А + А Э );
где С Б – себестоимость изготовления базовой части приспособления;
А П – коэффициент затрат на проектирование базовой части, 0,3;
А А – коэффициент затрат на амортизацию базовой части, при сроке службы Т =
5 лет, 0,2;
А Э – коэффициент затрат на эксплуатацию, 0,2.
2.4.2 Годовые затраты на сменные наладки СП
Г Н УНП, СНП = С Н  (1+ А П ) (А А + А Э ) + СУ  n У ;
где С Н – средняя себестоимость одной сменной наладки;
А П – коэффициент затрат на проектирование сменной наладки, при Т=2 г,
А П =0,5;
А А – коэффициент затрат на амортизацию сменной наладки, при Т = 2 г, А А =
0,5;
А Э – коэффициент затрат на эксплуатацию сменной наладки, А Э =0,5;
С У – стоимость установки сменной наладки на СП;
n У – число установок сменных наладок на СП.
2.4.3. Годовые затраты на применение универсальных безналадочных
приспособлений УБП:
Г УБП  С (А А  А Э );
где С – стоимость (себестоимость) СП;
А А – коэффициент затрат на амортизацию при Т =68 лет; А А = 0,120,15.
2.4.4. Годовые затраты на применение универсальных сборочных
приспособлений УСП
Г УБП 
В1
+ В2  q;
NК
где N К – число компоновок УСП в течение года;
q – повторяемость одной компоновки в течение года;
В1  С К  А А – амортизационные отчисления на комплект деталей УСП;
С К – цена комплекта УСП;
А А – коэффициент затрат на амортизацию, 0.1;
В2  ЗС  ТС  (1  0,01Р) – средние затраты на сборку одной компоновки;
З С – затраты слесаря-сборщика за час;
9
Т С – время сборки одной компоновки УСП;
Р – косвенные расходы, связанные с работой слесарей-сборщиков.
2.4.5. Годовые затраты на применение сборно-разборных приспособлений СРП
Г СРП  С Б  (А А + А Э ) + С Н  (1  А П ) (А 'А + A 'Э ) + CC ;
где С Б – себестоимость базовых узлов и деталей;
А А – коэффициент затрат на амортизацию базовых узлов и деталей;
А Э – коэффициент затрат на эксплуатацию базовых узлов и деталей;
С Н – себестоимость деталей наладки;
А 'А – коэффициент затрат на амортизацию деталей наладки;
A 'Э – коэффициент затрат на эксплуатацию деталей наладки;
А П – коэффициент затрат на проектирование деталей наладки;
C C – себестоимость сборки приспособления.
3. Проектирование станочных приспособлений.
3.1. Порядок разработки СП.
Для одной из операций проектируемого технологического процесса
разрабатывается конструкция приспособления. Станочные приспособления
расширяют технологические возможности металлообрабатывающего оборудования,
повышают производительность обработки заготовок, облегчают условия труда
рабочих, повышают культуру производства. Выбор приспособления зависит от типа
производства и ряда других факторов. Правильно выбранное приспособление
должно способствовать повышению производительности труда и точности
обработки, ликвидации предварительной разметки заготовок и выверки их при
установке на станке.
В начале проектирования приспособления необходимо разработать
принципиальную схему базирования и закрепления обрабатываемой заготовки.
Исходными данными для проектирования станочного приспособления
являются:
– рабочий чертеж заготовки и готовой детали;
– технологический процесс на предшествующую и выполняемую операции с
технологическими эскизами;
– годовой объем выпуска деталей;
– альбомы типовых конструкций приспособлений;
– паспортные данные станков.
При конструировании приспособления необходимо придерживаться такой
последовательности:
– начертить контур обрабатываемой заготовки или детали в необходимом
количестве видов на таком расстоянии, чтобы осталось достаточно места для
вычерчивания проекций всех элементов приспособления – установочных,
направляющих, зажимных;
10
– начертить установочные или опорные элементы – подвижные и неподвижные
опоры, оправки, призмы, направляющие элементы, кондукторные втулки и т.п.;
– начертить зажимные и вспомогательные элементы приспособления;
– начертить корпус, указать все необходимые размеры и сечения;
– проставить габаритные и контрольные размеры – расстояния между базовыми
поверхностями, посадочные размеры базовых поверхностей и т.п.;
– разработать технические условия на точность изготовления приспособления.
Обрабатываемая заготовка на общем виде приспособления принимается
"прозрачной", ее контуры вычерчиваются цветным карандашом или тонкими
линиями.
На чертеже приспособления все составные части ( сборочные единицы и
детали) нумеруют. Номера позиций располагают параллельно основной надписи
чертежа вне контура изображения и группируют в колонку или строчку по
возможности на одной линии.
В процессе проектирования станочного приспособления необходимо выполнять
требования ЕСКД и государственных стандартов на все элементы проектируемого
приспособления.
При
проектировании
приспособления
необходимо
использовать
стандартизованные
и
унифицированные
элементы
приспособлений,
предусматривать возможность быстрой переналадки приспособления для обработки
других подобных заготовок, обеспечения наименьшего вспомогательного времени
на установку, выверку и закрепление обрабатываемых заготовок при сохранении
требуемой точности обработки.
При проектировании станочного приспособления необходимо особое внимание
уделить выбору зажимных устройств и расчету силы зажима обрабатываемых
заготовок. Сила зажима должна обеспечить надежное закрепление заготовок в
приспособлении и не допускать сдвига, поворота или вибраций заготовки при
обработке.
Величину сил зажима определяют в зависимости от сил резания и их моментов,
действующих в процессе обработки. Полученную силу зажима необходимо
увеличить на коэффициент запаса К, принимаемый К=2,5 для черновой обработки и
К=2 – для чистовой.
3.2. Расчет точности СП.
Проектируемое СП должно обеспечивать требуемый уровень точности, что
соответствует выполнению условия:
   ;
где  – действительная величина погрешности;
[  ] – допустимая величина погрешности.
Допустимая величина погрешности зависит от величины допуска на размер,
выполняемый при обработке в СП, и определяется с учетом погрешностей
механической обработки:
  
(ТД    Ф ) 2  2Н  2У  32И  32Т ;
11
где ТД – допуск на выполняемый размер;
  Ф – суммарная погрешность формы поверхности;
 Н – погрешность настройки станка на размер;
 У – погрешности из-за упругих деформаций системы: станок, приспособление,
инструмент, деталь;
 И – погрешность из-за износа режущего инструмента;
 Т – погрешности из-за температурных деформаций системы: станок,
приспособление, инструмент, деталь.
Так как расчет погрешности по формуле весьма трудоемок, то в практике
пользуются с достаточной степенью точности выражением:
  ТД  К У   обр ;
где  обр – среднеэкономическая точность вида обработки;
К У – коэффициент ужесточения, 0,6  0,8.
Действительная погрешность приспособления включает три составляющие:
   2б   2з   2п ;
где  б – погрешность базирования;
 з – погрешность закрепления;
 п – погрешность положения.
Погрешность положения:
 п   2у   2с   2и ;
где  у – погрешность из-за неточности изготовления и сборки деталей СП;
 c – погрешность из-за неточности установки СП на столе станка;
 и – погрешность из-за износа поверхностей установочных элементов.
Погрешность, обусловленная износом установочных элементов:
 и   N  cos;
где  – коэффициент, определяющий влияние условий обработки на величину
износа;
N – годовая программа выпуска деталей, количество контактов базовых
элементов с поверхностью заготовки;
 – угол, между направлением выполняемого размера и направлением,
перпендикулярным поверхности установочного элемента в зоне контакта.
3.3. Базирование деталей и СП на палетах и столах.
Положение заготовки относительно приспособления определяется комплектом
баз. Базой называется поверхность или сочетание поверхностей, ось, точка,
принадлежащая заготовке и используемая для базирования, а придание заготовке
требуемого положения относительно выбранной системы координат называется
базированием. Комплектом баз называется совокупность трех баз, образующих
12
систему координат заготовки. Технологической базой называется база, используемая
для определения положения заготовки в процессе изготовления.
Согласно теоретической механике, требуемое положение твердого тела
(заготовки) относительно выбранной системы координат достигается наложением
геометрических связей, лишающих тело трех перемещений вдоль осей X, Y, Z и трех
поворотов вокруг этих осей, т.е. тело становится неподвижным в системе координат
X, Y, Z. Каждая опорная точка, т.е. точка, символизирующая одну из связей
заготовки выбранной системой координат, лишает заготовку только одной степени
свободы. Следовательно, для полного базирования заготовки, т.е. придания ей
вполне определенного (однозначного) положения в приспособлении необходимо и
достаточно наличия шести опорных точек, лишающих заготовку шести степеней
свободы (правило шести точек).
При большем числе точек базирование будет не однозначным, а
неопределенным, так как неизвестно, какими точками заготовка будет
контактировать с установочными элементами приспособления. Схема расположения
опорных точек на базах заготовки называется схемой базирования. Наиболее
распространенные схемы базирования заготовок: рис. З.1. по трем плоским
поверхностям; рис. 3.2. по торцу и наружной цилиндрической поверхности; рис. 3.3.
по наружной цилиндрической поверхности и торцу.
Рис. 3.1. Схема базирования призматической детали.
Рис. 3.2. Схема базирования цилиндрических деталей: а – положение детали в
системе координат; б – положение в приспособлении.
13
Рис. 3.3. Схема базирования коротких цилиндрических деталей (диски, кольца):
а – положение детали в системе координат; б – положение в приспособлении.
По числу степеней свободы, которых лишают заготовку технологические базы,
они подразделяются на установочные, направляющие и двойные опорные. База,
лишающая заготовку трех степеней свободы – перемещения вдоль одной из
координатных осей и поворота вокруг двух других осей, называется установочной
базой (рис. 3.1, точки 1, 2, 3). База, лишающая заготовку двух степеней свободы –
перемещения вдоль одной координатной оси и поворота вокруг другой оси,
называется направляющей базой (рис. 3.1, точки 4, 5.) и база, лишающая заготовку
одной степени свободы (рис. 3,точка 6), называется опорной. На рис. 3.2. наружная
поверхность точки 1, 2, 3, 4 называется двойной направляющей базой, торец с
точкой 5 – упорной базой и шпоночный паз с точкой 6 - дополнительной базой. На
рис. 3.3. торец с точками 1, 2, 3 называется установочной базой, нарушая
поверхность с точками 4, 5 – направляющей базой и шпоночный паз с точкой 6 –
дополнительной базой.
3.4. Выбор технологических баз.
Выбор технологических баз и последовательности обработки поверхностей
заготовки является ответственным этапом разработки технологического процесса.
Правильность выбора баз определяют достижение требуемой точности обработки
детали и экономичность технологического процесса.
Рис. 3.4. Выбор технологических баз для корпуса сверлильной головки: а –
задачи обработки; б – поверхности детали; в – схема связи поверхностей; г –
базирование по основным базам; д – базирование по вспомогательной базе; е –
технологические размерные цепи.
14
Выбор технологических баз основывается на выявлении и анализе
функционального
назначения
поверхностей
детали
и
установлении
соответствующих размерных связей, рис. 3.4, а. Индексация поверхностей и
построение графа размерных связей б и в показывает, что основной технологической
базой следует принять поверхность 01. Тогда на рис. 3.4, г, д размерные связи
Б  Б1  Б2 ;    1   2 ;
Допуск Т Б = 0,1; допуски Т Б = 0,07; Т Б = 0,03; после ужесточения

2
1
ТБ   ТБ1  ТБ2 = 0,07 + 0,03 = 0,1.
Условие возможности установки деталей на два цилиндрических пальца.
Для вывода условия предполагаем худший случай из всех возможных (рис.
3.5.), а именно: межцентровое расстояние отверстий у детали выполнено по
наибольшему предельному размеру  L   0  , межцентровое расстояние пальцев – по

2
наименьшему  L   n  , зазоры в сопряжениях отверстий с пальцами выполнены

минимальными
2
S1
min
, S 2 min
 . На схеме рис. 3.5, а показано положение отверстий 1, 2 и
пальцев 3, 4 при номинальном межцентровом расстоянии между ними (размер L).
На схеме (рис. 3.5, б) оси отверстий 1' и 2' имеют наибольшее межцентровое
расстояние (размер L   0 ), а окружностями 3' и 4' показано положение пальцев при
2
наименьшем межцентровом расстоянии  L   n  .

2
S2
  S1

2  0  n   min  min
4
4
4
4
Из графического построения (рис. 3.5, б) находим
Рис. 3.5. Расчетные схемы для случая установки детали на два цилиндрических
пальца.
15
Отсюда определяется условие возможности установки на два цилиндрических
пальца
S1min  S2 min   0   n .
Условие возможности установки деталей на один цилиндрический и один
срезанный палец и определение оптимального значения ширины b цилиндрического
участка срезанного пальца.
Рассматривая прямоугольный треугольник O '2 O1'A (рис 3.6.), находим
S1  S2 max
tg  max
.
2 L
При базировании по плоскости и одному отверстию на высоком срезанном
пальце Smin  0 . Условие возможности установки
d
Smin   пл. о   пл. п.
b
Рис. 3.6. Схема для определения предельного смещения (поворота) детали при
установке по плоскости и отверстиям на цилиндрический и срезанный пальцы.
Соответственно:
b
S2 min
 d,
 пл. о   пл. п
где  пл. о – допуск на расстояние L между базовой плоскостью детали и осью
отверстия;
 пл. п – то же между установочной плоскостью приспособления и осью пальца.
3.5. Базовые элементы СП.
Базовыми
элементами
приспособлений
СРП
и
УСП-ЧПУ
являются
прямоугольные и квадратные плиты, предназначенные для монтажа сменных
наладок. Конструкция механизированной прямоугольной плиты показана на рисунке
рис. 3.7.
16
Рис. 3.7. Немеханизированные прямоугольные плиты: а – с центральным Тобразным пазом (1– корпус плиты; 2 – заглушка координатно-фиксирующего
отверстия; 3– втулка; 4 – заглушка центрального отверстия; 5 – съемный фланец; 6 –
заглушка отверстия для дополнительного крепления плиты к столу станка); б – без
центрального Т-образного паза.
Конструкция прямоугольных гидрофицированных плит приведена на рис. 3.8.
17
Рис 3.8. Прямоугольные плиты с гидравлическим приводом: 1 – корпус плиты;
2 – заглушка координатно-фиксирующего отверстия; 3 – втулка; 4 – заглушка
центрального отверстия; 5 – съемный фланец; 6 – заглушка отверстия для
дополнительного крепления плиты к столу станка; 7 – гидроцилиндр.
Техническая характеристика гидроцилиндров:
Рабочее давление, МПа
10
Усилие на штоке:
– тянущее
2500
– толкающее
3000
Ход поршня, мм
8
3
Расход масла, см
30
3.6. Установочные элементы СП.
Для установки деталей плоской поверхностью (основная технологическая база),
применяются постоянные опоры с плоской, сферической и рифленой головкой,
опорные шайбы и плоские пластины, табл. 3.1.
Таблица 3.1.
Стандартизованные постоянные опоры для установки заготовок плоской
поверхностью.
Опора
Заготовки
Тип
ГОСТ
Эскиз
Основные
размеры
d
D
s7
L
540
792
Небольшие
С
13441-68
с базами:
головкой:
–
–
необрабосферическ
таными
ой
– насеченной
1040
325 1492
13442-68
–
обработанными
–
плоской
540
13440-68
18
792
Опорные
шайбы
Продолжение табл.3.1
– 15
16
40
16
17778-72
B
Средние и
крупные с
обработанными
базами
Опорные
пластины
L H
1
2
5
040 52 25
20
4743-68
Таблица 3.2.
Установы для фрез.
Установ ГОСТ
Высотные
Эскиз
13443-68
Высот13444-68
ные
торцовые
Размеры, мм
D
H
(h6)
16
8
25
10
40
12
H выбирают из
ряда 32, 40, 50, 60,
70, 80, 90, 100, 110
19
Продолжение табл.3.2.
Угловые
B
16
25
40
13445-68
Угловые 13446-68
торцовые
H
8
10
16
H выбирают из
ряда 32, 40, 50, 60,
70, 80, 90, 100, 110
Установка круглых деталей на наружной поверхности вращения (двойная
направляющая база) применяются установочные призмы, рис. 3.9.
20
Рис. 3.9. Призмы: а – опорные по ГОСТ 12195-66 (диаметр базы
устанавливаемой заготовки Dз = 5150 мм); б – с боковым креплением по ГОСТ
12197-66 (Dз = 5150 мм); в – подвижные по ГОСТ 12193-66 (Dз = 5100 мм); г –
установочные по ГОСТ 12194-66 (Dз = 5100 мм); д – неподвижные по ГОСТ
12196-66 (Dз = 5100 мм); е – призматические опоры по ГОСТ 16897-71 (Dз = 590
мм);
Установка корпусных деталей по двум отверстиям (направляющая база)
применяются установочные пальцы цилиндрические и срезанные, рис. 3.11.
21
Рис. 3.10. Установочные сменные пальцы: а – цилиндрические (ГОСТ 12211–
66*); б – срезанные (ГОСТ 12212-66*).
22
3.7. Направляющие элементы СП.
Направляющие элементы и фиксаторы СП служат для перемещения частей
приспособления
или
приспособлений-спутников
(палет)
и
точного
позиционирования СП.
Прямолинейные
направления
выполняются
в
виде: Т-образных
пазов,
ласточкина хвоста; вращающихся роликов для палет.
Круговые направляющие выполняются кольцеобразной формы с канавками для
смазки.
Фиксаторы
устанавливаются
в
корпусе
СП
или
неподвижной
части
приспособления в виде шпонок, цилиндрических или конических пальцев, планок и
упоров различной конструкции и формы.
Направляющие элементы СП для точного направления режущего инструмента,
увеличения его жесткости и точности обработки. Такие элементы выполняются в
виде кондукторных втулок, копиров, люнетов.
Кондукторные втулки рис. 3.11. служат для направления режущего инструмента
при сверлении, зенкеровании, расточке и развертывании отверстий.
Рис. 3.11. Сменные (а, б, в) и быстросменные (г, д) втулки, устанавливаемые в
переходных втулках.
23
4. Силовые механизмы СП.
4.1. Классификация силовых механизмов.
Общие требования к зажимным механизмам.
4.1.1. Сила зажима должна стабильно нейтрализовать усилия резания в
процессе обработки.
4.1.2. Время срабатывания зажимного механизма должно быть минимальным.
4.1.3. Конструкция зажимного механизма должна обеспечивать минимальные
упругие отжатия, наименьшие деформации детали и обладать высокой
виброустойчивостью.
4.1.4. Конструкция зажимного механизма должна быть защищена от попадания
стружки и других загрязнений.
4.1.5. Сила резания, по возможности, не должна восприниматься зажимным
устройством.
4.1.6. Зажимной механизм должен быть безопасным при эксплуатации.
Рис. 4.1. Классификация силовых механизмов станочных приспособлений.
4.2. Винтовые зажимные механизмы (ЗМ).
4.2.
Сферическая
опора
При завинчивании момент силы М, приложенный к ключу, расходуется на
преодоление момента трения в резьбовом соединении М1, моментом трения на
сферическом торце винта можно пренебречь.
24
Из условия равновесия затянутой системы:
М = М1;
М = Q l,
где Q – сила, приложенная к гаечному ключу;
l – расчетная длина ключа (рукоятки).
M 1  Pз
d ср
2
tg (   )
где Рз – осевая сила (сила зажима);
dср – средний диаметр резьбы;
 – угол подъема винтовой линии резьбы;
f – приведенный угол трения в резьбе;
  arctg
cos 
f – коэффициент трения;
 – угол профиля резьбы.
Так как М = М1, то Ql  Pз
d ср
2
tg (   ) ,
откуда усилие зажима винтом со
сферическим опорным торцом:
Pз 
Ql
.
rср tg (   )
4.3..Цилиндрическая
плоская опора
При завинчивании момент силы М, приложенный к ключу, расходуется на
преодоление момента трения в резьбовом соединении М 1, и момента сил трения на
опорной поверхности торца винта М2.
M = Ql,
d
M1  PЌ – р tg (   ) ,
2
M 2  PЌ
f1
D,
3
где f1 – коэффициент трения на опорном торце, f1 = f;
D – диаметр опорной поверхности торца.
Из условия равновесия:
M = M 1 + M 2,
fD 

,
Ql  Pз rср tg (   ) 


3 
Откуда:
Pз 
Ql
fD
rсрtg (   ) 
3
25
.
4.4.
Плоская
кольцевая
опора
При завинчивании гайки момент силы М1, приложенный к ключу, расходуется
на преодоление момента трения в резьбовом соединении М2 и момента сил трения
на опорной поверхности гайки М3.
М1 + М2 = М3;
М1 = Q l;
где Q – сила, приложенная к гаечному ключу;
l – расчетная длина ключа (рукоятки).
d ср
М2  Рз
tg(   ) ,
2
где Рз – осевая сила (сила зажима);
dср – средний диаметр резьбы;
 – угол подъема винтовой линии резьбы;
f – приведенный угол трения в резьбе;
  arctg
cos 
f – коэффициент трения;
 – угол профиля резьбы.
f1 D3  d 3 ,
М3  Рз
3 D2  d 2
где f1 – коэффициент трения на опорной поверхности гайки, f1 = f;
D – диаметр опорной поверхности гайки;
d – диаметр отверстия в шайбе.
Так как М1 + М2 = М3, то
d ср
f D3  d 3  ,
Ql  P
tg(   ) 
з

3 D2  d 2 
 2
3
приняв обозначение D  K и K  1   , получим
d
3( K 2  1)
Ql
;
Рз 
rс р tg(   )  fd
Заменив шайбу опорным подшипником, получим
Ql
;
Рз 
rс р tg(   )
26
4.3. Клиновые зажимные механизмы.
4.3.1. Для идеального механизма, рис. 4.2, а
Q = P = Wид tg ;
Отсюда
1 .
tg
Следовательно, идеальный клиновой механизм при
зажима Wид   .
Wид = Q
  0 развивает силу
Рис.4.5. Схемы для расчета характеристик механизма с односкосным клином: а
– идеальный механизм; б – реальный.
4.3.2. Для механизма с трением на обеих поверхностях клина, рис. 4.5, б
P = Wtg( + ) ;
F1 = Wtg1 ;
Q = P + F1 = Wtg( +  ) + tg1  .
Отсюда исходная формула
WQ
1
;
tg( + ) + tg1
Член при Q – передаточное отношение сил i.
4.3.3. Для механизма с трением только по наклонной плоскости клина tg1 = 0 ,
и исходная формула принимает вид:
1
;
WQ
tg( + )
4.3.4. Для клина с двумя роликами трение скольжения заменяется трением
качения, и в формулу, вместо коэффициента трения скольжения ( tg1 ) и угла трения
скольжения (  ), следует подставлять приведенные коэффициент качения ( tg1пр ) и
угол трения качения ( 1пр ), т.е. выраженные соответственно через коэффициент и
угол трения скольжения.
Тогда исходная формула принимает вид:
WQ
1
.
tg( + пр ) + tg1пр
27
Передаточное отношение силы, рис. 4.6:
С трением скольжения на
наклонной поверхности и с
роликом на горизонтальной
поверхности:
ic 
1
tg(  )  tg п р1
С роликом на наклонной
поверхности и с трением
скольжения на горизонтальной
поверхности:
ic 
1
tg(   п р )  tg1
С роликами на наклонной и
горизонтальной поверхностях:
ic 
1
tg(   п р )  tg п р1
С двухопорным плунжером
без роликов:
ic 
1  tg(  )  tg 2
tg(  )  tg1
Рис. 4.6. Передаточное отношение силы клиновых механизмов.
Обозначение в формулах на рис. 4.6.:
 и 1 – углы трения соответственно на наклонной и горизонтальной
поверхностях клина;
 п р  arctg d  tg и  п р1  arctg d  tg1 – приведенные углы трения
D
D
соответственно на наклонной и горизонтальной поверхностях клина;
D и d – соответственно наружный и внутренний диаметры роликов;
 – угол клина.
Перемещение клинового механизма:
 
 
i n  Ctg
28
4.3.5. Сила зажима клино-плунжерного механизма.
Рис. 4.7. Схема для расчета силы зажима, создаваемой клином.
С помощью клина 4 (рис. 4.4, а) при известной силе Т привода создается сила
зажима W, которая может быть определена графически и аналитически.
При графическом способе используются векторные уравнения сил,
действующих на плунжер 3 и клин 4. Следовательно, правильное определение этим
способом силы зажима зависит от того, насколько точно определены линии
действия сил приложенных к плунжеру 3 и клину 4.
На клин 4, кроме силы Т, действуют реакции R34 со стороны плунжера 3 и R14
со стороны корпуса 1 приспособления, которые отклоняются на угол трения .
Из условия равновесия с учетом сил трения, при условии  = const для всех
поверхностей, можно записать:
Т  R 34  R14  0;
W  R 34  R13  0;
Пользуясь теоремой синусов и планами сил (рис 4.5), находим:
W
R 34
W sin(90    2 )
, или
;


sin(90    2 ) sin(90   )
R 34
sin(90   )
Аналогично:
Т
R 34
, или Т  sin(  2 ) ;

sin(  2 ) sin(90   )
R 34 sin(90   )
Разделив первое уравнение на второе, получим:
WR 34 sin(90    2 ) sin(90   ) ;

TR 34
sin(90   ) sin(  2 )
Так как:
sin(90    2 )  cos(  2 );
sin(90   )  sin(90   )  cos ;
29
то:
W cos(  2 )

;
T sin(  2 )
Следовательно, усилие зажима клино-плунжерного механизма определяется по
формуле:
T
.
W
tg(  2 )
4.4. Эксцентриковые зажимные механизмы.
4.4.1. Расчет кругового эксцентрика.
Рис. 4.8. Схема для определения угла поворота  круглого эксцентрикового
кулачка.
Исходные данные:
1. Допуск на размер базы заготовки Td3
2. Сила зажима P3.
3. Тип привода.
1. Определенная величина эксцентриситета:
e  0.5Tdз ;
2. Определяется радиус r для построения профиля кулачка:
D
r   e  hк ,
2
где D – диаметр стандартного круглого эксцентрика;
hk – ход эксцентрикового кулачка;
3. Определяется ход hk ,при угле поворота 60:
h к = Tdз +  гар + Pз + h k ;
J
при угле поворота 60:
h к = Tdз +  гар + Pз ,
J
где гар – гарантированный зазор для установки заготовки;
hk – запас хода с учетом износа кулачка;
J=9800-19600 кН/м – жесткость ЭЗМ;
30
4. Усилие зажима:
Ql
,
l1 tg(  )  tg1 
где Q – усилие на рукоятке ЭЗМ;
l – расчетная длина рукоятки;
l1 – расстояние от оси ЭЗМ до точки контакта l1 = 0,5D ;
Pз 
 – угол подъема эксцентрика;
 – угол трения в контакте ЭЗМ – заготовка;
1 – угол трения на оси ЭЗМ;
cos 
4.4.2. Расчет ЭЗМ по спирали Архимеда.
Рис. 4.9. Рабочий участок эксцентрикового кулачка, выполненный по спирали
Архимеда.
Исходные данные:
1.Допуск на размер базы заготовки Т3 ;
2. Усилие зажима Р3 ;
3.Тип привода.
1. Определяется ход эксцентрика:
h к = Tз +  гар + Pз
+ h к ,
J
где гар – гарантированный зазор для установки заготовки;
hk – запас хода с учетом износа кулачка;
J=9800-19600 кН/м – жесткость ЭЗМ;
2. Определяется Rmin для построения профиля
h  180
R min  к
,
    tg
где  – угол поворота эксцентрикового кулачка;
 – угол спирали Архимеда, 830.
31
3. Определения Rmax:
R max = R min + h к ;
4. Определяются углы для построения профиля:

 ;
n
5. Определяются расчетные радиусы:
r1=Rmin ; r2=r1+x ; r3=r1+2x ; … ; rn=r1+(n-1)x ; x=hk/n.
6.Усилие зажима:
Ql
Pз 
,
rс р tg(  )  tg1
где Q – усилие на рукоятке ЭЗМ;
l – расчетная длина рукоятки;
rcp – средний радиус эксцентрика;
 –угол подъема эксцентрика;
 –угол трения в контакте ЭЗМ – заготовка;
1 –угол трения на оси ЭЗМ;
4.5. Рычажные прихваты.
4.5.1. Рычажные прихваты используются в виде прижимных планок в винтовых
и эксцентриковых прихватах или в качестве усилителей приводов.
Рис. 4.10. Схемы рычажных механизмов: 1 –зажимаемая деталь; 2 –точка опоры
(ось) рычага.
32
Из равенства моментов сил относительно опор находим:
По схеме на рис. 4.10, а:
WQ
l1
,
l1  l 2
при l1 = l2,
W
Q
,
2
– По схеме на рис. 4.10, б:
WQ
при l1 = l2,
l1
,
l2
W  Q ,
– По схеме на рис. 4.10, в:
L
W  Q ,
l
при l = 0.5,
W  Q .
В этих формулах:
Q – исходная сила, развиваемая винтом, эксцентриком или штоком привода;
 – КПД, учитывающий потери на трение в опоре рычага;  = 0,95.
В сравнении с рычагом а, рычаг б развивает силу зажима в 2 раза большую, а
рычаги - в 4 раза.
4.5.2. Сила закрепления Г-образным прихватом.
Рис. 4.11. Расчетная схема Г-образного прихвата.
33
Усилие зажима:

Pз  Q  q  1  3  f  L
Момент затяжки:
H
;




f D 3нт  d 3вт

M  0.5 Q  q  d с р tg  p   
3 D 2нт  d 2вт


Длина дуги поворота прихвата:
S = d
  ;
 

;
360
вт
Подъем (опускание) прихвата при повороте:
h = S  ctg ;
где f=0,10,15 – коэффициент трения на конце гайки;
=56 – угол трения в резьбовой паре;
=3040 – угол подъема винтовой канавки;
=90° – угол поворота прихвата;
р – угол подъема канавки прихвата;
q – сила сопротивления пружины, Н;
Dнт и dвт. – соответственно наружный и внутренний диаметры опорного торца
гайки, мм.
4.5.12. Расчет усилия зажима Р3.
С Г-образным прихватом:

l  
M

Р з  1  3 f  
 q

H   tg  с р  1  tg 2 rс р


 
С системой
прихватов:


Г-образных

l  
M

Р з  1  3 f  
 q

H   2 tg  с р  1  tg 2 rс р


 

Рис.4.12. Схемы расчета.
где l – длина плеча прихвата;
Н – длина направляющей Г-образного прихвата;
М – момент на рукоятке эксцентрика;
 – коэффициент потерь на трение;
ср – средний угол подъема кривой эксцентрика;
f – коэффициент трения;
1 – угол трения в контакте кулачок-опора;
2 – угол трения на оси эксцентрика;
rcp – средний радиус эксцентричного кулачка;
q – сила сопротивления пружины.
34

Из условия соотношения клина находим соотношение сил.
4.6. Магнитные станочные приспособления (МСП).
4.6.1. Классификация МСП.
Магнитные станочные приспособления (МСП) применяются в виде плит,
патронов, тисков, кондукторов, призматических зажимов. Классификация МСП по
виду источника магнитного поля и способу управления приведена на рис. 4.12.
Рис. 4.12. Классификация МСП.
Пример МСП (рис. 4.13.) на постоянных магнитах (ферриты магнитотвердые), с
подвижным магнитным блоком, с нейтрализацией магнитного потока с помощью
рукоятки 1 и конических шестерен 12 и 13. Для нейтрализации магнитного потока
подвижный блок 8 поворачивают на 180°, меняя полюса на противоположные.
35
Рис. 4.13. Устройство магнитной призмы.
Приспособление с магнитотвердыми ферритами (керамическими магнитами)
конструктивно оформляют в виде коробки, внутри которой имеется подвижной блок
(рис. 4.14.). Оно имеет адаптерную плитку, силовой блок и немагнитное основание
1. Силовой блок разделен на верхнюю (неподвижную) и нижнюю (подвижную)
части. Каждый блок состоит из чередующихся стальных магнитопроводов 3 и 5 и
намагниченных перед сборкой постоянных магнитов 2 и 4, собранных в монолитные
конструкции. К одному магнитопроводу магниты в блоке должны быть обращены
одинаковой полярностью.
Рис. 4.14. Схема части плиты с магнитотвердыми ферритами: а – положение
«включено»; б – положение «выключено».
В положении «включено» под магнитами верхней части блока расположены
магниты нижней части блока одинаковой полярности. Потоки их складываются и по
магнитопроводу подводятся к рабочему зазору и детали 6. Пример использования
такой схемы МСП приведен на рис. 4.15
.
36
Рис. 4.15. Устройство плиты с постоянными магнитами из магнитотвердого
феррита.
4.6.2. Расчет МСП.
1. Определяется требуемая сила магнитного притяжения:
Pk
Qт  z ,
f
где Pz – радиальная составляющая силы резания;
k – коэффициент надежности;
f – коэффициент трения.
2. Определяется удельная сила магнитного притяжения:
Р уд  Q  Kм K h ,
где Q  – эталонная сила магнитного притяжения;
Kм – коэффициент, учитывающий магнитные свойства материала;
Kh – коэффициент, учитывающий толщину (высоту) детали.
3. Определяется сила магнитного притяжения:
Qм  Р удSд Kф ,
где Sд – площадь базовой поверхности детали;
Kф – коэффициент, учитывающий форму базовой поверхности детали.
4. Если Qм  Qт – обработка детали на МСП возможна.
5. Проверка МСП на сдвиг детали:
K Px2  Pz2  fQм .
6. Проверка МСП на опрокидывание детали:
K Px2  Py2  0,56bQм ,
где b – длина базы заготовки.
7. Проверка на поворот в плоскости плиты:
Мтр  МPz,
где Мтр – момент сил трения;
МPz – момент резания.
37
5. Механизированные приводы зажимных механизмов.
5.1. Классификация механизированных приводов.
Механизация привода СП позволяет значительно сократить время на
закрепление детали:
– пневмогидропривод
0,51,2
с
– эксцентриковый от
0,62,0
руки
с
–
винтовой
с
1,54,2
рукояткой
с
– винтовой с гаечным
312 с
ключом
– тиски, кулачковый
618 с
патрон
Тиски, кулачковий 618 с
патрон
пневмогидравлические
–
Рис. 5.1. Классификация механизированных приводов СП.
5.2. Пневмопривод.
5.2.1. Пневмоцилиндр одностороннего действия.
В поршневом двигателе одностороннего действия рабочий ход поршня
происходит под действием сжатого воздуха, а отвод поршня в исходное положение
осуществляется возвратной пружиной, рис. 5.2.
Двигатели этого типа проще в изготовлении и меньше расходуют воздуха, но
имеют следующие недостатки:
1. значительная часть усилия у них затрачивается на сжатие возвратной
пружины;
38
2. при возвратном ходе поршня двигатель не обеспечивает надежного
срабатывания механизма приспособления;
3. ход двигателя не может быть большим, так как ограничен возможностями
возвратной пружины.
Рис. 5.2. Двигатель поршневой одностороннего действия.
Двигатели одностороннего действия следует по возможности не применять.
Полностью исключено их использование в приспособлениях с передающими
звеньями в виде клина или других самотормозящих устройств, а также в тех случаях,
когда для разжима требуются значительные усилия.
Сила на штоке определяется по формуле:

P   D2  p    q , Н,
4
где D – диаметр цилиндра;
p – давление сжатого воздуха, 0,40,5 МПа;
 – КПД цилиндра;
q – сила сопротивления пружины, Н.
5.2.2 Пневмоцилиндр двухстороннего действия.
В поршневом двигателе двухстороннего действия рабочий и возвратный ходы
штока происходят под действием сжатого воздуха. Двигатель поршневой
двухстороннего действия – самый надежный пневматический привод для
технологической оснастки. Его основные преимущества заключаются в следующем:
1. ход поршня может быть любой величины, необходимый для работы
механизма;
2. на протяжении всего хода поршня зажимное усилие не меняется;
3. двигатель надежен в работе и способен длительное время действовать без
переборок;
5. обеспечивает четкое срабатывание механизма приспособления.
Рис. 5.3. Двигатель поршневой двухстороннего действия.
39
Сила на штоке определяется по формулам:
толкающая
 2
P

D p
сила:
тянущая
сила:
4

P   D2  d 2  p  
4


Для сдвоенного привода:
толкающая

P

 2 D2  d 2  p  
сила:
4
тянущая
сила:
P



 D2  d 2  p  
2


где D – диаметр цилиндра;
d – диаметр штока;
p – давление сжатого воздуха, 0,40,5 МПа;
 – КПД цилиндра.
5.2.3. Диафрагменная пневмокамера одностороннего действия.
Рис. 5.4. Пневмокамеры одностороннего действия.
Сила на штоке для пневмокамер одностороннего действия определяется по
формулам:
– в исходном положении
штока для тарельчатых и P    D  d 2  p    q


плоских диафрагм из
16
прорезиненой ткани:
– в положении после P  0,75   D  d 2  p    q
16
перемещения
на
расстояние
0,3
для
тарельчатых и 0,07 для
плоских диафрагм:
40
где D – диаметр диафрагмы;
d – диаметр шайбы;
p – давление сжатого воздуха;
q – сила сопротивления пружины.
5.2.4. Диафрагменная пневмокамера двухстороннего действия.
.
Рис. 5.5 Пневмокамеры двухстороннего действия.
Сила на штоке для пневмокамер двухстороннего действия с плоскими
резиновыми диафрагмами определяется по формулам:
– в исходном
положении штока
–после
перемещения
на
расстояние 0,22D
при d  D - 21- 2  4 мм:
– в исходном
положении штока
–
после
перемещения
на
расстояние 0,22D
Q
Q

4
0,9
d2  p;
4
Q
Q
d2  p;
 2 ;
d p
4
0,9  2 ,
d p
4
где D – диаметр диафрагмы;
d – диаметр шайбы;
p – давление сжатого воздуха;
41
Рис. 5.6. Расчетные схемы: а- тарельчатая мембрана; б – плоская мембрана.
Сила на штоке для пневмокамер двухстороннего действия при d0.7D с
тарельчатыми и плоскими диафрагмами из прорезиненных тканей при
d  D - 21- 2  4 мм для резиновых диафрагм определяется по формулам:
в
исходном
положении штока
при ходе 0,3 для
тарельчатых
и
0,07 для плоских ;
диафрагм
Q

2
 D  d  p
16
Q
0,75
2
 D  d  p
16
где D – диаметр диафрагмы;
d – диаметр шайбы;
p – давление сжатого воздуха.
Таблица 5.1.
Диаметры
опорных шайб,
мм.Диаметр
диафрагмы в
свету, мм
Резиноткане
вые диафрагмы
Резиновые
диафрагмы
1
25
60
8
8
15
1
15
50
2
2
80 50
1
1
40 75
1
2
60 35
42
20
400
25
280
00
375
5.3. Гидропривод.
Таблица 5.2.
Расчетные зависимости по гидроприводам станочных приспособлений.
Определяемая
величина
Производительность
насоса
Мощность
для
привода насоса
Сила
на
штоке
поршневого
пневмоцилиндра:
тянущая
толкающая
Скорость
перемещения поршня
в
направлении
действия силы:
тянущей
толкающей
Формулы
QL
1000  t  p  1
p  Qн
N
612  2
Qн 



 D2  d2  p  
4

Q   D2  p  
4
Q
4000  Q м
  D2  d 2
4000  Q м
v
D2
  D2  L
t
4  103  Q н
v1 


Время срабатывания
(ориентировочное)
гидроцилиндра
Внутренний
Q
d o  4.61 м
диаметр трубопровода
vT
гидроцилиндра
Обозначения: Qн – требуемая
производительность насоса, л/мин; L – ход поршня
гидроцилиндра, мм; t – время срабатывания
гидроцилиндра, мин; p – давление масла, МПа; 1 –
43
объемный КПД гидросистемы, учитывающий утечки
масла; 2 – КПД насоса; Q – сила на штоке
(толкающая или тянущая), Н; D – диаметр поршня,
см; d – диаметр штока, мм;  – КПД гидроцилиндра;
do – внутренний диаметр трубопровода, мм; Qм –
количество масла, протекающего по трубопроводу,
л/мин; vT – скорость перемещения масла по
трубопроводу, м/сек (для всасывающих vT<1,5 м/сек,
для нагнетательных vT<4 м/сек).
Рис. 5.7. Схема действия поршневых двигателей: а – двустороннего действия
при толкающем движении штока; б – то же при тянущем движении штока; в –
одностороннего действия.
44
Таблица 5.3.
Формулы для расчета гидроприводов приспособлений.
Определяемая
Формулы
величина
Толкающая сила
на штоке поршня
гидроцилиндра, Н
– двустороннего
 D2
Q
p
действия
4
–
  D2
Q
p q
одностороннего
4
действия
Тянущая сила на
штоке
поршня
гидроцилиндра, Н:
– двустороннего
   D2  d2 
 p
Q1  

действия
4
4


Скорость
перемещения
поршня
в
направлении
действия
силы,
м/мин:
Q
Q1
Внутренний
диаметр
do
трубопровода
гидропривода, мм
Время
срабатывания
4000  Q м
  D2
4000  Q м
v1 
  D2  d 2
v

d o  4.61 

Q1м
vT
  D2  L
4  103  Q н
QL
Qн 
1000  t  1
t
Требуемая
производительность
насоса
Обозначения: q – сила пружины, Н; p – давление
масла (манометрическое) в сети гидропривода, МПа;
D – диаметр поршня, мм; d – диаметр штока поршня,
мм; Qм – количество масла, нагнетаемое в
гидроцилиндр, л/мин; Q1м – количество масла,
протекающего по трубопроводу, л/мин; Qн –
требуемая производительность насоса, л/мин; vT –
45
скорость перемещения масла по трубопроводу, м/сек
(для всасывающих vT<1,5 м/сек, для нагнетательных
vT<4 м/сек); t – время срабатывания гидроцилиндра,
мин; L – ход поршня гидроцилиндра, см; 1 –
объемный КПД гидросистемы, учитывающий утечки
масла.
5.4. Пневмогидропривод.
Таблица 5.4.
Формулы для расчета пневмогидравлических приводов с преобразователем
давления прямого действия.
Определяемая
величина
Коэффициент
усиления
Сила на штоке
рабочего
гидроцилиндра (без
учета сил пружин), Н
Рабочее
давление жидкости в
рабочем
гидроцилиндре, МПа
Ход
штока
пневмоцилиндра, мм
Формулы
D 
k   1
 d
2
– обычно 1520
  D12 D2
Q  рв 
 2  o  м  'м
4
d
D 
p  pв   1 
 d
2
 D n
L  l  
 d  o
Расход воздуха

V   D12  L
на
один
цикл
4
зажима, м3
Обозначения: рв – давление воздуха, МПа; D1 –
диаметр пневмоцилиндра, мм; D – диаметр
гидроцилиндра,
мм;
d
–
диаметр
штока
пневмоцилиндра, мм; о – объемный КПД привода
(обычно
0,95);
м – механический
КПД
’
преобразователя (обычно 0,95); м – механический
КПД гидроцилиндра (обычно 0,9), см; l – ход штока
рабочего цилиндра, мм; n – число рабочих
гидроцилиндров.
46
5.5.Электромеханический привод.
Рис.
5.8.
Схемы
электромеханических
зажимных
устройств:
1
–
электродвигатель; 2 – редуктор; 3 – муфта; 4 – пружина; 5 – винтовая пара.
Сила, передаваемая на зажимные механизмы станочных приспособлений,
определяется по формуле:
Q  71620 
N   i
,
n  rс р  tg  
где N – мощность электродвигателя;
 – КПД редуктора;
i – передаточное отношение редуктора;
n – частота вращения электродвигателя;
rср – средний радиус резьбы винтовой пары;
 – угол подъема винтовой линии резьбы;
 – угол трения в резьбовом соединении.
47
6. Станочные приспособления к токарным станкам.
6.1. Патроны.
По классам точности, в зависимости от величины радиального биения
наружной поверхности, величины радиального и осевого биения установленной в
патроне оправки; патроны подразделяются:
Н – нормального класса точности;
П – повышенной точности;
В – высокой точности;
А – особо высокой точности.
По назначению патроны различают: поводковые, самоцентрирующие и с
независимым движением кулачков для закрепления сложных по форме заготовок.
Токарные патроны могут быть:
– двухкулачковые самоцентрирующие и поводковые;
– трехкулачковые самоцентрирующие;
– четырехкулачковые для закрепления по сложной базовой поверхности.
– 6-9-12-ти кулачковые самоцентрирующие.
По механизму перемещения кулачков и закреплению детали патроны бывают:
– с винтовым механизмом, двухкулачковые самоцентрирующие и
четырехкулачковые;
– спирально-реечный механизм, трехкулачковые самоцентрирующие патроны;
– клиновые, рычажно-клиновые и клиновые для двух- и трехкулачковых
патронов;
– цанговые патроны;
– магнитные патроны;
– мембранные патроны.
Патроны для станков токарной группы должны обеспечивать: 1) сокращение
времени, затрачиваемое на смену (установку и съемку) заготовок, на переналадку
или замену кулачков при переустановке заготовок или смене объекта обработки, на
смену патронов, а также на переналадку станка с патронных на центровые работ; 2)
соосность оси заготовки относительно шпинделя станка в процессе обработки, что
предъявляет к патрону требования стабильной точности центрирования заготовок, а
также жесткости узлов патронов; 3) силу зажима, гарантирующую в процессе
обработки неизменное положение заготовки, достигнутое при базировании, т.е.
препятствовать повороту и смещению заготовки под действием моментов и сил
резания; 4) снижение или даже исключение влияния центробежных сил на силу
зажима заготовок кулачками; 5) достаточный размер центрального отверстия для
возможности обработки в одном и том же патроне как штучных, так и прутковых
заготовок; 6) возможность установки в одном патроне заготовок различной
конфигурации.
48
6.6.1. Конструкции приводов токарных патронов.
В токарных станках с ЧПУ применяются пневматические, гидравлические и
электромеханические приводы патронов.
Пневматические цилиндры могут быть встроенными в корпус патрона и
вынесенными на задний конец шпинделя. На рис. 6.1, а показан вращающийся
пневматический цилиндр, состоящий из воздухопроводной муфты 1, цилиндра 2 и
поршня 3. Шток 4 через тягу соединяется с механизмом патрона. При подаче
сжатого воздуха Р = 0,40,5 МПа поршень движется влево и через тягу закрепляет
заготовку.
Гидравлические цилиндры привода могут быть встроенными в патрон или
вынесены на задний конец шпинделя рис. 6.1, б.
Гидравлический вращающийся цилиндр с полым штоком состоит из корпуса 1,
поршня 2 и штока 3, соединенного тягой с механизмом патрона. Цилиндр
установлен в неподвижном кожухе 5. Масло под давлением Р=810 МПа поступает
через гидравлическую муфту 4 и при движении поршня влево закрепляет заготовку.
Электромеханический привод токарного патрона (Рис. 6.1, в) состоит из
асинхронного двигателя 1, рычагов 2, перемещающих втулку 3 за счет
центробежных сил. Втулка перемещает в осевом направлении шток 4 и муфту 5,
которая соединена кулачками со шлицевым валиком 6. Вращательное движение от
двигателя передается муфте 5 через эксцентриковый валик 8, планетарный механизм
10, шестерни 9 и шлицевое соединение шестерни 7. При включении кулачков 11
происходит закрепление заготовки в патроне.
Рис. 6.1. Механизированные приводы: а – пневматический, б – гидравлический,
в – электромеханический.
49
6.6.2. Расчет статической силы зажима патрона.
В общем виде с учетом составляющих сил:
1,2 КР Z  d
РЗ 
;
f  d1
По передаваемому крутящему моменту:
2 К M
РЗ 
;
N f  d 1
С учетом составляющей сил резания:
РЗ 
КР Z  d
sin;
N f  d 1
С учетом составляющей сил резания:
КР X  d
РЗ 
sin;
N f
где 1,2 – коэффициент, учитывающий взаимодействие радиальной РZ и осевой
РX, составляющих сил резания;
K – коэффициент надежности;
d – диаметр обрабатываемой поверхности;
d1 – диаметр заготовки (базы) в месте зажима;
N – число кулачков патрона;
f – коэффициент трения в зоне контакта кулачок - заготовка:
– гладкие кулачки f = 0,25;
– канавочные кулачки f = 0,35;
– крестообразные кулачки f = 0,45;
– зубчатые кулачки f = 0,8;
 – угол призмы кулачка патрона.
6.6.3. Расчет динамической силы патрона.
Динамическая сила зажима детали в патроне:
PЗ q  PЗ CТ  FЦ ;
где PЗ – статическая сила зажима;
CТ
FЦ – центробежная сила.
Статическая сила зажима
1,2 КР Z  d
;
f  d1
где 1, 2 – коэффициент, учитывающий взаимодействие осевой РХ, и радиальной
РZ составляющих сил резания;
К – коэффициент надежности;
d – диаметр обрабатываемой поверхности;
d1 – диаметр заготовки (базы) в месте зажима;
f – коэффициент трения в зоне контакта поверхность кулачка - заготовка.
Центробежная сила
РЗ СТ 
50
2
G R  2
M R n2
 n 
FЦ  M R  
 0,102 G R   
;
 30 
q
1000
2
где M – масса кулачков;
R – расстояние от оси патрона до центра тяжести кулачков;
 – угловая скорость;
G – сила тяжести кулачков;
q – ускорение свободного падения;
n – частота вращения патрона.
Тогда
РЗq 
1,2 КР Z  d M R n2

;
f  d1
1000
где «+» – принимается при зажиме по наружной поверхности заготовки;
«–» – принимается при зажиме по внутренней поверхности заготовки.
На рис. 6.2. приведен график влияния центробежных сил на силу зажима
патрона.
Рис. 6.2. График влияния центробежных сил на силу зажима патрона в
зависимости от частоты вращения шпинделя.
Для нейтрализации центробежных сил применяется быстропереналаживаемый
патрон с противовесными кулачками 9, соединенными с осевыми кулачками 4,
рычагами 9, рис. 6.3. На рисунке показан патрон для обработки валов в центрах.
Если снять втулку б и центр 5, патрон превращается в самоцентрирующий для
обработки штучных деталей в патроне.
Рис. 6.3. Патрон с противовесами кулачков.
51
6.6.4. Конструкция и расчет усилия зажима цангового патрона цанга.
Рис. 6.4. Конструкция цангового патрона. 1 – конусный хвостовик; 2 – тяга; 3 –
корпус; 4 – крестовина; 5 – резьбовая втулка; 6 – конусная пробка; 7 – сменная
цанга.
Расчет усилия зажима W и силы на приводе Q.
W
k 2
k
k M2K
PZ  PX2   PZ  
 PX2 ;
2
f
f
f
r
f  0,25  0,35;
Без упора, ограничивающего осевое перемещение детали (эскиз а).

 D
 D13 s   '
Q  W  m
tg




 ;
l13   2

 d
С упором, ограничивающим осевое перемещение детали (эскиз б).

  D
 D13 s    '
Q   W  m
tg




  1 ;

l13    2

  d
где РZ, PX – составляющие сил резания, соответственно радиальная и осевая;
D – диаметр обрабатываемой детали;
K – коэффициент надежности;
d – диаметр базовой поверхности заготовки;
f – коэффициент трения;
MK – крутящий момент;
r – радиус базовой поверхности (заготовки);
 – диаметральный зазор между цангой и заготовкой;
D1 – наружный диаметр лепестка цанги;
s – толщина стенки лепестка цанги;
52
l1 – длина лепестков цанги;
m – коэффициент, учитывающий количество лепестков;
’ – угол конуса цанги;
 – угол трения в зоне лепесток-заготовка;
f – коэффициент трения в зоне лепесток - заготовка.
6.6.5. Конструкция и расчет усилия зажима рычажного патрона.
Рис. 6.5. Рычажный трехкулачковый патрон.
Патрон приводится в действие универсальным пневматическим цилиндром,
тяга которого ввернута в гайку 2, вмонтированную в центральную втулку 3 при
помощи гайки 1 с шариковым фиксатором. При перемещении центральной втулки
рычаги 4 поворачиваются на осях 5 и перемещают ползуны 6. Вместе с ползунами
перемещаются винты 7 и сцепленные с ними резьбой зажимные кулачки 8, которые
движутся в Т-образных пазах корпуса патрона. Таким образом, осуществляется
механический зажим и разжим изделия. Передаточное отношение плеч рычага 1:3.
Для переналадки патрона на новый диаметр обрабатываемого изделия вращают
ключом один из винтов 7 с трапецеидальной резьбой и зубчатым венцом. Вращение
винта передается через центральное плоское зубчатое колесо 10 двум другим
винтам. Таким образом, приходят в движение все зажимные кулачки 8. От
попадания грязи и стружки зубчатую передачу предохраняют щитки 9.
53
Рис. 6.6. Рычажный двухкулачковый патрон.
Патрон состоит из корпуса 2, в центральном отверстии которого размещена тяга
1. Концы рычагов 4 находятся в кольцевой выточке тяги. При движении тяги рычаги
поворачиваются на осях 3 и перемещают ползуны 6. Наличие на рычагах сухариков
5, пригнанных по ширине к выточке тяги и пазам в ползунах, обеспечивает точность
хода зажимных кулачков. Кулачки устанавливаются на ползунах с помощью
крестообразной шпонки 7 и двух винтов.
Крышка патрона 8 одновременно является базовой площадкой, на которой в
случае
необходимости
закрепляются
сменные
наладки
для
установки
обрабатываемой детали. Для крепления и ориентации сменных наладок на крышке
патрона имеются два мерных паза шириной 16 мм и четыре присоединительных
отверстия с резьбой М10.
Сменные наладки, несущие посадочные пальцы или втулки, расширяют область
применения данного патрона, позволяют выполнять на нем операции, связанные с
обработкой взаимно увязанных отверстий.
54
Схема расчета усилий рычажного патрона.
W
PZ * D * k
;
f *n*d
 3*  0
 a
Q  1,05 * n * 1 
* f1 * * W;
1

 b
где W – усилие зажима;
PZ – радиальная составляющая сил резания;
D – диаметр обрабатываемый поверхности;
k – коэффициент надежности;
f – коэффициент трения; в зоне контакта кулачок-заготовка;
n – количество кулачков в патроне;
d – диаметр заготовки (базы);
Q – усилие на приводе патрона;
 0 – вылет кулачка до центра приложения усилия зажима;
 1 – длина направляющей части кулачка;
a – размер меньшего плеча рычага;
b – размер большого плеча рычага;
f1 – коэффициент трения в направляющих кулачков.
6.6.6. Конструкция и расчет усилий клинового патрона.
Рис. 6.7. Трехкулачковый патрон.
55
Патрон приводится в действие пневмоцилиндром, шток которого соединен
через тягу 2 с муфтой 1, установленной в корпусе 3. При движении муфты
перемещаются ползуны 4, на которых закреплены накладные кулачки. Угол наклона
Т-образных пазов 15°.
Расчет усилия зажима W и усилия на приводе Q.
W
PZ * D * k
;
f *n*d
 3*  0

Q  1,05 * n * 1 
* f1 * tg2  ' * W;
1


где 2 – угол клина;
’ – угол трения на наклонной поверхности клина.
6.6.7. Расчет усилия спирально-реечного патрона.
Рис. 6.8. Стандартный спирально-реечный патрон.
D
D *P
М кр  W*f*n* ; W  1 2 ; Q1  k1*W;
2
D*n*f
6.6.8. Расчет усилия при установке в патроне длинной заготовки.
Длинная заготовка диаметром D консольно закреплена в трех- или
четырехкулачковом патроне, имеющем кулачки с короткими уступами. Опасен
сдвиг заготовки под действием составляющей PZ силы резания; L – расстояние от
места закрепления заготовки до силы PZ.
56
Для трехкулачкового патрона:
т‚ 
K * PZ * L
;
0,75 * D * f
Для четырехкулачкового патрона:
РЗ 
K * PZ * L
;
1,42 * D * f
Рис. 6.9. Схема расчета.
6.6.9. Расчет усилия в двухкулачковом самоцентрирующем патроне с винтовым
приводом.
Рис. 6.10. Двухкулачковый патрон с винтовым приводом.

sin
2  D1 ;
W  kPZ
2f
D
Мк р
где

PZ sin rс р tg '1 
2
 PL 
;
 3   3 1  W
f2 
 1  f1  1 
1  2
 1  
W – усилие зажима;
k – коэффициент надежности;
Mкр – крутящий момент на ключе;
57
Pz – радиальная составляющая сил резания;
α – угол призмы кулачков;
f – коэффициент трения в зоне контакта кулачок – деталь;
D – диаметр обрабатываемой поверхности;
d – диаметр базовой поверхности (заготовки);
rср – средний диаметр резьбы;
αґ - угол подъема винтовой линии резьбы;
φґ - приведенный угол трения в резьбе;
f1 – коэффициент трения в направляющих 1 кулачка;
f2 – коэффициент трения в направляющих 2 кулачка;
P – сила, прилагаемая на рукоятке кулачка;
L – плечо приложения силы Р, длина рычага;
l – расстояние от центра кулачка до точки приложения силы зажима;
l1 – длина кулачка.
6.2. Центры.
6.2.1. Конструкция стандартных центров и центровых гнезд.
Упорные центры
(ГОСТ 13214-67).
Конус Морзе 06
Упорные центры с
конусностью 1:10 и 1:7
(ГОСТ 7344-55).
Конус метрический
80; (90); 100; (110); 120;
(140); 160; (180); 200
Упорные центры (ГОСТ
2576-67).
Конус Морзе 06
Вращающиеся центры
(ГОСТ 8742-62).
Конус Морзе 26
Рис. 6.11. Виды упорных центров.
58
Стандартные упорные центры и полуцентры бывают нормальной и повышенной
точности, применяются для центровых работ на станках с частотой вращения до 120
мин-1, а также разметочных и контрольных работах.
Центры упорные с конусностью 1:10, 1:7 повышенной и нормальной точности
применяются для центровых работ на средних и тяжелых станках.
Центры вращающиеся применяются для центровых работ на станках с частотой
вращения более 120 мин-1.
Тип А – без насадки на центровом валике;
Тип Б – с насадкой на центровом валике.
Рис. 6.12. Центровые гнезда.
Центровые гнезда различают по форме:
Форма А – для однократного использования при обработке.
Форма В – для многократного использования при изготовлении и эксплуатации
детали.
Форма Т – для многократного использования на оправках.
Форма R – применяется на токарных и шлифовальных станках для
высокоточной обработки.
Форма F – применяется при базировании деталей по отверстиям с резьбой, на
хвостовиках фрез, зенкеров, разверток.
6.2.2. Конструкция вращающихся центров.
Центры вращающиеся применяются для центровых работ на станках с частотой
вращения более 120 мин-1.
Центры вращающиеся станочные с конусами Морзе 4 и 5 усиленной серии
предназначены для установки деталей типа валов при их обработке на станках
токарной группы (рис. 6.13).
59
Рис. 6.13. Центры вращающиеся с конусами Морзе 4 и 5.
Центр состоит из корпуса 1, центрового валика 2, трех подшипников, на
которых установлен шпиндель: двух радиальных – переднего 6, находящегося в
головке корпуса, и заднего 9, установленного в хвостовике корпуса, – которые
воспринимают радиальные нагрузки, и одного упорного шарикоподшипника 8,
воспринимающего осевые нагрузки.
Поджим подшипника 6 производится гайкой 3, в которой установлено
лабиринтное кольцо 4, предохраняющее подшипники от загрязнений и
удерживающее смазочный материал. Гайка фиксируется стопорным винтом 5.
Задний подшипник закрывается заглушкой 10, ввернутой в резьбовое отверстие
хвостовика корпуса.
На рис. 6.14. приведены конструкции нестандартных вращающихся центров.
Рис. 6. 14. Нестандартные центры.
60
6.2.3. Конструкция поводковых центров.
Поводковый
плавающий центр.
Заготовка 1
устанавливается на
передний плавающий
центр 2 и поджимается
задним центром (задний
центр не показан). Поводки
3 заходят в отверстия
заготовки.
Поводок для вращения
заготовки с резьбовым
отверстием.
Пробка 2 установлена
в отверстие заднего конца
шпинделя с помощью
цанги 3 и гайки 7. Тремя
винтами 1 в пробке 2
закреплен валик-поводок 4,
приводящий во вращение
через три винта 6 и пробку
5, ввинченную в резьбовое
отверстие заготовки 8.
Сборный пружинный
поводок к шлифовальному
станку.
Состоящий из двух
половин поводок 1
стягивается винтом 2,
одновременно зажимая
заготовку и передний центр
(задний центр не показан).
По конструкции поводковые центры могут быть штырьковые зубчатые и
рифленые. Применяются для передачи крутящего момента от шпинделя станка и
заготовки на токарных и шлифовальных станках.
61
Рис. 6.15. Зубчатый поводковый центр.
Зубчатый центр на рис. 6.15, а состоит из центра 1, поводковой зубчатой муфты
2, которая устанавливается на выступ 4 и закрепляется пружинным кольцом 3.
Схема установки детали 3 показана на рис. 6.15, б. Деталь закрепляется поджимом
задней бабки через вращающийся центр 4. Крутящий момент передается передним
поводковым центром 1, через зубчатую муфту 2.
6.2.4. Расчет усилия зажима при токарной обработке с поводковым центром.
Схема сил при обработке на токарном станке с применением поводкового
центра (рис. 6.9.).
Крутящий момент Мкр передается штырьками поводкового центра
М кр  М р ; М р  PZ *
D
;
2
где Мр – момент сил при резании;
PZ – радиальная составляющая сил резания;
D – диаметр обрабатываемой поверхности.
Мк р  m * P *
D1
;
2
где m – число штырьков;
Р – окружная сила, передаваемая одним штырьком;
D1 – диаметр окружности центров штырьков.
Рис. 6.16. Схема сил. а – действующих на заготовку; б – передающих заготовке
крутящий момент.
62
Расчетная схема Рис.6.17:
Усилие зажима:
kM kP0

;
f
fD3
Осевая сила:
Рз 
P0 
R 2Z
2
0,5R X Dз 

  RY 
 ;


L
где k – коэффициент надежности;
f – коэффициент трения.
Конструкции кулачковых оправок приведены на рис. 6.18.
Рис. 6.18. Оправки кулачковые: а – одноместная с двумя рядами кулачков,
обеспечивающая одновременное центрирование и прижим заготовки к торцу
корпуса; б – для установки длинной заготовки по двум отверстиям различного
диаметра; в – двухместная; г – для подрезки торца с отводом торцового упора; д –
для установки поршня по необработанному отверстию; е – профили кулачка и паза
под кулачок в поперечном сечении; ж – виды контакта кулачков со штоком; з –
радиус кривизны головки кулачка.
63
6.3.1. Конструкция и расчет конических центровых оправок.
Методика расчета.
Исходные данные, мм (рис. 6.19.): dmax и dmin –наибольший и наименьший
диаметры отверстий заготовок в партии: D – диаметр обработанной детали; В и B1
длины отверстия и обрабатываемой поверхности заготовки; dт и dр – допуски на
торцовое и радиальное биение обработанной детали.
1. Наибольший диаметр оправки ,мм
Do = d max + 0.02 ;
2. Конусность оправки для точной обработки торцов
Kт 
2 т
;
D
3. Конусность K p оправки для точной обработки по наружному диаметру:
– для оправок с конусностью 1:5000
Kp 
0.9 р  2 y
B1
;
– для оправок с конусностью 1:10000
Kp 
0.8 р  2 y
B1
;
где y – поперечное смещение заготовки под действием силы резания.
Рис. 6.19. Расчетная схема конической оправки.
4. За конусность k оправки принимают меньшее из двух значений kт и kр.
Рекомендуются следующие значения k: 1:500; 1:1000; 1:1500; 1:2000;
1:2500;1:3000; 1:3500; 1:4000; 1:5000, а для особо точной обработки – 1:10000;
1:20000; 1:40000.
5. Рабочая длина оправки, мм
Lp 
Do  d min
 B F ;
k
где F – запас длины конусной части оправки со стороны меньшего диаметра.
Рекомендуется F=10 мм для k1:2000; F=12 мм, для k1:2500 и 1:3000 и F=20 мм для
k1:3500.
64
6. Диаметры и длины крайних (нерабочих ) шеек оправки выбирают из
конструктивных соображений.
Общая длина оправки Lоб (мм) в зависимости от Dо (мм) не должна превышать
следующих значений:
при 10 Dо <
Lоб  80;
при 10  Dо <
Lоб  100;
10
15
при 15  Dо <
Lоб  150;
при 20  Dо <
Lоб  200;
20
25
при 25  Dо <
Lоб  350;
при 45  Dо <
Lоб  410;
45
55
при 55  Dо <
Lоб  480;
при 65  Dо <
Lоб  530;
65
80
при
Dо 
Lоб  580;
80
Если длина Lоб окажется больше указанных значений, необходимо прибегнуть
к селективной подборке заготовок по диаметру отверстия и воспользоваться
комплектом конических оправок.
8. Оправки диаметром Dо > 45 рекомендуется делать пустотелыми.
9. Допуск радиального биения конической оправки относительно оси центров
рекомендуется принимать 3 мкм   р.оп  0,1  p , а для особо точных оправок с
конусностью 1:10000 – 2 мкм   р.оп  0,2  p .
6.3.2. Конструкция и расчет цилиндрических прессовых оправок.
Оправки цилиндрические прессовые (рис. 6.19.) используются для точной
обработки толстостенных заготовок с большими силами резания. Имеют центровое
исполнение. Для точной установки заготовки по длине используют упорные
съемные кольца.
65
Рис. 6.20. Оправка цилиндрическая прессовая: а – сплошная с буртиком; б –
сплошная без буртика; в – пустотелая с буртиком; г – график зависимости
коэффициента x от lз/dз; д – рекомендуемое расположение полей допусков.
Недостатки прессовых оправок следующие: значительное вспомогательное
время; необходимость в специальном прессе для запрессовки заготовки и
распрессовки обработанной детали; быстрое изнашивание рабочих шеек.
Методика расчета . Исходные данные: lз, Dз, dз.min, dз.max – соответственно длина,
наружный диаметр заготовки, мм; Ез и з – модуль упругости, МПа, и коэффициент
Пуассона материала заготовки; Еоп и оп – модуль упругости, МПа, и коэффициент
Пуассона материала оправки; Мкр – крутящий момент от сил резания, Н.мм.
1. Длина рабочей шейки оправки:
Lp.on. = l з - (5...10) ,
2. Гарантированный крутящий момент, передаваемый оправкой:
М кр.гар. = КМ кр ,
где К- коэффициент надежности.
3. Давление в стыке «Заготовка – рабочая шейка оправки»:
P
2M к р.га р.
d 23 fL р.оп
,
где f = 0,16 – коэффициент трения.
4. Номинальный диаметр рабочей шейки
D оп 
где t 3 
d з.max
 x

1  1  t 23
1  P
1   оп   



3 
E з  1  t 23

 E оп
d3
l
; x 3 .
D3
d3
x – коэффициент при
l3
 1 , x = 1.
d3
Поле допуска наружного диаметра r6.
5. Размеры lпр и Dпр приемный шейки оправки:
 1 1
l пр   ...  l 3 ;
 3 2
D пр  d 3.min .
Поле допуска диаметра Dnp, e8
6. Диаметр буртика:
Dб = Dз – (1…10), поле допуска h9.
7. Размеры Dпрот и lпрот:
Dпрот = Dпр – (2…3);
lпрот  (lз – Lp.on + (2…5).
8. Общая длина оправки:
Lon  (5…7) Don.
9. Усилие запрессовки для надежного крепления детали:
66
,
Pз 
d з.min L p.с р f d з.max  d з.min       
 x 1
D оп 

E
1
оп

t 2o
t 2o
 1 1
  оп   
 Eз  1 
t 2з
t 2з

 з  

;
где д – диаметральный гарантированный натяг ;
 – поле допуска на Don;
 = 0,010,015 – допуск на износ оправки.
10. Материал – сталь 20Х, цементация 0,81,0, НРСэ – 5763.
6.3.3. Конструкция и расчет оправки с гарантированным зазором.
Оправка цилиндрическая центровая для установки с гарантированным зазором
позволяет осуществлять многоместную обработку, но не обеспечивает точного
центрирования.
Рис. 6.21. Оправка
гарантированным зазором.
цилиндрическая
центровая
для
установки
с
Исходные данные:
Мкр – крутящий момент сил резания; Lз — длина заготовки; Dз –
обрабатываемый диаметр заготовки; Z – припуск на обработку; dз – диаметр базы
заготовки.
Расчет:
1. Выбирается гарантированный зазор:
 гар  0,02 мм;
2. Определяется номинальный диаметр шейки оправки:
Dоп  d з   га р мм;
3. Определяется длина рабочей шейки оправки:
Lоп  nLз  (1...5) мм;
4.Определяются
диаметры– Dб–
опорного буртика;
– Dш– нажимной
шайбы.
Dб  Dш  Dз  2Z  (3...5) мм;
67
5. Определяется толщина нажимной резьбы:
Н ш  0,3Dш мм;
6. Определяется гарантированный крутящий момент, передаваемый оправкой:
Мк р.гар  kМк р ,
где k – коэффициент надежности.
7. Определяется усилие зажима:
Рз
D

3
f D
2
ш
3
ш
М
d 
 d 2з
3
з
к р.гар
;
где f – коэффициент трения.
8. Определяется диаметр пневмоцилиндра:
4Рз
Dц 
 d 2шт ,

где  – давление сжатого воздуха;
 – КПД пневмоцилиндра;
dшт – диаметр штока пневмоцилиндра двухстороннего действия.
9. Материал оправки сталь 40Х, HRC 36–42.
6.3.4. Расчет силы зажима при обработке на шпиндельной оправке.
Заготовка центрируется по выточке и прижата к торцовым опорам, по диаметру
Dоп прихватами, расположенными по диаметру Dпр. Заготовка нагружена моментом
М и осевой силой R.
Для ЗМ типа I.
Если тангенциальная жесткость (по касательной к поверхности заготовки в
месте приложения силы закрепления) зажима велика, то:
f D RJ
f D RJ
kM  оп оп 2  зм оп 1
2(J1  J 2 ) 2(J1  J 2 )
Рз 
;
0,5(fзм Dп р  fоп Dоп )
Если тангенциальная жесткость мала, то:
68
fоп Dоп RJ 2
2( J 1  J 2 )
;
0,5Dоп fоп
kM 
Рз 
Для ЗМ типа II.
Если тангенциальная жесткость велика, то:
Рз 
2kM  fоп RDоп
;
fзм Dп р  fоп Dоп
Если тангенциальная жесткость мала, то:
Рз 
2 kM  fоп RDоп
;
fоп Dоп
где
к – коэффициент запаса;
M – момент сил резания;
Dоп – диаметр оправки;
Dпр – диаметр прихватов;
fоп – коэффициент трения в зоне контакта деталь-оправка;
fзм - коэффициент трения в зоне контакта деталь-прихваты;
J1 – жесткость оправки;
J2 – жесткость зажимного механизма.
6.4. Люнеты.
При токарной обработке не жестких деталей, при условии L<10d применяются
стационарные и передвижные самоцентрирующие люнеты, для увеличения
жесткости детали и уменьшения вибраций. На рис. 6.22 приведена конструкция
стационарного люнета-виброгасителя с гидромеханическим приводом 4, тремя
гидроцилиндрами 1, сухариками 2. На рис. 6.23 приведен люнет-виброгаситель с
пружинным демпфером. На рис. 6.24. приведена конструкция роликовыми
опорными механизмами и пневматическим приводом самоцентрирующих роликов.
Рис. 6.22.
виброгаситель
гидравлический.
Люнет-
Рис. 6.23.
виброгаситель
плавающий.
69
Люнет-
Рис. 6.24. Люнет
самоцентрирующий.
7. Станочные приспособления к фрезерным и сверлильным станкам.
7.1. Тиски.
СНП применяются для закрепления и обработки различных групп деталей на
металлорежущих станках при серийном производстве с частой переналадкой при
смене объекта обработки. Целесообразно применение приспособлений,
рассчитанных на обработку различных типов и типоразмеров деталей в
определенном диапазоне размеров. Настройка СНП на закрепление и обработку
конкретной детали производится за счет применения специальной наладки,
приспособленной к ее конфигурации или регулирования положения установочных и
зажимных элементов СНП.
Рис. 7.1. Тиски с пружинно-гидравлическим зажимом.
Универсально-наладочные
тиски
(рис.7.1)
с
пружинно-гидравлическим
зажимом состоят из корпуса с неподвижной губкой 3, в расточке которого
установлен поршень 1. Пакет тарельчатых пружин 2, через бурт втулки 6 и
подшипник 7 воздействует на бурт винта 5, передавая силу зажима подвижной губке
4, закрепляющей обрабатываемую заготовку. Разжим заготовки и отвод подвижной
губки осуществляется гидроцилиндром.
В
системе
СНП
применяются
тиски
с
механизированным
приводом
(гидравлическим, пневматическим) верхняя часть которых имеет пазы для установки
сменных насадок, рис. 7.2, 7.3, 7.4. Тиски наладочные поворотные приведены на
рис. 7.5.
70
Рис. 7.2. Гидравлические тиски
.
Рис. 7.3. Тиски пневмогидравлические поворотные наладочные.
Рис. 7.4. Примеры сменных наладок.
71
Рис. 7.5. Тиски поворотные пневматические наладочные.
7.2. Делительные столы и головки.
Делительные столы и головки применяются при фрезерных и сверлильных
работах и позволяют
Рис. 7.6. Делительный стол со сменными дисками.
выполнять обработку при выполнении фрезерных работ по обработке
многогранных деталей или сверлении нескольких отверстий. На рис. 7.6. приведена
конструкция базового механизма поворотного стола с пазами для закрепления
сменных наладок. На рис. 7.7. приведена конструкция делительной головки с
цанговым зажимом и пневмоприводом.
72
7.3. Оснастка для сверлильных станков.
В системе СНП для сверлильных работ применяются переналаживаемые
скальчатые и накладные кондукторы (рис. 7.7.).
Рис. 7.7. Головка делительная с пневматическим цанговым зажимом.
Рис.7.7. Головка делительная вертикальная с пневмозажимом.
73
Быстросменный сверлильный патрон (рис. 7.8), в котором быстросменная
вставка 5 закреплена в корпусе 1 с помощью шариков 3 и 4. Шарики удерживаются с
помощью муфты 2 с пружиной. Замена инструмента может быть произведена без
остановки станка, для этого на вставку 5 надето предохранительное кольцо 6.
Рис. 7.8. Быстросменный патрон с шариковым захватом.
Обработка торцов отверстий, расположенных внутри замкнутого пространства
заготовки, осуществляется автоматическими обратными зенковками. Зенковка (рис.
7.10) включает корпус II, к которому прикреплен фланец 12. В корпусе закреплен
сменный хвостик 3, в котором на оси 14 размещен поворотный резец 13. На
хвостовик 3 по штоке 4 надета сменная обойма 1, которая с помощью гайки 5
присоединяется к ползуну 6, имеющему возможность во взаимодействии с
пружиной 7 перемещать по цилиндрической посадке H7/f7 вдоль оси зенковки. На
ползуне 6 расположена втулка 8, на которой равномерно размещены шесть шипов 9.
Шипы 9 входят в пазы фланца 12, имеющего на торце двенадцать зубьев, между
которыми расположены впадины в виде полуцилиндров с радиусом, равным радиусу
шипов. Против зубьев фланца 12 расположены со смещением 15° зубья венца 10.
Рис. 7.9. Зенковка обратная автоматическая.
В рабочем положении режущая кромка резца 13 расположена перпендикулярно
к оси зенковки и удерживается в этом положении пружиной 2. По окончании
подрезки торца зенковку перемещают в направлении обрабатываемой детали. После
того как гайка 5 упрется в деталь, ползун 6, сжимая пружину 7, перемещает шипы 9
до их выхода из пазов фланца 12.
74
Зубья венца 10 направляют шипы 9 во впадины фланца 12, и все подвижные
части зенковки фиксируются в крайнем, ближнем к корпусу II положении. При этом
обойма 1 поворачивает (сжимая 2) резец 13 вокруг оси 14 и удерживает его в пазу
хвостовика 3
В таком положении зенковка может быть извлечена из отверстия
обрабатываемой детали.
7.4. СП типа СРП.
Сборно-разборные наладочные приспособления (СРП). Эти приспособления
специально предназначены для оснащения фрезерных станков с ЧПУ (их можно
также использовать на сверлильных и многоцелевых станках). Элементы СРП-ЧПУ
фиксируются системой палец-отверстие, в отличие от УСП, где фиксация
осуществляется системой шпонка – паз. Система палец-отверстие гарантирует более
высокие
точность,
жесткость
и
стабильность
параметров
приспособления.
Фиксирующие отверстия выполнены во втулках из прочного и износостойкого
металла, втулки напрессованы в корпуса плит и угольников. Для крепления базовые
элементы комплекта снабжены Т-образными пазами.
Рис.7.10. Базовые сборочные единицы комплекта СРП-ЧПУ.
В комплект СРП-ЧПУ входят базовые сборочные единицы (рис.7.10.)
– прижимные элементы (рис. 7.11.);
75
–
опорные
элементы
(опоры
регулируемые,
подводимые,
самоустанавливающиеся, планки, подкладки);
– установочные элементы (пальцы, штыри, шаблоны);
– крепежные детали;
– пружины, переходные планки для дополнения приспособлений элементами из
комплектов УСП.
Для механизации закрепления в комплект входят прямоугольные и круглые
плиты со встроенными гидравлическими цилиндрами, а также отдельные
гидравлические прижимы (рис. 7.11.).
Рис. 7.11. Прихваты, входящие в комплект СРП-ЧПУ: а – качающийся; б –
гидравлический передвижной с регулируемой опорой; в – Г-образный; г – угловой
откидной; с – откидной: е – высокий.
Техническая характеристика комплектов СРП-14-ЧПУ и СРП-18-ЧПУ.
Число деталей и сборочных
1050
единиц
Габаритные размеры базовой
плиты,
мм:
– ширина
240; 360
– высота
60; 90
– длина
600; 900
Ширина крепежного паза, мм
14; 18
Шаг между крепежными
600,6;
пазами,
мм
Диаметр
координатно
800,6
12Н7;
фиксирующих
отверстий,
мм
16Н7
Шаг
координатно
600,015;
фиксирующих
Диаметр отверстий,
крепежногоммболта,
800,015
М12;
мм Рабочее
М16
давление,
МПа
10,0
гидропривода,
МПа усилие.
Наибольшее
кН
50
гидравлического прижима, кН
76
Время сборки
приспособления
сложности, ч
одного, ч
средней
0,5
Рис. 7.12. Примеры приспособлений системы СРП—ЧПУ.
7.5. СП типа УСПМ-ЧПУ.
На станках фрезерно-сверлильно-расточной группы широко применяются
универсально-сборные приспособления (УСП), состоящие из стандартных
элементов, из которых собираются компоновки специальных приспособлений.
Соединение элементов УСП осуществляется посредством пазов и шпонок. Базовая
плита имеет точные продольные и поперечные пазы. Конструктивные элементы
также имеют пазы для соединения с плитой посредством шпонок.
На базе стандартной системы УСП разработаны универсально-сборные
77
приспособления для станков с ЧПУ – система УСПМ-ЧПУ. Они предназначены для
установки заготовок на станках фрезерной и сверлильной групп в единичном и
мелкосерийном производстве. Основой комплекта являются базовые сборочные
единицы – гидроблоки (рис. 7.13.), т.е. плиты с Т-образными пазами и
гидроцилиндрами.
Рис. 7.13. Гидроблоки с одним цилиндром (а) и с пятью цилиндрами (б)
В качестве источника давления гидроцилиндров или гидроблоков применяют
пневмогидравлические
преобразователи
давления
(рис.
7.15.).
Гидроблоки
выполнены в виде плит УСПМ прямоугольной формы 1 со встроенными
гидроцилиндрами 2 двухстороннего действия, со штуцерами 3 и заглушками 4.
Верхние и нижние полости цилиндров гидроблока сообщаются. между собой
каналами. При подаче масла от источника давления под рабочим давлением в
полость А на штоке поршня создается сила, которая через шпильку, установленную
в резьбовое отверстие штока поршня, передается на зажимной элемент. При подаче
масла в штоковую полость Б (рис. 7.15.) поршень возвращается в исходное
положение, при этом заготовка разжимается. Верхняя и торцовые поверхности
гидроблоков имеют Т-образные шпоночные пазы и резьбовые отверстия.
Гидроблоки могут использоваться как самостоятельные базовые основания
приспособлений.
Базовое
основание
может
быть
собрано
гидроблоков, соединенных между собой или с плитами УСП.
78
из
нескольких
Рис. 7.15. Пневмогидравлический преобразователь системы УСПМ-ЧПУ (а) и
схема его работы (б)
Пример компоновки (рис. 7.16,7.17.) УСПМ-ЧПУ.
Рис. 7.16. Приспособление из элементов УСПМ-ЧПУ: а – общая компоновка; б
– гидроцилиндр прихвата.
79
Рис. 7.17. Примеры компоновок приспособлений системы УСПМ—ЧПУ.
7.6. СП типа УСПО-У.
Система УСПО – универсально-сборной и переналаживаемой оснасткиразработана на базе стандартной УСП. Основой УСПО являются базовые детали,
(рис. 7.18. и 7.19.) и сборочные единицы различных конструкций и средства
механизации (рис. 7.20.). Из этих деталей методом агрегатирования собираются
приспособления для обработки конкретных деталей.
Обозначение
L
B
H
Т
7081-4255
800
750
45
40
l
750
80
l1
d
d1
250 М20 2,2
b
Масса, кг
6,2
150,4
Рис. 7.18. Плита прямоугольная УСПО-4У.
Рис. 7.19. Угольник УСПО-ЧУ.
К средствам механизации относятся: пневмогидравлические преобразователи
давления (рис. 7.20, а); гидроблоки (рис. 7.20,б); приставные гидроблоки с одним
или двумя цилиндрами (рис. 7.20, в); гаммы гидроцилиндров одностороннего и
двустороннего действия (рис. 7.20, г); гидроприхваты различных видов (рис. 7.20, д);
стойки гидроцилиндров (рис. 7.20, е).
81
Рис. 7.20. Силовые механизмы УСПО-ЧУ.
Рис. 7.21. Схема сборки приспособлений из деталей и сборочных единиц
УСПО-4У.
Отличие средств механизации УСПО от средств механизации УСПМ-ЧПУ в
том, что все гидравлические устройства рассчитаны на рабочее давление 20 МПа
вместо 10 МПа, а вместо Т- и П-образных пазов гидроблоков нанесена сетка
базирующих и крепежных отверстий. На рис. 7.22. показаны примеры компоновок
приспособлений из элементов УСПО: двухместное приспособление УСПО-20АМ-01
для вертикальной установки крышек (рис. 7.22, а): девятиместное приспособление
УСПО-12С.-02 для установки фланцев (рис. 7.22, б); пятиместное приспособление
УСПО-12С-03 для установки кронштейнов (рис. 7.22, в).
82
Рис. 7.22. Примеры компоновок приспособлений УСПО
Для возможности обработки заготовок с четырех сторон с одной установки на
фрезерных и сверлильных станках с горизонтальным шпинделем применяют
поворотные столы с ЧПУ, а на станках с вертикальным шпинделем – поворотные
стойки с ЧПУ.
Рис. 7.23. Примеры компоновок приспособлений системы УСПО-У
83
Таблица 7.1.
Основные данные комплектов УСПО-У
Параметр
Модель
УСПО-У2
УСПО-У3
Размеры базовых плит, мм:
– максимальные
240 Х 240
360Х360
– минимальные
120Х120
Диаметр
основных
М10
М16
крепежных элементов
Максимальная сила одного
39,2
68,7
крепежного элемента, кН
Стабильность положения
0,017
установочных баз, мм
Точность
обработки
7
заготовок, квалитет
Степень
точности
6
расположения поверхности
УСПО-У4
800 X 800
400X 400
M20
121,5
8. Вспомогательный инструмент станков с ЧПУ.
8.1. Классификация вспомогательного инструмента.
Классификация вспомогательного инструмента (ВИ) в соответствии с его
назначением для различных групп станков с ЧПУ, рис. 8.1.
Рис. 8.1. Классификация вспомогательного инструмента для станков с ЧПУ.
84
Конструкция ВИ определяется основными элементами:
1. Конструкцией хвостовика, т.е. элементами, которыми ВИ устанавливается и
закрепляется на станке;
2. Конструкцией присоединительных поверхностей для установки и
закрепления режущего инструмента.
С целью унификации ВИ и сокращения количества типоразмеров, разработаны
системы вспомогательного инструмента для каждой группы станков, состоящие из
стандартных хвостовиков и оправок (переходников), которые позволяют
устанавливать с высокой точностью, закреплять стандартный режущий инструмент и
быстро заменять его без остановки станка.
8.2. Конструкция вспомогательного инструмента.
Вспомогательный инструмент (ВИ) на токарных станках с ЧПУ применяется в
виде 6-ти местных револьверных головок для непосредственного крепления
режущего инструмента, рис 8.2, а. Для расширения технологических возможностей
станков с ЧПУ разработаны две подсистемы вспомогательного инструмента:
1 – с базирующей призмой, рис. 8.2, б;
2 – с цилиндрическим хвостовиком, рис. 8.3.
Рис. 8.2. Схема соединения резцедержателя с базирующей призмой с
револьверной головкой.
Рис. 8.3. Схема соединения резцедержателя с цилиндрическим хвостовиком с
револьверной головкой.
85
Подсистема ВИ для токарных работ с базирующей призмой состоит из: 4
различных резцедержателей; устройства для подачи СОЖ; 3 резцедержателей для
установки инструментов фрезерно-сверлильно-расточной группы с помощью
переходников для конических и цилиндрических хвостовиков.
Подсистема ВИ для токарных работ с цилиндрическим хвостовиком имеет
широкий набор инструментов и состоит из: 10 различных резцедержателей; 3
резцедержателя для установки различных оправок, перовых сверл и патрона для
метчиков; 2 резцедержателей переходников под цилиндрические или конические
хвостовики инструментов фрезерно-сверлильно-расточной группы.
Для станков фрезерно-сверлильно-расточной группы разработана система
унифицированного инструмента с хвостовиками конусностью 7:24, рис. 8.4.
Рис. 8.4. Конусный хвостовик.
Система ВИ содержит: 3 оправки для насадных фрез с поперечной и
продольной шпонками; 3 цанговых патрона для крепления инструмента с
цилиндрическими хвостовиками; 2 переходника под инструмент с конусом Морзе; 1
державка под патроны; 3 расточных оправки; 1 расточная двухзубая головка; 1
расточная универсальная головка.
8.3. Вспомогательный инструмент для токарных станков с базирующей
призмой.
К ВИ для токарных станков с ЧПУ предъявляются следующие требования:
предварительная (вне станка) настройка РИ на размер; быстросменность при
переналадках и быстрая смена затупившегося инструмента; достаточная точность и
жесткость, унификация присоединительных размеров и универсальность
применения; возможность использования автоматического крепления и смены
режущего инструмента.
На рис. 8.2, а показана схема крепления резца в револьверной головке
непосредственно, а на рис 8.2, б, с помощью базирующей призмы. Резцедержатель 1
устанавливается в револьверную головку по нижней и боковой поверхности призмы
и фиксируется сухарем 3, а затем закрепляется прихватом 2.
Подсистема ВИ, рис. 8.5, состоит из резцедержателей под резцы размером 16,
20, 25, 32 и 40 мм.
86
Рис. 8.5. Схема компоновки инструментальных блоков со вспомогательным
инструментом с базирующей призмой.
3.1. – резцедержатель двухсторонний с повышенной жесткостью; 3.2. –
резцедержатель с открытым перпендикулярным пазом; 3.3. – резцедержатель на 2
резца; 3.4. – блок подачи СОЖ; 3.5. – универсальный трехсторонний
резцедержатель; 3.6. – держатель для установки с помощью переходников
инструментов с цилиндрическими и коническими хвостовиками 3060 мм; 3.7, 3.8.
– держатели с продольным и поперечным пазом для установки инструментов
фрезерно-сверлильно-расточной группы с цилиндрическими хвостовиками 36 и
48 мм.
8.4. Вспомогательный инструмент для токарных станков с
цилиндрическим хвостовиком.
В подсистеме ВИ с цилиндрическим хвостовиком надежное и точное
соединение резцедержателей 1 (рис. 8.3.) с револьверной головкой обеспечивают
цилиндрические хвостовики с прецизионной по шагу гребенкой. Зубья гребенки
зацепляются с зубьями втулки 2. При завинчивании винта 3 зубцы втулки 2
закрепляют державку 1 одновременно в осевом и радиальном направлении.
Подсистема ВИ с цилиндрическим хвостовиком (рис. 8.6.) содержит: 2.12.9 –
резцедержатели для закрепления резцов с державками от 16х16 до 40х40 (2.1, 2.1,
2.4, 2.7, 2.8, 2.9 – резцедержатели для обработки наружных поверхностей; 2.3, 2.5 –
резцедержатели для обработки внутренних поверхностей; 2.6 – резцедержатель для
обработки выточек, канавок и отрезок); 2.10 – держатель с переходной втулкой для
установки РИ или ВИ с цилиндрическими хвостовиками 1640 мм; 2.11 –
державка для перовых сверл; 2.12, 2.13 – переходная втулка и патрон для РИ и
хвостовиками с конусом Морзе; 2.14, 2.15 – бортштанги для растачивания глубоких
отверстий 70250 мм; 2.16 – патрон для метчиков и плашек; 2.17 – переходная
87
втулка для крепления инструмента с цилиндрическим хвостовиком 832 мм; 2.18,
2.19 – переходные втулки для установки инструмента фрезерно-сверлильнорасточной группы.
Применение системы вспомогательного инструмента с цилиндрическим
хвостовиком позволило сократить номенклатуру вспомогательного инструмента на
токарных станках с ЧПУ в 2 раза.
Рис. 8.6. Схема компоновки инструментальных блоков со вспомогательным
инструментом с цилиндрическим хвостовиком.
8.5. Вспомогательный инструмент для сверлильных и фрезерных станков.
Для обеспечения точности, жесткости, виброустойчивости и эксплуатационной
надежности, предварительной настройки на размер на станках с ЧПУ фрезерносверлильно-расточной группы применяется сборный вспомогательный инструмент.
Соединение ВИ со шпинделем станка происходит с помощью конусного хвостовика
с конусностью 7:24, рис. 8.4. и 8.7.
Рис. 8.7. Оправки для насадных фрез к станкам с ЧПУ (ГОСТ 26538-85).
Система ВИ для станков с ЧПУ для фрезерно-сверлильно-расточной группы
состоит из (рис. 8.8.): 1, 2 – оправки для закрепления насадных фрез; 3, 4, 16 –
цанговые патроны для закрепления инструментов с цилиндрическими хвостовиками;
5, 6 – оправка для закрепления инструментов с конусом Морзе; 7 – оправка для
инструментов и переходных вспомогательных инструментов с цилиндрическими
хвостовиками; 8, 9 – расточные оправки; 10, 11 – переходные втулки для установки
88
инструментов с хвостовиками с конусом Морзе; 12 – переходная оправка для
насадных зенкеров и разверток; 13 – цанговый компенсационный патрон для
метчиков; 14, 15 – расточная оправка и регулируемый расточной патрон.
Рис. 8.8. Система вспомогательного инструмента для комплектации станков с
ЧПУ.
9. Контроль и автоматическая смена инструмента.
9.1. Настройка режущего инструмента.
Прибор БВ-2013 (рис. 9.1.) предназначен для размерной настройки режущего
инструмента сверлильной, фрезерной и расточной групп с установкой координат по
линейкам, установочным мерам длины, нониусам и индикаторам. Прибор состоит из
основания 1, на котором размещены шпиндель 4 и механизмы грубого 15 и точного
16 перемещения каретки 11. Инструмент с хвостовиком устанавливается в шпиндель
4 и закрепляется винтом 2. На стойке 12 закреплены вертикальная 11 и
горизонтальная 10 каретки, перемещающиеся по прямоугольным направляющим. На
каретке 10 закреплена насадка 6 с индикатором и микрометрическая головка 9 для
настройки инструмента по диаметру и длине (вылету).
Прибор БВ-2015 (рис. 9.2.) предназначен для предварительной размерной
настройки инструмента по шкалам и отсчетным микроскопам. Прибор состоит из
основания 1, в котором размещены шпиндель 4 и механизмы грубого 13 и точного
12 перемещения вертикальной каретки. На стойке 11 закреплены на направляющих
вертикальная 10 и горизонтальная 8 каретки. На горизонтальной каретке закреплен
микроскоп МОС-21 7 и на вертикальной каретке микроскоп модели МО-В 6. Это
позволяет настроить инструмент по диаметру и по размеру (вылету).
89
Рис. 9.1 Прибор БВРис. 9.2 Прибор
2013 для
БВ-2015 для
предварительной
предварительной
настройки инструмента. настройки инструмента.
На схеме (рис. 9.3.) показана автоматическая настройка инструмента на
токарном станке с ЧПУ с помощью оптической системы. Начало отсчета, точка с
координатами в системе управления, перемещение перекрестия на нулевую точку
инструмента и детали, дает приращение координат, которое электронная система
использует для корректировки с точностью до 0.02 мм, траектории движения
инструмента при обработке.
Рис. 9.3. Схема автоматической настройки инструмента на токарных станках с
ЧПУ.
На рис. 9.4. б показана схема измерения длины сверла 1 посредством щупа 2
пневматической головки 3, на рис 9.4. в показана схема измерения длины и вылета
90
режущей кромки расточного резца 1 посредством щупов 2 и 3 пневматических
головок 4. Щупы под давлением сжатого воздуха выдвинуты. При контактировании
инструмента со щупом головки создаются два точно повторяемых электрических
сигнала, соответствующих допуску ±1 мкм.
Рис. 9.4. Схемы установки датчиков касания на многоцелевых салазках.
На рис. 9.5. показана схема автоматизации размерной настройки вершины резца
на станке мод. 2Ф622МФ2. На шпиндельной бабке 6 станка установлены привод 5
оправки 3 расточного устройства 4 и привод 7 зажима оправки 3, а на столе 1 станка
закреплен датчик 2. После установки расточного устройства в шпиндель 8 с
соответствующей угловой ориентацией и подвода стола 1 в позицию контроля
положения вершины резца шпиндельная бабка позиционируется таким образом,
чтобы ось шпинделя находилась от точки срабатывания датчика 2 на расстоянии,
равном половине требуемого диаметра растачиваемого отверстия. Приводы 5 и 7
обеспечивают разжим оправки 3 и ее радиальное перемещение. Вершина резца
взаимодействует с датчиком 2, оправка 3 зажимается. Шпиндельная бабка и стол
отводятся в позицию для обработки, приводы 5 и 7 отводятся приводом 9 из зоны
резания и производится растачивание оправкой 3.
91
Рис. 9.5. Схема автоматизации размерной настройки инструмента на станке
мод. 2А622МФ2.
9.2. Методы контроля режущего инструмента.
Для контроля износа РИ применяются два метода:
1. Метод прямого износа инструмента щупами и щуповыми головками.
2. Метод косвенного определения величины изнашивания, при котором
измеряется параметр, с которым износ связан корреляционной зависимостью:
– время работы;
– мощность привода;
– сила резания;
– момент резания на шпинделе;
– размеры детали.
Наиболее широкое применение для контроля сил резания получил
тензометрический метод. Тензометрическое устройство, рис. 9.6, устанавливается на
опоре инструментального шпинделя 1. Посадочное место под упорные подшипники
2 выполнено как единое целое с деформируемым корпусом 3, воспринимающим
осевую силу резания. Корпус приварен к наружному кольцу. Тензодатчики
расположены на наружной поверхности деформируемого корпуса. Конструкция
обеспечивает герметичность устройства и защиту датчиков от попадания смазочного
материала и влаги, а так же от механических повреждений.
92
Рис. 9.6. Тензометрические устройства с чувствительным элементом.
На рис. 9.6, б показано тензометрическое устройство с чувствительным
элементом 1 датчика 2, установленного между подшипником 3 винта 4 привода
подачи. Чувствительный элемент состоит из двух концентрических колец, которые
образуют прецизионный корпус подшипников. Внутреннее кольцо имеет форму
упругого элемента, несущего тензометрические датчики. Датчики защищены
опорной гильзой 6. Для изоляции соединительного кабеля 5 используется керамика.
Рис. 9.7. Варианты измерения силы резания в процессе обработки.
Инструментальный монитор позволяет выявить величину износа инструмента,
его поломку, а также наличие инструмента при обработке. Принцип работы прибора
контроля состояния инструмента основан на изменении параметров,
характеризующих процесс резания. Входные параметры регистрируются путем
установки датчиков или преобразования других электрических сигналов. Система
контроля работает, ориентируясь на три граничных значения осевой силы. Первая
соответствует границе износа, вторая – границе поломки, третья – границе
нормальной работы.
93
На рис. 9.8. показано устройство для непрерывного одновременного контроля
состояния инструмента в процессе обработки по величинам составляющих сил
резания по осям X и Z при обработке детали на токарном станке. Тензометрические
датчики 1 смонтированы между подшипниками ходовых винтов продольного и
поперечного суппортов.
Рис. 9.8. Устройства для контроля состояния инструмента на токарном станке.
9.3. Методы замены изношенного инструмента.
Устройства автоматической смены инструмента (АСИ) применяются для
сокращения времени простоя станков. Конструктивно АСИ выполнены в виде
револьверных головок, многошпиндельных головок и блоков, инструментальных
магазинов (барабанных, коробчатых, дисковых, плоских и цепных), оснащенных
автооператорами.
Рис. 9.9. Схема
смены инструментов при
параллельном
расположении
инструментов в магазине
и шпинделе.
94
Рис. 9.10. Схема
смены инструментов на
станках с цепным
магазином.
Рис. 9.11. Схема
смены инструментов
поворотным
автооператором.
Рис. 9.12. Схема
смены инструментов
при соосном их
расположении в
магазине и шпинделе.
Рис. 9.13. Схема
смены инструментов
устройством с позицией
ожидания.
На схемах 9.9.,9.10.,9.11.,9.12. и 9.13. приведены устройства различной
конструкции для смены инструмента на станках с ЧПУ
95
10 Список литературы:
1.
Ансеров М.А. «Приспособления для металлорежущих станков» ,
Москва: Машиностроение, 1975г., 656 стр.
2.
«Допуски и посадки. Справочник», Т.1, М., Машиностроение, 1983 г.
-543 с.
3.
«Допуски и посадки. Справочник», Т.2, М., Машиностроение, 1984 г.
-486 с.
4.
Москва:
Горошкин А.К. «Приспособления для металлорежущих станков» ,
Машиностроение, 1965, 460 с.
5.Кузнецов Ю.Н., Маслов А.Р., Байков А.Н. «Оснастка для станков с ЧПУ.
Справочник» -2-е изд., переработ. и доп. – М.: Машиностроение, 1990, 512 с.
6.«Справочник металлиста» в5-ти томах Т.4 под ред. д-ра тех. наук проф.
М.П.Новикова и канд. тех.наук П.Н.Орлова М.: Машиностроение,1977, 720 с.
7.«Справочник технолога-машиностроителя» в 2-х т. Т.2. под ред.
А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова – 4-е издание, перер. доп. – М.:
Машиностроение, 1985, 496 с.
8.«Станочные приспособления : Справочник» в 2-ч т. Т.1./под ред.
Б.Н.Вардашкина,А.А.Шатилова – М.: Машиностроение, 1984, 592 с.
9.«Станочные приспособления: Справочник» в 2-х т. Т.2. / под. ред.
Б.Н.Вардашкина, В.В.Данилевского – М.: Машиностроение, 1984, 656 с.
10.В.В.Данилевский «Лабораторные работы по технологии машиностроения»
М.: Высшая школа . 1971, 240 с.
11.Методические рекомендации по выполнению курсового проекта по предмету
“Проектирование технологической оснастки” – М.: Минстанкопром, 1991, 50 с.
12. Технологічне оснащення. Методичний посібник до виконання
індивідуального конструкторского проекту ппри проектуванні затискних верстатних
пристроїв. /Т.В.Біркіна, В.В.Зіль, В.І. Холоша - Дніпропетровськ, Національний
гірничий університет, 2012, 73с..
96