Правила выбора баз общие сведения о приспособлениях. Виды приспособлений

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ХАРЬКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ГЭТ

(Конспект лекций для студентов 5 курса

специальности 7.092.202 «Электрический транспорт»)

Харьков - 2003

Основы проектирования и эксплуатации технологического оборудования ГЭТ: Конспект лекций для студентов 5 курса специальности 7.092.202. «Электрический транспорт». Сост. - Мовчан Н.М., Бабичева О.Ф., Закурдай С.А. – Харьков: ХГАГХ, 2003. – 68 с.

Составители: Н.М. Мовчан, О.Ф. Бабичева, С.А. Закурдай

Рецензент: А.В. Рябов

Рекомендовано кафедрой «Городской электрический транспорт», протокол №7 от 25. 02. 2003 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение…………………………………………………………………….…….....4

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИСПОСОБЛЕНИЯХ………………………….…....5

1.1 Назначение приспособлений…………………………………..……………...5

1.2 Роль технологической оснастки………………………………..……………..7

1.3 Классификация приспособлений……………………………..……………….7

1.4 Проектирование технологической оснастки...................…….......................10

2 БАЗИРОВАНИЕ И БАЗОВЫЕ ПОВЕРХНОСТИ………………………….…..13

2.1 Установка заготовок в приспособлениях…………………………………...13

2.2 Расчет действительных погрешностей базирования при установке

деталей в приспособлении плоской поверхностью…………………….…..17

2.3 Расчет приспособлений на точность…………………………………….…..18

2.4 Правила выбора баз……………………………………………………….….20

3 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИСПОСОБЛЕНИЯХ.

ВИДЫ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ…………………………………………………...21

4 ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ……………….…………...24

4.1 Установочные элементы приспособлений………………………….………24

4.1.1 Основные правила установки заготовок……………………………….24

4.1.2 Виды установочных элементов приспособлений……………...……...26

4.2 Зажимные элементы приспособлений……………………………….……...34

4.2.1 Назначение зажимных элементов……………………………………...34

4.2.2 Виды зажимных элементов……………………………………………..35

4.3 Направляющие элементы приспособлений…………………………….…...44

4.4 Делительные и поворотные элементы приспособлений…………………...46

4.5 Корпуса приспособлений……………………………………………….……48

4.6 Механизированные приводы приспособлений………………………….….50

4.6.1 Назначение механизированного привода………………………….…..50

4.6.2 Пневматические приводы………………………………………….…...51

4.6.3 Пневмогидравлические и гидравлические приводы…………….……55

4.7 Универсально-сборные и наладочные приспособления……………….…..59

5 ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ………….……..……63

5.1 Проектирование станочных приспособлений

с применением САПР …………………………………………..……………66

ВВЕДЕНИЕ

Основную группу технологической оснастки составляют приспособления механосборочного производства. Приспособлениями в машиностроении называют вспомогательные устройства к технологическому оборудованию, используемые при выполнении операций обработки, сборки и контроля.

Применение приспособлений позволяет: устранить разметку заготовок перед обработкой, повысить ее точность, увеличить производительность труда на операции, снизить себестоимость продукции, облегчить условия работы и обеспечить ее безопасность, расширить технологические возможности оборудования, организовать многостаночное обслуживание, применить технически обоснованные нормы времени, сократить число рабочих, необходимых для выпуска продукции.

Частая смена объектов производства, связанная с нарастанием темпов технологического прогресса в эпоху научно-технической революции, требует от технологической науки и практики создания конструкций и систем приспособлений, методов их расчета, проектирования и изготовления, обеспечивающих сокращение сроков подготовки производства. В серийном производстве необходимо использовать специализированные быстропереналаживаемые и обратимые системы приспособлений. В мелкосерийном и единичном производствах все более широко применяют систему универсально-сборных (УСП) приспособлений.

Новые требования, предъявляемые к приспособлениям, определены расширением парка станков с ЧПУ, переналадка которых на обработку новой заготовки сводится к замене программы (что занимает очень мало времени) и к замене или переналадке приспособления для базирования и закрепления заготовки (что также должно занимать мало времени).

Изучение закономерностей влияния приспособления на точность и производительность выполняемых операций позволит проектировать приспособления, интенсифицирующие производство и повышающие его точность. Работа по унификации и стандартизации элементов приспособлений создает основу для автоматизированного проектирования приспособлений с использованием электронно-вычислительной техники и автоматов для графического изображения. Это ускоряет технологическую подготовку производства.

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИСПОСОБЛЕНИЯХ

1.1 Назначение приспособлений

Среди задач, решение которых достигается применением приспособлений, можно выделить три основных.

1. Установка заготовок на станках без выверки. Применение приспособлений для установки заготовок ликвидирует дорогостоящую и трудоемкую операцию разметки, устраняет выверку обрабатываемой детали на станке, обеспечивает возможность автоматического получения точности размеров, а следовательно, повышает точность обработки за счет устранения погрешностей, связанных с разметкой и выверкой.

2. Повышение производительности труда. Малая трудоемкость (высокая производительность) в равной мере зависит как от высокопроизводительного оборудования, так и от высокопроизводительного приспособления. Повысить производительность труда - значит сократить норму штучного времени на операцию. Норму штучно-калькуляционного времени определяют по формуле:

.

Основное время можно сократить несколькими способами:

1) увеличением числа одновременно работающих инструментов (при одновременной работе нескольких инструментов операция из многопереходной и время на обработку детали резко сокращается), для этого проектируют многошпиндельные сверлильные и фрезерные головки, многорезцовые державки для револьверных станков на несколько инструментов и др.;

2)одновременной обработкой нескольких деталей, для этого проектируются многоместные приспособления и приспособления для установки деталей пакетами;

3) повышением режимов резания. Проектирование приспособлений, повышающих жесткость технологической системы СПИД, позволяет повысить режимы резания и применить многоинструментальную обработку.

Вспомогательное время можно сократить, уменьшив время на установку и закрепление деталей или совместив вспомогательное и основное время. При использовании приспособлений рабочий может не проверять положение деталей при установке. Для сокращения времени закрепления детали конструкторы проектируют быстродействующие, ручные, механизированные, автоматизированные и многократные устройства, поворотные приспособления, автоматические погрузочные устройства, выталкиватели и др. Проектируя поворотные многопозиционные многоместные или непрерывно действующие приспособления, учитывают, что установка и снятие, закрепление и открепление деталей будут выполняться во время работы станка, таким образом, время, затрачиваемое на эти приемы, совмещается с основным временем.

Следовательно, оперативное время можно уменьшить, применив приспособления, повышающие степень концентрации операций механической обработки. Приспособления расширяют возможность интенсификации технологических процессов, используя параллельные и параллельно-последовательные схемы обработки поверхностей.

Время технического обслуживания рабочего места сокращаются, используя быстросменные патроны, многорезцовые державки, в которых наладка осуществляется вне станка на специальных приспособлениях, шаблоны для установки инструментов на размер и др.

Время организованного обслуживания можно уменьшить при создании в приспособлениях окон и лотков для отвода стружки, устройств для автоматической очистки от стружки и ее транспортирования и др.

Время регламентированных перерывов сокращается за счет применения приспособлений, облегчающих труд рабочих.

Подготовительно-заключительное время уменьшается за счет создания приспособлений: обеспечивающих точную и быструю установку их на станке без выверки; допускающих быструю переналадку приспособлений на обработку разных деталей.

Задачей конструктора по обеспечению повышения производительности труда является анализ нормы времени для уменьшения ее составляющих.

3. Расширение технологических возможностей оборудования. Заводы серийного производства оснащены в основном универсальными металлорежущими станками. Каждый станок предназначен для выполнения какой-то определенной работы с заданной точностью. Для таких станков применяют специальные приспособления, расширяющие технологические возможности оборудования. С помощью такого приспособления на станке выполняют работу, для осуществления которой необходим станок совершенно иного типа.

Приспособления, расширяющие технологические возможности станков, позволяют осуществить: крепление инструментов, редко используемых при работе на станке; дополнительные взаимные перемещения инструмента и обрабатываемой детали; крепление инструментов и обрабатываемых деталей на не предназначенных для этой цели поверхностях станка; точное направление инструмента.

Станочным приспособлением (СП) называется приспособление, применяемое на металлорежущем и (или) деревообрабатывающем станке. СП являются наиболее обширной группой, которые составляют 80% общего парка приспособлений. Затраты на изготовления и приобретение СП составляют до 20% себестоимости изготовления изделия. СП применяют для установки заготовок и инструментов на металлорежущие станки. Приспособления, связывающие со станком обрабатывающую заготовку, относят к приспособлениям для изготовления детали, а приспособления, связывающие со станком режущий инструмент, - к приспособлениям для инструмента.

1.2 Роль технологической оснастки

В повышении качества изготовления деталей машин, их сборки и контроля важное значение имеет совершенствование технологических процессов, которые обусловливают большое разнообразие конструкций, приспособлений и высокий уровень предъявляемых к ним требований.

Одной из первостепенных задач в этом вопросе является: создание высокопроизводительных конструкций СП, сокращение сроков их проектирования и изготовления, сокращение количества и снижение необходимой квалификации рабочих, расширение технологических возможностей оборудования, обеспечение условий труда, повышение безопасности рабочих и др.

Решение этих задач должно быть направлено на повышение производительности труда станочников, слесарей - сборщиков, наладчиков и контролеров. Применение приспособлений снижает трудоемкость и себестоимость приспособления деталей и сборки машин.

1.3 Классификация приспособлений

Станочные приспособления классифицируются по различным признакам (рис. 1). По целевому назначению приспособления делят на пять групп:

1) СП для установки и закрепления обрабатываемых заготовок в зависимости от вида механической обработки подразделяют на приспособления для токарных, сверлильных, фрезерных, шлифовальных, многоцелевых и других станков.

2) СП для установки и закрепления рабочего инструмента осуществляют связь между инструментом и станком. К ним относятся патроны для сверл, разверток; многоинструментальные сверлильные, фрезерные, револьверные головки; державки, блоки и т.п.

С помощью приспособлений указанных выше групп осуществляют наладку системы станок-заготовка-инструмент.

3) Сборочные приспособления СП используют для соединения сопрягаемых деталей изделия, применяют для крепления базовых деталей, обеспечения правильной установки соединяемых элементов изделия, предварительной сборки упругих элементов (пружин, разрезных колец) и др.

4) Контрольные приспособления применяют для проверки отклонений размеров, формы и взаимного расположения поверхностей, сопряжений сборочных единиц и изделий, а также для конструктивных параметров, получающихся в процессе сборки.

5) Приспособления для захвата, перемещения и переворота тяжелых, а в автоматизированном производстве и ГПС и легких обрабатываемых заготовок и собираемых изделий. Приспособления являются рабочими органами промышленных роботов.

Все описанные группы приспособлений в зависимости от типа производства могут быть ручными, механическими, полуавтоматическими и автоматическими, а в зависимости от степени специализации - универсальными, специализированными и специальными.

В зависимости от степени унификации и стандартизации в машиностроении и приборостроении в соответствии с требованиями Единой системы технологической подготовки производства (ЕСТПП) утверждено семь стандартных систем станочных приспособлений.

Универсальные безналадочные приспособления
(УБП) предназначены для установки различных заготовок на постоянные, регулируемые, несъемные установочные элементы. К ним относятся: различные центры, поводковые устройства, зажимы, патроны различных типов, оправки, магнитные и электромагнитные плиты.

Универсально-наладочные приспособления
(УНП) состоят из универсального базового агрегата и сменных наладочных элементов. Базовыми агрегатами служат стандартизированные на различных уровнях (ГОСТ, стандарт отрасли, стандарт предприятия), самоцентрирующиеся патроны с различными приводами и другие приспособления. Базовая часть этих приспособлений представляет собой сборочную единицу долговременного действия в различных компоновках.

Наладку УНП для различных деталей осуществляют путем смены установочных и зажимных элементов, монтируемых на базовом агрегате.

Универсально-сборные приспособления
(УСП). Компонуют на стандартизированных плитах различных размеров. В элементах УСП предусмотрены взаимно перпендикулярные Т-образные пазы, фиксация элементов и узлов, изготовленных с высокой степенью точности, осуществляется с помощью шпонки, входящей в шпоночный лаз.

С помощью УСП многократно сокращают время изготовления приспособлений, т.е. время технологической подготовки производства (ТПП).

Сборно-разборные приспособления
(СРП). Оснащение операций СРП состоит из проектирования и изготовления сменных специальных наладок. Компоновки собирают из стандартных деталей и сборочных единиц, как специальные приспособления долгосрочного применения. Эти приспособления находят широкое применение на различных токарных, фрезерных, станках, в том числе и с ЧПУ, в среднесерийном и крупносерийном производстве. Точность обработки по 1-12-му квалитету. Время сборки - 1-2 часа.

Неразборные специальные приспособления
(НСП) служат для оснащения конкретных операций индивидуального и группового технологических процессов.

Они обеспечивают установку и закрепление однотипных по форме и конфигурации заготовок с идентичными схемами базирования.

НСП применяют для обработки штучных заготовок, а также при параллельных, последовательных и параллельно-последовательных схемах обработки. НСП применяют в серийном и крупносерийном производстве.

Все приспособления по целевому назначению и своим характеристикам подразделяются на 14 групп сложности в зависимости от числа наименований деталей в приспособлениях.

1.4 Проектирование технологической оснастки

Проектирование технологических процессов механической обработки начинается с тщательного изучения исходных данных проектирования: сборочного и рабочего чертежей изделий с соответствующими техническими условиями изготовления детали, чертежа исходной заготовки и размеров программного задания. Изучаются и такие дополнительные условия проектирования, как наличие или отсутствие оборудования, на котором предполагается осуществить изготовление проектируемого изделия; возможности модернизации оборудования; наличие производственных площадей для расширения производства; возможности применения совершенных видов исходных заготовок, прогрессивного инструмента и приспособлений и т. п. По величине программного задания и размерам производственной партии определяются коэффициент закрепления операций, тип и серийность производства и необходимые такт и ритм обработки заготовок.

После этого (в условиях серийного и единичного производств) по технологическим классификаторам заготовок, обрабатываемых на данном предприятии (в цехе), анализируется возможность изготовления данной заготовки по существующим на предприятии типовым или групповым технологическим процессам или на действующих групповых переменно-поточных или автоматических линиях.

При отсутствии возможности использования существующих на предприятии унифицированных технологических процессов после проведения указанной подготовительной работы технолог приступает к непосредственному проектированию технологических процессов.

Проектирование технологических процессов представляет собой сложную многовариантную задачу, правильное решение которой требует проведения ряда расчетов. При проектировании процессов обработки сложных и ответственных заготовок составляется несколько возможных вариантов обработки, окончательный выбор которых производится на основании расчетов и сопоставления достигаемых точности, трудоемкости, выражаемой нормой штучно-калькуляционного времени технологической себестоимости и срока окупаемости капитальных затрат.

Такое сопоставление производится как по важнейшим технологическим операциям, так и по всему технологическому процессу в целом.

В начале проектирования технолог предварительно устанавливает виды обработки отдельных поверхностей заготовки и методы достижения их точности, соответствующие требованиям чертежа и серийности производства и существующего на предприятии оборудования. После этого производится назначение технологических баз на все предполагаемые операции обработки.

Одновременно с этим разрабатывается последовательность операций, т. е. технологический маршрут обработки заготовки. При низкой точности исходных заготовок технологический процесс начинается с черновой обработки поверхностей, имеющих наибольшие припуски. При этом в самую первую очередь снимается припуск с тех поверхностей, на которых возможны литейные раковины, трещины и другие дефекты, с целью скорейшего отсеивания возможного брака или устранения обнаруженных дефектов заваркой, наплавлением металла и т. п. Дальнейший маршрут строится по принципу обработки сначала более грубых и затем более точных поверхностей. Наиболее точные поверхности обрабатываются последними. В конце маршрута выполняются второстепенные операции (сверление мелких отверстий, нарезание крепежных резьб, прорезка пазов, снятие фасок и заусенцев). Наиболее легко повреждаемые поверхности (наружные резьбы, особо точные шлифованные и доведенные поверхности) обрабатываются в заключительной стадии технологического процесса.

Ответственные и сложные корпусные заготовки часто обрабатываются с разделением технологического процесса на стадии черновой и чистовой обработки. На первой стадии снимаются основные припуски на обработку, в результате этого возникают погрешности заготовки, связанные с перераспределением внутренних напряжений исходных заготовок и влиянием остаточных напряжений, вызванных черновой механической обработкой. В наиболее ответственных случаях после черновых операций проводится дополнительная термическая обработка заготовок (отжиг или нормализация), способствующая более полному протеканию деформаций и релаксации (снятию) остаточных напряжений.

На второй стадии обработки (при чистовых операциях) устраняются погрешности, возникшие при черновой обработке, и обеспечивается достижение требуемых точности обработки, шероховатости и предписанного чертежом состояния поверхностного слоя.

При обработке сравнительно небольших поверхностей достаточно жестких заготовок удается избежать дифференциации операций на черновые и чистовые и технологический процесс строится по принципу концентрации операций. В этом случае первые операции стремятся построить наиболее концентрированными.

При проектировании заготовок, подвергающихся термической обработке, в составе технологического процесса предусматриваются дополнительные операции, связанные с особенностями термической обработки (операция меднения или снятия дополнительного припуска для устранения цементованного слоя на поверхностях, не подлежащих закалке после цементации; снятии дополнительного припуска для устранения коробления длинных и тонких заготовок после их закалки и т. п.).

После решения перечисленных вопросов определяют структуру операции и выполняется предварительное оформление операционно-технологических карт с вычерчиванием соответствующих операционных эскизов. При оформлении технологических операций и отдельных переходов производится анализ технической возможности и экономической целесообразности их концентрации путем применения наборов нормального режущего инструмента или проектирования и изготовления специальных комплектов инструментов (в том числе фасонных), а также использования специальных инструментальных державок, параллельной и последовательной обработки заготовок и затем окончательно уточняется принятая структура операции.

В случае разработки нескольких вариантов технологических процессов обработки одной заготовки окончательно выбирается наиболее рациональный вариант после их аналитического сопоставления.

После определения структуры операций проектируются схемы наладки (настройки) станков для основных технологических операций. При этом выполняются необходимые расчеты точности настройки, определяются рабочие циклы станка, взаимного расположения инструментов, режимы их работы и производительность операции. Проектирование наладок обычно осуществляется в такой последовательности.

1. Расчеты точности настройки станка на настроечные размеры (определение среднего настроечного размера и допуска на настройку или расчет предельных настроечных размеров с учетом рассеяния размеров и переменных систематических погрешностей обработки).

2. Составление предварительного плана размещения инструментов в суппортах и инструментальных головках по отдельным переходам и предварительный расчет режимов резания. При этом следует стремиться к одновременной работе инструментов, размещенных в разных суппортах, закрепленных в многорезцовых державках.

Размещение одновременно работающих резцов должно по возможности предусматривать взаимное уравновешивание возникающих сил резания. Обтачивание ступенчатых заготовок следует начинать с меньшего диаметра; снятие фасок и подрезание торцов должны производиться одновременно с обтачиванием.

3. Окончательная компоновка инструментов в наладке станка и корректирование режимов резания.

4. Оформление схемы наладки станка с указанием размещения инструментов, их шифров, рабочих и холостых движений; с подбором необходимых копиров и шестерен; с расчетами циклов работы станка и производительности обработки по данной наладке.

5. Конструирование необходимой оснастки для наладки станка (приспособление, специальный режущий и вспомогательный инструмент, шаблоны для установки режущего инструмента и т. п.).

После проектирования наладки станка окончательно оформляют операционно-технологические карты и производят техническое нормирование всех операций технологического процесса с установлением необходимого разряда работы и соответствующих норм выработки.

2 БАЗИРОВАНИЕ И БАЗОВЫЕ ПОВЕРХНОСТИ

2.1 Установка заготовок в приспособлениях

В процессе обработки заготовки должны занимать вполне определенное (однозначное) положение относительно станка и режущего инструмента, что обеспечивается установкой заготовок в приспособлениях. Под установкой заготовки понимается процесс ее базирования и закрепления - приложенных к заготовке сил и пар сил, обеспечивающих в процессе обработки постоянство положения заготовки, достигнутого при базировании.

Базированием называют придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат.

Технологическими базами
называют поверхности, используемые для определения положения заготовки или изделия в процессе изготовления. При установке детали в приспособлении за технологические базы принимают реальные поверхности, непосредственно контактирующие с установочными элементами приспособления.

Положение детали в приспособлении определяют ее базирующие поверхности. Детали, устанавливаемые в станочные приспособления, имеют различные базирующие поверхности по форме и виду.

Черновыми базами
называют необработанные поверхности детали, используемые для ее установки в приспособлении при обработке на первой операции, когда обработанных поверхностей нет.

Чистовыми (окончательными) базами
называют обработанные поверхности детали, служащие для установки в приспособлении при обработке на всех последующих операциях механической обработки.

Конструкторскими базами
называют базы (поверхности), используемые для определения положения детали в изделии или узле. Эти базы необходимо в первую очередь использовать для установки обрабатываемой детали в приспособлении, так как при этом получаются меньшие погрешности обработки. Конструкторские базы деталей по назначению бывают основные
и вспомогательные
.

Установочные базы обрабатываемой детали разделяются на опорные и поверхностные.

Опорными установочными базами
называют совокупность поверхностей обрабатываемой детали. Измерительными базами
называют поверхности деталей, от которых производят отсчет размеров при ее обработке. Число, форму и расположение опорных установочных базовых поверхностей следует выбирать так, чтобы обеспечить определенное и неизменное положение обрабатываемой детали в приспособлении относительно режущего инструмента при обработке.

Из механики известно, что твердое тело имеет шесть степеней свободы (рис.2): три связаны с перемещением тела вдоль трех взаимно перпендикулярных осей координат Оx, Oy, Oz и три - с возможным его поворотом относительно этих осей. При установке детали в приспособлении каждая из степеней свободы связывается путем прижима детали к соответствующей неподвижной точке (опоре) приспособления. Каждая опора связывает одну степень свободы детали, следовательно, для лишения детали всех степеней свободы необходимо, чтобы в приспособлении было шесть неподвижных опорных точек (правило шести точек).

Рис. 2 – Схема базирования обрабатываемой детали в приспособлении

по шести опорным точкам

Эти точки находятся в трех взаимно перпендикулярных плоскостях: точки 1,2, и 3, расположенные в плоскости XOY, лишают деталь трех степеней свободы - возможности перемещаться вдоль оси OZ и вращаться вокруг осей OX , OY; точки 4 и 5, расположенные в плоскости ZOY, лишают деталь двух степеней свободы – возможности перемещаться вдоль оси OX и вращаться вокруг оси OZ; точка 6, расположенная на плоскости XOZ, лишает деталь шестой степени свободы - возможности перемещаться вдоль оси OY. Силы зажима W, W1, W2, действующие в направлениях, перпендикулярных трем плоскостям, прижимают деталь к шести неподвижным опорам. Число неподвижных опор в приспособлении не должно быть больше шести, так как в противном случае создается неустойчивое положение обрабатываемой детали в приспособлении.

Погрешности базирования и закрепления обрабатываемых деталей в приспособлении

.
Суммарная погрешность при выполнении любой операции механической обработки состоит из погрешностей установки детали, настройки станка и погрешности обработки, возникающей в процессе изготовления детали.

Погрешность установки Ey
- одна из составляющих суммарной погрешности выполняемого размера детали - возникает при установке обрабатываемой детали в приспособлении и складывается из погрешности базирования Eб
, погрешности закрепления Уз и погрешности положения детали Упр
, зависящей от неточности приспособления и определяемой ошибками изготовления и сборки его установочных элементов и их износа при работе.

Погрешность настройки станка
D
н
возникает при установке режущего инструмента на размер, а также вследствие неточности копиров и упоров для автоматического получения заданных размеров детали.

Погрешность обработки
D
обр.,
возникающая в процессе обработки детали на станке, объясняется:

1) геометрической неточностью станка;

2) деформацией технологической системы станок - приспособление -
инструмент - обрабатываемая деталь
(СПИД) под действием сил резания;

3) неточность изготовления и износом режущего инструмента и приспособления;

4) температурными деформациями технологической системы. Для получения годных деталей суммарная погрешность при обработке детали на станке должна быть меньше допуска б на заданный размер детали. Это условие выражается неравенством

.

Погрешность базирования Еб
называют разность предельных расстояний измерительной базы относительно установленного на заданный размер детали режущего инструмента. Погрешность базирования возникает, когда опорная установочная база обрабатываемой детали не совмещена с измерительной. Величина Еб
относится к заданному размеру, получаемому при соответствующей схеме установки детали в приспособлении.

Рис. 3 – Примеры установки обрабатываемых деталей в приспособлениях с погрешностями базирования.

На рис. 3, а
дана схема установки, при которой боковая установочная база 1 обрабатываемой детали одновременно является и измерительной базой для поверхности 3. Поэтому погрешность базирования для размера А равна нулю: Еба=0. Нижняя опорная база 5 является установочной, а измерительной базой для обрабатываемой поверхности 4 служит поверхность 2. На настроенном станке ось фрезы занимает определенное положение, а измерительная база 2 для партии обрабатываемых деталей будет изменять свое положение от Сmax
до Cmin
, т.е. в пределах допуска б на размер С. Поэтому погрешность базирования для размера В равна допуску на размер С между установочной 5 и измерительной 2 базами.

Круглую деталь устанавливают отверстием на жесткую оправку для обработки лыски фрезой на фрезерном станке (рис. 3, б
). При такой установке между отверстием детали и жесткой оправкой приспособления образуется зазор и возникает погрешность базирования. Измерительной базой для обрабатываемой поверхности 1 является ось оправки. Вследствие зазора S между деталью и оправкой оси детали и оправки не совпадают и измерительная база - ось детали может перемещаться вверх и вниз: при смещении детали только в одну сторону получается максимальный зазор Smax,
следовательно, погрешность базирования Eбh = Smax
.

Погрешность закрепления Ез
называют разность между наибольшей и наименьшей величинами проекций смещения измерительной базы в направлении получаемого размера вследствие приложения к обрабатываемой детали силы зажима W. Основная причина, влияющая на погрешность закрепления детали, - деформация базовых поверхностей детали и стыков цепи, по которой передаются силы зажима (механизированный привод, промежуточные звенья, корпус, установочные и зажимные детали приспособления, обрабатываемая деталь).

Большое влияние на погрешность закрепления оказывает форма и габаритные размеры обрабатываемой детали, точность и чистота базовых поверхностей, конструкция приспособления и постоянство сил зажима детали. Следовательно, погрешности закрепления необходимо определять для конкретных схем установки детали в приспособлении опытным путем. При обработке деталей в достаточно жестких приспособлениях погрешность закрепления оказывает незначительное влияние на точность обработки и ее можно в расчетах не учитывать.

Погрешность положения Епр
детали относительно режущего инструмента возникает в результате неточного изготовления приспособления, его сборки и износа установочных элементов в процессе эксплуатации. Неточности при изготовлении приспособления возникают от погрешностей изготовления его деталей, сборки и регулировки. Точность изготовления приспособления задается в рабочем чертеже и в технических условиях.

На погрешность наложения детали в приспособлении наибольшее влияние оказывает износ его постоянных установочных опор. Различные детали приспособления контролируют в установленные сроки. При износе они проходят соответствующий вид ремонта.

Обозначим погрешности изготовления приспособления и износ его опор через . Так как ,, представляют собой поля рассеивания случайных величин, подчиняющихся закону нормального распределения, то погрешность установки как суммарное поле рассеивания выполняемого размера детали определим по формуле

.

При выборе способа установки детали необходимо сравнить полученную для данной установки погрешность с допустимой погрешностью . Для принятой схемы установки нужно выполнять условие .

2.2 Расчет действительных погрешностей базирования при установке деталей в приспособлении плоской поверхностью

Рис. 4 - Схемы для определения погрешностей базирования при установке обрабатываемых деталей в приспособлении плоской поверхностью

Обрабатываемая деталь (рис. 4,а) установлена на постоянные опоры приспособления нижней базовой плоскостью 1
, которая является и измерительной базой
, так как связана с обрабатываемой поверхностью 2
размером мм. В этом случае погрешность базирования для размера мм, полученного после фрезерования, равна нулю и не входит в суммарную погрешность, влияющую на точность размера. Зажим детали производится силой W
.

Обрабатываемая деталь (рис. 4,б) установлена в приспособлении нижней базовой плоскостью 1
, но измерительной базой
является плоскость 3
, непосредственно связаная с обрабатываемой поверхностью 2
размером мм. В этом случае возникает погрешность базирования
, определяемая следующим путем. Размер С
между осью фрезы и нижней установочной базовой плоскостью 1
обрабатываемой детали является постоянным. Следовательно, положение оси фрезы при обработке поверхности 2
остается неизменным относительно установочной базовой поверхности 1
. Измерительная база 3
при фрезеровании плоскости 2
у партии деталей будет перемещаться относительно наружного диаметра фрезы в пределах поля допуска 0,40 мм на размер мм, полученный на предыдущей операции.

В данном случае допуск на размер мм между установочной поверхностью 1
и измерительной поверхностью 3
и определяем погрешность базирования обрабатываемой детали в приспособлении мм. Погрешность входит в суммарную погрешность размера мм, получаемого при данном способе установки обрабатываемой детали в приспособлении. Следовательно, на погрешности настройки станка и обработки остается малая величина:

0.54 – 0.40 = 0.14 мм.

Чтобы фрезеровать поверхность 2
, необходимо или устранить погрешность базирования , установив обрабатываемую деталь так, как показано на (рис. 4, в
) или изменить допуски на размеры и мм. Так как производить установку детали на (рис. 4, в
) неудобно и технолог не может без согласия конструктора увеличить допуск на размер мм, остается одна возможность – уменьшить допуск на размер мм и, следовательно, уменьшить погрешность базирования.

Новый уменьшенный допуск на размер 65 мм можно найти из равенства

,

где и – допуски на размеры 65 и 25 мм;

– суммарная погрешность (без учета погрешности базирования),

определяется для размера 25 мм из таблиц средней экономической точности обработки поверхностей деталей.

Вновь принятый допуск на размер 65 мм технолог проставляет на определенном эскизе и выдает рабочему для фрезерования плоскости 1 на предыдущей операции. Например, при допуск

Следовательно, на операционном эскизе обрабатываемой детали должны быть проставлены размеры с допусками и мм.

2.3 Расчет приспособлений на точность

Для обеспечения необходимой точности обрабатываемой детали при конструировании приспособления нужно выбрать такую схему, при которой будет соблюдено, как говорилось выше, условие

,

где – действительное значение погрешностей базирования заготовки в приспособлении;

– допускаемое значение погрешностей базирования заготовки в приспособлении.

Допускаемое значение погрешностей базирования заготовки в приспособлении ориентировочно рассчитывается по формуле

,

где – допуск выдерживаемого размера;

– погрешность обработки, получаемая при выполнении данной операции.

При отсутствии обоснованных данных о точности обработки, получаемой при данной операции, может приниматься среднеэкономическая точность обработки.

Действительное значение погрешностей базирования заготовки в приспособлении определяют из геометрических связей, свойственных схеме базирования. Формулы расчета для наиболее часто встречающихся схем базирования приводятся в справочных данных.

Расчетную суммарную погрешность приспособления определяем по формуле

,

где – допуск на обрабатываемой детали;

– коэффициент, равный 0,8 – 0,85;

– коэффициент, равный 0,6 – 1,0;

– погрешность обработки на данной операции;

– погрешность установки.

Погрешность установки – это смещение заготовки при закреплении. Она зависит от типа приспособления и, главным образом, от характера зажима и не зависит от схемы базирования и метода обработки. Значения погрешности базирования можно выбрать из справочников. Определив погрешность базирования и найдя по таблицам погрешность установки детали и точность обработки , рассчитываем суммарную погрешность приспособления , которую затем распределяем по отдельным составляющим звеньям размерной цепи:

,

где – погрешность изготовления деталей приспособления;

– погрешность установки приспособления на станке;

– погрешность вследствие конструктивных зазоров, необходимых для посадки на установочные элементы приспособления;

– погрешность перекоса или смещения инструмента, возникающего из-за неточности изготовления направляющих элементов приспособления, если направляющие отсутствуют, погрешность не учитывается.

Условные обозначения к схемам базирования для типовых случаев:

зажимное устройство;

обрабатываемые поверхности;

упор;

основные установочные базы,

опорные установочные поверхности.

, , и др. – допуски размеров а
, b
, с
и др.

S
min
– минимальный гарантированный зазор;

x –
радиальное биение.

2.4 Правила выбора баз

В целях сокращения погрешности базирования необходимо руководствоваться следующими правилами выбора баз.

1.Для деталей, не обрабатывающихся полностью, в качестве черновых баз следует принимать поверхности, не подлежащие обработке. При наличии нескольких необрабатываемых поверхностей за черновую базу надо принимать ту из них, которая должна иметь наименьшее смещение.

2.При обработке деталей, обрабатываемых полностью черновой базой должна служить поверхность, имеющая наименьший припуск. В этом случае будет наибольшая гарантия того, что не получится брака из-за недостатка припуска на какую-либо поверхность, так как поверхности с наименьшими припусками будут соосны с поверхностями, принятыми за базы при дальнейшей обработке.

3.Поверхности, выбранные для черновых баз, должны быть по возможности наиболее ровными и несмещенными. Это же должно быть учтено при изготовлении заготовок. Назначение черновой базы надо рассматривать только как средство для получения первой чистовой базы. Повторно получить по черновой базе положение обрабатываемой детали, одинаковое с первой установкой, невозможно, поэтому повторная установка по черновой базе недопустима. Следующая установка должна производиться по чистовой базе.

4.В качестве чистовых баз надо применять в первую очередь конструктивные базы и переводить на технологические следует только при полном отсутствии возможности ограничиться конструктивными базами.

5.Большое значение имеет условие единства баз, заключающееся в том, чтобы максимальное количество поверхностей обрабатывать при установке на одни и те же базирующие поверхности. При наличии у деталей нескольких поверхностей для чистовой базы надо выбрать поверхность с меньшим допуском.

6.Необходимо совмещать установочную и измерительную базы, так как при этом исключается погрешность базирования.

7.Выбранные установочные поверхности должны обеспечить отсутствие деформаций детали, которые могут быть вызваны действием силы зажимов или усилий резания, а также простоту конструкции и дешевизну изготовления приспособления.

3 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИСПОСОБЛЕНИЯХ.

ВИДЫ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ

В машиностроении широко применяется разнообразная технологическая оснастка, в которую входят приспособления, вспомогательный, режущий и измерительный инструмент.

Приспособлениями называются дополнительные устройства, используемые для механической обработки, сборки и контроля деталей, сборочных единиц и изделий. По назначению приспособления подразделяют на следующие виды:

1. Станочные приспособления, применяемые для установки и закрепления на станках обрабатываемых заготовок. В зависимости от вида механической обработки эти приспособления, в свою очередь, делят на приспособления для сверлильных, фрезерных, расточных, токарных, шлифовальных станков и др. Станочные приспособления составляют 80...90% общего парка технологической оснастки.

Использование приспособлений обеспечивает:

а) повышение производительности труда благодаря сокращению времени на установку и закрепление заготовок при частичном или полном перекрытии вспомогательного времени машинным и уменьшении последнего посредством многоместной обработки, совмещения технологических переходов и повышения режимов резания;

б) повышение точности обработки благодаря устранению выверки при установке и связанных с ней погрешностей;

в) облегчение условий труда станочников;

г) расширение технологических возможностей оборудования;

д) повышение безопасности работы.

2.Приспособления для установки и закрепления рабочего инструмента, осуществляющие связь между инструментом и станком, в то время как первый вид осуществляет связь заготовки со станком. С помощью приспособлений первого и второго видов выполняют наладку технологической системы.

3. Сборочные приспособления для соединения сопрягаемых деталей в сборочные единицы и изделия. Их применяют для крепления базовых деталей или сборочных единиц собираемого изделия, обеспечения правильной установки соединяемых элементов изделия, предварительной сборки упругих элементов (пружин, разрезных колец и др.), а также для выполнения соединений с натягом.

4. Контрольные приспособления для промежуточного и окончательного контроля деталей, а также для контроля собранных частей машин.

5. Приспособления для захвата, перемещения и перевертывания обрабатываемых заготовок и сборочных единиц, используемые при обработке и сборке тяжелых деталей и изделий.

По эксплуатационной характеристике станочные приспособления подразделяются на универсальные, предназначенные для обработки разнообразных заготовок (машинные тиски, патроны, делительные головки, поворотные столы н пр.); специализированные, предназначенные для обработки заготовок определенного вида и представляющие собой сменные устройства (специальные губки для тисков, фасонные кулачки к патронам и т.п.), и специальные, предназначенные для выполнения определенных операций механической обработки данной детали. Универсальные приспособления применяют в условиях единичного или мелкосерийного производства, а специализированные и специальные — в условиях крупносерийного и массового производства.

Единой системой технологической подготовки производства станочные приспособления классифицируют по определенным признакам (рис. 5).

Универсально-сборные приспособления
(УСП)
компонуют из заранее изготовленных стандартных элементов, деталей и сборочных единиц высокой точности. Их применяют в качестве специальных приспособлений краткосрочного действия для определенной операции, после выполнения которой их разбирают, а доставляющие элементы в дальнейшем многократно используют в новых компоновках и сочетаниях. Дальнейшее развитие УСП связано с созданием агрегатов, блоков, отдельных специальных деталей и сборочных единиц, обеспечивающих компоновку не только специальных, но и специализированных и универсально-наладочных приспособлений краткосрочного действия,

Сборно-разборные приспособления (СРП)
компонуют также из стандартных элементов, но менее точных, допускающих местную доработку по посадочным местам. Эти приспособления используются как специальные приспособления долгосрочного действия. После разборки из элементов можно создавать новые компоновки.

Рис. 5 – Классификация станочных приспособлений

Неразборные специальные приспособления (НСП)
компонуют из стандартных деталей и сборочных единиц общего назначения, как необратимые приспособления долгосрочного действия. Конструктивные элементы компоновок, входящие в состав системы, как правило, эксплуатируются до полного износа и не применяются повторно. Компоновка может производиться также построением приспособления из двух основных частей: унифицированной базовой части (УБ) и сменной наладки (СН). Такая конструкция НСП делает его устойчивым к изменениям конструкций обрабатываемых заготовок и к корректировкам технологических процессов. В этих случаях в приспособлении заменяют только сменную наладку.

Универсальные безналадочные приспособления (УБП)
общего назначения наиболее распространены в условиях серийного производства. Их применяют для закрепления заготовок из профильного проката и штучных заготовок. УБП представляют собой универсальные регулируемые корпуса с постоянными (несъемными) базовыми элементами (патронами, тисками и т. п.), входящие в комплект станка при его поставке.

Специализированными наладочными приспособлениями (СНП)
оснащают операции обработки деталей, сгруппированных по конструкторским признакам и схемам базирования; компоновка по схеме агрегатирования представляет собой базовую конструкцию корпуса со сменными наладками для групп деталей.

Универсальные наладочные приспособления (УНП)
, так же как СНП, имеют постоянные (корпус) и сменные части. Однако сменная часть пригодна для выполнения только одной операции по обработке только одной детали. При переходе с одной операции на другую приспособления системы УНП оснащают новыми сменными частями (наладками).

Агрегатные средства механизации зажима (АСМЗ)
представляют собой комплекс универсальных силовых устройств, выполненных в виде обособленных агрегатов, позволяющих в сочетании с приспособлениями механизировать и автоматизировать процесс зажима обрабатываемых заготовок.

Выбор конструкции приспособления во многом зависит от характера производства. Так, в серийном производстве применяют сравнительно простые приспособления, предназначенные в основном для достижения заданной точности обработки заготовки. В массовом производстве к приспособлениям предъявляют высокие требования и в отношении производительности. Поэтому такие приспособления, снабжаемые быстродействующими зажимами, представляют собой более сложные конструкции. Однако применение даже самых дорогих приспособлений экономически вполне оправдано.

4. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ

Существуют следующие элементы приспособлений:

установочные
— для определения положения обрабатываемой поверхности заготовки относительно режущего инструмента;

зажимные
— для закрепления обрабатываемой заготовки;

направляющие
— для придания требуемого направления движению режущего инструмента относительно обрабатываемой поверхности;

корпуса приспособлений
— основная часть, на которой размещены все элементы приспособлений;

крепежные
— для соединения отдельных элементов между собой;

делительные или поворотные
, — для точного изменения положения обрабатываемой поверхности заготовки относительно режущего инструмента;

механизированные приводы
— для создания усилия зажима. В некоторых приспособлениях установку и зажим обрабатываемой заготовки выполняют одним механизмом, называемым установочно-зажимным.

4.1 Установочные элементы приспособлений

4.1.1 Основные правила установки заготовок

Обработка резанием осуществляется при относительном движении обрабатываемой заготовки и режущего инструмента. Чтобы обеспечить заданную точность обработки, заготовка должна быть установлена в определенном положении относительно режущего инструмента, После установки обрабатываемую заготовку закрепляют, что предотвращает ее смещение под действием сил, возникающих в процессе обработки.

В единичном и мелкосерийном производстве заготовки устанавливают с выверкой по черновым или обработанным поверхностям, а также по разметке. В массовом и крупносерийном производстве выверку не производят, а обрабатываемые заготовки устанавливают, доводя их базовые поверхности до соприкосновения с установочными элементами (опорами) приспособлений. В этом случае на установку затрачивается меньше времени и обеспечивается постоянное положение установочных базовых поверхностей заготовок в приспособлении.

В зависимости от условий обработки может потребоваться полная или частичная ориентация обрабатываемой заготовки относительно режущего инструмента. При полной ориентации обрабатываемой заготовке придают вполне определенное и единственно возможное положение в приспособлении. При частичной ориентации необязательна точная установка в определенных направлениях и даже допустимо произвольное положение (поворот) заготовки относительно какой-либо оси. В этом случае схема установки и конструкция приспособления упрощаются.

При полной ориентации базовые поверхности обрабатываемой заготовки плотно прилегают к установочным элементам приспособления. Для этого должны соблюдаться условия контакта баз и опор, а обрабатываемая заготовка не должна иметь сдвига и вращения относительно трех координатных осей. Обрабатываемая заготовка лишена всех степеней свободы, и положение ее базовых поверхностей в пространстве является определенным. Число опор должно быть равным шести (правило шести точек); их взаимное расположение обеспечивает устойчивость установки обрабатываемой заготовки в приспособлении. Расстояние между опорами принимают возможно большим, чтобы под действием силы тяжести не возникло опрокидывающего момента.

При обработке нежестких заготовок или при недостаточной их устойчивости из-за небольшой протяженности базовых поверхностей может возникнуть необходимость увеличения количества опорных точек (сверх шести). В этих случаях применяют дополнительные опоры, регулируемые или самоустанавливающиеся. При установке обрабатываемой заготовки их подводят к ее поверхности и закрепляют на время выполнения данной операции — эти опоры превращаются в жесткие.

Установочные элементы с точечными опорами имеют ограниченную поверхность контакта. К таким опорам относятся, например, узкие призмы для установки цилиндрических заготовок. Эти опоры обеспечивают постоянную для всех заготовок данной партии устойчивость установки независимо от погрешностей их размеров и форм. Недостатками установки на точечные опоры являются повреждения базовый поверхностей заготовок при больших силах прижатия, а также смешение обрабатываемой заготовки из-за деформаций в местах контакта опор с базами.

Обрабатываемую заготовку устанавливают также по охватывающим или охватываемым базовым поверхностям. В этом случае заготовку надевают или вставляют в установочный элемент с некоторым зазором. Чтобы лишить заготовку всех степеней свободы, применяют также комбинированные способы, например, установку: а) на два базовых отверстия и плоскость, перпендикулярную их осям; б) на палец и две плоскости; в) на отверстие, плоскость и опору для угловой фиксации; г) на наружную цилиндрическую поверхность, торец и угловую опору.

В тех случаях, когда базой служит сама обрабатываемая поверхность, применяют съемные (сдвигаемые) установочные элементы.

Таким образом, установочные элементы приспособлений должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1) число и расположение установочных элементов должно обеспечивать необходимую ориентацию и устойчивость обрабатываемой заготовки по принятой схеме базирования;

2) при использовании черновых баз с шероховатостью поверхности Rz>=40 мкм установочные элементы следует выполнять с ограниченной опорной поверхностью в целях уменьшения влияния погрешностей и неровностей этих баз на устойчивость установки;

3) установочные элементы (как основные, так и дополнительные) должны быть жесткими и износостойкими, но не должны портить базовых поверхностей, что особенно важно при установке на точные и чистовые базы, не подвергаемые дальнейшей обработке;

4) для упрощения ремонта приспособления установочные элементы должны легко сниматься.

4.1.2 Виды установочных элементов приспособлений

Для установки на черновые базы применяют постоянные (рис.6) и регулируемые опоры. Установку на чисто обработанные базы осуществляют с помощью опорных пластинок (рис.7) и штырей с плоской и сферическими головками. Размеры опор, показанных на рис. 4.1 и 4.2, следующие: D=6...40 мм; d=4...25 мм; Н=10...76 мм; h=4...40 мм; R=4...40 мм; L=60...220 мм; B=16...35 мм; h1
==10...25 мм.

Рис. 6 – Постоянные опоры

Рис. 7 - Регулируемые опоры

На рис. 8 приведена конструкция подводимой опоры. Подъем опоры 2
до соприкосновения с базовой поверхностью заготовки производится перемещением клина 1 с помощью винта 5 с маховичком 6. Опору фиксируют затяжкой винта, при этом шарик 4 расклинивает сегментные шпонки 3 и стопорит горизонтальный клин.

В самоустанавливающейся опоре (рис. 9) вертикальный штифт 1, находясь под воздействием предварительно сжатой пружины 4, выдвигается вверх до соприкосновения с поверхностью заготовки. Размеры пружины и степень ее предварительного сжатия подбирают так, чтобы при подъеме штифта заготовка не смещалась. Затягивая винт 3, обеспечивают фиксацию опоры в определенном положении. Промежуточный сухарь 2 ограничивает движение штифта 1 вверх при отвертывании винта.

Рис. 8 - Конструкция подводимой опоры Рис. 9 - Самоустанавливающаяся

опора

По наружным цилиндрическим поверхностям заготовки устанавливают в призмы. Для чисто обработанных баз применяют широкие призмы (рис. 10, а
), для черновых – узкие (рис. 10, б
); на рис. 10, в
показан способ установки заготовки 2 на четыре постоянные опоры 3, запрессованные в боковые поверхности призмы 1. В приспособлениях применяют главным образом жесткие призмы с углом a=900
.

Рис. 10 – Схемы призм

Призмы выполняют из стали марки 45 или из цементируемых сталей 08...20 с закалкой боковых поверхностей до твердости HRC 50...60. Призмы больших размеров делают из серого чугуна с привернутыми закаленными щеками. Погрешности базирования при установке в призму зависят от допуска на диаметр заготовки, а также от погрешностей ее формы.

Установку заготовок с базированием по отверстиям производят на пальцы или оправки. Упорными базами служат торцевая поверхность заготовки, определяющая ее положение по длине, и различные элементы (шпоночная канавка, отверстие и др.), определяющие угловое положение обрабатываемой заготовки относительно оси основной базы.

Примеры жестких оправок приведены на рис. 11. На рис. 11, а показана коническая оправка (конусность 1/1500...1/2000), на которую обрабатываемую заготовку наколачивают легкими ударами. Благодаря расклинивающему действию оправки заготовка удерживается от провертывания при обработке. Недостаток этой оправки — отсутствие точной ориентации заготовки по длине. На рис. 11, б
показана конструкция оправки, на которую обрабатываемую заготовку насаживают с натягом. Используя при запрессовке упорные кольца (на рисунке не показаны), точно ориентируют заготовку по длине оправки. При наличии канавки 1 можно подрезать оба торца заготовки. Шейка 2 (направляющая) обеспечивает свободное надевание заготовки вручную. На рис. 11, в
показана оправка, на которую заготовку насаживают с зазором.

Положение заготовки по длине определяется буртом 1 оправки, ее провертывание предупреждается затяжкой гайки 3 или шпонкой 2 (если в заготовке имеется шпоночная канавка). При использовании этих оправок базовые отверстия заготовок рекомендуется обрабатывать по 7-му квалитету точности.

Оправки рекомендуется выполнять из закаленной стали и тщательно шлифовать. В центровых гнездах целесообразно предусматривать защитные фаски, чтобы предохранить их от случайных повреждении. Чтобы оправку приводить во вращение, на ее конце делают квадрат, лыски или запрессовывают поводковый палец.

Рис.4.6

Наряду с жесткими применяют и разжимные оправки. На рис. 12, а показана центровая оправка с разжимной цангой. Затягивая гайку 5, перемещают цангу 3 влево по конической части оправки 4,
последняя раздвигает цангу 3 (имеющую продольные разрезы), которая зажимает заготовку 2 по внутренней поверхности.

Гайка 1 ограничивает перемещение цанги влево. На рис. 12, б
приведена конструкция консольной разжимной оправки. Заготовку 1 закрепляют затяжкой внутреннего конуса 2. Разжимные оправки по сравнению с жесткими обеспечивают меньшую концентричность обработки. На рис. 12, в
приведена конструкция консольной оправки с тремя сухарями 1, раздвигаемыми внутренним конусом 2.
Эту оправку применяют для установки толстостенных заготовок. Оправка с упругой гильзой, разжимаемой изнутри гидропластом, показана на рис. 12, г.
Затягивая винт 3, сжимают гидропласт 1, который, разжимая тонкостенную гильзу 2, прочно закрепляет заготовку. Оправки с гидропластом обеспечивают высокую степень концентричности (биение 0,005...0,01 мм).

Рис. 12 - Разжимные оправки

Установку заготовок на базовые отверстия в стационарных приспособлениях производят на консольные пальцы. На рис. 13, а, б
представлены постоянные, а на рис. 13, в, г —
сменные пальцы. Для облегчения надевания заготовок на торце пальца снимается фаска.

Рис. 13 – Примеры консольных пальцев

Погрешности установки на пальцы могут выражаться в смещении заготовок в радиальном направлении на размер зазора между поверхностями сопряжения. Если базовый торец заготовки не перпендикулярен к оси отверстия, то возможен перекос оси отверстия по отношению к оси пальца.

При обработке заготовок плит, рам, станин, корпусных и других деталей применяют установку на два отверстия с параллельными осями и перпендикулярную им плоскость. Она обеспечивает простую конструкцию приспособления, принцип постоянства баз и фиксацию заготовок при обработке на станках и автоматических лнниях. Базовую плоскость заготовки обрабатывают начисто, а отверстия развертывают по 7-му квалитету точности. Установочными элементами служат два пальца (жесткие или выдвижные) и опорные планки. Принципиальная схема установки показана на рис. 14, а
. Один из пальцев выполняют цилиндрической, а другой — ромбической формы, так как наличие допуска на расстояние между осями базовых отверстий приводит к тому, что одно из отверстий (например, правое; рис. 14, б)
может занять при установке партии заготовок два предельных положения, образованных двумя окружностями а
и б.
Если правый палец взять круглого сечения, то его диаметр равен d
-
d
; в этом случае возможно покачивание заготовки на левом пальце от среднего положения на размер ±d
/2. Более выгодной формой правого пальца будет ромбическая (рис. 14, в)
.

Рис. 14 - Принципиальная схема установки

Покачивание заготовки при этом равно

.

Ромбический палец в поперечном сечении имеет небольшую ленточку, половина ширины которой определяется по следующей формуле

при этом

,

где d
1
- допуск на размер L заготовки;

d
а
- допуск на размер L приспособления;

2
D
1
- диаметральный зазор при посадке заготовки на цилиндрический палец при d1
+d2
>2D1
. Если это условие не соблюдается, то применение ромбического пальца невозможно.

Наибольший возможный угол перекоса заготовки от среднего положения вследствие зазоров при посадке на пальцы (рис. 14, г)
может быть определен по формуле

или приближенно

.

Таким образом, для уменьшения a целесообразно увеличивать расстояние L.

При обработке валов и некоторых других заготовок, имеющих базовые поверхности в виде центровых гнезд (или конических фасок), в качестве установочных элементов используют центры. Различные конструктивные формы центров показаны на рис. 15. Схема установки на обычный жесткий центр
показана на рис. 15, а;
на рис. 15, б
показана установка заготовки конической фаской на срезанный центр;
на рис. 15, в —
конструкция вращающегося, центра
для токарных работ; на рис. 15, г
— установка заготовки на специальный, срезанный центр с зубьями и на рис. 15, д—
конструкция поводкового центра
для передачи момента благодаря внедрению рифлений в базовую поверхность гнезда заготовки. Этот центр обеспечивает передачу большого момента, но портит поверхность гнезда. Для точной установки заготовок по длине применяют плавающий передний центр
(рис. 15, е
). В этом случае погрешность диаметра центрового гнезда не влияет на осевое смещение заготовки, так как торец последней упирается в неподвижную плоскость корпуса плавающего центра.

При установке на два центра заготовка сохраняет одну степень свободы — возможность вращения вокруг оси центров. В ряде случаев (фрезерование шпоночных пазов, фрезерование квадратов) необходима дополнительная база для угловой координации заготовки. На рис. 16 показана установка заготовки с поджимом к дополнительной боковой базе.

Рис. 15 - Различные конструктивные формы центров

Рис. 16 - Установка заготовки с поджимом к дополнительной боковой базе

Полную ориентацию заготовки в пространстве обеспечивают установкой на три центра (рис. 17, а
), из которых два жестких, а один выдвижной, выполняющий роль установочного и зажимающего элемента. Преимуществами этой схемы являются хорошая устойчивость и постоянство баз, так как после подготовки центровых гнезд все операции можно выполнить при одном базировании. К недостаткам схемы относится необходимость выдерживать точное значение диаметра центровых гнезд.

Схема базирования может осуществляться также установкой на четыре центра (рис. 17, б
), из которых два жестких и два выдвижных. Эта схема менее чувствительна к изменению диаметра центровых гнезд, так как зазор можно выбирать, а ось детали может при этом смещаться.

Рис. 17 – Схема полной ориентации заготовки в пространстве

При шлифовании осевых отверстий зубчатых колес применяют базирование по рабочим поверхностям зубьев, обеспечивая этим высокую концентричность отверстия зубчатого колеса. На рис. 18 показаны различные cxeмы установки зубчатых колес. В качестве установочных элементов применяют рейки (рис. 18, а),
ролики (рис. 18, б
) зубчатые секторы (рис. 18, в)
и качающиеся рычаги (рис. 18, г
) в специальных патронах (для цилиндрических колес).

Рис. 18 - Различные схемы установки зубчатых колес

При использовании роликов применяют патроны (рис. 19), где установочные элементы, в данном случае ролики, крепят в обойме 4,
допускающей возможность их самоустанавливания по впадинам колеса 5.
Точное центрирование обеспечивают кулачки 3,
которые скользят, по наклонным пазам корпуса патрона. Осевую ориентацию заготовки осуществляют по упорам 6.
При закреплении заготовки усилие от штока 1 передается через гибкие пластинки 2 на кулачки.

Рис. 19 – Схема патрона

Конические зубчатые колеса устанавливают по сферическим элементам. применяя специальные прижимные устройства (рис. 20).

Рис. 20 – Схема прижимного устройства

В отдельных случаях в качестве установочных баз можно применять наружные и внутренние сферические поверхности, наружные и внутренние резьбовые и шлицевые поверхности, фасонные поверхности, а также различные их сочетания.

4.2 Зажимные элементы приспособлений

4.2.1 Назначение зажимных элементов

Основное назначение зажимных устройств — обеспечить надежный контакт заго

товки с установочными элементами и предотвратить ее смещение относительно них и вибрацию в процессе обработки. Введением дополнительных зажимных устройств увеличивают жесткость технологической системы и этим достигают повышения точности и производительности обработки, уменьшения шероховатости поверхности. На рис. 21 показана схема установки заготовки 1, которую помимо двух основных зажимов Q1 крепят дополнительным устройством Q2, сообщающим системе большую жесткость. Опора 2 самоустанавливающаяся.

Рис. 21 - Схема установки заготовки

Зажимные устройства в ряде случаев используют, чтобы обеспечить правильность установки и центрирования заготовки. В этом случае они выполняют функцию установочно-зажимных устройств. К ним относятся самоцентрирующиеся патроны, цанговые зажимы и др.

Зажимные устройства не применяют при обработке тяжелых, устойчивых заготовок, по сравнению с массой которых силы, возникающие в процессе резания, относительно невелики и приложены так, что не могут нарушить установку заготовки.

Зажимные устройства приспособлений должны быть надежны в работе, просты по конструкции и удобны в обслуживании; они не должны вызывать деформаций закрепляемой заготовки и порчи ее поверхности, не должны сдвигать заготовку в процессе ее закрепления. На закрепление и открепление заготовок станочник должен затрачивать минимум времени н сил. Для упрощения ремонта наиболее изнашиваемые детали зажимных устройств целесообразно делать сменными. При закреплении заготовок в многоместных приспособлениях их зажимают равномерно; при ограниченном перемещении зажимного элемента (клин, эксцентрик) его ход должен быть больше допуска на размер заготовки от установочной базы до места приложения зажимной силы.

Зажимные устройства конструируют с учетом требований техники безопасности.

Место приложения зажимной силы выбирают по условию наибольшей жесткости и устойчивости крепления и минимальной деформации заготовки. При повышении точности обработки необходимо соблюдать условия постоянного значения зажимной силы, направление которой должнo сознавать с расположением опор.

4.2.2 Виды зажимных элементов

Зажимные элементы — это механизмы, непосредственно используемые для закрепления заготовок, или промежуточные звенья более сложных зажимных систем.

Наиболее простым видом универсальных зажимов являются зажимные винты, которые приводят в действие насаженными на них ключами, рукоятками или маховичками.

Чтобы предотвратить перемещение зажимаемой заготовки и образование на ней вмятин от винта, а также уменьшить изгиб винта при нажиме на поверхность, не перпендикулярную его оси, на концы винтов помещают качающиеся башмаки (рис. 22, а
).

Комбинации винтовых устройств с рычагами или клиньями называются комбинированными зажимами, разновидностью которых являются винтовые прихваты (рис. 22, б
). Устройство прихватов позволяет отодвигать или поворачивать их, чтобы можно было удобнее устанавливать обрабатываемую заготовку в приспособлении.

Рис. 22 – Схемы винтовых прихватов

На рис. 23 показаны некоторые конструкция быстродействующих зажимов. Для небольших зажимных сил применяют штыковое (рис. 23, а
), а для значительных сил — плунжерное устройство (рис. 23, б).
Эти устройства позволяют отводить зажимающий элемент на большое расстояние от заготовки; закрепление происходит в результате поворота стержня на некоторый угол. Пример зажима с откидным упором показан на рис. 23, в
. Ослабив гайку-рукоятку 2,
отводят упор 3,
вращая его вокруг оси. После этого зажимающий стержень 1 отводят вправо на расстояние h
.
На рис. 23, г
приведена схема быстродействующего устройства рычажного типа. При повороте рукоятки 4 штифт 5 скользит по планке 6 с косым срезом, а штифт 2 —
по заготовке 1,
прижимая ее к упорам, расположенным внизу. Сферическая шайба 3 служит шарниром.

Рис. 23 - Конструкции быстродействующих зажимов

Большие затраты времени и значительные силы, требующиеся для закрепления обрабатываемых заготовок, ограничивают область применения винтовых зажимов и в большинстве случаев делают предпочтительными быстродействующие эксцентриковые зажимы. На рис. 24 изображены дисковый (а
), цилиндрический с Г-образным прихватом (б
) и конический плавающий (в
) зажимы.

Рис. 24 – Различные конструкции зажимов

Эксцентрики бывают круглые, эвольвентные и спиральные (по спирали Архимеда). В зажимных устройствах применяются две разновидности эксцентриков: круглые и криволинейные.

Круглые эксцентрики (рис. 25) представляют собой диск или валик с осью вращения, смещенной на размер эксцентриситета е;
условие самоторможения обеспечивается при соотношении D/e ≥ 4.

Рис. 25 – Схема круглого эксцентрика

Достоинство круглых эксцентриков заключается в простоте их изготовления; основной недостаток — непостоянство угла подъема a и сил зажима Q. Криволинейные эксцентрики, рабочий профиль которых выполняется по эвольвенте или спирали Архимеда, имеют постоянный угол подъема a, а, следовательно, обеспечивают постоянство силы Q при зажиме любой точки профиля.

Клиновой механизм применяют как промежуточное звено в сложных зажимных системах. Он прост в изготовлении, легко размещается в приспособлении, позволяет увеличивать и изменять направление передаваемой силы. При определенных углах клиновой механизм обладает свойствами самоторможения. Для односкосного клина (рис. 26, а)
при передаче сил под прямым углом может быть принята следующая зависимость (при j1=j2=j3=j, где j1...j3 — углы трения):

P=Qtg(a±2j),

где Р — осевая сила;

Q — сила зажима.

Самоторможение будет иметь место при a<j1+j2.

Для двухскосного клина (рис. 26, б) при передаче сил под углом b>90° зависимость между Р и Q при постоянном угле трения (j1=j2=j3=j) выражается следующей формулой

Р = Q sin (a + 2j/cos (90°+a-b+2j).

Рычажные зажимы применяют в сочетании с другими элементарными зажимами, образуя более сложные зажимные системы. С помощью рычага можно изменять величину и направление передаваемой силы, а также осуществлять одновременное и равномерное закрепление заготовки в двух местах.

Рис. 26 – Схемы односкосного клина (а
) и двухскосного клина (б
)

На рис. 27 приведены схемы действия сил в одноплечих и двуплечих прямых и изогнутых зажимах. Уравнения равновесия для этих рычажных механизмов имеют следующий вид:

для одноплечего зажима (рис. 27, а
)

,

для прямого двуплечего зажима (рис. 27, б)

,

для двуплечего изогнутого зажима (для l1<l2, рис. 27, в
)

,

где r
—
угол трения;

f
— коэффициент трения.

Рис. 27 - Схемы действия сил в одноплечих и двуплечих прямых и изогнутых зажимах

В качестве установочных элементов для наружных или внутренних поверхностей тел вращения применяют центрирующие зажимные элементы: цанги, разжимные оправки, зажимные втулки с гидропластом, а также мембранные патроны.

Цанги представляют собой разрезные пружинящие гильзы, конструктивные разновидности которых показаны на рис. 28 (а
— с натяжной трубкой; б —
с распорной трубкой; в
— вертикального типа). Их выполняют из высокоуглеродистых сталей, например У10А, и термически обрабатывают до твердости HRC 58...62 в зажимной и до твердости HRC 40...44 в хвостовой частях. Угол конуса цанги a=30. . .40°. При меньших углах возможно заклинивание цанги. Угол конуса сжимающей втулки делают на 1° меньше или больше угла конуса цанги. Цанги обеспечивают эксцентричность установки (биение) не более 0,02...0,05 мм. Базовую поверхность заготовки следует обрабатывать по 9...7-му квалитетам точности.

Разжимные оправки различных конструкций (включая конструкции с применением гидропласта) относятся к установочно-зажимным приспособлениям (см. гл. 4.1).

Мембранные патроны используют для точного центрирования заготовок по наружной или внутренней цилиндрической поверхности. Патрон (рис. 29) состоит из круглой, привертываемой к планшайбе станка мембраны 1 в форме пластины с симметрично расположенными выступами-кулачками 2,
количество которых выбирают в пределах 6...12. Внутри шпинделя проходит шток 4 пневмоцилиндра. При включении пневматики мембрана прогибается, раздвигая кулачки. При отходе штока назад мембрана, стремясь вернуться в исходное положение, сжимает своими кулачками заготовку 3.

Рис. 29 – Схема мембранного патрона

Реечно-рычажный зажим (рис. 30) состоит из рейки 3, зубчатого колеса 5, сидящего на валу 4, и рычага рукоятки 6. Вращая рукоятку против часовой стрелки, опускают рейку и прихватом 2 закрепляют обрабатываемую заготовку 1. Зажимная сила Q зависит от значения силы Р, приложенной к рукоятке. Устройство снабжается замком, который, заклинивая систему, предупреждает обратный поворот колеса. Наиболее распространены следующие виды замков.

Рис. 30 - Реечно-рычажный зажим

Роликовый замок (рис. 31, а
) состоит из поводкового кольца 3 с вырезом для ролика 1, соприкасающегося со срезанной плоскостью валика 2 зубчатого колеса. Поводковое кольцо 3 скреплено с рукояткой зажимного устройства. Вращая рукоятку по стрелке, передают вращение на вал зубчатого колеса через ролик 1. Ролик заклинивается между поверхностью расточки корпуса 4 и срезанной плоскостью валика 2 и препятствует обратному вращению.

Рис. 31 – Схемы различных конструкций замков

Роликовый замок с прямой передачей момента от поводка на валик показан на рис. 31, б
. Вращение от рукоятки через поводок передается непосредственно на вал 6 колеса. Ролик 3 через штифт 4 поджат слабой пружиной 5. Так как зазоры в местах касания ролика с кольцом 1 и валом 6 при этом выбирают, система мгновенно заклинивается при снятии силы с рукоятки 2. Поворотом рукоятки в обратную сторону ролик расклинивается и вращает вал по часовой стрелке.

Конический замок (рис. 31, в
) имеет коническую втулку 1 и вал 2 с конусом 3 и рукояткой 4. Спиральные зубья на средней шейке вала находятся в зацеплении с рейкой 5. Последняя связана с исполнительным зажимающим механизмом. При угле наклона зубьев 45° осевая сила на валу 2 равна (без учета трения) зажимной силе.

Эксцентриковый замок (рис. 31, г
) состоит из вала 2 колеса, на котором заклинен эксцентрик 3. Вал приводится во вращение кольцом 1, скрепленным с рукояткой замка; кольцо вращается в расточке корпуса 4,
ось которой смещена от оси вала на расстояние е.
При обратном вращении рукоятки передача на вал происходит через штифт 5. В процессе закрепления кольцо 1 заклинивается между эксцентриком и корпусом.

Комбинированные зажимные устройства представляют собой сочетание элементарных зажимов различного типа. Их применяют для увеличения зажимной силы и уменьшения габаритов приспособления, а также для создания наибольших удобств управления. Комбинированные зажимные устройства могут также обеспечивать одновременное крепление заготовки в нескольких местах. Виды комбинированных зажимов приведены на рис. 32.

Сочетание изогнутого рычага и винта (рис. 32, а
) позволяет одновременно закреплять заготовку в двух местах, равномерно повышая зажимные силы до заданного значения. Обычный поворотный прихват (рис. 32, б
) представляет собой сочетание рычажного и винтового зажимов. Ось качания рычага 2 совмещена с центром сферической поверхности шайбы 1, которая разгружает шпильку 3 от изгибающих усилий. Показанный на рис. 32, в
прихват с эксцентриком является примером быстродействующего комбинированного зажима. При определенном соотношении плеч рычага можно увеличить зажимную силу или ход зажимающего конца рычага.

Рис. 32 - Виды комбинированных зажимов

На рис. 32, г
показано устройство для закрепления в призме цилиндрической заготовки посредством накидного рычага, а на рис. 32, д —
схема быстродействующего комбинированного зажима (рычаг и эксцентрик), обеспечивающего боковое и вертикальное прижатие заготовки к опорам приспособления, так как сила зажима приложена под углом. Аналогичное условие обеспечивается устройством, изображенным на рис. 32, е.

Шарнирно-рычажные зажимы (рис. 32, ж, з, и)
являются примерами быстродействующих зажимных устройств, приводимых в действие поворотом рукоятки. Для предотвращения самооткрепления рукоятку переводят через мертвое положение до упора 2.
Сила зажима зависит от деформации системы и ее жесткости. Желаемую деформацию системы устанавливают регулировкой нажимного винта 1. Однако наличие допуска на размер Н
(рис. 32, ж)
не обеспечивает постоянства зажимной силы для всех заготовок данной партии.

Комбинированные зажимные устройства приводятся в действие вручную или от силовых узлов.

Зажимные механизмы для многоместных приспособлений должны обеспечивать одинаковую силу зажима на всех позициях. Простейшим многоместным приспособлением является оправка, на которую устанавливают пакет заготовок (кольца, диски), закрепляемых по торцевым плоскостям одной гайкой (последовательная схема передачи зажимной силы). На рис. 33, а
показан пример зажимного устройства, работающего по принципу параллельного распределения зажимной силы.

Если нужно обеспечить концентричность базовой и обрабатываемой поверхностей и предотвратить деформирование обрабатываемой заготовки, применяют упругие зажимные устройства, где зажимное усилие посредством заполнителя или другого промежуточного тела равномерно передается на зажимный элемент приспособления (в пределах упругих деформаций).

Рис. 33 - Зажимные механизмы для многоместных приспособлений

В качестве промежуточного тела применяют обычные пружины, резину или гидропласт. Зажимное устройство параллельного действия с использованием гидропласта показано на рис. 33, б
. На рис. 33, в
приведено устройство смешанного (параллельно-последовательного) действия.

На станках непрерывного действия (барабанно-фрезерные, специальные многошпиндельные сверлильные) заготовки устанавливают и снимают, не прерывая движения подачи. Если вспомогательное время перекрывается машинным, то для закрепления заготовок можно применять зажимные устройства различных типов.

В целях механизации производственных процессов целесообразно использовать зажимные устройства автоматизированного типа (непрерывного действия), приводимые в действие механизмом подачи станка. На рис. 34, а
приведена схема устройства с гибким замкнутым элементом 1 (трос, цепь) для закрепления цилиндрических заготовок 2 на барабанно-фрезерном станке при обработке торцевых поверхностей, а на рис. 34, б
— схема устройства для закрепления заготовок поршней на многошпиндельном горизонтально-сверлильном станке. В обоих устройствах операторы только устанавливают и снимают заготовку, а закрепление заготовки происходит автоматически.

Рис. 34 - Зажимные устройства автоматизированного типа

Эффективным зажимным устройством для удержания заготовок из тонколистового материала при их чистовой обработке или отделке является вакуумный прижим. Сила зажима определяется по формуле

Q=Ap,

где A
— активная площадь полости устройства, ограниченной уплотнением;

p
=105
Па
— разность атмосферного давления и давления в полости устройства, из которого удаляется воздух.

Электромагнитные зажимные устройства применяют для закрепления обрабатываемых заготовок из стали и чугуна с плоской базовой поверхностью. Зажимные устройства обычно выполняют в виде плит и патронов, при конструировании которых в качестве исходных данных принимают размеры и конфигурацию обрабатываемой заготовки в плане, ее толщину, материал и необходимую удерживающую силу. Удерживающая сила электромагнитного устройства в значительной степени зависит от толщины обрабатываемой детали; при малых толщинах не весь магнитный поток проходит через поперечное сечение детали, и часть линий магнитного потока рассеивается в окружающее пространство. Детали, обрабатываемые на электромагнитных плитах или патронах, приобретают остаточные магнитные свойства — их размагничивают, пропуская их через соленоид, питаемый переменным током.

В магнитных зажимных устройствах основными элементами являются постоянные магниты, изолированные один от другого немагнитными прокладками и скрепленные в общий блок, а заготовка представляет собой якорь, через который замыкается магнитный силовой поток. Для открепления готовой детали блок сдвигают с помощью эксцентрикового или кривошипного механизма, при этом магнитный силовой поток замыкается на корпус устройства, минуя деталь.

4.3 Направляющие элементы приспособлений

При выполнении некоторых операций механической обработки (сверление, растачивание) жесткость режущего инструмента и технологической системы в целом оказывается недостаточной. Для устранения отжима инструмента используют направляющие элементы. Они должны быть точными, износоустойчивыми и при большой производственной программе — сменными. Такими элементами приспособлений являются кондукторные втулки для сверлильных и расточных приспособлений.

Конструкция и размеры кондукторных втулок для сверления стандартизованы. Втулки бывают постоянные (рис. 35, а
) и сменные (рис. 35, б
). Постоянные втулки применяют в мелкосерийном производстве при обработке отверстия одним инструментом. Сменные втулки используют в массовом и крупносерийном производстве. Быстросменные втулки с замком (рис. 35, б
) употребляют при обработке отверстия несколькими последовательно сменяемыми инструментами. Сменные и быстросменные втулки вставляют в постоянные втулки, запрессовываемые в корпус приспособления.

Рис. 35 – Схемы кондукторных втулок

При диаметре отверстия до 25 мм втулки изготовляют из стали марки У10А, закаливают до твердости HRC 60...65, при диаметре отверстия свыше 25 мм — из стали 20 (20Х) с цементацией и закалкой до той же твердости. Ориентировочный срок службы кондукторных втулок 10...15 тыс. сверлений.

Если инструменты направляются во втулке не рабочей частью, а цилиндрическими центрирующими участками, отверстие втулки выполняют с допусками по системе отверстия. Для определения предельных размеров отверстия допуски на диаметр инструмента принимают по соответствующим ГОСТам. Эксцентриситет наружной поверхности втулки по отношению к отверстию не должен превышать 0,005 мм. Между нижним торцом втулки и поверхностью заготовки оставляют зазор от l
/з
d
до d
, а при сверлении глубоких отверстий в стали—до 1,5d (здесь d—
диаметр обрабатываемого отверстия). Посадочные поверхности втулок обрабатывают шлифованием (Rа=1>25...0,32 мкм). Поверхность отверстия для прохода инструмента отделывают (Rа=0,32...0,08 мкм) для повышения срока службы втулки. Примеры специальных втулок приведены на рис. 36. На рис. 36, а
показана втулка для сверления отверстий на наклонных поверхностях; удлиненную быстросменную втулку (рис. 36, б
) применяют, если обрабатывают отверстие в углублении заготовки; при малом расстоянии между осями отверстий используют срезанные втулки (рис. 36, в
) или одну блочную (рис. 36, г
).

Рис. 36 - Примеры специальных втулок

Для направления борштанг (расточных оправок) применяют неподвижные и вращающиеся втулки. На рис. 37, а
приведена конструкция вращающейся втулки, поверхность скольжения которой защищена от стружки. На рис. 37, б
показана втулка, вмонтированная на подшипниках качения. В обеих конструкциях на внутренних поверхностях прорезан паз для шпонки борштанги; этим обеспечивается принудительное вращение втулок. Для облегчения попадания шпонки в паз втулки последнюю часто выполняют со скошенными кромками или плавающей. На внутренней поверхности втулки часто предусматривают пазы для прохода выступающих резцов-бортштанги.

Рис. 37 – Схемы вращающийся (а) и неподвижной (б) втулок

К направляющим элементам приспособлений относятся также копиры, применяемые при обработке фасонных поверхностей сложного профиля. Их задача — направлять режущий инструмент по обрабатываемой поверхности заготовки для получения заданной траектории их движения.

4.4 Делительные и поворотные элементы приспособлений

Делительные и поворотные устройства в многопозиционных приспособлениях служат для изменения положения обрабатываемой заготовки относительно рабочего инструмента.

Делительное устройство состоит из диска, закрепляемого на поворотной части приспособления, и фиксатора. Конструкции фиксаторов показаны на рис. 38. Шариковый фиксатор (рис. 38, а
) наиболее прост, но не обеспечивает высокой точности угла поворота и не воспринимает момента от силы резания. Поворотную часть устанавливают в заданное положение вручную до щелчка при западании шарика в гнездо. Фиксатор с вытяжным цилиндрическим пальцем (рис. 38, б
) может воспринимать момент, но он не обеспечивает деления с высокой точностью из-за зазоров в подвижных соединениях. Несколько большую точность дает фиксатор с конической заточкой вытяжного пальца (рис. 38, в
).

Рис. 38 - Конструкции фиксаторов

Для устранения радиального зазора вводят гидропластовую втулку Г
(рис. 38, г
), применяют также клиновые фиксаторы и фиксаторы с прорезью (рис. 38, д
).
Управляют фиксатором с помощью вытяжной кнопки, рукоятки, закрепленной на реечном колесе, или педального устройства.

В делительном приспособлении для фрезерного станка (рис. 39) фиксатор 4 сблокирован с поворачивающей собачкой 2. При возвратно-поступательном движении стола они приводятся в действие от неподвижного упора 3.
Упор 1 предупреждает, поворот делительного диска 5 в обратную сторону.

Рис. 39 – Схема делительного приспособления для фрезерного станка

Для уменьшения вращательного момента в приспособлениях горизонтального типа центр тяжести поворотной системы (включая заготовку) должен лежать на оси вращения. Этого достигают соответствующей компоновкой приспособления и установкой корректирующих противовесов. В приспособлениях с вертикальной осью вес тяжелой поворотной системы воспринимает упорный подшипник качения.

На рис. 40 показана конструкция стола, верхняя часть которого поворачивается на требуемый угол при подъеме на упорном шарикоподшипнике. Подъем осуществляют различными механическими устройствами или (как показано на рисунке) пневмоцилиндром. При опускании стол «садится» на торцевую плоскость основания и плотно к нему прижимается. Применяя упорные шарикоподшипники, можно в несколько раз уменьшить момент трения при вращении поворотной части приспособления.

Рис. 40 - Конструкция стола

На рис. 41 показано механическое прижимное устройство стола, сблокированное с фиксатором. Вращением рукоятки 4 по часовой стрелке вводят реечный фиксатор 5, одновременно сжимая разрезное коническое кольцо 1,
и поворотная часть 2 стола притягивается к основанию 3.
При обратном вращении рукоятки фиксатор выводится из гнезда, затяжка кольца ослабляется и стол можно повернуть.

Рис. 41 - Механическое прижимное устройство стола

4.5 Корпуса приспособлений

Корпус является базовой деталью приспособления; в нем монтируют зажимные устройства, установочные и направляющие элементы, а также вспомогательные детали и механизмы. Корпус воспринимает силы, возникающие при обработке, а также зажимные силы. Корпус приспособления должен иметь минимальную массу, быть жестким и прочным. Конструкция его должна быть удобна для быстрой установки и съема заготовок, для очистки от стружки и отвода охлаждающей жидкости. Корпус должен быть простым и дешевым в изготовлении и обеспечивать соблюдение требований техники безопасности.

Корпуса передвижных и кантуемых приспособлений выполняют с отлитыми или вставными ножами, ограничивающими поверхность контакта со столом станка. Размеры и конфигурация ножек в плаке должны обеспечивать при любом положении корпуса перекрытие Т-образных пазов стола. Для лучшего отвода охлаждающей жидкости и удаления стружки в корпусах предусматривают наклонные поверхности и избегают углублений в труднодоступных местах. Угол наклона этих поверхностей для чугунной стружки a=30...35°; для стальной стружки с маслом a=25...50°; для алюминиевой a=40...45°.

Корпус крепят на станке обычно болтами, которые заводят в Т-образные пазы стола. В серийном производстве, где на одном станке периодически выполняют различные операции, затраты времени на крепление корпуса к станку должны быть минимальны. Для этого на корпусе изготовляют либо полки для крепления его прихватами, либо литые ушки для крепежных болтов.

Быстрая и точная установка приспособления на столе станка без выверки обеспечивается обычно направляющими шпонками, вводимыми в Т-образный паз стола. Шпонки выполняют в виде коротких сухарей, привернутых к нижней плоскости корпуса, для того чтобы уменьшить перекосы приспособления из-за зазоров в шпоночных соединениях, расстояние между шпонками следует выбирать, возможно, большим. На рис. 42 показаны примеры центрирования и крепления корпусов приспособлении на шпинделях станков токарной группы: а —
цилиндрического; б
— конического; в —
токарного.

Рис. 42 - Примеры центрирования и крепления корпусов приспособлении на шпинделях станков токарной группы:

а —
цилиндрического; б
— конического; в —
токарного

Корпуса тяжелых приспособлений для удобства захвата при установке и снятии со станка снабжают рым-болтами.

Простейшие корпуса приспособлений представляют собой прямоугольную плиту. Корпус может иметь форму планшайбы, угольника, тавра, корыта и т. д. В приспособлениях для сверления заготовок с нескольких сторон корпуса имеют коробчатую форму. Корпуса изготовляют из серого чугуна СЧ12-28, стали СтЗ, в некоторых случаях (например, в поворотных приспособлениях) используют алюминиевые сплавы.

Корпуса приспособлений изготовляют литьем, сваркой, ковкой, а также сборкой из отдельных элементов на винтах или с натягом. Литье применяют в основном для корпусов сложной конфигурации. С помощью сварки также можно получать корпуса сложных конфигураций, при этом сокращаются сроки и снижается себестоимость их изготовления. Применяя усилительные ребра, уголки и косынки, можно получать жесткие сварные корпуса. Стоимость сварных корпусов в отдельных случаях может быть снижена вдвое по сравнению с литыми, а масса уменьшена на 40%. На рис. 43 показаны примеры литого (а
), сварного (б
), сборного (в
) и кованого (г
) корпусов одной конструкции. Конфигурация сварного корпуса мало отличается от литого, конфигурации сборного, а также кованого корпусов наиболее просты.

4.6 Механизированные приводы приспособлений

4.6.1 Назначение механизированного привода

Наибольшую часть вспомогательного времени обычно затрачивают на установку, зажим заготовки и раскрепление обработанной детали, поэтому наряду с сокращением машинного времени большое значение имеет сокращение вспомогательного времени.
Вспомогательное время можно сократить, применяя механизированные приводы, которые подразделяют на механические, пневматические, гидравлические, пневмогидравлические, электромеханические и электромагнитные.

Область применения механических приводов с ручным управлением ограничена небольшими достижимыми зажимными силами. Использование их в многоместных приспособлениях связано с созданием сложных и громоздких конструкций, требующих больших затрат времени на зажим и освобождение обработанных заготовок.

Наибольшее распространение на заводах машиностроения получили приспособления с пневматическим и гидравлическим приводами, которые посредством механических передач обеспечивают при постоянной силе надежный зажим заготовки.

4.6.2 Пневматические приводы

Принцип работы пневматического привода заключается в том, что сжатый воздух из заводской магистрали подается в рабочую полость пневмоцилиндра, давит на поршень и заставляет его совершать поступательное движение, необходимое для зажима заготовки. При возвращении поршня в исходное положение деталь освобождается из приспособления. Пневматические цилиндры бывают двустороннего и одностороннего действия: в первом случае поршень со штоком, воздействующим на зажимной элемент, возвращается в исходное положение сжатым воздухом, а во втором — пружиной.

На рис. 44, а
показана принципиальная схема пневматического привода двустороннего действия. Привод состоит из цилиндра 1,
поршня 2,
штока 3,
переключающего распределительного крана 4 и воздуховода 5. В состав привода входит также аппаратура соединения распределительного крана с магистралью, предназначенная для регулирования и контроля давления в сети и для очистки сжатого воздуха от механических частиц и влаги. Эта аппаратура состоит из редукционного клапана с манометром, вентиля, фильтра, масленки для смазки манжет и сальников и воздуховода. Распределительный кран 4 является золотниковым устройством, состоящим из корпуса и золотника. Отверстия крана расположены так, что в крайних положениях золотника одна из полостей цилиндра соединяется с воздухопроводом, а противоположная — с выходом в атмосферу.

У цилиндра одностороннего действия (рис. 44, б
) одно отверстие в распределительном кране заглушается, а в нерабочей полости пневматического цилиндра имеется отверстие для выпуска излишка воздуха. В этом случае поршень возвращается в исходное положение пружиной 6.

Рис. 44 - принципиальные схемы пневматического привода двустороннего (а
)

и одностороннего (б
) действия

Передаваемую штоком силу F
без учета потерь на трение рассчитывают по следующим формулам:

для пневматических цилиндров двустороннего действия
F
=
p
.

F
=
p
[
p
D
²/4]
— для полости цилиндра без штока;

F=p[
p
(
D
²-
d
²)/4]
—для полости цилиндра со штоком;

для пневматических цилиндров одностороннего действия.

F
=[p(
p
D
²/4)-
q
]
—для полости цилиндра без штока;

F=[p|
p
(D2
-
d
2
)/4+
q
]
—для полости цилиндра со штоком.

Здесь р—удельное давление воздуха; D—диаметр поршня; d— диаметр штока; q — сила сопротивления пружины. Обычно сжатый воздух подается под давлением 0,5...0,6 МПа (более низкое давление вызывает необходимость применения цилиндров большого диаметра), однако при расчете следует учитывать одновременность работы ряда потребителей воздуха, а также потери в воздухопроводе (сети), поэтому расчетное давление следует принимать 0.4 МПа.

Расход воздуха при использовании цилиндров одностороннего действия меньше, чем в цилиндрах двустороннего действия. Применение цилиндров одностороннего действия ограничено длиной хода поршня, скоростью его обратного движения и уменьшением силы, передаваемой штоком, на значение, необходимое для сжатия возвратной пружины.

Внутренний диаметр пневмоцилиндров может составлять 50, 75, 100, 150, 200, 250 и 300 мм; цилиндры диаметром меньше 50 мм используют в редких случаях, например для выталкивания обработанных деталей из приспособления, поджима заготовок к установочной поверхности и т. п. Увеличение диаметра пневматических цилиндров свыше 300 мм приводит к усложнению конструкции привода и увеличению его габаритов, поэтому в случаях, когда требуется большая сила зажима, целесообразно применять пневмогидравлические приводы.

Пневматические цилиндры могут быть стационарными, вращающимися, качающимися и плавающими. Имеются также специальные конструкции цилиндров. Обычно цилиндры изготовляют как самостоятельные узлы, но иногда пневматический цилиндр выполняют в корпусе приспособления (встроенный цилиндр).

Каждый пневматический цилиндр состоит из корпуса, поршня и штока. В корпусе цилиндра устанавливают втулку, а с торцов цилиндра — одну или две крышки, которые центрируют буртиками по внутреннему диаметру втулки. Чтобы предотвратить просачивание воздуха, поршень и крышки снабжают уплотнениями.

Крышки с втулкой и корпусом могут быть соединены шпильками или болтами, пропущенными снаружи корпуса. При изготовлении корпуса цилиндра совместно с передней крышкой заднюю крышку привертывают винтами. Втулку и крышки изготовляют из чугуна, стали и алюминия. В крышках делают выточки глубиной 3 мм и диаметром 10 мм для предварительного накопления сжатого воздуха при ходе поршня до упора задней или передней крышки. Пневматические приводы применяют обычно с односторонним штоком, т. е. со штоком, проходящим через одну из крышек цилиндра.

Движение штока в пневматической камере происходит в результате деформации диафрагмы. Диафрагменная пневматическая камера (рис. 45) представляет собой корпус, выполненный из двух литых или штампованных чашек, между которыми установлена резиновая тарельчатая, а иногда плоская диафрагма. Шайба 4, установленная на штока 6, прижимается пружинами 2 и 3 к резиновой диафрагме 5. При впуске сжатого воздуха в корпус камеры диафрагма деформируется и, воздействуя на шайбу, передает давление штоку 6. Камера имеет только одно впускное отверстие для воздуха, который поступает по воздуховоду 1 через распределительный кран 7. При переключении распределительного крана 7 воздух из камеры выходит в атмосферу, пружины 2 и 3 возвращают шайбy со штоком, а значит, и диафрагму в исходное положение.

Тарельчатую диафрагму (рис. 46) изготовляют из четырехслойной прорезиненной ткани. Основные размеры диафрагм, выпускаемых промышленностью, приведены в табл. 1. Плоские диафрагмы применяют только при небольшом ходе штока. Диаметр шайбы камеры принимают равным 0.8
D
, дальнейшее увеличение диаметра шайбы влечет уменьшение хода штока.

Пневматические камеры имеют ход штока 30...35 мм. При таком ходе штока пневматические камеры в зависимости от размера, без применения дополнительных механизмов развивают следующие значения силы зажима:

диаметр Di
, мм .......... 174 200 228,

сила F
,
кН .......... 2,5...3 3...4,5 6...6,5

Таблица 1 - Основные размеры резиновых диафрагм тарельчатой формы, мм

D1	D	s	Е	D2	d3	Количество отверстий
374	129	6	27	154	9	12
200	141	6	27	173	9	36
228	178	6	27	204	9	18

Рис. 46 – Схема тарельчатой диафрагмы

Пневматические камеры бывают стационарные и вращающиеся. Применение вращающихся камер уменьшает не только массу привода и консольную нагрузку на шпиндель, но и расход сжатого воздуха. На рис. 47 показан общий вид вращающегося патрона с диафрагменной камерой. К камере 2 присоединяют распределительную муфту 1, а в донышке камеры просверливают отверстие для поступления воздуха из муфты, при этом отверстие в штуцере 9 заглушают. Камеру 2 крепят к планшайбе 3, связанной ползунком 8 с тягой 7. На задний конец шпинделя станка посажена планшайба 6, которая посредством промежуточной планки 5 связана со штоком 4 пневматической камеры. При впуске воздуха в камеру заготовка зажимается в результате воздействия сжатого воздуха на заднюю стенку пневматической камеры, которая, перемещаясь назад, увлекает за собой тягу 7. При необходимости преобразования тянущей силы в толкающую применяют пневматическую камеру, жестко соединенную с задней планшайбой станка. Шток камеры непосредственно соединен с тягой.

Рис. 47 - Общий вид вращающегося патрона с диафрагменной камерой

Чтобы увеличить силу зажима, применяют комбинированные диафрагменные пневматические камеры. В этом случае устанавливают несколько камер, как показано на рис. 48. В трехсекционную вращающуюся пневматическую диафрагменную камеру входят три сваренные между собой штампованные камеры, состоящие из крышки 4, камеры 5, резиновой диафрагмы 1 с шайбой 2, уплотнения 7 и втулки 6, сидящей на валу 9. Кроме того, передняя камера сварена с диском 10, которым камера центрируется и крепится к планшайбе 8. На задний конец вала 9 надета распределительная муфта 3. Для зажима детали сжатый воздух поступает через канал А и отверстия В в правые части камер. Увеличение зажимной силы происходит благодаря большой общей площади диафрагм. В целях экономии сжатого воздуха для отжима детали достаточно впустить его не во все три камеры, а лишь в крайнюю левую камеру через отверстие Б.

Рис. 48 - Комбинированные диафрагменные пневматические камеры

При малых размерах пневматических цилиндров и камер и при необходимости получения больших сил зажима заготовок в пневматических приспособлениях используют механизмы усилители. В практике применяют рычажно-шарнирные, клиновые, эксцентриковые и винтовые усилители. Наиболее распространены рычажно-шарнирные усилители, схемы которых могут быть самыми различными в зависимости от условий их применения.

4.6.3 Пневмогидравлические и гидравлические приводы

При механизации и автоматизации производственных процессов в ряде случаев применяют большие зажимные усилия. Этим требованиям наиболее отвечают гидравлические приводы, так как они могут развивать давление до 8 МПа; их рабочая среда (масло) практически несжимаема, поэтому такие приводы могут применяться не только для управления силовыми механизмами, но и для точных перемещений рабочих органов станка и подвижных частей приспособлении. Масляная среда в системе обеспечивает надлежащую смазку силовых узлов и аппаратуры, а также исключает неполадки, возникающие в пневматических системах в результате конденсации водяных паров (ржавчина и засорение). Кроме того, конструктивное исполнение гидравлических приводов при высоком давлении в системе позволяет применять рабочие цилиндры небольшого диаметра (20...50 мм), что обеспечивает их компактность по сравнению с пневматическими приводами.

Пневмогидравлические приводы состоят из преобразователя, повышающего давление, аппаратуры и рабочих гидроцилиндров, зажимающих обрабатываемую заготовку. Принципиальная схема такого привода показана на рис. 49. Привод представляет собой камеру, заполненную маслом. Шток 2 пневматического цилиндра, являющийся плунжером гидравлической системы, входит в камеру и вытесняет масло, давление которого передается рабочему плунжеру 1 привода, действующему на зажимное устройство.

Рис. 49 – Принципиальная схема пневмогидравлического привода

Пневмогидравлические преобразователи давления работают от сети сжатого воздуха и по принципу работы подразделяются на преобразователи прямого и последовательного действия.

Преобразователь прямого действия состоит из блока с пневматическим и гидравлическим цилиндрами, а преобразователь последовательного действия состоит из двух блоков с пневматическим и гидравлическим цилиндрами, причем вначале срабатывает первый блок (низкого давления), обеспечивающий предварительное закрепление обрабатываемой заготовки, а затем второй блок (высокого давления), осуществляющий окончательный зажим заготовки. Применение преобразователей сокращает потребление сжатого воздуха по сравнению с обычными пневматическими приводами на 90...95.

На рис. 50, а
показан общий вид пневмогидравлического привода для тисков с преобразователем прямого действия. При нажатии на распределительный кран 1 сжатый воздух поступает в полость цилиндра 2, который жестко связан шпильками 5 с неподвижной губкой 8 тисков. Шток 4 гидроцилиндра давит на торец скользящего нa шпильках 5 станка 3 и перемещает его справа налево. Стакан перемещает гайку 7 с винтом 10, а вместе с ним и подвижную губку 9 тисков. При переключении распределительного крана воздух уходит в атмосферу, а пружина, заключенная в стакан 6, отводит подвижную губку; две другие пружины возвращают в исходное положение поршни. Тиски устанавливают на размер обрабатываемой детали вращением винта 10.

Рис. 50 - Общий вид пневмогидравлического привода для тисков с преобразователем прямого действия (а) и для тисков с преобразователем

последовательного действия (б)

На рис. 50, б
показан общий вид пневмогидравлического привода для тисков с преобразователем последовательного действия. В этой конструкции губка 2 тисков неподвижная, а губка 3 перемещается штоком поршня 4 гидроцилиндра. Из четырех ходового распределительного крана 11 сжатый воздух через штуцер 9 подается в полость А цилиндра низкого давления и перемещает поршень 5 вправо. Под давлением поршня масло из полости В через радиальные отверстия Г поступает в полость Д и перемещает поршень 4 вместе с губкой 3, осуществляя предварительный зажим установленной в тисках обрабатываемой заготовки. При переключении крана воздух через штуцер 8 подается в полость Б. При перемещении поршня 6 с плунжером 7 цилиндра высокого давления влево отверстия Г перекрываются, давление в полости Д повышается и происходит окончательный зажим заготовки с силой 7,5 кН.

Чтобы снять обработанную заготовку, сначала сжатый воздух переключением крана подают в полость А, тем самым возвращая поршни 5 и 6, а также поршень 4 гидроцилиндра вместе с губкой 3 в исходное положение, а затем в полость Е, откуда через штуцер 10 воздух возвращают в систему. Приспособление устанавливают на размер вращением винта 1.

Гидравлический привод представляет собой независимую гидравлическую установку, состоящую из электродвигателя, насоса, резервуара для масла, а также аппаратуры управления и регулирования. Эта установка в зависимости от мощности может обслуживать один станок, группу станков или целый участок.

На рис. 51 показан разрез гидроцилиндра для зажима обрабатываемых заготовок на токарных и револьверных станках. Гидроцилиндр состоит из статора (корпуса) с укрепленными на нем упором 2, крышками 7 и 10 и однолопастного ротора 3 с лопаткой 4, установленного и закрепленного с помощью двух шпонок на гайке 9. Гайка, смонтированная в статоре на двух роликоподшипниках 13, связана с винтом 11, в который ввинчена трубка 12, соединяющая гидроцилиндр с патроном.

Рис. 51 - Разрез гидроцилиндра для зажима обрабатываемых заготовок на

токарных и револьверных станках

При подводе масла в левую или правую полость статора 1 ротор 3 с лопаткой 4 поворачивается до упора 2 и вращает гайку 9, которая в свою очередь перемещает винт 11 с трубкой 12; винт скользит в шлицевом отверстии крышки 10 статора. Масло по резиновым шлангам подводится к приемной муфте 5, установленной на двух шарикоподшипниках, смонтированных на валике 6. Валик запрессован в крышку 7 статора и имеет каналы для подачи масла в левую или правую полость статора. Так как приемная муфта 5 не вращается, то в ее сопряжении с валиком 6, вращающимся вместе с цилиндром, предусмотрена посадка с зазором, рассчитанным на некоторую минимальную утечку масла.

Все подшипники качения смазываются за счет утечки масла, которое скапливается в прикрепленном к муфте 5 кожухе 8 и по маслопроводу отводится в бак гидроагрегата. Отсутствие в маслораспределителе трущихся поверхностей скольжения позволяет вести обработку с большой частотой вращения шпинделя.

Гидроагрегат с электродвигателем и насосом включают только при остановленном станке, а созданное на кулачках патрона зажимное усилие сохраняется в процессе обработки благодаря самоторможению винтовой пары (детали 9 и 11). Для предупреждения одновременного включения электродвигателей станка и насоса предусмотрена электроблокировка.

Применяющиеся в станочных приспособлениях гидроцилиндры нормализованы. Они подразделяются на цилиндры, встраиваемые в конструкцию приспособлений, и цилиндры агрегатированные. Цилиндры первой группы в зависимости от способа их крепления с корпусом приспособления делятся на пять типов: с резьбовым креплением, с креплением лапками, с шарнирным креплением (качающиеся цилиндры), с задним и передним фланцевыми креплениями. Каждый тип цилиндров выполняется как двухстороннего, так и одностороннего действия с возвратной пружиной.

4.7 Универсально-сборные и наладочные приспособления

В связи с интенсивным развитием конструкции машин и механизмов основными направлениями осуществления эффективной ТПП в современном машиностроении являются сокращение сроков и повышение коэффициента оснащенности. Решению этих задач в значительной степени содействуют стандартизация деталей и сборочных единиц приспособлений, а также применение системы универсально-обратимых приспособлений: универсально-сборных (УСП) и универсально-наладочных (УНП), состоящих из набора элементарных деталей, позволяющих компоновать приспособления для различных работ.

Стандартизация приспособлений предусматривает унификацию их общих конструктивных и размерных элементов (размерных рядов, габаритных и присоединительных размеров, резьбы, крепежных деталей, шпоночных соединений), посадок и допусков, установочных и зажимных элементов, корпусов, вспомогательных механизмов (делительных, поворотных). Применение стандартизованных деталей и сборочных единиц приспособлений сокращает их номенклатуру, снижает себестоимость их изготовления и повышает число повторных использований при сборке новых приспособлений. В настоящее время при конструировании и изготовлении приспособлений используют свыше 70% стандартизованных деталей.

Стандартизация деталей и узлов привела к созданию конструкций сборно-разборных приспособлений. В нашей стране и за рубежом известно несколько систем сборно-разборных приспособлений; все они характеризуются общим признаком: комплект стандартизованных деталей и сборочных единиц позволяет создавать без существенной механической дообработки и при малом количестве специально изготовляемых деталей временные, легко поддающиеся сборке и разборке компоновки приспособлений. В набор стандартизованных деталей (рис. 52) входят плиты и планшайбы, подставки, призмы, угольники, планки, втулки, прихваты и др.

Систему УСП с успехом применяют на ряде заводов единичного и серийного производства. Комплектами УСП оснащают сверлильные, токарные, фрезерные, расточные, зубодолбежные, шлифовальные и другие виды обработки, а также сварочные работы и операции контроля, При станочных работах с помощью УСП обрабатывают детали размерами до 2500 Х 2500 Х 1000 мм.

Выпускаемые промышленностью три вида комплектов УСП имеют следующие технические характеристики:

С пазами 8 мм С пазами 12мм С пазами 16 мм

УСП-8 УСП-12 УСП-16

Количество деталей и сборочных

единиц в комплекте, шт………………. 4100 2400 4200

Среднее количество сборок,

собираемых из одного комплекта, шт.:

одновременно ....…………. ……… 30 20 20

в течение года ....…………………. 1800 1400 900

Среднее время сборки одного комплекта, ч. 2 3 4

Максимальная масса обрабатываемых

деталей, кг ……………………………… 5 60 3000

Срок службы комплекта, годы………. 1 2... 15 12... 15 12... 15

Максимальные габариты

обрабатываемых деталей или

сборочных единиц, мм ..……………... 200Х120Х100 700Х400Х800 2500Х2500ХI000

Максимальный диаметр обраба-

тываемых деталей, мм ... ……………… 12 38 70

Основные крепежные болты .………… М8 М12 М16

Точность обработки в приспособлении 7-й квалитет 7-й квалитет 7-й квалитет

Среднеэкономический эффект от

эксплуатации одной сборки, руб. .......... 15 25 60

Стандартизованные взаимозаменяемые детали и сборочные единицы УСП собирают с помощью шпонок, шпилек и болтов с Т-образными головками. Основные детали УСП (базовые и опорные) имеют на рабочей поверхности прямоугольную или радиальную сетку шпоночных Т-образных пазов с допускаемыми отклонениями от параллельности и перпендикулярности не более 0,01 мм на 200 мм длины. Пазы и шпонки позволяют точно сочленять различные детали комплекта в любом положении относительно друг друга. Наиболее ответственные соединения выполняют с помощью четырех крестообразно размещенных в пазах шпонок. Детали УСП обладают большой износостойкостью. Выходят из строя обычно только крепежные детали, замена которых вызывает небольшие затраты.

Сборку приспособлений из деталей и сборочных единиц УСП только в редких случаях (при особо сложных компоновках) производят по чертежу общего вида приспособления с указанием основных базовых размеров между опорными плоскостями. Как правило, компоновки УСП создаются слесарями-монтажниками на основании данных карты технологического процесса или эталона детали. Сборка приспособления средней сложности занимает 1...3 ч. Практикой установлено, что один сборщик за смену может разобрать и собрать 4...5 приспособлений. На рис. 53 показана монтажная схема УСП для сверлильных работ (1—базовая плита; 2—опорные элементы; 8—направляющая опора; 4 — кондукторные планки; 5 — гайки; 6 — сменные кондукторные втулки; 7 — съемные шпонки; 8 — болты; 9 — опорная планка; 10 — установочный палец; 11 — быстросъемная шайба).

Рис. 53 - Монтажная схема УСП для сверлильных работ

Рациональное внедрение системы УСП значительно сокращает сроки и снижает трудоемкость проектирования и изготовления оснастки, уменьшает объем чертежно-конструкторских работ по проектированию оснастки, дает экономию металла.

В основу системы УСП положена идея постоянного кругооборота стандартизованных деталей и сборочных единиц. Длительное «омертвление» деталей в собранных и временно не используемых компоновках недопустимо, так как вызывает необходимость увеличения объема дорогостоящего комплекта деталей УСП. Компоновки после окончания обработки партии изделий нужно разбирать, а детали и сборочные единицы использовать для сборки других приспособлений.

К недостаткам УСП следует отнести низкую жесткость из-за большого количества стыков.

Система универсально-наладочных приспособлений (УНП) основана на агрегатировании сборочных единиц или на замене и наладке (регулировке) отдельных элементов базового приспособления. В обоих случаях осуществляется принцип обратимости, т. е. возможность использования одного и того же приспособления для выполнения различных операций и обработки разных деталей. При обработке мелких деталей применяют сменные кассеты, которые предназначаются для установки деталей определенного типоразмера. Перезарядку УНП осуществляют заменой кассеты.

Быструю переналадку приспособления без снятия его со станка осуществляют также заменой установочных и зажимных устройств. Так, машинные тиски могут быть переналажены для закрепления различных заготовок сменой губок, а патроны — сменой кулачков и т. д. В качестве примера на рис. 54 показан универсально-переналаживаемый кондуктор портального типа с пневматическим зажимом.

Дальнейшим развитием УНП являются комбинированные универсально-наладочные приспособления для одновременной установки нескольких заготовок при обработке по групповому методу. Применение комбинированных УНП обеспечивает лучшее использование фонда времени работы оборудования и снижение себестоимости обработки. В системе УНП базовые приспособления стандартизованы, а сменные элементы (наладки) изготовляют в соответствии с конфигурацией обрабатываемых деталей.

Для каждого вида механической обработки имеется несколько стандартизованных конструкций корпусных агрегатов базовых приспособлений. Все они имеют посадочные места для установки сменных наладок. Каждое базовое приспособление совместно с последовательно сменяемыми наладками, служащими для установки заготовок, образует группу модификаций одного УНП. Большинство базовых приспособлений имеет несколько типоразмеров, составляющих конструктивный ряд. Каждый типоразмер предназначен для обработки подходящих по своим размерным параметрам заготовок. Конструктивный ряд данного типоразмера позволяет закреплять и обрабатывать заготовки различной конфигурации, классифицированные в одну технологическую группу. Таким образом, применение УНП организационно увязывается с типизацией обрабатываемых деталей и внедрением типовых технологических процессов.

Если за одним станком закреплено несколько базовых приспособлений, их агрегатируют с силовым приводом, устанавливаемым на станке отдельно. Агрегатирование одного базового приспособления с силовым приводом не имеет смысла. В этом случае более целесообразно встраивать стандартизованные силовые сборочные единицы в корпус разового приспособления, агрегатируемыми тогда остаются только ценные наладки.

5 ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ

Исходными данными для проектирования приспособлений является: рабочие чертежи заготовки и готовой детали и технические условия ее приемки; операционный эскиз заготовки на предшествующую и выполняемую операции (если приспособление конструируют для промежуточной операции); карта (или описание) технологического процесса обработки данной заготовки с указанием последовательности и содержания операций, принятого базирования, используемого оборудования и инструмента, режимов резания, а также проектной нормы штучного времени с выделением вспомогательного времени на установку, закрепление и снятие заготовки; ГОСТы и нормали на детали и узлы станочных приспособлений, а также альбомы нормализованных конструкций приспособлений.

При проектировании выбирают конструкции и размеры установочных элементов приспособления, определяют необходимую силу зажима и уточняют схему и размеры зажимного устройства; определяют размеры направляющих элементов, затем производят общую компоновку приспособления, устанавливают допуски на размеры деталей и технические условия на сборку.

Конструирование приспособления должно быть увязано с разработкой технологического процесса изготовления детали, так как при разработке процесса выбирают технологические базы, устанавливают маршрут обработки с указанием промежуточных размеров и допусков на них, уточняют содержание технологических операций и разрабатывают эскизы обработки, дающие представление об установке и закреплении заготовки, устанавливают режимы резания, определяют штучное время на операцию по элементам, выбирают режущий инструмент, а также тип и модель станка.

Кроме того, необходимо знать основные размеры станка, связанные с установкой приспособления (размеры стола, размеры и расположения Т-образных пазов, наименьшее расстояние от стола до шпинделя, размер конуса шпинделя и т. п.), и общее состояние станка. Конструкцию приспособления выбирают также в зависимости от программы выпуска.

При конструировании вначале уточняют схему установки. Зная принятое базирование, точность и шероховатость базовых поверхностей, определяют тип и размер установочных элементов, их количество и взаимное положение.

Определив по заданным режимам обработки силу резания, устанавливают место приложения зажимных сил и определяют их значение. Исходя из запроектированного времени на закрепление и снятие заготовки, типа приспособления (одно- и многоместное), конфигурации и точности заготовки, а также значения зажимных сил выбирают тип зажимного устройства и определяют его основные размеры. Одновременно устанавливают тип и размер направляющих элементов и элементов контроля положения режущего инструмента.

Затем выбирают необходимые вспомогательные устройства и устанавливают их конструкции и размеры исходя из массы заготовки и требуемой точности обработки. При выборе конструкции и размеров этих элементов используют нормали и стандарты.

Разработку общего вида приспособления начинают с нанесения на лист контура заготовки. В зависимости от сложности схемы приспособления вычерчивают несколько проекций заготовки. Заготовку целесообразно показывать тонкими или штрихпунктирными линиями, чтобы она выделялась на чертеже приспособления. После этого вычерчивают отдельные элементы приспособления вокруг контуров заготовки. Сначала — установочные элементы (опоры), затем — зажимные устройства, направляющие элементы инструмента и вспомогательные устройства, в заключение определяют контуры корпуса приспособления.

По точности исполнения размеры элементов приспособления можно разбить на три группы. К первой группе относятся размеры тех сопряжений, от которых зависит точность выполняемой обработки, например расстояние между осями кондукторных втулок. Неточность этого размера влияет на расстояние между осями просверленных в заготовке отверстий. К первой группе относятся также размеры установочных элементов: от точности их выполнения зависит положение заготовки в приспособлении. Во вторую группу входят размеры тех сопряжений от погрешностей которых точность обработки не зависит, например, размеры сопряжении зажимных устройств, выталкивателей и других вспомогательных механизмов. К третьей группе относятся свободные размеры обрабатываемых и черных поверхностей. Допуски на размеры первой группы в 2...3 раза меньше допусков на размеры заготовки, выдерживаемые при обработке. Допуски на размеры второй группы назначают в зависимости от характера и условий работы сопряжения.

При проектировании проверяют точность, получаемую при обработке в данном приспособлении, рассчитывают усилия зажима и экономическую целесообразность изготовления приспособления.

Проверка точности производится по формуле

,

где d
дет
— допуск на обрабатываемый размер детали;

d
пр
=
d
дет
/3
— допуск на соответствующий размер приспособления;

D
обр
- средняя экономическая точность обработки (определяется по опытным или справочным данным);

e
у
- погрешность установки (рассчитывается по схеме, соответствующей расположению обрабатываемой детали в приспособлении, при расчетах, связанных с базированием обрабатываемой детали).

Расчет усилий зажима производятся в соответствии со схемой приспособления. Примеры расчетов рассмотрены в 4.2.2.

Для определения экономичности приспособлений обычно сопоставляют различные их конструктивные варианты для данной операции. Принимая одинаковыми расходы на режущий инструмент, амортизацию станка и электроэнергию, при осуществлении этих вариантов определяют и сопоставляют элементы себестоимости обработки, зависящие от конструкции приспособления, себестоимость С в рублях можно определить по следующей формуле:

,

где Зшт
— зарплата станочника, отнесенная к одной детали, грн.;

Нц

— цеховые расходы, %;

Зпр
— затраты на изготовление приспособления, грн.;

П
— годовая программа выпуска деталей, шт.;

Рпр
— расходы, связанные с применением приспособлений (ремонт, содержание, регулировка), %;

Апр
— срок амортизации приспособления, год.

Для определения Зшт
нужно знать штучное время данной операции Тшт
и минутную ставку зарплаты рабочего 3ст
:

Зшт
= Тшт
+3ст.

Однако точные значения затрат на изготовление приспособления можно определить на основе калькуляции только после составления рабочих чертежей и разработки технологических процессов изготовления приспособлений. Поэтому можно пользоваться приближенным способом определения затрат на изготовление приспособлений Зпр
по формуле

Зпр
=
nK
,

где n
— число деталей в приспособлении; для простых приспособлений K
=15
, для приспособлений средней сложности R=30 и для сложных приспособлений K
=40
.

Величину A
пр
принимают равной сроку в годах, в течение которого конструируемое специальное приспособление будет использовано для выпуска заданной продукции. Если производимая продукция носит постоянный характер, то для простых приспособлений A
пр
=1
, для приспособлении средней сложности A
пр
=2...3
и для сложных приспособлений A
пр
=4...5
. Величину Рпр
берут равной 20%.

5.1
Проектирование
станочных приспособлений с применением САПР

Сейчас трудно представить себе современное промышленное предприятие или конструкторское бюро без компьютеров и специальных программ, предназначенных для разработки конструкторской документации или проектирования различных изделий. Применение ПК в данной области стало свершившимся фактом, доказало свою высокую эффективность. Сама жизнь заставляет руководителей предприятий и специалистов заниматься вопросами автоматизации работы конструкторских и технологических подразделений. Переход на машинное проектирование позволяет существенно сократить сроки разработки конструкторской и технологической документации и тем самым ускорить начало производства новых изделий. Одновременно повышается качество как самих конструкторских разработок, так и выпускаемой документации. Чертежи самой конкурентоспособной продукции, выполненные вручную на кульмане, сегодня производят отрицательное впечатление на партнеров, ставя под вопрос заключение выгодных контрактов.

Та же ситуация складывается и в области образования. Сегодня высшие и средние специальные учебные заведения уделяют большое внимание применению компьютерной техники при обучении студентов. Уже в рамках вуза студенты осваивают самые перспективные технологии проектирования, приобретают навыки работы с компьютером и системами машинной графики.

Внедрение CAD/CAM- затрагивает не только студентов, но и преподавателей. Специалисты, даже в условиях кризиса высшей школы, находят возможность осваивать компьютерные технологии и использовать их в учебном процессе и на производстве, что открывает широчайший простор для различных инженерных новаций.

Падение цен на вычислительную технику сделало современный компьютер доступным для домашнего пользования. В этом случае можно говорить не о поверхностном знакомстве с предметом, а о его реальном освоении.

Пройдя долгий путь проб и ошибок , специалисты КБ пришли к пониманию того , какой должна быть современная САПР для ее успешного использования в условиях обычного предприятия и сделали свой выбор в пользу определенной системы. Наиболее приемлемая система КОМПАС - LT, разработанная российской компанией АСКОН. Это облегченная версия популярного чертежного редактора КОМПАС. Она содержит достаточный чертежный инструментарий для выполнения чертежей любого уровня сложности с полной поддержкой используемых в странах СНГ стандартов. Простой и понятный интерфейс этой программы удачно сочетается с гибкостью профессиональной системы при построении, выделении, удалении объектов чертежа, наборе текста по ГОСТ и ДСТУ, простановке размеров всех типов, допусков формы и расположения поверхностей, позиций, баз и т.д.

КОМПАС - LT ориентирован на тех, кому необходим инструмент для выполнения проектно-чертежных работ, кто по разным причинам не имеет возможности использовать какую-либо профессиональную систему инженерной графики. В первую очередь, - это инженеры машиностроительных предприятий и конструкторских бюро, работники проектных организаций в области строительства, студенты технических вузов, техникумов и колледжей, - все те, кто выполняет большой объем чертежно-проектных работ. Как показала практика, наличие хорошей чертежной программы на ПК значительно облегчает работу специалиста на предприятии, преподавателя или студента в учебном заведении. Например, использование КОМПАС - LT на домашнем компьютере в 3-4 раза повышает отдачу и эффективность работы студентов с профессиональным пакетом КОМПАС на семинарских занятиях. КОМПАС - LT предназначен для использования на персональных компьютерах типа IBM PC 486/Pentium, работающих под управлением русскоязычной либо корректно русифицированной версии операционных систем MS Windows 95/98/NT.

Основы проектирования и эксплуатации технологического оборудования ГЭТ: Конспект лекций для студентов 5 курса специальности 7.092.202. – «Электрический транспорт». Сост. Мовчан Н.М., Бабичева О.Ф., Закурдай С.А. – Харьков: ХГАГХ, 2003. – 68 с.

Составители: Николай Митрофанович Мовчан,

Ольга Федоровна Бабичева,

Светлана Александровна Закурдай

Редактор: Н.З.Алябьев

Корректор: З.И. Зайцева

План 2003, поз. 16

Подп. к печати 01.07.2003г. Формат 60х84 1/16.

Бумага офисная Печать на ризографе Уч. – изд. л. 2,1.

Тираж 150 экз. Зак. № Цена договорная.

61002, Харьков, ул. Революции, 12.

Сектор оперативной полиграфии ВЦ ХГАГХ