Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 264
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
ГОРЛІВСЬКИЙ МАШИНОБУДІВНИЙ КОЛЕДЖ
ТЕОРЕТИЧНИЙ ПОСІБНИК
з дисципліни
«Технологічне оснащення»
м.Горлівка, 2012
Теоретичний посібник з дисципліни «Технологічне оснащення». Розробив викладач: Н.М. Омельянчук – Горлівка: ГМК, 2012.
Викладені теоретичні основи навчального матеріалу з курсу «Технологічне оснащення» у вигляді тематичних лекцій відповідно робочій навчальній програмі дисципліни за денною формою навчання.
Призначений для використання при організації аудиторного навчального процесу та самостійному опрацюванні програмного матеріалу студентами спеціальності 5.05050302 «Технологія обробки матеріалів на верстатах і автоматичних лініях» денної та заочної форм навчання.
Затверджено на засіданні комісії фахової підготовки за галуззю знань «Машинобудування та матеріалообробка»
Протокол № 1 від 2012.09.03
Голова ц/к ________________ О.В. Іващенко
ЗМІСТ
|
Модуль |
Тема |
Стор. |
|
Змістовний модуль 1 ПФ.Д.01.ПР.0.05.05 Загальні відомості про пристрої, їх класифікація |
Вступ. Призначення дисципліни. Тема 1. Загальні відомості про пристрої, їх класифікація. 1.1 Загальні відомості про пристрої, їх класифікація. |
6 |
|
1.2 Основні конструктивні елементи пристроїв |
13 |
|
|
Змістовний модуль 2 ПФ.Д.01.ПР.0.05.06 Базування заготованок в верстатних пристроях |
Тема 2. Базування заготованок в верстатних пристроях 2.1Класифікація поверхонь деталей |
14 |
|
2.2 Поняття про базування, бази |
16 |
|
|
2.3 Класифікація та призначення баз |
17 |
|
|
2.4 Основні схеми базування |
23 |
|
|
2.5 Правило шести точок |
27 |
|
|
2.6 принцип базування |
26 |
|
|
2.7 Визначенності і невизначенності базування |
29 |
|
|
2.8 Кількість баз і опорних точок |
30 |
|
|
2.9 Установка заготовки в пристрій |
34 |
|
|
2.10 Зміна баз та перерахунок конструкторських розмірів |
38 |
|
|
2.11 Основні правила вибору технологічних баз |
43 |
|
|
Змістовний модуль 3 ПФ. Д.01.ПР.0.05.07 Настановні елементи пристроїв |
Тема 3 Настановні елементи пристроїв 3.1 Призначення та технічні вимоги до настановних елементів. Основні та допоміжні опори. Плоскі опори. Конструкції основних плоских опор. Допоміжні плоскі опори. Настановні елементи пристроїв для встановлення по зовнішнім і внутрішнім циліндричним поверхням |
46 |
|
3.2 Встановлення заготовок по центровим гніздам. |
51 |
|
|
3.3Графічне зображення опор і настановочних пристроїв |
53 |
|
|
3.4 Похибки встановлення заготованок |
57 |
|
|
Змістовний модуль 4 ПФ.Д.01.ПР.005.08 Затискні елементи пристроїв |
Тема 4 Затискні елементи пристроїв 4.1 Призначення та технічні вимоги. Формули для визначення зусиль затиску |
60 |
|
4.2 Гвинтові затискачі |
87 |
|
|
4.3 Прихвати |
100 |
|
Змістовний модуль 5 ПФ.Д.01.ПР.005.09 Настаново-затискне обладнання пристроїв |
Тема 5 Настаново-затискне обладнання пристроїв 5.1 Призначення. Формули для визначення зусиль затиску |
110 |
|
5.2 Механізація та автоматизація |
130 |
|
|
5.3 Стандарти на настоново-затискне обладнання |
137 |
|
|
Змістовний модуль 6 ПФ.Д.01.ПР.005.10 Напрямні та настроюючі елементи пристроїв |
Тема 6 Напрямні та настроюючі елементи пристроїв 6.1 Пристрої для координування й напрямку інструмента |
141 |
|
6.2 Класифікація спорядження та його елементів |
145 |
|
|
6.3. Пристрої для виставлення різальних інструментів на заданий розмір |
154 |
|
|
Змістовний модуль 7 ПФ.Д.01.ПР.005.11 Ділильне та поворотне обладнання |
Тема 7 Ділильне та поворотне обладнання |
158 |
|
Змістовний модуль 8 ПФ.Д.01.ПР.005.12 Корпуси та допоміжні елементи пристроїв |
Тема 8 Корпуси та допоміжні елементи пристроїв |
165 |
|
Змістовний модуль 9 ПФ.Д.01.ПР.005.13 Універсальні та спеціалізовані верстатні пристрої |
Тема 9 Універсальні та спеціалізовані верстатні пристрої 9.1 Спорядження для токарних гвинторізальних верстатів |
168 |
|
9.2 Автоматизація технологічного сорядження |
171 |
|
|
9.3 Пристрої для автоматичних ліній і верстатів |
178 |
|
|
9.4 Пристрої для верстатів із програмним керуванням |
183 |
|
|
Змістовний модуль 10 ПФ.Д.01.ПР.005.14 Універсально-збірні та збірно-розбірні пристрої |
Тема 10 Універсально-збірні та збірно-розбірні пристрої. 10.1 Загальні положення |
192 |
|
10.2 Універсально-налагоджувальні пристрої |
195 |
|
|
10.3 Універсально-збірні пристрої |
197 |
|
Змістовний модуль 11 ПФ.Д.01.ПР.005.25 Допоміжний інструмент |
Тема 11 Допоміжний інструмент 11.1 Допоміжні пристрої та інструменти для свердлильних верстатів |
203 |
|
11.2 Допоміжні пристрої та інструменти для фрезерних верстатів |
212 |
|
|
11.3 Допоміжні пристрої та інструменти для токарних верстатів |
214 |
|
|
11.4 Допоміжні пристрої та інструменти для верстатів з програмним керуванням |
215 |
|
|
Змістовний модуль 12 ПФ.Д.09.3Р.01.01.01 Методика проектування верстатних пристроїв |
Тема 12 Методика проектування верстатних пристроїв 12.1 Розрахунок пристосування на точність |
224 |
|
12.2Автоматизоване проектування пристроїв |
239 |
|
|
Змістовний модуль 13 ПФ.Д.09.3Р.01.01.02 Методика проектування вимірювальних пристроїв |
Тема 13 Методика проектування вимірювальних пристроїв 13.1 Призначення та класифікація пристроїв |
246 |
|
13.2 Основні схеми та елементи контрольно-вимірювальних пристроїв |
248 |
|
|
13.3 Приклади застосування контрольно-вимірювальних пристроїв |
255 |
|
|
13.4 Розрахунок точності контрольно-вимірювальних пристроїв |
261 |
|
|
Список літератури |
264 |
ВСТУП
Технологічне оснащення механооброблювальних верстатів є однією з основних дисциплін у програмі навчання фахівців з технології машинобудування.
У машинобудуванні якість, енергомісткість і вартість родукції, безпека та продуктивність праці здебільшого зумовлені рівнем технології, вдалим основного устаткування та якістю його спорядження.
Технологічне оснащення дає змогу значно розширити виробничі можливості основного устаткування, уникнути малопродуктивного та втомливого розміщування заготованок перед їх обробленням, зменшити обсягручної праці; механізувати та автоматизувати процеси встановлення, закріплення та знімання заготованок, транспортування їх міжопераціями. Вдало дібране технологічне спорядження забезпечує обслуговування декількох верстатів одним робітником, скорочує терміни налагодження та виробництва продукції, знижуєвимоги до кваліфікації робітників, тобто значно пришвидшує та здешевлює виробництво продукції машинобудування, зберігаючи заданий рівеньї якості.
Дисципліна «Технологічне оснащення», як основна складова частина курсу технології машинобудування, базується на набутих знаннях з фізики, математики, хімії, матеріалознавства, технології конструкційних матеріалів, теоретичної механіки, креслення, деталей машин, взаємозамінності, стандартизації, технічни хвимірювань, основ технології машинобудування.
Змістовний модуль 1
ПФ.Д.01.ПР.0.05.05
Загальні відомості про пристрої, їх класифікація
Призначення дисципліни. Тема 1. Загальні відомості про пристрої, їх класифікація.
1.1 Загальні відомості про пристрої, їх класифікація.
1.2 Основні конструктивні елементи пристроїв
1.1 Загальні відомості про пристрої, їх класифікація.
Терміни й означення
Технологічним оснащенням у машинобудуванні називають допоміжні механізми та агрегати для оброблювальних верстатів, що розширюють їх технологічні можливості під час оброблення, складання та контролю якості виготовлю вальних виробів. До технологічного оснащення верстатів належать універсальні та спеціальні пристрої, допоміжний технологічний інструмент і силові рушії.
Найчастіше застосовують технологічні пристрої, що полегшують процеси оброблення заготованок, складання готових деталей та вузлів, складніші вузли, механізми, агрегати, машини тощо, а також вимірювання та контролю якості об’єктів виробництва. Технологічні пристрої розміщують як безпосередньо на оброблювальних верстатах (на робочих столах, супортах, шпиндельних бабках тощо), так і поза ними, на окремих робочих місцях. До останніх належать пристрої для вимірювання та контролю якості об’єктів виробництва.
Технологічні пристрої служать для встановлення та закріплення на них оброблювальних заготованок, напрямних для різальних інструментів (кондукторських втулок) і заготованок (люнетів), контрольно-вимірювальних перетворювачів, деталепроводів і магазинів для заготованок і готових деталей (складальні пристрої) тощо.
Сучасне машинобудівельне виробництво має у своєму розпорядженні великий парк технологічних пристроїв. У серійному та масовому виробництві на кожну оброблювану заготовану припадає здебільшого кілько технологічних пристроїв. Значну їх частину становлять верстатні пристрої, що служать для встановлення та закріпленні оброблювальних заготованок.
Розширена номенклатура оброблюваних заготованок і оброблювальних верстатів зумовлює відповідно велике розмаїття технологічних пристроїв. Тому актуальними є уніфікація та стандартизація як самих об’єктів виробництва, так і технологічних пристроїв.
Уніфіковані та універсальні технологічні пристрої частково виготовляють верстатобудівні підприємства, комплектуючи ними оброблювальні верстати (супорти, револьверні та свердлильні головки, палети, супутники, патрони, лещата, ділильні та обертальні механізми, борштанги, оправки, куники.
Призначення технологічного оснащення
За цільовим призначенням технологічнео снащення поділяють на групи.
Верстатні пристрої застосовують для встановлення та закріплення заготованок з метою їх оброблення різальними інструментами. До них належать також спеціальні пристрої для виготовлення деталей вигинанням, зварюванням, завальцюванням, заклепуваннямтощо.
Пристрої для встановлення та закріплюванн яробочих інструментів (різальних, контрольних, вимірювальних) часто називають ще допоміжними інструментами. До них належать патрони для свердел, розвертачок, мітчиків, індикаторів, багатошпиндельні, фрезерні та свердлильні головки, інструментальні держаки тощо.
Складальні пристрої призначені для з’єднуваннядвох і більше деталей у складнішівиробизізастосуваннямрухомих і нерухомихприпасувань деталей, з’єднуваних за допомогоюрізьбових, заклепуваних, лютованих, склеюваних, зварюванихз’єднаньтощо.
Контрольно-вимірювальні пристрої забезпечують контроль якості виробів як під час їх виготовлення, так і після його завершення.
Транспортувальні пристрої здійснюють переміщення, обертання, подавання та приймання заготованок і готових виробі впід час оброблення, сортування, рахування, пакування, вимірювання та контролювання параметрів.
Схоплювальні пристрої (захоплювачі) застосовують для промислових роботів (ПР), маніпуляторів, автоматичних виробничих модулів, ліній тощо.
Технологічне оснащення дає змогу обходитись без трудомістких операцій розміщування заготованок, вивіряння їх положення на оброблювальних верстатах і контрольно-вимірювальних приладах.
Основним призначенням технологічного оснащення є підвищення продуктивност іпраціі, тобто зменшення штучного часу, потрібного для виконання будь-якої виробничої операції, який визначають за формулою:
t = t + t + t + t + t + (1.1)
де t – так званий штучний час; t – основний час; t- допоміжний час; t - час для технічного обслуговування; t – час для організаційного обслуговування; t – час регламентованих перерв у роботі; t – час для підготовочно-завершальних заходів; n–кількість заготованок у одній партії.
Основний час зменшують такими способами: одночасно здійснюють оброблення кількома різальними інструментами замість одного, використовуючи багатошпиндельні фрезерні, свердлильні та револьверні головні багаторізцеві держаки тощо; водночас обробляють декілька заготованок допомогою багатомісних пристроїв; підвищують режим різання, застосовуючи пристрої з більшою жорсткістю конструкцій тощо.
Допоміжний час зменшують шляхом суміщення процесів встановлення та закріплення наступної заготованки під час оброблення попередньої. Скорочують допоміжний час також, усуваючи потреби вивіряння положення заготованки на робочому місті, використовуючи швидкочинні механізми закріплення замість ручнихз атискачів, а також автоматичні завантажувальні, виштовхувальні, обертальні, ділильні, багатопозиційні механізми, що дають змогу повністю чи частково поєднувати допоміжний час з основним.
Час для технічного обслуговування зменшують, використовуючи швидкозмінні патрони, головки, багаторізцеві держаки, яки забезпечують налагодження різальних інструментів на потрібні розміри поза верстатами також калібри для розмірного налагодження різальних і вимірювальних інструментів.
Час організаційного обслуговування зменшують, застосовуючи у технологічних пристроях лотки, вікна та інші механізми для видалення, транспортування та сортування стружки.
Час регламентованих перерв у роботі верстатників скорочують, використовуючи автоматизовані механізми замість ручних.
Зменшують час виконання підготовчо-завершальних заходів за допомогою швидкопереналагоджуваних пристроїв для базування заготованок без вивіряння, механізованого та автоматизованого прибирання стружки тощо.
Технологічне оснащення дає змогу значно розширити можливості оброблення заготованок. Навіть універсальне устаткування, яким обладнані механічні цехи та дільниці, має обмежені технологічні можливості. Спеціальне технологічне оснащення значно розширює можливості оброблювального устаткування та дає змогу виконувати такі роботи, для яких це устаткування не призначене. Наприклад, за допомогою спеціальних пристроїв на токарних верстатах виконують протягування, фрезування, шліфування; фрезерних верстатах – розточування та довбання; на одношпиндельних верстатах – одночасне оброблення багатьох отворів тощо.
Класифікація технологічного оснащення
Класифікують технологічне оснащення за різними ознаками. За призначенням оснащення поділяють на верстатні пристрої для встановлення та закріплення заготованок під час їх оброблення різанням, складальні та контрольно-вимірювальні пристрої, допоміжні технологічні пристрої для встановлення та закріплення різальних інструментів, пристрої для транспортування, захоплювачі для роботів і маніпуляторів тощо.
За типами основного устаткування, для якого призначене оснащення, його поділяють на оснащення для токарних, шліфувальних, фрезувальних, стругальних, протягу вальних, координатно-розточувальних верстатів, автоматичного устаткування (автоматів, ліній), гнучких автоматизованих модулів, промислових роботів, маніпуляторів, верстатів з програмним керуванням тощо.
За спеціалізацією технологічне оснащення поділяють на групи:
За універсальністю та способом переналагодження розрізняють такі пристрої:
За ступенем механізації та автоматизації оснащення поділяють на ручне, механізоване, автоматизоване та автоматичне.
Залежно від застосовуваних типів рушіїв оснащення буває з ручним , механічним самозатискним, пневмогідравлічним, пневмомеханічним, гідромеханічним, автономним, неавтономним рушіями; з пневмогідравлічним акумулятором тощо.
Часто замість класифікації технологічного оснащення класифікують його складові частини та окремі елементи, що можуть бути як складними механізмами (ділильними, фіксу вальними, затискними, рушійними, напрямними тощо), так і простими деталями (установними, затискними, штовхальники, закріплювальними, підсилювальними, ущільнювальними тощо).
1.2 Основні конструктивні елементи пристроїв
1 Настановні – служать для визначення положення оброблюваної поверхні заготовки щодо різального інструменту.
2 Затискачі – для закріплення оброблюваної заготовки.
3. Напрямні – для додання необхідного напрямку руху різального інструменту щодо оброблюваної поверхні.
4.Корпус пристосувань – основна частина, на якій розміщають усі елементи пристосування.
5.Кріпильні – для з’єднання окремих елементів пристосувань.
6.Ділильні або поворотні – для зміни положення оброблюваної поверхні заготовки щодо різального інструменту.
7. Механізоровані приводи – для затиску оброблюваної заготовки
Контрольні питання
Змістовний модуль 2
ПФ.Д.01.ПР.0.05.06
Базування заготованок в верстатних пристроях
Тема 2. Базування заготованок в верстатних пристроях
2.1Класифікація поверхонь деталей
2.2 Поняття про базування, бази
2.3 Класифікація та призначення баз
2.4 Основні схеми базування
2.5 Правило шести точок
2.6 принцип базування
2.7 Визначенності і невизначенності базування
2.8 Кількість баз і опорних точок
2.9 Установка заготовки в пристрій
2.10 Зміна баз та перерахунок конструкторських розмірів
2.11 Основні правила вибору
2.1 Поняття про базування, бази
2.1 Класифікація поверхонь деталей
Кожна машина має своє службове призначення, під яким розуміється максимально уточнене і чітко сформульоване завдання, яке вона повинна виконувати. Деталь, будучи складовою частиною машини, також має своє службове призначення, яке вона виконує за допомогою своїх складових частин — поверхонь.
З огляду на службове призначення окремої деталі розрізняють чотири види поверхонь. Перший вид 1 — це поверхні робочі або виконавчі, за допомогою яких виконується службове призначення деталі.
Поверхні 2 — основні базуючі, тобто поверхні, за допомогою яких визначається положення деталей в машині, на які деталь базується, за допомогою яких деталь приєднується при збиранні до інших деталей.
Поверхні 3 — допоміжні базуючі, тобто поверхні, до яких приєднуються інші деталі.
Поверхні 4 — вільні. Це всі інші поверхні, що завершують конструкційну форму деталі.
На рис. 1, г показана конструкція проміжного валика. Службове
а — різець; б — фреза; в — корпус підшипника; г — вал; з — шестірня; 1 — робочі (виконавчі) поверхні; 2 — основні базуючі; 3 — допоміжні базуючі; 4 — вільні поверхні
Рисунок 2.1 — Поверхні деталей машин
призначення цієї деталі: передача заданого крутного моменту з вхідного на вихідний вали редуктора. Для виконання службового призначення необхідно мати дві циліндричні поверхні 2, що визначають положення валика в редукторі (посадочні місця під підшипники), а також дві циліндричні поверхні З, як посадочні місця шестерні. Крім цього, необхідні дві плоскі поверхні, які б визначали положення зубчастих колес у напрямку осі валика, а також на поверхнях 3 поверхні пазів під шпонки, що передаватимуть крутний момент від зубчастого колеса на вал і з вала на друге зубчасте колесо. Щоб надати валику закінченої конструкційної форми, необхідно мати ряд вільних поверхонь.
Класифікація поверхонь при механічній обробці заготовок:
оброблювальні поверхні, які піддають впливу інструмента при виконанні операції;
поверхні, за допомогою яких забезпечується необхідне поло ження заготовки відносно елементів верстата і ріжучого інструмента — технологічні бази;
поверхні, що сприймають зусилля затиску при закріпленні заготовки;
поверхні, від яких вимірюють отримані розміри — вимірю вальні бази;
вільні поверхні, які не піддають обробці на даній операції і які не виконують інших функцій із числа вище наведених.
2.2 Поняття про базування, бази.
В основу теорії базування покладено розділ теоретичної механіки про визначення положення вільного твердого тіла в просторі.
Як відомо, теоретична механіка розглядає два стани тіла — спокою та руху. Поняття ці відносні і мають сенс лише тоді, коли вказується система відрахунку. Якщо положення тіла відносно системи відрахунку протягом часу не змінюється — тіло перебуває в стані спокою, якщо змінюється — в стані руху.
Потрібні положення або рух тіла відносно системи відрахунку досягаються накладанням на нього координатних (геометричних) або кінематичних зв'язків. Зв'язками називають умови, які накладаються або на положення або на швидкості точок тіла. В першому випадку зв'язки називають координатними (геометричними), а в другому — кінетичними. Якщо на тіло накладені геометричні зв'зки, то завдяки їм деякі переміщення тіла виявляться неможливими. Можливим переміщенням тіла називаються елементарні переміщення, які можна здійснити без порушення накладених на тіло зв'язків. Число таких можливих переміщень називають числом ступенів вільності даного тіла.
Якщо тверде тіло може одержувати будь-яке переміщення в просторі, то таке тіло називають вільним. Таке тіло має 6 ступенів вільності: три переміщення уздовж координатних осей і три обертання навколо цих осей.
Таким чином, щоб зробити тіло нерухомим, необхідно позбавити тіло шести ступенів вільності, а для цього необхідно на нього накласти шість зв'язків. За реальних умов зв'язки практично здійснюються за допомогою матеріальних тіл. Реалізація двосторонніх геометричних зв'язків досягається стиканням поверхонь тіла з поверхнями іншого тіла, до якого воно приєднується, і прикладанням сил і пар сил для забезпечення контакту між ними.
Базування — це процес орієнтації деталі (заготовки) з метою надання їй потрібного положення відносно вибраної системи координат: при складанні — надання деталі потрібного положення у виробі відносно інших, раніше вставлених деталей або виробів; при механічній обробці — надання заготовці потрібного положення на верстаті відносно траєкторії оброблювального інструменту. При вимірюванні — надання заготовці або деталі потрібного положення відносно вимірювального інструменту.
Поверхні, лінії або точки, за допомогою яких визначається положення деталі у вузлі при складанні або заготовки в пристосуванні на верстаті при механічній обробці, називають базами.В першому випадку, тобто при складанні, поверхні базування називають конструкторськими базами, а в другому випадку, тобто при механічній обробці — технологічними базами.
Верстат, пристрій, заготовка мають свої системи координат. Тому при встановлюванні заготовки необхідно придати їй визначене положення відносно системи координат пристрою чи верстата.
2.3 Класифікація та призначення баз
Бази класифікуються за наступними основними ознаками: за призначенням, за позбавленням ступенів вільності та за характером проявлення.
За призначенням відрізняють бази конструкторські, технологічні, настроювальні та вимірювальні.
Рисунок 2.2 – Схема класифікації баз.
Конструкторська база — це база, що використовується для визначення положення деталі або складальної одиниці у виробі. Залежно від того, яку роль відіграють базуючі поверхні відносно деталі, розрізняють основні та допоміжні бази. Основними базами називаються такі поверхні деталі, якими ці деталі установлюються у вузлах машин або на інших деталях. Прикладом основної бази є отвір зубчастого колеса або шківа, якими насаджуються ці деталі на вали. Допоміжні бази — це такі поверхні деталі, які використовуються для визначення положення приєднуваних до них виробів.
Технологічна база — це база, що використовується для визначення положення заготовки або виробу в процесі виготовлення або ремонту. На цю базу заготовка установлюється при обробці. Якщо технологічною базою є необроблена поверхня, така база називається чорновою; а якщо базою є оброблена поверхня — чистовою.
Настроювальна база — це поверхня на пристрої чи верстаті, від якої здійснюється установка (настройка) на розмір обробки різальних інструментів і упорів верстата.
Для здійснення установки (настройки) різальних інструментів на верстаті відносно певних поверхонь заготовки необхідно, щоб ці поверхні займали на пристрої-верстаті при зміні заготовок незмінне положення відносно упорів верстата, які при цьому визначають кінцеве положення різальних інструментів. До таких поверхонь заготовки відносяться опорні поверхні, що і визначає їх широке використання в якості настроювальних баз, тобто настроювальною базою може бути і одна із оброблених поверхонь заготовки. Звичайно, це поверхня, по відношенню до якої орієнтуються оброблені поверхні заготовки і які при цьому пов'язані безпосередніми розмірами.
Вимірювальна база — це база, що використовується для визначення відносного положення заготовки або виробу і засобів вимірювання. Від цієї бази вимірюють розмір деталі.
Вимірювальна база на кресленні зв'язана з контрольованими поверхнями деталі безпосередніми розмірами або певними умовами. Звичайно, вимірювальна база збігається з конструкторською. Якщо вимірювальна база являє собою матеріальну поверхню, то вимірювання виконують звичайними прямими методами виміру. Якщо вимірювальна база — уявний елемент (бісектриса кута, осьова лінія, площина симетрії і т. ін.), то вона матеріалізується за допомогою допоміжних деталей (штирів, пальців, валиків, натягнутих струн, висків тощо), оптичних установок та інших пристроїв.
За відібраними ступенями вільності відрізняють:
Установча база — це поверхня, що має три опорні точки і позбавляє заготовку трьох ступенів вільності. Звичайно, ці поверхні мають максимальні габарити.
Напрямна база — поверхня, що має дві опорні точки і позбавляє заготовку двох ступенів вільності. Звичайно, ці поверхні мають максимальну довжину.
Опорна база — поверхня, що має одну опорну точку, і позбавляє заготовку одного ступеня вільності.
Циліндричну поверхню валика називають подвійною направляючою, а торцьову і бокову поверхню шпонкового пазу — опорною. (Вісь, що має чотири опорні точки, називають подвійною напрямною базою). Вісь для валиків є установчою технологічною базою.
У дисків: торцьова поверхня — установча база, циліндрична поверхня — подвійна опорна, площина шпонкового пазу — опорна база.
За позбавленими ступенями вільності база, як зазначалось раніше, може бути установчою, опорною, подвійною напрямною, подвійною опорною. Число ступенів вільності, що їх може відібрати у деталі, залежить від виду і розмірів її поверхні, таблиця 1.
Таблиця 2.1 — Число ступенів вільності, що відбирається у деталі залежно від виду і розміру поверхні бази
|
Вид поверхні бази |
Розміри бази |
Число ступенів вільності, що відбираються |
|
Площина |
велика |
3 |
|
вузька |
2 |
|
|
точкова |
1 |
|
|
Циліндрична зовнішня, |
довга |
4 |
|
внутрішня |
коротка |
2 |
|
Конічна зовнішня, внутрішня |
довга |
5 |
|
коротка |
3 |
Реальні поверхні, на які установлюється деталь (заготовка) при обробці, називаються явними (матеріальними).
Явна база — це реальна поверхня, лінія (розмічувальна риска) або точка перехрестя рисок.
В багатьох випадках проектування буває зручно визначити розташування окремих поверхонь заготовки по деяким уявним площинам, лініям або точкам (площина симетрії, осьова лінія, бісектриса кута, центрова точка), які в даному випадку називаються умовними або прихованими базами.
Застосування умовних (прихованих) баз при проектуванні є зручним через те, що дозволяє виключити із розрахунків неминучі похибки реальних поверхонь, знижуючих точність базування.
Розглянемо базування втулки по явній та умовній (прихованій) базі, рисунок 2.3 і рисинок 2.4
Рисунок 2.3 — Схема базування по матеріальній (явній) базі — по отвору на оправку з зазором.
В цьому випадку похибки базування будуть рівні величині зазора
Рисунок 2.4 — Схема базування по умовній (осі втулки) базі — на розжимну оправку (цангу).
В цьому випадку похибки базування не буде (тобто не буде ексцентриситету) зміщення зовнішньої і внутрішньої поверхонь. Це ускладнює пристрої, але підвищує точність обробки
Повне найменування баз повинне складатись із термінів виду баз, відповідних окремим класифікаційним ознакам і розташованих в такому порядку: за призначенням, позбавленими ступенями вільності, характером проявлення. Наприклад: основна установча явна база; технологічна напрямна прихована база; вимірювальна опорна явна база.
Коротке найменування баз складається з частки термінів виду баз. Наприклад: основна база; технологічна напрямна база; вимірювальна явна база.
Штучні технологічні бази. Якщо конфігурація заготовки не дає можливості вибрати технологічну базу, що дозволяє зручно, стало і надійно орієнтувати і закріплювати заготовку в пристрої або на верстаті, то вдаються до створення штучних технологічних баз. Наприклад, базування лопаток тощо.
Додаткові опорні поверхні. Для повного визначення положення заготовки в пристрої теоретично необхідно створити шість опорних точок. В цьому випадку положення заготовки в пристрої є статично визначеним.
Однак при обробці нежорстких заготовок шість опорних точок виявляється недостатнім — заготовка під впливом сил різання дефор мується і тому отримати потрібну точність не стає можливим. В цьому випадку технолог повинен знайти додаткові опорні точки (тобто повинен наче б то штучно збільшити жорсткість заготовки). Це, як правило, роблять за допомогою: люнета (рухомого або нерухомого) при оброблюванні нежорсткого (довгого) вала; додаткові упори при оброблюванні корпусних деталей тощо.
2.4 Основні схеми базування
Розглянемо приклади базування заготовок трьох класів: призм, валів і дисків.
При поєднанні двох координатних систем (системи координат заготовки з системою координат пристрою — верстата) шість коорди натних зв'язків перетворюються на шість опорних точок і заготовка позбавляється шістьох ступенів вільності.
З'ясуємо поняття координатний зв'язок і усунення ступенів вільності твердого тіла на прикладі призми — книжки на столі (рисунок 2.5, а). На площині ХОУв точках 1, 2, З, встановлені три спиці, на які покладена призма. Три спиці будемо розглядати як поверхню стола — площину XOY. Будемо рухати призму, не відриваючи при цьому її від поверхні стола — від спиць — координатних зв'язків, бо інакше будуть порушені ці зв'язки. Отже, як можна рухати призму — книжку по поверхні стола: поступально переміщувати уздовж осей OXi OYi обертати навколо осі 0Z. А в яких напрямках рухати призму не можна, не відриваючи її від столу, тобто не порушуючи координатні зв'язки: не можна рухати уздовж осі OZi не можна обертати навколо осей ОХ і 0Y. Таким чином, три координатні зв'язки — три спиці — три опорні точки на площині ХОГпозбавляють призму трьох ступенів вільності. Аналогічно опорні точки на інших координатних площинах.
Базування призм. Поєднуючи систему координат призми з системою координат верстата-пристрою досягають того, що координатні зв'язки перетворюються в опорні точки. Так, суміщуючи призму з площиною XOY на цій площині утворюється три опорні точки: 1, 2, З, які позбавляють призму (заготовку) можливості поступального переміщення уздовж осі 0Z і обертання навколо осі ОХ та осі 0Y, дивись рисунок 2.5, а.
а)
б)
в)
а-призма; б — валик; в — диск
Рисунок 2.5 — Усунення шістьох ступенів вільності накладанням геометричних координатних зв'язків
Суміщуючи призматичну заготовку з площиною YOZ, відповідно утворюються дві опорні точки 4 і 5, які позбавляють заготовку можливості переміщуватися уздовж осі ОХ і обертатися навколо осі OZ
Суміщуючи призматичну заготовку з площиною XOZ, отримують опорну точку 6, яка позбавляє заготовку можливості переміщення уздовж осі OY .
Якщо коротко, то: площина XOY— опорні точки 1, 2, З, — OZ , OX, OY — установча база; площина YOZ — опорні точки 4, 5 — ОХ , OZ — напрямна база; площина XOZ— опорна точка 6 — OY — опорна база; тобто ці опорні точки позбавляють заготовку 6-ти ступенів вільності.
При базуванні вала (рисунок 2.5, б) опорні точки 1, 2 на площині XOY позбавляють вал можливості: переміщуватись уздовж осі OZ і обертатись навколо осі ОХ і відповідно позбавляють заготовку двох ступенів вільності. Опорні точки З, 4 на площині YOZ позбавляють заготовку можливості переміщуватись уздовж осі ОХ і обертатись навколо осі OZ. Опорна точка б на площині YOX позбавляє заготовку можливості переміщуватись уздовж осі OY . Опорна точка 5 на площині XOY (паз) позбавляє заготовку можливості обертатись навколо осі OY або власної осі, тобто позбавляє заготовку шостого ступеня вільності. Таким чином, заготовка вала отримає визначене положення в системі координат верстата.
Циліндрична поверхня вала, яка несе на собі 4 опорні точки і позбавляє вал 4 ступенів вільності, називається подвійною направляючою базою. Поверхня, яка несе на собі одну опорну точку і позбавляє вал одного ступеня, називається опорною базою.
При базуванні диска (рисунок 2.5, в) опорні точки 7, 2, 3 на площині ZOX позбавляють заготовку можливості переміщуватись уздовж осі 0~Y , обертатись навколо осі OZ і ОХ, тобто позбавляють заготовку трьох ступенів вільності. Опорна точка 4 на площині YOZ позбавляє заготовку можливості переміщуватись уздовж осі ОХ . Опорна точка 5 на площині XOY позбавляє заготовку можливості переміщуватись уздовж осі OZ . Опорна точка 6 (в пазу) на площині XOY позбавляє заготовку можливості обертатись навколо власної осі OY, тобто позбавляє заготовку шостого ступеня вільності.
Диск — циліндрична деталь, у якої довжина циліндричної поверхні менша діаметра. У зв'язку з цим можливості орієнтування деталі по циліндричній поверхні значно обмежені порівняно з циліндричною поверхнею вала, зате у торцьової поверхні такі можливості зростають. Тому торцьова поверхня диска приймається за установчу базу, бо несе 3 опорні точки. А циліндрична поверхня несе на собі дві опорні точки і відповідно позбавляє диск двох ступенів вільності і називається подвійною опорною базою.
Для надання орієнтовного положення тілу з використанням його площин симетрії або осей поверхонь зв'язки повинні бути накладені безпосередньо на площини симетрії, осі, лінії або точки їх перетину. Базування по площинах симетрії, осях, лініях чи точках їх перетину реалізується за допомогою центруючих пристроїв: самоцентруючих призматичних лещат, підпружинених конічних (сферичних) пальців іт. ін.
Опорна точка — це точка, що символізує один з шести зв'язків заготовки з вибраною системою координат (з пристроєм).
База — це поверхня, лінія чи точка або їх сполучення (комбінація), що використовується для базування.
Схема базування — це схема розташування опорних точок на базових поверхнях заготовки.
а — знизу, збоку; б — спереду, ззаду (позаду)
Рисунок 2.6 — Умовне зображення опорних точок на схемах базування
На схемах базування всі опорні точки показують умовними знаками і нумерують порядковими номерами (арабськими цифрами) починаючи з бази, на якій розташовано найбільше число опорних точок, дивись рисунок 2.6. Схема базування наведена на рисунку 2.7
І, ІІ, ІІІ – бази деталі; 1,2,…,6 – опорні точки . Три основні базуючі поверхні
І – установоча; ІІ – напрямна; ІІІ - опорна
Рисунок 2.7 — Схема базування призматичної деталі
2. 5 Правило шести точок
Правило шести точок: для базування заготовки в пристрої необхідно і достатньо мати в ньому шість опорних точок, розташованих певним чином відносно базових поверхонь заготовки; або інакше: для забезпечення нерухомості заготовки у вибраній системі координат (в пристрої) необхідно і достатньо на заготовку накласти шість двосторонніх геометричних зв'язків, для створення яких необхідний комплект баз, які несуть шість опорних точок.
Але слід пам'ятати, що при цьому маються на увазі жорсткі двосторонні зв'язки, виключаючі можливість будь-якого переміщення тіла вздовж цих зв'язків.
При реалізації ж теоретичної схеми базування двосторонні зв'язки перетворюються в опорні точки і тим самим в односторонні зв'язки. Це означає, що досягнуте правильне положення деталі може змінитися під дією сил і моментів сил різання або складання. Для збереження отриманого при базуванні правильного положення деталі необхідно забезпечити неперервність контакту сполучених поверхонь деталей для жорсткого двостороннього зв'язку. Тому при реалізації теоретичної схеми базування не можна обмежуватись тільки створенням необхідних шести опорних точок, необхідно ще забезпечувати щільне й неперервне стикання відповідних поверхонь деталі (опорних точок) за допомогою силового замикання.
Якщо відповідно до службового призначення виріб повинен мати визначене число ступенів вільності, то відповідне число зв'язків знімається й замінюється кінематичними зв'язками.
Наприклад, шпинделі верстатів повинні бути позбавлені п'яти ступенів вільності, при збереженні можливості обертання навколо своєї осі. Полозки супорта верстата повинні зберігати один ступінь вільності, що дозволяє здійснити їх переміщення по напрямним.
2.6 Принципи базування
В теорії базування керуються трьома принципами.
Перший принцип — правило шести точок — для базування заготовки необхідно і достатньо мати шість опорних точок.
Другий принцип — принцип єдності (поєднання, суміщення) баз — настроювальна (установча) та вимірювальна бази повинні бути однією поверхнею, тобто необхідно прагнути до поєднання (суміщення) цих баз; це повинна бути одна і та ж поверхня.
Третій принцип — принцип сталості (постійності) баз — заготовку слід обробляти від одного комплекту баз (точніше, комплект баз повинен бути одним при оброблюванні певної поверхні по ходу ТП).
Будь-яке порушення цих принципів призводить до похибок базування.
2.7 Визначеність і невизначеність базування. Необхідність силового замикання
Для базування заготовки при механічній обробці (або деталі при складанні) необхідно і достатньо мати шість опорних точок.
Що значить необхідно і достатньо? Для того, щоб заготовка позбулася шести ступенів вільності, її необхідно зв'язати шістьома опорними точками.
Якщо таких точок буде менше, ніж шість, то буде спостерігатись невизначеність базування. Якщо опорних точок буде більше шести, то також буде спостерігатись невизначеність базування, тобто при цьому будуть зайві зв'язки.
В таких випадках говорять про визначеність або невизначеність базування. Під визначеністю базування розуміють незмінність її положення відносно поверхонь пристрою або верстата.
Для збереження отриманого при базуванні правильного положення заготовки необхідно забезпечити безперервний (неперервний) контакт спряжених баз заготовки і пристрою, тобто забезпечити двосторонній зв'язок заготовки і пристрою. Іншими словами, необхідно забезпечити визначеність базування заготовки.
З цією метою до заготовки прикладають сили, що створюють силове замикання між заготовкою і пристосуванням.
Сили і моменти, що створюють силове замикання і забезпечують нерозривність (неперервність, суцільність) контакту, повинні бути більшими за сили і моменти, що намагаються порушити цей контакт в процесі механічної обробки. Без дотримання цієї умови неможливо здійснити процес різання і досягнення потрібної точності.
Покажемо це на конструктивній схемі базування призматичної заготовки, рисунку 2.8.
а — на магнітній плиті; б — в пристрої
Рисунок 2.8 — Базування і кріплення заготовки
Встановлена на столі верстата чи в пристрої заготовка може в процесі механічної обробки під дією сил різання зміщуватися. Щоб цього не сталося, треба прикласти до деталі сили, які були б більшими за сили різання і забезпечили б постійний контакт заготовки з установочними елементами. Таке затискання деталі прийнято називати силовим затисканням.
Для створення силового затискання можна використовувати різні сили. Наприклад: пружні сили кріпильних деталей або механізмів, сили стисненого повітря або рідини, магнітні і електромагнітні сили, сили тертя, або, врешті, сили власної ваги і сили різання тощо.
2.8 Кількість баз і опорних точок, необхідних для установки заготовки
Чи завжди необхідно під час установки заготовки в пристрої позбавляти її шести ступенів вільності? Ні, не завжди. Кількість опорних точок, що повинна мати заготовка при установці залежить від кількості координатних розмірів, які необхідно забезпечити при обробці. Розглянемо це питання на конкретних прикладах.
1) Необхідно фрезерувати площину призматичної заготовки і забезпечит1 координатний розмір a, рис. 9, а. В цьому випадку достатньо тільки трьох опорних точок або однієї установчої бази.
2) Необхідно обробити наскрізь паз і забезпечити два координатних розміри.
Рисунок 2.9 — Схема базування призматичних заготовок координатних розмірів
В цьому випадку необхідно п'ять опорних точок або дві бази — дві базові поверхні — установча і напрямна, рисунок 2.9, б.
3) Необхідно обробити глухий паз і відповідно забезпечити три
в цьому випадку необхідно забезпечити шість опорних точок, тобто позбавити заготовку шести ступенів, або три бази — базові поверхні — установчу, напрямну та опорну. Якщо координатних розмірів буде не три, а більше, то всерівно, опорних точок повинно бути шість, тобто повинно діяти правило шести точок.
4) У втулці потрібно розточити наскрізний отвір, рисунок 2.10, а.
Рисунок 2.10 — Схема базування втулки
В цьому випадку при установці втулки їй необхідно забезпечити чотири опорні точки або одну базову поверхню — зовнішню циліндричну поверхню, що виконує роль подвійної напрямної бази.
5) Розточити глухий отвір і забезпечити два розміри d, рисунок 2.10, б. Для цього необхідно заготовці забезпечити 5 опорних точок або
дві бази — одна подвійна напрямна і установча і одна опорна база — опорна точка 5.
При механічній обробці валика заготовка повинна мати п'ять опорних точок або два центрових отвори.
При цьому лівий центровий отвір забезпечує три опорні точки 1, 2, З, які позбавляють валик трьох ступенів вільності — переміщення уздовж трьох координатних осей. Цей центровий отвір є опорно — центруючою базою.
Правий центровий отвір — опорні точки 4, 5 (рисунок 2.11, а) позбавляють заготовку валика двох ступенів рухомості — обертання навколо осі ОХ і осі OY. Конічна поверхня правого центрового отвору є центруючою базою.
Рисунок 2.11 — Схема базування валика
На токарних багаторізцевих та гідрокопіювальних напівавтоматах заготовки валиків часто установлюють в повідковий патрон з плаваючим центром, рис. 4.11, б. В цьому випадку центрові отвори — опорні точки 1, 2, 3, 4 позбавляють заготовку чотирьох ступенів рухомості —переміщення уздовж осей ОХ і OY та обертання навколо осей ОХі OY. Опорна точка 5 на торці позбавляє заготовку валика можливості переміщатися уздовж осі OZ . Але заготовка валика має можливості обертатись навколо власної осі — осі OZ.
2. 9 Установка заготовки в пристрої. Схема установки
Процес установки заготовки складається з двох моментів: орієнтації — базування і закріплення — силового замикання.
Для точної обробки заготовки необхідно здійснити її точне розташування відносно траєкторії руху інструменту і забезпечити сталість контакту в процесі обробки.
Перша задача розв'язується технологом при проектуванні теоретичної схеми базування.
Друга задача розв'язується конструктором по виготовленню технологічної оснастки.
При оформленні технологічної документації — операційних ескізів тощо рекомендується розробляти схеми установок, на яких умовними позначками показують опори і затискачі, дивись таблицю 2.2.
Таблиця 2.2 — Умовні позначення опор, зажимів та установочних пристроїв, відповідно ГОСТ 3.1107-81, та кількість позбавлених ступенів вільності заготовок
Продовження таблиці 2.2
Продовження таблиці 2.2
Коли центр плаває вздовж осі чи переміщується разом з піноллю закріплення заготовки (робота заднього центру), заготовка позбавляється 2-х ступеней вільності (центр тільки центрує заготовку).
3. При закріпленні в патронах і на розсувних оправках по довгій циліндричній поверхні (подвійна направляюча база), незалежно від числа кулачків і виду зажимного пристрою, заготовка позбавляється 4-х ступеней вільності.
При закріпленні по короткій циліндричній поверхні патрони і оправки тільки центрують заготовку в площині прикладення кулачків і позбавляють її 2-х ступеней вільності. Напрям осі заготовки при цьому не визначається. Якщо при закріпленні в патронах і оправках передбачається упор заготовки по торцю, визначаючи її положення в осьовому напрямі (опорна база), то заготовка позбавляється ще одного, тобто п'ятого ступеня вільності. Однак у цьому випадку на операційному ескізі, крім позначення патрона чи оправки необхідно додатково показувати опору по торцю заготовки.
4. При базуванні заготовки по довгому циліндричному гладенькому, різьбовому чи шліцьовому отвору на відповідній оправці з упором по торцю заготовка позбавляється 5-ти ступеней вільності (4 — по подвійній напрямній базі — циліндричній поверхні отвору і одна по упорній базі — торцю заготовки, що базується).
При базуванні коротких дисків циліндрична оправка також позбавляє заготовку 5-ти ступеней вільності, однак по циліндричній поверхні в цьому випадку відбувається тільки центрування заготовки з позбавленням її 2-х ступеней вільності. Напрям осі диска забезпечується його базуванням по великій торцьовій площині (установча база, що позбавляє заготовку 3-х ступеней вільності).
5. При установці заготовки циліндричним отвором на конічній беззапорній оправці тертя або конічній роликовій оправці заготовка позбавляється 5-ти ступеней вільності (довгий конус — упорно-направляюча база). Однак необхідно врахувати, що положення заготовки в осьовому напрямі в цьому випадку змінюється в широких межах, тому що похибка базування в цьому напрямку дуже сильно залежить від коливань діаметра базового отвору в межах його допуска, так як конусність оправки тертя дуже мала.
2.10 Зміна баз та перерахунок конструкторських розмірів
Вибір баз пов'язаний завжди з відповідним технологічним процесом механічної обробки і способом контролю розмірів деталі. Змінюючи технологічний процес або контрольні (вимірювальні) бази, ми, як правило, змінюємо технологічні бази і проводимо перерахунок конструкторських розмірів із застосуванням теорії розмірних ланцюгів. Прикладом може бути ступінчастий валик, форма і розміри якого встановлені згідно вимог службового призначення деталі (рисунок 2.12).
Ці розміри деталі є одночасно технологічними розмірами, якщо план обробки її такий:
а — обробка на токарному верстаті, б — обробка на токарно-револьверному верстаті
Рисунок 2.12 — Перерахунок розмірів ступінчастого валика при двох різних варіантах плана обробки.
Коли ж цей самий валик виконувати із прутка на револьверному верстаті, то план обробки буде такий:
1. Подача прутка до упору в револьверній головці торцем А, що тим самим стає установчою (настроювальною) базою для деталі та обточка кінця валика довжиною 20 мм з допуском 0,2 і підрізка уступа В.
2. Відрізка валика на розмір 50 з відповідним припуском на підрізку торця С.
3. Підрізка торця С і витримання розміру 30-0,2 з установкою
деталі в патроні або цанзі, причому установчою (настроювальною) базою є уступ В.
Допуск для розміру 20 встановлено, виходячи із того, що тепер замикаючим стає розмір 50+0,2 і його допуск повинен дорівнювати сумі допусків двох інших ланок 20 і 30. Тому що допуск і відхилення розміру 30 так само, як і розміру 50, задано, то звідси знаходиться допуск і відхилення розміру 20, на який настроюється інструмент-різець. Таким чином, одержуємо розміри і відхилення такі, як показано на рис. 4.22, б. Коли б для цієї деталі допуск на загальну довжину був менший, то відповідно меншим мусив би бути і допуск розміру 20. При допуску на загальну довжину, рівному допуску розміру 30, допуск розміру 20 мусив би дорівнювати нулю, що неможливо. Вихід: звуження допусків на задані розміри.
При переході від однієї бази до іншої виникають дві системи зв'язаних між собою розмірів, і перерахунок розмірів зводиться до зміни першої (заданої) системи розмірів другою (похідною) таким чином, Щоб розміри і допуски другої системи забезпечували збереження розмірів і допусків заданих.
При розв'язанні цієї задачі рекомендується дотримуватися такої послідовності:
Коли розраховані таким чином допуски неможливо дотримати, то необхідно або звузити допуски на задані складові розміри, або відмовитись від наміченого плану обробки.
При розв'язуванні складніших задач доцільно перейти від несиметричного розміщення допусків (якщо вони в такий спосіб задані) до симетричного, що значно спрощує розрахунок, тому що відпадає необхідність в розрахунку відхилень, які для всіх розмірів симетричні. При цьому кожний перерахунок складатиметься з двох окремих задач: перерахунку розмірів і перерахунку допусків. Прикладом таких перерахунків є перехід від ланцюгового до координатного способу розміщення відстаней ряду отворів, рисунок 2.13.
а — ланцюговий спосіб отримання і вимірювання розмірів; б — координатний спосіб отримання і вимірювання розмірів; в — відповідні розмірні ланцюги
Рисунок 2.13 — Перерахунок розмірів при обробці отворів
Для того, щоб при координатній системі забезпечити задані допуски розмірів А2 і А3„ які в похідній системі є замикаючими (рисунок 2.13, в), необхідно вдвоє звузити допуски для розмірів В1, В2 і В3, тому що ТА2 = ТВХ + ТВ2; ТА3 = ТВ2 + ТВ3.
Як бачимо з наведеного прикладу, перерахунок розмірів пов'язаний зі зменшенням допусків, що призводить до подорожчення обробки. Щоб цього уникнути, необхідно застосовувати як технологічні не допоміжні, а основні бази.
Прикладом необгрунтованого переходу від основної до допоміжної бази є деталь, конструктивні розміри та допуски якої показані на рисунку 2.14, а.
а — розміри, визначені з умов експлуатації,
б — розміри після перерахунку,
в — схема розмірного ланцюга
Рисунок 2.14 — Необгрунтований перерахунок розмірі
Зогляду на те, що основний допускний розмір 50 безпосередню заміряти не можна, конструктор вирішив змінити бази так, як показано на рис. 24, б. Це дало змогу вимірювати розмір 50 ' шляхом вимірювання розмірів 10 і 60. Але саме допуски для цих розмірів довелось значно звузити, тому що в похідному розмірному ланцюзі (рисунок 2.14, в) розмір 50, який для роботи деталі має більш суттєве значення і в процесі обробки одержується останнім, є розміром замикаючим.
Замість дорогого варіанту обробки (рисунок 2.14, б) можна застосувати значно дешевший, з використанням основної і вимірювальної бази, причому розмір 50 витримується безпосередньо. Для цього оброблюється спочатку дно деталі В, а відтак після установки заготовки на оправку, як показано на рисунку 2.14, підрізується основна база — фланець С. Вимірювання при настроюванні інструменту — різця, а також у процесі роботи легко здійснюється від зовнішньої бази Д, розміщеної на оправці. Настроювальний розмір h можна виконати відносно легко навіть з найвищою точністю.
Рисунок 2.15 — Застосування вимірювальної бази як установчої (настроювальної)
2.11 Основні правила вибору технологічних баз
На основі теоретичних досліджень похибок базування та з урахуванням вимог виробництва можна сформулювати основні правила вибору чорнових і чистових технологічних баз. Зокрема, для чорнових баз ці правила такі:
1. Для деталей, що не оброблюються кругом (з усіх сторін), за чорнові бази треба вибирати поверхні, які залишаються необробленими, тому що лише тоді оброблені поверхні будуть мати мінімальні зміщення відносно необроблених. Приклад: поршень автомобільного двигуна, в Якому за чорнову базу служить найчастіше внутрішня порожнина поршня. Це забезпечує рівностінність.
2. Для деталей, що обробляються кругом, доцільно вибирати за (чорнові бази поверхні, які мають найменші припуски на обробку, тому що тільки тоді ймовірність браку внаслідок чорноти, яка залишилась, найменша.
Для чистових баз найголовніші правила вибору такі:
1. За чистові бази слід вибирати основні бази, тому що
оперативні, а особливо оперативно-допоміжні, здорожчують процес обробки.
Для зменшення похибки установки необхідно:
виконувати правила вибору баз;
застосовувати однаковий за твердістю матеріал заготовок;
витримувати постійність зусилля затиску заготовки;
застосовувати замість кульових опор — плоскі або з більшим радіусом закруглення;
вибирати напрям дії сили затиску проти опори або так, щоб вона не впливала на розмір обробки;
застосовувати пристрої-супутники;
підвищувати точність і жорсткість пристосувань;
підвищувати точність виконання розмірів технологічних баз, зменшувати їхню шорсткість;
вірно призначати розміри на кресленнях.
Контрольні питання
1.Види поверхонь?
2.Яке тверде тіло називають вільним?
3.Скільки ступенів вільності має тверде тіло?
4.Що необхідно зробити щоб позбавити тіло шести ступенів вільності?
5.Що таке базування деталі?
6.Які порверхні називають базами?
7.Як класифікують бази?
8.Як відрізняють бази за відібраними ступенями вільності?
10.Які поверхні називають явними базами?
11.Які поверхні називають умовними базами?
12.Коли положення заготовки в пристрої є статично визначеним?
13. Назвіть правило шести точок.
14.В чому полягає принцип поєднання баз?
15.В чому полягає принцип постійності баз?
16.Коли спостерігається невизначенність базування?
17.Що розуміють під визначеністю базування?
18. Як можна забезпечити визначеність базування заготовки?
Змістовний модуль 3
ПФ. Д.01.ПР.0.05.07
Настановні елементи пристроїв
Тема 3 Настановні елементи пристроїв
3.1 Призначення та технічні вимоги до настановних елементів. Основні та допоміжні опори. Плоскі опори. Конструкції основних плоских опор. Допоміжні плоскі опори. Настановні елементи пристроїв для встановлення по зовнішнім і внутрішнім циліндричним поверхням
3.2 Встановлення заготовок по центровим гніздам.
3.3 Графічне зображення опор і настановних пристроїв
3.4 Похибки встановлення заготованок
3.1 Призначення та технічні вимоги до настановних елементів. Основні та допоміжні опори. Плоскі опори. Конструкції основних плоских опор. Допоміжні плоскі опори. Наставочні елементи пристроїв для встановлення по зовнішнім і внутрішнім циліндричним поверхням
Опорні елементи мають різноманітну конструкцію, що залежить від форми бази й числа ступенів волі, що позбавляють. Вони розділяються на основні й допоміжні опори. Крім того, опори бувають нерухомими, рухливими, плаваючими й регульованими.
Основні опорні елементи характеризуються тим, що кожен з них реалізує одну або кілька опорних точок для базування заготівлі. Будучи відповідним чином розміщеними в пристосуванні, вони утворять необхідну при обраному способі базування сукупність опорних точок. До основних опор відносяться: опорні штирі, пальці, пластини, центри, призми (ДЕРЖСТАНДАРТ 12193-12197, 12209-12216, 13440-13442, 4743), представлені на рисунках 3.1 - 3.4.
Рисунок 3.1. Опорні штирі.
Рисунок 3.2. Елементи для установки заготівель по зовнішніх і внутрішніх циліндричних поверхнях: а, б, в, м - пальці постійні відповідно з буртом, без бурту й змінні з буртом і без бурту.
Рисунок 3.3. Опорні пластини.
Рисунок 3.4. Елементи для установки заготівель по зовнішніх і внутрішніх циліндричних поверхнях: а, б - призми широка й вузька здвоєна.
Допоміжні опорні елементи відрізняються тим, що вони підводять до заготівлі після того, як вона одержала необхідне базування за допомогою основних елементів. Такі опори використаються для збільшення числа точок контакту заготівлі із пристосуванням з метою підвищення твердості системи. До допоміжних опор ставляться регульовані й плаваючі одиночні опори, люнети (ДЕРЖСТАНДАРТ 4084-4086, 4740).
Рисунок 3.5. Регульовані гвинтові опори.
Нерухомі опори використають тільки в якості основних. До них відносяться опорні штирі, пластини, призми, центри.
Регульовані опори застосовуються в якості основних і допоміжних опор. Як основні вони служать для установки заготівель неопрацьованими поверхнями при більших змінах припуску на механічну обробку, а також при вивірці заготівок по розмічальних ризиках.
Плаваючі опори звичайно застосовують у якості допоміжних, але якщо заготівля має складну форму й установити її тільки на постійні опори важко, те плаваючі опори можна застосовувати в якості основних.
До рухливих опор належать люнети, призми й т.п.
При установці заготівлі на опорні елементи необхідно правильно вибрати форму робочої поверхні опори залежно від виду базової площини заготівлі й методу її обробки.
Рисунок 3.6 Зблоковані й плаваючі опори.
Для виконання базування заготівлі плоскою базою в пристосуванні необхідно мати три опорні точки, розташовані в одній заданій площині, але не на одній прямій. Це досягається за допомогою різних сполучень основних опорних елементів: трьох опорних штирів, двох опорних пластин, площиною опорного елемента.
Базування за допомогою трьох опорних штирів застосовується в основному, коли плоска головна база заготівці не оброблена. У цьому випадку використають штирі з насіченою й сферичною головками. Для установки заготівок із обробленими базами використають штирі із плоскою головкою.
Базування за допомогою двох опорних пластин - найпоширеніший спосіб орієнтування заготівель із обробленим базами. Дві опорні пластини реалізують три опорні точки, тому базування на дві пластини повністю відповідає вимогам теоретичної механіки.
Базування на площину опорного елемента використається тільки для орієнтування чисто й точно оброблених баз. Прикладом такого базування є установка заготівель на площину магнітної плити.
Для базування заготівель, що мають основну базу у вигляді обробленої циліндричної поверхні, використають широкі опорні призми, що самоцентрують патрони, оправлення, центри, цанги, гидропластні патрони, конуса.
Для базування неопрацьованих циліндричних баз використають вузькі призми, трехкулачкові патрони.
Для установки деталей типу тіл обертання використаються настановні пристрої: центри, оправлення й патрони. У таблиці 3.1 показане графічне позначення настановних пристроїв.
Таблиця 1.5 Позначення настановних пристроїв
3.2 Встановлення заготовок по центровим гніздам. Графічне зображення опор і настановочних пристроїв
Рисунок 3.7. Схема для визначення погрішностей базування при установки вала, вуста на призму.
При обробці вала в призмі бути можуть наступні вимірювальні бази для розміру h.
Рисунок 3.8. Вимірювальні бази при обробці вала в призмі.
На рисунку 3.7 представлена схема установки вала на призму для обробки в розмір h (h1; h2; h3). Діаметр вала може коливатися в межах:
(3.1)
Вимірювальною базою є:
для розміру h1 – т. А (А/; А//)
для розміру h2 – т. В (В/; В//)
для розміру h3 – т. З (З/; З//)
Настановною базою є т. ДО (ДО/; ДО//). Інструмент постійно настроєний на розмір Н. Оскільки настановна й вимірювальна бази не збігаються, то погрішність базування .
Для h1:
; (3.2)
;
;
тоді:
. (3.3)
За аналогією:
Отже:
За аналогією:
; (3.4)
.
Позначимо через
(3.5)
Таблиця 3.2 Значення коефіцієнтів К
3.3 Графічне зображення опор і настановочних пристроїв
Держстандарт установлює графічне позначення опор, затискачів і настановних пристроїв, застосовуваних у технологічній документації.
При графічному позначенні необхідно керуватися наступними правилами:
- позначення рельєфу робочої поверхні наносять на позначення відповідної опори, затискача або настановного пристрою;
- позначення видів пристроїв затискачів наносять ліворуч від позначення затискачів;
- кількість крапок додатка сили затискача до виробу варто записувати праворуч від позначення затискача;
- на схемах допускається кілька позначень однойменних опор на кожному виді замінять одним з позначенням їхньої кількості;
- на схемах, що мають кілька проекцій, допускається на окремих проекціях не враховувати позначення опор, затискачів і настановних пристроїв, якщо їхнє положення однозначно визначене на одній площині;
- на схемах допускається позначення подвійного затискача
У таблиці 3.3 показані приклади нанесення позначень опор, затискачів і настановних пристроїв на схемах.
У таблиці 3.3 та 3.4 показані приклади схем установов деталей у пристосуваннях на картах технологічних процесів їхнього виготовлення.
Таблиця 3.3 Приклади нанесення позначень опор, затискачів, настановних пристроїв на схемах
|
Центр нерухомий |
|
|
Центр рифлений |
|
|
Центр обертовий |
|
|
Центр плаваючий |
|
|
Центр зворотний обертовий з рифленою поверхнею |
|
|
Патрон повідковий |
|
|
Люнет рухливий |
|
|
Люнет нерухомий |
|
|
Оправлення циліндрична |
|
|
Оправлення конічна роликова |
|
|
Оправлення різьбова, циліндрична із зовнішнім різьбленням |
|
|
Оправлення шлицевая |
|
|
Оправлення цангова |
|
|
Опора регульована зі сферичною опуклою робочою поверхнею |
|
|
Затискач пневматичний із циліндричною рифленою робочою поверхнею |
Таблиця 3.4 Приклади схем установа деталей у пристосуваннях на картах технологічних процесів
|
У лещатах із призматичними губками й пневматичним затискачем |
|
|
У кондукторі із центруванням на циліндричний палець із упором на три нерухомі плоскі опори й із застосуванням електричного пристрою подвійного затискача, що мають сферичні робітники поверхні |
|
|
У трехкулачковом патроні з механічним пристроєм затискача, з упором у торець, з поджимом обертовим центом і із кріпленням у рухливому люнеті |
3.4 Похибки встановлення заготованок
На точність обробки впливає ряд технологічних факторів, що викликають загальну погрішність обробки , що не повинна перевищувати допуск а виконуваний розмір при обробці заготівлі:
(3.6)
Для вираження допуску а, виконуваного при обробці розміру, варто користуватися формулою:
, (3.7)
де – погрішність внаслідок пружних розжатої технологічної системи під впливом сил різання (погрішність деформації);
– погрішність настроювання верстата в ненавантаженому стані;
– погрішність установки заготівлі в пристосуванні;
– погрішність від розмірного зношування інструмента;
– погрішність обробки, викликувана тепловими деформаціями технологічної системи;
– сумарна погрішність форми оброблюваної поверхні, обумовлена геометричними погрішностями верстата й деформацією заготівлі при обробці й вхідна в допуск а, тому що погрішність форми поверхні є частиною поля її розміру.
Погрішність установки :
мкм, (3.8)
де – погрішність базування заготівлі в пристосуванні;
– погрішність закріплення заготівлі, що виникає в результаті дії сил затискача;
– погрішність положення заготівлі, що залежить від пристосування;
. (3.9)
де – погрішність виготовлення пристосування по обраному параметрі, що залежить від погрішностей виготовлення й зборки настановних й інших елементів пристосування;
– погрішність розташування пристосування на верстаті;
– погрішність розташування заготівлі, що виникає в результаті зношування елементів пристосування;
– змінюється залежно від умов і типу виробництва, а також від особливостей конструкції пристосування.
Для дрібносерійного й серійного виробництва:
, мкм. (3.10)
Для масового й крупносерійного:
а) для одномісних пристосувань
, мкм, (3.11)
б) для багатомісних пристосувань
, мкм, (3.12)
в) для пристроїв-супутників
, мкм. (3.13)
У загальному випадку:
,мкм, (3.14)
де – погрішність від перекосу інструмента.
Звідси погрішність виготовлення пристосування:
, мкм. (3.15)
У зв'язку зі складністю знаходження значень ряду величин точність виготовлення пристосування можна визначити по формулі:
, мкм,
де кт = 1...1…1,2 (залежно від кількості доданків: чим їх більше, тим ближче до одиниці варто приймати значення кт);
кт1 – коефіцієнт, що враховує зменшення граничного значення погрішності базування при роботі на настроєних верстатах: кт1 = 0,8...0…0,85;
кт2 – ураховує частку погрішності обробки в сумарній погрішності, викликуваної факторами, що не залежать від пристосування (, кт2 = 0,6...0…0,8;
- економічна точність обробки.
Контрольні питання
1. Етапи розрахунку пристосування на точність.
2. Які розрахункові параметри можуть виступати при розрахунку пристосування на точність?
3.Як визначити погрішність установки заготівлі в пристосуванні.
4.Як визначити погрішність розташування пристосування.
5.Коли виникає погрішність від переносу інструмента?
Змістовний модуль 4
ПІ.Д.01.ПР.005.08 Затискні елементи пристроїв
Тема 4 Затискні елементи пристроїв
4.1 Призначення та технічні вимоги
4.2 Гвинтові затискачі
4.3 Прихвати
4.4 Формули для визначення зусиль затиску
4.1 Призначення та технічні вимоги
Під час оброблення на заготованку діють сили різання, вібрації системи тощо, що зумовлюють її можливе зміщення зі заданого положення. За величиною, напрямком дії та місцем прикладення всі вони можуть бути сталими та змінними. Сила різання переважно зростає від нуля до найбільшого значення під час врізання різального інструмента та зменшується до нуля під час його виходу з зони різання. Навіть під час сталого режиму різання вона частково змінюється за амплітудою і може досягати 10% номінальної величини. Точка прикладення сили різання під час оброблення безперервно переміщується вздовж оброблюваної поверхні. Затуплення різального інструмента зумовлює відповідне збільшення сили різання. Все це спричинює її динамічний характер.
Епюра, рівнодійної сили під час фрезування зображена на рисунку 4.1. Як бачимо, для малої глибини різання заготованку притискає сила різання вниз до пристрою, а для великої глибини (більшої 2 ...2,5 мм) заготованка піднімається вверх.
Рис. 4.1. Епюра рівнодійної сили фрезування: Іbp - шлях врізання фрези;
t - глибина різання
Сила маси заготованки, відцентрові та інерційні сили діють залежно від умов оброблення. Силу маси заготованки беруть до уваги при її встановленні на вертикальні чи нахилені елементи пристроїв. Вона може суттєво змінювати умови притискання заготованки, якщо її обробляють за допомогою поворотних пристроїв. Під час оброблення маса заготованки зменшується та змінюється розміщення її центра.
Відцентрові сили зумовлені зміщенням центра маси заготованки відносно осі обертання та швидкістю її руху. їх значення може бути великим, а під час чистового оброблення навіть більшим від сили різання.
Інерційні сили виникають під час зворотно-поступальних рухів загото ванки, різкого прискорення чи гальмування її руху. Силу інерції, що діє на заготованку, визначають як
(4.1)
де Р — сила інерції, Н; а —прискорення руху заготованки, м/с2; т — маса заготованки, кг.
Зміна кутової швидкості зумовлює момент сили інерції
(4.2)
де М— момент сили інерції, кг·м; j— момент інерції заготованки, кг·м/с2;
- кутове прискорення її руху, 1/с2.
Стале кутове прискорення зумовлює момент сили інерції
(4.3)
де ω — швидкість обертання, с-1.
Інерційні сили та моменти сил для чорнового оброблення переважно значно менші, ніж сили різання, тому ними часто нехтують, але під час чистового оброблення їх значення порівняно зростають і їх слід брати до уваги, розраховуючи сили притискання заготованок.
Не закріплюють (не притискають) під час оброблення заготованки, які мають масу значно більшу, ніж сили різання.
Наведемо основні вимоги до розміщення та закріплення заготованок під час оброблення. Сили, які діють на заготованку, не мають змінювати її заданого початкового положення; деформувати чи псувати її поверхню; безпосередньо сприйматися затискними елементами; вони мають бути якомога меншими, але достатніми для забезпечення надійного заданого положення заготованки під час її оброблення; час їх дії має бути якнайменшим; для ручних робіт сила, що прикладається до ручки, не може перевищувати 150 Н.
Задовольняють ці вимоги здебільшого шляхом раціонального добору схеми базування заготованок, конструкції технологічного пристрою, місця прикладення, величини та напрямку сил притискання заготованки.
Сили затискання розраховують як під час проектування нових, так і під час використання універсальних переналагоджуваних технологічних пристроїв. Вихідними даними для їх розрахунку є дібрані схема базування, місце-прикладення, значення та напрямок дії сил, що виникають під час оброблення, та сили затискання заготованки.
Розрахунок сил затискання переважно можна звести до розв'язування задачі зі статики твердого тіла, що перебуває під дією системи зовнішніх сил. На заготованку з одного боку діють сила маси та сили, що виникають під час її оброблення, а з другого — сили затискні та сили реакції опор. Під дією всіх сил заготованка має перебувати у стані рівноваги.
Жорсткість технологічних пристроїв має бути такою, щоб запобігти можливому зміщенню заготованки зі заданого початкового положення під дією на неї всіх зовнішніх сил.
За місцем прикладення, значенням і напрямком дії сили різання є величинами змінними, змінюються залежно від часу (вхід, вихід та затуплення різального інструмента), величини припуску на оброблення різанням, фізико-механічних властивостей матеріалу заготованок тощо. Для деяких видів оброблення (стругання, довбання, точіння несуцільних поверхонь тощо) сили різання можуть змінюватися миттєво від нуля до найбільшого значення (ударні навантаження). Сили різання визначають за чинною методикою .
Для надійного закріплення заготованки силу її затискання беруть з деяким запасом, що враховує можливі зміни сили різання та всіх зовнішніх сил, які діють на неї. Коефіцієнт запасу добирають диференційовано як добуток
k=k0k1k2k3k4k5 (4.4)
де k — сумарний коефіцієнт запасу, k0 — найменший коефіцієнт запасу, переважно приймають k0=1,5; k1— коефіцієнт стану технологічної бази; для чорнових баз k1=1,2; для чистових k1= 1,0; k2— коефіцієнт стану різального інструмента; для загостреного інструмента k2= 1,0; для притупленого k2= 1,4; k3— коефіцієнт характеру навантаження; для рівномірного навантаження k3=1,0; для оброблення з ударними навантаженнями k2= 1,2; k4— коефіцієнт стабільності силового рушія; для ручного рушія k4=1,3; для механізованого k4= 1,0; k5— коефіцієнт надійності опор; для встановлення на опори із гарантованою поверхнею контакту k5= 1,0; для опор з невизначеною поверхнею контакту k5= 1,5.
Задача. Визначити коефіцієнт запасу для операції чорнового та чистового фрезування плоскої поверхні заготованки торцевою фрезою, що встановлена за допомогою опорних планок і закріплена у технологічному пристрої з пневмогідравлічним затискачем так, що сила різання може відірвати її від опор, для умов серійного виробництва.
Розв'язування. Беручи до уваги рекомендації, викладені вище, маємо k0= 1,5; k1=1,2 (операція чорнового оброблення); k2= 1,4 (у серійному виробництві різальний інструмент перед його загостренням переважно є затупленим); k3=1,0 (приймаємо, що фрезована поверхня є гладкою, тому навантаження на різальний інструмент буде рівномірним); k4 = 1,0 (силовий рушій механізований); k4=1,0 (плоскі поверхні опорних пластин є надійними та мають визначену поверхню контакту).
Підставивши прийняті значення коефіцієнтів у формулу , отримаємо
k=k0k1k2k3k4k5=1,5·1,2·1,4·1,0·1,0·1,0=2,52
Якщо заготованка буде піддаватись Чистовому фрезуванню у цих же умовах і у такому ж технологічному пристрої, то значення коефіцієнта k1= 1,0, а коефіцієнт стану різального інструмента можна інтерполювати до k2= 1,2.
Тоді коефіцієнт запасу для операції чистового фрезування поверхні за-готованки за цією ж формулою
k=k0k1k2k3k4k5=1,5·1,0·1,2·1,0·1,0·1,0=1,80
Масу заготованки та її можливі зміни враховують тільки при використанні вертикальних і нахилених установчих елементів, а також поворотних і перекидних пристроїв.
Відцентрові та інерційні сили, а також сили тертя беруть до уваги тільки тоді, коли вони мають великі значення порівняно з силами різання.
Для забезпечення ефективності затискачів під час конструювання пристроїв значну увагу приділяють використанню упорів для закріплення заготованки, що приймають на себе дію основних сил, місцю прикладення та напрямку дії сили затискання заготованки.
Упори застосовують, по-перше, якщо під час оброблення сила різання, що має велике значення, спрямована вздовж чи паралельно до поверхонь установник елементів. Наприклад, на рисуноку 4.2, а зображена схема закріплення східчастого вала у технологічному пристрої з установними призмами.
Рисунок 4.2. Схеми технологічних пристроїв з використанням упорів
Сила різання під час фрезування паза спрямована паралельно до уста-новних поверхонь призм. Без осьового упора затримування заготованки під час різання вимагає великої сили її затискання, що може зумовити пошкодження поверхні у місцях прикладення сил. Використання осьового упора, що приймає на себе дію сили різання, дає змогу значно зменшити силу затискання Q або замінити її силою, що прикладена до торцевої поверхні заготованки Q.
По-друге, упори застосовують, якщо при обробленні заготованки відсутня поверхня, до якої можна прикласти силу її затискання. Наприклад, на рисуноку 4.2, б зображена схема закріплення призматичної заготованки у технологічному пристрої для фрезування верхньої поверхні. Прикладення сили затискання заготованки зверху недопустиме, оскільки вся її поверхня підлягає обробленню. Застосування упора дає змогу дібрати інший напрямок і місце прикладення сили затискання Q' та значно зменшити її значення.
Місце прикладення сил притискання заготованки має бути таким, щоб не спотворювати її форму. На рис. 5.3 зображені приклади правильного та неправильного добору місця прикладення сили притискання заготованок. Неправильно дібране місце прикладення сили Q' (рисунок 4.3, а) навіть за незначного її значення може спричиняти недопустиме деформування заготованок.
Беручи до уваги сказане, молена дати такі рекомендації для проектування затискачів:
сила затискання має бути спрямована перпендикулярно до поверхні установних елементів;
у разі базування заготованки на кілька поверхонь силу затискання прикладають до елемента, який має найбільшу поверхню контакту із нею;
напрямок сили затискання має збігатися з напрямками сил різання та маси заготованки;
якомога ширше слід застосовувати упори, що значно зменшують потрібні сили затискання заготованок;
сила затискання не має повертати чи зсувати заготованку відносно установних елементів;
під час затискання не повинна спотворюватись форма заготованки;
місце прикладення сили затискання заготованки має бути якомога ближче до поверхні оброблення.
Якщо не вдається дотриматися усіх перелічених рекомендацій, знаходять оптимальне рішення.
Рисунок 4.3. Добір місця прикладення сили затискання заготованки: Q -правильно, Q' - неправильно
Рис. 4.4. Алгоритми розрахунку сили затискання заготованки для прямої (а) та оберненої (б) задач
Розраховуючи значення сили затискання заготованки, беруть до уваги не тільки умови забезпечення надійного та ефективного закріплення, але й задану точність її оброблення. Іноді розв'язують обернену задачу —задавшись силою затискання заготованки, знаходять допустимі умови її оброблення (режими різання, кількість технологічних переходів, проходів тощо). Приблизні алгоритми розрахунку сил затискання для прямої та оберненої задач зображені на рисунку 44.
Під час розрахунку сил затискання обов'язково враховують пружність затискача. Затискачі, застосовувані у технологічних пристроях, поділяють на два типи. До затискачів першого типу належать самогальмівиі механізми (гвинтові, клинові, ексцентрикові тощо) незалежно від рушія (ручного, пневматичного, гідравлічного, комбінованого тощо). Якщо до їх вхідного елемента прикласти додаткову силу, то значення пружної деформації у напрямку прикладеної сили лінійно збільшується і прямо пропорційне їй.
До другого типу затискачів належать пневматичні, гідравлічні та пневмогідравлічні затискачі прямої дії. Значення відтискання затискного елемента спочатку збільшується лінійно через пружне деформування ланок затискача на малу відстань, а потім, досягнувши певного значення, дуже зростає. Якщо до затискного елемента цих затискачів прикласти зростаючу силу, то він не зрушить з місця, доки прикладена сила не перевищить силу протидії (наприклад, дію стисненого повітря на поршень).
Для затискача (рисунок 4.5, а) можна допустити, що сила затискання Q сприймається всіма ланками технологічного пристрою (устаиовним елементом і, заготованкою 2, затискачем 3 та корпусом пристрою 4). Якщо сила оброблення Р направлена проти сили затискання Q, то залежність зміщення заготованки під дією сили оброблення зумовлюється тільки пружною характеристикою пристрою. На рис. 5.5, б прямі 5 і б ілюструють зміщення заготованки при використанні затискачів обох типів за умови, що всі ланки системи, окрім затискного елемента, абсолютно жорсткі. Якщо вони мають характеристику першого типу, то під дією сили Р їх пружні деформації перерозподіляться, а відповідне переміщення заготованки буде, як на рисунку 4.5, в.
Рисунок 4.5. Пружні характеристики затискачів
Відрізок Δу відповідає повному пружному відновленню попередньо здеформованих ланок системи, зв'язаних з установними елементами. Подальше збільшення сили Р зумовлює відрив заготованки від установних елементів. Порівнюючи характеристики 7 і 8, доходимо висновку, що для однакових пружних властивостей системи цей момент настає швидше у пристрої, що обладнаний затискачем другого типу. .
Силу Р1 у момент відривання заготованки від опор пристрою для затис кача першого типу можна знайти зі схем, зображених на рисунку 4.5, г, де по осі абсцис відкладені сили, а по осі ординат — переміщення затискного елемента. Лінія 9 ілюструє залежність між цими величинами для затискача, а лінія 10 — для системи установних елементів. Тангенси кутів нахилу цих прямих до осі абсцис становлять відповідно 1/J1 і 1/J2, де J1 і J2 — жорсткості відповідно затискних і установних елементів.
Стан цієї системи за наявності сили затискання Q характеризується вертикальною лінією С— С, а стан її у момент відривання заготованки від опор — лінією С — Су Зміщення заготованки, що відповідає повному пружному відновленню системи установних елементів, на яку зростає пружна деформація затискача,
(4.15)
З рисунка видно, що . Підставивши значення Δу (5.5), отримаємо
(4.16)
Сила Р1 характеризується відрізком О1А (рисунок 4.5, в). Для затискача другого типу у момент, коли заготованка відривається від опор пристрою, сила .Р, дорівнює силі затискання Q. На рис. 5.5, в сила Р2 характеризується відрізком 01В. З виразу (22) видно, що
(4.17)
Сила затискання заготованки залежить від прийнятої схеми її встановлення. Розглянемо найпоширеніші способи встановлення заготованок і застосовувані затискачі.
Затискачі, що запобігають зсуву заготованки під дією сили її оброблення
Схеми встановлення заготованок здебільшого добирають за таких умов, щоб заготованка займала стійке положення ще до моменту прикладення сили її притискання, під час закріплення не порушувалось її початкове положення, а сила оброблення не зсувала її з заданого початкового положення. Першу з цих вимог забезпечують правильним розміщенням установних елементів відносно центра маси заготованки, другу — добором місця прикладення та напрямку сили її притискання, а забезпечення третьої розглянемо нижче для конкретних прикладів.
Рисунок 4.6. Схеми встановлення заготованок у пристроях із захистом їх від зсуву
Спрощені схеми встановлення заготованок у пристроях із затискачами, що запобігають зсуванню заготованки під дією сили оброблення, зображені на рисунку 4.6. Сили оброблення Р і притискання Q притискають заготованку до опор пристрою (рисунок 4.6, а). Для сталої сили оброблення Р сила Q = 0. Таку схему застосовують для точіння у центрах, протягування отворів, цекування бобульок (виступів) тощо. Якщо виникають додаткові сили зсування заготованки N, спрямовані назустріч силі притискання заготованки, то силу притискання записують у вигляді
(4.18)
де k— коефіцієнт запасу, який визначають.
Для змінної (нестабільної) сили Р (наприклад, під час фрезування), щоб уникнути можливої вібрації та підвищити надійність закріплення заготованки, силу притискання приймають більшою від нуля.
Якщо сила оброблення спрямована назустріч силі притискання (рисунку 4.6, б), то для затискача першого типу
, (4.20)
а для затискача другого типу
Якщо сила оброблення спрямована на зсування заготований (рисунок 4.6, в), що утримується тільки силами тертя у місцях її контакту з затискними елементами, силу притискання визначають як
де f1 і f2 — коефіцієнти тертя заготовапки відповідно з установчими та затискними елементами.
Цю схему застосовують також для оброблення заготованок з установленням їх за допомогою двох пальців і перпендикулярної до їх осей плоскої поверхні. У цьому разі, щоб уникнути пошкодження поверхні отвору у заготованці ромбічним пальцем, значення сили притискання приймають таким, щоб сила оброблення зрівноважувалася силами тертя заготовапки на базовій площині, а пальці були повністю розвантажені. Для пристроїв, де сила оброблення спрямована одночасно на зсування та притискання заготованки до опор (рисунок 4.6, г), за достатньої жорсткості опор із застосуванням затискача другого типу, силу притискання заготованки визначають як
(4.21)
де Р1 і Р2 — складові сили оброблення, спрямовані відповідно до опор та на зсування заготованки, Н. Якщо kР2 < f2Р] і під час оброблення відсутня вібрація, силу притискання заготованки можна прийняти Q = 0.
Для пристроїв із затискачами першого типу силу притискання визначають як
(4.22)
Якщо J1=J2=J, a f1=f2=f, то
Якщо сила оброблення спрямована на зсування та назустріч силі притискання заготованки (рисунок 4.6, д), то сила притискання має бути достатньою для забезпечення надійного її контакту з опорами пристрою та запобігання її зсуванню у напрямку дії складової сили Рг
Для затискача першого типу першій та другій умові відповідають значення
; або , (4.23)
а для затискача другого типу відповідно
; або (4.24)
При рівній жорсткості установних і затискних елементів, а також коефіцієнтів їх тертя із заготованкою формули матимуть вигляд
; або
Зі знайдених значень приймають більші. Схему сил, що діють па заготованку для визначення сили її притискання, зображено на рисунок 4.7. Сила притискання створює момент на плечі а. Значення цього плеча має бути таким, щоб заготованка надійно притискалася до установних опор під час її оброблення фрезою чи іншим різальним інструментом. Окрім сили притискання на заготованку діють також сили реакцій опор та сили тертя (силу маси заготованки не беремо до уваги). Із умови рівноваги моментів усіх сил, що діють на заготованку, відносно точки 0 випливає
(4.25)
Рисунок 4.7 Схема сил, що діють на заготованки
Аналогічно з умови рівноваги моментів відносно точки О1
(4.26)
де f, f1 і f2 — коефіцієнти тертя у місцях дотику заготованки до опор і затискних елементів пристрою. Беручи до уваги значення сили Q із (5.17) і те, що Rf = R - Qf2, отримаємо
а після деяких перетворень
Під час різання на заготованку діють ще складові сили різання Рх і Р2 (рис. 5.7, б). З умови рівноваги всіх сил, що діють на заготованку, випливає
Звідки
(4.27)
де k— коефіцієнт запасу.
Задача. Визначити силу притискання корпусної заготованки у технологічному пристрої з пневматичним затискачем для чорнового розточування отвору, вісь якого перпендикулярна до напрямків сил Q, Р, Рі і Р2 (рисунок 4.6, а — д, отвір на рисунку не зображено), в умовах серійного виробництва з урахуванням таких вихідних даних: сила різання Рz= 3000 Н; габарити заготованки l x h = 300 х 200 мм; діаметр розточуваного отвору, розташованого симетрично відносно розмірів l і h, — 100 мм, а всі коефіцієнти тертя між заготованкою та елементами пристрою f'=0,15.
Розв'язання. Під час розточування отвору сила різання змінює свій напрямок разом з розточувальною оправкою зі шпинделем. Тому для визначення сили притискання заготованки потрібно знайти найнесприятливіший її напрямок. Якщо сила спрямована на притискання заготованки до опор пристрою (дивись рисунок 4.6, а), то для сталої сили різання заготованку притискати не потрібно (Q = 0). Якщо ж сила різання змінюється під час оброблення, то притискання заготованки потрібне.
Якщо сила різання спрямована у протилежний бік до сили притискання заготованки (дивись рисунок 4.6, б), то для затискача другого типу силу притискання заготованки визначають за допомогою формули
Якщо сила різання спрямована на зсування заготованки, яка утримується тільки силами тертя (дивись рисунок 4.6, в), то силу притискання визначають за формулою
Для пристроїв, у яких сила різання спрямована одночасно на зсування заготованки та назустріч опорам (дивись рисунок 4.6, г), за достатньої жорсткості опор для затискача другого типу силу притискання визначають за формулою як
Якщо ж сила різання спрямована на зсування заготованки та назустріч силі притискання (дивись рисунок 4.6, д), то для затискача другого типу силу притискання заготованки визначають як більше значення, отримане з обох формул (5.15)
або
визначимо всі складові для перелічених формул. Найменший коефіцієнт запасу k0 = 1,5; k1= 1,2 (чорнове розточування); k2=1,4 (для затупленого різального інструмента); k3= 1,0 (рівномірне навантаження); k4=1,0 (механізований рушій); k5= 1,0 (надійні поверхні контакту), коефіцієнт запасу
k=1,5·1,2·1,4·1,0·1,0·1,0=2,52
З наведеного аналізу видно, що сила притискання заготованки практично не залежить від її розмірів, діаметра розточуваного отвору та його розташування відносно базових поверхонь заготованки.
Затискачі, що запобігають повертанню заготованки відносно пристрою
Схеми встановлення заготованок у пристроях, що запобігають їх обертанню, зображені на рисунку 4.8.
На заготованку, встановлену у трикулачковому патроні (рисунок 4.8, а), діють одночасно момент М та осьова сила Р. Для малих значень сили Р, якими можна знехтувати, силу затискання заготованки визначають як
де R — радіус заготованки, мм; f— коефіцієнт тертя заготованки у кулачках патрона. Для великих значень осьової сили можуть виникати додаткові сили тертя торця заготованки з відповідними поверхнями кулачків. Якщо 1/3 Р>f1Q, то силу притискання заготованки визначають [8] з умови, що
звідки
(4.28)
де f1 f2 — коефіцієнти тертя заготованки відповідно вздовж осі обертання та перпендикулярно до неї; R1 — середнє значення радіуса розміщення місця контакту заготованки з кулачком, мм. Якщо сила Р спрямована у протилежний бік, то силу притискання визначають, перевіряючи одночасно можливість зсуву заготованки за формулою
Встановлюючи заготованку за допомогою внутрішнього виточенпя (рисунок 4.8, б), її притискають до трьох торцевих опор затискачами. Під час оброблення на заготованку одночасно діють момент сили М та осьова сила Р. У разі рівних сил реакцій опор можливі такі алгоритми для розрахунку сили притискання заготованки. Для жорсткого встановлення заготованки у затискач другого типу та достатньої його жорсткості у тангенсіальному напрямку силу притискання визначають як
а для механізмів з недостатньою жорсткістю у тангенсіальному напрямку, нехтуючи тертям між заготованкою та затискачами, як
Рис. 5.8. Схеми встановлення заготовонок у пристроях
Аналогічно для затискачів першого типу з достатньою жорсткістю маємо
,
а для затискачів з недостатньою жорсткістю
Якщо заготованку встановлюють за допомогою внутрішнього виточення (рисунок 4.8, в), то як і у попередньому випадку маємо:
для затискача другого типу з достатньою жорсткістю
та з недостатньою жорсткістю
для затискача першого типу з достатньою жорсткістю
(4.29)
та з недостатньою жорсткістю
(4.30)
Для затискача з установною призмою (рисунок 4.8, г), без урахування сил тертя на торці заготованки силу притискання визначають як
(4.31)
де α – кут призми, град.
Якщо заготованка зсувається силою Р вздовж призми, то
(4.32)
де f3 і f4 — коефіцієнти тертя між заготованкою та відповідно затискним елементом і торцевою поверхнею оправки вздовж осі призми.
Для точіння довгих заготованок, консольно затиснутих у трикулачковому патроні (рисунок 4.9, а), потрібно забезпечити їх надійне закріплення. Для коротких кулачків з умови рівноваги сил у найменш вигідному прикладенні сили різання (повертання заготованки навколо лінії ОО маємо
Значення сили затискання знаходять за допомогою кривих: для k =1,0; Рz =100 кН if=0,3. Знайдене значення сили множать на коефіцієнт запасу та на поправку Pz'/10, де Рz' — сила різання одним різцем чи сума сил різання більшої кількості різців, що одночасно обробляють заготованку. Відстань L беруть від місця закріплення заготованки до сумарної сили (суми сил різання всіх різців).
Ліва розгалужена частина кривої відповідає умовам закріплення коротких заготованок, для яких момент, зумовлений силою різання, малий. У цьому випадку беруть до уваги момент тертя заготованки у кулачках патрона Q=kPz/3f. Якщо f = 0,45, то отримане значення ділять на 1,5; а для f = 0,6 — на 2. Рекомендовані значення f1 для гладких поверхонь кулачків 0,16...0,18; для кулачків з кільцевими канавками 0,3...0,4; для кулачків із взаємно перпендикулярними канавками 0,4...0,5; а для кулачків з гострими рифленнями 0,7... 1,0.
Силу затискання заготованки на кожному кулачку у чотирикулачковому патроні (рисунок 4.9, б) визначають з умови рівноваги моментів відносно одного з кулачків як
Крива для визначення сили притискання зображена на рис. 5.9, б. Задача. Визначити силу притискання циліндричної втулки (див. рис. 5.8, в) пневматичним затискачем під час одночасного свердління в ній двох радіальних отворів, з протилежних боків зовнішньої циліндричної поверхні та перпендикулярно до осі симетрії втулки, за допомогою технологічного пристрою з кондукторними втулками, в умовах серійного виробництва, якщо дано: зовнішній
Рисунок 4.9. Номограми для визначення сили затискання заготованок,
встановлених консольно у трикулачковому (а) та чотирикулачковому
(б) патронах для Pz=100Н і J=0,3
діаметр втулки 80 мм, діаметр висвердлюваних отворів 12 мм, крутний момент сил різання під час свердління кожного з отворів і 12000 Н·мм малий та великий діаметри опорної поверхні у технологічному пристрої відповідно становлять 60 і 80 мм, відстань між точками прикладення сили притискання заготованки 2R1= 70 мм, а всі коефіцієнти тертя між заго-тованкою та елементами пристрою дорівнюють 0,16.
Розв'язання. Беручи до уваги, що у технологічному пристрої застосовано затискач другого типу (пневматичний) та те, що несиметричність різальних лез свердел зумовлює незрівноваженість сил різання, а у пристрої застосовані кондукторні напрямні втулки, силу притискання заготованки будемо визначати як для затискачів другого типу з достатньою жорсткістю за формулою.
Знайдемо складові цієї формули. Приймемо коефіцієнт найменшого запасу k0 =1,5; k1= 1,2 (як для чорнового оброблення); k2 = 1,2 (як для частково притупленого різального інструмента); k4 = 1,0 (для рівномірного навантаження); к4 = 1,0 (для механізованого силового рушія); k5= 1,0 (для надійного контакту заготованки з опорами); коефіцієнт запасу за формулою (5.4) k= 1,5 · 1,2 · 1,2· 1,0·1,0·1,0 = 2,16.
Момент сил, що можуть повертати втулку під час одночасного свердління обох отворів у заготованці, виникає тільки від несиметричності сил різання відносно осей обох свердел. Заданими спеціальних досліджень процесів свердління така нерівномірність може досягати 5 ... 12 % моменту різання. Прийнявши незрівноважений крутний момент сил різання рівним 8 % моменту сил різання, отримаємо
Н·мм.
Беручи до уваги, що діаметр висвердлюваних отворів 12 мм, а середній діаметр dсер = 1/2 (dmax + dmin)= 1/2 (12 + 0) =3 мм, незрівноважена сила
Маємо одночасне свердління обох отворів, тому за найнесприятливі-шого випадку на заготованку буде діяти момент сил, спрямований на її повертання відносно осі симетрії
М=2РнуD=2·160·80=25600 Н·мм
Осьова сила різання відсутня, тобто Р = 0; D = 80 мм, d=60 мм; f1=f2=f=0,16.
Підставивши всі значення складових у формулу, отримаємо
Затискачі, що запобігають зсуву заготований від одночасної дії декількох моментів
Одночасне оброблення декількох отворів мірними різальними інструментами (свердлами, зенкерами, розвертачками, мітчиками тощо) з паралельним розташуванням їх осей обертання та з незначною їх радіальною жорсткістю (закріплення інструментів на видовжених оправках і без кондукторних втулок) зумовлює дію на заготованку сумарного моменту сил різання. Силу притискання та місце її прикладення добирають так, щоби момент тертя, який утримує заготованку, був більший, ніж момент сил різання.
Схеми встановлення заготованок, що одночасно обробляються багатьма різальними інструментами, зображені на рисунку 4.10. Якщо заготованка встановлена за допомогою призми (рисунок 4.10, а), то силу притискання визначають за формулами.
Силу затискання заготованки можна значно зменшити, якщо одночасне її оброблення виконувати жорсткими різальними інструментами (використання кондукторних втулок, багаторізцевих головок тощо). У цьому випадку повертання заготованки значною мірою обмежують самі різальні інструменти.
Зменшують силу притискання заготованки також за допомогою спеціальних упорів (пластин, штирів, пазів тощо), що приймають на себе дію сил різання або надаючи частині різальних інструментів протилежного руху обертання.
У разі одночасного розточування декількох паралельних отворів за допомогою одпорізцевих скалок на заготованку може діяти найбільша сила зсуву, що дорівнює сумі всіх сил різання (рис. 5.10, б). Тоді сила притискання заготованки
(4.33)
де — сума всіх сил різання, Н; п — кількість сил різання (отворів); f1 I f2 -коефіцієнти тертя відповідно між заготованкою та затискними елементами, заготованкою та опорами. Моменти усіх сил різання відносно точки О мають бути зрівноважені моментом сили притискання. З урахуванням коефіцієнта запасу маємо силу притискання:
Рисунок 4.10. Схеми встановлення заготованок, які одночасно обробляються багатьма різальними інструментами
для схеми за рисунком 4.10, б
для схеми за рисунком 4.10, в
Силу притискання визначають для найнесприятливіших умов, коли її значення є найбільшим.
Зменшити силу притискання можна шляхом забезпечення синхронного обертання всіх шпинделів і направленням дії сил різання, як на рисунку 4.10, в. Тоді матиме вигляд
(4.34)
Затискачі, що запобігають зсуву та повертанню заготованки під дією бічних сил
Заготованку, встановлену за допомогою трьох опор на базовій та трьох опор на бічних поверхнях (рисунок 4.11, а), сила різання намагається зсунути та повернути навколо бічної опори О. Цьому запобігають сили тертя у місцях контакту заготованки з опорами та затискними елементами.
Якщо сила притискання прикладена у центрі маси М опорного трикутника, то з умови рівноваги сил маємо
де f1 і 2 — коефіцієнти тертя відповідно між заготованкою та опорами, заго-тованкою і елементами затискача.
Якщо точка прикладення сили притискання не збігається з центром маси М опорного трикутника, то реакції опор будуть різні за значенням, а силг притискання
де a, b і с — коефіцієнти, що враховують місце прикладення сили притискання відносно центра маси опорного трикутника.
Заготованку, встановлену за допомогою опорних пластин і бічних поверхонь (рисунок 4.11, б), сила різання намагається повернути навколо опори О. Момент сили різання зрівноважується моментом сил тертя у місцях контакту заготованки з установиими та затискними елементами.
Для випадку, коли сила притискання прикладена у центрі маси опорних поверхонь пластин і тиск q сталий, момент сил тертя
(4.35)
де Мтр – момент сил тертя, Н·мм; F1 і F2 – площі опорних поверхонь пластин, мм2;
Підставивши ці значення у та врахувавши границі інтегрування згідно з рисунок 4.11, б, матимемо
Рисунок 4.11 Схеми встановлення заготованок за допомогою базової плоскої поверхні
Для приблизних розрахунків користуються спрощеннями, приймаючи, що
,
Якщо сила притискання прикладена у точці А, що зміщена від центра маси М опорних пластин, то тиск буде змінним. Навантаження на пластину І
, де ех – значення зміщення точки прикладання сили, Q, мм; с — відстань між пластинами, мм.
Навантаження на пластину 2
Як і у попередньому випадку, маємо
де q' і q" — тиск відповідно на пластинах і 2.
Розподіл тиску вздовж пластин залежить від значення зміщення еу точки прикладення сили Q. Прийнявши лінійний закон розподілу, отримаємо епюру тиску як трапецію (рис. 5.11, в), де еу < 1/6; l— довжина пластини, мм. Зміну тиску вздовж пластини виражають рівнянням
Після перетворень відповідно для пластин 1 і 2 отримаємо
У формулах для визначення А" і В" замість Q' беруть Q", а для приблизних розрахунків вдаються до спрощень, як і у попередньому випадку.
4.2 Гвинтові затискачі
Основними параметрами для розрахунку гвинтових затискачів є найбільша сила затискання, номінальний діаметр, крок, довжина різьби гвинта, крутний момент чи сила на ручці, що потрібні для створення заданої сили притискання. Номінальний діаметр різьби гвинта
де d — номінальний діаметр різьби гвинта, мм; С—умовний коефіцієнт, для метричної різьби С = 5,6; для дюймової С = 5,3; для упорної С = 4,9; Q — сила затискання, Н; σ— границя міцності на розтяг (чи стиск) для матеріалу гвинта чи гайки, МПа. Отриманий розрахунковий діаметр різьби гвинта заокруглюють до найближчого більшого значення за чинним державним стандартом. Для затискачів здебільшого застосовують метричні, дюймові та упорні різьби з номінальним діаметром від 8 до 50 мм.
Крутний момент, який потрібно прикласти до робочого гвинта для отримання заданої сили притискання, можна записати як
(4.36)
де МВХ і МТР — відповідно крутний момент на вході та момент тертя на опорному торці гвинта чи гайки, Н.мм; d2 — середній діаметр різьби, мм; β і ρ — кути відповідно нахилу різьби гвинта та тертя пари гвинт-гайка, град. Момент тертя МТР визначають як
де Db, dМ — найбільший та найменший діаметри торцевої поверхні, що контактує у парі гвинт-гайка, мм.
У практиці часто користуються наближеними формулами, в яких прийнято деякі спрощення. Кут β для метричної різьби дорівнює: від 1°57' — для різьби М8, до 3°30' — для різьби М50. Прийнявши β= 2°30', ρ= 10°30'; d2=0,90d; Dв =1,7d; dм=d I f— 0,15, отримаємо спрощену формулу для визначення вхідного крутного моменту
(4.37)
Момент, що потрібний для відкручування гвинтового затискача, якщо ρ> β,
Під час відкручування треба подолати тертя спокою, тому значення ρ і f приймають на 30...50 % більшими, ніж для закручування. З урахуванням цього спрощена формула (6.5) матиме вигляд
Крутний момент, потрібний для відкручування, може також зростати за рахунок лінійного розширення заготованки від її нагрівання під час оброблення.
Рисунок 4.12 Конструкції опорних торців гвинтових затискачів
Момент тертя на опорному торці гвинта чи гайки залежить від їх конструкції та розмірів (рисунок 4.12). Враховуючи це, замість формули доцільно використати спрощені формули для визначення вхідного моменту гвинтів різних конструкцій .
Для гвинтів зі сферичним торцем (рисунок 4.12, а)
Для гвинтів із плоским торцем (рисунок 4.12 ,б)
Для гвинтів з підставкою (рисунок 4.12, в)
Для гвинтів з підставкою, в якій α= 120° і f= 0,16, формула набуде вигляду
Гвинти та гайки переважно виготовляють зі сталі 45 з твердістю торцевий робочих поверхонь 33...З8 HRC [4].
Найпростішими з гвинтових затискачів є затискачі з розрізаною шайбою (рисунку 4.13, а) та поворотною розрізаною планкою (рисунок 4.13, б). Після послаблення (часткового відкручування) гайки 1 шайбу (планку) 2 відводять убік, а заготованку 3 знімають через гайку, зовнішній розмір
Рисунок 4.13 Гвинтові затискачі
якої менший за діаметр отвору у заготованці. Плунжерний затискач (рисунок 4.13, в) дає змогу відводити притискний елемент З на велику відстань від заготований за допомогою байонетного механізму 2 зі штифтами і та притискати її повертанням гвинта 3 на невеликий кут. На рисунку 4.13, г зображено машинні лещата (затискач з подвійним гвинтом). Під час обертання прикріпленої до гайки 5 ручки 7 крутний момент через підпружинені кульки 4 передається гвинту 3, що має з правого боку дрібну, а з лівого боку грубу різьбу. Швидке підведення рухомої губки 2 до заготованки 1 відбувається за допомогою лівого боку гвинта. Зростання крутного моменту зумовлює спрацювання кулькового механізму і гвинт зупиняється, а подальше обертання ручки передає рух до рухомої губки через правий бік гвинта з дрібною різьбою. Тоді зменшується швидкість переміщення губки та відповідно зростає сила її притискання. Упорна кулькова вальниця 6 зменшує тертя на торцевій поверхні гайки. Під час відпускання заготованки все відбувається у зворотному порядку.
Розрахунок параметрів гвинтових затискачів
Для однієї із зображених на рисунку 4.13, а — д конструкцій опорних торців гвинтових затискачів та їх параметрів, наведених у таблиці 4.1 і 4.2, визначити діаметр різьби гвинта, крутний момент і силу, які потрібно прикласти на вході затискача.
Таблиця 4.1
Вихідні дані за номерами завдань (наприклад, за передостанньою цифрою номера залікової книжки)
Таблиця 4.2
Вихідні дані за номерами варіантів завдань (наприклад, за останньою цифрою номера залікової книжки)
Задача. За таблицями 4.1 і 4.2 маемо такі вихідні дані: Q = 5,5 кІІ; рис. 6.1, д; різьба — метрична; марка сталі гвинта — А30; ρ= 10°; f= 0,12.
Розв'язання. За формулою знаходимо найменше значення номінального діаметра різьби гвинта як
Для метричної різьби коефіцієнт С = 5,2; границя міцності сталі А30σ=80 МПа; за умовою завдання Q =5,5 кН. Підставивши ці значення, отримаємо
Крутний момент, який треба прикласти до гвинта для отримання заданої сили притискання за (6.2),
а момент тертя за формулою (6.3)
Прийнявши з конструктивних міркувань Dв=2d і dм=d, підставивши відповідні значення у ці формули, після підрахунків отримаємо
Мтр=8213,3 Н·мм; Мвх=16747,43 Н·мм
Якщо сила, яку прикладають до ручок гайки, N = 60 Н, то потрібна довжина обох ручок
а найменша довжина кожної ручки l = 1/2 · 279,12 = 138,96 ≈ 140 мм.
Такий розмір ручки прийнятний для проектованого затискача.
Ексцентрикові затискачі
Розглянемо два ексцентрикові затискачі (рисунок 4.14) —дисковий та з прихоплювачем, а також дві схеми круглих ексцентриків, без ручки та з нею (рисунок 4.14).
Основними параметрами для розрахунку ексцентрикових затискачів є найбільша сила затискання заготованки, різниця радіусів робочого сектора ексцентрика (робочий хід), сила на ручці та кут її повертання. Вихідними
Рисунок.4.14 Дисковий (а) та прихоплювальний (б) затискачі
даними для визначення основних параметрів круглого ексцентрика (рис.6.3, а) є допуск розміру заготованки від ЇЇ базової поверхні до місця прикладення сили притискання, кут повертання ексцентрика та найбільша сила притискання заготованки.
Якщо кут повертання ексцентрика не обмежений, то де е — зміщення осі ексцентрика від осі його обертання,мм; S1 — початковий проміжок для вільного розміщення заготованки, mm; ТL3 — допуск розміра заготованки, mm; S2 — запас робочого руху ексцентрика, mm; J — жорсткість затискача, Н/мм".
Рисунок 4.15 Схеми сил для розрахунку круглого ексцентрика (а) та ексцентрикового затискача з ручкою (б)
Якщо кут повертання ексцентрика менший ніж 180°, то
,
де α — кут повертання ексцентрика, град. Радіус цапфи ексцентрика (рисунок 4.15,б) визначають як
де r і b — відповідно радіус та ширина (товщина) цапфи ексцентрика, мм; — границя міцності матеріалу цапфи ексцентрика на зминання, МПа; (здебільшого σзм = 15...20 мПа). Радіус самого ексцентрика R визначають з умови його самогальмування. Зі схеми сил, які діють на ексцентрик, видно, що рівнодійна сила Т реакції Q і сили тертя F має дорівнювати силі реакції з боку цапфи, дотичній до кола тертя радіусом р, і бути спрямована у протилежний від неї бік. Рис. 6.4 свідчить, що
(43)
де R і e — відповідно радіус та ексцентриситет ексцентрика, мм; φ — кут тертя спокою між поверхнею ексцентрика та натискним елементом, град. Радіус ρ кола тертя визначають як ρ =f"r; де f " — коефіцієнт тертя спокою у цапфі. Для напівсухих поверхонь ф приймають від 8 до 10°; а f " — від 0,15 до 0,18. Кут повертання α1 ексцентрика (рисунок 4.15, а) для найменш вигідного його положення α1=90° — φ. З деякими наближеннями ширину ексцентрика визначають як
(4.38)
де В — ширина ексцентрика, мм; σl3M — границя міцності на зминання матеріалу ексцентрика, МПа; для загартованої сталі σ13M = 800.. .1200 МПа; Е — модуль пружності матеріалу ексцентрика чи заготованки (приймають більше значення), МПа. Конструкції та розміри ексцентриків стандартизовані.
Залежність між силою притискання та моментом на ручці ексцентрика у кінці затискання заготованки знаходять із умови рівноваги сил, що діють на систему (рисунок 4.15, б). Після деякого спрощення маємо
де N - - сила на ручці, Н; α'— кут розміщення цапфи, град.; приймають α'=40...45°.
Круглі ексцентрики прості та дешеві у виготовленні. Однак недоліком їх є залежність самогальмівних властивостей від кута повертання ексцентрика, який не може бути більший ніж 180°. Позбавлені цього недоліку криволінійні ексцентрики, самогальмівні властивості яких переважно є незалежними від кута повертання ексцентрика. Кут повертання їх значно більший, ніж кут повертання кругових ексцентриків, і може бути більший ніж 180°. Профілі робочих поверхонь їх переважно виконують у вигляді евольвенти чи спіралі Архімеда.
Ексцентрики виготовляють зі стійких проти спрацювання високовуглецевих чи цементованих сталей і гартують до твердості 58... 62 HRC .
Розрахунок параметрів ексцентрикових затискачів
Для заданої на рисунку 4.15 схеми круглого ексцентрикового затискача та вихідних даних згідно з таблицями 4.3 і 4.4 визначити розміри ексцентрика, момент сил на його ручці та її довжину.
Таблиця 4.3
Вихідні лані за номерами завдань (наприклад, за передостанньою цифрою номера залікової книжки)
Таблиця 4.4
Вихідні дані за номерами варіантів завдань (наприклад, за останньою цифрою номера залікової книжки)
Задача. За табл. 6.3 і 6.4 маємо такі вихідні дані: Q= 3,0 kH; J= 15,0 кН/ мм; σ3M =20МПа; σ13M = 1100 МПа; α= 60°; φ= 8°; f'= 0,15; ТL3= 1,0 мм; S1= 0,20 мм.
Розв'язання. На основі поданих вище рекомендацій, враховуючи, що кут повертання ексцентрика менший ніж 180°, за формулою 4 ексцентриситет кулачка
Приймаючи з конструктивних міркувань ширину цапфи b = 10 мм, беручи до уваги, що σ3M= 20 МПа, за формулою 4 визначаємо радіус цапфи як
За формулою радіус ексцентрика
де радіус кола тертя ρ=f'r=0,15·7,5=1,75 мм.
Підставивши ці значення, маємо
Ширину ексцентрика визначаємо за формулою 4як
Прийнявши кут розміщення цапфи α'=40º, за формулою 4 знаходимо найбільший момент на ручці ексцентрика
Оскільки отримана довжина ручки більша за рекомендовану (350 мм), можна зробити висновок, що для заданого затискача потрібно або ускладнити його конструкцію, використавши у ньому поряд з ексцентриком ще й додатковий перетворювач (зубчастий, важільний тощо з коефіцієнтом перетворення 652,5/350 = 1,86), або переглянути вихідні та прийняті для розрахунків дані.
Клинові затискачі
Основними параметрами, що характеризують клинові затискачі, є найбільша сила притискання, кут передавання сили, довжина робочого переміщення вихідного клина та сила на вході затискача. їх часто застосовують як проміжні вузли у складніших затискачах і пристроях. Вони дають змогу не тільки збільшувати силу притискання заготованки, а й змінювати напрямок її дії. Залежно від кута клина вони можуть бути й самогальмівними.
Для найпоширенішого односкісного клина (рис. 6.5, а) з кутом між напрямками сил 90° сила на вході клинового затискача
Рисунок 4.16 Схеми для розрахунків клинових затискачів: 1 — плунжер; 2 — клин; 3 — важіль; 4 — шток
де N— сила на вході клинового затискача, Н; φ1 — φ3 — кути тертя відповідно між клином та його напрямними, плунжером і клином, плунжером та його напрямними. Для визначення сили, потрібної для зворотного руху клина у формулі, приймають від'ємні знаки. Самогальмування клинового затискача відбувається за умови, що α < φ1 + φ2. Якщо φ1= φ2 = φ3 = ф, то формулу записують як
Для визначення сили на вході клинового затискача (рисунок 4.16, б) користуються формулами.
Для клинових затискачів з кутом передавання сили більшим ніж 90° (рисунок 4.16, в) залежність між N і Q визначають за формулою
де φ1 , φ2 i φ3 — кути тертя відповідно між вхідним клином та його напрямними, обома клинами, вихідним клином та його напрямними, град; α, β — кути відповідно вхідного клина та між напрямками сил, град. Якщо кути тертя однакові та дорівнюють φ, то
Консольні плунжери клинових затискачів під дією сили N можуть перекошуватись у межах проміжку між плунжером і напрямними. Двоопорний плунжер (рисунок 4.16, г) практично не перекошується під дією цієї сили, а притискається до одного боку напрямної поверхні. Тому залежність між силами N і Q
(4.39)
Для затискача, зображеного на рис. 6.5, д, торцевий циліндричний клин передає вхідну силу шляхом повертання його навколо осі О-О, а співвідношення сил мас вигляд
де ґсер і r— відповідно середній і найбільший радіуси циліндричного клина, мм; l — довжина плеча ручки, мм.
Для збільшення ККД клинових затискачів на поверхні клина ковзання замінюють коченням, застосовуючи опорні ролики (дивись рисунок 4.16, б). На рисунку 4.16, є зображено комбінований затискач, складений з односкосого клина 2, до якого через шток 4 прикладена сила рушія N, і важільного затискача 3, що передає силу Q заготованці. Затискаючи заготованку, клин під дією цієї сили переміщається вліво і зумовлює повертання важеля навколо його осі. З умови рівноваги клина під дією всіх прикладених до нього сил, після деяких перетворень маємо
де φзв і φ2зв — зведені кути тертя для обох роликів, що контактують з напрямною затискача. їх можна визначити з умови рівноваги роликів як
де d і D — відповідно малий та великий діаметри установних поверхонь кулькових вальниць; φ1, і φ2 — кути тертя ковзання для матеріалів клина та зовнішніх кілець відповідно одної та другої вальниць.
Клини та плунжери роблять зі стійких проти спрацювання висо'ко-вуглецевих чи цементованих сталей та гартують до твердості 58...62 HRC
Завдання для самостійної роботи.
Розрахунок параметрів ексцентрикових затискачів
Для заданих у таблиці 4.5 і 4.6 вихідних даних визначити силу, яку потрібно прикласти на вході клинового затискача (рисунок 4.16).
Таблиця 6.5
Вихідні дані за номерами завдань (наприклад, за передостанньою цифрою номера залікової книжки)
Таблиця 6.6
Вихідні дані за номерами варіантів завдань (наприклад, за останньою цифрою номера залікової книжки) для самостійної роботи
Задача. За таблицями 4.5 і 4.6 маємо такі вихідні дані: Q = 2,5 кН; рис. 6.5, а; β= 90°; α = 10°; φ1, = 8°; φ2 = 8°; φ3 = 8°.
Розв'язання. Беручи до уваги, що всі три кути тертя рівні між собою, силу на вході затискача визначаємо за формулою
4.3 Прихвати
Важільні затискачі, як і клинові, здебільшого застосовують як проміжні вузли у складніших затискних системах. За допомогою важелів можна змінити як значення, так і напрямок дії сили притискання, а також забезпечити рівномірне притискання заготовапки у двох її точках одночасно. Основними параметрами для їх розрахунку є найбільша сила притискання, кут повертання напрямку сили притискання відносно напрямку сили рушія, передавальне відношення сил і переміщень, довжина робочого переміщення вихідної ланки чи кут її повертання.
Розглянемо схеми деяких важільних затискачів (рисунок 4.17). Для найпоширенішого важільного двоплечого затискача (рисунок 4.17, а) залежність сил на його вході та виході знаходять із суми їх моментів відносно осі обертання. Зі силового трикутника (рисунок 4.17, а) після деяких перетворень та спрощень отримуємо
для
(4.40)
для
для
де N— сила на вході важільного затискача, Н; Q — сила на його виході, Н; l, 12 l'2, l'1, l2— проекції плечей важеля на напрямки сил відповідно Q і N, мм; ρ=fr — радіус кола тертя; f'= 0,18.. .0,20 — коефіцієнт тертя цапфи та її осі. Відношення сил на вході та виході важеля (рисунок 4.17, б) з урахуванням співвідношень визначають за формулами
Рисунок 4.17 Важільні затискачі
(4.41)
де l1 і l2 — проекції плечей важеля відповідно сил N і Q на напрямок, перпендикулярний до цих сил, мм; l'1 і l'2 — проекції плечей важеля відповідно сил N i Q на напрямок цих сил, мм; φ — кут нахилу рівноважної сили до напрямку сили Q. Сили Q і N для цього важеля переважно перпендикулярні між собою.
Для важеля (рисунок. 4.17, в) це співвідношення сил записується формулою з відповідними значеннями його параметрів. Сили Q і N для цього важеля переважно паралельні між собою.
На рис. 6.6, г зображені три застосовувані схеми прикладення сил до важільних затискачів. Важелі виготовляють із вуглецевих сталей марок 15, 20, 25 з місцевим цементуванням та гартуванням до твердості 40...45 HRC.
Шарнірно-важільні затискачі
Розглянемо схему одно важільного затискача, що складений з повзуна 4, який сприймає силу рушія N і передає її за допомогою одноплечого 3 та двоплечого 2 важелів до заготований І (риснок 4.18, а). Співвідношення сил для такого затискача з урахуванням сил тертя
де α — кут між напрямками сил N і Q, град; (3 — кут, що враховує силу тертя у шарнірах (рисунок 4.18, б),
- кут тертя у напрямних повзуна, град.
Двоважільні механізми однобічної дії (рисунок 4.18, в-г) відрізняються від одноважільних тим, що сила рушія поділяється (залежно від відношення довжини важелів) між обома важелями. Тому сила притискання менша, ніж у одноважільних затискачів, а робочий хід відповідно більший.
Для затискачів (рисунок 4.18, в, д)
а для затискачів (рисунок 4.18, г, є)
(4.42)
Рисунок 4.18. Схеми шарнірно-важільних затискачів
хід важеля
де l довжина важеля, мм; а — проекція важеля на напрямок сили рушія, мм.
Рейково-важільні затискачі
Рейково-важільні затискачі здебільшого застосо; ., гь для ручного притискання заготованок. Вони складаються із затискача та спеціального замка, що утримує його у положенні сталого притискання заготованки після зняття сили з ручки (чи веденого колеса для механізованого притискання) затискача. Ручний рейково-важільний затискач (рисунок 4.19) складається з рейки 3, зубчастого колеса 5, встановленого на валу 4, та важеля 6 з ручкою. Обертання важеля проти годинникової стрілки зумовлює опускання рейки з прихоплювачем 2 вниз і притискання заготованки 1. Для забезпечення притискання заготованки після зняття сили з важеля застосовують спеціальні замки. Розглянемо деякі з них.
Роликовий замок (рисунок 4.20, а) складається з корпуса 7 і втулки 2 з вирізом для роликів 4, до якої закріплений важіль з ручкою. Зубчасте колесо закріплене до вала З, який має плоскі зрізані поверхні, що разом з циліндричною внутрішньою поверхнею корпуса контактують з роликами (на рисунку 4.20, а замість трьох зображено один). Під час обертання ручки з втулкою 2 проти годинникової стрілки рух до вала 3 передається через ролики, що заклинюються між корпусом і валом. Самовідпускання заготованки унеможливлює заклинювання роликів. Для відпускання заготованки повертають втулку у протилежному напрямку. Недоліками такого замка є значні сили тертя між роликами та корпусом й порівняно великі крутні моменти, які потрібно прикладати до вала як для закріплення, так і для відпускання заготованки.
У роликовому замку (рисунок 4.20, б) тертя роликів під час затискання заготованки відсутнє. Обертовий рух від ручки передається до вала 2 через ва-
а б
Рисунок 4.20 Роликові замки затискачів
Рисунок 4.21. Конусний замок
желі 3. Самозаклинювання роликів 4, яких переважно є три (на рисунку 4.21 зображено один), відбувається за допомогою притиснених пружинами б плунжерів 5. Для відпускання заготованки ручку з важелями 3 повертають у зворотному напрямку. Ролики заклинюються, і вал отримує зворотний рух від важелів. Для такого замка потрібні значно менші сили притискання заготованки.
Конусний замок (рисунку 4.21) складається з вала 7 з конусами 2 і 3 та ручки 4. Гвинтове зубчасте колесо, нарізане на середній частині вала, зачеплене з рейкою 5, що зв'язана із затискачем. Якщо кут нахилу зубців цього колеса 45°, то осьова сила, що діє на вал, дорівнює силі притискання заготованки (без урахування втрат на тертя). Самогальмування затискача забезпечується силами тертя одного з конусних з'єднань з кутом нахилу твірної конусів до осі дещо більшим, ніж кут тертя матеріалів конусів і напрямних втулок, що жорстко закріплені до корпуса пристрою. Конусний замок може передавати значно більші зусиллля, однак він порівняно складніший за конструкцією та дорожчий у виготовленні.
В ексцентриковому замку (рисунок 4.22) на валу 3 зубчастого колеса через шпонкове з'єднання закріплений ксцентрик 2. Обертовий рух передається від ручки через втулку 5 та ексцентрик 2 до вала 3. Втулка 5 вільнообертається в отворі корпуса J, вісь кого ексцентрична до осі вала .
Рисунок 4.22 Ексцентриковий замок
Зворотний рух від вала до втулки унеможливлений через заклинювання ексцентрика з корпусом. Обертання ручки у протилежному напрямку передається на вал зубчастого колеса через втулку 5 і штифт 4.
. Пружинні затискачі
Пружинні затискачі переважно є складовими частинами складніших за конструкцією затискачів. У затискачі (рисунок 4.23, а) потрібну силу притискання отримують шляхом стискання пружини штоком рушія lчерез пружину 3 і плунжер 4. Упор 2 пристрою обмежує силу притискання. У затискачі (рисунок 4.23, б) потрібну силу притискання заготованки з можливим регулюванням її величини отримують стисканням пружини З через шток 2 і гайку 5. Відпускання заготованки 1 ідбувається внаслідок переміщення штока 2 та додаткового стискання пружини.
Рисунок 4.23 Пружинні затискачі
У деяких пристроях пружинні затискачі можуть бути складовою і невід'ємною їх частиною. Шпиндель 5 використовується також як силовий рушій, а заготовашса притискається за допомогою двох пружин, одягнених на скалки 4, та кондукторної плити 3.
Пружини переважно виготовляють з легованих конструкційних сталей марок 65Г, 40ХФА з відповідним термічним обробленням
Багатоточкові затискачі
Багатоточкові затискачі (рисунок 4.24) здебільшого мають один спільний силовий рушій. Основною вимогою до лих є забезпечення рівнозначності усіх притискних сил незалежно від коливання розмірів заготованок, що вимагає використання спеціальних гнучких затискачів. Використовувані на виробництві затискачі поділяють за напрямком сили притискання на такі, що передають силу притискання в одному напрямку від заготованки до заготованки (пакетні затискачі), що притискають заготованки одночасно у декількох напрямках (паралельної дії), що мають сили притискання зі зустрічними чи перехресними напрямками тощо. Затискачі паралельної дії (рис. 6.13, а) прості та надійні в експлуатації, але громіздкі та непридатні для
Рисунок 4.24 Багатоточкові затискачі
багатьох заготованок. Затискачі (рисунок 4.24, б) малогабаритні, але мають низький ККД, а для однакових кутів клинів 2 і З сили притискання заготованок 5 неоднакові через втрати на тертя клинів між собою та плунжерів 4.
Цих недоліків позбавлені затискачі з гідропластмасою (рисунок 4.24, в), що пояснюється її здатністю передавати сталий тиск у будь-якому напрямку. Сила N від тяги рушія за допомогою важеля 2 з гідропластмасою та плунжерів З передається до заготованок 4. На рисунку 4.24, г і д зображені затискачі відповідно з зустрічним і перехресним напрямками дії сил притискання.
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
Змістовний модуль 5
ПФ.Д.01.ПР.005.09
Настаново-затискне обладнання пристроїв
Тема 5 Настаново-затискне обладнання пристроїв
5.1 Призначення.Формули для визначення зусиль затиску
5.2 Механізація та автоматизація
5.3 Стандарти на настоново-затискне обладнання
5.1 Призначення.Формули для визначення зусиль затиску
Самоцентрувальні затискачі призначені для забезпечення високої точності базування та закріплення заготованок під час їх оброблення . Від звичайних затискачів вони відрізняються тим, що одночасно виконують обидві функції. Це вимагає наявності у них рухомих установних елементів, ко ординати та траєкторія руху яких задані з достатньою точністю.
Самоцентрувальні затискачі бувають орієнтувальними (визначають тільки одну площину симетрії) та центрувальними (визначають дві взаємно перпендикулярні площини заготованки).
Розглянемо принципові схеми деяких орієнтувальних і центрувальних затискачів. Принцип дії орієнтувальних затискачів зрозумілий зі схем (рисунок 5.1, а і в). Два рухомі елементи 1 і 2 затискача (рисунок 5.1, а) переміщаються по заданій площині у напрямках X. Рух обох елементів відбувається одночасно, з однаковою швидкістю та у протилежному напрямку. У технологічних пристроях, де застосовують вказаний затискач, точно фіксують положення цієї площини відносно координат пристрою, а під час встановлення заготованки 3 забезпечують суміщення з нею установної базової площини заготованки.
Заготованку у пристрої (рисунок 5.1, в) встановлюють за допомогою двох нерухомих і одного рухомого кулачків. Це дає змогу точно встановити заготованку тільки відносно однієї з площин симетрії (вертикальної), а положення другої буде зумовлюватися відхиленнями діаметра заготованки від заданого у кресленні.
Принцип дії центрувальних затискачів можна пояснити за допомогою схеми, зображеної на рисунку 5.1, г. Для визначення положення двох координатних площин технологічної бази у затискачі потрібні три елементи, що одночасно та з однаковою швидкістю переміщаються у напрямку до центра 0 чи віддаляються від нього, або дві призми (рисунок 5.1, б).
Самоцентрувальні затискачі порівняно з орієнтувальними забезпечують вищу точність встановлення заготованок. Наприклад, коливання діаметра заготованки у затискачі (рисунок 5.1, в) може зумовлювати появу ексцентриситету під час її обточування, а у затискачі (рисунок 5.1, г) він відсутній, тому що вісь базової поверхні заготованки завжди суміщена з віссю затискача. Суміщення осей заготованки та затискача дає змогу також значно зменшити припуск на оброблення різанням.
Застосування самоцентрувальних затискачів забезпечує високу точність розмірів заготованок, заданих не тільки від технологічної бази, а й від їх геометричної осі симетрії. Наприклад, потрібно досягти симетрії оброблюваної заготованки (рисунок 7.1, а). Для цього під час її оброблення забезпечують задану точність обох розмірів {А і В). Якщо за установну базу взяти поверхню а, то похибка базування розмірам ЕА = 0, а розміра В буде Ев = 2 Тс, де 2ТС — допуск розміру С. Застосування орієнтувального затискача дає змогу забезпечити рівність похибок базування для обох розмірів і зменшити їх удвічі, тобто ЕА=ЕВ=Тс. Або припустімо, що положення оброблюваних поверхонь задано відносно осі симетрії заготованки (рис. 7.1, б). У цій заготованці потрібно обробити два отвори, що мають бути симетрично розміщені відносно її осі симетрії. Використання як технологічної бази будь-якої з бічних поверхонь заготованки зумовлює похибку базування для розміру L/2, а використання самоцентрувального затискача дає змогу усунути її зовсім.
Рисунок 5.1. Принципові схеми орієнтувальних (а,в) і центрувальних (б, г) затискачів
Часто похибку встановлення заготованки у самоцентрувальному пристрої називають ще похибкою центрування. Вона може виникати як результат неточності виготовлення та спрацювання деталей затискача. Застосовують самоцентрувальні затискачі в усіх типах виробництва, але найбільш ефективні вони у великосерійному та масовому виробництві.
5.2. Класифікація та характеристика самоцентрувальних затискачів
Самоцентрувальні затискачі класифікують за їх конструктивними ознаками . За формою рухомих елементів їх поділяють на кулачкові та призматичні, а за руховим механізмом — на гвинтові, рейково-зубчасті, спірально-рейкові, клино-плунжерні, клино-кулькові, цангові, мембранні, гідро-пластмасові, комбіновані тощо.
Основними параметрами самоцентрувальних затискачів є точність центрування та сила затискання заготованки.
Гвинтові самоцентрувальні лещата доволі поширені у виробництві, але через низьку точність центрування (допустима похибка центрування становить ± 0,2 мм) їх переважно використовують для чорнового та напівчорно-вого оброблення заготованок. Перевагою їх є велика сила притискання заготованки, а недоліком — те, що вони мало придатні для механізації та автоматизації праці. Гвинтові затискачі також відзначаються порівняно малою швидкодією, тому для верстатних лещат їх здебільшого замінюють рейково-зубчастими затискачами (рисунок 5.2). Рейка 4 закріплена до повзуна 5, а рейка 1 — до штока 10 рушія 11. Переміщаючись вліво, шток штовхає повзун 9 у цьому ж напрямку, а рейка 1 повертає зубчасте колесо 2 навколо нерухомої осі 3, одночасно переміщаючи рейку 4 і повзун 5 у протилежному напрямку. Призми 6 і 8, що закріплені відповідно на обох повзунах, центрують і зати скають заготованку 7. Недоліком таких лещат є невелика сила затискання заготованки через те, що передавальне відношення їх і=1.
Рисунок 5.2. Самоцентрувальні верстатні лещата
Точність центрування заготованок така ж, як і гвинтових, зате швидкодія значно вища. Вони придатні для механізації та автоматизації праці. Конструкції верстатних лещат, як і ручних, стандартизовані.
Рисунок 5.3. Токарний самоцентрувальний спірально-рейковий патрон
Спірально-рейкові затискачі широко застосовують для переміщення кулачків токарних самоцентрувальних патронів (рисунок 5.3). У корпусі 1 патрона встановлено диск 2, що має з одного боку спіральну різьбу, а з другого — конічне зубчасте колесо. Спіральною різьбою диск 2 зчеплений з рейками 3, до яких прикріплені кулачки, а конічним колесом — з трьома конічними шестернями 4, що вмонтовані у відповідні отвори корпуса патрона. Кришка 5 обмежує осьовий рух диска і запобігає забрудненню патрона. Обертання однієї з зубчастих шестерень зумовлює відповідне обертання диска, який через спіральну різьбу і рейки одночасно переміщає всі три кулачки у напрямку до центра або у протилежний бік. Кулачки патронів дають змогу центрувати заготованки як на зовнішні, так і на внутрішні поверхні. Конструкції та розміри таких патронів стандартизовані.
Клино-плунжерні затискачі (рисунок 5.4) переважно також використовують для токарних патронів. Три плунжери 2, що розміщені під кутом 120° один до одного, можуть рухатися у радіальних пазах корпуса 1. Переміщують плунжери за допомогою силового рушія через клин 3 з відповідними скошеними поверхнями. Рух клина вліво зумовлює розходження плунжерів у радіальних напрямках і одночасне центрування та затискання заготованки 5. Переміщення клина вправо дає змогу пружині 4 перемістити плунжери у напрямку до осі обертання патрона та відпустити заготованку. У клино-плунжерному затискачі патрона клин (спіраль гвинта) ніби плаває під дією трьох однакових радіальних сил, які спрямовані до одного центра, тому тертям між клином і плунжером можна знехтувати і силу тяги такого патрона можна визначити за формулою (6.21), прийнявши tgφ= 0. Тоді
Рисунок 5.4. Клино-плунжерний центрувальний патрон
(5.1)
де α — кут спіралі гвинта (клина), град; φ1 і φ3— кути тертя відповідно між корпусом патрона та клином і плунжера у його радіальних напрямках.
Похибка центрування для клино-плунжерних патронів становить ±(0,1...0,25) мм. Тому ці патрони переважно застосовують для чорнового оброблення заготованок. Конструкції та розміри їх стандартизовані.
Клино-кулькові затискачі застосовують для верстатних пристроїв з базуванням заготованок як на зовнішні, так і на внутрішні циліндричні поверхні (рисунок 5.5). У корпус 1 запресоване кільце 2, з яким контактують кульки 3, утримувані сепаратором 4 та шайбою 5 обойми. Рух обойми з кульками вліво від рушія патрона зумовлює центрування та затискання заготованки 6 кульками, що спрямовані у напрямку до центра обертання патрона конічною поверхнею кільця 2. Перевагою такого патрона перед клино-плунжерним є менші втрати на тертя у напрямних для кульок і виша точність центрування за рахунок зменшення кількості передавальних ланок і точності розмірів кульок. З умови рівноваги кульки отримуємо таке співвідношення сил
(5.2)
де φk — кут тертя кочення кульки по конічній поверхні кільця, град; φ2 і φ3 — кути тертя кульки відповідно до заготованки та сепаратора.
Клино-кулькові затискачі забезпечують велике передавальне відношен-
Рисунок 5.5. Самоцентрувальний клино-кульковий патрон
ня та значну силу затискання заготованки, але можуть пошкоджувати базову поверхню заготованки, що зумовлено практично точковим контактуванням її з кульками. Тому ці затискачі застосовують переважно для чистового оброблення заготованок, де діють малі сили різання. Кут конуса кільця приймають у межах 5 ... 10°, а найменший діаметр кільця визначають з формули
(5.3)
Довжина конуса l= l1 + l2 + l3, де l, — запас ходу, мм; l 2 = 772tgα — довжина конуса, що потрібна для забезпечення затискання будь-якої заготованки у межах допускних її розмірів, мм; l3 = Smin/2tgα — довжина конуса, що гарантує мінімальний проміжок між заготованкою та кульками під час встановлення заготованки.
Для встановлення та затискання довгих заготованок використовують дворядне розміщення роликів у одному або різних сепараторах. Такі затискачі застосовують у патронах для чистового шліфування базових отворів зубчастих коліс. Для оброблення зубчасті колеса встановлюють на базові евольвентні поверхні зубців, що забезпечує високу точність їх центрування та, як наслідок, якість коліс. Для надійного контактування кульок з евольвент-ними поверхнями за розробленою методикою визначають потрібний діаметр кульок.
Центрувальними елементами для важільних затискачів є важелі або кулачки, що переміщуються з їх допомогою. У патроні з важільно-кулачковим затискачем (рис. 7.6) кулачки 6рухаються штоком 1 пневмо- чи гідроциліндра через важелі 2, що повертаються навколо осей 3, встановлених нерухомо у корпусі 4. У кришці 5 є три радіальні пази, розміщені під кутом 120° один до одного, які служать напрямними для кулачків 6. Рух штока вліво зумовлює одночасний рух усіх кулачків у напрямку до центра та затискання ними заготованки, а рух штока вправо відпускає її. Важільні патрони забезпечують достатньо велику силу затискання, але мають малу точність центрування заготованок.
Рисунок 5.6. Важільно-кулачковий самоцентрувальний патрон
Тому їх переважно застосовують для чорнового та напівчистового оброблення заготованок.
Основні параметри самоцентрувальних затискачів з пружинними елементами
Самоцентрувальні затискачі з пружинними елементами відрізняються тим, що замість ланок, з'єднаних між собою рухомими припасуваннями, які забезпечують їх рух у обох напрямках і спрацьовуються, мають пружні установці елементи, з'єднані між собою в одне ціле. Такий елемент можна виготовити з високою точністю, забезпечивши порівняно вищу точність затискача. До самоцентрувальних затискачів належать цангові, мембранні та гідро-пластмасові центрувальні затискачі, а також затискачі з тарілчастими пружинами.
Цангові затискачі
Цанги — це розрізні (вздовж осі симетрії) пружні втулки (рисунок. 5.7), що залежно від їх конструкції (розміщення конусної поверхні) допускають вста новлення та закріплення штучних і пруткових заготованок за допомогою внутрішньої або зовнішньої поверхонь різного профілю (круглих, квадратних, призматичних, шестигранних тощо).
Цанговий затискач з втяжною цангою З призначений для центрування штучних заготованок 4 за допомогою їх зовнішньої поверхні. Такі затискачі переважно застосовують для центрування та закріплення окремих заготованок. Якщо заготованка не має відповідного установного бурта (як на рисунок 5.7, а), то всередині цанги передбачають спеціальний упор. Затискачі зі штовханими цангами З (рисунок 5.7, б) здебільшого застосовують для пруткових
Рисунок 5.7. Цангові затискачі
заготованок. Для фіксування прутка 4 в осьовому напрямку служить упор 6, встановлений поза цангою.
Повздовжні прорізі перетворюють кожний пелюсток цанги у консольний брус, один з кінців якого переміщується у радіальному напрямку шляхом ковзання конічної його поверхні по відповідній нерухомій поверхні корпуса або гайки, що з'єднані з ним. Самоцентрування забезпечується одночасним деформуванням усіх пелюстків цанги. Кількість пелюстків цанги залежить від її розмірів і профілю встановлюваних заготованок. Для заготованок круглого перерізу з діаметром до ЗО мм цанга має три пелюстки, з діаметром від 30 до 80 мм — чотири, а з діаметром понад 80 мм — шість.
Для забезпечення довговічності цанги деформування її пелюстків не має перевищувати границі пружності матеріалу, з якого вона виготовлена. Виготовляють цанги з високовуглецевих (У8А, У10А, 65Г тощо) або легованих (15ХА, 12ХНЗА тощо) сталей з гартуванням їх робочих частин до твердості 55 ... 62 HRC та відпусканням неробочих частин до твердості 39 ... 40 HRC .
Точність центрування нових цанг становить 0,02 ... 0,05 мм. Установні поверхні цанг обробляють відповідно до шостого-восьмого квалітетів точності. Беручи до уваги, що під час гартування цанга може жолобитися, оброблення різанням і гартування разом з чистовим шліфуванням виконують із наявністю невеликих перемичок між пелюстками, які після оброблення вилучають за допомогою тонких шліфувальних кругів.
Сила втягування для цангового затискача без упора (рисунок 5.7, а)
(5.4)
де Q — сила затискання заготованки, Н; Q1 — сила стискання пелюстка цанги для вибирання проміжка між її губками та заготованкою, Н; φ — кут тертя конічних поверхонь цанги та шпинделя, град. Відповідно до рисунку 5.7, а
де k— коефіцієнт запасу, М— момент (наприклад, сил різання), який передається цангою, Нмм; d — діаметр базової поверхні заготованки, мм; Р — осьова сила (наприклад, складова сили різання), що зсуває заготованку, Н; f— коефіцієнт тертя між цангою та заготованкою.
Силу Q1 знаходять, приймаючи кожний пелюсток цанги за консольно закріплений брус
(5.5)
де Е — модуль пружності матеріалу цанги, МПа; l — довжина пелюстка від початку до середини конуса, мм; п — кількість пелюстків цанги; δ— стріла прогинання пелюстка, що дорівнює половині найбільшого діаметрального проміжку між цангою та заготованкою, мм; JM — момент інерції сектора тонкого кільця на початку пелюстка, мм4 (переріз АА на рисунку 5.7, a); Smax — найбільший проміжок між цангою та заготованкою, мм;
(5.6)
де d — діаметр зовнішньої поверхні пелюстка, мм; t — товщина стінки пелюстка, мм; α1—- половина кута сектора пелюстка цанги, град. Прийнявши Е = 2,2·105 МПа та позначивши δ= Smax/2, отримаємо:
для трипелюсткової цанги (α1≈ 60°)
;
для чотирипелюсткової цанги (α1≈ 45°)
Для цангового затискача (рисунок 5.7, б) наявне тертя між губками цанги та заготованкою. Тоді
(5.7)
Розглянемо центрувальний затискач зі штовханою цангою 3 та внутрішнім упором, розміщеним у шпинделі 1 (рисунок 5.7, в). Заготованку 4 затискають шляхом закручування гайки 5 з внутрішньою конічною поверхнею на шпиндель, у якому міститься цанга зі зовнішньою конічною поверхнею. Для таких механізмів замість штовхальної сили визначають потрібний момент сили, прикладеної до гайки, під час затискання заготованки.
Завдання для самостійної роботи
Розрахунок цангових затискачів
Для заданих (рисунок 5.7) конструкцій цангових затискачів токарних патронів і вихідних даних згідно з табл.иці 5.1 і 5.2 визначити силу втягування (штовхання) або момент сил закручування гайки затискача.
Таблиця 5.1
Вихідні дані за номерами завдань (наприклад, за передостанньою цифрою номера залікової книжки)
|
Параметр |
Завдання |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
М, Н·мм |
100 |
120 |
180 |
160 |
300 |
250 |
100 |
125 |
150 |
200 |
|
Р, Н |
160 |
80 |
100 |
180 |
160 |
120 |
75 |
100 |
80 |
60 |
|
k |
1,5 |
1,8 |
1,4 |
1,6 |
2,0 |
2,2 |
2,5 |
1,5 |
1,6 |
1,8 |
|
f |
0,12 |
0,13 |
0,14 |
0,15 |
0,16 |
0,17 |
0,12 |
0,13 |
0,14 |
0,15 |
|
Φ, град |
6 |
7 |
8 |
9 |
6 |
7 |
8 |
9 |
6 |
8 |
Таблиця 5.2
Вихідні дані за номерами варіантів завдань (наприклад, за останньою цифрою номера залікової книжки)
|
Параметр |
Завдання |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
Рис.7.7 |
а |
б |
в |
а |
б |
в |
а |
б |
в |
а |
|
d, мм |
16h7 |
10g7 |
20f7 |
12h8 |
16f8 |
20h7 |
25g8 |
30h7 |
36f7 |
40h7 |
|
d 1, мм |
24 |
16 |
28 |
18 |
25 |
30 |
35 |
40 |
48 |
52 |
|
t, мм |
2,0 |
1,6 |
2,5 |
1,8 |
2,2 |
2,0 |
2,8 |
3,0 |
3,5 |
4,0 |
|
l, мм |
50 |
40 |
60 |
45 |
55 |
65 |
70 |
75 |
85 |
100 |
|
n |
3 |
4 |
3 |
4 |
3 |
4 |
3 |
4 |
3 |
4 |
Задача. За табл. 7.1 і 7.2 маємо такі вихідні дані: М= 200 Н · м; Р = 60 Н; k=1,8; f= 0,15; φ= 8°; рис. 7.7, a; d = 40 h7; d1 = 52; t= 4,0 мм; l= 100 мм; n = 4.
Розв'язання. Беручи до уваги, що заданий затискач (рисунок 5.7, а) є втяжним і не має упора, потрібну для затискання заготованки силу визначаємо за формулою як
, де
Для чотирипелюсткової цанги маємо
Прийнявши з конструктивних міркувань найбільший проміжок між цангою та заготованкою Smax= 0,5 мм і підставивши вихідні дані, отримаємо
а потрібна сила втягування цанги
Мембранні затискачі
Мембранні затискачі застосовують для встановлення та закріплення таких заготованок, як диски, втулки, кільця тощо за допомогою як внутрішніх, так і зовнішніх поверхонь. Основною деталлю таких затискачів є пружна мембрана, що за формою може бути ріжко-, чашко- та кільцеподібною.
Мембранний патрон (рисунок 5.8, а) має круглу, закріплену до планшайби верстата мембрану 1 зі симетрично розміщеними на ній кулачками 2. Кількість кулачків залежить від розмірів мембрани, їх може бути від 6 до 12. У шпинделі розташований шток 4 пневмо- чи гідроциліндра, який, рухаючись вправо, вигинає мембрану й розкриває її кулачки (рисунок 5.8, б), звільнюючи заготованку. Рух штока вліво дає змогу за допомогою кулачків центрувати та затискати заготованку.
Виготовляють мембрани з високовуглецевих сталей (У7А, ЗОХГС, 60С2А, 65Г тощо) із гартуванням їх до твердості 40 ... 45 HRC [4].
Мембранні патрони можуть забезпечити точність центрування до 0,005 мм. Досягають такої високої точності центрування шляхом додаткового оброблення кулачків у складеному патроні.
Рисунок 5.8. Мембранні центрувально-затискні патрони
Вихідними даними для розрахунку патрона є найбільший момент різання, діаметр базової поверхні заготованки та відстань від середини кулачків до середньої площини мембрани (рис.7.8, а). З умови рівноваги окремого кулачка мембрани радіальна сила на ньому
(5.8)
де k — коефіцієнт запасу; Мp — момент сил різання, Н·мм; п — кількість кулачків; f — коефіцієнт тертя між кулачками та заготованкою; d — діаметр заготованки, мм. Сили Q вигинають мембрану. Для великої кількості кулачків, враховуючи розміщення їх по колу радіусом d/2, вигинальний момент
де М — момент сил, що вигинають мембрану, Н·мм; l — відстань від мембрани до середини кулачка, мм. Силу, яку потрібно прикласти до штока для розкриття кулачків з мембраною на кут ф, визначають зі схеми для розрахунку мембранного патрона (рисунок 5.9). З деякими спрощеннями маємо
(5.9)
де d1 — зовнішній (великий) діаметр мембрани, мм; h — товщина мембрани, мм;
Рисунок 5.9. Схеми для розрахунку мембранного патрона
(5.10)
φ' — кут розкриття кулачків (вигинання мембрани), град; φ — найменше значення кута розкриття кулачків (вигинання мембрани), необхідного для охоплення заготованки найменшого діаметра, яку визначають як
де Td — допуск діаметра заготованки, мм; 5 ах — найбільший проміжок між заготованкою та кулачками, мм; Е і μ — відповідне модуль пружності та коефіцієнт Пуассона для матеріалу мембрани; km — коефіцієнт моменту сил, що залежить від співвідношення d1/ d і приблизно може бути визначений за таким відношенням:
|
Відношення d1/ d |
1,25 |
1,50 |
1,75 |
2,00 |
2,25 |
2,50 |
2,75 |
3,00 |
|
km |
0,215 |
0,355 |
0,440 |
0,490 |
0,520 |
0,545 |
0,560 |
0,580 |
За значенням цієї сили розраховують найбільше напруження у матеріалі мембрани як
(5.11)
де σm — внутрішні напруження у мембрані, МПа; µ — коефіцієнт Пуассона; rо — радіус кола контакту штока та мембрани, мм; h — товщина мембрани, мм. Товщину мембрани приймають від 0,03 до 0,06 d1, а радіус кола контак ту мембрани і штока rо від 3 до 5 мм.
Окрім суцільних застосовують також мембрани з центральним отвором діаметром dц для проходження довгих пруткових заготованок. Для таких мембран кут розкривання, визначений за формулою, множать на коефіцієнт k1, а силу на штоці, визначену за формулою , — на коефіцієнт k2, (таблиця 5.3), які визначають за табл. 7.3 залежно від значень відношень d1/dц та d1/d.
Таблиця 5.3
Значення коефіцієнтів k1 і k2
|
Відношення d1/dц |
Відношення d1/d |
|||||||
|
1,25 |
1,50 |
1,75 |
2,00 |
2,25 |
2,50 |
2,75 |
3,00 |
|
|
Коефіцієнт k1 |
||||||||
|
10 |
1,01 |
1,02 |
1,04 |
1,06 |
1,08 |
1,10 |
1,13 |
1,16 |
|
5 |
1,04 |
1,10 |
1,17 |
1,21 |
1,29 |
1,39 |
1,52 |
1,60 |
|
4 |
1,06 |
1,14 |
1,22 |
1,31 |
1,43 |
1,55 |
1,74 |
- |
|
3 |
1,00 |
1,24 |
1,40 |
1,53 |
1,73 |
- |
- |
- |
|
2,5 |
1,13 |
1,33 |
1,55 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
Коефіцієнт k2 |
||||||||
|
10 |
0,93 |
0,92 |
0,90 |
0,89 |
0,87 |
0,86 |
0,84 |
0,83 |
|
5 |
0,87 |
0,84 |
0,82 |
0,80 |
0,78 |
0,75 |
0,67 |
0,60 |
|
4 |
0,87 |
0,83 |
0,80 |
0,79 |
0,77 |
0,74 |
0,65 |
- |
|
3 |
0,88 |
0,85 |
0,83 |
0,81 |
0,79 |
- |
- |
- |
|
2,5 |
0,92 |
0,90 |
0,88 |
- |
- |
- |
- |
- |
Найбільше напруження у матеріалі мембрани з центральним отвором знаходять за формулою
(5.12)
Мембранний патрон з пневматичним циліндром (дивись рисунок 5.8, в) збільшує силу затискання заготованки. Рух вправо поршня 3 разом зі втулкою 4, що закріплена до нього, зумовлює вигинання мембрани 1 і звільнення заготованки 2, а рух його вліво спричинює збільшення сили затискання заготованки, бо до пружних сил мембрани додається ще й сила поршня.
Задача. Визначити силу на штоці та напруження у матеріалі мембрани для центрувального патрона (дивись рисунок 5.8, а), що передає крутний момент сил різання М = 15000 Н · мм і має такі конструктивні розміри: d = 62,5 мм; d1 = 125 мм; l= 30 мм; h = 4 мм; кількість кулачків п - 8; допуск діаметра заготованки Тd= 0,02 мм; проміжок Smax = 0,025 мм; матеріал мембрани — сталь марки У7А.
Розв'язання. Приймемо для розрахунків, що модуль пружності матеріалу мембрани Е = 2,1 · 105 МПа; коефіцієнт Пуассона µ= 0,3; коефіцієнт тертя між заготованкою та кулачками f= 0,15 і коефіцієнт запасу k= 1,5.
Радіальну силу на кожному з кулачків визначаємо за формулою як
Момент сил, що вигинають мембрану,
Прийнявши радіус кола контакту мембрани та штока r0=3 мм і визначивши найменше значення кута розкриття кулачків за формулою як
і кута розкриття кулачків з урахуванням допуску діаметра заготованки та найбільшого проміжку між заготованкою та кулачками за як
знаходимо силу на штоці за першою формулою :
Напруження у матеріалі мембрани визначаємо за формулою як
Таке напруження значно менше за межу міцності сталі У7А 630 МПа.
Завдання для самостійної роботи Розрахунок мембранних патронів
Таблиця 5.4
Вихідні дані за номерами завдань (наприклад, за передостанньою цифрою номера залікової книжки)
|
Параметр |
Завдання |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
Мр, НМ |
5 |
8 |
10 |
12,5 |
16 |
20 |
25 |
32 |
40 |
35 |
|
n |
6 |
8 |
10 |
12 |
||||||
|
d3, мм |
25h6 |
32g7 |
40h6 |
50g7 |
60h6 |
80g6 |
40h7 |
50g7 |
80h7 |
50g7 |
|
d1, мм |
50 |
65 |
80 |
100 |
120 |
160 |
80 |
100 |
165 |
125 |
|
l, мм |
16 |
20 |
25 |
25 |
30 |
40 |
20 |
25 |
30 |
40 |
|
h, мм |
2,5 |
3,5 |
4,0 |
4,5 |
5, |
8 |
4,5 |
4,5 |
5 |
7 |
|
Smах, мм |
0,04 |
0,05 |
0,05 |
0,07 |
0,08 |
0,10 |
0,06 |
0,07 |
0,10 |
0,08 |
Таблиця 5.5
Вихідні дані за номерами варіантів завдань (наприклад, за останньою цифрою номера залікової книжки)
|
Параметр |
Варіант |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
Матеріал |
65Г |
65Г |
60С2А |
60С2А |
30ХГС |
30ХГС |
У7А |
У8А |
65Г |
У7А |
|
Коефіцієнт запасу k |
1,5 |
1,5 |
1,8 |
1,2 |
1,6 |
1,5 |
1,4 |
1,6 |
1,4 |
1,6 |
Задача. За табл. 7.4 і 7.5 маємо такі вихідні дані: Мр = 35 Н ·м; п = 12; d3=50g7; d1 = 125; l = 40; h = 7; матеріал для мембрани — сталь марки У7А; коефіцієнт запасу k = 1,6; Smax = 0,08 мм.
Розв'язання. Згідно з сила на одному кулачку
Вигинальний для мембрани момент сил Q за формулою
Кут, на який потрібно відхиляти мембрану, визначаємо за рівнянням з урахуванням значення ер за формулою :
для d1/d= 125/50 = 2,5 згідно зі співвідношенням коефіцієнтів моменту сил та відношення d1/ d km = 0,545.
Підставивши ці значення та виконавши математичні розрахунки, отримаємо φ= 0,00000159; φ'=0,001377.
Сила, яку потрібно прикласти до штока для розкриття кулачків з мембраною на потрібний кут згідно з другою формулою, становить
Прийнявши з конструктивних міркувань радіус контакту мембрани та штока rо = 5 мм за (7.10), визначаємо найбільше напруження у мембрані
що значно менше, ніж допускне напруження 630 МПа для сталі марки У7А.
5.2 Механізація та автоматизація
Як указувалося в попередніх главах, приводи використаються в пристосуваннях із затискними пристроями першої й третьої груп. У затискних пристроях першої групи застосовуються пневматичні, гідравлічні, пневмогідравличні, механогідравличні, відцентрово-інерційні й інші приводи. У третій групі - вакуумні, магнітні, електростатичні й ін.
Пневматичний привод
Пневматичний привод складається із пневмодвигуна, повітропроводів і пневматичної апаратур різного призначення. Енергоносієм тут є стиснене повітря з тиском Р = 0,4 – 0,6 Мпа. Розрахунок на міцність елементів пневмоприводу роблять при тиску Р = 0,6 МПа, а величину зусилля, що розвиває їм, Ри при тиску Р = 0,4 Мпа.
Пневмодвигуни виконують у вигляді поршневих циліндрів і диафрагменних пневмокамер.
Поршневі двигуни (пневмоциліндри)
Вони підрозділяються на одинарні й здвоєні. В одинарні є один поршень, а в здвоєних - два. Вони можуть бути також однобічної й двосторонньої дії (рисунок 5.10).
Рисунок 5.10 Пневмоциліндр двосторонньої дії
1. Для пневмоциліндрів однобічної дії
;
;
, (5.13)
де до – характеристика пружини,
а – величина стиску.
2. Для пневмоциліндрів двосторонньої дії
,
, (5.14)
де – КПД 0,85,
q – опір зворотної пружини.
Діафрагменні пневмокамери
Рисунок 5.11 Діафрагменні пневмокамера
1. Для пневмокамер однобічної дії
. (5.15)
2. Для пневмокамер двосторонньої дії
(5.16)
Діафрагменні пневмокамери (рисунок 5.12) у силовому відношенні відрізняються від поршневих тім, що зусилля, що розвиваєме ними, змінюється в міру руху штока.
Переваги пневмокамер:
Недоліки:
Гідравлічний привід
Гідравлічний привід складається із силового гідравлічного циліндра, насоса, бака, трубопроводів, апаратури керування й регулювання. Гідроциліндри бувають однобічної й двосторонньої дії. Завдяки використанню більше високого тиску рідини в порівнянні із пневмоприводом при тих зусиллях, що розвивають же, має менші габарити й вагу; масло забезпечує змащення тертьових частин.
Недоліки гідроприводів:
Найпростіша схема з одним насосом наведена на рисунку 5.12
Масло від насоса 4 направляється золотником керування 2 в одну з порожнин гідроциліндра 1. Коли передається до затискних елементів несамогальмуючі, масло повинне подаватися в систему під робочим тиском у плині всього часу роботи механізму затискача й майже вся витрата масла (за винятком витоків) повинен проходити через переливний клапан 3, настроєний на робочий тиск, що викликає нагрівання масла й непродуктивним витрат енергії. Тому таку схему доцільно застосовувати у випадках, коли передають до затискних елементів самогальмуючих й насос після затискача може відключатися .
Рисунок 5.12 Схема гідроприводу з одним насосом.
Для зменшення витрат потужності виконують привод із двома насосами:
Рисунок 5.13 Схема гідроприводу із двома насосами.
5 - низького тиску й великої продуктивності й 4 - високі тиски й мала продуктивність. При холостому ході масло надходить у циліндр 1 одночасно від обох насосів. Після замикання механізму (упору затискного елемента в деталях) тиску в системі збільшується, і напірний золотник 6 відключає насос низького тиску. Надалі буде вже працювати тільки насос високого тиску (рисунок 5.13).
Можна виконати привод тільки з одним насосом низького тиску в сполученні з мультиплікатором 7. При підвищеннях тиску в системі спеціальний напірний золотник 8 включає мультиплікатор, що завдяки різниці площ поршня й штока-плунжера підвищує тиску в циліндрі; зворотний клапан 9 відключає частина системи з низьким тиском. Такий пристрій (рисунок 5.13) може бути використане при передачах, що самогальмуються; при несамогальмуючих передачах можна використати тільки для короткочасного затискача. У противному випадку мультиплікатор повинен був би компенсувати більші об'ємні втрати масла і його габаритні розміри при цьому сильно б зросли.
Застосовують також привод з насосом 10, (рисунок 5.14) автоматично регулююча продуктивність по тиску. При збільшенні тиску в системі циліндр керування 11 зменшують продуктивність насоса до величини, необхідної для компенсації об'ємних витоків.
Рисунок 5.14 Схема гідроприводу з одним насосом і мультиплікатором.
Можна виконати привод тільки з одним насосом високого тиску, але малої продуктивності (Рисунок 5.15) у сполученні з гідроакумуляторами 13. Тут при затискачі масло подається одночасно акумуляторам і насосам. Після затискача насос через клапанну пробку 12 поповнює акумулятор.
Рисунок 5.15 Схема гідроприводу з одним насосом.
Продуктивність насоса повинна забезпечити зарядку акумулятора за час затискача - виконання робочих операцій. Таку схему застосовують при порівняно невеликому часі затискача.
При великій тривалості виконання робочих операцій виконають більше складну схему з гідроакумулятора (рисунок 5.16). Насос 4 високі тиски й великої продуктивності подає масло через зворотний клапан 9, золотник 2 з електрокеруванням у гідроциліндр 1 і гідроакумулятор 13. коли тиск у гідросистемі досягає максимального значення, на яке настроєний запобіжний клапан 14, реле тиску 15 за допомогою золотника 14 перемикає потік масла від насоса на злив. Тоді тиск у системі підтримується акумулятором. При падінні тиску до мінімального робітника спрацьовує реле тиску 16, що перемикає золотник 14, внаслідок чого насос знову нагнітає масло в систему й заряджає акумулятор.
Рисунок 5.16 Схема гідроприводу з одним насосом і гідроакумулятором.
Рисунок 5.17 Схема гідроприводу з насосом й акумулятором.
Пневмогидропривід
Рисунок 5.18 Пневмогидропривід.
Пневмогидропривід (Рисунок 5.19) складається із силового гідравлічного циліндра й пневмогидравлічного підсилювача тиску. Підсилювачі тиску бувають двох типів: прямого й послідовного.
Принцип роботи підсилювача прямої дії заснований на безпосереднім перетворенні стисненого повітря низького тиску Рв у високий тиск рідини Рг. Відношення (Dв / dг)2 називається коефіцієнтом підсилення.
5.3 Стандарти на настоновочно-затискне обладнання
Держстандарт установлює графічне позначення опор, затискачів і настановних пристроїв, застосовуваних у технологічній документації.
При графічному позначенні необхідно керуватися наступними правилами:
- позначення рельєфу робочої поверхні наносять на позначення відповідної опори, затискача або настановного пристрою;
- позначення видів пристроїв затискачів наносять ліворуч від позначення затискачів;
- кількість крапок додатка сили затискача до виробу варто записувати праворуч від позначення затискача;
- на схемах допускається кілька позначень однойменних опор на кожному виді замінять одним з позначенням їхньої кількості;
- на схемах, що мають кілька проекцій, допускається на окремих проекціях не враховувати позначення опор, затискачів і настановних пристроїв, якщо їхнє положення однозначно визначене на одній площині;
- на схемах допускається позначення подвійного затискача
У таблиці 5.1 показані приклади нанесення позначень опор, затискачів і настановних пристроїв на схемах.
У таблиці 5.1 й 5.2 показані приклади схем установов деталей у пристосуваннях на картах технологічних процесів їхнього виготовлення.
Таблиця 5.1 Приклади нанесення позначень опор, затискачів, настановних пристроїв на схемах
|
Центр нерухомий |
|
|
Центр рифлений |
|
|
Центр обертовий |
|
|
Центр плаваючий |
|
|
Центр зворотний обертовий з рифленою поверхнею |
|
|
Патрон повідковий |
|
|
Люнет рухливий |
|
|
Люнет нерухомий |
|
|
Оправлення циліндрична |
|
|
Оправлення конічна роликова |
|
|
Оправлення різьбова, циліндрична із зовнішнім різьбленням |
|
|
Оправлення шлицевая |
|
|
Оправлення цангова |
|
|
Опора регульована зі сферичною опуклою робочою поверхнею |
|
|
Затискач пневматичний із циліндричною рифленою робочою поверхнею |
Таблиця 5.2 Приклади схем установа деталей у пристосуваннях на картах технологічних процесів
|
У лещатах із призматичними губками й пневматичним затискачем |
|
|
У кондукторі із центруванням на циліндричний палець із упором на три нерухомі плоскі опори й із застосуванням електричного пристрою подвійного затискача, що мають сферичні робітники поверхні |
|
|
У трехкулачковом патроні з механічним пристроєм затискача, з упором у торець, з поджимом обертовим центом і із кріпленням у рухливому люнеті |
Змістовний модуль 6
ПФ.Д.01.ПР.005.10
Напрямні та настроючи елементи пристроїв
Тема 6 Напрямні та настроючи елементи пристроїв
6.1 Пристрої для координування й напрямку інструмента
6.2 Класифікація спорядження та його елементів
6.3. Пристрої для виставлення різальних інструментів на заданий розмір
6.1 Пристрою для координування й напрямку інструмента
Для виконання окремих операцій механічної обробки твердість різального інструменту буває недостатньої. Для усунення пружних відтискань інструмента й додання йому певного положення в процесі обробки щодо заготівці застосовують напрямні деталі: кондукторної й напрямної втулки й копіри.
Втулки, у яких різальний інструмент направляється її робочою частиною, називають кондукторними.
Вони застосовуються при обробці отворів стандартними свердлами, зенкерами й розгорненнями. Тому отвору в кондукторних втулках виготовляються в системі вала по рухливій посадці. Оснащені кондукторними втулками пристосування для обробки отворів на верстатах свердлильної групи називають кондукторами
Напрямні втулки відрізняються від кондукторних тем, що в них різальний інструмент направляється своєю спеціально передбаченою напрямною частиною. Інструмент може мати одну, або дві напрямні частини (передню й задню). Так оформляються спеціальні зенкери й розгорнення. Звичайно напрямні втулки виконують обертовими на підшипниках ковзання або кочення.
а – постійна без бурту; б – постійна з буртом; в -змінна; г – швидкозмінна.
Рисунок 6.1 . Стандартні кондукторні втулки:
Постійні втулки (Рисунок 6.1 а, б) застосовуються в кондукторах для дрібносерійного виробництва при обробці отворів одним інструментом.
Змінні втулки (Рисунок 6.1 в, г) застосовують у пристосуваннях для масового й крупносерійного виробництва.
Втулки виготовляють зі сталі В10А, В12А, 9ХС, настільки 20, сталь 20Х.
Спеціальні втулки:
а – на уступі; б – на криволінійній поверхні.
Рисунок 6.2 Спеціальні кондукторні втулки для свердління:
Накладні свердлильні кондуктора орієнтуються по базовому отворі або контуру оброблюваної заготівлі.
Рисунок 6.3 Схема проставляння розмірів і допусків на складальному кресленні кондуктора.
На практиці допуски на відстань між осями двох втулок або призначають в 2 – 3 рази меншими відповідних допусків на кресленні деталі, або вибирають, користуючись наступними рекомендаціями:
- у кондукторах для обробки прохідних отворів під болти й неточні отвори під різьблення допуски беруть у межах від 0,05 до 0,1 мм;
- у кондукторах, де потрібна обробка отворів високої точності, наприклад під підшипники валів, а також для обробки отворів багатошпиндельними головками, допуски зменшують до 0,02 мм.
Рисунок 6.4 Напрямна втулка для борштанги (схема розточувального пристосування).
На внутрішній поверхні втулки є шпонковий паз для примусового обертання втулки. Для полегшення влучення шпонки борштанги в паз втулки її виконують зі скошеними краями.
Копіри застосовуються при обробці фасонних і складнопрофільних поверхонь. Роль копірів - направляти різальний інструмент для одержання заданої траєкторії його руху щодо заготівлі. Обробку з копірами роблять на фрезерних, токарських, стругальних, шліфувальних й інших верстатах.
Деталі пристосувань для координування різального інструменту
При налогуджувальні верстата для контролю положення різального інструменту застосовують висотні й кутові установки (Рисунок 6.5).
Установи закріплюють на корпусі пристосування.
Рисунок 6.5 Висотні установи для фрез: а – висотний; б – кутовий.
а – дискової фрези по висотному установу; б – теж, по круговому; в – фасонної фрези з опуклим профілем; г- те ж, з увігнутим; 1 – установ; 2 – щуп; 3 – фреза.
Рисунок 6.6 Приклади координації фрез по установам за допомогою щупа:
Координація фрез по установам виробляється за допомогою стандартних щупів (рисунок 6.6).
Установи виготовляються зі сталей 15 й 20 з термообробкою до HRC55...60…60 або зі сталі 20Х с цементацією на глибину 0,8 1,2 мм до HRC55...60.…60
6.2 Класифікація спорядження та його елементів
Серед іншого технологічного спорядження можна виділити спорядження для переміщення, підвищення жорсткості різальних інструментів і заготованок, виставляння різальних інструментів на заданий розмір тощо. Спорядження для переміщення, підвищення жорсткості різальних інструментів і заготованок та розмірного налагодження різальних інструментів класифікують здебільшого за його функціональним призначенням, а також за рівнем стандартизації (стандартизоване та спеціальне), за терміном використання (стале та змінне), за верстатами, для яких призначені різальні інструменти, тощо.
Спорядження для переміщення заготованок за виконуваними ним функціями поділяють на спорядження для лінійного переміщення, повертання на заданий кут та обертання заготованок, а за конструктивними ознаками — на столи, стояки, головки тощо.
Пристрої для підвищення жорсткості та направлення різальних інструментів
Для збільшення жорсткості різальних інструментів під час оброблення заготованок застосовують спеціальні напрямні пристрої. До них належать кондукторні втулки, напрямні нерухомі та обертові втулки, копіювальні механізми тощо.
Кондукторні втулки (рисунок 6.7), конструкції та розміри яких стандартизовані, використовують для оброблення отворів на свердлильних і розточувальних верстатах. За конструкціями втулки бувають сталими (рисунок 6.7, а-г), призначеними для оброблення отворів одним різальним інструментом, змінними (рисунок 6.7,д,е,є), призначеними для оброблення отворів послідовно змінюваними різальними інструментами, а також нерухомими та обертовими. Нерухомі втулки поділяють на сталі, змінні та спеціальні.
Сталі втулки виробляють без буртика (рис.унок 6.7, б-г) і з буртиком (рисунок 6.7, а). їх здебільшого використовують у малосерійному виробництві, коли під час використання пристрою не виникає частої потреби заміни втулки, спричиненої спрацюванням її робочої поверхні.
Рисунок 6.7 Кондукторні втулки
Для зменшення часу, потрібного для заміни втулок, застосовують змінні (рисунок 6.7, е) та швидкозмінні (рисунок 6.7, с) втулки, встановлювані у пристроях за допомогою проміжних втулок (рисунок 6.7, д), що утримуються від обертання та піднімання головкою спеціального гвинта.
Швидкозмінні втулки відрізняються від змінних формою вирізу на буртику, що дає змогу знімати їх без викручування закріплювального гвинта. Для зручності буртик швидкозмінної втулки має накатану поверхню.
Спеціальні втулки застосовують тоді, коли використання стандартних втулок неможливе чи не забезпечує потрібного ефекту. На рисуноку 6.7, в, г, ж-і зображені спеціальні втулки. Втулку (рисунок 6.7, ж) використовують для свердління отворів у нахилених до його осі поверхнях, подовжену швидкозмінну втулку (рисунок 6.7, з) — для оброблення отворів у западинах заготованки, а зрізані (рисунок 6.7, 0 та подвоєні (рисунок 6.7, и) втулки для оброблення отворів, розташованих близько один від одного.
Змінні втулки здебільшого використовують у великосерійному та масовому виробництві. їх вставляють з мінімальними гарантованими проміжками у сталі втулки, що переважно запресовані у корпуси пристроїв.
Використання кондукторних втулок дає змогу обходитись без розмічування заготованок, зменшувати биття осей різальних інструментів відносно осей їх обертання, підвищувати якість оброблюваних поверхонь, точність їх форми та розмірів.
Для забезпечення стійкості проти спрацювання кондукторні втулки виготовляють з якісних сталей. Втулки для оброблення отворів діаметром до 25 мм роблять зі сталей марок У10А, У12А, 9ХС з гартуванням до твердості HRC 62...65, для отворів діаметром понад 25 мм — зі сталей 20, 20Х з подальшим цементуванням на глибину 0,8... 1,2 мм і гартуванням до цієї ж твердості [4]. Такі втулки витримують до 15 тисяч свердлінь отворів глиби ною, що не перевищує їх діаметра.
За значенням середньої інтенсивності спрацювання робочих поверхонь кондукторних втулок, що залежить від режимів різання, розмірів оброблюваних отворів, матеріалів різальних інструментів, втулок і оброблюваних заготованок, стану їх поверхонь тощо, визначають термін служби заданої втулки чи кількість свердлінь, що може бути виконана за її допомогою.
Значно збільшують стійкість втулок проти спрацювання за рахунок запресовування в їхню нижню частину додаткової втулки, виготовленої з твердих стопів (рисунок 6.7, в). Підвищення довговічності роботи втулок досягають також, збільшуючи їх довжину (рисунок 6.7, г). Такі втулки переважно застосовують для направляння комбінованих інструментів (наприклад, свердла-розвертачки) та для оброблення отворів у тонкостінних заготованках. Припасуваня втулок у корпусах пристроїв та інструментів у втулках добирають з мінімальними проміжками або натягами.
Відстань від нижнього торця втулки до поверхні заготованки приймають у межах від третини до цілого діаметра оброблюваного отвору. Менші відстані беруть для свердління у крихких матеріалах (чавуні чи бронзі), а більші — у сталі та інших в'язких матеріалах. Такі розміри запобігають потраплянню стружки в отвори втулок й збільшенню їх спрацювання.
Обертові втулки застосовують для направляння розточувальних скалок, борштанг розточувальних пристроїв під час оброблення отворів великих діаметрів та з великими швидкостями різання. Обертання втулки разом з різальним інструментом значно зменшує спрацювання та збільшує строк служби. Обертова втулка (рисунок 6.8) складається з корпуса 1, втулки 8, кульок 6 та голок 4, які разом з корпусом творять подвоєну (упорно-радіальну) вальни-цю кочення. Кільця 5 і 2 утримують кульки та голки від випадання. Втулки з голчастими вальницями мають малі габарити, допускають високі швидкості різання та відрізняються значною стійкістю проти спрацювання.
Приклади застосування втулок у накладних свердлильних кондукторах, що базуються на отвір і циліндричну зовнішню поверхню заготованки, зображені на рисунку 6.9, а і б. Такі кондуктори використовують переважно для радіально-свердлильних верстатів.
Для послідовного свердління багатьох отворів у малих заготованках з кількох боків на вертикально-свердлильних верстатах часто застосовують перекидні кондуктори (рисунок 6.9, в), які забезпечують легке переміщення та перекидання разом із заготованкою під час оброблення на столі верстата.
Риунок 6.9 Приклади застосування втулок для накладних (а, 6) і перекидного (в) кондукторів
Копіювачі — це пристрої, які застосовують для оброблення фасонних і складних за профілем поверхонь. Вони направляють різальний інструмент по заданій траєкторії його руху відносно заготованки. Використовують копіювачі на токарних, фрезерних, стругальних, шліфувальних та інших оброблювальних верстатах. Використання їх дає змогу обходитись без розмічування заготованок, ручного керування рухом різальних інструментів і заготованок під час оброблення криволінійних поверхонь, підвищує точність розмірів оброблюваних поверхонь, продуктивність праці, розширює технологічні можливості верстатів тощо.
Спосіб оброблення замкненого складного контура на вертикально-фрезерному верстаті зображено на рисунок 6.10, а. Прикріплені один до одного копіювач 4 та заготованка 3 обертаються зі заданою швидкістю навколо спільної осі.
Рисунок 6.10 Фрезування замкненого профілю за допомогою копіювачів
Відстань між цією віссю та віссю обертання фрези змінюється відповідно до профілю копіювача. Для схеми (рисунок 6.11, а) діаметри ролика 1 та фрези 2 однакові, тому профіль обробленої заготованки 3 буде таким же, як і профіль копіювача 4. Для схеми (рисунок 6.11, б) діаметри ролика та фрези неоднакові, тому профіль обробленої заготованки буде еквідистантним профілю копіювача. Для схеми (рисунок 6.11, в) діаметри ролика та фрези можуть бути однаковими чи різними, а профіль обробленої заготованки буде відрізнятися від профілю копіювача залежно від відстані між осями обертання ролика та фрези.
У всіх розглянутих схемах осі ролика та фрези залишаються нерухомими, а заготованка разом з копіювачем, встановлені на шпинделі технологічного пристрою, обертаються навколо спільної осі зі сталою кутовою швидкістю. Повздовжній рух стола за допомогою електричного двигуна оброб-лювального верстата вимикають. Притискання ролика до копіювача, що служить за кулачок, з достатньою для процесу різання силою забезпечують за допомогою важок, пружини або пневмоциліндра, які переміщують стіл верстата.
Потрібний профіль копіювача визначають за наступною методикою. Спочатку викреслюють профіль заданої деталі у довільному масштабі (1:1 чи збільшеному) і добирають центр обертання заготованки таким чином, щоби кут тиснення був найменшим. На рисунок 6.11, а і б зображені два варіанти розташування центра обертання О, для яких кут тиснення, що утворюється між радіальним променем з центра обертання та нормаллю до профілю у точці перетину його променем, становить відповідно Q і Q1 Для симетричних профілів найліпше положення центра обертання збігається з центром маси контура та знаходиться на осі його симетрії. Для складних профілів центр обертання визначають за умовою отримання найменшого кута тиснення.
Знайти центр обертання деталі чи копіювача можна за допомогою пробних геометричних побудов (рисунок 6.11, а-д). Спочатку в окремих точках профілю а1, а2, а3... будують нормалі (рисунок 6.11, в), потім у обидва боки від кожної нормалі під однаковими гострими кутами до них проводять лінії (на
Рисунок 6.11. Схема визначення центра обертання копіювала
рисунок 6.11, г це зображено для точки а1). Ділянки, що знаходяться ззовні від цих ліній, штрихують. Після цього посередині контура залишається незаштрихований багатокутник (рисунок 6.11, д). Зменшуючи кут між нормалями та лініями, отримують багатокутник, який можна звести до точки, що буде шуканим центром обертання заготованки.
Зі знайденого центра обертання проводять радіальні промені (рисунок 6.12, а), на яких будують дотичні до профілю деталі кола. їх радіус має дорівнювати радіусу фрези, але не може бути більший від радіуса вигнутої ділянки профілю.
Від центрів проведених кіл відкладають відрізки l, що дорівнюють відстані між осями ролика та фрези, а в отриманих точках на радіальних променях будують дотичні кола, що мають радіус ролика. По цих колах проводять плавну огинальну криву, яка є профілем проектованого копіювача, побудованим відповідно до прийнятого масштабу.
Рисунок 6.12Схеми побудови профілів- копіювачів для оброблення з коловим (а) і лінійно-поступовим (б) подаваннями
Побудова профілю копіювача для оброблення незамкнених профілів на копіювально-фрезерних верстатах (рисунок 6.12, б) значно простіша. Замість радіальних променів перпендикулярно до напрямку подавання різального інструмента проводять паралельні лінії. Положення профілю деталі відносно них має бути таким, щоби кут тиснення був найменшим. Досягають цього обертанням профілю деталі відносно цих ліній, а потрібний профіль отримують плавним огинанням кіл, що мають радіус ролика.
Подібно будують профіль копіювача для оброблення тіл обертання на токарному верстаті.
Для компенсації зміни діаметра фрези, зумовленого її загострюванням, ролик 1 та копіювач З доцільно робити конічними (рисунок 6.12.6) з кутом нахилу 10...15°. Щоб розмір обробленої заготованки 2 залишався сталим, після загострення фрези ролик переміщують вздовж осі на потрібну відстань.
Копіювач і ролик виготовляють зі стійких проти спрацювання високо-вуглецевих чи цементованих сталей і гартують до твердості HRC 58...62.
6.3. Пристрої для виставлення різальних інструментів на заданий розмір
Розмірне налагодження різальних інструментів за допомогою пробних проходів і вимірювань забирає багато часу. Для прискорення цього процесу застосовують спеціальні налагоджувальні пристрої, які дають змогу одночасно підвищити точність виставляння чи налагодження інструментів. Найпростішими з них є встановлювачі та шаблони.
Встановлювачами різальних інструментів є спеціальні пластинки, закріплені на технологічних пристроях на заданій відстані від опорних елементів, які дають змогу виставляти на задані розміри різальні інструменти під час налагодження верстатів без пробних проходів і використання вимірювальних приладів. Найчастіше їх використовують для оброблення заготованок на токарних і фрезерних верстатах. Стандартизовані встановлювачі, залежно від розмірів, на які налагоджують різальні інструменти, можуть бути лінійними та кутовими.
На технологічних пристроях їх розміщують так, щоб забезпечити до них вільний доступ різальних інструментів і щоб вони не заважали встановленню та обробленню заготованок.
Розглянемо приклади застосування кутових встановлювачів для фрезерних (рисунок 6.13, а, в, е-з) і токарних верстатів (рисунок 6.13, б, г, д). Встановлювачі 1 служать для виставляння різальних інструментів на задані лінійні, а встановлювачі 2 — на кутові розміри. З метою зменшення спрацювання робочих поверхонь встановлювачів між ними та різальними інструментами під час виставляння останніх па заданий розмір використовують розмірні щупи З (рисунок 6.13, б).
За допомогою розмірного ланцюга (рисунок 6.13, в) визначають розміри встановлювачів і щупів. Для налагоджування інструментів зі щупом найменший розмір оброблюваної поверхні
Рисунок 6.13. Приклади застосування встановлювачів і шаблонів
(6.1)
де Аmіn і Вmіn—найменші розміри оброблюваної поверхні і встановлювана зі щупом, мм; найменший розмір щупа, мм; Епд — пружне деформування технологічної системи під час оброблення, мм.
Найбільший розмір оброблюваної поверхні
(6.2)
де , — найбільші розміри відповідної оброблюваної поверхні, встановлювана зі щупом і самого щупа, мм; ЕВ — точність (похибка) налагодження розміру В, мм; ТВ — допуск розміру В, мм.
Для забезпечення заданої точності оброблення розміру А має задовольнятись умова, що
де ТА — допуск розміру А, заданий у робочому кресленні.
Підставивши в останній вираз значення розмірів отримаємо
Знаючи з практики, що ТВ = 0,01 ...0,02 мм; Th = 0,005 мм; ЕВ=0,03...0,04 мм, можна визначити технологічну точність оброблення розміру А як ТА > 0,045...0,065 мм.
Оброблення без щупа забезпечує дещо вищу його технологічну точність на значення допуску розміру щупа (0,005 мм).
Часто замість стало закріплених на технологічних пристроях встановлювачів (рисунок 6.13, г і д) використовують шаблони, які інколи називають габаритами. Шаблони — це плоскі чи циліндричні встановлювані для різальних інструментів, що здебільшого не прикріплені до технологічних пристроїв і можуть бути знімними та обертовими. Найчастіше їх використовують для налагодження різальних інструментів на токарних верстатах.
Розглянемо приклад встановлення двох підрізних різців за допомогою плоского шаблона 4, що може бути знімним і відкидним (рисунок 6.13, г). Під час налагоджування шаблон ставлять у робоче положення, виставляють з його допомогою різці та повертають чи зовсім знімають його з пристрою верстата. Кільце 4 (рисунок 6.13, д ) також служить за обертовий шаблон для розмірного встановлення різця. Його насаджують на оправку разом з оброблюваною заготованкою 5.
Виставляння чи налагодження різальних інструментів на заданий розмір полягає у плавному підведенні їх до зіткнення зі встановлювачами (щупами) чи шаблонами.
Виготовляють встановлювані, щупи та шаблони зі стійких проти спрацювання сталей У7А чи 20Х (з цементуванням робочих поверхонь) з гартуванням до твердості HRC 55...60.
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
Змістовний модуль 7
ПФ.Д.01.ПР.005.11
Ділильне та поворотне обладнання
Тема 7 Ділильне та поворотне обладнання
Пристрої для переміщення заготованок
До пристроїв, що переміщують заготованки відносно різальних інструментів, належать обертові та ділильні столи, стояки, головки тощо.
Значна кількість виготовлюваних деталей мають різні отвори, що розміщені по колу чи з різних боків заготованки, тому їх оброблення потребує іноді декількох встановлювань заготованки та відповідно значного допоміжного часу. Дещо зменшують цей час за рахунок використання накладних і перекидних кондукторів, але це зумовлює застосування ручної праці.
Істотно зменшити частку допоміжного часу та обсяг ручних робіт можна за допомогою спеціальних обертових пристроїв. Вони можуть мати вертикальну, горизонтальну та нахилену вісь обертання, залежно від чого їх називають відповідно столами (з вертикальною віссю) та стояками (з горизонтальною віссю). За конструкцією стояки можуть бути одно- чи двоопорними.
Столи та стояки переважно мають корпус (нерухому частину) і планшайбу (обертову частину). Кути обертання визначають за допомогою колової ноніусної шкали та фіксатора. Палець кутового фіксатора розташований у корпусі, а фіксувальні втулки — у планшайбі чи спеціальному диску, що обертається разом з планшайбою. Цикл обертання планшайби на одне ділення вимикає фіксатор, включає поворот планшайби разом із заготован-кою та повторне вмикання фіксатора. Усі ці рухи можуть бути ручними, механізованими та автоматичними. Механізовані та автоматичні обертові пристрої обладнують ручними, ніжними, пневматичними, гідравлічними, електричними чи комбінованими рушіями. Ступінь їх механізації та автоматизації переважно залежить від типу виробництва, маси та габаритів заготованок, використовуваного основного устаткування тощо.
Найчастіше використовують накладні обертові столи для свердлильних і фрезерних верстатів, які встановлюють на столах верстатів і застосовують здебільшого у комплекті з багатошпиндельними свердлильними головками. Спеціальні багатошпиндельні верстати комплектують такими столами на заводах-виготовлювачах.
На планшайбах обертових столів і стояків встановлюють опорні та установці елементи, за допомогою яких закріплюють одну чи декілька заготованок на столах для їх оброблення на верстаті.
Накладний обертовий стіл простої конструкції зображено на рисунку 7.1 Планшайба 1 стола встановлена на порожнистий шпиндель 2, що обертається у втулці 10, запресованій у корпусі стола 11. У корпусі стола запресова на також втулка 7 рейкового фіксатора 5, що може западати у втулку З під дією пружини 6. Керують фіксатором ручкою 4. Планшайбу встановлено на корпусі за допомогою упорної кулькової вальниці, що складається з кульок 13 і двох кілець 14. Осьовий проміжок, необхідний для вільного обертання шпинделя з планшайбою, регулюють гайкою 8 і стопорять гвинтом 9. Базують робочі технологічні пристрої на планшайбі за допомогою циліндричної цапфи конусного пальця, встановленого у конічному гнізді шпинделя, та радіальних пазів стола.
Основні розміри та технічні вимоги до обертових столів стандартизовані. Стандартами передбачені столи нормальної та підвищеної точності, з ручним і механізованим рушіями, з діаметрами план-шайби 250... 1250 мм.
Обертові (ділильні) стояки бувають одно- та двоопорні. Одноопорні стояки застосовують для закріплення малих і середніх, а двоопорні — для важких і великих заготованок, що не можуть бути надійно та жорстко закріплені консольно. Двоопорні стояки складаються з основного та допоміжного стояків, змонтованих на спільній плиті. Стандартизовані стояки можуть мати круглу чи квадратну планшайби з поперечними розмірами 200 ... 1250 мм.
Двоопорний ділильнийстояк (рисунок 7.2) складається з допоміжного заднього 1 та основного переднього 2 стояків і опорної плити 3. Основний стояк, обладнаний електромеханічним рушієм, може мати круглу чи квадратну планшайбу. Непаралельність основної осі стояка та задньої опори відносно опорної поверхні плити не перевищує 0,05 мм по всій довжині, а допуск співвісності цих осей менший ніж 0,05 мм. Радіальне биття отвору d відносно обох осей менше 0,02 мм. За установку служить поверхня В.
Рисунок 7.1 Обертовий стіл
На фрезерних верстатах використовують як стандартизовані універсальні ділильні головки з дисками чи лімбами та комплектом змінних зубчастих коліс, так і нестандартизовані спеціальні ділильні механізми. Останні хоч і менш універсальні, зате значно дешевші, жорсткіші та надійніші в експлуатації.
Спеціальні ділильні головки переважно складаються з корпуса, обертової частини, ділильного механізму з фіксатором і механізму закріплення рухомої частини.
Рисунок 7.2 Двоопорний ділильний стояк з електромеханічним рушієм
Відмінність ділильних головок від обертових столів і стояків полягає у тому, що заготованки у ділильних головках встановлюють і закріплюють за допомогою центрів (за наявності задньої бабки), кулачкових патронів, цанг та інших центрувальних пристроїв, розміщених на шпинделі головки. На обертових столах заготованки встановлюють і закріплюють, використовуючи спеціальні технологічні пристрої, розміщені на планшайбі стола.
У великосерійному виробництві також використовують дво- та тришпиндельні ділильні головки.
У корпусі простої ділильної головки з ручним рушієм (рисунок 7.3), що складається з кутника 5 та плити 12, вмонтований шпиндель 7, на одному кінці якого закріплено трикулачковий патрон, а на другому — фланець 4 з пружинним фіксатором. В осьовому напрямку шпиндель зафіксований гайкою 3, а кутник 5 містить дванадцять розміщених по колу та запресованих сталевих втулок 10. Для повороту шпинделя на заданий кут відтягують ручку 2 з фіксатором 9 і повертають шпиндель з патроном до моменту западання фіксатора під дією пружини 8 у наступне гніздо. У заданому положенні шпиндель закріплюють додатково затискачем за допомогою ручки 11.
Відмінності обертових столів і ділильних головок, які використовують для фрезерних верстатів, порівняно з тими, що їх використовують для свердлильних верстатів, полягають у більшій жорсткості перших і потребі надійного їх закріплення на столах верстатів (за допомогою двох напрямних шпонок замість однієї тощо).
Рисунок 7.3 Ділильна головка з горизонтальною віссю обертання та ручним рушієм
Обертові столи дають змогу забезпечувати безперервне оброблення заготованок, що дуже важливо у серійному виробництві. Тоді на обертовому столі закріплюють декілька (залежно від розмірів заготованок) спеціальних пристроїв для встановлення та закріплення заготованок. Під час оброблення однієї заготованки на початковій позиції встановлюють нову, а на кінцевій у цей час знімають уже оброблену заготованку. Це дає змогу значно зменшувати допоміжний час оброблення. Ще більшу ефективність цього способу оброблення забезпечують використанням механізованих та автоматизованих пристроїв.
В обертових столах, стояках і ділильних головках з ручними рушіями використовують різні конструкції фіксаторів (рисунок 74). Кульковий фіксатор (рисунок 7.4, а) дуже простий за конструкцією, але точність і міцність його невеликі. Принцип роботи полягає у западанні кульки під дією стиснутої пружини у задану конічну западину. Це дає змогу утримувати від взаємного зміщення обидві частини пристрою під час оброблення заготованки.
Рисунок 7.4 Фіксатори обертових пристроїв
Фіксатор з витяжним циліндричним пальцем (рисунок 7.4,6) може сприймати значний момент від сил оброблення, але не забезпечує високої точності поділу кута через наявність проміжків у рухомих з'єднаннях. Дещо вищу точність забезпечує фіксатор з конічною частиною фіксувального пальця (рисунок 7.4, в). Кут конуса пальця приймають 15°. Пальці та втулки стандартизованих фіксаторів виготовляють зі сталі стійкої проти спрацювання та гартують до твердості HRC 55...60.
Окрім фіксаторів у обертових, ділильних та інших пристроях часто використовують різні виштовхувачі, які полегшують виймання заготованок із пристроїв після їх оброблення.
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ.
1. Пристрої для переміщення заготованок.
2. Обертові столи, стояки та головки.
3.Характеристика обертових столів.
4.Для чого застосовують обертові стояки ?
5.Де використовують ділильні головки ?
6.Класифікація ділильних головок.
7.Принцип дії механічних фіксаторів.
8.Призначення виштовхувачів.
Змістовний модуль 8
ПФ.Д.01.ПР.005.12
Корпуси та допоміжні елементи пристроїв
Тема 8 Корпуси та допоміжні елементи пристроїв
Корпус є базовою деталлю, що поєднує всі елементи пристосування. На корпусі монтують настановні елементи, затискні пристрої, деталі для напрямку інструмента, а також допоміжні деталі й механізми. Корпус сприймає сили обробки й закріплення заготівлі.
Вимоги, пропоновані до корпусів пристосувань:
- корпус повинен бути твердим і міцним при мінімальній масі;
- зручним для очищення від стружки й відводу СОЖ;
- забезпечувати швидку й зручну установку й знімання заготівель;
- забезпечувати установку й закріплення пристосування на верстаті без вивірки ( для цього передбачають напрямні елементи - пазові шпонки й бурти, що центрують);
- простий у виготовленні, забезпечувати безпека роботи ( неприпустимі гострі кути, малі просвіти між рукоятками й корпусом);
- корпуси пересувних або кантуемих пристосувань для свердління повинні бути стійкими при різних положеннях на столі верстата, також корпуса виконують із литими або вставними ніжками, що обмежують контакт зі столом верстата.
Корпус на столі верстата кріплять за допомогою болтів, заводимих у Т-подібних пази стола, або за допомогою прихватов.
Для виготовлення корпусів застосовують сірий чавун СЧ12 або сталь Ст. 3. В окремих випадках (для корпусів поворотних пристосувань) - легкі сплави на алюмінієвій основі.
Корпуси пристосувань виготовляють литтям, зварюванням, куванням, різанням, зборкою з нормалізованих вузлів.
Литтям виконують переважно корпуси складної конфігурації (строки їхні виготовлення тривалі).
Зварюванням також можна одержати корпуси складної конфігурації, але строки виготовлення тут нижче.
Куванням і різанням сортового прокату одержують корпуси простих конфігурацій і невеликих розмірів.
У корпусах збірного типу обсяг механічної обробки трохи зростає, а твердість знижується.
Корпуси верстатних пристосувань із невеликими силами різання можна виконувати з епоксидних смол литтям у разові форми з гіпсу, картону, пластиліну.
Вибір варіанта виготовлення корпуса визначається умовами експлуатації пристосування, строками, собівартістю й технологією виготовлення.
Забезпечення твердості, вібростійкість й точності пристосувань
Твердість у першу чергу забезпечується в напрямку дії сил закріплення й різання. Для підвищення твердості варто застосовувати конструкції з малою кількістю стиків, зменшувати зазори в з'єднаннях й усувати внецентрове прикладання навантаження. Кращі цільні й зварені конструкції. Контактну твердість стиків, що працюють на стиск підвищують, зменшуючи шорсткість і волнистість сполучених поверхонь, застосовуючи шліфування й шабрування.
Мінливість сили різання й неоднорідність твердості верстатних пристосувань й інших елементів технологічної системи визначають виникнення вібрацій.
При вібрації збільшується шорсткість оброблюваної поверхні, погіршуються умови роботи різального інструменту.
Для зменшення вібрації необхідно збільшувати твердість пристосування; зменшувати висоту пристосування й довжину виступаючих консольних елементів; використати додаткові опори; збільшувати розміри опорних поверхонь; використати елементи, що демпфірують.
При кресленні загального виду й деталей пристосування призначають допуски на його розміри.
По точності виконання ці розміри можна розбити на три групи.
До першої групи ставляться:
а) розміри тих сполучень, від яких залежить точність виконуваної обробки (наприклад, відстань між осями кондукторних втулок свердлильного пристосування); б) розміри настановних елементів, від точності яких залежить положення заготівлі в пристосуванні.
До другої групи ставляться розміри тих сполучень, від яких точність обробки не залежить (наприклад, розміри сполучень затискних пристроїв, виштовхувачів і так далі).
До третьої групи ставляться вільні розміри оброблених і неопрацьованих поверхонь.
Допуски на розміри першої групи беруть в 2 - 3 рази менше допусків на розміри, що витримують при обробці.
Допуски на розміри другої групи визначають залежно від призначення механізму, а також характеру й умов роботи розглянутого сполучення. Звичайно тут допуски беруть по 7 - 9 квалітетам точності.
Вільні розміри, виконують по 14 квалітету точності для оброблених і по 16-му для неопрацьованих поверхонь.
Змістовний модуль 9
ПФ.Д.01.ПР.005.13
Універсальні та спеціалізовані верстатні пристрої
Тема 9 Універсальні та спеціалізовані верстатні пристрої
Спорядження для токарних гвинторізальних верстатів
9.2 Автоматизація технологічного спорядження
9.3 Пристрої для автоматичних ліній і верстатів
9.4 Пристрої для верстатів із програмним керуванням
9.1. Спорядження для токарних гвинторізальних верстатів
Токарно-гвинторізальні оброблювальні верстати комплектуються переважно стандартним спорядженням верстатобудівними заводами. їх здебільшого комплектують технологічними пристроями для встановлення та закріплення заготованок і різальних інструментів. Ці пристрої практично стали невід'ємною частиною самих верстатів. До них, перш за все, належать па трони та оправки, що використовуються для встановлення та закріплення заготованок і різальних інструментів, і супорти з поворотними головками для закріплення та спрямування різальних інструментів. Перелічене спорядження достатньою мірою уніфіковане, відповідає нормам взаємозамінності та чинних державних стандартів, широко застосовується для багатьох типів металорізальних верстатів і доволі чітко охарактеризоване у технічній літературі розглянемо деякі типові конструкції шпиндельних патронів.
Трикулачковий важільно-клиновий патрон (рисунок 9.1) дає змогу центру вати та закріплювати циліндричні (й не тільки) заготованки різних розмірів у межах габаритів патрона та робочих переміщень його рухомих елементів. Циліндричну суцільну заготованку встановлюють між рифленими поверхнями трьох кулачків, розміщених у радіальному напрямку під кутом 120° один до одного. Циліндричну ж порожнисту заготованку встановлюють на зовнішні рифлені поверхні кулачків. За допомогою тяги 1, яка рухається від силового рушія, рухомої втулки 2, важелів 3 і повзунів 4, на яких закріплені кулачки, вони можуть переміщатись у радіальному напрямку до центра або від нього, затискаючи та відпускаючи заготованку. Кулачки можна переста вляти, повертаючи їх на 180°, або замінювати іншими під час налагодження верстата. Це дає змогу значно розширити асортимент встановлюваних заготованок.
Згідно з чинними стандартами такі патрони бувають дво- та трикулачко вими, з найбільшим габаритом патрона 125...630 мм, мають силу затискання заготованок 12000...75000 Н, точність центрування заготованок ± 0,15 мм. Цю точність можна значно підвищити шляхом додаткового оброблення поверхонь кулачків після їх встановлення та закріплення на оброблювально-му верстаті.
Рис. 9.1. Трикулачковий важільно-клиновий патрон
Близькі за параметрами до описаного патрона дво- та трикулачкові клинові патрони, побудовані за схемою клиноплунжерного затискача. Вони відзначаються простою та надійною конструкцією, але мають значно менші переміщення кулачків (3...14 мм) та відповідно менші сили затискання заготованок.
Трикулачковий патрон, побудований за схемою спірально-рейкового затискача, переважно застосовують з ручним рушієм.
Рисунок 9.2. Чотирикулачковий гвинтовий патрон
Рисунок 9.3. Повідковий патрон
Широко використовують три- та чотирикулачкові патрони з незалежним переміщенням кулачків за допомогою гвинтових затискачів (рисунок 9.2). Такі патрони не забезпечують одночасного із закріпленням центрування загото-ванок, що зумовлює значно нижчу продуктивність праці з ними. Перевагою їх є можливість встановлення та закріплення нециліндричних і несиметрич них заготованок. Найбільший габарит таких патронів згідно зі стандартом може бути 160 ...1000 мм.
Повідковий патрон (рисунок 9.3) дає змогу обробляти заготованки, встано влені у центрах або на центрових оправках. Хомутик, встановлений на заго-тованці чи на оправці, приводиться в рух за допомогою штиря 2, закріпленого на корпусі 1 патрона. Найбільший габарит таких патронів згідно зі стандартом 160...400 мм, а діаметри оброблюваних заготованок — 5... 125 мм.
Стандартами передбачено також виготовлення повідкових дво- та трикулачкових патронів, які забезпечують затискання заготованок за допомогою радіальних переміщень кулачків з використанням відцентрових сил або пневморушіїв. Діаметри оброблюваних заготованок для двокулачкового патрона — 10... 150 мм і для трикулачкового — 65... 140 мм.
9.2. Автоматизація технологічного спорядження верстатів
Як свідчить аналіз штучного часу, потрібного для виготовлення виробів у машинобудуванні, частка допоміжного часу може становити його половину. Удосконалення основного устаткування механоскладального виробництва, значне підвищення його продуктивності зумовлює ще більше зростання частки допоміжного часу. Тому створення відповідного технологічного спо рядження для автоматизованого виробництва є сьогодні одним з основних
напрямів підвищення ефективності машинобудівного виробництва, продуктивності праці та поліпшення її умов.
Вимоги, що ставляться до технологічного спорядження автоматизованого виробництва, залежать від його типу, маси та розмірів заготованок, рівня шкідливості виробничих процесів, кількості оброблюваних заготованок тощо.
За рівнем автоматизації розрізняють часткову та повну автоматизацію виробничого процесу. Для часткової автоматизації у першу чергу автоматизують основне устаткування, а це вимагає відповідного технологічного спорядження.
Технологічне спорядження для автоматизованого устаткування дає змогу встановлювати, закріплювати та знімати заготованки, обертати їх на потрібний кут під час оброблення, контролювати й вимірювати форму та розміри оброблюваних поверхонь, керувати рухом робочих інструментів тощо.
Для повної автоматизації, окрім цього, автоматизують процес транспортування заготованок і готових виробів, контроль їх якості як під час оброблення (включно з активним контролем), так і після його закінчення, подання у зону різання мастильно-охолоджувальних рідин, прибирання та транспортування стружки тощо. Повністю автоматизоване виробництво не вимагає участі робітників, вони зобов'язані тільки завантажувати магазини чи бункери потрібною кількістю заготованок, технологічних пристроїв та інструментів, наглядати за справністю устаткування, спорядження, допоміжних пристроїв, механізмів тощо.
Застосування технологічного спорядження, яке може працювати у автоматичному режимі, часто дає змогу на базі універсальних верстатів створювати автоматизоване та напівавтоматизоване виробництво виробів машинобудування.
Вимоги до пристроїв, призначених для автоматизованого виробництва, значно вищі, ніж до звичайних. У них використовують різні блокувальні та контрольні механізми, що запобігають неправильному встановленню та закріпленню заготованок. Відсутність заготованки зумовлює подання у систему керування верстатом сигналу несправності та зупинку верстата. Як і для звичайних пристроїв, для пристроїв автоматизованого виробництва використовують здебільшого механічні, пневматичні, гідравлічні, електричні та комбіновані рушії.
Керують рушіями технологічного спорядження для автоматизованого виробництва за допомогою кулачків, упорів, золотників, кінцевих вимика чів тощо, використовуючи для цього рухомі органи верстатів і пристроїв (столів, головок, бабок, супортів, шпинделів, кареток, напрямних тощо).
Для повної чи часткової автоматизації верстатів застосовують також спеціальні командоапарати (контролери, релейні блоки, процесори тощо). Вони можуть бути розташовані безпосередньо на верстатах або на деякій відстані від них (дистанційне керування).
Розглянемо деякі приклади автоматизації технологічного спорядження універсальних верстатів. Порівняно легко автоматизувати кулачкові та цангові патрони для токарних, свердлильних та інших верстатів, шо мають рушій, розташований на задньому кінці шпинделя. Цей спосіб розміщення
Рис. 9.4. Трикулачковий клиновий патрон з рушієм, розміщеним на задньому кінці шпинделя
рушія має суттєві недоліки. Його навіть порожниста тяга, розташована у шпинделі, обмежує можливості оброблення пруткових заготованок і загото-ванок з хвостовиками. Обертові циліндри, розміщені здебільшого на задньому кінці шпинделя, вимагають додаткового балансування, спеціального загородження, значно навантажують радіальні вальниці; необертові циліндри навантажують упорні вальниці, що прискорює їх спрацювання.
У радіальних пазах корпуса 1 трикулачкового патрона (рисунок 9.4) переміщуються кулачки 2, з рифленою поверхнею яких спряжені змінні накладні кулачки 5. Гвинти 4 та сухарі 3 служать для закріплення накладних кулачків під час налагодження патрона. Розміщена в отворі корпуса муфта б для зв'язку з кулачками має три пази з кутом нахилу 15° і приводиться у рух від штока рушія. Осьове переміщення муфти спричинює радіальне переміщення кулачків для затискання чи відпускання заготованки. Для заміни чи переставляння кулачків у муфті б передбачено отвір b для ключа. У робочому положенні муфта утримується штифтом 9, що одночасно є упором, який обмежує обертання муфти під час замінювання кулачків. Підпружинені штифти 8 утримують кулачки від випадання після їх виведення із зачеплення з муфтою. Втулка 7 запобігає потраплянню у патрон бруду та стружки, а отвір а у ній використовують для встановлення напрямних втулок, упорів, центрів тощо.
Частково позбавлені недоліків, що їх мають патрони з рушіями на задньому кінці шпинделя, патрони з рушіями, розташованими у самих патро-
Рис. 9.5. Трикулачковий пружинно-клиновий патрон з пнєвмоциліндром
нах. Розглянемо трикулачковий патрон із вбудованим у нього пнєвмоциліндром (рисунок 9.5). Кільце 1 нерухомо закріплене до торця бабки верстата, а корпус 2 патрона центрується та закріплюється на фланці шпинделя. З правого боку корпус, що є одночасно робочим циліндром, закритий кришкою 4, у якій є радіальні пази для кулачків 5. На маточині поршня З є три повздовжні пази, розміщені один відносно одного через 120° і нахилені до осі під кутом 15°. У цих пазах розміщені кінці кулачків, що утворюють з пазами несамогальмівні з'єднання. Під час лінійного переміщення поршня зчеплені з його пазами кулачки переміщаються у радіальних напрямках, затискаючи чи відпускаючи оброблювану заготованку.
Стиснуте повітря через штуцер і отвори у нерухомому кільці 1 надходить у кільцевий паз А і далі через отвори у гумовому ущільнювальному кільці 7 та отвори у корпусі 2 у ліву порожнину циліндра. Рух поршня під дією стиснутого повітря вправо зумовлює відповідний рух кулачків у ра діальних напрямках від центра.
Після перемикання розподільного крана повітря з циліндра виходить у атмосферу, а пружини б повертають поршень 3 у початкове положення, вод ночас переміщуючи кулачки у радіальному напрямку до центра, затискаючи заготованку.
Автоматизовані верстати та технологічні пристрої мають бути забезпечені автоматизованим подаванням заготованок. Розглянемо пристрій для оброблення втулок з автоматизованим подаванням заготованок на робоче місце та прибиранням оброблених деталей (рисунок 9.6). Кондукторна плита 1 прикріплена до гільзи шпинделя верстата за допомогою двох напрямних скалок і пружин, насаджених на них. Заготованки 7, що котяться з бункерного орієнтувального пристрою у нахиленому жолобі 5, закріпленому на корпусі 4 пристрою, затримуються на робочому місці за допомогою підпружи-неного упора 6, що виступає над поверхнею жолоба тільки тоді, коли шпиндель з кондукторною плитою перебуває у верхньому положенні.
Рисунок 9.6. Пристрій для оброблення втулок з автоматизованим подаванням заготованок
Після опускання шпинделя з кондукторною плитою закріплений на ній призматичний захоплювач фіксує положення заготованки на робочому місці, а два штифти 2, натискаючи на упор б, прибирають його нижче від поверхні жолоба (див. АА), звільняють оброблену заготованку і дають їй змогу скотитися у тару 3. Пристрій з автоматизованим подаванням та прибиранням оброблених заготованок (рисунок 9.7) використовують для оброблення плоских заготованок на свердлильних, фрезерних, шліфувальних, багатошпиндельних верстатах. Під час опускання шпиндельної бабки чи самого шпинделя золотник
Рисунок 9.7 Автоматизований пристрій для оброблення призматичних заготованок
впускає стиснуте повітря у ліву порожнину циліндра 7, а поршень, перемішаючись вправо разом з повзуном 2, переміщує та притискає нижню заготованку 4 до упора 6. Після оброблення заготованки шпиндель, піднімаючись вверх, за допомогою золотника подає повітря у праву частину циліндра 1. Поршень його, переміщуючись разом з повзуном 2 вліво, звільнює оброблену заготованку, яку песик 5 зіштовхує у жолоб 7. У виїмку на повзуні 2 з магазина З чи бункера падає наступна заготованка.
Автоматизований пристрій для шліфування поршневих кілець на плоскошліфувальному верстаті зо бражений на рис. 9.8. По одній за-готованці У з магазина 2 за допо могою дискового сепаратора 4, що періодично повертається на кут 60°, подається на електромагнітний стіл 3 для шліфування. Після оброблення сепаратор скидає заготованки в отвір, напрямлений до магазина готових деталей чи проміжних за-готованок.
Рисунок 9.8. Автоматизований пристрій для плоскошліфувального верстата стола,
Вмикають і вимикають живлення електромагнітного узгоджене з обертанням сепаратора, за допомогою вимикача 5.
9.3. Пристрої для автоматичних ліній і верстатів
Пристрої для автоматичних ліній та верстатів поділяють на стаціонарні та рухомі (пристрої-супутники). Перші з них, жорстко закріплені на робочих місцях автоматичної лінії чи верстата, застосовуються для встановлення та закріплення у них заготованок, що підлягають обробленню. Звільнені після оброблення заготованки переносяться на наступну позицію за допомогою транспортно-орієнтувальних пристроїв. Здебільшого під час оброблення на кількох позиціях (робочих місцях) заготованка не змінює свою орієнтацію.
За кількістю одночасно оброблюваних заготованок пристрої класифікують як одно- та багатомісні, а за кількістю робочих місць — одно- та бага-топозиційні.
Пристрої для автоматичних ліній і верстатів відрізняються від пристроїв для універсальних верстатів тим, що у них подавання, встановлення та
закріплення заготованок, а також знімання їх після оброблення виконується за допомогою простих рухів транспортувальних пристроїв, роботів і маніпуляторів.
Установними елементами пристроїв для оброблення корпусних, плоских і призматичних заготованок переважно є опорні пластинки, розміщені як продовження напрямних планок транспортного пристрою. Заготованки здебільшого переміщуються за допомогою прямолінійних напрямних, базуються на плоских поверхнях та двох циліндричних отворах. Установними елементами, окрім плоских пластинок, можуть бути два опорні висувні пальці з конічними фасками. Після переміщення заготованки у пристрій кроковим транспортером ці пальці висуваються й, вирівнюючи положення заготованки, базують її у пристрої за допомогою циліндричних поверхонь. Затискачі автоматизованих пристроїв мають забезпечувати надійне закріп лення заготованок у пристрої.
Щоб уникнути аварійних та інших непередбачуваних ситуацій, автома тичні пристрої обладнують контрольними перетворювачами правильності положення заготованки. Правильність положення та наявність заготованки у пристрої контролюють за допомогою пневматичних, електричних, механічних і комбінованих перетворювачів. Здебільшого контролюють положення базових поверхонь заготованки чи додаткових елементів. Наприклад, якщо контрольний палець не увійшов у базовий отвір заготованки на потрібну глибину, то її положення вважають неправильним, тому робочі агрегати не вмикають і оброблення не починають.
Роботу пристроїв чітко узгоджують з рухами робочих агрегатів і транспортних механізмів. Усі агрегати автоматизованої лінії чи верстата мають бути надійними.
Конструкції пристроїв узгоджують з конструкціями монтажних вузлів автоматичних ліній чи верстатів і виконують відповідно до вимог автомати зованого виробництва.
Використання рухомих (висувних) опорних елементів зумовлює збільшення похибок базування заготованок. Тому під час конструювання таких пристроїв особливу увагу приділяють заходам забезпечення заданої точності їх базування. Суттєво впливає на точність базування заготованок жорсткість і надійність їх закріплення. Для цього застосовують самогальмівні (клинові, ексцентрикові, гвинтові) механізми, використання яких забезпечує надійне утримання заготованок навіть після непередбаченого зниження тиску у пневматичних чи гідравлічних системах.
Для забезпечення надійності роботи пристроїв важливо своєчасно очищати їх від стружки та бруду. Для цього днища у корпусах пристроїв роблять нахиленими, продувають робочі місця стиснутим повітрям, промива ють їх мастильно-охолоджувальними рідинами тощо.
Розглянемо схему переміщення, встановлення та закріплення корпусних заготованок на автоматичній лінії для їх оброблення (рисунок 9.9). Заготованку 1 переміщують на задані відстані по напрямних 2 кроковим транспортером з песиками 3. Остаточно встановлюють та базують заготованку за допомогою двох базових отворів і висувних пальців 4 й закріплюють за допомогою
Рисунок 9.9. Схема переміщення, встановлення та закріплення корпусних заготованок
гідравлічних затискачів 5. Керують роботою гідрозатискачів крокового транспортера, висувних пальців та оброблювальних агрегатів за допомогою пульта керування чи програмного пристрою.
Пристрої-супутники застосовують для транспортування встановлених і закріплених на них заготованок на всі робочі позиції оброблення. Такі пристрої дають змогу полегшити встановлення та закріплення заготованок на робочих позиціях під час їх оброблення і переважно використовуються для заготованок складної конфігурації. Пристрій-супутник має бути достатньо жорстким, придатним для надійного базування на ньому заготованок і самого супутника на транспортері.
Пристроями-супутниками здебільшого є жорсткі плити, кутники, поро жнисті призми тощо. Заготованку на початковій позиції встановлюють і закріплюють на супутнику, під час транспортування та оброблення вона переміщується разом із ним, а на кінцевій позиції їх відокремлюють. Перед закріпленням наступної заготованки супутник очищують від стружки та бруду.
Для скорочення часу оброблення заготованок суміщають процеси їх встановлення, оброблення та знімання, а також очищення та ремонтування пристроїв-супутників, збільшують їх кількість порівняно з кількістю робочих позицій.
Прості пристрої-супутники зображені на рисунок 9.10. До корпуса 1 (рисунок 9.10, а) закріплені стійкі проти спрацювання планки 2, за допомогою яких супутник може ковзатись по напрямних З транспортера. Пальці 4 та втулки 5 служать для фіксування супутника на робочій позиції. Інша конструкція напрямних супутника зображена на рисунок 9.10, б. Корпус 1 може ковзати по напрямних планках 3 транспортера, а бічний напрямок забезпечують напрямні пластинки 7. Для меншого спрацювання робочих поверхонь супутника до нього кріплять стійкі проти спрацювання планки 6 і 8.
Підвищують точність і надійність базування заготованок шляхом додаткового закріплення супутника за допомогою спеціальних пневматичних чи
Рисуноу 9.10. Пристрої-супутники для автоматичних ліній та верстатів
гідравлічних затискачів, які притискають супутник під час оброблення заготованок до жорстких напрямних транспортного пристрою та звільняють його на час руху між позиціями. У деяких конструкціях таких пристроїв з цією ж метою застосовують ще й самогальмівні механізми.
Кріплять заготованки до супутника здебільшого за допомогою гвинтових затискачів, а для зручності роботи з ними використовують різні засоби механізації ручної праці (механічні, електричні, пневматичні тощо), якими обладнують першу та останню позиції автоматичних лінії чи верстата Ускладнює безпосереднє використання пневматичних чи гідравлічних затискачів на супутникових пристроях необхідність підведення відповідного живлення до споживачів, що розміщені на них і рухаються разом з ними.
Заготованки закріплюють за допомогою пружинних затискачів, докладаючи при цьому невеликих зусиль (рисунок 9.10, в). Під час встановлення та знімання заготованки 12 прихоплювані 11 відтискаються вверх пневматичним чи гідравлічним затискачем 13, який, стискаючи пружини, звільняє за-готованку.
У досконаліших виробничих системах для цього використовують складніші автоматичні механізми (гідропневмопружинні акумулятори тощо). Окрім
перелічених лінійних супутникових пристроїв використовують також поворотні, карусельні, багатомісні та спеціальні пристрої.
До пристроїв-супутників для групових і змінно-потокових (переналагоджуваних) автоматичних ліній, у яких передбачена можливість встановлення різних за формою та розмірами заготованок, відповідно висувають додаткові вимоги. Установці та закріплювальні механізми таких пристроїв здебільшого мають змінні елементи (призми, планки, штирі, шайби тощо).
Конструктивно відрізняються від розглянутих пристрої-супутники, при значені для оброблення тіл обертання. їх особливості зумовлені способами базування та закріплення заготованок.
Для супутникових пристроїв та їх елементів розроблені державні стандарти.
9.4. Пристрої для верстатів із програмним керуванням
Оброблення заготованок на верстатах з програмним керуванням (ПК) відрізняється значним асортиментом заготованок, складністю їх форми та високою концентрацією операцій. Верстати з ПК забезпечують також вищу жорсткість, точність оброблення тощо. Тому до пристроїв для верстатів з ПК висувають відповідні вимоги. Вони мають забезпечувати встановлення та закріплення у них різних за формою та розмірами заготованок, вільний доступ багатьох різальних інструментів до оброблюваних поверхонь з різних боків заготованок, бути достатньо жорсткими, міцними та надійними, придатними для швидкого переналагоджування.
Універсальність верстатів з ПК вимагає відповідної універсальності технологічного спорядження, тобто придатності його для оброблення ши рокого асортименту заготованок. Наприклад, для токарних верстатів ефективними є самоцентрувальні швидкопереналагоджувані патрони, що дають змогу встановлювати та закріплювати заготованки різної форми та розмірів. Ці патрони мають здебільшого пневмо-, гідро- чи електрорушії і забезпечують надійне механізоване або автоматизоване закріплення заготованок.
Для базування таких заготованок як вали на токарних верстатах з ПК застосовують декілька схем. У першій з них для передавання крутного моменту заготованкам, встановленим у центрах верстатів, застосовують кулачкові патрони з самоустановними кулачками. Заготованки центрують за допомогою передніх і задніх центрів, а кулачки патрона роблять самоустанов ними. При потребі базування заготованки торцевою її поверхнею застосовують здебільшого передній самоустановний (підпружинений) центр.
У другій схемі крутний момент заготованкам, встановленим у центрах, передається за допомогою повідкових патронів з двома чи трьома ексцентриковими кулачками та рифленими робочими поверхнями. Під час оброблення кулачки самозатягуються та передають крутний момент заготованці. Збільшення сил різання зумовлює відповідно більші сили затискання заготованки.
Недоліком обох схем є потреба у перевстановленні заготованки для оброблення її з обох боків, а також деякі труднощі, зумовлені переходом з патронних на центрові роботи.
Для передавання крутного моменту до заготованки за третьою схемою застосовують повідкові патрони з торцевими самоустановними зубцями чи штирями (рисунок 9.11). У зубчастому патроні (рисунок 9.11, а) заготованка, спрямована за допомогою підпружиненого центра 5, притискається торцевою поверхнею до зубців втулки 2, встановленої на корпусі 4 патрона та зафіксованої пружинним кільцем 3, обертається за допомогою повідків 1.
Штирковий патрон (рисунок 9.11, б) також має підпружинений центр 11, а для передавання руху від патрона до заготованки обладнаний ще спеціальним диском 8 зі вставленими у отвори загостреними штирями 9, які неробочими кінцями впираються у самоустановний підп'ятник б, з'єднаний сферичною поверхнею зі втулкою 5. Заготованка під час оброблення притискається торцевою поверхнею до загострених кінців штирів 9. Втискання загострених зубців чи штирів у торцеву поверхню заготованки дає змогу передавати їй крутний момент від шпинделя. Під час оброблення заготованки сили різання збільшують тиск на торцеву поверхню, що сприяє її
Рисунок 9.11. Патрони повідкові зубчасті (а) та штиркові (б)
закріпленню. Завдяки самовстановленню зубців чи штирів на торцевій поверхні заготованки вони втискаються у неї на однакову глибину незалежно від неперпендикулярності торцевої поверхні до осі заготованки. З метою швидкого переналагодження патронів на оброблення різних за діаметром заготованок їх комплектують змінними самоустановними зубчастими втулками та дисками зі штирями.
Для фрезерних, свердлильних, розточувальних і багатоопераційних верстатів з ПК широко застосовують універсальні та універсально-налагоджувані пристрої. До них належать універсально-налагоджувані лещата з упором та призматичними змінними губками для повного базування плоских і циліндричних заготованок. Здебільшого на столі верстата встановлюють двоє та більше лещат, що дає змогу знімати оброблену та встановлювати нову заготованку під час оброблення попередньої. Для лещат переважно використовують пружинно-гідравлічний рушій, що працює в автоматичному режимі.
Найчастіше для цих верстатів застосовують універсально-налагоджувані пристрої з накладними плитами чи палетами. Вони закріплені на столах верстатів, а пристрої та заготованки встановлюють на їх робочих поверхнях. Ці поверхні можуть мати сітки пазів, гладких, різьбових і східчастих отворів у різних комбінаціях, які застосовують для встановлення у них елементів пристроїв. Комплекти таких універсально-налагоджуваних пристроїв (столів-супутників, плит, палет, кутників, призм, планок, пальців тощо) дають змогу швидко складати потрібні пристрої для встановлення й закріплення заготованок різної конструкції та розмірів, а також застосовувати для цього автоматизоване проектування та виготовлення цих пристроїв за допомогою ЕОМ.
Для верстатів фрезерно-свердлильно-розточувальної групи часто застосовують спеціалізовані налагоджувані пристрої, призначені для закріплення близьких за конфігурацією заготованок (фланців, дисків, трибів, шестерень, втулок, кілець тощо). Такі пристрої здебільшого є результатом поєднання базової частини (комбінованого трикулачкового чи іншого патрона) та комплекту змінних елементів (опор, кулачків, пальців, тяг тощо).
Для оброблення великої кількості заготованок порівняно малих розмі рів часто використовують багатомісні пристрої, що дають змогу послідовно чи одночасно обробляти заготованки як одним, так і кількома робочими інструментами. Завдяки цьому способу оброблення заготованок скорочується час їх оброблення за рахунок економії часу для додаткових переміщень стола верстата, зменшується кількість переставлянь робочих інструментів, підвищується точність розмірів деталей. Недоліком універсально-налагоджу ваних пристроїв є використання в них гвинтових ручних затискачів.
Універсально-складані пристрої, що складаються із стандартних елементів, не мають такого недоліку. Вони придатні для застосування на верстатах з програмним керуванням, допускають як ручне, так і автоматизоване їх проектування та виготовлення. Базові стандартні плити, що входять у такі комплекти, можуть містити один чи кілька вмонтованих чи окремих гідроблоків, або пневмогідравлічних перетворювачів, що дає змогу механізувати та автоматизувати процес закріплення заготованок.
Переваги універсально-налагоджуваних й універсально-складаних пристроїв полягають у істотному зменшенні потрібної кількості технологічних пристроїв, площі складів, зниженні трудомісткості підготовлення виробництва нових виробів тощо.
Недоліками цих пристроїв є значна кількість з'єднань деталей, що зменшує їх жорсткість і відповідно вимагає зменшення режимів різання та продуктивності праці; висока вартість, обмеження розмірів оброблюваних заготованок та менша доступність для оброблювання багатьох поверхонь заго-тованки з одного встановлення.
Універсальні пристрої застосовують для оброблення як однієї, так і багатьох заготованок одночасно (багатомісні пристрої).
Підвищену жорсткість і точність встановлення та закріплення заготованок мають складано-розкладані пристрої, окремі елементи яких з'єднують один з одним за допомогою системи палець-отвір, що дає змогу забезпечити вищу точність, ніж за допомогою системи шпонка-паз. Ці пристрої також обладнують вмонтованими в їх основні агрегати гідроциліндрами для затискання заготованок. Вони мають велику жорсткість, що дає змогу використовувати всю потужність оброблювальних верстатів, і можуть бути як одно-, так і багатомісними.
У столах свердлильних, фрезерних і розточувальних верстатів переважно є центральний отвір і поперечні пази, призначені для базування пристроїв, які виконують за допомогою призматичних або циліндричних пальців.
На столи верстатів з ПК, що не мають пазів та отворів для базування пристроїв, встановлюють і жорстко закріплюють накладні плити зі сіткою пазів і координатних отворів, які використовують для базування й кріплення заготованок.
Часто заготованки встановлюють безпосередньо на столах верстатів за допомогою різних підставок, планок, упорів, домкратів, штирів тощо. Для зменшення асортименту їх уніфікують, а також передбачають у їхніх конструкціях можливість регулювання та переналагодження.
Розглянемо деякі регульовані механізми для технологічних пристроїв (рисунок 9.12). Регульована підставка (рисунок 9.12, а) складається з двох планок 1 і 2 з нахиленими площинами та гвинта 3. Від обертання гвинта, що вгвинчується чи вигвинчується з різьби планки 7, вона ковзає по поверхні планки 2, а висота підставки відповідно збільшується або зменшується.
Висоту затискного пристрою (рисунок 9.12, б) регулюють переставлянням прихоплювача 2 на ступінчасту поверхню опори 1 і закріпленням заготованки 4 за допомогою болта 3 з гайкою.
Для забезпечення швидкого переналагоджування пристроїв використовують швидкознімні гайки (рисунок 9.12, в). Половинки гайки 1 з'єднані між собою плоскою пружиною 3, а на зовнішню поверхню гайки насаджене кільце 2. Щоби швидко зняти гайку з болта чи гвинта, потрібно зсунути кільце 2 вверх, а плоска пружина розкриє обидві напівгайки. Після насадження обидвох напівгайок на болт кільце 2 зсувають вниз і докручують гайку.
Заготованки встановлюють здебільшого на попередньо оброблені поверхні, використовуючи один зі способів базування заготованок, якими можуть бути: три взаємно перпендикуляр ні площини, одна площина та два циліндричні отвори, центрові отвори та циліндрична поверхня й торець.
Пристрої для верстатів з ПК вимагають суміщення їх ба-зових поверхонь з осями координат оброблювального верстата, від яких задані відстані до оброблюваних поверхонь. Виконання цієї умови полегшує розрахунок координат опорних точок для траєкторії руху різальних інструментів від заданого початку координат (нульова точка верстата).
Рисунок 9.12. Регульовані механізми пристроїв
Для закріплення заготованок застосовують як ручні механічні, гвинтові, кулачкові та клинові, так і гідравлічні та пневматичні затискачі. Затискні елементи їх розміщують у тих місцях заготованки, де вони можуть забезпе чити її надійне закріплення та вільний доступ різальних інструментів до багатьох оброблюваних поверхонь. Якщо це неможливо, то забезпечують
перезакріплення заготованки під час її оброблення. Наприклад, заготованку (рис. 9.13) обробляють спочатку з двох протилежних боків, розмістивши прихоплювачі в позиції 1 на двох інших боках заготованки. Після оброблення обох боків, не змінюючи базування заготованки, переставляють при хоплювачі на два протилежні оброблені боки у позиції 2, звільнивши таким чином для оброблення два інші її боки:
Затискні елементи пристроїв для верстатів з ПК мають бути пристосованими для встановлення заготованок у пристрій та знімання їх після оброблення за допомогою роботів і маніпуляторів. Для цього розвідні елементи пристроїв мають розходитись на такий кут, щоб компенсувати допускну неточність позиціювання роботів чи маніпуляторів, тобто — на більший кут, ніж для ручного подавання заготованок.
Рис. 9.13. Схема закріплення заготованки з переставлянням затискачів
На свердлильних, фрезерних і розточувальних верстатах з ПК найчастіше встановлюють заготованки безпосередньо на столи верстатів з орієнтацією за допомогою бічних упорів, закріплених у пазах столів. Інколи замість упорів на столах верстатів встановлюють лінійки чи кутники.
Затискають заготованки за допомогою ручних гвинтових, клинових або гідравлічних затискачів, закріплених у пазах столів.
Для оброблення заготованок фланців, втулок, кришок тощо на токарних верстатах з ПК переважно використовують клинові, самоцентрувальні патрони зі швидким переставлянням кулачків на потрібний розмір діаметра заготованки. Патрони обладнують електромеханічними, пневматичними, гідравлічними чи комбінованими рушіями.
Для оброблення заготованок валів, гільз, втулок тощо на цих верстатах застосовують центри з передаванням крутного моменту за допомогою трикулачкового патрона або повідкові центри чи повідкові шайби з торцевими рифленнями та самоустановними центрами.
Верстати з ПК часто обладнують механогідравлічними лещатами різних конструкцій, базовими плитами, що входять до комплектів універсально-складаних пристроїв, універсальними та переналагоджуваними пристроями-супутниками зі змінними установними та затискними елементами для групового оброблення заготованок, пристроями-дублерами, що дають змогу знімати оброблену та встановлювати наступну заготованку під час оброблення третьої, захоплювачами різних конструкцій, роботами й маніпуляторами.
Для верстатів з ПК також використовують спеціальні одно- та багатомісні, сталі, регульовані та переналагоджувані пристрої, коли неможливо чи недоцільно використовувати універсальні чи стандартні пристрої. У цих пристроях з метою їх здешевлення обов'язково застосовують окремі станда ртні елементи (плити, планки, штирі, пальці, затискачі тощо).
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
Змістовний модуль 10
ПФ.Д.01.ПР.005.14
Універсальні-збірні та збірно-розбірні пристрої
Тема 10 Універсальні-збірні та збірно-розбірні пристрої
10.1 Загальні положення
10.2 Універсально-налагоджувальні пристрої
10.3 Універсально-збірні пристрої
10.1 Загальні положення
Будь-яке виробництво у машинобудуванні не обходиться без проектування та виготовлення технологічного спорядження, що практично зумовлює якість отримуваної продукції та терміни освоєння її випуску. Добір, проектування та виготовлення технологічного спорядження є складним, відповідальним і трудомістким процесом, який потребує сумлінної праці висококваліфікованих конструкторів, технологів і робітників.
Швидкий розвиток сучасного виробництва, часта змінюваність об'єктів виробництва, розширення асортименту та безперервне удосконалення виробів машинобудування вимагають відповідного та своєчасного поновлення та удосконалення технологічного спорядження. У зв'язку з цим часто виникає потреба заміни ще зовсім придатного спорядження, що не виробило свого технічного ресурсу (терміну служби). Окрім цього, сучасні виробництва з метою підвищення продуктивності праці та зниження вартості продукції вимагають відповідного рівня забезпечення виробничих процесів сучасним технологічним спорядженням.
Своєчасно забезпечити потреби споживача чи мінливого ринку збуту товарів, не допустити морального та фізичного старіння продукції машинобудування можна за рахунок скорочення термінів для проектування та виготовлення нового спорядження. Перелічені протиріччя зумовлюють потребу безперервного прискорення та здешевлення процесів отримання технологічного спорядження, розширення його технологічних можливостей.
Розв'язання завдань, поставлених перед розробниками та виробниками, стало можливим тільки за допомогою широкої стандартизації технологічного спорядження з використанням усіх відомих її методів (класифікації, уніфікації, агрегатування, нормалізації тощо). Стандартизація дає змогу одночасно зменшувати асортимент та відповідно збільшувати серійність виготовлюваного спорядження (деталей, вузлів, механізмів тощо), істотно знижувати вартість та скорочувати терміни освоєння його випуску.
Застосування стандартного спорядження забезпечує зменшення обсягів, термінів, трудомісткості та вартості виконання проектно-конструкторських і ремонтно-налагоджувальних робіт.
Окремі стандартизовані деталі, вузли, механізми, що не вичерпали ще свій ресурс, можуть бути зняті із застарілого спорядження та, після відповідного часткового ремонту (за необхідністю), використані для виготовлення нового спорядження. Рівень використання стандартизованих частин залежно від типу виробництва та призначення технологічного спорядження може становити від 70 до 95 % і навіть більше. Стандартизація ефективна для всіх типів виробництва.
Поширеним методом стандартизації є універсалізація спорядження, що полягає у розширенні його технологічних можливостей. Універсальні пристрої забезпечують встановлення та закріплення різних за формою та розмірами заготованок, базування їх на різних установних поверхнях, одночасне оброблення декількох заготованок чи однієї заготованки з різних боків тощо .
Стандартизоване технологічне спорядження дає змогу створювати ефективні гнучкі переналагоджувані виробничі модулі чи цілі системи, що відрізняються високими продуктивністю, рівнями механізації та автоматизації праці.
Як свідчить досвід роботи багатьох машинобудівних заводів, значна частина використовуваного технологічного спорядження може бути побудована з застосуванням методів стандартизації, а рівень забезпечення технологічним спорядженням малосерійного чи навіть одиничного виробництва можна підняти до рівня серійного та навіть масового виробництва. Цього досягають здебільшого шляхом створення технологічного спорядження, яке на стадії його використання є спеціальним, а на стадії проектування та виготовлення — стандартним (універсальним), тобто таким, що не потребує додаткового часу для проектування та виготовлення, а тільки — для його добору та придбання.
Усі технологічні системи складано-розкладних пристроїв (СРП), універсально-налагоджуваних пристроїв (УНП), універсально-складаних пристроїв (УСП) побудовані на основі багаторазового використання стандартних деталей, вузлів, механізмів тощо.
Залежно від рівня уніфікації в окремих системах пристроїв стандартизовано їх асортимент, габарити, розмірні ряди для окремих частин пристроїв, приєднувальні розміри, конструктивні елементи та деталі (різьбові деталі, штифти, шпонки, установи, опори, затискачі), припасування для спряжень деталей, відхилення розмірів основних поверхонь окремих деталей, а також цілі вузли та механізми (пневмоциліндри, пневмокамери, гідроциліндри, замки тощо), вузли допоміжних пристроїв (ділильні та обертові головки, фіксатори, виштовхувані тощо), заготованки основних деталей пристроїв (корпусів, плит, кутників).
Передові підприємства та фірми, проектно-конструкторські та науково-дослідні організації працюють над створенням державних стандартів України з технологічного спорядження, які б відповідали сучасним вимогам і відображали найновіші досягнення науки та техніки. їх створюють і впроваджують у виробництво згідно зі стандартами України.
10.2. Універсально-налагоджувані пристрої
Універсально-налагоджувані пристрої (УНП) будують на основі міцного та жорсткого корпуса, на якому монтують всі елементи та вузли пристроїв разом з рушіями та допоміжними механізмами.
Розширюють технологічні можливості пристроїв для встановлення та закріплення в них різних за конструкцією та розмірами заготованок за рахунок регульованих або змінних установних елементів. Для оброблення іншої заготованки УНП переналагоджують одним із перелічених способів. Перший з них передбачає перевстановлення та перезакріплення за новою схемою сталих установних елементів, другий — повну чи часткову заміну змінних установних і закріплювальних елементів, а третій — одночасні переміщення та заміну окремих установних і закріплювальних елементів. Перший з них застосовують здебільшого для встановлення заготованок, що мають однакові за формою та різні за розмірами технологічні установні базові поверхні, а два останні способи — для групового оброблення заготованок на змінно-потокових лініях, а також для оброблення заготованок, що значно відрізняються між собою за формою та розмірами базових поверхонь.
УНП переважно використовують у серійному виробництві. Для переходу на оброблення нових заготованок замінюють тільки змінні елементи, не знімаючи пристрій з верстата, або встановлюють регульовані установні та опорні елементи. Це дає змогу скоротити підготовчо-завершальний час і поліпшує використання оброблювальних верстатів. Змінні частини (деталі та вузли) зберігають біля верстата або у спеціальних штабелерах. Використання точних і легкознімних центрувально-встановлювальних механізмів, подавання їх на робочі місця та встановлення без трудомісткого вивіряння займає мало часу.
Стандартними пристроями, на базі яких створюють УНП, можуть бути машинні лещата, скальчасті кондуктори, пневмо- та гідропатрони, планшайби, накладні кондуктори, магнітні плити, касети тощо.
УНП для фрезування заготованок (рисунок 10.1) побудований на базі затискних лещат. Настроюють цей пристрій для оброблення заданих заготованок
Рисунок 10.1. УНП для фрезування
Рисунок 10.2. УНП зі скальчастилі кондуктором
за допомогою змінних планок 2 і З, що встановлені на рухомій 1 і нерухомій 4 губках лещат. Застосування змінних планок різної конструкції дає змогу встановлювати та закріплювати у пристроях заготованки 5 різної конфігурації (круглі, квадратні, прямокутні, овальні тощо). Встановлення та закріплення призматичних заготованок за допомогою планок З з двома установни-ми штирями, а також циліндричної заготованки за допомогою планок 2 і 3 призмами зображено відповідно на рисунок 10.1, а, б.
Пристрій (рисунок 10.2, а) призначений для свердління отворів зі скальчастим кондуктором. Корпусну заготованку 6 у ньому встановлюють на опорні штирі, закріплені на плиті 7, що також встановлена на корпусі 1 пристрою за допомогою опорних штирів. Під час свердління заготованку притискають упором 3 на плиті 5, в якій закріплені кондукторні втулки 4. У пристрої (рисунок 10.2, б) встановлюють циліндричну заготованку 6 на корпусі 1 за допомогою призми з упором 7. Під час свердління заготованку притискають упорами 3, а свердло направляють, застосовуючи кондукторну втулку 4. У пристрої (рисунок 10.2, в) заготованку важеля 3, встановлену за допомогою опорних пластинки 6 і пальця 2, притискають сухарем 5. Усі змінні елементи
Рисунок 10.3. УНП для свердління радіальних отворів
перелічених пристроїв монтують за допомогою установних циліндричних штирів та стопорних гвинтів, що значно скорочує час переналагодження пристроїв для встановлення іншої заготованки.
УНП (рисунок 10.3, а) призначений для свердління радіальних отворів у круглих заготованках (втулках, фланцях, кришках тощо). Переналагодження такого пристрою для оброблення іншої заготованки полягає у заміні шайби 1 шайбою 2 (рисунок 10.3, б) Пристрій обладнано гвинтовим затискачем, тому його застосовують переважно у малосерійному виробництві. Для використання таких пристроїв у серійному виробництві замість гвинтових застосовують пневматичні чи гідравлічні затискачі.
10.3. Універсально-збірні пристрої
Універсально-збірні пристрої будують за допомогою окремих частин, дібраних зі стандартного комплекту УЗП, що має від 25 до ЗО тисяч штук різних за призначенням деталей (до 4300 найменувань), вузлів та механізмів, з яких можна побудувати одночасно до 30 різних конструкцій пристроїв. Чинними стандартами передбачено виготовлення трьох типорозмірів: УЗП-8, УЗП-12 і УЗП-16, які дають змогу обробляти заготованки з габаритами відповідно від 220x120x100 (УЗП-8) до 2500x2500x4300 мм. Такі комплекти (рисунок 9.4) здебільшого мають у своєму складі: базові плити, планшайби та кутники зі спеціальними пазами й отворами на установних поверхнях, що забезпечують закріплення різних деталей, вузлів і механізмів; корпусні та опорні деталі (призми, кутники, пластинки, опори тощо) зі спеціальними пазами й отворами на них; установні деталі (шпонки, пальці, втулки, штирі); напрямні деталі (кондукторні втулки, колони, планки); деталі для скріплення окремих елементів УЗП між собою (гвинти, болти, шпильки, гайки, шайби тощо); інші механізми (регульовані та самоустановні опори, затискачі, ділильні механізми, обертові головки, центрові бабки, фіксатори, пневмо- та гідрорушії); інші деталі й вузли (ручки, ексцентрики, пружини, шарніри тощо).
УЗП застосовують переважно у малосерійному виробництві. Після складання заданого УЗП та використання за призначенням його розбирають на окремі частини, які повертають у магазин чи на склад для повторного використання. Тому УЗП є універсальними пристроями тільки під час їх складання, а під час використання вони є спеціальними (одноцільовими). За цієї умови їх використовують і для великосерійного виробництва, але тільки на час освоєння випуску нових виробів. Після освоєння їх заміняють сталими спеціальними пристроями простішими, дешевшими, жорсткішими тощо.
Стандартизація деталей та механізмів УЗП дає змогу забезпечити їх взаємозамінність, високу якість і низьку вартість. Проектування таких пристроїв здебільшого полягає тільки у розробленні складального креслення чи схеми складання, а виготовлення — у складанні пристрою з готських деталей та механізмів
.
Рисунок 10.4. Деталі та вузли УЗП:
призми - а; шпильки -б; кутники -в; планки -г, є, ж, з, к; шайби -д; втулки - е; прихоплювачі -и, і; затискачі - й; плити - л, н; планшайби –м
Пази на опорних поверхнях основних деталей УЗП, які використовують для закріплення між собою окремих частин пристроїв, залежно від габаритів мають ширину 8, 12 і 16 мм. Допустимі відхилення від паралельності та перпендикулярності пазів не перевищують 0,01 мм на довжині 200 мм. Розміри основних поверхонь корпусних та опорних деталей виготовляють за четвертим і п'ятим квалітетами точності з шорсткістю їх поверхонь від 0,08 до 0,32 мкм за параметром Ra. Окремі елементи та вузли УЗП зображені на рисунок 9.4.
Комплекти деталей УЗП поділяють на декілька класів за точністю їх виготовлення. Матеріалами для виготовлення деталей УЗП служать переважно сталі марки 12ХНЗА з цементацією та гартуванням до твердості HRC 60...64, для кріпильних деталей — марки 38ХА з гартуванням і відпусканням до твердості HRC 40...45, для напрямних та установних деталей — марки У8А та У10А з гартуванням до твердості HRC 50...55.
За необхідності комплект УЗП можна доповнювати спеціальними елементами, що забезпечують цілеспрямоване розширення їх технологічних можливостей.
Рисунок 10.5. УЗП для фрезерно-свердлильних операцій з гідравлічними затискачами:
1 - плита; 2 - планки; 3 - шайби; 4 і 6 - болти; 5 - втулки; 7 -гайки; 8 -заготованки; 9 - шпони; 10 - гідравлічні рушії; 11 і 12 –пальці
Рисунок 10.6. УЗП для фрезерно-свердлильних операцій з гвинтовими затискачами:
1 - плита; 2 - планки; 3 - болти; 4, 7 - гайки; 5 - пружини; 6 - прихоплювачі;
8 - шпонки; 9 - заготованки; 10 - втулки; 11 - штирі; 12 - тяги;
13 і 14 - напрямні пальці
Терміни, потрібні для створення технологічного пристрою за допомогою УЗП, значно менші за терміни створення аналогічних спеціальних пристроїв. Наприклад, для складання УЗП середньої складності потрібно від двох до чотирьох годин, а для виготовлення аналогічного спеціального пристрою — від 300 до 750 годин. Таку ж значну економію часу забезпечує використання УЗП під час проектування та конструювання пристроїв.
Отже, основними перевагами УЗП є можливість значно зменшити строки підготовлення виробництва нових виробів, кількість висококваліфікованих працівників (інженерів і робітників) інструментального виробництва, витрати високоякісних і дефіцитних інструментальних сталей, створити умови економічної доцільності використання ефективного технологічного спорядження для малосерійного та одиничного виробництва, для організації групового оброблення заготованок тощо.
Комплектування УЗП пневморушіями, гідрорушіями та іншими елементами автоматики дає змогу використовувати їх навіть в умовах серійного та великосерійного виробництва.
Серед недоліків УЗП — їх висока вартість (за малої серійності виготовлення), порівняно зі спеціальними пристроями дещо нижча жорсткість і більша складність конструкції.
Усунути перший недолік можна, відповідно збільшивши розмаїття на борів деталей та механізмів у комплектах УЗП та одночасно організувавши випуск окремих частин пристроїв поряд з випуском цілих комплектів, що дасть змогу збільшити серійність виготовлення та відповідно здешевити їх.
Технологічні пристрої для фрезерно-свердлильних операцій зображені на рисунках 10.5, і 10.6.
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
Змістовний модуль 11
ПФ.Д.01.ПР.005.25
Допоміжний інструмент
Тема 11 Допоміжний інструмент
11.1 Допоміжні пристрої та інструменти для свердлильних верстатів
11.2 Допоміжні пристрої та інструменти для фрезерних верстатів
11.3 Допоміжні пристрої та інструменти для токарних верстатів
11.4 Допоміжні пристрої та інструменти для верстатів з програмним керуванням
Точність налагодження технологічної системи залежить від дібраної схеми встановлення та закріплення заготованки, конструкції допоміжних технологічних пристроїв та інструментів, дотримання правил, зазначених у технічній документації. Всі металооброблювальні верстати здебільшого обладнані допоміжними технологічними пристроями та інструментами, які сприяють розширенню їх технологічних можливостей, підвищенню якості виго-товлюваних деталей і продуктивності праці.
До найпоширеніших універсальних допоміжних пристроїв та інструментів належать перехідні втулки для закріплення різальних інструментів на свердлильних верстатах, оправки для закріплення циліндричних і дискових фрез, розточувальні скалки, держаки різальних інструментів для револьверних верстатів тощо.
Часто використовують спеціальні допоміжні пристрої та інструменти. Наприклад, під час виконання послідовних технологічних переходів на свердлильних і фрезерних верстатах встановлюють патрони, що дають змогу замінювати різальний інструмент без зупинки обертання шпинделя; багатошпиндельні свердлильні, різьбонарізувальні та фрезувальні головки для одночасного оброблення багатьох поверхонь на одношпиндельних верстатах; багаторізцеві держаки та оправки, завдяки яким одночасно обробляють кілька поверхонь на токарних і розточувальних універсальних верстатах тощо.
Окрему групу представляють інструменти, за допомогою яких отриму ють кільцеві виточення у отворах, нарізають різьби, видовбують шпонкові пази на стругальних верстатах, виточують кулясті поверхні. Ці пристрої та інструменти в умовах серійного та дрібносерійного виробництва на універ сальних верстатах дають змогу виконувати технологічні процеси без засто сування потрібних дорогих спеціальних верстатів, концентрувати значний обсяг робіт на одному верстаті шляхом послідовно-паралельного виконання технологічних переходів, скорочувати час оброблення складних за формою заготованок.
Широке застосування багатоінструментальних верстатів, змінно-потокових та автоматичних ліній зумовило потребу у пристроях для швидкого та точного встановлення різальних інструментів, швидкої їх заміни, наявності багатопозиційних інструментальних магазинів тощо. Різальні інструменти,
встановлені у спеціальних пристроях, попередньо налагоджують поза верстатами за допомогою спеціальних приладів, після чого їх встановлюють на оброблювальні верстати.
Забезпечують високу точність оброблення заготованок під час налагодження та роботи спеціальних різальних інструментів за допомогою установних базових поверхонь. Це дає змогу одночасно зменшити допоміжний час оброблення та збільшити продуктивність основного устаткування.
Швидке й точне встановлення та заміна різальних інструментів особливо важливі для роботи автоматичних верстатів, ліній, гнучких модулів і верстатів з програмним керуванням.
Класифікують допоміжні пристрої та інструменти переважно за типами оброблювальних верстатів, для яких вони призначені .
10.1. Допоміжні пристрої та інструменти для свердлильних верстатів
Як відомо, вертикально-свердлильні верстати мають значні переваги над горизонтально-свердлильними, тому розглянемо конструктивні схеми допоміжних пристроїв та інструментів тільки для них.
Швидкозамінний патрон для закріплення та заміни різальних інструментів (свердел, зенкерів, розвертачок, цекувачів, мітчиків) під час обертання шпинделя зображено на рисунок 11.1, а. Крутний момент від шпинделя до змінного інструмента 6 передається за допомогою конуса 1, кульки 4 та втулки 5, що має самогальмівне припасування зі змінним інструментом і спеціальну западину для кульки 4. Втулка 2 має вільне припасуваня (з гарантованим проміжком) з конусом 1 і зафіксована на ньому за допомогою контруваль-ного гвинта 3. Для заміни різального інструмента піднімають втулку 2 у верхнє положення. Дією відцентрової сили кулька 4 із западини на втулці 5 переміщується у внутрішнє виточення втулки 2. Від'єднаний від корпуса патрона інструмент можна легко виймати разом зі втулкою 5. Після встано влення нового різального інструмента з насадженою на нього втулкою 5 втулку 2 опускають у нижнє положення, а кулька 4 входить у западину втулки 5 і знову фіксує інструмент на шпинделі верстата. Такі патрони цілком безпечні для роботи зі шпинделями з кутовою швидкістю обертання до 5с-1 (300 об/хв).
В іншій конструкції швидкозамінного патрона (рисунок 11.1, б) для заміни різального інструмента 6 достатньо легко загальмувати від обертання втулку 7. Це зумовлює таке збільшення проміжку між упорами а корпуса патрона та внутрішнім скосом b втулки 9, що виступ с інструмента уже не затримується цим скосом, інструмент випадає. Під час встановлення нового різального інструмента з насадженою на нього втулкою 9 виступ с на цій втулці натискає на скіс d втулки 7 і, переборюючи дію пружини 8, повертає її на потрібний кут, а фіксатор закріплює різальний інструмент.
Корпус багатошпиндельної револьверної головки закріплений на шпиндельній гільзі 5 верстата за допомогою розтруба 4 та стяжного гвинта 6
(рисунок 11.2). У корпусі головки є нахилений обертовий диск 9, у гніздах якого встановлені шпинделі 1. Диск закріплюється у заданих положеннях за допомогою фіксатора. Центральний вал 3 головки з'єднаний зі шпинделем верстата за допомогою конусного хвостовика.
Рис. 11.1. Швидкозамінні патрони для свердлильних верстатів
Обертання від цього вала до окремих шпинделів головки передається через муфту 2. Інколи у конструкціях головок використовують зубчасті редуктори, що дають змогу пришвидшувати чи сповільнювати обертання окремих шпинделів головки відносно шпинделя верстата.
Для заміни різального інструмента необхідно, не зупиняючи рух шпинделя верстата та витягнувши фіксатор диска 9, повернути його. Муфта 2 розчеплює вал 3 зі шпинделем головки. У головці передбачено ручне та автоматичне вимкнення фіксатора, розчеплення муфти та зупинення обертання диска.
Рис. 11.2. Багатошпиндельна револьверна головка
Це відбувається після піднімання шпинделя верстата у верхнє положення. Штовхан 7, впираючись у корпус шпинделььної бабки, вмикає спеціальний механізм (на рисунок 11.2 не зображений), що обертає диск револьверної головки тільки в один бік до наступного положення фіксуваль-ної втулки. Після опускання шпинделя диск головки фіксується у новому положенні, а муфта з'єднує вал 3 з новим шпинделем головки. Ручне обертання диска здійснюється за допомогою ручки 8. Такі револьверні головки дають змогу на одному верстаті виконувати свердлення, розверчування, зенкування, цекування та нарізування різьби тощо.
Розглянемо схему реверсивної головки для нарізування різьби на свердлильному верстаті (рисунок 11.3, а). Корпус 2 головки має розріз і закріплений на корпусі шпиндельної бабки стяжним гвинтом 1. Для нарізування різьби обертовий рух від шпинделя верстата передається від валика З через муфту 5 до валика 6. Підніманням головки на початку зворотного ходу муфта 5 переключається у нижнє положення, а валик 6 отримує зворотний рух через конічні зубчасті колеса 4, 8 і 7.
Схема іншої конструкції реверсивної головки зображена на рисунку 11.3, б. Обертовий рух від шпинделя свердлильного верстата за допомогою конуса 14, диска 11 і фрикційних прокладок 13, закритих гайкою 12, передається до корпуса патрона 10. Крутний момент для нарізування різьби до валика 15 з мітчиками передається зубцями 9 і 19. Нижня частина патрона 21 втримується від обертання за допомогою шпильки 17, що може ковзати вздовж вертикального паза станини чи корпуса пристрою. Нижній упор 16 встановлюють на задану висоту залежно від глибини нарізуваної різьби. У момент, коли шпилька 17 торкнеться нерухомої поверхні упора 16, патрон буде зупинений. Мітчик, продовжуючи вгвинчуватися у заготованку, переміщує валик 75 вниз, вводячи у зачеплення зубці 19 і 20. Передача обертового руху від шпинделя до різального інструмента відбуватиметься через зубчасті колеса 18, але у зворотному напрямку та зі значно біль шою швидкістю. Фрикційна муфта, що складається з диска 11 і фрикційних прокладок 13, дає змогу уникнути перевантаження мітчиків та їх можливої поломки.
Рисунок11.3. Реверсивні головки для нарізування різьби мітчиками
Розглянемо схему пристроюдля розточування конічних отворів на свердлильному верстаті (рисунок 11.4, а). Втулку 10 вставляють у патрон верстата та скеровують за допомогою кондукторних втулок 2 і 5, що запресовані у корпусі пристрою, в якому міститься заготованка 4. У втулці 10
Рисунок 11.4. Пристрої для оброблення виточень у отворах
знаходиться валик 7 з пружиною 1. У поперечних отворах, що є у втулці 10 і валику 7, міститься рухома пластина 8 з різцем 9. Після опускання шпинделя верстата валик 7 разом зі втулкою 10 доходить до упора 6, а подальше опускання шпинделя верстата зумовлює рух вниз тільки втулки 10 і відповідно радіальне переміщення пластини 8 з розточувальним різцем 9, бо штифт З, запресований у валику 7, буде ковзати по нахиленому пазу цієї пластини. Кут нахилу пластини 8 відповідає нахилу конічної поверхні, тому вершина різця буде описувати потрібний нахил поверхні. Під час підіймання шпинделя пружина 1 повертає валик 7 і пластину 8 у початкове положення.
Для розточування виточень у внутрішніх отворах використовують спе ціальні скалки 12 (рисунок 11.4, б) з повздовжнім пазом, у якому на осі 15 закріплений хитний підпружинений держак 13 з різцем 14. Під час руху скалки вниз виступ держака відхиляється вправо у кондукторній втулці 2. Різець врізається у стінку отвору та під час подальшого руху скалки вниз розточує задане виточення. Довжину виточення визначають за допомогою попередньо виставленої гайки з контргайкою 11.
Інший пристрій для розточування виточень у отворах зображено на рисунку 11.4, в. Валик 16, з'єднаний зі шпинделем верстата, та гільза 18 у нижній частині мають прямокутні отвори для вставляння розточувальної пластинки 8. Запресований у валику штифт 3 проходить через наскрізний похилий паз у пластинці 8. Під час руху валика вниз штифт висуває пластинку 8 у радіальному напрямку, а її різальна частина розточує в отворі заготованки 4 кільцеве виточення. Гільза 18, що з'єднана з валиком за допомогою шпонки, спрямовується кондукторною втулкою 1 7. Бурт цієї втулки обмежує осьове
Рис. 10.6 Багатошпиндельні головки зі стаціонарними шпинделями
переміщення гільзи, забезпечуючи потрібний розмір заданого виточення. Пружина 1 під час підіймання шпинделя верстата повертає розточувальну пластинку у початкове положення.
За допомогою багатошпиндельних головок, встановлених на одношпиндельних верстатах, можна значно зменшити час оброблення отворів. Схема такої головки, що має стале розташування шпинделів, зображена на рисунку 11.5, а. Обертовий рух від шпинделя верстата до шпинделів З головки передається за допомогою зубчастих коліс 2 та 4 і конуса 1 головки. Корпус головки для зручності його складання зроблений з двох половин. Верхньою частиною вона закріплена до шпиндельної бабки верстата. Для такої схеми головки її шпинделі обертаються у протилежному до напрямку обертання шпинделя верстата, що є її недоліком.
Позбавлені цього недоліку багатошпиндельні головки з додатковими проміжними зубчастими колесами (рисунок 11.5, б) та з повідково-корбовою передачею (рисунок 11.5, в). Обертовий рух від шпинделя верстата до шпинделів головки передається за допомо~гою конуса 7, корби 6 із зачепленою з ним повідковою плитою 5 та підтримувальною корбою 7. Робочі шпинделі З мають кривошипи 9 такого ж радіуса та обертаються за допомогою повідкової плити 5, що може обертати будь-яку кількість шпинделів, розмішених довільно у межах її габаритів. Під час обертання всі точки плити описують кола радіусом, що дорівнює радіусу корб, тому кутові швидкості всіх шпинделів однакові. Такі головки дають змогу переставляти шпинделі з одного місця у інше, що забезпечує оброблення різної кількості отворів і з різними координатами їх розміщення.
Схема багатошпиндельної головки зі шарнірно-телескопічними шпинделями зображена на рисунок 11.6, а. Держаки 5 робочих шпинделів б можна висувати у радіальному напрямку чи переміщувати по колу на нижній опорній площині корпуса 1 головки. Компенсацію зміни відстані між шарнірами 2 і 4 забезпечує телескопічне з'єднання 3 з ковзною шпонкою. Шпинделі головки мають однакові кутові швидкості. У головці (рисунок 11.6, б) робочі шпинделі б можуть переставлятися по колу радіусом ; за допомогою обертання нижніх частин 7 корпуса відносно осей а-а.
Рисунок 11.6. Багатошпиндельні головки з переставними шпинделями
Хвостовик 8 головки вставляють у конусний отвір шпинделя, а її корпус фіксують за допомогою шпильки 9. Такі головки застосовують для оброблення отворів у фланцях різного діаметра. На рисунку 11.6, в зображені варіанти схем головок, у яких робочі шпинделі можуть бути розміщені на колах радіусом г.
Рисунок 11.7. Вузли багатошпиндельних головок
На рисунку 11.7 зображені конструктивні схеми вузлів багатошпиндельних головок з вальницями ковзання та кульковими підп'ятниками (рисунок 11.7, а); з вальницями кочення (рисунок 11.7, б); вузлів рушія вала головки за допомогою торцевої шпонки з її фланцевим кріпленням (рис. 10.7, в); кріплення інструмента з перехідною втулкою (рис. 10.7, г) та цангою (рис. 10.7, д).
11.2. Допоміжні пристрої та інструменти для фрезерних верстатів
Значного підвищення продуктивності праці на універсальних фрезерних верстатах досягають за допомогою спорядження їх спеціальними багатошпиндельними головками, які закріплюють до корпуса шпиндельної бабки. Вони, як і головки для свердлильних верстатів, отримують рух від шпинделя верстата, але відрізняються більшою жорсткістю, міцністю та можуть бути встановлені разом з багатомісними пристроями як на горизонтально-, так і на вертикально-фрезерних верстатах.
Розглянемо схему обертової головки для горизонтально-фрезерного верстата (рисунок 11.8, а). Корпус 5 головки закріплено у вертикальних напрямних станини за допомогою клинового механізму. Обертовий рух від шпинделя верстата до шпинделя 4 головки передається через хвостовик 1 та ко нічні зубчасті колеса 2 і 3. Для встановлення головки під заданим кутом до горизонтальної площини її обладнують кутовою шкалою, нанесеною на поверхню а.
Інша схема шпиндельної головки для горизонтально-фрезерного верстата зображена на рис. 10.8, б. Головка містить нерухомий корпус 2, проміжні обертові частини 4 та 9, що можуть обертатися навколо осей а-а та b-b відповідно. Робочий шпиндель 8 розташовано у частині 9. Рух від шпинделя верстата передається за допомогою хвостовика 1 валика б і зубчастих коліс 3-5 та 7-10. Обертання окремих частин головки навколо двох осей забезпечує встановлення робочого шпинделя головки під будь-яким
Рисунок 11.8. Головки для фрезерних верстатів
кутом до горизонтальної площини.
У двошпиндельній головці для вертикально-фрезерного верстата рух від шпинделя верстата до робочих шпинделів передається за допомогою зубчастої передачі (рисунок 11.8, в).
11.3. Допоміжні пристрої та інструменти для токарних верстатів
Токарні верстати часто споряджають спеціальними обертовими різце-держаками, що дають змогу закріплювати у них різальні інструменти (рисунок 11.9). Завдяки їм, використовуючи повздовжнє та поперечне подавання супорта верстата, можна одночасно обробляти декілька поверхонь. Для цього оброблювальний верстат налагоджують на роботу з упорами. В умовах серійного виробництва застосовують змінні різцедержаки однакового призначення, що дає змогу загострювати різці та налагоджувати їх на задані розміри поза верстатом, не перериваючи процес оброблення.
Значну частину допоміжних пристроїв для закріплення різальних і контрольно-вимірювальних інструментів на токарних верстатах уніфіковано чи стандартизовано, їх основні параметри наведені у стандартах і довідковій літературі .
Рисунок 11.9. Поворотні різцедержаки для токарних верстатів
До них здебільшого належать різцедержаки для револьверних головок, розточувальні скалки, плашкодержаки, держаки для закріплення самовстановних розвертачок, супорти для проточування кільцевих виточень у отворах тощо.
11.4. Допоміжні пристрої та інструменти для верстатів з програмним керуванням
Допоміжні пристрої та інструменти, призначені для верстатів з програмним керуванням, мають забезпечувати їх точне розмірне настроювання поза верстатом; швидку та зручну заміну їх на верстаті; мати взаємозамінні приєднувальні частини, відзначатися достатньою жорсткістю, міцністю та надійністю. Вони мають бути придатні для автоматичного їх встановлення та знімання з верстатів за допомогою роботів, маніпуляторів тощо.
Допоміжні пристрої та інструменти для токарних верстатів
Для центрових і патронних верстатів з ПК переважно застосовують револьверні головки з безпосереднім закріпленням різальних інструментів у спеціальних її пазах. У револьверній головці для токарно-гвинторізального верстата 16К20ФЗ з ПК (рисунок 11.10) можна встановлювати до шести різальних інструментів (для центрових робіт) або до трьох інструментальних блоків з різальними інструментами (для патронних робіт).
На токарних верстатах з ПК застосовують два способи базування допоміжного інструмента: за допомогою циліндричного хвостовика та призми. Надійне та точне базування різального інструмента у револьверній головці забезпечують циліндричні хвостовики з прецизійним гребенем (рисунок 11.11). Його зубці зачіплюються із зубцями втулки 2, вісь якої розташована під кутом до площини, перпендикулярної до осі хвостовика. Під час закручування гвинта 3 зубці втулки 2, контактуючи зі зубцями гребеня різцедержака 1, закріплюють його в осьовому та радіальному напрямках одночасно. До комплекту входять різце-держаки з різним розташуванням пазів для закріплення різців з поперечним перерізом 16х16; 20х20; 25х25; 32х32 і 40х40 мм.
Схема компонування інструментальних блоків з циліндричним хвостовиком на верстаті з ПК зображена на рисунку 11.12. Різцедержаки 2.1—2.9 призначені для закріплення різців з поперечним перерізом 16 х 16 ...40 х 40 мм. Різцедержаки 2.1; 2.2; 2.4; 2.7; 2,8 і 2.9 призначені для закріплення
Рисунок 11.10 Револьверна головка
Рисунок 11.11. Різцедержак з циліндричним хвостовиком
різальних інструментів з оброблення зовнішніх поверхонь, а різцедержаки 2.3 і 2.5 — для встановлення різальних інструментів з оброблення внутрішніх поверхонь, виточень, фасок, відрізування заготованок тощо.
Для оброблення важкодоступних виточень різальний інструмент встановлюють за допомогою різцедержака 2.8, а для точіння складних за контуром поверхонь — за допомогою видовженого різцедержака 2.9 з відкритим пазом. Різцедержаки 2.1—2.9 мають праве та ліве конструктивне виконання.
Рисунок 11.12. Компонування інструментальних блоків з циліндричним хвостовиком
У перехідній втулці 2.10 встановлюють різальний чи перехідний допоміжний інструмент з циліндричним хвостовиком 16...40 мм у діаметрі. Держаки 2.11 призначені для встановлення перових свердел, а перехідна жорстка втулка 2.12 і патрон 2.13 зі самовстановною втулкою — для встановлення різального інструмента, що має хвостовик з конусом Морзе. Різцедержаки чи борштанги 2.14 і 2.15 дають змогу встановлювати різці для розточування глибоких отворів діаметром 70...250 мм, а патрон 2.16— мітчиків для нарізання різьби. Застосування спеціальної вставки для патрона забезпечує нарізання різьби плашками. Перехідна розтискна втулка 2.17 призначена для закріплення різального інструмента з циліндричним хвостовиком 8...32 мм у діаметрі, а перехідні втулки 2.18 і 2.19 -і діаметром отворів 36 і 48 мм відповідно дають змогу використовувати на токарних верстатах різальний інструмент, призначений для свердлильних, розточувальних і фрезерних верстатів.
Застосування такого комплекту допоміжного інструмента з циліндрич ним хвостовиком дає змогу зменшити номенклатуру допоміжного інстру мента для токарних верстатів з ПК порівняно з універсальними інструмента ми приблизно удвічі.
Схема компонування інструментальних блоків з призмою для базування заготованок і різним розміщенням пазів для встановлення різців зображена на рисунку 11.13. Двобічний різцедержак 3.1 значної жорсткості, який застосовують у верстатах з будь-яким розміщенням револьверної головки та напрямком обертання шпинделя, дає змогу використовувати всю потужність верстатів для виконання чорнових операцій. Різальний інструмент з поперечним перерізом 16 х 16...40 х 40 мм може бути встановлений у відкритих чи закритих пазах. Його попередньо налагоджують поза верстатом у різцедержаку за допомогою регулювальних гвинтів. Жорсткий різцедержак3.2 з відкритим пазом, який має праве та ліве виконання, дає змогу виводити різальний інструмент поза габарити револьверної головки, а різцедержак 3.3— встановлювати у нього два різці.
Універсальний трибічний різцедержак 3.5 призначений для встановлення допоміжних інструментів з циліндричним хвостовиком діаметром 30 ... 60 мм.
Рисунок 11.13. Компонування інструментальних блоків з установною призмою
Рисунок 11.14. З'єднання різцедержака з установною призмою револьверної головки
Держаки 3.7 і 3.8 також мають два конструктивні виконання й призначені для встановлення інструментів фрезерно-свердлильно-розточуваль-них верстатів з циліндричним хвостовиком діаметром 36...48 мм. Застосування блока 3.4 забезпечує зону різання змащувально-охолоджувальними рідинами.
Всі різцедержаки мають уніфіковані, стандартизовані елементи, деталі та окремі вузли. У допоміжних інструментах з установною призмою точність базування та надійність закріплення самих держаків до револьверної головки (рисунок 11.14, а) забезпечується призматичними елементами довжиною 56; 72; 90; 115 і 140 мм. Різець 2 встановлюють у держак 1 та закріплюють двома гвинтами 3 за допомогою планки 4. У іншому з'єднанні різцедержака з призмою (рисунок 10.14, б) держак 1 встановлюють у револьверну головку з базуванням на нижню та бічну поверхні призми, фіксують відносно паза револьверної головки сухарем 2 та закріплюють планкою 3.
Допоміжні пристрої та інструменти для фрезерно-свердлильно-розточувальних верстатів
Відповідно до вимог допоміжні пристрої та інструменти для фрезер-но-свердлильно-розточувальних верстатів здебільшого виконують складеними, що дає змогу забезпечувати високу швидкодію їх встановлення та закріплення, зменшувати асортимент елементів конструкцій, легко переналагоджувати та регулювати розміри, зменшувати витрати металів тощо. Для їх приєднання переважно застосовують циліндричні та конічні хвостовики.
Елементи допоміжних пристроїв та інструментів уніфіковані та стандартизовані, що дає змогу забезпечити різні способи оброблення заготованок на згаданих верстатах.
Схема компонування інструментального спорядження для багатоцільових верстатів зображена на рисунку 11.15. Оправки 1.1-1.3 призначені для встановлення та закріплення насадних фрез за допомогою поперечної та повздовжньої шпонок з циліндричними центрувальними отворами діаметром 22, 27, 32, 40 і 50 мм. Рекомендують застосовувати фрези діаметром 63...200 мм. Оправки забезпечують попереднє налагодження відстані від торця до найбільшого діаметра конуса хвостовика у діапазоні 6...8 мм з точністю до 0,05 мм.
Рис. 10.15. Компонування інструментального спорядження багатоцільових верстатів
Цангові патрони 1.4-1.6 призначені для встановлення та закріплення торцевих фрез та інших різальних інструментів з циліндричними хвостовиками діаметром 5...20 і 20...40 мм. Надійність закріплення інструментів забезпечується за допомогою цанг зі збільшеною кількістю її пелюстків (до 8... 12). Це підвищує еластичність цанги та зменшує зусилля, які необхідні для деформування її пелюстків. Кут нахилу конуса цанги забезпечує самогальмування. Перехідна втулка 1.5 з конусністю 7: 24 призначена для встановлення торцевих фрез, а перехідні втулки 1.7 і 1.8 — для встановлення та закріплення різа льних інструментів 1.26-1.29 з конусами Морзе 2,З чи 4. Держаки 1.9 разом зі втулками, оправками та патронами 1.16-1.25 забезпечують просте та надійне регулювання виступів різальних інструментів (свердел, розвертачок, зенкерів і мітчиків). Оправки 1.10 та 1.11 призначені для попереднього, а оправка 1.12 — для остаточного розточування отворів. Оправка 1.13 забезпечує встановлення та закріплення підрізувальних пластин, а двозуба головка 1.14 та універсальна головка 1.15 — розточування отворів.
За допомогою спеціальних допоміжних інструментів у комплекті з держа ками регулюють виступи різальних інструментів. Патрони цангові забезпечують встановлення та закріплення різальних інструментів з циліндричними хвостовиками діаметром 5...25 мм (свердла, зенкери, фрези тощо). Патрони мають циліндричний регульований хвостовик діаметром 36 чи 48 мм, що фіксується у держаку. Регульовані оправки 1.19 призначені для встановлення насадних зенкерів і розвертачок з конусністю інструментальних хвостовиків 1:30. Циліндричний регульований хвостовик має діаметр 36 або 48 мм. Регульовані різьбонарізальні патрони 7.20, що призначені для нарізування різьб М6...М16, мають запобіжні пристрої, регульований хвостовик діаметром 36 чи 48 мм і допускають встановлення та закріплення дискових фрез.
Закріплюють і регулюють виступи різальних інструментів з конусами Морзе за допомогою регульованих самовстановних втулок із внутрішнім конусом Морзе. Таке призначення мають трикулачкові патрони 1.27 без ключа з конусом Морзе 2 та діаметром свердел 3...16 мм і різьбонарізальні патрони 1.27 із запобіжними пристроями для нарізання різьб М6...М16.
Крутні моменти здебільшого передають за допомогою конусів Морзе. Однак для верстатів з автоматичною заміною інструментів через недостатню точність конусних з'єднань вздовж осі конуса та потребу у значних зусиллях їх виймання з гнізд шпинделів застосовують конусні хвостовики (рисунок 11.16) інструментів з більшими кутами (наприклад, з конусністю 7:24). Такі конуси забезпечують легке їх виймання і крутний момент передають не тертям, а за допомогою торцевого шпонкового з'єднання.
Рисунок 11.16. Конусний хвостовик допоміжного інструмента
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
Змістовний модуль 12
ПФ.Д.09.3Р.01.01.01
Тема 12 Методика проектування верстатних пристроїв
12.1 Розрахунок пристосування на точність
12.2 Автоматизоване проектування пристроїв
12.1 Розрахунок пристосування на точність
Пристосування для обробки заготівель є ланкою системи СНІД. Від точності його виготовлення й установки на верстаті, зносостійкості настановних елементів і твердості залежить точність обробки заготівель.
Необхідну точність пристосування можна визначити рішенням розмірного ланцюга системи: заготівля - пристосування - верстат - інструмент. При цьому виявляється роль пристосування в досягненні заданої точності виконуваного на заготівлі розміру, тобто замикаючої ланки розмірного ланцюга. Для цього роблять розподіл допуску, що обмежує відхилення від виконуваного розміру, на частині, одна йз яких виділяється для пристосування. Однак спеціальні пристосування проектуються найчастіше до запуску нових виробів у виробництві, коли немає можливості уточнення цілого ряду питань: оброблюваності застосованих у виробі матеріалів, виду використовуваного встаткування й т.д. Тому параметри точності пристосувань найчастіше визначаються по довідниках.
Ціль розрахунку на точність полягає у визначенні необхідної точності виготовлення пристосування по обраному параметрі й завдань допусків розмірів деталей й елементів пристосування.
Розрахунки включають наступні етапи:
Вибір розрахункових параметрів здійснюється в результаті аналізу прийнятих схем базування й закріплення заготівлі й пристосування, а також точності забезпечуваних обробкою розмірів.
Пристосування розраховується на точність по одному параметрі у випадку, якщо при обробці заготівлі розміри виконуються в одному напрямку; по декількох параметрах, якщо на заготівлі виконуються розміри в декількох напрямках.
Напрямок розрахункового параметра пристосування повинне збігатися з напрямком виконуваного розміру при обробці заготівлі. При одержанні на оброблюваній заготівлі розмірів у декількох напрямках пристосування можна розраховувати тільки по одному параметрі в напрямку найбільш точного по допуску й найбільш відповідального по кресленню.
Залежно від конкретних умов у якості рассчетных параметрів можуть виступати:
При розрахунку кондукторів для свердління заготівель у вигляді плит, корпусів, кронштейнів із завданням відстані від бічних поверхонь до отворів і між отворами за розрахункові параметри можна приймати:
Приклади вибору розрахункових параметрів при розрахунку точності пристосування
Приклад 1.
У пристосуванні фрезою 5 обробляється плоска поверхня А заготівлі в розмірі а з допуском . Заготівля 4 установлюється на настановні елементи (опорні пластини) 3 базовою поверхнею Б. Пристосування опорною поверхнею В корпуси 2 контактує зі столом 1 фрезерного верстата (мал. 11.1). Тому що напрямок розрахункового параметра повинне збігатися з напрямком виконуваного при обробці заготівлі розміру й визначати точність щодо положення робочої поверхні настановних елементів (поверхня Б) і поверхні корпуса пристосування, що контактує з верстатом (поверхня В), як розрахунковий параметр варто прийняти або допуск паралельності до певної довжини поверхні Б настановних елементів щодо поверхні В корпуси пристосування, або допуск конструктивного заданого розміру між поверхнею Б и В пристосування.
Рисунок 12.1. Установка пристосування опорною поверхнею В корпуси 2 на стіл фрезерного верстата.
Приклад 2.
На фрезерному верстаті обробляється заготівля 4 по поверхнях А и В у розмірах а й у з допусками й . Базовими поверхнями Б и Г заготівля встановлюється на опорні пластини 3 й 5 у корпусі 2 пристосування. Корпус контактує зі столом 1 фрезерного верстата площиною Д. Його положення щодо Т-образных пазів стола забезпечується напрямними шпонками 6 (рисунок 12.2).
При аналізі виконуваних розмірів а й в, схем базування й установки, можна встановити, що допуск паралельності оброблюваної поверхні А и В відносно Б и Г деталі 4 може бути в межах допуску й . Положення заготівлі буде визначатися положенням робочих поверхонь настановних елементів 3 й 5 щодо поверхонь, що контактують із поверхнями стола верстата й визначальне положення пристосування на верстаті
У якості розрахункових тут варто брати два параметри:
Рисунок 12.2. Установка заготівлі поверхнями А и В на стіл фрезерного верстата.
У випадку, якщо допуск великої (наприклад, 0,75 мм), а допуск менше (0,12 мм), те розрахунок пристосування варто вести по одному параметрі, тобто допуску паралельності площини Г настановних елементів 3 і площини Д корпуса пристосування. Тут допуск паралельності поверхні А и Б заготівлі (на всій довжині) приймається рівним допуску , тобто 0,75 мм, тому що це зв'язується із припустимим відхиленням від //площини Б пластини 5 щодо бічної поверхні Е шпонок 6 (він приймається 1/2 або 1/3 наведеного допуску паралельності заготівлі). Наприклад, якщо довжина деталі 150 мм, довжина пластини 5 – 50 мм, те допуск // на цій довжині 0,25 мм. На кресленні пристосування варто вказати допуск паралельності поверхні Б и бічної поверхні Е шпонок, рівний 0,1 мм (0,25 ( 1/2,5) або 0,2 на довжині 100 мм.
Пример 3.
Заготівля 2 установлюється на зовнішню поверхню В тарілчастих пружин 7 по отворі діаметром d і закріплюється закручуванням гвинта 5 у корпусі 1. При цьому через деталі 3, 4 й 6 осьова сила від гвинта 5 передається на пружини 7 (рисунок 12.3).
Рисунок 12.3. Установка заготівлі на зовнішню поверхню тарілчастих пружин по отворі.
Вихідною величиною для розрахунку на точність є допуск співвісності (припустимий ексцентриситет) осей отвору діаметром d і зовнішньої поверхні діаметром Д.
За розрахунковий параметр варто прийняти відхилення від співвісності (ексцентриситет) настановної поверхні А корпуса (осі корпуса) пристосування й циліндричний зовнішньої поверхні В пружин 7. Саме від ексцентриситету осей поверхонь А и В буде залежати точність виготовлення деталі по відносному розташуванню циліндричних поверхонь.
Методика розрахунку пристосування на точність
На точність обробки впливає ряд технологічних факторів, що викликають загальну погрішність обробки , що не повинна перевищувати допуск а виконуваний розмір при обробці заготівлі:
Для вираження допуску а, виконуваного при обробці розміру, варто користуватися формулою:
,
де – погрішність внаслідок пружних розжатої технологічної системи під впливом сил різання (погрішність деформації);
– погрішність настроювання верстата в ненавантаженому стані;
– погрішність установки заготівлі в пристосуванні;
– погрішність від розмірного зношування інструмента;
– погрішність обробки, викликувана тепловими деформаціями технологічної системи;
– сумарна погрішність форми оброблюваної поверхні, обумовлена геометричними погрішностями верстата й деформацією заготівлі при обробці й вхідна в допуск а, тому що погрішність форми поверхні є частиною поля її розміру.
Погрішність установки :
мкм, (12.1)
де – погрішність базування заготівлі в пристосуванні;
– погрішність закріплення заготівлі, що виникає в результаті дії сил затискача;
– погрішність положення заготівлі, що залежить від пристосування;
.
де – погрішність виготовлення пристосування по обраному параметрі, що залежить від погрішностей виготовлення й зборки настановних й інших елементів пристосування;
– погрішність розташування пристосування на верстаті;
– погрішність розташування заготівлі, що виникає в результаті зношування елементів пристосування;
– змінюється залежно від умов і типу виробництва, а також від особливостей конструкції пристосування.
Для дрібносерійного й серійного виробництва:
, мкм.
Для масового й крупносерійного:
а) для одномісних пристосувань
, мкм,
б) для багатомісних пристосувань
, мкм,
в) для пристроїв-супутників
, мкм.
У загальному випадку:
,мкм,
де – погрішність від перекосу інструмента.
Звідси погрішність виготовлення пристосування:
, мкм.
У зв'язку зі складністю знаходження значень ряду величин точність виготовлення пристосування можна визначити по формулі:
, мкм, (12.2)
де кт = 1...1…1,2 (залежно від кількості доданків: чим їх більше, тим ближче до одиниці варто приймати значення кт);
кт1 – коефіцієнт, що враховує зменшення граничного значення погрішності базування при роботі на настроєних верстатах:
кт1 = 0,8...0…0,85;
кт2 – ураховує частку погрішності обробки в сумарній погрішності, викликуваної факторами, що не залежать від пристосування ( ), кт2 = 0,6...0…0,8;
- економічна точність обробки.
Визначення розрахункових факторів
Допуск а береться із креслення деталі (при остаточній обробці деталі).
Погрішність базування визначається залежно від схеми базування по відомих формулах.
Погрішність закріплення розраховується тільки в прецизійних пристосуваннях. У більшості випадків береться з таблиць.
Погрішність розташування пристосування виникає при установці пристосування без вивірки через зазори між напрямними шпонками або настановними пальцями пристосування й Т-подібних пазів або отворами стола верстата. Визначається як відстань між можливими крайніми положеннями посадкових поверхонь при установці пристосування, обмірюваного в напрямку оброблюваного розміру заготівлі.
При вивірки пристосування на верстаті погрішність дорівнює погрішності вивірки, що повинна вказуватися на складальному кресленні пристосування. Вивірка пристосувань широко застосовується на зубообробляємих, токарських, револьверних, шліфувальних і фрезерних верстатах.
Погрішність від перекосу інструмента виникає тільки при обробці поверхонь у кондукторах і при розташуванні фрез у пристосуваннях з установом.
При обробці поверхонь у кондукторах погрішність визначається по формулі :
, (12.3)
де – погрішність, пов'язана з ексцентриситетом ( ) робочої (швидкозмінної) втулки:
;
– погрішність, що виникає внаслідок зазору S між нерухомою й швидкозмінної втулками:
.
Якщо кондуктор має постійні (нерухомі) втулки, то погрішність буде визначатися лише величиною , тобто , – погрішність розміру від опорного елемента до осі втулки.
При обробці поверхонь фрезами за допомогою установов погрішність виражається погрішністю розміру від опорного елемента до поверхні установа, тобто .
Погрішність положення заготівлі характеризує зміна положення робочих поверхонь настановних елементів у результаті їхнього зношування в процесі експлуатації інструмента. Зношування настановних елементів приблизно можна визначити по формулах:
а) для опор з малою поверхнею контакту: ;
б) для опор з розвитий поверхнею контакту: ,
де И – розмірне зношування опори, мм;
1 – постійні, залежні від виду настановних елементів й умов контакту заготівель із опорою;
N – кількість контактів заготівель із опорою в рік (кількість установок).
Приклади розрахунку пристосування на точність
У заготівлі 1 обробляється отвір діаметром 10Н8 за допомогою кондуктора 2 з швидкозмінними втулками 3. Заготівля базується площиною Б на опорні пластини 4 й 5, а отвором А – на ромбічний палець 6 і площиною В – на опору 7. Необхідно визначити точність виготовлення пристосування (рисунок 12.4).
Рисунок 12.4. Пристосування для обробки деталей.
У першу чергу необхідно обґрунтувати параметри для розрахунку пристосування на точність при виконанні розмірів 50 0,1 й 15 0,1. Для забезпечення при обробці паралельності осі оброблюваного отвору й площини В и перпендикулярності осей отворів у межах заданих допусків розмірів як розрахункові параметри варто прийняти:
Проведемо розрахунок точності виготовлення пристосування з умови забезпечення розміру 50 0,1 мм.
Погрішність базування дорівнює максимальному зазору Smax між отвором А заготівлі й пальцем 6. Отвір А має діаметр 12Н8 = 12+0,027, а діаметр пальця 6 – 12д6 = . Тоді Smax = 0,027 + 0,017 = 0,044 мм. Отже мм.
Погрішність закріплення для даного випадку (заготівля зі шліфованою поверхнею В с габаритними розмірами 50 ( 80 мм, затискач її в пристосуванні здійснюється гвинтовим пристроєм) визначається по табл. 4 (див. додаток): мм.
Погрішність розташування пристосування на верстаті визначається зазором між втулкою 3 і зазором. Для одержання діаметра 10Н8 необхідне свердління до діаметра 9,8Н11 і розгортання розгорненням 10Н6 [13]. Свердління роблять свердлом 9,8–0,036 . Припустимо, що для діаметра отвору в швидкозмінної втулці 3 прийняти відхилення по F7. Тоді діаметр буде дорівнює 9,8F7 = . Маємо Smax = 0,028 + 0,036 = 0,064 мм,
Погрішність від перекосу інструмента (п визначається сумою погрішності . Погрішність , де мм – ексцентриситет втулки. Приймемо мм, тоді мм.
Погрішність зазору = Smax визначається для швидкозмінної втулок, установлюваних у нерухомі втулки по посадці Н6/д5 або Н7/д6. У цьому випадку приймемо посадку Н7/д6. Для свердла діаметром 9,8 мм швидкозмінна втулка має діаметр 15 мм [13]. Тоді для 15Н7/д6 має: 15Н7 = 15+0,018; 15д6 = й остаточно:
мм,
мм.
Погрішність від зношування настановних елементів визначається по формулі: . Маємо N = 500; (додаток, табл. 22);
.
Визначаємо економічну точність обробки: для прийнятих умов (свердління по кондукторі) (додаток, табл. 15) мм. Приймаємо кт1 = 0,8; кт = 1,2; кт2 = 0,6. Остаточно маємо:
Таким чином, на складальному кресленні пристосування необхідно привести відхилення від перпендикулярності осі пальця 6 щодо осі втулки 3 не більше 0,06 мм.
Тепер проведемо розрахунок пристосування на точність за умови виконання розміру 15 0,1 мм.
Погрішність базування тут дорівнює нулю. Погрішність закріплення також дорівнює 0,04 мм.
Погрішність розташування пристосування на верстаті мм.
Погрішність від перекосу інструмента мм.
Погрішність від зношування настановного елемента (і визначається:
мм.
Економічна точність обробки дорівнює ( = 0,16 мм кт1 = 0,8; кт = 1,1; кт2 = 0,6. Тоді маємо:
мм
Таким чином, на складальному кресленні пристосування необхідно поставити відхилення від паралельності осі втулки 3 щодо настановної площини Г опори 7 не більше 0,04 мм.
Приклад. Заготівля 1 (рисунок 12.5) обробляється по поверхнях А, Б и В у пристосуванні на фрезерному верстаті способом автоматичного одержання заданих розмірів. Заготівля 1 установлюється площинами Д и Г на опорні пластини 2 й 3, розміщені на корпусі 4 пристосування. Орієнтація пристосування на столі верстата щодо Т-подібних пазів здійснюється за допомогою напрямних шпонок 5.
Рисунок 12.5. Обробка заготівлі в пристосуванні на фрезерному верстаті.
При фрезуванні деталі розміри 10–0,2 й 40–0,14 витрумує за рахунок установки в пристосуванні, а розмір 15+0,05 за рахунок розмірів і настроювання інструмента.
Тому для забезпечення при обробці паралельності горизонтальності площин Б и В і бічної площини А щодо площин Д и Г заготівлі в межах заданих допусків розмірів як розрахункові параметри варто прийняти: відхилення від паралельності робочої (настановної) площини Е опорних площин 2 щодо настановної поверхні Л корпуса 4 пристосування; відхилення від паралельності робочої (настановної) площини М опорної пластини 3 щодо бічної поверхні Н напрямних шпонок 5 пристосування.
Розрахунок точності виготовлення пристосування з умови забезпечення розміру заготівлі 40–0,14 . Погрішність базування заготівлі дорівнює нулю, тому що в цьому випадку вимірювальна й настановна бази збігаються.
Погрішність закріплення для даного випадку (заготівля зі шліфованою поверхнею Д, з поперечними розмірами 30 50, затискач її в пристосуванні здійснюється пневматичним затискним пристроєм) визначається по табл. 4 (див. додаток): мм.
Погрішність розташування пристосування на верстаті дорівнює нулю, тому що здійснюється надійний контакт настановної площини пристосування із площиною стола верстата.
Погрішність від перекосу інструмента дорівнює нулю, тому що в пристосуванні відсутні напрямні елементи.
Погрішність від зношування настановних елементів визначається по формулі:
; N = 500; = 0,002 (додаток, табл. 22)
мм.
Визначаємо економічну точність обробки. Для прийнятих умов (заготівля зі сталі, фрезування оздоблювальне, розмір 40 мм) по табл. 10 додатка = 0,1 мм. Приймаємо кт1 = 0,8; кт = 1,1; кт2 = 0,6. Остаточно маємо:
мм
Таким чином, на складальному кресленні пристосування необхідно вказати відхилення від паралельності площини Е відносно Л не більше 0,03 мм на довжині 50 мм або 0,06 мм на 100 мм.
Тепер розрахуємо пристосування на точність із умови забезпечення розміру заготівлі 10–0,2 мм.
Погрішність базування дорівнює нулю. Погрішність закріплення дорівнює 0,025 мм.
Погрішність розташування пристосування на верстаті визначається по формулі
;
де l – довжина деталі, мм;
S – найбільший зазор між напрямними шпонками пристосування й Т-подібним пазом стола верстата, мм;
L – відстань між шпонками, мм.
Тоді:
мм. (12.4)
Погрішність від перекосу інструмента .
Погрішність від зношування настановного елемента мм.
Економічна точність обробки дорівнює = 0,14 мм. кт1 = 0,8; кт = 1,1; кт2 = 0,6. Тоді маємо:
мм
На складальному кресленні пристосування необхідно вказати відхилення від паралельності площини М відносно Н не більше 0,08 мм на довжині 50 мм або 1,6/100 мм.
Приклад. У заготівлі 1 обробляється східчастий отвір А в пристосуванні на токарському верстаті (рисунок 12.6). Заготівля 1 установлюється площиною Б на дві опорні пластини 2 й 3, площиною В – на опорну пластину 4 і площиною Г – на торець втулки 5. Пластини 2, 3 й 4 розміщаються на косинці 6, привареному до планшайби 7. Для балансування (зрівноважування) пристосування на планшайбі 7 закріплюється противага 8. Пристосування встановлюється на шпиндель токарського верстата за допомогою перехідного фланця 9, що виточенням Д центрується по конічному паску шпинделя 10. Центрування пристосування на фланці 9 виробляється виточенням Е по буртику Ж фланця 9 по посадці Н7/h6.
При розточуванні отвору пристосування впливає на одержувані розміри 50 0,1 мм й 75 0,1 мм.
Як розрахункові параметри варто прийняти відхилення від паралельності осі шпинделя щодо настановних площин Л и М опорних пластин 2, 3 й 4.
Рисунок 12.6. Обробка заготівлі на токарському верстаті.
Проведемо розрахунок точності виготовлення пристосування з умови забезпечення розміру заготівлі 50 0,11 мм.
Погрішність базування , тому що в цьому випадку вимірювальна й настановна бази збігаються. Погрішність закріплення для даного випадку по табл. 4 (див. додаток) дорівнює 0,05 мм.
Погрішність розташування пристосування на верстаті буде визначатися наступними погрішностями:
Приймаємо величину мм.
Максимальний зсув осі пристосування щодо осі фланця становить , де Smax – максимальний зазор у цьому з'єднанні. По таблиці допусків діаметр 165Н7 = 165+0,04, а діаметр 165h6 = 165–0,025 . У такий спосіб
мм.
Биття конічного паска шпинделя приймаємо рівним 0,011 мм.
У такий спосіб:
мм.
Погрішність від перекосу інструмента , тому що в пристосуванні відсутні напрямні елементи.
Погрішність від зношування настановних елементів визначається по формулі
; N = 500; = 0,002 ,
Визначаємо економічну точність обробки: = 0,25 мм (додаток, табл. 18).
Приймаємо кт1 = 0,8; кт = 1,1; кт2 = 0,6.
мм.
Таким чином, на складальному кресленні пристосування необхідно вказати відхилення від паралельності осі шпинделя щодо площини Л не більше 0,04 мм на довжині 50 мм або 0,08 мм на 100 мм.
Тепер проведемо розрахунок точності виготовлення пристосування з умови забезпечення розміру заготівлі 75 0,1 мм.
Погрішність базування дорівнює нулю. Погрішність закріплення дорівнює 0,07 мм.
Погрішність розташування пристосування на верстаті мм.
Погрішність від перекосу інструмента .
Погрішність від зношування настановного елемента мм; = 0,25 мм. кт1 = 0,8; кт = 1,1; кт2 = 0,6.
Таким чином, на складальному кресленні пристосування необхідно вказати відхилення від паралельності осі шпинделя щодо площини М не більше 0,02 мм на довжині 50 мм або 0,04/100.
12.2 Автоматизоване проектування пристроїв
Процеси проектування верстатних пристосувань являють собою одну з різновидів інформаційних процесів, що мають місце в машинобудівному виробництві. Вони в різному ступені проявляються при розробці універсальних, универсально-переналаживаемых і спеціальних пристосувань. Найбільш інформаційно-ємними є процеси проектування спеціальних верстатних пристосувань. Тому зупинимося на цьому виді технологічного оснащення, тому що проектування інших видів буде в методичному плані бути частками случаємо проектування пристосувань.
Виробництво спеціальних верстатних пристосувань носить різко виражений індивідуальний характер.
Метою проектування при підготовці виробництва пристосувань є одержання технічної документації, необхідної для їхнього виготовлення. До складу цієї документації входять складальне креслення пристосування S, робочі креслення його деталей R, специфікація конструкції C, маршрутні технологічні карти виготовлення деталей Т, відомості необхідних заготівель W1 і готових елементів W2, носії із програмами для верстатів зі ЧПУ Q, відомість виробничих витрат на виготовлення конструкції Z.
Сукупність документів, одержуваних у результаті підготовки виробництва оснащення, визначається:
(12.5)
де: m – число деталируемых елементів у конструкції; p – число деталей у пристосуванні, вироблених по нестандартних технічних процесах; r – число деталеопераций, виконуваних на верстатах зі ЧПУ.
Процес технічної підготовки виробництва пристосувань має два види проектної діяльності: конструювання й технологічне проектування.
Конструювання охоплює процеси розробки конструкції й одержання документації на неї.
Технологічне проектування містить процеси побудови маршрутних технологій виготовлення деталей і зборки пристосувань, нормування операцій, визначення заготівель, покупних виробів, напівфабрикатів, устаткування, техніко-економічні розрахунки собівартості виготовлення пристосувань, витрат, вартості матеріалів і напівфабрикатів.
Організаційно підготовка виробництва верстатних пристосувань на підприємстві не являє собою єдиного цілого. Вона розосереджена в різних технологічних підрозділах заводу.
Розробку й виготовлення робочих креслень конструкцій здійснюють у бюро проектування оснащення ОГТ; в інших підрозділах ОГТ калькують креслення й виготовляють копії; розробку маршрутної технології виготовлення пристосувань роблять технологічні бюро інструментального цеху.
Бюро праці й зарплати цього ж цеху здійснює технічне нормування робіт. Економічні розрахунки відбуваються планово-економічна служба заводу.
Технологічне оснащення процесів проектування пристосувань у більшості випадків низьке: кульман , ручні обчислювальні машини. Є довідкова література, стандарти, досвід конструкторів інших заводів.
Наприклад:
Час розробки креслення загального виду пристосування – 38,3 загальних трудових витрат на ручне проектування пристосувань.
Час на деталировку креслення загального виду – 26,8 .
Час на ознайомлення із завданням на проектування, кресленням виробу й заготівлі, технологічним процесом – 16,3 і т.д.
Автоматизація проектування верстатних пристосувань припускає :
Завдання автоматизації проектування верстатних пристосувань може бути сформульована в такий спосіб:
Потрібно розробити систему правил інформаційного опису оброблюваних деталей, а також комплекс алгоритмів, такий щоб щораз після реалізації кінцевого числа операцій, що задають алгоритмами, можна було б одержати числовий опис конструкції пристосування й технології її виробництва, відображуване у вигляді сукупності документів D, що забезпечують одержання придатної конструкції.
В загальному випадку система проектування пристосувань може бути побудована відповідно до укрупненої схеми (рисунок 12.7).
В ЕОМ уводиться інформація про оснит детали, що, і схемі її обробки на заданій операції. Процес проектування починається з реалізації програм синтезу конструкцій, у результаті чого генерується інформаційний опис пристосування у вигляді відповідних цифрових масивів. Керування передається блоку складання специфікації, результати роботи якого видаються на друкувальний пристрій ЕОМ (ПУ). Далі реалізується блок формування програм креслення, керуючих креслярсько-графічним автоматом (ЧА) при побудові складального й деталировочных креслень конструкцій.
Процес завершується відпрацьовуванням блоків технологічного проектування й підготовки програм для верстатів зі ЧПУ. У результаті друкується необхідна технологічна документація, формуються відомості для АСУП, а на перфоратор (ПФ) видаються програми керування верстатами зі ЧПУ для обробки корпусних деталей пристосувань.
Завдання автоматизації проектування верстатних пристосувань є складною й комплексної, для рішення якої потрібно виконати великий обсяг проміжних досліджень по вивченню й систематизації використовуваної при проектуванні інформації, по розробці багатьох специфічних правил і прийомів, по формалізації ряду інженерних функцій.
У цей час автоматичне конструювання пристосувань застосовують ще мало. Це обумовлено більшими витратами на створення систем.
Процес конструювання виконується у формі діалогу людини й ЕОМ. Конструювання по твердих алгоритмах поза діалоговим режимом має малі можливості. Воно обмежується приватними завданнями розрахунку й конструювання пристосувань простих типів.
Рисунок 12.7. Система проектування технологічного оснащення.
Змістовний модуль 13
ПФ.Д.09.3Р.01.01.02
Методика проектування вимірювальних пристроїв
Тема 13 Методика проектування вимірювальних пристроїв
13.1 Призначення та класифікація пристроїв
13.2 Основні схеми та елементи контрольно-вимірювальних пристроїв
13.3 Приклади застосування контрольно-вимірювальних пристроїв
13.4 Розрахунок точності контрольно-вимірювальних пристроїв
13.1 Призначення та класифікація пристроїв
Контрольно-вимірювальні пристрої призначені для перевіряння розмірів, геометричної форми та взаємного розміщення поверхонь виготовлюваних виробів (заготованок, деталей, вузлів, агрегатів, механізмів тощо). Контролюють і вимірюють параметри виробів на будь-якій стадії їх виготовлення та використання. Обсяги робіт з контролювання та вимірювання, що задаються у технічній документації (стандартах, технічних умовах, робочих кресленнях тощо), можуть становити до 30 % загальної трудомісткості виготовлення виробів машинобудування, тому їх скорочення є актуальним та важливим завданням для машинобудівників.
Контрольно-вимірювальні пристрої дають змогу підвищувати продуктивність праці, якість виробів, поліпшувати умови праці, знижувати вартість виробів, зменшувати кількість бракованих виробів та ймовірність їх зарахування до числа непридатних тощо.
Використання універсальних вимірювальних приладів, і навіть калібрів, — малопродуктивна та втомлива праця, а для умов потокового чи автоматизованого виробництва — зовсім неприйнятна. Наприклад, ручне вимірювання розмірів гладких валиків діаметром 20...50 мм у трьох перерізах за допомогою мікрометра забезпечує продуктивність від 60 до 100 деталей за годину; контроль калібрами — від 200 до 300 деталей; застосування найпростіших контрольно-вимірювальних пристроїв — від 300 до 500 деталей; використання пристроїв з індикаторними головками — від 800 до 1200 деталей; використання автоматизованих чи автоматичних пристроїв — до 2000 деталей і більше.
Застосування первинних перетворювачів лінійних розмірів високої чутливості та точності вимагає створення контрольно-вимірювальних пристроїв значної складності та високої вартості, що зумовлює збільшення вартості виготовлюваних виробів машинобудування. Тому під час добору та конструювання значну увагу приділяють добору ефективної принципової схеми пристрою та його складових елементів (первинних перетворювачів, підсилювачів, виконавчих механізмів, індикаторів тощо), що залежить від заданих умов (потрібної точності, продуктивності праці, обсягу охоплення об'єктів виробництва контролем і вимірюванням тощо).
Залежно від впливу на виробничий процес контрольно-вимірювальні пристрої поділяють на пасивні та активні. Пасивні пристрої використовують здебільшого на кінцевих стадіях виготовлення виробів, а активні — на початкових і проміжних. Активні пристрої дають змогу отримувати сигнали для безпосереднього керування виробничим процесом за допомогою виконавчих і керувальних механізмів. Вони здебільшого є невід'ємними частинами автоматичної системи виготовлення виробів. Такі пристрої використовують тільки для великосерійного та масового виробництва. Вони забезпечують виконання виробів за найменшою вартістю, запобігають появі браку, дають змогу відмовитись від окремої операції контролювання якості виробів.
За виконуваними функціями та видом отримуваної інформації пристрої поділяють на контрольні та вимірювальні. Контрольні пристрої за допомогою дискретних сигналів (світлових, звукових) видають інформацію про придатність чи непридатність контрольованих виробів або про величину відхилення контрольованих параметрів від заданих значень. Вони можуть вказувати, за яким параметром виріб непридатний та чи підлягає він виправленню. Контрольні пристрої бувають активними (залежно від значення контрольованого параметра впливають на роботу виконавчих органів виробничої системи) та пасивними (служать тільки для сортування або перевіряння виготовлених виробів за їх параметрами).
Вимірювальні пристрої призначені для отримання інформації про фактичні значення параметрів виробів у заданих одиницях вимірювання (метри, радіани, градуси тощо). Здебільшого вони є пасивними пристроями.
За рівнем автоматизації праці контрольно-вимірювальні пристрої поділяють на ручні, автоматизовані та автоматичні, а залежно від габаритів та мас контрольованих виробів вони бувають стаціонарними (встановлені на сталих робочих місцях) і переносними. Стаціонарні пристрої можуть бути встановлені на оброблювальних верстатах як їх невід'ємна частина або виконані як окремі агрегати чи прилади, що практично можуть належати до основного (для контрольних операцій) чи допоміжного устаткування. Залежно від кількості контрольованих і вимірюваних параметрів ці пристрої бувають одно- та багатомірними.
13.2. Основні схеми та елементи контрольно-вимірювальних пристроїв
Основні схеми та конструкції елементів контрольно-вимірювальних пристроїв добирають залежно від форми та розмірів базових поверхонь виробів, що підлягають контролю, заданої точності контрольованих чи вимірювальних параметрів, їх кількості, обсягів виробництва, рівня механізації та автоматизації виробничих процесів тощо.
Відмінності їх від пристроїв, призначених для оброблення різанням, зумовлені відсутністю зусиль різання тощо. Відсутність значних сил закріплення дає змогу контрольованим виробам уникнути можливого деформування. Тому часто на контрольно-вимірювальних пристроях вироби тільки встановлюють на робочих місцях без закріплення, а утримуються вони силами тертя, зумовленими їх масами.
Конструктивно пристрої здебільшого мають установні, закріплюваль-нофіксувальні, контрольні чи вимірювальні та допоміжні елементи, що змонтовані на спільному корпусі пристрою. Базують контрольовані вироби за допомогою установних елементів. Як і для пристроїв оброблювальних верстатів, для встановлення виробів використовують опори зі сферичними та плоскими робочими поверхнями, опорні пластинки, а також спеціальні елементи залежно від форми та розмірів контрольованих виробів.
Рисунок 13.1. Спеціальні призми для встановлення заготованок на циліндричні поверхні
Опори зі сферичними поверхнями використовують для встановлення виробів за допомогою необроблюваних базових поверхонь, а опори з плоскими поверхнями — для встановлення виробів здебільшого за допомогою оброблених базових поверхонь. Для забезпечення стійкості проти спрацювання їх виготовляють з високоякісних сталей, а робочі поверхні гартують до твердості HRC 55...60.
Для встановлення виробів з циліндричними базовими поверхнями як установні елементи переважно використовують призми. Оскільки вироби з призмою контактують тільки вузенькими площинами (практично лініями), то щоб уникнути їх швидкого спрацювання, часто використовують спеціальні призми з роликами (рисунок 13.1, а) чи з переставними валиками (рисунок 14.1, б). З метою підвищення стійкості проти спрацювання призм інколи на їх робочі поверхні закріплюють пластинки з твердих стопів. За допомогою призм зручно перевіряти правильність форми, взаємне розміщення та точність розмірів циліндричних поверхонь.
Тіла обертання встановлюють також за допомогою центрових отворів або внутрішніх циліндричних поверхонь у них. Одним з простих і поширених способів встановлення виробів з циліндричними отворами є схема з використанням циліндричних оправок чи пальців. Для зменшення проміжку між базовим отвором та оправкою чи пальцем їх поверхні роблять конічними (з конусністю від 1:1000 до 1:10000) або у конструкціях оправок чи пальців передбачають можливість їх розтискання (збільшення розмірів). Недоліком цього способу є те, що на конічних поверхнях контрольований виріб не має точної фіксації на оправці за її довжиною. Як розтискувальні елементи використовують кульки, планки та розрізні втулки. Приклад оправки з розтискувальними кульками зображено на jjhc. I4.2.
Рисунок 13.2. Оправка з розтискувальними кульками
Для точного центрування виробів за допомогою внутрішніх циліндричних базових поверхонь застосовують також спеціальні розтискувальні втулки з рідкою пластмасою, гофровані втулки, мембранні механізми тощо. Інколи з цією метою використовують не одну, а цілий набір циліндричних оправок, у якому кожна з оправок має інший розмір діаметра, а всі разом вони забезпечують встановлення виробів зі заданим діапазоном розмірів базової поверхні.
Для забезпечення заданої довговічності оправок їх виготовляють зі стійких проти спрацювання сталей та гартують до твердості HRC 55...60. Оправки та призми значних розмірів з метою зменшення їх маси та економії матеріалів роблять порожнистими.
У контрольно-вимірювальних пристроях за опорні базові поверхні приймають площину та зовнішні циліндричні поверхні, площину та внутрішні циліндричні поверхні тощо.
З метою підвищення продуктивності праці застосовують багатомірні контрольно-вимірювальні пристрої, що дають змогу за кожне встановлення виробу одночасно перевіряти декілька його параметрів. Використання таких пристроїв особливо ефективне, коли є змога сумістити установці та вимірні базові поверхні для багатьох контрольованих розмірів. Для забезпечення такої умови вдаються до перерозрахунку розмірів виробів за допомогою розмірних ланцюгів. Розглянемо схеми контролювання чи вимірювання розмірів з використанням різних вимірних баз (рисунок 13.3). Для контролювання розмірів Я,—Я3 та Н5 за установну та вимірну бази приймають поверхню 1 (рисунок 13.3, а). Для контролювання розміру Я4 установною базою служить поверхня 1, а вимірною — поверхня 2.
Для контролювання розміру Н4 можна застосувати декілька способів. Під час першого способу контролюють розмір Н5, а шуканий розмір Н4 визначають за допомогою розмірного ланцюга, складеного з розмірів Н3, Н4 і Н5, де розмір Н4 є замикальною ланкою. Тоді допуск замикальної ланки визначають з рівняння ТН4 = ТН3 + ТН5 Звідки ТН5 = ТН4 – ТН3. Для ТН4 <ТН3 реалізація такої схеми контролю стає неможливою, бо допуск розміру ТН5 мав би дорівнювати нулю чи навіть мати від'ємне значення.
Другий спосіб полягає у тому, що за вимірну базу приймають поверхню 3 (рисунок 13.3, б), а контрольний щуп підводять до поверхні 2, контролюючи безпосередньо розмір Н4.
Рисунок 13. 3. Контроль розмірів з використанням різних вимірних баз
У третьому способі за установну базу беруть поверхню 1 (рисунок 13.3, в), а за вимірну — поверхню 2. Для контролю розміру Н4 використовують спеціальний повзун я, на якому закріплюють контрольний щуп т, попередньо налагоджений на розмір Н4.
Механізми та елементи для закріплення виробів у контрольно-вимірювальних пристроях мають забезпечувати надійний контакт базових поверхонь виробу з опорами пристрою. Зусилля затискання мають бути такими, щоб не пошкоджувати поверхонь виробів, не деформувати вироби і забезпечити сталість значення деформування, щоб дати змогу врахувати чи вилучити складову похибки вимірювання під час налагодження пристрою.
На відміну від пристроїв, призначених для оброблення різанням, контрольно-вимірювальні пристрої не вимагають значних зусиль для закріплення виробів Тому їх переважно роблять легкими, простими за конструкцією. Вони можуть мати важільні, пружинні, гвинтові, ексцентрикові, клинові механізми з пневматичними, електричними, магнітними рушіями, а керування їх роботою може бути як ручним, так і автоматизованим.
Окрему групу становлять контрольно-вимірювальні пристрої, що працюють за принципом допускних калібрів. Вони дають змогу сортувати контрольовані вироби за їх параметрами на придатні, непридатні, що підлягають виправленню, та вкрай непридатні. Такі пристрої інколи застосовують для сортування виробів на декілька груп, для забезпечення селективного складання виробів.
У таких контрольних пристроях як первинні використовують механічні (калібри, шаблони, щупи тощо), електричні (контактні, резистивні, індуктивні, індукційні, ємнісні, п'єзоелектричні тощо), оптичні, пневматичні та комбіновані перетворювачі. Індикаторами для вимірювальних пристроїв здебільшого служать вимірювальні аналогові та дискретні головки різних конструкцій.
Первинними перетворювачами для контрольних пристроїв можуть бути як індикаторні, так і безшкальні перетворювачі, що призначені для перетворення значень лінійних переміщень у електричний, візуальний (світловий, аналоговий чи цифровий) сигнали, які можуть сприйматися виконавчими органами пристроїв чи людиною.
Допоміжними механізмами, які застосовують у контрольно-вимірювальних пристроях, можуть бути обертові механізми (наприклад, у пристроях для контролювання радіального та осьового биття поверхонь або контролю вання правильності форми та взаємного розміщення циліндричних поверхонь східчастих і колінчастих валів), механізми для лінійного переміщення (у пристроях для контролювання прямолінійності чи паралельності поверхонь), комбіновані (універсальні) механізми з лінійним та обертовим переміщенням тощо.
Рисунок 13.4. Механізми передавання рухів
Для встановлення та знімання контрольованих виробів, що мають великі габарити та маси, застосовують різні транспортно-орієнтувальні та виштовхувальні механізми.
Окреме місце посідають механізми передавання руху від контрольних щупів до первинних перетворювачів сигналів чи індикаторів (рисунок 13.4). У механізмі (рисунок 13.4, а) передавальний щуп дає змогу виносити первинний перетворювач переміщень у вигідне та безпечне для нього місце. Граничні упори переміщень передавального щупа запобігають можливим поломкам перетворювачів. Важільні механізми (рисунок 13.4, б) призначені для змінювання напрямку та передавального відношення лінійних переміщень.
Для отримання безпроміжкових передач замість рухомого циліндричного з'єднання часто використовують підвішування важелів механізмів за допомогою плоских пружин (рисунок 13.4, в). Щоб робочий щуп пристрою не заважав встановленню та зніманню виробів, застосовують спеціальний важільний механізм (рисунок 13.4, г), що дає змогу виносити його за межі зони переміщення виробів.
Корпуси контрольно-вимірювальних пристроїв виготовляють здебільшого з чавуну та алюмінієвих стопів литтям.
13.3.П рик лади застосування контрольно-вимірювальних пристроїв
Добір схеми та конструкції контрольно-вимірювальних пристроїв залежить від форми та розмірів контрольованих виробів, кількості одночасно контрольованих параметрів, способів базування та встановлення виробів у пристроях (чи пристроїв на виробах за значної їх маси), потрібної точності, рівня механізації чи автоматизації праці тощо. Контрольно-вимірювальні пристрої будують за правилами конструювання пристроїв для оброблювальних верстатів з урахуванням того, що вони мають малопотужні затискачі і вимагають значно меншого місця, ніж різальні інструменти для доступу робочих щупів до контрольованих поверхонь.
Схема пристрою для вимірювання відхилень форми циліндричної поверхні за допомогою призми зображена на рисунку 13.5. Кут (3 напрямку переміщення осі робочого щупа (рисунок 13.5, а) визначають за умови отримання найменшої похибки вимірювання діаметра циліндричної поверхні. Перевіряння відхилень форми циліндричної поверхні, що є різницею її найбільшого та найменшого розмірів, визначають за допомогою розмірів а та b (рисунок 13.5, б). Відхилення конусності поверхні визначають за показами індикатора у двох різних поперечних перерізах деталі.
Для вимірювання радіального чи осьового биття поверхонь виріб встановлюють на один чи два співвісні циліндричні отвори.
Рисунок 13.5. Вимірювання циліндричних поверхонь за допомогою призми
Рисунок 13.6. Пристрої з висувними елементами
Пристрої з трьома (рисунок 13.6, а) та одним (рисунок 13.6, б) висувними елементами дають змогу одночасно контролювати декілька розмірів (Н1, Н2 та Н3) за допомогою висувних пальців з прямокутним перерізом, на яких є по дві поверхні відповідно для найбільшого та найменшого значень контрольованого розміру (аналогія з допускними калібрами). Такі пристрої забезпечують контролювання виробів з розмірами до восьмого квалітету точності.
Схема пристрою для контролю діаметрів циліндричних валів за допомогою електроконтактних перетворювачів зображена на рисунку 13.7. Якщо розмір контрольованої поверхні вала D перебуває у межах допускних значень, то лампи 3 і 2 не світять. Якщо розмір D менший від найменшого допускного значення розміру, то вмикаються нижні контакти та засвічується лампа 3, а якщо розмір D більший від найбільшого допускного значення розміру, то вмикаються верхні контакти та засвічується лампа 2. Лампа З світить тоді, коли вимкнені обидві пари контактів, а розмір D пе ребуває у межах допускних його значень. Значення резисторів дібрано так, що у момент вимикання обох пар контактів лампа 1 гасне. Під час роботи цього пристрою завжди світить тільки одна лампа, а відсутність світла свідчить про несправність пристрою.
Рисунок 13.7. Пристрій з електроконтактним . перетворювочем
Такі пристрої часто роблять багатовимірними, що дає змогу відповідно збільшувати продуктивність праці або сортувати вироби за кількома розмірами одночасно.
Довговічність роботи пристроїв продовжують, використовуючи малопотужні електричні схеми, які також забезпечують їх енергоощадність. Такі пристрої дають змогу контролювати вироби з розмірами до п'ятого кваліте-ту точності.
Пристрої з пневмоперетворювачами виготовляють двох типів — з манометрами та повітряними витратомірами (ротаметрами). Схема пристрою з пневматичним перетворювачем низького тиску зображена на рисунку 13.8, а. Стиснуте повітря подають у вертикальну трубку 8, занурену на глибину Я у воду, що у посудині 7, з'єднаній з вертикальною трубкою 6. Через каліброване сопло 1 повітря надходить у трубку 2, з'єднану з вимірювальним механізмом 5. Якщо проміжок між поверхнею контрольованого виробу 4 та вимірювальним наконечником З малий, то стовп води у трубці б, зумовлений незначним виходом повітря через цей проміжок, опускається. Шкалу градуюють у мікрометрах чи у відсотках допуску контрольованого розміру. Такі пристрої забезпечують високу точність вимірювання (чи контролювання) розмірів, але мають низьку продуктивність, що пояснюється інерційніс-тю водної системи.
Схема диференційного пристрою з пневматичним перетворювачем високого тиску зображена на рисунку 13.8, б. Повітря подають у пристрій за допомогою механічних стабілізаторів тиску та сильфонів 4 і 8 через сопла 5 і 7. Із сильфона 8 повітря надходить до вимірювального механізму 11, а із сильфона 4 — до регулювального клапана 2. Тиск у сильфоні 8 залежить від контрольованого розміру виробу 12, оскільки ним задається величина проміжку між соплом та поверхнею виробу, а величина проміжку зумовлює кількість випущеного повітря з сильфона 8. Тиск у сильфоні 4, встановлений за допомогою клапана 2, є сталим. Деформування сильфонів зумовлює відповідне перемі щення підвішеної на плоских пружинах планки 6, поєднаної з індикатором 9 або з електроконтактними перетворювачами і і 10.
У схемі пристрою з пневматичним ротаметром (рисунок 13.8, в) очищене та стиснуте повітря подають у вертикальну конічну трубку 3, у якій знаходиться легкий поплавок 5. На прозорій трубці чи біля неї розміщена шкала 4. Чим більший проміжок між контрольованим виробом 1 та калібром 2 вимірювального механізму, тим більша швидкість повітря та висота піднімання поплавка у трубці 3.
Рисунок 13.8. Вимірювальні пристрої з лневмоперетворювачами
Описані пневматичні пристрої мають високу точність, швидкодійні та прості у користуванні. Вони придатні для вимірювання та контролю точності розмірів, відхилень форми та взаємного розміщення поверхонь виробів, легко піддаються автоматизації, можуть бути одно- та багатовимірними.
Схеми пневматичних механізмів для контролювання чи вимірювання виробів зображені на рисунку 13.9. Пристрій з годинниковим індикатором (вимірювальною головкою) для перевіряння співвісності двох внутрішніх циліндричних поверхонь зображено на рисунку 13.10. Контрольований виріб5 насаджують на консольний порожнистий палець 2 і під час перевіряння обертають навколо осі на один оберт. Відхилення форми чи розміру внутрішньої поверхні А від осі обертання передається за допомогою щупа 5, важеля 6 та стержня 5 індикатору 4.
У багатовимірному контрольно-вимірювальному пристрої, призначеному для перевіряння розмірів поверхонь поршня двигуна внутрішнього згоряння (рисунок 13.11), за допомогою індикаторів 1, 3 та 2 перевіряють відповідно відстань від осі отвору для пальця до торця поршня,
Рисунок 13.9. Схеми пневматичних контрольних пристроїв для вимірювання:
отворів (а); діаметрів валів (б); висоти (в); товщини (г);
перпендикулярності (д); глибини виточення (є); перпендикулярності торця
отвору (є); ексцентричності (ж) та конусності (з) виробів (1)
Рисунок 13.10. Контрольно-вимірювальний пристрій з індикатором годинникового типу
Рисунок 13.11. Багатовимірний контрольний пристрій
перпендикулярність осі цього отвору до осі поршня та точність перетину осей отвору з віссю поршня. Контроль останніх двох параметрів вимагає переставляння виробу та обертання його на 180°. Різниця показів індикаторів З та 2 дорівнює подвоєному значенню похибки розмірів виробу.
13.4. Розрахунок точності контрольно-вимірювальних пристроїв
Порядок розрахунку точності контрольно-вимірювальних пристроїв аналогічний методиці розрахунку точності пристроїв для оброблення різанням, розглянутих вище. Різниця полягає у тому, що для контрольно-вимірювальних пристроїв замість допустимої похибки оброблення чи технологічного допуску приймають допустиму похибку контролювання чи вимірювання параметрів виробів, а такі складові похибки оброблення, як похибки від коливання деформування технологічної системи, розмірного спрацювання різального інструмента, оброблювального верстата, деформування технологічної системи від її нагрівання, практично відсутні.
Допустиму сумарну похибку контролювання чи вимірювання визначають за формулою з тією різницею, що коефіцієнт запасу точності цього разу приймають у межах від 0,7 до 0,92. Основними складовими сумарної похибки контрольно-вимірювальних пристроїв є похибка встановлення виробу на робочому місці Еу , похибка налагодження пристрою на контрольований чи вимірюваний розмір Ен і похибка розмірного спрацювання робочих щупів пристроїв Ерс, тому формула для визначення сумарної похибки контрольно-вимірювального пристрою має вигляд:
(13.1)
де Е, Ey, ЕH і Е пс — сумарна похибка вимірювання та її складові, зумовлені відповідно неточністю встановлення, налагодження та розмірного спрацювання робочих поверхонь щупів; К, Ку, Кн і Крс — коефіцієнти відносного розсіяння відповідно для сумарної похибки та її складових.
Похибку розмірного налагодження як детерміновану (систематичну) величину можна винести з-під кореня та вилучити зі сумарної похибки за допомогою внесення відповідної корекції у вимірювальну систему. Похибка розмірного спрацювання, зумовлена спрацюванням робочих поверхонь контрольно-вимірювальних щупів, с здебільшого дуже малою, оскільки зусилля притискання щупів до контрольованих поверхонь незначні, а самі робочі поверхні щупів достатньо стійкі проти спрацювання. Тому сумарну похибку контрольно-вимірювальних пристроїв здебільшого зумовлюють похибки встановлення виробів у пристроях. Беручи до уваги викладене та склад похибки встановлення, маємо
(13.2)
де Е6, Ез і Епр — похибки відповідно базування, закріплення виробів у пристроях та виготовлення самих пристроїв; Кб, Кз і Кпр — коефіцієнти розсіяння перелічених похибок.
У формулі (14.2) дві останні складові похибки також можна вилучити з розрахунків, оскільки Епр є величиною систематичною та може бути компенсована за допомогою еталонних мір чи спеціальних виробів під час налагодження пристрою, а похибка закріплення є дуже малою, бо закріплення виробів у таких пристроях здебільшого зовсім відсутнє або виконується за допомогою механізмів, що мають незначні зусилля затискання. Тому похибку контрольно-вимірювальних пристроїв переважно визначають як похибку базування виробів у пристроях, тобто
Е = Е6<μТ. (13.3)
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
Способи центрування виробів на контрольних і вимірювальних пристроях.
Список літератури