Организация ремонта строительнодорожных машин
 Скачать 4.41 Mb.
|
|
Глава VIII Основы проектирования приспособлений 8.1. Общие сведения о приспособлениях Приспособлениями называются вспомогательные устройства, ис- пользуемые для механической обработки, сборки и контроля детали. По назначению приспособления подразделяются на следующие виды: 1. Станочные приспособления, применяемые для установки и закреп- ления на станках обрабатываемых заготовок. В зависимости от вида механи- ческой обработки эти приспособления подразделяют на приспособления для сверлильных, фрезерных, расточных, токарных, шлифовальных станков и др. Станочные приспособления составляют 80…90% в общем парке приспособ- лений. Целесообразность применения станочных приспособлений должна определяться с помощью технико-экономических расчетов. 2. Приспособления для установки и закрепления рабочего инстру- мента, осуществляющие связь между инструментом и станком. При помо- щи приспособлений первой и второй групп выполняют наладку техниче- ской системы СПИД. 3. Сборочные приспособления для соединения сопрягаемых деталей в узлы и изделия. Их применяют для крепления базовых деталей или узлов собираемого изделия; обеспечения правильной установки соединяемых узлов изделия; предварительной сборки упругих элементов, а также для выполнения соединения с натягом. 4. Контрольные приспособления, применяемые для промежуточного и окончательного контроля деталей в процессе механической обработки, а также для контроля собранных узлов машин. 5. Приспособления для захвата, перемещения и перевертывания об- рабатываемых заготовок и узлов, используемых при обработке и сборке тяжеловесных деталей и изделий. По степени специализации приспособления подразделяют на: 1. Универсальные, предназначенные для обработки разнообразных заготовок (машинные тиски, патроны, делительные головки, поворотные столы и др.). 2. Специализированные, предназначенные для обработки опреде- ленных заготовок путем использования дополнительных или сменных уст- ройств (специальных губок для тисков и др.). 3. Специальные, предназначенные для выполнения определенных операций механической обработки данной детали. Универсальные при- 229 способления применяют в условиях единичного или мелкосерийного про- изводства, а специализированные и специальные – в условиях массового и крупносерийного производства. Выбор конструкции приспособления во многом зависит от характе- ра производства. Так в серийном производстве применяются сравнительно простые приспособления, предназначенные в основном для достижения заданной точности обработки детали. В массовом производстве к приспо- соблениям предъявляются еще более высокие требования в отношении производительности. Поэтому такие приспособления представляют собой более сложные конструкции. В массовом производстве применение даже самых дорогих приспособлений может быть экономически вполне целесо- образно. При проектировании приспособлений необходимо стремиться к увеличению числа одновременно работающих инструментов и одновре- менно обрабатываемых заготовок, к повышению режимов резания и уменьшению времени на установку и съем заготовки. С целью снижения себестоимости, сокращения сроков проектирова- ния приспособлений необходимо идти по пути широкой нормализации де- талей и узлов приспособлений, обеспечивая наряду с этим удобство об- служивания приспособлений и облегчения труда станочника. Трущиеся поверхности деталей приспособлений должны быть защищены от попа- дания на них стружки и грязи. Основными элементами приспособлений являются: 1. Установочные – для определения положения обрабатываемой поверхности заготовки относительно режущего инструмента. 2. Зажимные – для определения положения обрабатываемой за- готовки. 3. Направляющие – для придания требуемого направления движе- нию режущего инструмента относительно обрабатываемой поверхности. 4. Делительные или поворотные – для точного изменения положе- ния обрабатываемой поверхности заготовки относительно режущего инструмента. 5. Корпусы приспособлений – основная часть, на которой разме- щены все элементы приспособлений. 6. Крепежные – для соединения отдельных элементов между собой. 7. Механизированные приводы – для зажатия обрабатываемой за- готовки. В некоторых приспособлениях установку и зажатие выполняют одним механизмом, называемым установочно-зажимным. 230 8.2. Виды установочных элементов приспособлений Для установки на черновые базы применяют постоянные, а также регулируемые опоры. Установку чисто обработанными базами осуществ- ляют на опорных пластинах. На рис. 8.1 представлены виды опор, которые применяются для ус- тановки детали чисто обработанными базами. а б Рис. 8.1. Виды опор: а–постоянные опоры; б–опорные пластины Конструкция подводимой опоры (Рис. 8.2.) имеет следующий вид: Рис. 8.2. Подводимая регулируемая опора Подъем опоры 2 до соприкосновения с базовой поверхностью заго- товки производится клином 1 осевым перемещением винта 3. После уста- новки подводимая опора стопорится. Самоустанавливающаяся опора (рис. 8.3) имеет вид Рис. 8.3. Самоустанавливающаяся опора 231 Вертикальный штифт 1 находится под воздействием сжатой пружи- ны 4, которая выдвигает его вверх до соприкосновения с поверхностью за- готовки. Размеры пружины и степень ее предварительного сжатия подби- рают так, чтобы при подъеме штифта заготовки не смещались. Затяжкой винта 3 обеспечивают фиксацию опоры в определенном положении. Про- межуточный сухарь 2 ограничивает выдвижение штифта вверх при отвер- тывании винта. По наружным цилиндрическим поверхностям заготовки устанавливают на призмы. Для чисто обработанных баз применяют широ- кие призмы (рис. 8.4,а). Для черновых баз применяют узкие призмы (рис.8.4,б). Рис. 8.4. Призмы опоры: а–широкая призма; б–узкая призма; в–призма с запресованными опорами Используется также способ установки на черновые базы на четыре постоянные опоры, запрессованные в боковые поверхности призмы (рис. 8.4,в). В приспособлениях применяют в основном жесткие призмы с углом 90 ° . Призмы выполняют из стали марки СТ45 или из цементуемых сталей СТ0.8 до СТ20 с закалкой боковых поверхностей до твердости HRC 50–60. Призмы больших размеров делают из чугуна с привернутыми закаленны- ми щеками. Погрешности базирования при установке в призму зависят от допуска на диаметр цилиндрической поверхности заготовки, а также от погрешности ее формы. Установку заготовок с базированием по отверстиям производят на пальцы или оправки. Дополнительной базой служит торцовая поверхность заготовки, определяющая ее положение по длине, а также различные эле- менты (шпоночные канавки и др.), определяющие угловое положение об- рабатываемой заготовки относительно оси основной базы. Установку заготовок на базовые отверстия (рис.8.5) в стационарных приспособлениях производят на консольные пальцы. Погрешности уста- новки на пальцы могут выражаться в смещениях заготовок в радиальном направлении на величину зазора между поверхностями сопряжения. При 232 обработке заготовок плит, рам, станин, корпусных и других деталей при- меняют установку на два отверстия с параллельными осями и перпендику- лярную плоскость. Она обеспечивает простую конструкцию приспособле- ния, принцип постоянства баз и фиксацию заготовок на автоматических линиях. Базовую плоскость заготовки подвергают чистовой обработке, а отверстия развертывают по второму классу точности. Установочными эле- ментами служат два пальца и опорная площадка. Один из пальцев выпол- няют цилиндрической, а другой – ромбической формы, так как наличие допуска на расстояние между осями базовых отверстий приводит к тому, что каждая из них может занять при установке партии заготовок два пре- дельных положения. Рис. 8.5. Установка корпусной детали При обработке валов и некоторых других заготовок, имеющих базо- вые поверхности в виде гнезд или конических фасок, в качестве устано- вочных элементов используют центра. Полную ориентацию заготовки в пространстве обеспечивают уста- новкой на три центра, из которых два жестких, а один подвижный, выпол- няющий роль зажимного элемента (рис. 8.6). Рис. 8.6. Установка заготовок в центрах 233 К преимуществам этой схемы относится хорошая устойчивость, а также возможность соблюдения принципа постоянства баз. К недостаткам схемы относится необходимость выдерживать точную величину диаметра центровых гнезд. В качестве установочных элементов применяют ролики для прямо- зубых цилиндрических колес, шарики, секторы, качающиеся рычаги в спе- циальных патронах для цилиндрических колес. Конические зубчатые ко- леса устанавливают по сферическим элементам, применяя специальные прижимные устройства. Кроме перечисленных поверхностей, в качестве установочных баз можно применять в отдельных случаях наружные и внутренние сфериче- ские поверхности, наружные и внутренние резьбовые и шлицевые поверх- ности, фасонные поверхности, а также различные их сочетания. 8.3. Зажимные элементы приспособлений Основное назначение зажимных устройств приспособлений заклю- чается в обеспечении надежного контакта заготовки с установочными эле- ментами и предотвращении ее смещения и вибраций в процессе обработ- ки. Введением дополнительных зажимных устройств увеличивают жест- кость технологической системы, чем достигают повышения точности, чис- тоты и производительности обработки. Зажимные устройства в ряде слу- чаев используют для обеспечения правильности установки и центрирова- ния заготовки. В этом случае они выполняют функцию установочно- зажимных устройств. К ним относятся самоцентрирующие патроны, цан- говые зажимы и другие устройства. К зажимным устройствам приспособлений предъявляют требования надежности в работе, простоты конструкций и удобства в обслуживании. Они не должны вызывать деформаций закрепляемых заготовок и порчи их поверхностей. Закрепление и открепление заготовок должно происходить с минимальной затратой сил и времени станочника. Зажимные устройства не должны сдвигать заготовку в процессе ее закрепления и должны быть износоустойчивыми. Место приложения зажимной силы выбирают по ус- ловию наибольшей жесткости и устойчивости крепления и минимальной деформации заготовки. В целях повышения точности обработки необхо- димо соблюдать условие постоянства величины зажимной силы. Наиболее простыми универсальными видами являются зажимные винты (рис. 8.7), которые можно приводить в действие насаженными на них ключами, рукоятками или маховичками. 234 Рис. 8.7. Винтовой зажим: 1 – зажимной винт; 2 – качающийся башмак; 3 – обрабатываемая деталь Для предотвращения сдвига зажимаемой заготовки и образования на ней вмятин от винта, а также для уменьшения прогиба винта при нажатии его на поверхность, неперпендикулярную к его оси, на концы винтов обычно помещают качающиеся башмаки. Иногда применяют винты в комбинации с рычагами, винтовые при- хваты или комбинированные зажимы (рис. 8.8). Рис. 8.8. Зажим винт–рычаг: 1 – обрабатываемая деталь; 2 – зажимной винт; 3 – рычаг Существует также ряд конструкций быстродействующих зажимов. Большие затраты времени и значительные силы, требующиеся для закреп- ления обрабатываемых заготовок при использовании винтовых зажимов, ограничивают область их применения и в большинстве случаев делают предпочтительными быстродействующие зажимы с использованием экс- центриков. 235 Эксцентрики бывают круглые, эвольвентные и по спирали Архимеда (рис. 8.9). Рис. 8.9. Эксцентрики Клиновые механизмы (рис. 8.10) применяют в качестве промежу- точного звена в сложных зажимных системах. Он прост в изготовлении, легко размещается в приспособлении. Рис. 8.10. Клиновой зажим Рычажные зажимы применяются в сочетании с другими элементар- ными зажимами, образуя более сложные зажимные соединения. При по- мощи рычага можно изменять величину и направление передаваемой си- лы, а также осуществлять одновременные и равномерные закрепления за- готовки в двух местах (рис. 8.11). В качестве зажимных элементов применяют также цанги, разжим- ные оправки, зажимные втулки с гидропластом и комбинированные за- жимные устройства. Рис. 8.11. Рычажные зажимы 236 8.4. Направляющие элементы приспособлений При выполнении отдельных операций механической обработки же- сткость режущего инструмента и технологической системы в целом ока- зывается недостаточной. Для устранения упругих отжимов инструмента относительно заготовки применяют направляющие элементы. Такими эле- ментами приспособлений являются кондукторные втулки для сверлильных и расточных приспособлений (рис. 8.12). Они должны быть точными, из- носоустойчивыми и при большой производственной программе сменны- ми. Конструкция и размеры кондукторных втулок для сверления стандар- тизованы. Втулки бывают постоянные и сменные. Постоянные втулки применяют в кондукторах для мелкосерийного производства при обработ- ке отверстий одним инструментом. Сменные втулки используют в приспо- соблениях массового и крупносерийного производства, втулки быстрос- менные с замком употребляют при обработке отверстия несколькими по- следовательно сменными инструментами. Сменные и быстросменные втулки вставляют в постоянные втулки, запрессованные в корпус приспо- собления. При диаметре отверстия до 25 мм втулки изготовляют из стали У10А, а свыше 25 мм – из стали 20 (20Х) с цементацией и закалкой до твердости HRC = 60…65. Для направления расточных оправок применяют неподвижные и вращающиеся втулки, смонтированные на подшипниках качения. К на- правляющим элементам приспособлений относятся также копиры, приме- няемые при обработке фасонных поверхностей сложного профиля, задача которых – направлять регулирующий инструмент относительно заготовки для получения заданной траектории их относительного движения. Рис. 8.12. Кондукторные втулки: а – постоянные; б – сменные; в – быстросменные 237 8.5. Корпуса приспособлений Корпус является базовой деталью приспособлений. Он воспринима- ет силы, возникающие при обработке, а также силы зажатия заготовки. Корпус приспособления должен быть жестким и прочным при минималь- ном весе. Конструкция его должна допускать быструю и удобную уста- новку, а также съем заготовок, быть удобной для очистки от стружек и от- вода охлаждающей жидкости. Корпус должен допускать установку и за- крепление приспособлений на станке без выверки, для чего в нем преду- сматривают направляющие элементы; быть простым и дешевым в изго- товлении и обеспечивать выполнение требований техники безопасности. Для лучшего отвода охлаждающей жидкости и удаления стружки в корпу- сах выгодно предусматривать наклонные плоскости и избегать углублений и труднодоступных мест. Корпуса крепят на станке обычно болтами, ко- торые заводят в Т–образные пазы стола. Шпонки выполняют в виде коротких сухарей, привернутых в нижней плоскости. Корпуса тяжелых приспособлений для удобства захва- та при установке и снятии со станка снабжают болтами. Корпуса приспо- соблений получают литьем, ковкой, резкой из цельного материала, а также сборкой из отдельных элементов на винтах или с натягом. Литьем выпол- няют в основном корпуса сложной конфигурации. С помощью сварки можно получить корпуса сложной конфигурации, сокращая сроки и себе- стоимость их изготовления. Стоимость сварных корпусов в отдельных случаях может быть сокращена вдвое по сравнению с литьем, а вес уменьшен на 40%. Материалом для корпусов служит чугун Сч12–28 и сталь Ст 3. В отдельных случаях, например, в корпусах поворотных при- способлений, используют алюминиевые сплавы. Корпус может иметь форму угольника, тавра, корыта или более сложную форму. 8.6. Механизированные приводы приспособлений Наибольшую часть вспомогательного времени обычно тратят на ус- тановку, зажатие заготовки и раскрепление обработанной заготовки. Со- кращение вспомогательного времени может быть достигнуто путем при- менения механизированных приводов, которые в зависимости от типа при- вода и источника энергии могут быть подразделены на следующие основ- ные группы: 1) механические; 2) пневматические; 3) гидравлические; 4) пневмомеханические; 5) электромеханические. Область применения меха- нических приспособлений с ручным приводом практически ограничивает- ся небольшими зажимными силами, так как использование их в многоме- стных приспособлениях приводит к созданию сложных и громоздких кон- струкций, требующих больших затрат времени на зажатие и освобождение обработанных заготовок. 238 Наибольшее распространение на заводах машиностроения получили приспособления с пневматическим приводом, который в сочетании с раз- личными механическими передачами обеспечивает при постоянной силе надежность зажатия заготовки, возможность регулирования и последова- тельность действий зажима (рис. 8.13). Принцип работы пневматического привода заключается в том, что сжатый воздух, поступающий из заво- дской магистрали в рабочую полость пневмоцилиндра, давит на поршень и заставляет его совершать поступательное движение, необходимое для зажатия заготовки, а затем возвращает поршень в исходное положение, в результате чего происходит раскрепление заготовки. В качестве пневма- тического привода могут быть использованы пневматические цилиндры и камеры. Пневматические цилиндры бывают двустороннего и односторон- него действия. В первом случае поршень со штоком, воздействующим на зажимной элемент, возвращается в исходное положение сжатым воздухом, а во втором – пружиной. а б Рис. 8.13. Пневмоцилиндры: а – двухстороннего действия; б – одностороннего действия Передаваемая штоком сила Р в пневмоцилиндрах зависит от типа последних, и без учета потерь на трение ее рассчитывают по следующим формулам (кг): 1. Для пневмоцилиндров двустороннего действия 4 2 D p P для полости цилиндра без штока , 4 2 2 d D p P для полости со штоком. 239 2. Для пневмоцилиндров одностороннего действия q D p P 4 2 для полости цилиндра без штока, q d D p P 4 2 2 для полости со штоком, где Р – сила на штоке, кг.; р – удельное давление воздуха, МПа; D – диаметр штока, см; q – сила сопротивления пружины, кг. Нормальное давление сжатого воздуха, поступающего из заводской сети, составляет 0,5…0,6 МПа., так как более низкое давление вызывает увеличение диаметров пневматических цилиндров. Однако при расчете следует учитывать одновременность работы ря- да потребителей воздуха, а также потери в воздухопроводе, поэтому рас- четное давление следует принимать 0,4 МПа. Существенный недостаток привода – его относительно большие габариты. Ограничение габаритов возможно посредством введения в конст- рукцию привода усиливающих передач, но это вызывает снижение к.п.д. привода, требует увеличения длины хода штока и длины цилиндра. Однако наличие почти на каждом машиностроительном заводе ис- точника энергии – сжатого воздуха, сравнительно небольшая стоимость выработки этого вида энергии, простота коммуникаций обеспечивают пневмоприводу весьма широкое применение. 8.7. Основы проектирования приспособлений Исходными данными для проектирования станочных приспособле- ний являются: 1. Рабочие чертежи заготовки и готовой детали и технические усло- вия ее приемки. 2. Операционный эскиз заготовки на предшествующую и выполняе- мую операции (если приспособление конструируют для промежуточной операции). 3. Карта или описание технологического процесса обработки данной заготовки с указанием последовательности и содержания операций, при- 240 нятых базирований, используемого оборудования и инструмента, режимов резания, а также проектной нормы штучного времени с выделенным вспо- могательным временем на установку, закрепление и снятие заготовки. 4. ГОСТы и нормали на детали и узлы станочных приспособлений, а также альбомы нормализованных конструкций приспособлений. При проектировании приспособления выбирают конструкции и раз- меры установочных элементов приспособления, определяют величину не- обходимой силы зажима и уточняют схему и размеры зажимного устрой- ства; определяют размеры направляющих элементов, затем производят общую компоновку приспособлений и устанавливают допуски на изготов- ление детали и сборку приспособления. Конструирование приспособления должно быть увязано с разработ- кой технологического процесса изготовления детали, так как при разра- ботке процесса выбирают технологические базы, устанавливают маршрут обработки с указанием промежуточных размеров и допусков на них. Не- обходимо знать основные размеры станка, связанные с установкой при- способления: размеры стола, размеры и расположение т–образных пазов, наименьшее расстояние от стола до шпинделя, размер конуса шпинделя. В зависимости от производственных особенностей и программы выпуска выбирают конструкцию приспособления, а также решают вопрос о приме- нении сменных быстроизнашивающихся деталей приспособлений. Опре- делив по заданным режимам обработки силы резания, устанавливают ме- сто приложения зажимных сил и определяют их величину. Исходя из за- проектированного времени на закрепление и открепление заготовки, типа приспособления (одно– или многоместное), конфигурации и точности за- готовки, а также величины зажимных сил, выбирают тип зажимного уст- ройства и определяют его основные размеры. Одновременно определяют тип и размеры элементов направления и контроля положения режущего инструмента. Затем выбирают необходимые вспомогательные устройства и устанавливают их конструкции и размеры исходя из веса заготовки, вида и требуемой точности обработки. При выборе конструкции и размеров этих элементов используют нормали и стандарты. Разработку общего вида приспособления начинают с нанесения на лист контура заготовки. Заго- товку целесообразно показывать условными линиями, чтобы она выделя- лась на чертеже. После этого последовательно наносят отдельные элемен- ты приспособления вокруг контуров заготовки. Сначала вычерчивают ус- тановочные элементы-опоры, затем зажимные устройства, элементы на- правления инструмента и вспомогательные устройства, а потом определя- ют контуры корпуса приспособления. На общем контуре приспособления указывают его габаритные размеры и размеры, которые нужно выдержать 241 при сборке приспособления, а также технические требования к его сборке. При вычерчивании общего вида и рабочих чертежей устанавливают до- пуски на размеры приспособления. По точности исполнения эти размеры можно разбить на три группы. К первой группе относятся размеры тех со- пряжений, от которых зависит точность выполняемой обработки (например, между осями кондукторных втулок при сверлении). Неточность этого раз- мера влияет на расстояние между осями просверленных отверстий. К пер- вой группе относятся также размеры установочных элементов, от точности выполнения которых зависит положение заготовки в приспособлении. Во вторую группу входят размеры тех сопряжений, от погрешно- стей которых точность обработки не зависит (например, размеры сопря- жений зажимных устройств, выталкивателей и других вспомогательных механизмов). К третьей группе относятся свободные размеры обработанных и чер- ных поверхностей приспособлений. Допуски на размеры первой группы берут в 2…3 раза меньшими, чем допуски на размеры детали, выдерживаемые при обработке. Допуски на размеры второй группы назначают в зависимости от характера и усилий работы сопряжения. Они обычно соответствуют 2…3-му классам точно- сти. Свободные размеры выполняют по 7-му классу точности для обрабо- танных и по 9-му – для необработанных поверхностей. Для определения экономичности приспособлений обычно сопостав- ляют их различные конструктивные варианты для данной операции. Контрольные вопросы и задания 1. Как классифицируются приспособления по назначению? 2. Как классифицируются приспособления по оборудованию и сте- пени специализации? 3. Дайте классификацию приспособлений по степени механизации и по источнику энергии. 4. Перечислите основные элементы приспособлений. 5. Поясните назначение направляющих и делительных элементов приспособлений. 6. Какую роль в приспособлениях выполняют корпуса и механизи- рованные приводы? 7. Какую роль в приспособлениях выполняют установочные эле- менты? 8. Какие виды установочных опор применяются в приспособлениях? 9. Поясните принцип работы подводимой регулируемой опоры? 242 10.Поясните принцип действия самоустанавливающейся опоры? 11.В каких случаях рационально использовать для установки дета- лей широкую и узкую призму? 12. Какие виды установочных пальцев используются в приспособлениях? 13.Каково основное назначение зажимных устройств в приспособ- лениях? 14.Какие виды зажимных элементов применяются в конструкциях приспоблений? 15.Изложите особенности применения винтовых и рычажных за- жимных устройств. 16.Изложите особенности использования в приспособлениях цанго- вых, клиновых и эксцентриковых зажимных устройств. |