ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА. Первое высшее техническое учебное заведение россиисанктпетербургский горный университет Кафедра Машиностроения
 Скачать 0.98 Mb.
|
|
Учебный вопрос №2 Действие сил и моментов резания на заготовку При обработке заготовки на нее действуют силы резания. Их величина, направление и место приложения могут изменяться в процессе обработки одной поверхности, влияя на положение заготовки в приспособлении. В табл. 1.2.2. показаны примеры действия сил и моментов резания для различных случаев обработки. Кроме сил резания на заготовку действуют объемные силы (силы тяжести, центробежные, инерционные) и второстепенные. Сила тяжести заготовки учитывается при установке на вертикальные или наклонные поверхности установочных элементов. Центробежные силы возникают в процессе обработки при смещении центра тяжести заготовки относительно ее оси вращения. Инерционные силы имеют значение, когда заготовка совершает возвратно-поступательное движение или вращается с большим угловым ускорением. К второстепенным силам относятся силы, возникающие при отводе режущего инструмента (сверла, метчика, зенкера). Таблица 1.2.1 Схемы базирования и закрепления заготовок 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Таблица 1.2.2 Схемы действия сил и моментов резания для различных случаев обработки деталей 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Вопросы для текущего контроля и экзамена 1. Что означает понятие «установка заготовки»? Как она осуществляется в приспособлениях? 2. В чем заключается правило шести точек? Приведите примеры полного и упрощенного (неполного) базирования. 3. Как называются поверхности, на которых расположены две или три опорные точки? 4. Как называется схема базирования, на которой расположены менее шести опорных точек? 5. Скольких степеней свободы лишает заготовку базирование по плоскости? 6. Сколько опорных точек необходимо и достаточно создать в приспособлении для определения положения заготовки? 7. Опишите схемы базирования и закрепления заготовок, показанные в таблице 1.2.1. 8. Опишите схемы действия сил и моментов резания для различных случаев обработки деталей, показанные в табл. 1.2.2. 9. Какое влияние оказывает схема базирования на погрешность закрепления? 10. От каких характеристик заготовки зависит количество точек ее заготовки при обработке? Лекция 3 Типовые схемы установки заготовок или изделий в приспособлениях. Зажимные устройства приспособлений Введение Как говорилось ранее, приспособление представляет собой сложную техническую систему, которая является составной частью более сложной технической системы преобразования и может дать ответ на вопрос о функциях приспособления в конкретных производственных условиях, а, следовательно, о выборе той или иной системы станочного приспособления. Опорные элементы имеют разнообразную конструкцию, которая зависит от формы базы и числа лишаемых степеней свободы. Они разделяются на основные и вспомогательные опоры. Кроме того, опоры бывают неподвижными, подвижными, плавающими и регулируемыми. Учебный вопрос №1 Опорные элементы приспособлений Основные опорные элементы характеризуются тем, что каждый из них реализует одну или несколько опорных точек для базирования заготовки. Будучи соответствующим образом размещенными в приспособлении, они образуют необходимую при выбранном способе базирования совокупность опорных точек. К основным опорам относятся: опорные штыри, пальцы, пластины, центры, призмы, представленные на рис. 1.3.1 – 1.3.4. Рис. 1.3.1.Опорные штыри Рис. 1.3.2. Элементы для установки заготовок по наружным и внутренним цилиндрическим поверхностям: а), б), в), г) пальцы постоянные соответственно с буртом, без бурта и сменные с буртом и без бурта Рис. 1.3.3.Опорные пластины Рис. 1.3.4.Элементы для установки заготовок по наружным и внутренним цилиндрическим поверхностям: а), б) призмы широкая и узкая сдвоенная Вспомогательные опорные элементы отличаются тем, что они подводятся к заготовке после того, как она получила необходимое базирование с помощью основных элементов. Такие опоры используются для увеличения числа точек контакта заготовки с приспособлением с целью повышения жесткости системы. К вспомогательным опорам относятся регулируемые и плавающие одиночные опоры, люнеты (ГОСТ 4084-4086, 4740). Неподвижные опоры используют только в качестве основных. К ним относятся опорные штыри, пластины, призмы, центры. Регулируемые опоры применяются в качестве основных и вспомогательных опор. Как основные они служат для установки заготовок необработанными поверхностями при больших изменениях припуска на механическую обработку, а также при выверке заготовок по разметочным рискам. Плавающие опоры обычно применяют в качестве вспомогательных, но если заготовка имеет сложную форму и установить ее только на постоянные опоры трудно, то плавающие опоры можно применять в качестве основных. К подвижным опорам относятся люнеты, призмы и т.п. Графическое обозначение опор в технологической документации согласно ГОСТ 3.1107-81. При установке заготовки на опорные элементы необходимо правильно выбрать форму рабочей поверхности опоры в зависимости от вида базовой плоскости заготовки и метода ее обработки. Для выполнения базирования заготовки плоской базой в приспособлении необходимо иметь три опорные точки, расположенные в одной заданной плоскости, но не на одной прямой. Это достигается с помощью различных сочетаний основных опорных элементов: трех опорных штырей, двух опорных пластин, плоскостью опорного элемента. Базирование с помощью трех опорных штырей применяется в основном, когда плоская главная база заготовки не обработана. В данном случае используют штыри с насеченной и сферической головками. Для установки заготовок с обработанными базами используют штыри с плоской головкой. Базирование с помощью двух опорных пластин – наиболее распространенный способ ориентирования заготовок с обработанными базами. Две опорные пластины реализуют три опорные точки, поэтому базирование на две пластины полностью отвечает требованиям теоретической механики. Базирование на плоскость опорного элемента используется только для ориентирования чисто и точно обработанных баз. Примером такого базирования является установка заготовок на плоскость магнитной плиты. Для базирования заготовок, имеющих основную базу в виде обработанной цилиндрической поверхности, используют широкие опорные призмы, самоцентрирующие патроны, оправки, центры, цанги, гидропластные патроны, конуса. Для базирования необработанных цилиндрических баз используют узкие призмы, трехкулачковые патроны. Для установки деталей типа тел вращения используются установочные устройства: центры, оправки и патроны. Учебный вопрос №2 Зажимные устройства приспособлений Закрепление - второй после базирования обязательный этап установки заготовки или изделия в технической системе преобразования (обработки или сборки). Цель его - обеспечить и сохранить полученную при базировании определенность положения заготовки или изделия относительно других элементов системы в течение всего времени функционирования системы. Необходимость закрепления определяется наложением на объект базирования геометрических связей, которые на практике носят односторонний характер. Поэтому для создания определенного положения объекта базирования относительно остальных элементов системы преобразования необходимо ее силовое замыкание, которое обеспечивается усилием закрепления заготовки или изделия. Для закрепления заготовок (изделий) в приспособлениях существуют зажимные устройства, к которым предъявляются следующие требования. 1. При закреплении не должно нарушаться положение заготовки (изделия), достигнутое базированием. 2. Зажим не должен вызывать деформации закрепляемых заготовок или повреждения их поверхностей. 3. Величина силы закрепления должна быть минимально необходимой, но достаточной для обеспечения надежного (однозначного) положения заготовки относительно базовых (установочных) элементов приспособлений в процессе обработки. 4. Зажим и открепление заготовок необходимо производить с минимальной затратой сил и времени рабочего. При использовании ручного закрепления мускульное усилие рабочего не должно превышать 147 Н. 5. Силы резания не должны, по возможности, восприниматься зажимным устройством. 6. Зажимное устройство должно быть простым по конструкции, удобным и безопасным в работе. Необходимость применения зажимных устройств исчезает в двух случаях: 1) когда обрабатывают (собирают) тяжелую, устойчивую заготовку (сборочную единицу), по сравнению с весом которой силы обработки (сборки) малы; 2) когда силы, возникающие при обработке (сборке), приложены так, что не могут нарушить положение заготовки, достигнутое базированием. Силового узла в зажимном устройстве приспособления может и не быть; тогда роль ―источника силы‖ будет играть рабочий. В соответствии с этим принято подразделять приспособления на приспособления с механизированным и ручным приводами. Передаточные механизмы могут быть механическими, гидравлическими и другими. В механических передаточных механизмах могут использоваться различные устройства, состоящие из рычагов, эксцентриков, клиньев, кулис и т.п. Встречаются также роликовые, шариковые, пружинные, мембранные и другие механизмы. Простейшие зажимные устройства, состоящие из одного элемента, например винта, принято называть зажимами; комбинации из рычага с винтом или другими элементами - прихватами. Передаточные механизмы могут быть самотормозящими и не самотормозящими. В самотормозящих механизмах требуется постоянное действие силы Q; источник силы после закрепления заготовки может прекратить свое действие, а сила W будет продолжать действовать на заготовку (за счет упругих деформаций в механизме). В несамотормозящих механизмах под действием силы в противоположном направлении (от заготовки) их элементы могут смещаться, что может привести к откреплению заготовки.К наиболее распространенным самотормозящим механизмам относятся: винтовые, клиновые и эксцентриковые. Винтовые зажимы применяют в приспособлениях с ручным закреплением заготовки, в приспособлениях механизированного типа, а также на автоматических линиях при использовании приспособлений-спутников. Они просты, компактны и надежны в работе. Рис. 2.1.Винтовые зажимы: а) со сферическим торцом; б) с плоским торцом; в) с башмаком Винты могут быть со сферическим торцом (пятой), плоским и с башмаком, предупреждающим порчу поверхности (рис. 2.1). При расчете винтов со сферической пятой учитывается только трение в резьбе и силу закрепления определяют как: ( ) U З CP ПР Р L P r tg , где L – длина рукоятки, мм; CP r - средний радиус резьбы, мм; - угол подъема резьбы, определяется из соотношения: 2 ПP CP S tg r , где S – шаг резьбы, мм; ПP – приведенный угол трения, 140 З U Р Р , где U Р - усилие на рукоятке винтового зажима, назначают U Р ≤ 147 Н. Условие самоторможения: ≤ 6°40'. Для стандартных метрических резьб: 2°…4°, поэтому все механизмы с метрической резьбой самотормозящие. При расчете винтов с плоской пятой учитывается трение на торце винта. Для кольцевой пяты 3 3 2 2 1 ( ) 3 З U СР ПР K P P D d r tg f D d , где D – наружный диаметр опорного торца, мм; d – внутренний диаметр опорного торца, мм; f – коэффициент трения. С плоскими торцами 1 ( ) 3 З U СР ПР L P P r tg f D , 65 З U P P , 147 U P Н. Для винта с башмаком 1 ( ) 2 2 З U СР ПР L P P r tg f D ctg , где f= 0.1, = 120°, ПР = 6°34' 65 З U P P , 147 U P Н. Материал: сталь 35 или сталь 45 с твердостью HRC 30…35 и точностью резьбы по третьему классу. Клиновые зажимы. Применяются следующие конструктивные варианты клина: 1) плоский односкосый клин (рис. 2.2); 2) двускосый клин (рис. 2.3); 3) круглый клин (рис. 2.4); 4) кривошипный клин в форме эксцентрика или плоского кулачка с рабочим профилем, очерченным по архимедовой спирали (рис. 2.5); 5) винтовой клин в форме торцевого кулачка, здесь односкосый клин как бы свернут в цилиндр: основание клина образует опору, а его наклонная плоскость - винтовой профиль кулачка (рис. 2.6); 6) самоцентрирующие клиновые механизмы (патроны, оправки), причем в них не используются системы из трех и более клиньев. Рис. 2.2.Плоский односкосый клин Рис. 2.3.Двускосый клин Рис. 2.4.Круглый клин Рис. 2.5.Кривошипный клин: а) в форме эксцентрика; б) в форме плоского кулачка Рис. 2.6. Условие самоторможения клина Для клина с трением только по наклонной поверхности условие самоторможения: < φ; с трением на двух поверхностях: < φ + 1 Имеем 0,1 f tg , 5 43 или 0,15 f tg , φ =8°30'. Тогда условие самоторможения для клина с трением на двух поверхностях < 11° (при f 0,1); < 17° (при f 0,15); для клина с трением только на наклонной поверхности < 5°43' (при f 0,1); < 8°30' (при f 0,15). С трением на двух поверхностях 1 ( ( ) ) U З P P tg tg С трением только на наклонной поверхности ( ) U З P P tg Эксцентриковые зажимы являются быстродействующими, но развивают меньшую силу, чем винтовые. Обладают свойством самоторможения (рис. 2.7). Рис. 2.7.Схемы для расчета эксцентриков Основной их недостаток - не могут надежно работать при значительных колебаниях размеров между установочной и зажимаемой поверхностью обрабатываемых деталей. Усилие закрепления 1 1 ( ) З U l P P p tg tg Для расчетов принимают 1 0.1 tg tg , 1 = 5°43', = 4°, 2 D p При l ≈ 2Dрасчет можно производить по формуле 12 З U P P Условие самоторможения эксцентрика 14 2 D , max 11 °. Обычно принимают max ≤ 8°30'. Материал: сталь 20Х с цементацией на глубину 0,8...1,2 мм и закалкой до HRC 50…60. Цанги представляют собой пружинящие гильзы (рис. 2.8). Их применяют для установки заготовок по наружным и внутренним цилиндрическим поверхностям: ( ) ( ) 2 U З P Q P tg , где З P – сила закрепления заготовки; Q – сила сжатия лепестков цанги; φ - угол трения между цангой и втулкой. Устройства для зажима деталей типа тел вращения. Кроме цанги для зажима деталей, имеющих цилиндрическую поверхность, применяют разжимные оправки, зажимные втулки с гидропластом, оправки и патроны с тарельчатыми пружинами, мембранные патроны и другие. Консольные и центровые оправки применяют для установки с центральным базовым отверстием втулок, колец, шестерен, обрабатываемых на многорезцовых шлифовальных и других станках. При обработке партии таких деталей требуется получить высокую концентричность наружных и внутренних поверхностей и заданную перпендикулярность торцов к оси детали. Рис. 2.8.Цанга В зависимости от способа установки и центрирования обрабатываемых деталей консольные и центровые оправки можно подразделить на следующие виды: 1) жесткие (гладкие) для установки деталей с зазором или натягом; 2) разжимные цанговые; 3) клиновые (плунжерные, шариковые); 4) с тарельчатыми пружинами; 5) самозажимные (кулачковые, роликовые); 6) с центрирующей упругой втулкой. Рис. 2.9.Конструкции оправок: а) гладкая оправка; б) оправка с разрезной втулкой На рис. 2.9, а показана гладкая оправка 2, на цилиндрической части которой установлена обрабатываемая деталь 3. Тяга 6, закрепленная на штоке пневмоцилиндра, при перемещении поршня со штоком влево головкой 5нажимает на быстросменную шайбу 4и зажимает деталь 3на гладкой оправке 2. Оправка конической частью 1 вставляется в конус шпинделя станка. При зажиме обрабатываемой детали на оправке осевая сила Q на штоке механизированного привода вызывает между торцами шайбы 4, уступом оправки и обрабатываемой деталью 3момент от силы трения, больший, чем момент М рез от силы резания Р z . Зависимость между моментами 1 ( ) ( ) 4 2 U Z Z P f D d D KP KP R , откуда сила на штоке механизированного привода 1 2 ( ) Z KP D Q D d f По уточненной формуле 3 3 1 2 2 1 2 ( ) 3 Z U KP D P D d f D d , где K = 1.5…2.0 — коэффициент запаса; Р z — вертикальная составляющая сила резания, Н (кгс); D — наружный диаметр поверхности обрабатываемой детали, мм; 1 D — наружный диаметр быстросменной шайбы, мм; d — диаметр цилиндрической установочной части оправки, мм; f = 0,1...0,15- коэффициент трения сцепления. На рис.2.9, б показана оправка 2с разрезной втулкой 6, на которой устанавливают и зажимают обрабатываемую деталь 3. Конической частью 1оправку 2 вставляют в конус шпинделя станка. Зажим и разжим детали на оправке производят механизированным приводом. При подаче сжатого воздуха в правую полость пневмоцилиндра поршень, шток и тяга 7 движутся влево и головка 5 тяги с шайбой 4 перемещает разрезную втулку 6 по конусу оправки, пока она не зажмет деталь на оправке. Во время подачи сжатого воздуха в левую полость пневмоцилиндра поршень, шток и тяга перемещаются вправо, головка 5 с шайбой 4отходят от втулки 6 и деталь разжимается. Крутящий момент от вертикальной силы резания Р z должен быть меньше момента от сил трения на цилиндрической поверхности разрезной втулки 6 оправки. Осевая сила на штоке механизированного привода (см. рис. 2.9, б): ( ) ( ) Z U KP P tg f df , где = 15° - половина угла конуса оправки, град; φ = 6° - угол трения на поверхности контакта оправки с разрезной втулкой, град; f = 0,15...0,2 -коэффициент трения. Оправки и патроны с тарельчатыми пружинами применяют для центрирования и зажима по внутренней или наружной цилиндрической поверхности обрабатываемых деталей. На рис. 2.10, а, б, соответственно, показаны консольная оправка с тарельчатыми пружинами и тарельчатая пружина. Оправка состоит из корпуса 7, упорного кольца 2,пакета тарельчатых пружин 6, нажимной втулки 3 и тяги 1, соединенной со штоком пневмоцилиндра. |