Характеристика установочных устройств приспособления

Положение заготовки в приспособлении определяется базирующими (установочными) элементами, на которые она устанавливается, а затем прижимается при закреплении. Использование тех или иных конструкций установочных элементов определяется в основном формой и состоянием баз заготовки, ее размерами, точностью обработки. Количество и расположение установочных элементов выбирается в соответствии с принятой схемой установки.

Для установки заготовок в приспособлении плоскими поверхностями рекомендуется использовать постоянные точечные опоры (ГОСТ 13440-68, ГОСТ 13441-68), регулируемые точечные опоры (ГОСТ 4084-68, ГОСТ 4086-68), пластины опорные (ГОСТ 4743-68), сектора, кольца, ложементы.

Для установки заготовки на необработанную плоскую поверхность применяют постоянные опоры со сферической или насеченной головкой, на обработанную – постоянные опоры с плоской головкой. Опоры с насеченной головкой применяют для установки заготовки по необработанным боковым поверхностям вследствие того, что они обеспечивают более устойчивое положение заготовки и позволяют затрачивать меньше сил для ее закрепления. При использовании таких опор в качестве горизонтальных следует учитывать трудность очистки их от стружки. Опоры с плоскими головками после их запрессовки в корпус приспособления одновременно шлифуются, в связи с чем у них по размеру высоты головки оставляется припуск 0,2-0,3 мм на шлифование после сборки.

Р и с. 2.1.1. Опорные штыри

а – с плоской головкой; б – насечённой головкой;

в – с переходной втулкой.

Опорные площадки в корпусе под головки опор должны слегка выступать и обрабатываться одновременно, чем обеспечивается расположение их в одной плоскости.

Для обеспечения устойчивого положения заготовки в приспособлении расстояние между опорами следует брать по возможности наибольшим. С увеличением расстояния между опорами уменьшается влияние макрогеометрических погрешностей баз на положение заготовки в приспособлении.

При установке на три опоры, постоянные опоры следует располагать так, чтобы образующийся так называемый «опорный треугольник» обеспечивал бы наибольшую жесткость установки и закрепления заготовки.

Постоянные опоры можно устанавливать в стальные закаленные переходные втулки, запрессованные в отверстия корпуса. Корпуса с переходными втулками обеспечивают быструю замену износившихся опор. При конструировании опор необходимо предусматривать возможность удаления изношенной точечной постоянной опоры. С этой целью отверстия для опор следует делать сквозными.

Регулируемые опоры ввертывают в корпус на резьбе и стопорят в нужном положении контргайкой. Их регулируют для компенсации износа и при переналадке приспособления.

Рис 2.1.2. Конструкции винтовых регулируемых опор:

а – с лыской под ключ; б – с шестигранной головкой;

в- с круглой головкой; г – усиленные опоры.

Материал всех опор диаметром D £ 12 мм – сталь У 7А, D > 12 мм – сталь 20Хс последующей цементацией на глубину 0,8-1,2 мм и закалкой до твердости HRC 60-65.

К недостаткам установки на точечные опоры относится возможность повреждения баз заготовки при больших силах закрепления, а также возможно смещение (осадка) заготовок, обусловленное деформациями в месте касания опор с базами.

При установке по обработанным базам несущие поверхности опор увеличивают, например, обработанную плоскую поверхность можно устанавливать на опоры с плоской головкой или на пластины опорные. Заготовки средних и небольших размеров устанавливают на опоры, заготовки больших размеров – на пластины.

Опорные пластины применяются двух типов: плоские и с наклонными пазами.

Р и с. 2.1.3. Опорные пластины

а – плоские; б – с наклонными пазами.

Наибольшей точности отвечает размер по высоте пластины с предельными отклонениями по h6, что для пластины с высотой 14…40 мм составляет 0,01…0,016 мм. Для повышения точности установки допускается опорные пластины изготавливать с припуском 0,2…0,3 мм для последующего шлифования их при сборке приспособления.

Материал опорных пластин – сталь 20Х с последующей цементацией и закалкой до твердости HRC 55….60.

Опорные пластины закрепляются в корпусе приспособления двумя или тремя винтами М6, М8, М10 и М12 в зависимости от размеров поперечного сечения. Для облегчения передвижения заготовки, а также безопасной очистки приспособления от стружки вручную на рабочей поверхности пластины делают фаску под углом a = 45°. Головки винтов утопают на 1…2мм и в эти углубления западает стружка. Поэтому пластины целесообразно применять только в качестве вертикальных и верхних опор. Для устранения указанных недостатков применяют опорные пластины, у которых поверхность для крепежных винтов вынесена за рабочую поверхность.

Р и с. 2.1.4. Опорные пластины

Стремление получить более компактную конструкцию привело к созданию пластин с косыми углублениями (наклонными пазами) для отверстий под винты. Косое расположение пазов позволяет непрерывно направлять заготовку при перемещении ее по пластинам, если такое перемещение необходимо и способствует эффективной очистке установочной базы заготовки. В отношении очистки косых углублений от стружки эти пластины менее удобны.

Для установки заготовки по отверстиям применяют установочные пальцы (рис. 2.1.5). По конструкции различают конические, цилиндрические, длинные, короткие, с буртиком, без буртика, постоянные или сменные конструкции, цилиндрические постоянные (ГОСТ 12209-68), срезанные постоянные (ГОСТ 12210-68), срезанные сменные (ГОСТ 12212-68).

а б в

Рис.2.1.5. Установочные пальцы

а, б – постоянные; в – сменные

Пальцы диаметром до 16 мм изготавливают из стали У 7, У 7А, свыше 16 мм – из стали 20Х с последующей цементацией на глубину 0,8-1,2 мм и закалкой до твердости HRC 55…60. точность рабочей поверхности пальцев обеспечивается с допустимыми отклонениями по g5, g6, f6, f7, e9 и т. д.

Рис. 2.1.6. Конструкции установочных пальцев

Установку заготовок наружной цилиндрической поверхностью осуществляется в патроны кулачковые и цанговые, во втулки, в призмы и др.

Призма – установочный элемент в виде паза, рабочие поверхности которого наклонены под углом a.

Стандартные призмы изготавливают по ГОСТ 12195-66: угол a= 90°, 60°, 120°.

Призмы при сборке необходимо точно устанавливать в заданном положении. Поэтому в дополнение к крепежным винтам предусматриваются два контрольных штифта, которые точно, без зазора, пригоняют как по отверстиям корпуса, на котором она устанавливается.

Подвижные установочные призмы монтируют в П-образных направляющих колодках по ГОСТ 12198-66 по посадке .

Р и с. 2.1.7. Призма

Иногда для уменьшения числа лишающих заготовку степеней свободы используют нестандартные конструкции призм: длинную (D < L) качающуюся; короткую (D > L) качающуюся; длинную свободно поворачивающуюся на цапфе, ось которой расположена перпендикулярно оси заготовки; короткую свободно поворачивающуюся и др.

Центры - применяются при обработке на токарных, шлифовальных, фрезерных станках для установки на станке, например, деталей типа валов. Передняя рабочая часть центра выполняется в виде конуса с углом 60° и 75°, задняя в виде конуса Морзе. По положению во время обработки центра подразделяются на неподвижные (упорные), вращающиеся и плавающие (обычно передние центра).

Р и с. 2.1.8. Центр

Условия работы переднего и заднего центров различны. Передний вращается, задний нет, передний воспринимает нагрузки сжатия и изгиба, касательные напряжения среза (от веса заготовки, от сил резания, от центробежных сил и т.д.) на заднем центре кроме этих напряжений возникают еще касательные напряжения от кручения, момента трения между центром и обрабатываемой заготовкой. Но эти напряжения по переднему и заднему центру изменяются по разным законам. На переднем центре по симметричному закономерному циклу, а на заднем – по пульсирующему знакопеременному циклу. Кроме того, задний центр сильно изнашивается под действием вращения на нем заготовки, при этом изнашивается и центровое отверстие. При больших скоростях разогревается задний центр и конец заготовки, а это ведет к усиленному износу центра и к большим погрешностям обработки.

Для уменьшения погрешностей применяются вращающиеся задние центры. Они надежно воспринимают нагрузку и радиальные силы, должны иметь минимальный вылет, возможность регулировки подшипников и шлифования конуса после сборки, хорошую смазку, достаточную устойчивость против радиальных колебаний, возможность компенсации удлинения обрабатываемой заготовки от нагрева и удобство при сборке.

Получение заданной точности обработки зависит от точности выполнения центров и центровых отверстий. Центры станков, а также центровые отверстия в деталях должны быть строго круглыми (отклонения допускаются в пределах 1…2 мм). При несоблюдении этого условия заготовки не имеют достаточной опоры и, смещаясь под действием сил резания, копируют неточность центровых опор. Кроме того, на точность установки заготовок влияет несовпадение углов конусности отверстий и центров, их не соосность и не параллельность, а также шероховатость центровых отверстий.

При установке заготовки в центрах возникают погрешности базирования – осевая и радиальная. Осевая погрешность устраняется применением плавающего переднего центра. Величина осевой погрешности зависит от допуска Т_Ц на диаметр центрового отверстия и угла конуса центра a:

Радиальная погрешность базирования возникает из-за несовпадения оси центров с геометрической осью детали и имеет место только при выполнении первого перехода. Обычно применяют

где Т_Д - допуск на диаметр обрабатываемой поверхности детали.

При повышенных требованиях к точности обработки и при обработке закаленных деталей центровые отверстия с прямолинейной образующей ГОСТ 14034-74 исправляют с помощью абразивных инструментов – конусов, заправленных по форме отверстия (рис. 2.17.) При выполнении особо точных работ применяют твердосплавные притиры с прорезями на конусе для доводки центровых отверстий. Угол конуса центрового отверстия равняется 60°.

Центровое отверстие с прямолинейной образующей по ГОСТ 14034-74 не обеспечивает точное сопряжение конусов центрового отверстия и центра, что ведет к снижению точности обработки.

Р и с. 2.1.9. Центровые отверстия

С целью повышения точности обработки применяют центровые отверстия и центровые фаски формы R, у которых базирующая поверхность имеет выпуклую дугообразную образующую несущего конуса без предохранительной фаски (рис. 2.1.7). Преимуществом формы центрового отверстия (ГОСТ 14034-74) является нечувствительность к угловым погрешностям конусного центра и лучшее удержание смазки; исключается возможность кромочного контакта между поверхностями центровых отверстий и центров станка; отпадает необходимость в жестких допусках на углы центровых отверстий и центров станка, поскольку зона контакта между ними лежит в глубине отверстий, и положение ее мало зависит от ошибок углов конуса центров станка самих отверстий и их взаимного положения.

Обычно для получения центровых отверстий формы R и фасок используют комбинированные сверла, конические зенковки и специальный инструмент. Высококачественные центровые отверстия получают либо выдавливанием, либо путем предварительной обработки лезвийным инструментом и последующей обработки их поверхностным пластическим деформированием (ППД). Некруглость базирующей поверхности центровых отверстий, получаемых лезвийной обработкой в 5…7 раз больше некруглости центровых отверстий, получаемых с помощью ППД.

Радиальное биение шлифованных закаленных и незакаленных валов с выдавленными центровыми отверстиями меньше 1 мкм, в то время как у засверленных отверстий оно составляет от 2 до 8 мкм.

Повышение точности установки заготовки в отдельных случаях достигается применением сферических центров, которые имеют те же преимущества, что и центровые отверстия с выпуклой образующей.

Р и с. 2.1.10. Сферический центр

Следует помнить, что деталь не может быть обработана (например, прошлифована) с большей точностью, чем она сцентрирована на станке. Поэтому периодически необходимо перешлифовывать центры, своевременно смазывать и создавать их в безукоризненной чистоте.

Для центров нормальной точности предельное радиальное биение поверхности рабочего конуса (a = 60° и α =75°) относительно оси хвостовика не должно превышать 0,01 мм, а для центров повышенной точности – 0,005мм. Для вращающихся центров нормальной точности радиальное биение конуса центрового вала не должно превышать 0,015мм для нормальной серии и 0,020мм – для усиленной.

Материал упорных центров и полуцентров - сталь У 10 А, 40Х с последующей термообработкой до твёрдостиHRC 55-60. для повышения износостойкости центры выполняют со вставками из твердых сплавов.

а б в г

Р и с. 2.1.11. Конструкции центров

а – жесткий центр; б – схема установки; конической фаской центр на

срезанный центр; в – специальный центр с тремя узкими ленточками;

г – поводковый центр, передающий крутящий момент от вдавливания

рифлений в поверхность конической фаски при приложении

к центру осевой силы

2.2. Требования к установочным элементам

приспособлений

Общие требования, предъявляемые к установочным элементам, определены необходимостью уменьшить погрешности, влияющие на точность изготовления детали при использовании приспособлений.

Все установочные элементы (постоянные опоры, пластины, призмы, пальцы и т.п.) должны отвечать следующим требованиям:

1. Длительное сохранение точности размеров и их взаимного расположения.

2. Число и расположение установочных элементов должны обеспечить необходимое базирование заготовки, устойчивость и жесткость ее закрепления (излишнее число установочных элементов всегда приводит к появлению неопределенности базирования).

3. Рабочие поверхности установочных элементов должны быть небольших размеров, это необходимо для уменьшения влияния величины неточности изготовления технологической базы и ее макронеровностей на величину погрешности базирования.

4. Установочные элементы не должны портить базы заготовки при установке по обработанным поверхностям, это требование ограничивает стремление свести контакт установочных элементов с базой к точке, которая вытекает из предыдущего требования.

5. Установочные элементы должны быть жесткими и обеспечивать сопряжения их с корпусом приспособления, это требование зависит от необходимости уменьшить влияние собственных деформаций установочных элементов и других контактных деформаций в их сопряжениях с корпусом приспособления на величину погрешности закрепления заготовки.

6. Высокая износоустойчивость (это необходимо для уменьшения влияния износа установочных элементов).

7. Возможность быстрой и легкой замены. При правильном выборе установочных элементов можно свести погрешность установки заготовки к минимуму.

3. ЗАЖИМНЫЕ УСТРОЙСТВА ПРИСПОСОБЛЕНИЙ.

3.1. Назначение зажимных устройств приспособлений

Основное назначение зажимных устройств (ЗУ) приспособлений - обеспечение надёжного контакта заготовки с установочными элементами, предупреждение её смещения и вибраций в процессе обработки. Введением дополнительных ЗУ увеличивают жесткость технологической системы, что повышает точность и производительность обработки. ЗУ используют также для обеспечения правильной установки и центрирования заготовки. В этом случае они выполняют функцию установочно-зажимных устройств (самоцентрирующиеся патроны, цанговые, плунжерные и другие устройства). Необходимость закрепления заготовок отпадает, если её масса велика, а силы резания малы (например, при сверлении малых отверстий в тяжелой станине), а также в том случае, когда силы, возникающие при обработке, прижимают заготовку к установочным элементам.

Для закрепления заготовок, обрабатываемых на металлорежущем оборудовании, используют ЗУ различной конструкции, которые должны удовлетворять следующим требованиям:

1. Не должно нарушаться положение заготовки, достигнутое при базировании. Для устранения возможного сдвига заготовки при закреплении силу закрепления следует направлять перпендикулярно к поверхности установочного элемента, в отдельных случаях можно направлять так, чтобы заготовка одновременно прижималась к поверхностям двух установочных элементов.

2. Закрепление должно быть надёжным, чтобы во время обработки положение заготовки сохранялось неизменным. Не должно быть вибраций, смещения заготовок. Для уменьшения вибрации место крепления заготовок приближают к месту обработки, увеличивают число мест закрепления заготовки.

3. Недопустимы деформации заготовок и смятие их поверхностей при закреплении. Для этого силы закрепления должны пересекать поверхности опор, а точки их приложения надо выбирать по условию наибольшей жесткости в наиболее устойчивых местах во избежание изгиба заготовок. Для уменьшения смятия поверхностей заготовок силу закрепления необходимо прикладывать в нескольких точках. Для этого используют в местах контакта заготовок с зажимными элементами качающиеся пяты, коромысла.

4. ЗУ должны обеспечивать равномерность зажима, особенно в многоместных приспособлениях при закреплении нескольких заготовок.

5. Закрепление и открепление заготовок должно быть с минимальной затратой сил и времени.

6. Надежность в работе, простота конструкции, удобство и безопасность в обслуживании.

7. Силы резания не должны по возможности восприниматься ЗУ, они должны восприниматься боле жесткими установочными элементами. Это позволяет уменьшить силу закрепления, при этом уменьшается смятие поверхностей и деформация заготовки при закреплении, а также появляется возможность применять более компактные ЗУ.

8. Зоны загрузки и съёма заготовок должны быть свободными.

9. Для повышения точности обработки предпочтительны ЗУ, обеспечивающие постоянную величину силы закрепления.

Несоблюдение любого из этих правил может привести к возникновению погрешностей обработки, а изменение положения заготовки в процессе резания – к поломке режущего инструмента и травматизму.

В технологической оснастке используют как простые, так и сложные конструкции ЗУ. Простые ЗУ состоят из одного или нескольких элементов. К ним относятся винтовые (сила закрепления создается с использованием резьбовых деталей), эксцентриковые (сила закрепления создается криволинейными кулачками), рычажные (сила закрепления создается рычагами первого и второго рода), клиновые и другие ЗУ, приводящиеся в действие в ручную. Сложные зажимные механизмы состоят из многих элементов. К этим механизмам относятся рычажно-шарнирные, клинорычажные, клиноплунжерные и прочие ЗУ, которые работают от силового привода. Нередко в качестве силового источника используются силы резания, которые возникают в процессе обработки, центробежные силы вращающихся частей приспособления и силы, приводящие в движение рабочие органы станков. Например, силы подачи столов фрезерных станков, ползунов строгальных станков.

ЗУ должны не только развивать необходимую силу для закрепления заготовки, но и сохранять эту силу в процессе всей обработки даже в случаях, когда источник энергии после развития необходимой силы отключается до момента очередного закрепления. Следовательно, в ЗУ должна быть самотормозящаяся кинематическая пара.

Свойствами самоторможения обладают винтовые, клиновые, эксцентриковые самотормозящиеся кинематические пары. В приспособлениях с ручным приводом они обеспечивают безопасную работу и освобождают рабочего на время выполнения данной операции. Это создает возможность многостаночного обслуживания. В механизированных и автоматизированных приспособлениях самотормозящиеся кинематические пары позволяют, кроме того, повысить эффект привода и разгружая его на время обработки, экономить энергию.

Повышение производительности обработки в значительной степени обусловлено внедрением механизации и автоматизации технологических процессов, оснащением производства специальными и переналаживаемыми приспособлениями. Степень оснащения различных производств приспособлениями не одинакова. В крупносерийном и массовом производстве она значительно выше, чем в мелкосерийном, и именно этим в основном и объясняется тот факт, что трудоёмкость изготовления деталей в крупносерийном и массовом производстве в 2-3 раза, а иногда и в 5 раз меньше, чем в мелкосерийном и единичном производстве. Мелкосерийное производство характеризуется частой сменяемостью производства, малой партией обрабатываемых деталей. В связи с этим не представляется возможным использовать в таком типе производства высокопроизводительные специальные приспособления, предназначенные для выполнения одной операции. Необходимы переналаживаемые приспособления, которые после незначительного изменения путем переналадки можно было бы использовать многократно для осуществления различных операций. Переналаживаемые приспособления широко применяются на станках с ЧПУ, многоцелевых станках с ГПС. Особенно важным при проектировании и изготовлении таких приспособлений является расчет надежности закрепления заготовок и выбор типа зажимных устройств. В электронном учебном пособии представлены материалы, касающиеся данного вопроса, которые будут полезны при выполнении дипломных проектов.

3.2. Методика расчёта сил закрепления заготовки

---

Дата добавления: 2015-09-02