1.2.3 Установочно-зажимные механизмы приспособлений

Установочно-зажимные механизмы предназначены для повышения точности ориентации заготовки в пространстве. Они выполняют одновременно функции установочных и зажимных элементов. Установочно-зажимные механизмы могут быть ориентирующие, определяющие одну плоскость симметрии детали и самоцентрирующие, определяющие две взаимно перпендикулярные плоскости. Самоцентрирующие механизмы различают между собой формой рабочей поверхности подвижных элементов, контактируемых с базовой поверхностью детали, конструкцией механизма, обеспечивающего взаимосвязное их движение и приводом механизма.

П о первому признаку различают призматические и кулачковые механизмы. По второму признаку – винтовые, реечно-зубчатые, спирально-реечные, клиновые (клино-плунжерные и клино-шариковые), с упругодеформируемыми элементами (разрезными втулками, цанговые, мембранные, гидропластовые). По третьему признаку различают пневматические, гидравлические, электрические и магнитные приводы. Границы применимости различных по конструкции механизмов определяются двумя их характеристиками: величиной погрешности центрирования и величиной создаваемой силы зажима. Погрешность установки заготовки в самоцентрирующем приспособлении (погрешность центрирования) проявляется в виде несовпадения осей обрабатываемой и базовой поверхностей и обусловлена неточностью изготовления и износом деталей механизма самоцентрирования. Например, патроны с клино-плунжерными механизмами обеспечивают точность центрирования 0.3…0.5 мм, цанговые – 0.02…0.05мм, а мембранные патроны – 0.003…0.007мм.

Выбор формы рабочей поверхности подвижных элементов, конструкции самоцентрирующего механизма и привода определяются: формой, размерами и состоянием базовых поверхностей детали, условиями ее обработки и требуемой точностью центрирования.

Многообразие конструкций и условий применения самоцентрирующих механизмов предъявляют и разнообразные к ним требования, которые можно свести к двум основным – обеспечению требуемой точности центрирования и надежного закрепления детали.

1.2.4 Приводы зажимных устройств приспособлений.

Приводы предназначены для механизации зажимных и установочно-зажимных устройств приспособлений.

По внешнему источнику энергии приводы могут быть:

1 Механические и механогидравлические.

2 Пневматические.

3 Гидравлические.

4 Пневмогидравлические.

5 Электрические.

6 Магнитные.

7 Вакуумные.

Для всех приводов, основными техническими характеристиками являются развиваемое усилие, длина перемещения рабочего органа и время срабатывания.

1.Механические и механогидравлические приводятся в действие мускульной силой рабочего.

2.Пневматический привод. Источником энергии для них служит сжатый воздух. Диапазон давление воздуха в пневмосистеме Р_в=0.4…1.0 МПа, а рабочее давление составляет Р_вр=0.4 МПа. Они могут выполняться в виде поршневых пневмоцилиндров, одно- и двухстороннего действия, и пневмокамерами с плоской и выпуклой диафрагмой одно- и двухстороннего действия.

Сила, развиваемая поршневым приводом двустороннего действия, определяется по формуле:

,

где D - диаметр цилиндра, мм;

p - рабочее давление воздуха в пневмосистеме, МПа;

- к.п.д. , =0.85…0.9.

Диапазон перемещения поршня составляет L=10…2500 мм. Время срабатывания находится в пределах T=0.5…1.2 сек.

Сила, развиваемая поршневым приводом одностороннего действия с возвратом поршня в исходное положение пружиной, определяется по формуле:

,

где N- сила, затрачиваемая на деформацию пружины (принимается ).

Сила, развиваемая поршневым приводом тянущего типа, определяется по формуле:

,

где d- диаметр штока, мм.

Пневмодвигатели широко применяются в различных приспособлениях и не имеют ограничений по типам производства. Пневмокамеры применяются при малой длине рабочего хода штока.

2.Гидравлический привод. Источником энергии для них служит масло под давлением Р=2…16 МПа. Они бывают одно- и двухстороннего действия. Сила, развиваемая приводом, определяется по аналогичным с пневмоприводами поршневого действия формулам, только вместо рабочего давления воздуха подставляется давление масла в гидросистеме.

Перемещение рабочего органа до 100мм. Время срабатывания составляет несколько секунд (в зависимости от температуры окружающей среды).

Гидроприводы применяются преимущественно на станках с гидрофицированной подачей при необходимости больших сил зажима и плавного перемещения рабочего органа.

3.Пневмогидравлический привод. Источником энергии у них является сжатый воздух под давлением воздуха Р=0.4МПа.

Сила, развиваемая на штоке рабочего гидроцилиндра, определяется по формуле:

,

где и - диаметры, соответственно, поршня и штока пневмоцилиндра, мм;

- диаметр рабочего гидроцилиндра, мм;

- рабочее давление воздуха;

- к.п.д. пневмогидроусилителя.

Длина перемещения штока рабочего гидроцидиндра определяется из зависимости:

,

где - длина перемещения штока пневмоцилиндра.

Время срабатывания составляет несколько секунд.

Пневмогидравлические приводы применяются преимущественно при условиях тяжелого резания.

4.Электрические приводы. Источником энергии у них является электрический ток.

Электрические приводы применяются в тех случаях, когда затруднено применение пневмо- и гидроприводов.

5.Магнитный привод. По конструктивному исполнению они делятся на электромагнитные и приводы с постоянными магнитами. В электромагнитных приводах источником энергии является электрический ток. Сила, развиваемая приводом, рассчитывается по формуле:

,

где В - плотность магнитного потока, вб;

S-площадь заготовки, на которую распространяется магнитный поток, см².

В ремя срабатывания составляет десятые доли секунды.

Электромагнитные приводы применяются при чистовой обработке.

Постоянные магнитные приводы не имеют внешнего источника энергии. Сила, развиваемая приводом, составляет 150Н на см² площади контакта заготовки с поверхностью магнита. Время срабатывания и область применения аналогичны электромагнитным приводам.

6.Вакуумный привод. Источником энергии является атмосферное давление (вакуум в системе 0.01…0.015 МПа). Сила, развиваемая приводом, составляет 9Н на активной площади заготовки, контактируемой с плоскостью вакуума. Время срабатывания, в зависимости от способа откачки воздуха лежит в пределах от долей секунды до нескольких секунд. Вакуумный привод применяется при чистовой и отделочной обработках.

Критериями выбора разного вида приводов являются: необходимые условия обработки, сила закрепления детали, длина хода рабочего органа привода и время срабатывания. Кроме того, выбор привода обусловлен доступностью внешнего источника энергии, простотой конструкции и ремонта.

Большое многообразие конструкции одного и того же вида привода также вызвано большим многообразием условий производства. Рассмотрим в качестве примера три конструкции пневмодвигателей из имеющихся десятков типов. На рисунке.1 представлены схемы пневмодвигателей, а на рисунке 2 зависимости сил, развиваемых на штоке привода, от длины рабочего хода штока при одинаковых диаметрах рабочей полости привода. Из рис видно, что в момент выпуска воздуха в полость, величина силы на штоке будет макс имальной и равной для всех рассматриваемых конструкций. По мере перемещения штока сила, развиваемая приводом, для пневмодвигателя двухстороннего действия (рабочий и холостой ход осуществляется под действием сжатого воздуха) сохраняется практически постоянной на всей длине хода штока с поршнем. Для пневмодвигателя одностороннего действия, где возврат поршня со штоком в исходное положение обеспечивается пружиной, величина силы на штоке уменьшается по мере его перемещения. Обычно подбирают параметры пружины таким образом, чтобы сила на ее деформацию составляла не более 20% от силы, создаваемой на штоке привода. В случае привода с плоской диафрагмой по мере перемещения штока увеличиваются затраты энергии на деформацию диафрагмы и при длине хода, равным максимальной величине деформации диафрагмы, вся энергия воздуха расходуется на ее деформацию, а сила зажима, развиваемая приводом, становится равной нулю. Таким образом, наибольшую длину хода рабочего органа при равных габаритах цилиндров обеспечивает пневмодвигатель двухстороннего действия. Вместе с тем пневмодвигатель одностороннего действия требует на 40% меньше расхода сжатого воздуха по сравнению с первым. Применение пневмокамер эффективно при малой длине хода рабочего органа, так как они более просты по конструкции, компактны, бесшумны, удобнее с точки зрения ремонтопригодности по сравнению с пневмоцилиндрами.

В общем случае применение пневматических приводов целесообразно, когда величина силы зажима не превышает Н. Применение гидравлических приводов эффективно при необходимости больших сил (более Н) и плавного перемещения рабочего органа на станках с гидрофицированной подачей инструмента.

Пневмогидроусилители соединяют в себе преимущества пневматических и гидравлических приводов, но имеют малую величину перемещений рабочего органа и более сложную конструкцию.

Электроприводы используются, когда затруднено или нецелесообразно применение пневматических и гидравлических приводов.

Магнитные и вакуумные зажимы применяют на чистовых операциях.

При выборе компоновки зажимных устройств и приводов необходимо учитывать следующие требования:

1 Элементы зажима и привода не должны загромождать зоны обработки; обеспечивать систему манипуляций при установке, закреплении, раскреплении и снятии заготовки; подводе и отводе режущего инструмента; обзора зоны обработки.

2 Элементы зажима и привод должны обеспечивать доступ к обработанным поверхностям при использовании средств активного контроля.

3 В зажимных устройствах и приводах должны предусматриваться самотормозящие или блокировочные устройства, исключающие возможность раскрепления заготовки в процессе обработки.

4 Элементы зажима и привод не должны препятствовать удалению стружки из зоны обработки и приспособления.

5 Следует отдавать предпочтение наиболее доступным источникам энергии, в том числе, имеющимся на станке, где будет выполняться обработка.