Справочная информация

1. Для осуществления практически любого технологического процесса (ТП) в машиностроительном производстве необходимо применение совокупности орудий производства, называемых СТО. Тех­нологическим оборудованием называют СТО, в которых для выпол­нения определенной части ТП размещаются материалы или заготовки, а также средства воздействия на них. СТО, дополняющие технологическое оборудование для выполнения определенной части ТП, называют технологической оснасткой (режущий инструмент, штампы приспособления, калибры и т.д.). Приспособлением называют вспомогательное устройство для выполнения операций механической об­работки, сборки, испытания и контроля. Наибольшую группу (около 70%) составляют приспособления для выполнения для механической обработки на станках.

В зависимости от целевого назначения различают станочные приспособления для установки и закрепления заготовок, а также для установки и закрепления инструментов, сборочные приспособления; приспособления для контроля и испытания деталей и узлов. По степени специализации приспособления подразделяются на универсальные, переналаживаемые и специальные.

Переналаживаемые (обратимые) приспособления применяют в мелко- и среднесерийном типах производства.

К приспособлениям предъявляют ряд требований. Они должны обеспечивать необходимую точность; быть удобными, эффективными и безопасными в работе; обеспечивать необходимую жесткость; быть простыми и удобными при регулировке и ремонте; обеспечивать тре­буемое положение детали или инструментов относительно рабочих органов.

Основными элементами приспособления являются: установоч­ные, для закрепления заготовок, для направления инструмента и кон­троля его положения, а также вспомогательные устройства и корпуса приспособлений.

Задача конструирования приспособлений вытекает из общей за­дачи проектирования ТП изготовления изделий. В основу проектиро­вания станочных приспособлений положена теория расчета точности обработки. Исходя из условия, что суммарная погрешность обработки не должна превышать допуск выдерживаемого размера Т, т.е. , допустимую погрешность, вызываемую применением приспо­собления, можно определить из неравенства

где - суммарная погрешность, связанная с геометрическими отклонениями оборудования; - погрешность, вызванная упругими деформациями технологической системы, - погрешность настройки технологической системы; - погрешность, возникающая в результате размерного износа режущего инструмента; - погрешность, вызываемая тепловыми деформациями технологической системы; и соответственно погрешности базирования и закрепления заготовки.

2. Основными видами поверхностей заготовок, которые могут быть использованы в качестве технологических баз, являются: плоские поверхности, наружные и внутренние цилиндрические поверхности,

конические (центровые) и криволинейные (эвольвентные) поверхности. При установке заготовки на плоские технологические базы применяются следующие основные схемы и установочные элементы:

Для установки небольших по размерам заготовок на черновые или предварительно обработанные базовые поверхности применяют точечные постоянные опоры (рис. 6). Опоры с насеченной или сферической опорой применяют для установки по черновым поверхностям. При установке на предварительно обработанные поверхности рекомендуется использовать плоские точечные опоры. Размеры точечных опор нормализованы, и выбирают их в зависимости от предельной нагрузки. Точечные опоры запрессовывают в корпус приспособления либо непосредственно по посадкам H7/r6 или H7/n6, либо через стальную закаленную втулку, что повышает ремонтопригодность приспособления.

Для установки заготовок по окончательно обработанным поверхностям применяют опорные шайбы или пластины. Шайбы используют для установки мелких, а пластины - средних и крупных заготовок. Допустимое давление на оба вида опор - 40 МПа.

Рис.6, Точечные опоры для установки на плоские поверхности

Заготовки по наружным поверхностям устанавливают в опор­ные призмы, втулки и самоцентрирующие патроны. Последние наряду с базированием обеспечивают закрепление заготовки. Поэтому их на­зывают установочно-зажимными элементами приспособлений.

Рис. 7. Конструктивные разновидности призм

Для установки заготовки черными поверхностями применяют узкие призмы (рис. 7, а) или призмы с запрессованными точечными опорами (рис. 7, б). Для установки заготовок обработанными поверх­ностями используют широкие опорные призмы (рис. 7, в и г). Призмы больших размеров выполняют из серого чугуна с привернутыми стальными закаленными щеками (рис. 7, д).

Установку заготовок во втулку с базированием по цилиндриче­скому пояску и торцу фланца (рис. 8) осуществляют при точности ба­зовой цилиндрической поверхности не ниже IT8.

Для направления мерного инструмента (сверла, зенкеры, раз­вертки и борштанги) на станках сверлильно-расточной группы приме­няют кондукторные втулки. Они позволяют повысить точность диа­метральных размеров, формы и особенно точность расположения от­верстий. Кондукторные втулки бывают постоянные без бурта (рис. 9, а)

Рис. 8. Схема установки заготовки наружной цилиндрической и плоской торцевой поверхностью во втулку

Рис. 9. Постоянные (а, б) и сменные (в, г) кондукторные втулки

и с буртом (рис. 9, б) для работы одним инструментом. Сменные кондукторные втулки (рис. 9, в и г) применяют при обработке отверстий несколькими последовательно сменяемыми инструментами. Сменные кондукторные втулки устанавливают в постоянные втулки по посадке либо H7/g6, либо Н6/g5 . В корпус постоянные втулки устанав­ливают по посадке H7/n6. Для уменьшения изнашивания втулок между основным торцом и поверхностью заготовки предусматривает­ся зазор e для отвода стружки.

Для направления борштанг расточных приспособлений исполь­зуют неподвижные и вращающиеся втулки. Неподвижные втулки проще вращающихся по конструкции, но они быстрее нагреваются. Поэтому при больших скоростях резания следует применять вращаю­щиеся втулки.

Рис. 10. Направляющие втулки для борштанг с подшипником сколь­жения (а) и качения (б)

Вращающиеся втулки (рис. 10, а) располагают обычно по обе стороны растачиваемого отверстия, это предотвращает увод инстру­мента при расточке. Их монтируют на подшипниках скольжения или качения. Вращающуюся втулку 1, устанавливаемую в подшипник скольжения, изготавливают из чугуна или бронзы, а постоянную втул­ку 2 - из стали 20 или 20Х с цементацией и закалкой до твердости НRС_Э56...62. Втулка удерживается от осевого перемещения в одну сторону буртом, а в другую - крышкой 3. На рис. 10, б показана вра­щающаяся втулка, смонтированная на роликовых подшипниках.

Вращающиеся втулки, смонтированные в игольчатых подшип­никах более точны (радиальный зазор ≤ 15 мкм) и допускают обработ­ку на высоких скоростях резания.

Для размерной наладки фрезерных, токарных и строгальных станков применяют угловые или высотные установы (рис. 11). Для установки фасонных фрез используют специальные установы (рис. 12).

Рис. 11. Угловые (а) и высотные (б) установы, а также расчетная схема для определения размера установа (в)

Инструменты устанавливают по щупам, помещаемым между режущим лезвием инструмента и установочной плоскостью установа.

К вспомогательным относят делительные устройства, приме­няемые в поворотных частях приспособления для установки заготовки в различное положение, выталкиватели для удаления заготовок (рис.13); прижимные устройства для плотного прижатия поворотной части к неподвижному основанию и некоторые другие.

4. Переналаживаемые приспособления многократного примене­ния позволяют быстро и многократно собирать их для различных видов механической обработки из набора стандартизованных деталей и сборочных единиц. Это обеспечивает повышение производительности

Рис. 12. Специальные установи: 1- установочный габарит; 2- щупы для настройки инструментов; 3- фреза

труда, способствует внедрению высокопроизводительных методов обработки, расширяет технологические возможности станков, снижает сроки подготовки технологической оснастки.

К стандартизованным приспособлениям многократного применения относят универсально-сборные приспособления. Компоновки УСП собирают из готовых нормализованных, взаимозаменяемых деталей и сборочных единиц.

Элементы системы УСП формируют в комплекты, номенклатурный и количественный состав которых зависит от характера и объема выпускаемой предприятием продукции и колеблется от 4 до 50 и более тысяч элементов. Применяют комплекты УСП с шириной паза соответственно 8,12 и 16 мм. Ширину паза используют для обозначения серии комплекта. Техническая характеристика комплектов УСП приведена в табл. 15.

Рис. 13. Конструкция выталкивателей

Используя комплекты всех серий можно собирать (компоновать) УСП для различных типов станков. Каждый элемент за год применяют в компоновках от 60 до 100 раз.

Элементы УСП по функциональному назначению делят на шесть групп:

1) базовые (плиты, угольники, оправки и др.);

2) корпусные (опоры, призмы и др.);

3) установочно-направляющие (шпонки, пальцы, кондукторные втулки и др.);

4) крепежно-прижимные (прихваты, планки, болты, гайки и др.);

5) разные (вилки, оси и др.);

6) сборочные единицы (поворотные головки, зажимные

устройства и др.) На сопрягаемых (рабочих) плоскостях основных элементов УСП имеется сетка взаимно перпендикулярных П - или Т-образных пазов. По способу «шпонка-паз» с минимально гарантированным зазором осуществляется взаимная ориентация элементов. К точности элементов УСП предъявляют высокие требования (см. табл. 14). Базовые и корпусные детали изготавливают из стали 12ХНЗА с последующей цементацией и закалкой до твердости HRC_э58...62, установочные - из стали У8А с закалкой до твердости HRC_э38...42.

В многоуровневой иерархической модели структуры УСП выделяют четыре основные уровня - конструкцию, модули, блоки, элементы.

Элементы - простейшие составные части, выполняющие законченные элементарные рабочие или вспомогательные функции (см. выше).

Таблица 15. Техническая характеристика комплектов УСП

Характеристика	Серия комплекта
	УСП-8	УСП-12	УСШ6
Ширина шпоночного паза и его до-	8Н7	12Н7	16Н7
пустимое отклонение
Допустимое отклонение шпонки	h6	h6	h6
Диаметр основной крепежной резьбы,
мм	М8	Ml2x15	М16
Шаг между пазами, мм	30	60	90
Среднее время сборки одного приспо­собления, ч	1.5	3	6
Габаритные размеры обрабатываемых
заготовок, мм:	220	700	2500
-длина	120	400	2500
-ширина	100	500	1000
-высота
Наибольшая масса обрабатываемых	3	60	3000
заготовок, кг
Наибольший диаметр обрабатывае-	12	38	50
мых отверстий, мм

Блок совокупность функционально объединенных элементов, имеющая законченное конструктивное решение и выполняющая набор элементарных рабочих и вспомогательных функций (приводы, направ­ляющие и т.д.).

Модулем принято называть функциональную часть УСП, со­стоящую из взаимосвязанных элементов и блоков, выполненную в ви­де унифицированного самостоятельного агрегата и осуществляющая основные функции СТО (механизмы координатных перемещений, сис­темы управления и контроля технологических параметров и т.д.).

Проектирование компоновки УСП основано на выявлении тех­нологического оснащения СТО как технической системы и функций его составных частей, анализ которых дает возможность построить функциональную модель конструкции и модель процесса проектиро­вания.

Процесс проектирования представляет собой иерархическую систему, включающую целенаправленный поэтапный процесс разра­ботки компоновочных схем, проектных чертежей и комплекта компо­новочных схем, проектных чертежей и комплекта рабочей конструк­торской документации путем выбора составных частей СТО с задан­ными функциональными свойствами на базе исходного конечного множества унифицированных функциональных модулей, блоков и элементов и обеспече­ния взаимосвязи между ними. Каждый уровень иерархии отражает некоторую степень детализации проекта и принятия проектных решений (рис. 14).

Рис. 14. Блок-схема формирования функционально-модульных конст­рукций СТО

На рис. 14: - обеспечение (О.) требуемой точности, безопасности, надежности, долговечности обработки; - О. уста­новки и закрепления приспособления на станке, - О. базирования и закрепления обрабатываемых деталей на приспособлении, - О. ориентации и направления режущего инструмента, - О. установ­ки приспособления на станке, - О. закрепления СТО на станке и т.д., M₁ , М₂, М₃ - модули; Б₁ ,...,Б₆ - блоки.

Монтаж приспособления начинают с выбора основания, которое может состоять из одной или нескольких базовых плит, соединенных в каркас с помощью соединительных планок и угольников. С помощью шпонок и крепежных деталей корпусные элементы и сборочные еди­ницы ориентируются и крепят на основании одно относительно друго­го.

Если приспособление предназначено для выполнения сверлиль­ных или расточных операций, в него вводят детали для направления режущего инструмента. При сборке приспособлений для токарных, карусельных и внутришлифовальных операций на вращающейся базо­вой плите должно быть предусмотрено место для установки корректи­рующего элемента, массу и положение которого определяют в процес­се балансировки приспособления (допустимый дисбаланс - менее 0,01...0,05 Нм).

Заключительным этапом компоновки приспособления является уста­новка деталей, обеспечивающих точное положение УСП на станке. На рис. 15 дана схема настройки на размер А передвижной планки с от­верстием под кондукторную втулку.

Для достижения максимальной точности, надежности и жестко­сти УСП необходимо увеличивать количество шпонок и крепежных болтов; при сборке не допускать подгонку элементов.

На рис. 11 приведен пример УСП для сверления двух отверстий в валике. Основанием служит прямоугольная плита 1, на которой ус­тановлены две колонки из опор 2 с кондукторными планками 3. Заго­товка 7 базируется на две ступенчатые планки 9 и винтом 6 поджима­ется к планке 8. Зажим производится прихватом 4, а сверление отвер­стия через кондукторную втулку 5.

К недостаткам УСП следует отнести пониженную жесткость элементов и компоновки в целом, высокую податливость крепежных

Рис. 15. Схема настройки на размер передвижной планки: 1- плита; 2-опоры; 3- передвижная планка; 4- валик; 5- набор концевых мер длины элементов, не всегда достаточную жесткость фиксации, невысокий уровень механизации и высокую стоимость набора.