Автор: Гаик Рафаэлович Сагателян (МГТУ им. Баумана)

Электр. Версия + черчение в Компас: Коренчук Иван

Приспособления для механической обработки

Приспособлениями называются дополнительные устройства к оборудованию, при помощи которых можно получить требуемое расположение детали или сборочной единицы по отношению к оборудованию, инструменту или рабочему месту. Они вместе с режущим и измерительным инструментом составляют техно­логическую оснастку.

По целевому назначению приспособления подразделяются на приспособления для металлорежущих станков (токарных, фрезерных, сверлильных и др.), для процессов сборки, контроля и испытаний.

В зависимости от степени механизации и автоматизации различают ручные, механизированные, полуавтоматические и автоматические приспособления.

По степени специализации станочные приспособления разделяются на универсальные, специальные и специализированные (переналаживаемые).

Проектирование приспособлений осуществляется в три этапа:

1. сначала составляют принципиальную схему установки и закрепления обрабатываемой заготовки или собираемой сборочной единицы в приспособлении;

2. затем выполняют расчеты элементов приспособления;

3. конструктивно оформляют сборочный чертеж в виде проекта.

Основные расчеты при проектировании приспособлений следующие:

1. расчет обеспечения точности;

2. расчет зажимных усилий;

3. экономическая целесообразность изготовления приспособления.

Расчет обеспечения точности выполняют по формуле

,

где Т_дет - допуск на обрабатываемый размер детали; Т_пр - допуск на соот­ветствующий размер приспособления (Т_пр = 1/3*Т_дет );  - средняя экономическая точность обработки;  - погрешность установки (определяется при расчетах, свя­занных с базированием заготовки).

Все типы приспособлений имеют ряд одинаковых по назначению элементов.

Установочные элементы

Это детали и сборочные единицы приспособления, на которые устанавливают обрабатываемую заготовку. Установочные элементы изготовляют по одному из следующих вариантов:

1. Установочная плоскость выполняется непосредственно в корпусе приспособления. При обработке деталей типа плат, корпусов применяют установку на плоскость и два пальца (цилиндрический, ромбический), перпендикулярные к ней (рис. 1).

Рис. 1. Установка заготовки по двум отверстиям:

1 – заготовка, 2 – цилиндрический палец, 3 – ромбический палец.

Увеличенный зазор на ромбическом пальце компенсирует погрешность межосевого расстояния.

2. Плоскость выполняется в отдельной детали - пластинке, которая крепится к корпусу приспособления.

3. Плоскость заменяется тремя опорами (рис. 2).

Рис. 2. Опорный штырь с плоской головкой.

Установочные опоры подразделяют на основные и вспомогательные. Основными называют установочные опоры, лишающие деталь всех шести или нескольких степеней свободы. Вспомогательные применяют для повышения устойчивости и жесткости обрабатываемой детали в приспособлении.

Основные опоры изготавливают в виде штырей, пластин, призм, пальцев и т.д.

Вспомогательные опоры могут быть самоустанавливающимися и подводимыми, их применяют вместе с основными опорами.

Самоустанавливающиеся опоры используются в тех случаях, когда обрабатываемой детали необходимо придать жесткость в местах, подверженных деформации прогиба (рис. 3). Опора подводится к детали под действием пружины и затем стопорится.

Рис. 3. Самоустанавливающаяся вспомогательная опора.

Подводимые опоры (рис. 4) приводятся в соприкосновение с заготовкой или деталью после установки ее на основных опорах.

Рис. 4. Подводимая вспомогательная опора.

Передвижением стержня 1 плунжер 2 вводят в соприкосновение с обрабатываемой деталью, а затем запирают винтом 3. Винт при помощи шарика разжимает шпонки 4 и закрывает механизм.

Установочно-зажимные устройства

Применяются для быстрой установки и закрепления деталей с небольшими отклонениями по посадочному размеру.

Цанговые патроны обеспечивают точное центрирование (до 0,05 мм) и прочное закрепление заготовки. Они состоят из корпуса и втулки-цанги. Цанги – это разжимные пружинящие гильзы. Цанговая втулка имеет несколько разрезов для центрирования и зажима калиброванного прутка или детали (рис. 5).

а)

б) в)

Рис. 5. Цанговые патроны: а) – без упора; б), в) – с упором.

Мембранные патроны применяют для точного центрирования деталей.

Рис. 6. Мембранный патрон.

Патрон состоит из крупной мембраны 1, привернутой к планшайбе 4. На мембране симметрично расположены 12 кулачков 2. Внутри шпинделя проходит шток 5 пневмоцилиндра. При включении пневматики мембрана прогибается, вызывая тем самым раздвижение кулачков. При отходе штока назад, мембрана, стремясь вернуться в исходное положение, сжимает своими кулачками заготовку 3.

Гидропластовые патроны содержат в качестве основного элемента гидропласт, представляющий собой вязкую массу различного состава, использующуюся для передачи зависимых усилий в замкнутом сосуде. Давление, приложенное к гидропласту, распространяется равномерно во все стороны. Гидропраст используют для передачи зажимных усилий в двух типах приспособлений: центрирующих оправках или патронах с упругими тонкостенными втулками (рис. 7) и в многоместных приспособлениях (рис. 8).

Рис. 7. Центрирующая оправка.

Центрирующие оправки с гидропластом обеспечивают высокую точность установки и закрепления деталей, имеющих отношение по диаметру не более 0,2%, а также по соосности поверхностей 0,005-0,01 мм.

Рис. 8.Многоместное приспособление.

Делительные устройства

Применяют в делительных приспособлениях для изменения положения обрабатываемой заготовки или собираемой сборочной единицы относительно режущего инструмента или оборудования. Их выполняют таким образом, что в процессе поворота обрабатываемая деталь оставалась в зажатом положении (рис. 9).

Рис. 9. Делительное устройство:

1 – заготовка, 2 – диск, 3 – неподвижная часть, 4 – фиксатор.

Для любого делительного устройства, независимо от его конструкции, основными элементами являются делительный диск 1 и фиксаторы 2, связывающие подвижную часть приспособления с неподвижной.

Рис. 10. Фиксатор делительного устройства.

Делительный диск или рейка 2 имеют определенное число пазов или отверстий, равное числу позиций (поворотов). Форма пазов должна точно соответствовать форме фиксатора, т.к. от этого зависит точность фиксации.

Направляющие элементы

Применяют при выполнении отдельных операций механической обработки (сверления, растачивания), когда нежесткость режущего инструмента или неправильная его заточка, а также недостаточная жесткость технологической системы в целом, могут привести к изменению направления резания. В качестве таких элементов при сверлении, растачивании, зенкеровании и других операциях используются отверстия или кондукторные втулки, устанавливаемые в корпусе или крышке приспособления.

По конструкции кондукторные втулки разделяются на постоянные, сменные и быстросменные (рис. 11, 12, 13).

Рис. 11. Постоянные кондукторные втулки.

Постоянные втулки применяют в кондукторах для мелкосерийного производства при сверлении одним сверлом.

Рис. 12. Сменные кондукторные втулки.

Сменные и быстросменные втулки используют в приспособлениях крупносерийного и массового производства.

Быстросменные втулки с замком применяют при сверлении отверстия несколькими последовательно работающими инструментами (сверло, зенкер, развертка).

Рис. 13. Быстросменные кондукторные втулки.

Кроме того, конструкция кондукторных втулок должна обеспечивать отсутствие деформации инструмента от неуравновешенности сил резания (рис. 14).

Рис. 14. Специальная кондукторная втулка.

Основные принципы разработки управляющих программ

для оборудования с ЧПУ

Общие принципы построения программ

Под ЧПУ оборудования понимают управление при помощи программ, заданных в алфавитно-числовом коде.

При обработке на станках с ЧПУ инструмент перемещается по задаваемым в программе траекториям.

При этом, например, для токарных станков программируется перемещение вершины резца, а для фрезерных – перемещение оси фрезы.

Ось фрезы перемещается по эквидистанте, т. е. линии или поверхности, отстоящей от обрабатываемой поверхности на постоянную величину, равную радиусу фрезы.

1. требуемый контур детали;

2. эквидистанта;

3. фреза.

Программируются две подачи. На обрабатываемом контуре выделяются опорные точки, которые представляют собой те точки контура, в которых он изменяет свой характер (точки 4, 5, 6, 7).

ЭВМ, встроенная в систему ЧПУ производит аппроксимацию перемещений рабочих органов оборудования. В частности аппроксимирует окружность ломаной линией (между точками 6 и 7). Поэтому существует погрешность .

Оборудование с ЧПУ снабжено либо шаговыми двигателями, либо двигателями постоянного тока (тиристорными).

Пусть N_x и N_y – количество импульсов по осям X и Y соответственно, тогда

, ,

где _х и _у – цены импульсов (дискреты), лежащие обычно в пределах 0,0050,01 мм.

Шаговые двигатели являются низкомоментными и в станках не используются. В станках используются двигатели постоянного тока, для которых необходимо вычислить скорость перемещения вдоль осей координат:

, ,

где – время перемещения по прямой в данной точке аппроксимации, [с], S – скорость подачи, [мм/мин], l – длина участка аппроксимации в данной точке, причем

.

Структура систем чпу Различают счпу без обратной связи и с обратной связью.

Структура СЧПУ без обратной связи выглядит следующим образом:

1. программоноситель;

2. дешифратор (устройство считывания);

3. промежуточное устройство (запоминающее);

4. силовой привод.

Структура СЧПУ с обратной связью:

1, 2, 3- аналогично устройству без обратной связи (см. предыдущий рисунок);

4. сравнивающее устройство;

5. усилитель;

6. привод;

7. датчик обратной связи.

Поскольку управление в СЧПУ происходит по нескольким каналам, в целом структура СЧПУ имеет следующий вид:

БТК - блок технологических команд

1. программоноситель;

2. магнитная головка;

3. электронный блок;

4. каналы (управляющие перемещением технологического оборудования и канал для команд);

5. привод главного движения;

6. двигатель подачи СОЖ;

7. двигатель насоса гидросистемы станка;

8. усилители;

9. силовые приводы (двигатели постоянного тока);

10. датчики обратной связи;

11. рабочие органы станка;

12. ходовые винты.

Разновидности СЧПУ

Различают позиционные и контурные СЧПУ.

Позиционные СЧПУ управляют только перемещением рабочих органов в те или иные точки. Например, при сверлении отверстий в печатных платах необходимо задавать только координаты отверстий.

Контурные СЧПУ обеспечивают требуемую скорость в процессе перемещения от одной позиции к другой. Эта скорость является скоростью подачи.

В обозначениях металлорежущих станков предусмотрена возможность указания на тип применяемого СЧПУ. В конце обозначения указывается:

…Ц – цикловое программное управление, управляющими элементами яв-

ляются концевые переключатели, упоры и т. д.

…Ф1 – станок снабжен цифровой индикацией положения инструмента.

…Ф2 – позиционная СЧПУ.

…Ф3 – контурная СЧПУ.

…Ф4, …Ф5 – обрабатывающие центры (ОЦ) – многооперационные станки

с позиционным и контурным СЧПУ соответственно.

Также в обозначении станков присутствуют буквы Р и М.

Р – револьверная головка (например, РФ3).

М – оборудование снабжено магазином элементов, что характерно для ОЦ.

Инструменты для станков с ЧПУ

Номенклатуру инструмента для станков c ЧПУ (см. табл. 1 – 5) составляют на базе статистического анализа форм и размеров изготовляемых деталей и технологических возможностей станков. В конкретных условиях обработки можно применять и другие инструменты (инструментальные материалы).

Для обработки отверстий используют сверла и расточные резцы ограниченной номенклатуры. Зенкеры и развертки в большинстве случаев не применяют. 7-й и 8-й квалитеты для отверстий получают растачиванием (употребление разверток целесообразно только в случае обработки больших партий деталей).

Наружные основные поверхности с образованием прямых уступов формируют проходным подрезным резцом с углами  =95° ₁ =5° для черновой обработки и контурными резцами с углами  =93° и ₁ =32° для чистовой обработки (см. табл. 1).

При обработке внутренних основных поверхностей используют центровочные и спиральные сверла, а также расточные проходные резцы с углами  =95°, ₁ =5° для черновой обработки и расточные контурные резцы с углами  =93°, ₁ =32 для чистовой обработки. Размеры расточного инструмента устанавливают соответственно размерам обрабатываемых отверстий: диаметру и длине.

Для обработки глухих отверстий используют перовые или спиральные донные сверла диаметром 25, 30, 35, 40, 45 и 50 мм.

Для образования наружных и внутренних дополнительных поверхностей необходимы прорезные резцы, резцы для угловых канавок, резьбовые резцы с углом  =60, 55 (для метрических и дюймовых резьб).

Конструкция инструмента и резцедержателей должна обеспечивать возможность предварительной настройки инструмента на размер вне станка, быструю и точную установку инструмента в рабочую позицию на суппорте или в револьверной головке, формирование и отвод стружки в условиях автоматической работы станка с ЧПУ.