Фролов ЭМ.Технология изготовления деталей машин

Электромеханические приводы обладают радом преимуществ: потребляют энергию только во время зажима или отжима заготов­ ки, обеспечивают большую мощность при небольших габаритах, имеют низкую стои­ мость; отсутствуют источники давления рабо­ чей среды (масла или воздуха) аппаратуры, трубопроводов; обладают возможностью под­ ключения к электроуправлению станка без дополнительных затрат; имеют высокую на­ дежность, нетребовательны к уходу; не имеют утечек, а также неполадок при эксплуатации из-за выхода из строя уплотнения или полом­ ки трубопроводов. Однако при необходимости применения в приспособлениях многократ­ ных зажимов, т.е. закрепления заготовки не­ сколькими зажимными элементами или за­ крепления нескольких заготовок в многоме­ стных приспособлениях, целесообразнее при­ менять пневматические и особенно гидравли­ ческие приводы, так как они обеспечивают возможность достаточно просто осуществить многократное закрепление заготовок, в то время как электромеханические приводы для этой цели требуют наличия сложных переда­ точных механизмов. Следовательно, такие приводы наиболее целесообразно применять для закрепления заготовок одним механиз­ мом, т.е. для механизации токарных патро­ нов, тисков, для поджима заготовок вращаю­ щимися центрами пинолей задних бабок, в качестве гайковертов гаек и винтов приспо­ соблений, закрепления инструмента на фре­ зерных и расточных станках.

Схема электромеханического привода к патрону токарных станков показана на рис.

3.2.16.Привод состоит из электродвигателя 1

средуктором 2, закрепляемых на заднем кон­ це шпинделя станка. Выходной вал редуктора посредством муфты 3 соединен с винтом 5, при вращении которого гайка 6 перемещает тягу, передающую через рычаги 7 усилие кулачком 8 патрона, зажимающим обрабаты­ ваемую заготовку Р. Сила зажима регулирует­ ся пружиной 4. По достижении требуемой силы торцовые зубцы муфты отжимают пра­ вую полумуфту, разъединяя винт 5 с валом редуктора. При этом наблюдается характерное прощелкивание зубцов муфты, что служит акустическим сигналом для отключения элек­ тродвигателя. Правые и левые скосы зубьев муфты выполнены под различными углами а и р, что обеспечивает наличие крутящего мо­ мента при раскреплении заготовки, большего, чем при закреплении, что обуславливает вы­ сокую надежность работы, так как для вывин­ чивания винта 5 с самотормозящейся резьбой вследствие заклинивания резьбы требуется больший крутящий момент, чем при завинчи­ вании.

Электромагнитные и магнитные приспо­ собления не требуют наличия зажимных уст­ ройств, благодаря чему упрощается конструк­ ция приспособлений и сокращаются их габа­ риты, так как вся поверхность приспособле­ ний может быть использована непосредствен­ но для установки деталей. Закрепление заго­ товок осуществляется не сосредоточенной нагрузкой зажимных элементов, а равномер-

ющие полярности, в результате чего магниты и вся система размагничиваются. Преимуще­ ством электропостоянных магнитных плит перед плитами с постоянными магнитами является отсутствие подвижных элементов, большая жесткость, большая удельная сила притяжения, незначительный нагрев плиты, отсутствие физических усилий для переклю­ чения плиты, возможность автоматического управления включением и отключением пли­ ты, возможность отключения плиты от управ­ ляющей установки, регулирования силы при­ тяжения. Электропостоянные магнитные пли­ ты могут применяться как при обдирочном шлифовании, так и при обработке на фрезер­ ных, строгальных и др. станках. Незначитель­ ные температурные деформации позволяют рекомендовать применять их на шлифоваль­ ных станках повышенной точности. Наиболее целесообразно применять такие плиты сред­ них и больших размеров (от 0,5 м и более), так как изготовление плит таких размеров с

постоянными магнитами технологически сложно и требует специального привода пере­ ключения (пневматического, гидравлического, электрического).

На силу притяжения заготовок на элек­ тромагнитных и магнитных плитах и патронах влияют следующие факторы: магнитная ха­ рактеристика плиты; площадь контакта заго­ товки с полюсниками плиты; толщина заго­ товки; материал детали; параметры шерохова­ тости установочной поверхности детали. Чем толще заготовка, тем меньше ее магнитное сопротивление и, следовательно, тем больший магнитный поток проходит через заготовку. Мелкие и тонкие детали плохо закрепляются на магнитных плитах. При установке мелких деталей на полюснике или немагнитной проставке магнитный поток не замыкается между двумя полюсами, поэтому для таких деталей применяются мелкополюсные плиты с шагом между ними до 1,5 мм или накладные мелко­ полюсные плиты, устанавливаемые на обыч-

ные плиты. Тонкие детали (до 1 мм) не могут бьггь закреплены на обычных магнитных пли­ тах, так как магнитный поток не замыкается через них ввиду малого сечения, а проходит через деталь и замыкается через воздух. Дета­ ли из магнитомягкого материала (СтЗ, СтЮ, стали 15 и 20) притягиваются с большей си­ лой, чем менее магнитомягкие материалы (сталь 45, чугун).

Универсальные электромагнитные и магнитные плиты и патроны обеспечивают возможность установки и закрепления лишь ограниченной номенклатуры деталей, имею­ щих достаточно большие плоские установоч­ ные поверхности. Для расширения технологи­ ческих возможностей магнитных плит, обес­ печивающих установку и закрепление дета­ лей, не имеющих достаточных плоских уста­ новочных поверхностей (что характерно для подавляющего большинства деталей), приме­ няются универсально-наладочные магнитные приспособления, универсальной базисной частью которых является' магнитная плита, а установка и закрепление обрабатываемых деталей осуществляется посредством сменных наладок (переходников).

По способу подведения магнитного по­ тока переходники подразделяются на два ти­ па: многополюсные (пластинчатые) и двухпо­ люсные (сумматоры).

Многополюсные переходники представ­ ляют собой своеобразные удлинители пути прохождения магнитного потока в системе плита-деталь. Над каждым полюсом плиты устанавливаются стальные пластины, которые соединяются в блок посредством пластин и шпилек или заклепок из немагнитных мате­ риалов. Обрабатываемая деталь соприкасается с количеством полюсов, обуславливаемых длиной детали.

Двухполюсные переходники отличаются от многополюсных тем, что обрабатываемая деталь соприкасается только с двумя полюса­ ми (полюсниками) противоположной поляр­ ности, которые являются как бы суммирую­ щими устройствами плиты, так как позволяют соединить все полюсы одинаковой полярно­ сти в единый полюс. Каждый из двух полюсников со стороны поверхности, установлен­ ной на плиту, представляет собой гребенку, зубья которой своими торцовыми поверхно­ стями контактируют с полюсами плиты толь­ ко одноименной полярности. При примене­ нии такого переходника через обрабатывае­ мую деталь, так же, как и в многополюсном переходнике, проходит суммарный поток магнитной плиты, но проходит, во-первых, в одном направлении, а во-вторых, контакт заготовки с переходником осуществляется по

непрерывной поверхности. Двухполюсные переходники проще и дешевле многополюс­ ных и обеспечивают большую силу притяже­ ния деталей.

В вакуумньк приспособлениях закрепле­ ние заготовок осуществляется атмосферным давлением. Атмосферное давление прижимает заготовки к установочным поверхностям при­ способлений, из-под которых откачивается воздух. Такие приспособления обеспечивают возможность закрепления заготовок из любых материалов, а также нежестких тонких дета­ лей (до 0,15 мм) больших габаритов без де­ формации, поскольку сила зажима распреде­ ляется равномерно по всей поверхности заго­ товки. Отсутствие механических зажимных устройств облегчает установку и съем загото­ вок, позволяя использовать всю поверхность плиты для установки заготовок. Они приме­ няются в основном на шлифовальных и то­ карных станках.

Источником разряжения таких плит яв­ ляются вакуумные насосы, сблокированные посредством реле с электродвигателем станка. При потере разряжения реле отключает элек­ тродвигатель станка, предотвращая вырыв обрабатываемой заготовки.

Электростатические приспособления при­ меняют для закрепления немагнитных дета­ лей, а также тонких и мелких ферромагнит­ ных деталей, которые не могут быть закреп­ лены на магнитных приспособлениях с обыч­ ным шагом между полюсами. На плоскошли­ фовальных и токарных станках применяются соответственно электростатические плиты и патроны. В электростатических плитах заго­ товки притягиваются к зеркалу плиты посред­ ством статических электрических зарядов противоположной полярности. Поверхность плиты имеет полярность одного знака, а дета­ ли —- противоположного. В основании стола встроен нагревательный элемент малой мощ­ ности, поддерживающий температуру на ра­ бочей поверхности стола на несколько граду­ сов выше, чем температура окружающей сре­ ды, что предотвращает конденсацию влаги из воздуха.

Обрабатываемые заготовки устанавлива­ ются на поверхность стола в жидкий диэлек­ трик для предотвращения попадания воздуха между заготовкой и диэлектрической плен­ кой, вызывающего ионизацию, сокращающую количество электрических зарядов на поверх­ ности детали. При закреплении на плите не­ скольких мелких деталей они обязательно должны контактировать друг с другом и по меньшей мере одна из деталей должна кон­ тактировать с токопроводящей пластиной. Особенно целесообразно применение элек­ тростатических плит для шлифования тонких деталей.

На рис. 3.2.19 показана схема электро­ статической плиты. Плита состоит из полу­ проводникового элемента 7, изолированного от чугунного корпуса 4 и основания 10 ди­ электрическими прокладками 5 и 3. Полупро­ водниковый элемент через токопроводящий слой 2 соединен с одним полюсом, а пластина 9 через корпус 4 и основание 10 — с проти­ воположным полюсом выпрямителя 7, к ко­ торому подводится переменный ток напряже­ нием 110 В, преобразуемый в постоянный ток напряжением 3000 В. Зеркало полупроводни­ кового элемента покрыто пластиком 6 из эпоксидной смолы. Обрабатываемая заготовка 8 устанавливается на зеркало плиты и дово­ дится до контакта с пластиной 9. При замы­ кании электрической цепи постоянный ток небольшой силы подводится к полупроводни­ ковому элементу и обрабатываемой заготовке, получающим заряды статического электриче­ ства противоположной полярности, вследст­ вие чего обрабатываемая заготовка притягива­ ется к поверхности плиты. Материал детали не является лимитирующим фактором для закрепления ее на электростатических плитах. На электростатических плитах закрепляются детали из алюминия, бронзы, меди, магния и других подобных материалов. На ней также могут быть закреплены детали из диэлектри­ ческих материалов — стекла, керамики, пла­ стмассы, резины и т.д. Детали из таких мате­ риалов предварительно покрывают металличе­ ским порощком или токопроводящим лаком. По сравнению с магнитными плитами элек­ тростатические создают меньшие притяги­ вающие силы. Для надежного закрепления деталей необходимо, чтобы установочная поBepxHoctb деталей имела небольшую шерохо­ ватость.

Пружинные приводы обеспечивают за­ жим заготовок за счет силы упругости пру­ жин, а разжим — посредством пневматики, гидравлики и электромеханического привода или механически подвижными частями стан­ ка. Такие приводы обеспечивают полную безопасность закрепления заготовок. Однако силы зажима колеблются в зависимости от изменения допуска на размер заготовки. В тисках с пружинным зажимом и гидравличе­ ским разжимом пакет тарельчатых пружин, воздействуя на подвижную губку, закрепляет заготовку. Для раскрепления заготовки в гид­ роцилиндр подается масло под давлением от электроили пневмогидравлического источ­ ника давления. Поршень гидроцилиндра, сжимая пакет пружин, раскрепляет заготовку.

7 f

Рис. 3.2.19. Схема электростатической плиты

3.2.3. СТАНДАРТИЗОВАННЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ МНОГОКРАТНОГО ПРИМЕНЕНИЯ

В условиях рыночной экономики необ­ ходимо интенсивное обновление материаль­ но-технической базы производства. Сроки выпуска изделий машиностроения сокраща­ ются до 2-3 лет, а на заводах с мелкосерий­ ным производством до одного года. Мораль­ ное старение машин во многих случаях на­ ступает значительно раньше физического.

Специальные приспособления при сме­ не объекта производства не могут быть ис­ пользованы, в результате чего такие приспо­ собления, на которые было затрачено боль­ шое количество материалов и значительные трудовые затраты для их проектирования и изготовления, хотя в условиях мелкосерий­ ного и серийного производства еще физиче­ ски не изношены, идут в лом на переплавку.

Проектирование и изготовление новых специальных приспособлений существенно увеличивает сроки и стоимость подготовки производства. Усложнение конструкций ма­ шин, повышение их быстроходности, точно­ сти и надежности требует увеличения количе­ ства приспособлений и усложнения их конст­ рукций, что увеличивает затраты на их проек­ тирование и изготовление.

Приспособления многократного приме­ нения могут быть использованы при смене объекта производства вплоть до их физиче­ ского износа (7-10 лет) за счет переналадки или перекомпоновки приспособлений. При­ менение таких приспособлений позволяет

(по схеме базирования и виду обработки ти­ повых групп изготовляемых деталей) базового агрегата и сменных наладок.

Каждый базовый агрегат рассчитан на установку заготовок одного и того же типа. Во многих случаях применяются многомест­ ные СНП. Как правило, СНП снабжены гид­ равлическим или пневматическим приводом. СНП широко применяются в качестве груп­ повых приспособлений для обработки загото­ вок по групповой технологии. Эффективной областью применения СНП является серий­ ное производство. Цикл оснащения операции СНП состоит из проектирования, изготовле­ ния и установки наладки, на что в среднем затрачивается 15 ч.

На рис. 3.2.20 показано специализиро­ ванное наладочное двухместное гидравличе­ ское приспособление для фрезерования от­ верстия во фланцах. Заготовки устанавлива­ ются в сменной наладке 1 по двум отверстиям на кольцо и срезанный палец и закрепляются планками 2, которые можно переустанавли­ вать в пазах тяг 3, расстояние между которы­ ми можно регулировать.

Рис. 3.2.20. Специализированное наладочное приспособление для обработки

отверстий во фланцах

Приспособления подсистемы УСП со­ бираются из заранее выполненных стандарт­ ных универсальных деталей и узлов из леги­ рованных сталей. УСП представляют собой комплексы стандартных деталей и узлов, со­ бираемых без последующей механической обработки вследствие их высокой точности. После использования компоновок элементы УСП разбираются на составные части и в

дальнейшем многократно используются в различных сочетаниях в новых компоновках. Элементы УСП постоянно находятся в обра­ щении в течение всего срока их службы. УСП не требуют стадии проектирования и изготов­ ления. Цикл оснащения операции таким при­ способлением состоит из сборки компоновки и её внедрения, на что затрачивается в сред­ нем 3-4 ч. Рекомендуются для использования в мелкосерийном производстве.

Элементы УСП изготовляют из высоко­ легированной стали с высокой точностью. Их поверхности цементируются и подвергаются термической обработке до твердости 58...62 HRC, что обеспечивает высокую износостой­ кость элементов и длительный срок их служ­ бы (10-15 лет).

Номенклатура элементов УСП подразде­ ляется на восемь групп:

1.Базовые детали: квадратные, прямо­ угольные и круглые плиты, оправки, угольни­ ки, т.е. детали, которые служат основанием приспособления.

2.Корпусные детали: опоры, проставки, призмы, угловые опоры, угольники, планки, т.е. все детали, которые служат для образова­ ния корпуса.

3.Установочные детали: шпонки, шты­ ри, установочные пальцы, диски, центры и др. т.е. детали, служащие для установки и фиксации корпусных элементов или для уста­ новки заготовок.

4.Направляющие детали: переходные и кондукторные втулки, валики и колонки, т.е. детали, которые служат для направления ин­ струментов и для настройки размеров при­ способлений.

5.Прижимные детали: прихваты и план­ ки, которые служат для закрепления загото­ вок в приспособлении.

6.Крепежные детали: болты, винты, шпильки, гайки, шайбы, которые служат для соединения между собой элементов приспо­ соблений.

7.Разные детали: ушки, вилки, оси, и

т.д.

8.Сборочные единицы: поворотные го­ ловки, фиксаторы, центровые бабки, подвиж­ ные призмы, кулачковые и тисочные зажимы, которые служат для ускорения сборки компо­ новок УСП.

Конструкции деталей и сборочных еди­ ниц УСП обеспечивают точность обработки в приспособлениях деталей до 8-го квалитета.

Универсально сборные накладные кон­ дукторы (УСНК) предназначены для оснаще­ ния сверлильных операций. Кондукторы со­ бираются из комплекта элементов УСНК (рис. 3.2.21). После обработки партии загото­ вок кондукторы разбирают на составные час-

НИИ, обеспечивающее их строго определенное положение на станке.

Станки с ЧПУ обеспечивают возмож­ ность обработки максимального числа по­ верхностей (до четырех-пяти) с одной уста­ новки заготовки на поворотном столе. Для этого приспособления должны обеспечивать полную инструментальную доступность, т.е. возможность подхода инструмента ко всем обрабатываемым поверхностям.

Для сокращения времени простоя до­ рогостоящих станков с ЧПУ, затрачиваемого на смену заготовок, приспособления должны обеспечивать сокращение времени зажимаразжима заготовок, поскольку это время яв­ ляется доминирующим.

Возможность обработки на станках с ЧПУ максимального числа поверхностей с одной установки заготовки значительно уве­ личивает цикл обработки заготовки на одном станке. Следовательно, наиболее целесооб­ разно использовать приспособления-дублеры, что обуславливает возможность смены заго­ товки вне рабочей зоны станка в одном из приспособлений во время обработки заготов­ ки, установленной в другом приспособлении.

Станки с ЧПУ выгодно отличаются от традиционных станков автоматов своей гиб­ костью, так как переналадка станка заключа­ ется лишь в смене программоносителя. Одна­ ко, поскольку наибольшая часть подгото­ вительно-заключительного времени затрачи­ вается на смену или 'переналадку приспособ­ лений, последние должны быть быстросмен­ ными или быстропереналаживаемыми.

Станки с ЧПУ являются основным сред­ ством автоматизации единичного, мелко- и среднесерийного производства. Следователь­ но, на таких станках наиболее эффективно применять переналаживаемые приспособле­ ния, обеспечивающие путем их быстрой пе­ реналадки или перекомпоновки установку заготовок деталей широкой номенклатуры.

На станках с ЧПУ токарной группы для установки заготовок деталей типа фланцев, зубчатых колес, втулок, коротких валиков применяют самоцентрирующие кулачковые патроны, к которым предъявляются ряд тре­ бований: высокая точность и местность, бы­ стрый зажим-разжим заготовки, быстрая пе­ реналадка кулачков на требуемый диаметр, снижение влияния центробежных сил на силу зажима заготовки при высоких частотах вра­ щения шпинделя, наличие достаточно боль­ шого отверстия для установки как прутковых заготовок, так и штучных заготовок (поковок, отливок). Осуществляется быстрая переналад­

ка патрона на установку в центрах заготовок деталей типа валов.

На станках с ЧПУ применяют быстропереналаживаемые патроны, обеспечивающие быструю переустановку или смену кулачков. Закрепление, раскрепление кулачков после их переустановки или замены осуществляют тя­ гой при повороте эксцентрикового валика. Для быстрой переналадки патрона с установ­ ки деталей типа "фланец" на установку дета­ лей типа "вал" применяют патрон, конструк­ ция которого показана на рис. 3.2.22. Быстрая переналадка осуществляется заменой сменной вставки. При установке в патрон вставки с подпружиненным центром заготовки устанав­ ливаются в центрах. При этом, благодаря за­ зору между хвостовиком вставки и втулкой с наклонными пазами, кулачки будут "пла­ вающими", т.е. они не центрируют заготовку, установленную по центровым гнездам, а только закрепляют её, передавая крутящий момент при обработке. Для снижения влия­ ния центробежных сил применяют высоко­ скоростные патроны с противовесами, соеди­ ненными рычагами с основаниями кулачков.

Рис. 3.2.22. Патрон с быстрой переналадкой с установки деталей типа «фланец»

на деталь типа «вал»

В качестве механизированных приводов патронов применяют закрепляемые на заднем конце шпинделя станка пневмоили гидро­ цилиндры с полым штоком для возможности обработки прутковых заготовок, а также элек­ тромеханические приводы. Для возможности обработки заготовок деталей типа "вал" с од­ ной установки применяют переналаживаемые торцовые поводковые патроны зубчатые со