Shpory

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 1

1. Основные и вспомогательные УЭ приспособлений.

2. Рычажные механизмы.

Основные и вспомогательные УЭ приспособлений.

По назначению установочные элементы разделяются на 2 вида: основные и вспомогательные.

Основными называются установочные элементы, с помощью которых осуществляется базирование заготовок в приспособлении. Основные установочные элементы бывают постоянные, регулируемые, наладочные и самоустанавливающиеся. Постоянные УЭ не меняют своего положения, не меняют свою конструкцию во время эксплуатации приспособления. Применяются когда конструкция изделия достаточно стабильная. Регулируемые УЭ меняют свое положение при изменение размеров заготовки. Область применения – серийное производство. Наладочные УЭ имеют постоянную и наладочную части. Наладочная часть изменяется в зависимости от формы устанавливаемой поверхности. Самоустанавливающиеся УЭ – применяются в специальных случаях установки, когда база ступенчатая или разрывная.

Вспомогательные УЭ применяются для повышения жесткости установки или устойчивости заготовки. В базировании заготовки участие не принимают. Вспомогательные УЭ бывают подводимые и самоустанавливающиеся. Самоустанавливающиеся, бывают 2-х видов: индивидуальные переносные и стационарные.

Рычажные механизмы.

Основными конструктивными элементами рычажных механизмов являются рычаг, опора неподвижная и цапфа, с помощью которой рычагу устанавливается на опору. Основными конструктивными параметрами механизма являются плечи рычага, радиус опоры и ширина цапфы. Несмотря на большое многообразие конструкций рычажных механизмов, применяемых в машиностроении каждая из них относится к одной из следующих принципиальных схем рычагов, показанных на рисунке 2.12.

Чтобы сравнить схемы между собой с точки зрения коэффициента силовой передачи возьмем для каждой схемы сумму моментов относительно опоры рычага.

Q(l1+l2)=Wlη

Q=W(l/l1+l2)η

Ql2=Wl1η

Q=W(l1/l2)η

Ql2=W(l1+l2)η

Q=W((l1+l2)/l2)η

Допустим что l1=l2=l, η=1, w=const.

ic1=1/2

ic2=1

ic3=2.

Отсюда следует, что как усилитель привода наиболее эффективна 3-я схема, однако именно эта схема находит наименьшее применение в приспособлениях, так как крайне неудобна для установки заготовки (заготовка располагается в середине рычага) и приводит к большим габаритам ПР, поэтому на практике большее применение получила 2-я схема, которая оптимальная с точки зрения усилителя и удобства работы. В первом приближении расчетное уравнение для второй схемы имеет вид Q=W(l1/l2)η, где η характеризует потери на трение в механизме. Эти потери по разным источникам могут быть в пределах от 0,85 до 0,95. Для более точного определения коэффициента силовой передачи при расчете механизма необходимо учитывать силы трения, покажем это на примере второй схемы.

∑Mo=0, Wl1=Tp+F1l3+Ql2+F2l4

Tcosφ=W+Q, p=rtgφ

F1=Wtgφ1 – сила трения между плунжером и рычагом

F2=Qtgφ2 - сила трения между заготовкой и рычагом

φ=(φ1+φ2)/2; tgφ1=tgφ2=tgφ=f; cosφ=1

Радиус опоры для уменьшения сил на трение необходимо принимать минимально допустимым. Плечи рычага l3, l4 на которых действует сила трения F1, F2 необходимо принимать как можно меньше.

В целом следует отметить, что рычажные механизмы относятся к элементарным механизмам, могут работать самостоятельно, а также в сочетании с другими механизмами (шарнирно-рычажными, клиновыми, эксцентриковыми и резьбовыми). Достоинством рычажных механизмов относят простую конструкцию, надежную работу, возможность работы от ручного привода, возможность изменения величины и направления силы зажима, возможность приложения силы зажима в труднодоступных местах заготовки.

Недостатками являются большие габариты, отсутствие свойства самоторможения.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 2

1. Классификация приспособлений.

2. Кондукторные приспособления.

Классификация приспособлений

Приспособления классифицируются по ряду признаков, основными из которых являются:

- связь с оборудованием;

- принцип действия;

- вид подводимой энергии;

- степень специализации.

а)Связь с оборудованием:

- стационарные;

- подвижные;

- спутники.

Стационарные не меняют своего положения относительно станка во время всего периода эксплуатации. Применяют для заготовок, установка которых не вызывает технических трудностей (валы, диски).

Подвижные совершают поворотные возвратно-поступательные (челночные) перемещения в зоне станка. Применяются на агрегатных станках и станках с ЧПУ.

Спутники применяют на автоматических линиях и перемещаются с установленной заготовкой по всей линии. При этом положение заготовки относительно спутника не меняется. Применяются для обработки заготовок, неудобных для установки (рычаги, корпуса).

б)По принципу действия различают:

- клиновые;

- рычажные;

- шарнирно-рычажные;

- цанговые;

- мембранные;

- гидропластмассовые и др.

в)По виду подводимой энергии:

- с ручным приводом;

- с пневматическим приводом;

- пневмогидравлические;

- гидравлические;

- электро-механические и пр.

г)По степени специализации:

- Универсально-безналадочные приспособления (УБП) - неразборные многократного применения (тиски, патроны, оправки). Применяются в индивидуальном и мелкосерийном производствах.

- Универсально-наладочные приспособления (УНП) - состоят из двух частей: постоянной части (мех. зажима и привода) и наладочной части (установочные элементы), которые меняются в зависимости от заготовки. Применяются в мелкосерийном производстве.

- Универсально-сборные (УСП) - разборные многократного применения, собираются из стандартных деталей и сборочных единиц, образующих комплект УСП. Один комплект позволяет собирать до 300 различных приспособлений. Применение: оснастка для станков с ЧПУ.

- Сборно-разборные (СРП) - отличаются от УСП тем, что помимо стандартных деталей могут использовать и стандартные детали. Область применения аналогична УСП.

- Специальные безналадочные приспособления (СБП) - проектируются под определённую деталь, наиболее сложные, отличаются высокой производительностью, применяются в массовом и крупносерийном производствах.

Кондукторные приспособления

В машиностроении широко применяются процессы обработки, в которых для обеспечения требуемой точности обработки жесткость технологической системы является недостаточной. К таким процессам относится обработка отверстий концевым мерным инструментом (сверление, развертывание, зенкерование, нарезание резьбы). Обработка отверстий, не уступая по объему обработке наружных поверхностей, объективно выполняется в более сложных условиях. Это связано с более низкой радиальной жесткостью инструмента и обеспечением не только точности размеров и формы, но и положения оси обрабатываемых отверстий. Последнее требование на практике выполняется с наибольшими трудностями. Основная причина увод инструментов из-за недостаточной радиальной жесткости. Поэтому при обработке отверстий особенно глубоких, небольшого диаметра концевым мерным инструментом всегда стоит проблема обеспечения его радиальной жесткости.

Наиболее эффективным средством решения этой проблемы является применение кондукторных приспособлений. В этих приспособлениях основным рабочим элементом является кондуктор, на котором устанавливаются кондукторные (направляющие) втулки. Кондуктор представляет собой неподвижную, подвижную, поворотную или откидную плиту на которой располагаются направляющие втулки в соответствии с расположением инструмента. Подвижный кондуктор можно использовать для закрепления заготовок.

На рис.2.33 показана схема сверлильного станка с кондуктором для обработки отверстий в заготовках класса диски. Кондуктор 1 с кондукторными втулками 2 устанавливается на 2-х скалках 3, которые получают осевое перемещение через реечные передачи 4 и вал шестерню 5. При закреплении заготовки 6 скалки перемещаются вниз при этом кондуктор сжимая пружины 8 передает силу зажима Q через наладочную деталь 7. С помощью наладочной детали 7 устанавливается определенное расстояние между кондуктором и заготовкой, которое необходимо для схода стружки, называется вылетом инструмента и обозначается через е. Пружины 8 обеспечивают плавное перемещение кондуктора при закреплении и снятии заготовки. Эффективность применения кондукторных приспособлений определяется выбором трех параметров.

1. е- вылет обрабатывающего инструмента за кондукторную втулку

2. l- длина направляющей части кондукторной втулки

3. S- диаметральный зазор между кондукторной втулкой и инструментом (рис.2.34)

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 3

1. Установка на два цилиндрических пальца.

2. Методика расчёта механизмов, приводимых силами обработки.

Установка на 2 цилиндрических пальца.

Условимся, параметры соединения цилиндрических пальцев обозначается верхним индексом 0. Поскольку установка по плоскости и двум отверстиям представляет собой соединения отверстий и пальцев, условие установки на 2 цилиндрических пальца определим на основе сборочной размерной цепи (см.рис 1.20). составим размерную цепь для случая установки, в котором имеет место следующие сочетания параметров установки. Межцентровое расстояние пальцев имеет минимальную величину lпmin, а межцентровое расстояние отверстий lпmax. Диаметральные зазоры соединений отверстий и пальцев имеют минимальную величину S₁⁰min и S₂⁰min, тогда уравнение размерной цепи для такого случая установки имеет вид:

Учитывая что lmax=l+Tl/2 и lmin=lп-Tlп/2 и l=lп, мы получим уравнение

Поскольку рассмотренный случай является предельным, то уравнение имеет вид

[1]

Это уравнение называется уравнение установки. Из этого уравнения следует:

1. в каждой установке сумма диаметральных зазоров должна быть больше или равна суммарной погрешности межцентровых расстояний отверстий и пальцев. Если это условие не выполняется, то установка становится не возможной.

2. Условие установки на два цилиндрических пальца обеспечивается диаметральными зазорами в соединении отверстий и пальцев (S₁⁰ и S₂⁰).

Однако, вследствие зазоров заготовка может смещаться относительно пальцев в направлении осей X и Y, а также может поворачиваться на какой-то угол α. Очевидно, что эти смещения заготовки определяются наибольшей величиной зазоров S₁⁰max и S₂⁰max. Смещение по осям X и Y одинаковы (ε_x=ε_y) и равняются S₁⁰max или S₂⁰max.

Наибольшая величина угла поворота определим из геометрических построений на рис.1.21 представленных для одного из крайних положений. В результате поворота заготовки плоскость О₁-О₂ проходящая через оси отверстий примет положение О₁’ и О₂’. Проведем из центра О параллельную лини О1’O2’ и получим треугольник О1О2N в котором один катет равен межцентровому расстоянию l, а другой катет равен , из теугольника следует что tgα на цилиндрических пальцах

, [2]

полученные смещения относительно пальцев могут быть причиной погрешностей базирования заготовки в процессе обработки.

Методика расчета механизмов, приводимых силами обработки

Исходными данными для расчета механизмов должны быть: требуемая сила зажима Q, диаметр планшайбы станка D, диаметр заготовки d и допуск Td, Pz. Определяется расположение центра О2, относительно которого располагается профиль кулачка. Расчет носит графоаналитический метод.

1. Принимается количество кулачков, z=2

2. Определяется радиус опоры из условия ее прочности b=Q/2πrσ_см→r

3. Задаются запасом хода К1-К в пределах (0,05…0,1)d/2

4. Задаются углами трения tgφ2=0,1; tgφ1=0,15…0,20.

5. Из уравнения 1 определяется угол α₁. При этом tg(α1+φ1)=tgα1+tgφ1. Считается, что этот угол соответствует номинальному размеру диаметра заготовки d. Исходя из условия работы кругового клина очевидно, что с увеличением угла поворота кулачков угол клина все время уменьшается.

6. Из точки К1 под углом α1 проводится радиус вектор до пересечения с линией установки кулачков О1-О1. Определяется ось поворота кулачка О1. Из точки О1 проводится линия под прямым углом к радиусу-вектору до пересечения с направлением действия силы зажима Q. Определяется центр О2 и радиус профиль Rэ и величина эксцентриситета е.

7. Если точки О1 и О2 располагаются внутри планшайба станка D и имеется достаточный запас для расположения опоры кулачка проверяется условие самоторможения e<=ρ.

8. Диапазон изменения угла поворота кулачков α определяется из условия 2еsinα=(Td+S)/2. S – установочный зазор между заготовкой и кулачками в исходном положении.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 4

1.Технологическая оснастка. Основные понятия и определения. Виды приспособлений по целевому назначению

2.Механизмы с гидропластмассой.

Технологическая оснастка. Основные понятия и определения. Виды механизмов по целевому назначению.

Понятие технологической оснастки

ТО называются дополнительны устройства технологического оборудования, применяемые с целью обеспечения эффективности произвродства, улучшения условия труда работающих.

ТО является неотъемлимой частью любого ТП механосборочного производства. На долю ТО приходится 20% с/с изделий. Основную часть ТО механосборочного производства составляют приспособления.

Приспособления по целевому назначению разделяют:

1) Станочные(рабочие) приспособления - для установки заготовки на станках с целью их сборки.

2) Станочные(вспомогательные) приспособления для установки инструментов на станке, направления и фиксации инструментов в процессе обработки.

3)Сборочные

4)Контрольные

5)Различные вспомогательные устройства для подъёма, поворота, опрокидывания заготовки.

Роли и значение приспособлений

При помощи приспособлений устраняется необходимость в разметке и выверке заготовок при их установки на станке. Отсюда следуют следующие положительные факторы применения приспособлений:

а)Сокращается время на установку и повышается производительность обработки;

б)Появляется возможность автоматического получения размеров в процессе обработки, поэтому повышается и стабилизируется точность обработки;

в)Упрщается установка, что снижает с/с обработки;

г)Появляется возможность многостаночного обслуживания и совмещённой обработки, в результате чего снижается трудоёмкость процесса;

д)Повышается жёсткость технологической системы, что позволяет вести обработку соптимальными режимами резания с точки зрения точности и производительности.

е)Создаются условия для автоматизации установки, что улучшает условия и безопасность труда.

Механизмы с гидропластмассой

Гидропластмассовые механизмы используются при обработке втулок, колец, гильз, зубчатых колес и других деталей, в том числе тонкостенных, когда требуется обеспечить одновременно высокую точность центрирования заготовки (5-10 мкм) и равномерное приложение силы зажима по все поверхности установочного отверстия заготовки. Выполняются в виде патронов и оправок. На рис. 2.31 показана схема фланцевой гидропластмассовой оправки для чистовой обработки зубчатого колеса. Установочно-зажимных элементом в гидропластмассовых механизмах является втулка, у которой h/R=0,03…0,06, L/R=0,5…4,0, где R – наружный радиус втулки, h и L соответственно толщина и длина тонкостенной части втулки. На оправке втулка 1 с корпусом 2 образует замкнутый контур 3, который заполняется рабочей жидкостью. Во время установки заготовки на оправке под действием штока 4 привода внутри контура создается гидростатическое давление p_г=20…30 МПа, которое равномерно распространяется по всем стенкам контура. Для обеспечения герметичности контура, втулка по краям имеет утолщения (бурты) 5, которыми с натягом устанавливается на корпус. Под давлением жидкости тонкостенная часть втулки деформируется в пределах установочного зазора ∆ с контактируемой заготовкой. Таким образом происходит центрирование и закрепление заготовки. Исследования показали, что в результате деформации втулка принимает форму, показанной на рисунке 2.32. В этой форме выделяют участок длинно lк, на котором втулка контактирует с заготовкой и 2 переходных участка от буртов к заготовке длиной l. Отсюда следует, что часть гидростатического давления р_∆ расходуется на деформацию втулки, а другая часть р_к, которая действует на длине lк, расходуется на закрепление заготовки на оправке, т.е. расходуется на создание момента трения между втулкой и заготовкой. р_г=р_∆+р_к.

р_∆- определяется по формуле теории прочности тонкостенных оболочек, р_∆=∆∙Eh/R²

При определении момента трения влияние давления на переходных участках учитывается приложением равномерно распределенных по окружности R поперечных сил Q₀. Тогда Мтр=2Q₀πDfD/2+р_кl_кπDfD/2=πD²f(2Q₀+р_кl_к). Основными параметрами гидропластмассовых механизмов помимо R,h,L являются наружный диаметр втулки D (h4)=2R, внутренний диаметр втулки d1 (H7), диаметр буртов d2 (H8), длина буртов T. Ширина контура H в рабочей части втулки.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 5

1.Виды шарнирно-рычажных механизмов. Достоинства и недостатки этих механизмов.

2.Методика расчета сил закрепления

Виды шарнирно-рычажных механизмов. Достоинства и недостатки этих механизмов.

Шарнирно-рычажные механизмы по характеру применения являются универсальными механизмами как с точки зрения методов обработки, так и с точки метода обрабатываемых деталей. Отличаются быстродействием, надежной работой, простой конструкцией, минимальными потерями на трение. Кроме этого они могут обеспечить достаточно большую величину коэффициента силовой передачи. К недостаткам шарнирно-рычажных механизмов относят большие габариты, ограниченную величину запаса хода и ее зависимости от размера механизмов. Кроме того, шарнирно-рычажные механизмы не обладают свойством самоторможения. Шарнирно-рычажные механизмы являются комбинированными, в которых шарнирный рычаг взаимодействует с обычным рычагом или плунжерным. Шарнирный рычаг в отличии от обычного рычага имеет две опоры. Причем обе опоры могут быть подвижными или одна опора подвижная, а друга неподвижная. Подвижная опора называется шарнир, рычаг с двумя подвижными опорами в механизме выполняет роль усилителя привода. Рычаг с одной подвижной опорой применяется для увеличения запаса хода механизма. Обычный рычаг или плунжер в шарнирно-рычажных механизмах применяются для передачи силы зажима на заготовку, при этом обычный рычаг также может использоваться для увеличения коэффициента силовой передачи или запаса хода механизма

Методика расчета силы закрепления.

Основным исходным условием при расчете силы зажима является обеспечение надежного закрепления заготовки. При этом необоснованно завышенная величина силы зажима может быть причиной перерасхода подводимой энергии и преждевременного выхода из строя механизма. Расчетные уравнения для определения силы зажима получают из условия статического равновесия заготовки в каждом конкретном случае под действием внешних и внутренних сил. Внешними силами являются: исходная сила привода, сила зажима, сила обработки. Внутренние силы: силы трения и реактивные силы. Рассмотрим несколько характерных случаев взаимодействия сил обработки и зажима.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 6

1.Роль и значение приспособлений. Основные функциональные элементы конструкции приспособлений.

2.Механизмы, приводимые в действие силами обработки.

Роль и значение приспособлений. Основные функциональные элементы конструкции приспособлений.

При помощи приспособлений устраняется необходимость в разметке и выверке заготовок при их установки на станке. Отсюда следуют следующие положительные факторы применения приспособлений:

а)Сокращается время на установку и повышается производительность обработки;

б)Появляется возможность автоматического получения размеров в процессе обработки, поэтому повышается и стабилизируется точность обработки;

в)Упрщается установка, что снижает с/с обработки;

г)Появляется возможность многостаночного обслуживания и совмещённой обработки, в результате чего снижается трудоёмкость процесса;

д)Повышается жёсткость технологической системы, что позволяет вести обработку соптимальными режимами резания с точки зрения точности и производительности.

е)Создаются условия для автоматизации установки, что улучшает условия и безопасность труда.

Несмотря на большое многообразие приспособлений, в их конструкции выделяют следующие элементы и механизмы определённого функционального назначения (типовые):

- Установочные элементы (УЭ);

- Зажимные механизмы (ЗМ);

- Установочно-зажимные механизмы (УЗМ);

- Силовые привода (СП);

- Корпус (К);

- Вспомогательные элементы (ВЭ).

УЭ - для базирования заготовок в приспособлениях; выполняются в виде штырей, пластин, пальцев, опорных призм, втулок, оправок с зазором.

ЗМ - для закрепления заготовок на станке. Исходная сила W передаётся на заготовку в виде силы зажима Q, передача происходит с усилением Q/W>1. В качестве усилителей применяются клиновые, рычажные, эксцентриковые, винтовые механизмы. УЭ и ЗМ работают независимо друг от друга.

УЗМ - предназначены для базирования и закрепления заготовок; в них установочные элементы приводятся в действие зажимными механизмами. В результате базирование и закрепление заготовки происходят одновременно и составляют единый процесс. УЗМ применяют, когда необходимо осуществить базирование заготовок относительно плоскости и оси симметрии. Базирование относительно иси симметрии типа тела вращения называется центрированием. УЗМ, обеспечивающие центрирование заготовок, называются центрирующими механизмами. К ним относятся: самоцентрирующие призмы, патроны, оправки, центра.

СП - для создания исходного усилия W, которое приводит в действие УЗП.

К - для общей компоновки конструкции приспособления.

ВЭ - крепёж, арматура, кнопки и другие устройства, необходимые для сборки, работы и обслуживания приспособлений.

Механизмы, приводимые в действие силами обработки.

Эти механизмы в производственной практике называют поводковыми патронами. На рис.2.25 показана схема такого патрона с 2-мя кулачками. Количество кулачков может быть 3 и даже 4.

Заготовка в патроне базируется в центрах, кулачки предназначены только для передачи крутящего момента.

Кулачки 1 устанавливаются на плавающей плите 2, которая крепится на планшайбе 3 станка. Установка кулачков на плавающей плите с одной стороны позволяет равномерно нагрузить кулачки, а с другой стороны разгрузить передний центр. Работа механизма основана на эффекте эксцентриситета, который достигается тем, что рабочий профиль кулачка выполняется из центра О2 смещенного относительно оси поворота кулачка О1 на расстояние е, называемого эксцентриситетом. Причем ось патрона О, ось поворота кулачка и центр О2 не лежат на одной прямой, а составляют примерно прямой угол. В результате получается следующее: 1- при вращении патрона под действием окружной составляющей силы резания Pz заготовка стремясь повернуться в сторону обратную вращения патрона ( по стрелке С) захватывает кулачки. Кулачки поворачиваются на угол α до положения самоторможения. В таком положении кулачки и заготовка вращаются как одно целое. 2- сила зажима Q прикладывается к заготовке в точке К1 и создается запас хода К1-К , необходимый для обеспечения безопасной работы патрона, а проще говоря чтобы исключить заклинивания кулачков, где К – точка пересечения поверхностей заготовки диаметром d и линией установки кулачков 01-01. 3- величина силы зажима устанавливается автоматически, в зависимости от величины силы резания Pz, а также конструктивных параметров Rэ и е, где Rэ – радиус профиля кулачка.4 – сила зажима Q действует на заготовку под некоторым углом и создает внешний момент, равный Q∙e раскрытия кулачков.

Этот момент уравновешивается внутренним моментом со стороны опоры кулачка от равнодействующей Т на плече ρ, где ρ – радиус окружности трения в опоре кулачка; ρ=rtgφ2. Таким образом получается условие самоторможения кулачка в общем виде Tρ>=Qe. Поскольку в положении самоторможения система находится в равновесии силы Т и Q должны быть равны по величине, противоположны по направлению и действовать на одной линии, проходящей через точку контакта К1 касательно окружности трения (рис.2.26), тогда условие самоторможения T=Q принимает более простой вид e<=ρ.

При расчете механизма полагают, что между профилем кулачка радиусом Rэ и траекторией его поворота радиусом R образуется круговой клин с переменным углом α1 и вершиной в точке К. В процессе резания клин под действием силы резания Pz проталкивается между опорой кулачка и заготовкой, при этом в точке К1 действуют силы зажима Q, сила трения F1 и сила резания Pz. Если допустить, что направляющие клина являются опорой кулачка, а сила резания Pz является внешней силой по отношению к клину, то в первом приближении можно применить уравнение плоского клина, а именно Q=Pz/z[tg(α1+φ1)+tgφ2] (1). В этом уравнении Q- сила зажима на одном кулачке, z-количество кулачков, α1 –текущее значение угла клина , φ1 – угол между кулачками и заготовкой. Текущее значения угла клина по аналогии с эксцентриковым механизмом представляется как угол между направления действия зажима Q и радиусом-вектором, соединяющем точку контакта К1 и ось поворота кулачка О1.

Для передачи крутящего момента на холостых оборотах кулачки снабжаются грузиками 4. Центробежная сила Рц, развиваемая грузиками при вращении патрона равна Рц=mω²Rц

m=G/g

ω=πn/30

Rц – радиус установки грузиков.

Отсюда, задаваясь центробежной силой, определяем вес грузиков.

При остановке патрона кулачки принимают исходное положение, раскрываются, под действием пружин 5.

В целом, о механизма можно сказать следующее: поводковые механизмы обладают рядом достоинств, среди которых в первую очередь выделяют отсутствие в необходимости подвода внешней энергии для закрепления заготовки. Кроме того, механизмы надежны в работе, развивают большие закрепления. Недостатком этих механизмов является нанесение повреждений установочной поверхности заготовки. Поэтому механизмы широко применяются на многорезцовых токарных станках, для предварительной обработки, когда снимаются большие припуски, действуют большие силы резания и требуются большие силы закрепления.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 7

1. Установка в центрах

2. Выбор угла клина в механизмах с плоским клином

Установки по центровым отверстиям

Установки по центровым отверстиям широко применяется при обработке валов, установка проста по исполнению, легко автоматизируется, позволяет обрабатыватть практически все поверхности вала и самое главное, обеспечивает высокую точность центрирования вала. В основе установки по центровым отверстиям лежит базирование вала по двум взаимно противоположным коническим отверстиям, расположенные на общей оси. В качестве основных установочных элементов используются центры с углом 60⁰, поэтому данную схему часто называют установка в центра. Центры стандартизованы и широко представлены в технической литературе. На практиче различают два варианта схемы установки по центровым отверстиям.

Примечание: на схемахх установки левый центр принято называть передним центром, а правый – задний.

В первом варианте схемы (см.рис 1.13,а) передний центр 1 выполняется жестким, т.е. неподвижным по оси центров, поэтому передний центр принимает участие в центрировании вала и в его базировании по оси центров,т.е. является опрно-центрирующим установочным элементом.задний центр 2 выполняется подвижным по оси центров, что позволяет использовать этот центр для центрирования вала и для передачи силы зажима Q на вал.

Для первого варианта схемы установки задается схема базирования, в которой технологическимим базами являетяс Т1 – ось вала – двойная направляющая скрытая база (4 опрные точки), Т2 - опрная скрытая база, воображаемая плоскость поперечного сечения, проходящая через середину конуса центрового отверстия а – одна опрная точка. Указанные технологические базы определяют положение вала в системе кордина XYZ. В конструкциях валов, диаметральные размеры как правило задаются относительно оси, т.е. ось является конструкторской базой К1, поэтому диаметральные размеры при обработке вала получаются напряму без погрешностей базирования.

На схеме установки технологическая скрытая база Т1 реализуется потум центрирования вала в центрах через центровые отверстия а и б. Осевые размеры валов обычно задаются на рабочих чертежах от какого-либо внешнего торца вала.

Допустим что в нашем примере осевые размеры заданы от торца, которые являются коснтрукторской базой К2. Как следует из схемы базирования, технологическая база Т2 и конструкторская база К2 не совпадают между собой, это является признаком что вал по оси Х планируется базировать с какой-то погрешностью ε_х. Действительно технологическая скрытая база Т2 на схеме установки реализуется на неподвижном центре 1 через центровое отверстие а, диаметр которого d выполняется с допуском Td и имеет коническую форму. В результате торец А вала на неподвижном центре будет занимать различные положения по оси Х. погрешность базирования ε_х в данном случае представляет отклонение торца А, как коснтрукторской базы К2 относительно неподвижного центра 1. Для партии валов величина отклонений согласно схеме (рис.1.13,б) может достигать значений ε_х = (Td/2)/tgα/2.

Выбор угла плоского клина.

Выбор угла клина выбирается исходя из надежного закрепления заготовки. Для надежного закрепления заготовки механизмы с плоским клином проектируются самотормозящими. Для того, чтобы определить при каких углах клина обеспечивается его самоторможение рассмотрим действие сил на клин в положении самоторможения (рис.2.9). Рассмотрим действие сил на клин в положении самоторможения, когда W=0,а P>0. В этом положении силы трения F1 и F2 изменяют направления действия на противоположные , тогда уравнение равновесия клина в положении самоторможения имеет вид P-F2=0 или P=F2, где P=Q1tg(α-φ1), F2=Q1tgφ2. После подстановки получаем tg(α-φ1)=tgφ2ю Для малых углов (меньше 15⁰) в инженерных расчетах можно принимать, что tg(α-φ1)=tgα-tgφ1. В уравнении равновесия клина 1 выталкивающая сила Р имеет наибольшую величину, при которой сохраняется условие самоторможения клина. Следовательно угол α в уравнении 2 представляет собой верхний предел угла клина с точки зрения его самоторможения, тогда с учетом уравнения 3 получаем tgα=tgφ1+tgφ2=tgαmax. Очевидно, что нижний предел угла клина с точки самоторможения будет иметь место при Р=0, такое может быть когда α=φ1=αmin. На рисунке 2.10 показана схема сил, действующих на клин, когда α=φ1.

P=F2=0.

При дальнейшем уменьшении с угла клина, выталкивающая сила Р меняет свое направление на противоположное и происходит заклинивание клина. Заклинивание может быть причиной отказа или разрушения оборудования. В нормальных условия эксплуатации tgφ1=tgφ2=0,1; αmax=10⁰24’; αmin=5⁰42’, поэтому в технической литературе рекомендуется для обеспечения самоторможения диапазон угла клина 6-11⁰.

Для того чтобы обеспечить самоторможение клиновых механизмов с роликом угол плоского клина должен быть меньше 3⁰. При таких углах эксплуатации механизма становится малоэффективной, так как увеличивается величина хода клина и его габариты, поэтому в механизмах с роликами клин выполняется с двумя наклонными плоскостями (рис.2.11).

Первая наклонная плоскость имеет угол 30⁰, что позволяет клину быстро проходить основную часть хода, закрепление заготовки происходит на второй наклонной плоскости с углом 11-150, что позволяет работать клину с высоким коэффициентом силовой передачи.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 8

1.Зажимные механизмы. Требования. Основные параметры.

2.Установка на цилиндрический и срезанный пальцы.

Зажимные механизмы

Основные требования, предъявляемые к зажимным механизмам:

1. ЗМ должны обеспечивать надежное закрепление заготовки

2. ЗМ должны действовать с минимальными затратами энергии и времени

3. ЗМ в процессе закрепления заготовки не должны деформировать заготовку и наносить на ее поверхности какие-либо повреждения

4. ЗМ должны иметь простую конструкцию, быть удобными в эксплуатации, безопасны в работе и обладать высокой ремонтоспособностью

5. Силы обработки не должны восприниматься ЗМ

Классификация ЗМ проводится по ряду признаков, по количеству элементов (звеньев) различают элементарные и комбинированные механизмы. Элементарные состоят из одного элемента (рычажные, цанговые, эксцентриковые, резьбовые), а комбинированные из 2-х или нескольких элементарных механизмов (шарнирно-рычажные, клино-плунжерные и др). По виду подводимой энергии механизмы бывают с гидравлическим , пневматическим, пневмогидравлическим, электромеханическим и ручным приводом. По характеру действия различают механизмы самотормозящие и не самотормозящие. В самотормозящих механизмах эффект самоторможения получается за счет трения в механизме, при этом механизм не раскрывается после снятия силы с привода, а продолжает действовать и закреплять заготовку. В результате самотормозящие механизмы обладают высокой надежностью и безопасностью работы. Кроме этого в самотормозящих механизмах создаются условия для автономной работы механизма, что особенно важно в приспособлениях – спутниках – на автоматических линиях. Где закрепление заготовок осуществляется только на загрузочной операции. Основным недостатком этих механизмов является низкий КПД из-за больших потерь на трение.

В не самотормозящих механизмах исходная сила должна подводится к механизму постоянно в течении всего времени обработки.

К самотормозящим относятся клиновые, резьбовые, эксцентриковые, а к не самотормозящими все другие.

По виду усилителя привода механизмы бывают клиновые, резьбовые, эксцентриковые и т.д

Основные параметры ЗМ

1. Коэффициент силовой передачи ic=Q/Wпр, этот параметр характеризует механизм как усилитель привода, т.е. показывает его силовые возможности

2. Запас хода механизма S_Q , представляет собой величину перемещения точки элемента механизма в которой действует сила зажима в направлении действия этой силы. Это параметр характеризует возможности применения механизма к различным заготовкам. Запас хода необходим для свободной установки и снятия заготовки.

3. Коэффициент перемещения iп = S_Q/S_W,отношение запаса хода к величине перемещения элемента механизма, к которому прикладывается сила привода. Этот параметр характеризует механизм с точки зрения времени действия и возможности его кинематики.

4. КПД η=Q/Qт, этот параметр характеризует эффективность использования в механизме подводимой внешней энергии.

Установка на цилиндрический и срезанный пальцы.

Рис.1.23,а

Рис.1.23,б

Стремление повысить точность установки при соблюде ии условия установки привело к применению схемы установки на цилиндрический и срезанный пальцы. Форма срезанного пальца образуется из совместного рассмотрения схемы базирования и схемы установки на рис.1.19 из которых следует что для реализации технологической базы Т3 второй палец достаточно выполнить в виде узкой полоски, образованной двумя параллельными симметричными срезами, врезультате получается следующее:

1. На срезанном пальце образуются 2 рабочие поверхности в виде двух цилиндрических ленточек диаметрально противоположных шириной b на диаметре d₂^◊.

2. В соединении отверстие – срезанный палец помимо диаметрального зазора S₂^◊ появляется осевой зазор 2с, направление которого совпадает с отклонениями межцентровых расстояний, поэтому условие установки на цилиндрический и срезанный палец имеет вид

S₁⁰min+2c=Tl+Tlп [3]

3. Диаметральный зазор в соединение отверстие – срезанный палец меньше осевого зазора, т.е. S₂^◊<2c, это означает, что применение срезанного пальца дает возможность при одинаковых условиях установки повысить точность установки. Докажем это. Для этого рассмотрим случай установки на цилиндрический и срезанный пальцы, в котором диаметральные зазоры имеют минимальную величину S₁⁰min и S₁^◊min. Согласно схемы расположения полей допусков (на рис.1.22), такое может быть, если диаметр пальца максимальный равен D. d₂^◊max=D- S₂^◊min и d₁^◊max=D- S₁^◊min. На схеме соединения отверстие – срезанный палец построим два треугольника с общим катетом O₂N.

В инженерной графике более часто полученная формула применяется в таком виде

Поскольку уловия установки однаковые сравнивая уравнения имеем, что с другой стороны 2с= S₂⁰min,

E_у^◊=S₂^◊_max<E_у⁰, что и требовалось доказать.

Вместе с тем, стойкость срезанного пальца уступает цилиндричсекому. В реальных условиях эксплуатации срезанные пальцы быстро забиваются и выходят из строя. Поэтому срезанные пальцы следует применять, когда возможности применения цилиндрических пальцев изчерпаны. Для повышения стойкости срезанного пальца в поперченом сечении его выполняют в виде ромба (рис.1.23,б). Форма ромба получается следующим робразом. В соединение отверстие – срезанный палец проводится ряд плоскостей параллельный плоскости О₁-О₂ и в каждой плоскости внутрь отверстия с двух противоположных сторон откладываются по половине осевого зазора. В результате получается зона установки второго отверстия А, в которую наиболее полно вписывается ромб.

В реальных условиях эксплуатации ширина ленты b срезанного пальца принимается равной b=(1/3…1/5)D, но никогда не должна быть меньше 2 мм. В реальных условиях эксплуатации диаметры отверстий всегда одинаковые, посадки тоже одинаковые – это технологично и удобно для обслуживания, тогда при установке на 2 цилндрических пальца имеем

При установке на цилиндрический и срезанный палец S₁⁰=S₂^◊=S

Сквозное графически выглядит следующим образом

Рис.1.24

2S⁰_min=Tl+Tlп

S_min+2c=Tl+Tlп

2S⁰_min= S_min+2c = S_min+ S_minD/b;

D/b=4

S_min=0,4 S⁰_min

S_max=0,7 S⁰_max

Установка на срезанный палец повышает точность на 30%.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 9

1.Методика расчета гидропластмассовых механизмов

2.Условие торможения для эксцентрикового механизма

Методика расчета гидропласстмассовых механизмов

1. Открывается справочник станочное приспособление под редакцией Вордашкина, том 2 таблица 11 и в таблице по dзаг принимаются D,d1,d2,T,H,р_г,р_к,Q₀,σ_max, l.

2. Определяется максимальная величина радиального установочного зазора между втулкой и заготовкой в исходном положении ∆max=dзаг_max-D_min (0,01…0,03)

3. Определяется p_∆=р_г-р_к и по формуле р_∆=∆∙Eh/R² определяется h.

4. Определяется длина тонкостенной части втулки L=lзаг∙0,8

5. Определяется lк=L∙φ, где φ определяется по Корсакову в зависимости от h/R,L/R

6. Определяется момент трения, если Мтр/Mобр>=2,0…2,5 определяется исходная сила на штоке W=πd²/y∙р_г∙1/η и проверяется втулка на прочность.

7. В качестве материала 65Г, 60ХГСФ

Условие торможения для эксцентрикового механизма

Для определения условия самоторможения эксцентрика рассмотрим действие сил на эксцентрика положение самоторможения, когда W=0. С точки зрения самоторможения наиболее неблагоприятным является положение эксцентрика при β около 90⁰. Именно при таких углах β как показывает график x=f(β) угол клина принимает наибольшую величину и создаются наиболее благоприятные условия для раскрытия эксцентрика. Это положение показано на рис.2.14,б.

Положение самоторможение со стороны заготовки на эксцентрик действует сила трения F1 и нормальная сила зажима Q. Равнодействующая этих сил Т1 проходит под углом трения φ1. Со стороны опоры на эксцентрик действует сила Т2, которая проходит касательно к окружности трения r’=rtgφ2 . Эксцентрик будет находится в равновесии в положении самоторможении, если силы Т1 и Т2 будут равны по величине и действовать по одной линии. Из треугольника О1СК1 получаем, что sinφ1=(e-r’)/R. Учитывая, что sinφ1≈tgφ1=f1, tgφ2=f2, то e=Rf₁+2f₂, (3).

f1=0,1…0,125

f2=0,1

r=(0,25…0,4)R

R/e=6…8 (=7)

Полученное условие самоторможение R/e=7 позволяет построить графики p=f(β), α=f(β) и К=f(β).

Совместим α и К.

Графики α=f(β) и К=f(β) позволяют сделать следующие выводы о механизмах с круговым эксцентриком.

1.Рабочий диапазон угла β составляет45-145⁰. В этом диапазоне коэффициент силовой передачи механизма принимает различные значения, что обуславливает нестабильную работу механизма. Наиболее стабильный механизм работы в районе β=90⁰.

2.Запас хода ограничивается не только величиной эксцентриситета е, но и рабочим диапазоном угла β.

3. эффективность работы механизма зависит от точности установочного размера заготовки Н. Чем выше точность, тем выше эффективность работы.

4. Запас хода оказывает влияние на габариты механизма.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 10

1. Установка по плоским базам

2. Эксцентриковый механизм. Коэффициент силовой передачи. Недостатки механизма.

Схема установки по плоским поверхностям.

Применяется при обработке корпусных деталей.

На рисунке 1.6,а показаны схема базирования и схема установки заготовки корпусной детали. Базирование заготовки осуществляется по трем технологичесим базам T1 – основание заготовки (установочная база -- 3 опорные точки), Т2 – торцевая поверхность заготовки (направляющая база – 2 опорные точки) и Т3 – опорная поверхность (опорная база – 1 опорная точка). Все базы явные и поэтому на схеме установки контактируют с установочными элементами. При установке по плоским поверхностям установочные элемент принято называть опорами. Конструктивно опоры выполняются в виде пластин 1, в виде штырей 2 и 3. Штыри различаются формой головок (см рис.1.6,б), применяются штыри с плоской, с насеченной, сферической и грибовидной головками. Штыри с плоской головкой рекомендуется применять в качестве горизонтальных опордля установки по предварительно обработанным поверхностям и в качестве боковых опор для установки по чисто обработанным поверхностям. Штыри с насеченной головкой обладают повышенной сцепляемостью и применяются только в качестве боковых опор по предваритель обработанным поверхностям. Штыри со сферической и грибовидной головками применяются только для установки по черновым поверхностям, также могут использоваться в качестве боковых опор по предварительно обработанным поверхностям. для простоты смены штырей во время эксплуатации приспособления их устанавливают по нулевой посадке в переходные втулки 4, которые запрессовываются в корпус приспособления 5, после чего торцы втулок шлифуются под одну плоскость.

Пластины применяются для установки по чистовым поверхностям, крепятся винтами 7 с потайной головкой к корпусу приспособления. Имеют диагональные пазы 8 для западания стружки во время снятия заготовки. Сила зажима Q прикладывается к заготовке в зависимости от расположения обрабатываемых поверхностей. На рисунке показаы варианты приложения силы зажима, но ни в коем случае нельзя применять в сторону сферической опоры (будет погрешность базирования и большой износ опоры). В целом схема установки по плоским поверхностям обладает высокой жесткостью, обеспечивает хорошую устойчивость заготовки и позволяет обрабатывать достаточно большое количество поверхностей. Вместе с тем для установки заготовки в приспособление требуется минимум 3 движения, что ставит при автомазиции производства значительные технические трудности. Кроме того под установку занято 4 поверхности.

Эксцентриковый механизм.

Эксцентриковые механизмы, также как и рычажные механизмы относятся к элементарным механизмам. К достоинствам этих механизмов в первую очередь относят быстродействие, компактность и возможность работы от ручного привода. Другими достоинствами являются обеспечение больших значений коэффициента силовой передачи 20-30 и обладание свойством самоторможения. Вместе с тем эксцентриковые механизмы имеют особенности, которые необходимо знать, чтобы учитывать их при проектировании механизмов и их эксплуатации. Среди эксцентриковых механизмов наибольшее распространение получили механизмы с круговым эксцентриком, которые имеют более простую конструкцию и меньшую стоимость изготовления, по сравнению с профилированными эксцентриками. Круговой эксцентрик представляет собой диск, у которого ось поворота смещена относительно геометрической оси на какое-то расстояние, называемое эксцентриситетом. Благодаря эксцентриситету у эксцентрика при его повороте появляется запас хода и возможность закрепления заготовки. Основными конструктивными параметрами эксцентриковых механизмов являются: радиус (R), величина эксцентриситета (е). Другими параметрами являются: радиус опоры (r), плечо, на котором прикладывается исходная сила W(l) и ширина цапфы (b).

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 11

1. Установка заготовок в приспособления. Определение и общие понятия. Основные требования к УЭ приспособлений.

2. Самотормозящие и несамотормозящие механизмы. Условие самоторможения для механизмов с плоским клином (без роликов)

Опорная точка- это символ связи который необходимо закрепить связи на заготовку чтобы лешить заготовку одной степени свободы.

Поскольку заготовка имеет 6 связей, 6 опорных точек должно быть….

Основные требования к установочным элементами приспособлений.

Производственная практика выработала следующие основные требования, которые необходимо учитывать при проектировании установочных элементов.

Требование 1 – установочные элементы должны обеспечивать требуемую точность обработки. Это требование исходит из того, что погрешность установки, как погрешность положения заготовки при ее обработке определяется как вероятностная сумма погрешностей базирования закрепления заготовки и приспособления.

появляется при несовпадении баз и зависит от точности предшествующей обработки

часть погрешности установки, обусловленная геометрическими отклонениями заготовки (неперпендикулярность, несоосность, овальность)

часть погрешности установки, обусловленная погрешностями изготовления ПР (неплоскостность установки штырей, несимметричность плоскостей призм, несовпадение центров)

На практике, особенно на чистовых обработках, погрешности заготовки и приспособления составляют незначительную величину относительно погрешности базирования и закрепления, поэтому на практике погрешность установки определяется по более простой зависимости.

Погрешность закрепления представляет собой смещение конструкторской базы при закреплении заготовки в направлении заданного размера (см. рис 1.4,а). Это смещение может быть в результате контактных или упругих деформаций заготовки. Контактные деформации превалируют когда заготовка жесткая. Контактные деформации подчиняются показательному распределению в зависимости от силы закрепления Q. При многократной установке деформации распределяются между зависимостями 1 и 2. Y₀ обычно корректируют при наладке оборудования, тогда диапазон от Ymin до Ymax будет представлять собой погрешность закрепления.

При обработке не жестких заготовок (см.рис 1.4,б) превалируют упругие деформации, которые в каждом отдельном случае определяются расчетным путем.

Требование 2 – установочные элементы должны обеспечивать устойчивость заготовки и жесткость, а также не должны деформировать заготовку и наносить ее поверхностям какие либо повреждения (вмятины, царапины, забоины). Выполнение этого требования во многом противоречивого на практике достигается следующим образом. Если установка заготовки происходит по черновым или предварительно обработанным поверхностям, приоритетным являются требования устойчивости. В таких случаях для повышения устойчивости заготовки, в таких случаях площадь контакта заготовки с установочными элементами должна быть минимальной, а точки контакта должны размещать на максимально возможном расстоянии друг от друга (рис.1.5,а).

Для обеспечения устойчивости заготовки применяются установочные элементы со сферической или грибовидной поверхностью. Эти установочные элементы обеспечивают минимальную площадь контакта с заготовкой. Полученные при этом повреждения на заготовке снимаются при последующей обработке.

Если установка заготовки происходит по чисто обработанным поверхностям увеличение площади контакта с заготовкой не снижает ее устойчивость, но вместе с тем повышается жесткость установки, а следовательно точность обработки. Поэтому чисто обработанные поверхности устанавливаются на установочные элементы с большой площадью контакта. На рис 1.5, б показана установка в самоцентрирующем патроне тонкостенной втулки при внутреннем шлифовании отверстий, в данном случае помимо центрирования втулки необходимо обеспечить равномерное по окружности приложение силы Q. Это достигается с применение 3-х кулачкого патрона с увеличенной площадью контакта.

Требование 3 – установочные элементы должны обладать достаточной прочностью и достаточной износоустойчивостью. Быть удобными в эксплуатации и обслуживания. Для выполнения этого требования установочные элементы выполняются из стали 20Х, У7А, с термообработкой и цементацией с твердостью по HRC от 40 до 50 единиц, и желательно установочные элементы иметь со сменными рабочими поверхностями.

Самотормозящие и несамотормозящие механизмы

По характеру действия различают механизмы самотормозящие и не самотормозящие. В самотормозящих механизмах эффект самоторможения получается за счет трения в механизме, при этом механизм не раскрывается после снятия силы с привода, а продолжает действовать и закреплять заготовку. В результате самотормозящие механизмы обладают высокой надежностью и безопасностью работы. Кроме этого в самотормозящих механизмах создаются условия для автономной работы механизма, что особенно важно в приспособлениях – спутниках – на автоматических линиях. Где закрепление заготовок осуществляется только на загрузочной операции. Основным недостатком этих механизмов является низкий КПД из-за больших потерь на трение.

В не самотормозящих механизмах исходная сила должна подводится к механизму постоянно в течении всего времени обработки.

К самотормозящим относятся клиновые, резьбовые, эксцентриковые, а к не самотормозящими все другие.

По виду усилителя привода механизмы бывают клиновые, резьбовые, эксцентриковые и т.д.

Для того, чтобы определить при каких углах клина обеспечивается его самоторможение рассмотрим действие сил на клин в положении самоторможения (рис.2.9). Рассмотрим действие сил на клин в положении самоторможения, когда W=0,а P>0. В этом положении силы трения F1 и F2 изменяют направления действия на противоположные , тогда уравнение равновесия клина в положении самоторможения имеет вид P-F2=0 или P=F2, где P=Q1tg(α-φ1), F2=Q1tgφ2. После подстановки получаем tg(α-φ1)=tgφ2ю Для малых углов (меньше 15⁰) в инженерных расчетах можно принимать, что tg(α-φ1)=tgα-tgφ1. В уравнении равновесия клина 1 выталкивающая сила Р имеет наибольшую величину, при которой сохраняется условие самоторможения клина. Следовательно угол α в уравнении 2 представляет собой верхний предел угла клина с точки зрения его самоторможения, тогда с учетом уравнения 3 получаем tgα=tgφ1+tgφ2=tgαmax. Очевидно, что нижний предел угла клина с точки самоторможения будет иметь место при Р=0, такое может быть когда α=φ1=αmin. На рисунке 2.10 показана схема сил, действующих на клин, когда α=φ1.

P=F2=0.

При дальнейшем уменьшении с угла клина, выталкивающая сила Р меняет свое направление на противоположное и происходит заклинивание клина. Заклинивание может быть причиной отказа или разрушения оборудования. В нормальных условия эксплуатации tgφ1=tgφ2=0,1; αmax=10⁰24’; αmin=5⁰42’, поэтому в технической литературе рекомендуется для обеспечения самоторможения диапазон угла клина 6-11⁰.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 12

1.Установка на оправках. Общие понятия

2.Эксцентриковый механизм. Принцип работы. Достоинства. Величина хода. Угол клина.

Установка на оправках. Общие понятия

Оправки применяются при обработке деталей типа тела вращения с центральным отверстием, оправки принято делить на жесткие и разжимные. Жесткие оправки бывают конические, шлицевые и цилиндрические. Конические оправки обеспечивают очень высокую точность центрирования заготовок, передачу крутящего момента между оправкой и заготовкой, однако,предъявляют особые требования к поверхности отверстия, быстро изнашиваются и имеют большую осевую погрешность базирования. В основном используются в единичном произвдстве, как правило, в инструментальном производстве. Шлицевые оправки применяются для базирования заготовок по шлицевому отверстию. Радиальное базирование осуществляется с зазором, при этом шлицевое соединение используется для передачи крутящего момента на заготовку. Цилиндрические оправки получили наибольшее применение среди жестких оправок, благодаря своей универсальности. Установки на жесткие цилиндрические оправки может осуществляться с диаметральным натягом или с диаметральным зазором. Разжимные оправки обеспечивают центрирование заготовоки предсавляют собой различные установочно – зажимные механизмы (клино-плунжерные, цанговые, мембранные и гидропластмассовые). Выбор разжимных оправок обуславливается требуемой точностью обработки, радиальной жесткостью конструкции деталии состояние установочной поверхности отверстия.

Эксцентриковый механизм.

Эксцентриковые механизмы, также как и рычажные механизмы относятся к элементарным механизмам. К достоинствам этих механизмов в первую очередь относят быстродействие, компактность и возможность работы от ручного привода. Другими достоинствами являются обеспечение больших значений коэффициента силовой передачи 20-30 и обладание свойством самоторможения. Вместе с тем эксцентриковые механизмы имеют особенности, которые необходимо знать, чтобы учитывать их при проектировании механизмов и их эксплуатации. Среди эксцентриковых механизмов наибольшее распространение получили механизмы с круговым эксцентриком, которые имеют более простую конструкцию и меньшую стоимость изготовления, по сравнению с профилированными эксцентриками. Круговой эксцентрик представляет собой диск, у которого ось поворота смещена относительно геометрической оси на какое-то расстояние, называемое эксцентриситетом. Благодаря эксцентриситету у эксцентрика при его повороте появляется запас хода и возможность закрепления заготовки. Основными конструктивными параметрами эксцентриковых механизмов являются: радиус (R), величина эксцентриситета (е). Другими параметрами являются: радиус опоры (r), плечо, на котором прикладывается исходная сила W(l) и ширина цапфы (b).

На рисунке 2.14 показаны различные положения эксцентрика при углах поворота β=0, β<0, β>0. При повороте эксцентрика геометрическая ось О1 перемещается относительно оси опоры эксцентрика по траектории радиусом е, последовательно принимая положения 1,2,3,4. По такой же траектории рабочая поверхность эксцентрика радиусом R перемещается к заготовке, контактируя с ней в точках К1 или К2 или К3 в зависимости от величины допуска TH на установочный размер H заготовки. Запас хода эксцентрика определяется из геометрических построений на рисунке 2.14,а. Если β=0, то х=0, если β₁<90⁰, то х₁=е-еcosβ₁=e(1-cosβ₁). Если β₂=90⁰, то х₂=е. Если β₃>90⁰, то х₃=е+ecosβ’=e(1+cosβ’). Где β’= 180-β. Если β=180⁰, то х₄=2е. По полученным формулам строится график x=f(β), из которого следует:

1. При повороте эксцентрик перемещается к заготовке неравномерно по углу поворота.

2. Запас хода эксцентрика определяется величиной эксцентриситета е.

3. Наибольшая величина хода равно 2е.

При расчете эксцентриковых механизмов могут применяться два подхода. Согласно одному из них график x=f(β) представляет собой развертку кругового клина по углу β. Круговой клин образуется между рабочей поверхностью эксцентрика радиусом R и начальной окружностью радиусом r₀. Во время закрепления заготовки при повороте эксцентрика под действием исходной силы W круговой клин проталкивается между опорой эксцентрика и заготовкой. Исходная сила W передается на круговой клин через рычаг с плечами l и p (рис.2.14,в), где р – радиус вектор эксцентрика – расстояние между осью поворота и точкой контакта эксцентрика и заготовкой.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 13

1. Установка на жесткие цилиндрические оправки с натягом.

2. Клиноплунжерные механизмы. Вторая схема.

Установка на жесткие цилиндрические оправки с диаметральным натягом.

Установка на жесткие цилиндрические оправки с диаметральным натягом (оправки с натягом) применяются при обработке достаточно жестких деталей, когда требуется обеспечить очень высокую размерную точность, точность геометрической формы и точность взаимного рамсположения поверхностей (см.рис. 1.15)

рис.1.16

На рисунке 1.16 показана схема базирования и схема установки заготовки втулки на оправке с натягом. На схеме базирования обозначены: Т1 – ось втулки – двойная направляющая скрытая база (4 опорныые точки), Т2 – опорная явная база - внешний торец втулки. На схеме установки опорная база Т2 контактирует с буртиком оправки и фиксирует заготовку по оси. Технологическая скрытая база Т1 реализуется путем центрирования втулки при ее запрессовки на оправку по установочной поверхности отверстия d. Точность отверсти d должна соответствовать седьмому квалитету с отклонениями H7 и шереховатость Ra 0,63.

В конструкциях оправок с натягом, выделяют следующие элеименты:

1. Поводковая часть 1

2. Буртик

3. Рабочая часть (шейка)

4. Проточная часть

5. Направляющая часть

Жесткие оправки устанавливаются на станках в центрах, для передачи крутящего момента на оправку используются поводковые устройства. которые соединяются с поводковой частью оправки, поэтому поводковая часть имеет две диаметрально расположенные плоские лыски. Буртик предназначен для базирования заготовки по оси. Диаметр буртика d_б=d₁-2z-(2…5),

где z – припуск на сторону втулки, снимаемый при обработке на опраке

d₁ -- исходный диаметр обрабатываемой поверхности втулкти

данная формула показывает, что буртик должен контактировать с заготовкой по всей торцевой поверхности с одной стороны, а с другой строны буртик должен давать возможность выхода иснтрумента в процессе обработки.

Примечание: оправки с натягом могут быть и без буртика, в этом случае по оси заготовка базируется с помощью съемных колец. Оправки без осевого буртика позволяют обрабатывать 2 торца втулки одновременно на оправке. Рабочая часть – шейка, длина должна быть меньше чем длина заготовки с тем, чтобы рабочая часть работала по всей поверхности и чтобы не было местной выработки. Диаметр шейки равен диаметру заготовки, однако диаметр оправки-шейки выполняется по 6 квалитету с полями допусков n6, p6, r6 и шереховатость Ra0,63.

Проточная часть отделяет направляющую часть от рабочей части и необходима для выхода инструмента при обработке свободного торца втулки. Диаметр проточки должен быть меньше диаметра направляющей части. Длина проточки lпр= l-lp+(2…5). Направляющая часть необходима для направления заготовки при ее запрессовке на оправке с тем, чтобы исключить заклинивание заготовки и повреждения оправки . Наибольший диаметр направляющей части равен наименьшему диаметру заготовки, lн=(1/2…1/3)l;

Общая длина оправки L=(5…7)l. При конструировании оправок с натягом расчетными параметрами являются исполнительные размеры рабочей шейки.

Исполниельные размеры шейки оправки определяются из условия надежного закрепления заготовки на оправке, т.е. определяются для случая, когда в соединении «оправка – заготовка» величина натяга минимальная. В рабочем состоянии в соедиении «оправка-заготовка» в результате диаметрального натяга со стороны оправки на заготовку действует равномерно распределенная по все поверхности отверстия давление интенсивность p. Взаимосвязь между натягом и давлением устанавливается формулой

p=e_min*10^-3/(d(C₁/E₁+C₂/E₂)Мпа.

Е₁ и Е₂ – модули упругости материалов оправки и заготовки

С₁ и С₂ – соотвественно коэффицента, характризующие радиальную жесткость оправки и заготовки.

Для сплошных оправок С₁ = 1-μ₁: C₂=

μ₁ и μ₂- коэффиценты Пуассона для оправки и заготовки.

Если заготовка короткая l/d<1, то в знаменатель формулы добавляется X, который определяется по графику в зависимости от l к d. Из графика следует, что чем короче заготовка, тем меньше коэффициент X, это означает, что для коротких заготовок величина натяга требуется меньше. Расчет исполнительных размеров шейки оправки проводится в следующей последовательности.

Допустим, что в процесси обработки втулкит на оправки действует момент обработки и осева сила обработки, тогда для надежного закрепеления заготовки на оправке момент трения между заготовкой и оправкой и осевая сила трения между заготовкой и оправкой должны быть в K раз больще Mобр и Рос, где К – коэффициент запаса. К=1,5…2,0. Сказанное записывается следующим образам Мтр = 2πd_опрpl_рf₁(d_опр/2)=КМобр Pтр = 2πd_опрpl_рf₂=Кробр. Осюда опрделяется p и большее из них вставляется в расчетную формулу и определяется e_min. Далее строится схема полей допуской отверстия и оправки.

Допустим, что соединение заготовки с оправкой выполнено по посадке H7/p6

В заключении отметим, что установка на оправки с натягом требует дополнительного оборудования для запрессовки и распрессовки, свзана с затратами времени и энергии, практически не автоматизируется, поэтому применяется в мелкосерийном производстве, а также в случаях когда другими способами обеспечить требуюмую точность обработкеи не предостваляется возможным.

Клиноплунжерные оправки

Клиноплунжерные оправки широко применяются на токарных, шлифовальных и зубообрабатывающих станках. По исполнению бывают шпиндельные и фланцевые. Шпиндельные оправки непосредственно встраиваются в шпиндель станка и предназначены для обработки мелких деталей с установочным отверстием порядка 10-30 мм.

При обработке длинных заготовок (гильзы, трубы) применяются двухрядные оправки (рис.2.24).

Двухрядные клиноплунжерные оправки требую применения двух взаимно противоположных исходный сил W₁ и W₂, что достигается применением специальных приводов. Во время установки заготовок на такие оправки под действием сил W₁ и W₂, штоки привода 1 и 2 и клиновые втулки 5 и 6 перемещаются вдоль оси оправки в противоположных направлениях. В результате плунжеры в каждом ряду получают синхронные радиальные перемещения от оси к заготовке, происходит центрирование и закрепление заготовки. При снятии исходных сил W₁ и W₂ шток 2 принимает исходное положение под действием центральной пружины, а шток 1 под действием пружины 7, через дистанционную втулку 8. Технологическими базами являются Т1 – ось заготовки, двойная направляющая скрытая база и торец заготовки Т2 – опорная явная база. При проектировании и эксплуатации клиноплунжерных оправок необходимо иметь в виду следующее: 1 – плунжеры могут иметь круглое сечение или прямоугольное. Плунжеры с круглым сечением легко изготовить, однако при работе оправки они меняют свое положение, часто поворачиваются и поэтому быстро изнашиваются. Плунжеры с прямоугольным сечением стоят значительно больший период времени, однако изготовление радиальных пазов в корпусе требует специальных методов обработки. 2- площадь контакта между плунжером и клиновым пазом должна быть по возможности больше. Чем меньше площадь контакта, тем быстрее оправка выходит из строя. 3- рабочий профиль плунжера должен соответствовать кривизне установочного отверстия.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 14

1. Общие положения о базировании заготовок в приспособлениях

2. Методика расчета резьбовых механизмов

1.5 – точка на оси, плавающего конического пальца, относительно которой определяется настроечный размер С₂.

6 – точка, на вершине угла призмы, относительно которой определяется настроечные размеры С₃/2.

Из совместного рассмотрения схем базирования и установки следует:

1. Технологическая база Т₃ реализуется узкой призмой через поверхность А. Технологическая база Т₂ реализуется плавающим коническим пальцем через поверхность В. Поэтому настроечные размеры С₃ и С₂ совпадают с заданными размерами А₂ и А₃. Это означает что заданные размеры А₂ и А₃ в процессе обработки отверстия получаются без погрешности базирования.

2. Настроечный размер С₁ определяется относительно пластины 1 и поэтому не совпадает с заданным размером А₁, который в процессе обработки получается как замыкающее звено технологической размерной цепи А₁=А-С₁. Согласно свойству размерной цепи, допуск замыкающего звена равен сумме допуску замыкающих звеньев ТА₁=ТА+ТС₁, [1]

где ТА- погрешность базирования на заданный размер А₁;

ТС₁- допуск на настроечный размер С₁, является величиной постоянной для всех заготовок.

Из уравнения 1 следует, если погрешность измерима с допуском на заданный размером базирования то приходится повышать точность, на предшествующей обработке, т.е. уменьшать допуск ТА. В массовом производстве это связано с дополнительными затратами средств и времени.

Выбранная схема установки полностью совпадает со схемой базирования., в противном случае положение заготовки в приспособление может быть неопределенным или появляется дополнительная погрешность базирования

Резьбовые механизмы.

В резьбовых механизмах в качестве усилителя привода используется резьбовое соединение «винт-гайка», в котором внешний момент прикладывается к винту или гайке. На рисунке 2.17,а показана схема резьбового механизма, в котором внешний момент прикладывается к винту. При вращении винт получает осевое перемещение относительно неподвижного корпуса (гайки) за счет угла наклона резьбы α. Осевое перемещение винта используется для создания запаса хода механизма и закрепления заготовки. При расчете резьбового механизма полагают, что внешний момент прикладываемый к винту во время закрепления заготовки расходуется на преодоление внутренних сил сопротивления в резьбе и сил трения на пятке.

М=Мр+Мп (1)

Уравнение 1 представляет собой условие равновесия винта в общем виде во время закрепления заготовки. Для определения момента в резьбе Мр на поверхности резьбы винта выделим элементарный участок и рассмотрим действие сил на этот участок во время закрепления заготовки в поперечном и продольном сечении винта. В поперечном сечении (рис.2.17,б) действие внешнего момента вызывает на элементе резьбы окружную реакцию dT со стороны корпуса. Реакция dT действует по касательной к окружности резьбы d2 и является элементарной окружной внутренней силой сопротивления резьбы. Просуммировав реакцию dT по всей поверхности резьбы винта получим суммарную окружную силу сопротивления Т.Эта сила на плече d2/2 создает внутренний момент сопротивления резьбы, который уравновешивает внешний момент.

М=T*d2/2. При этом допускаем, что момент трения на пятке примерно равен 0. Практически так бывает, если пятка имеет сферическую поверхность, как и показано на рисунке. В продольном сечении элемент резьбы винта рассматривается как плоский клин с углом наклона, равным углу подъема резьбы α. Где tgα=P/πd, где d – наружный диаметр резьбы. Согласно свойству плоского клина, под действием внешнего момента на элемент резьбы со стороны корпуса будут действовать реактивные силы dP и dQ, равнодействующая этих сил dR направлена под углом α+φпр. Поперечная сила dP совпадает и по направлению и по сил и по величине с окружной силой dT.

Осевая составляющая dQ передается на заготовку. Из треугольника сил имеем dP=dQtg(α+φпр)=dT. Просуммировав равнодействующую dR по всей поверхности резьбы винта получим силу зажима Q и окружную силу Т, т.е. Т=Qtg(α+φпр). Тогда М=Q*d2/2*tg(α+φпр) (2).

Полученное уравнение есть уравнение резьбового соединения без учета потерь на пятке винта. В этом уравнении φпр есть приведенный угол трения в резьбе винта , который учитывает, что поверхность трения резьбы винта располагается под некоторым углом β к поперечной плоскости сечения винта и поэтому больше, чем в плоском клине tgφпр=tgφ/cos β,

где β – половина угла профиля резьбы

β =30⁰; β =15⁰.

Момент трения на пятке винта зависит от силы зажима Q, состояния установочной поверхности заготовки и конструкции пятки. В резьбовых механизмах в чистом виде сферические пятки практически не применяются, т.к. быстро изнашиваются и наносят повреждения заготовке. В основном применяются плоские пятки, которые бывают кольцевые и сплошные (рис. 2.18 а,б).

Для определения трения кольцевой пятки выделим на рабочей поверхности кольца элементарное кольцо радиусом ρ и шириной dρ, тогда под действием зажима силы Q момент трения на элементарном кольце составит dMп=2πρdρ∙рf_пр. Если кольцо имеет размеры: внутренний радиус r и наружный R, то момент трения такого кольца составит

P=Q/(π(R2-r2))

Мп(сплошной)=2/3QfпR

Для того чтобы использовать преимущества сферической пятки применяют комбинированные, в которых сферическая пятка действует на заготовку через подпятник, называемый башмаком (рис.2.18,в). Башмак устанавливается на сферической пятке с помощью разрезного пружинного кольца. Чтобы максимально уменьшить трение между пяткой и башмаком внутреннюю поверхность башмака выполняют в виде кругового конуса с углом β, тогда сферическая пятка будет контактировать с конусом башмака по окружности радиусом В (рис.2.18,г), тогда момент трения на пятке будет равен Мп=FпВ

Fп – нормальная реакция от силы зажима Q, Fп=Nпfп; Nп=Q/sinβ/2

B=Rcosβ/2

Методика расчета механизма.

По справочнику Вордашкина Q→d(M8…M42),P,σр

Если справочника нет, то →d2,P,α,β→φgпр→Мр→Мп→М

Σр=80…111 МПа. Проверка Мт/М<0,4

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 15

1.Установка в самоцентрирующие патроны

2.Шарнирно-рычажные механизмы с одним шарнирным рычагом.

Установка в самоцентрирующий патрон

Установка в самоцентрирующие патроны является самой распространенной схемой установкой в машиностроении. Осуществляется по наружной или внутренне цилиндрической поверхности заготовки. Установка проста в исполнении, легко автоматизируется, обладает достаточной жесткостью. Главное достоинство состоит в том, что она обеспечивает достаточно высокую точность центрирования заготовки независимо от состояния ее установочной поверхности. Установка широко применяется на токарных и шлифовальных станках при обработке деталей класса валы и диски. В качестве основных установочных элементов в данной установке (кроме цанговых механизмов) применяются кулачки, которые устанавливаются радиально и равномерно по окружности в корпусе патрона. Количество кулачков, площади их контакта принимаются в зависимости от радиальной жесткости заготовки и состояния ее установочной поверхности. Применяются патроны, в которых количество кулачков меняется в диапазоне от 2 до 6. Наиболее универсальны патроны с 3-мя кулачками. Чем хуже установочная поверхность, тем кулачков меньше. Во время базирования и закрепления заготовки в патроне кулачки получают синхронные радиальные или угловые перемещения при помощи различных установочно-зажимных механизмов: клино-плунжерных, рычажных, спирально-реечных, мембранных и др. в зависимости от этого и называются патроны. На практике различают два варианта установка в самоцентрирующие патроны. Одни из них имеет место когда патрон выполняется без осевого упора (рис.1.26). Для этого варианта задается схема базирования, в которой технологическими базами являются: Т1- двойная направляющая скрытая база – 4 опорные точки, ось симметрии заготовки. Т2 – наружный торец – опорная явная база – 1 опорная точка. На схеме установки технологическая база Т1 реализуется при центрировании заготовки, которая осуществляется кулачками 1 через наружную цилиндрическую поверхность D. По оси заготовка обычно фиксируется откидным упором 2. Такая схема широко применяется при токарной обработке заготовок из прутка. Обязательные условия – длина контакта кулачков l>d.

Шарнирно-рычажные механизмы.

Шарнирно-рычажные механизмы по характеру применения являются универсальными механизмами как с точки зрения методов обработки, так и с точки метода обрабатываемых деталей. Отличаются быстродействием, надежной работой, простой конструкцией, минимальными потерями на трение. Кроме этого они могут обеспечить достаточно большую величину коэффициента силовой передачи. К недостаткам шарнирно-рычажных механизмов относят большие габариты, ограниченную величину запаса хода и ее зависимости от размера механизмов. Кроме того, шарнирно-рычажные механизмы не обладают свойством самоторможения. Шарнирно-рычажные механизмы являются комбинированными, в которых шарнирный рычаг взаимодействует с обычным рычагом или плунжерным. Шарнирный рычаг в отличии от обычного рычага имеет две опоры. Причем обе опоры могут быть подвижными или одна опора подвижная, а друга неподвижная. Подвижная опора называется шарнир, рычаг с двумя подвижными опорами в механизме выполняет роль усилителя привода. Рычаг с одной подвижной опорой применяется для увеличения запаса хода механизма. Обычный рычаг или плунжер в шарнирно-рычажных механизмах применяются для передачи силы зажима на заготовку, при этом обычный рычаг также может использоваться для увеличения коэффициента силовой передачи или запаса хода механизма. Для получения расчетных уравнений шарнирного рычага обратимся к наиболее простой схеме шарнирно-рычажного механизма, состоящего из привода 1, шарнирного рычага 2 и обычного рычага 3 (рис.2.19). Такой механизм называется шарнирно-рычажным механизмом одностороннего действия с одним шарнирным рычагом.

Во время закрепления заготовки, исходная сила привода W прикладывается к шарнирному рычагу, через шарнир А. Поскольку шарнирный рычаг в рабочем положении находится под углом α в шарнире А возникает равнодействующая сила Ra, которая вызывает противодействие такой же силы Rб со стороны шарнира Б. По условию равновесию шарнирного рычага силы Ra и Rб должны быть равны по величине и действовать по одной линии. С учетом трения в шарнирах шарнирного рычага эта линия проходит по касательной к окружностям трения шарниров. Касательная располагается под углом β относительно шарнирного рычага (рис. 2.20). Таким образом, силы Ra и Rб действуют под углом α+β, с другой стороны равнодействующая Rб является внешней силой для обычного рычага и раскладывается на составляющие Q2 и Q1. Составляющие Q2=W и воспринимается опорой В обычного рычага. Составляющая Q1 через плечи обычного рычага передается на заготовку, как сила зажима.

Из треугольника сил имеем Q1=W/tg(α+β),(1) где α- угол наклона шарнирного рычага в рабочем положении. β – угол, который учитывает влияние трения на коэффициент силовой передачи шарнирного рычага ic=Q/W=1/ tg(α+β) (2). Уравнения 1 и 2 называются уравнениями шарнирного рычага с 2-мя подвижными опорами. Из этих уравнений следует, что как усилитель шарнирный рычаг действует за счет угла его наклона α. Физический смысл угла β такой же как и у угла трения. Определяется угол β из геометрических построений (рис.2.20). Для этого из центра шарнира А проводится линия параллельная касательной . Получается треугольник АБС с углом β, из которого следует, что tgβ≈БС/L=2ρ/L=2rf/L=df/L, где d – диаметр шарнира. Действие силы Q1 в шарнире Б вызывает противоположные действия такой же силы в шарнире А. Для повышения жесткости шарнира А его снабжают роликом 4, который перемещается по направляющей 5. В этом случае работа штока привода 6 становится более благоприятной, однако, появляется приведенная сила трения Fпр между роликом и направляющей и уравнение шарнирного рычага принимает вид Q1=(W-Fпр)/ tg(α+β), учитывая что Fпр=Q1tgφпр получаем уравнение шарнирного рычага с роликом.

Β=30’…2⁰.

Для определения запаса хода шарнирного рычага его рабочее положения сравним с исходным положением. Из сравнения следует, что S_Q1=L(cosα’-cosα). Наибольшая величина запаса хода S_Q1max=L(1-cosα). Величина хода привода будет соответственно равняться Sw=L(sinα’-sinα).

Шарнирный рычаг в механизмах обычно выполняется сборным. Делается это для изменения длины шарнирного рычага и следовательно регулировать угол его наклона. При расчете механизма угол α определяется (принимается) исходя из обеспечения требуемой силы зажима заготовки, а также для обеспечения надежной работы механизма. В любом случае угол α не должен быть меньше 5⁰. При углах меньше 5⁰ есть вероятность заклинивания шарнирного рычага. Обычно α=10⁰-15⁰. Угол α’ определяется исходя из обеспечения требуемого запаса хода механизмов. Например, S_Q=TH+S, S – установочный зазор, принимается в зависимости от вида заготовки. Затем S_Q1=S_Q∙l2/l1=L(cosα’-cosα)→α’.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 16

1.Погрешности базирования при установке на опорной призме.

2.Клиноплунжерные механизмы. Первая схема.

Погрешности базирования при установке на опорной призме

Величина погрешностей базирования при β=90^{0 з}ависит от точности установочной поверхности, угла призмы, от выбора конструкторской базы. Вторая особенность установки в призимы состоиит в том, что погрешности базтрования на заданные размеры зависят также и от угла установки β. Угол установки β может принимать значения от 0⁰ до 90⁰, определим погрешности базирования для двух диапазонов угла β. Первый диапазон β=α/2…90⁰ , второй β=0…α/2.

Погрешность базтрования определяется как проекция отклонений конструкторской базы на направление заданного размера. Для размера H конструкторской базой являетяс ось.

Полученные уравнения для погрешности базирования на заданные размеры H, Н₁ и Н₂ позволяют посторить графики погрешностей бьазирования в зависимости от угла установки (рис.1.12). из этих графиков следует, что угол установки β оказывает существенное влияние на погрешность базирования при установке на опроной призме. Влияние настолько существенно, что в отдельных случаях погрешность базирования за счет угла установки можно сводить к минимуму и даже к нулю. Таким образом, для повышения точности устанвки на призме угол призмы должен быть как можно больше, однако, при увеличении угла призмы снижается устойчивость заготовки на призме (точки контакта К-К приближаются друг к другу). В машиностроении α=60…120⁰, оптимальный угол между точностью и устойчивость находится в районе 90⁰. Ближе к 120 применяется на призмах в котрольных приспособлениях, где точность на главном месте.

Рассмотренный выше материал дает сделать следующий общий вывод, что при установке на оопорной призме выбор угла призмы, угла установки на призме констркторской базой должен осуществляться во взаимосвязи друг с другом, в противном случае возможны необоснованные погрешности обработки, потери энергии и рабоччего времени. С точки зрения точности установки наиболее не благоприятны случаи имеет место, когда конструкторской базой является верхняя образующая.

Клиноплунжерные оправки.

Клиноплунжерные оправки широко применяются на токарных, шлифовальных и зубообрабатывающих станках. По исполнению бывают шпиндельные и фланцевые. Шпиндельные оправки непосредственно встраиваются в шпиндель станка и предназначены для обработки мелких деталей с установочным отверстием порядка 10-30 мм. На рисунке 2.23 показана схема фланцевой оправки, которая фланцем корпуса крепится на планшайбе станка. В равномерно расположенных по окружности корпуса 1 в радиальных пазах устанавливаются плунжеры 2. Внутри корпуса располагается клиновая втулка 3. Втулка по периферии имеет клиновые пазы. Каждый плунжер контактирует со своим клиновым пазом. Количество плунжеров и пазов z=3-6. Втулка имеет центральные отверстия для крепления со штоком привода 5. Во время установки заготовки исходная сила привода прикладывается к втулке. Под действием исходной силы втулка перемещается вдоль оси оправки в направлении исходной силы W, при этом плунжеры получают синхронные радиальные перемещения от оси к заготовке. Таким образом происходит центрирование и закрепление заготовки. После снятия исходного усилия втулка принимает исходное положение под действием центральной пружины (на рис. не показана), а плунжеры под действием кольцевой разрезной пружины 4. При расчете полагают что радиальная сила зажима Q на оси оправки взаимно уравновешивается и практически сила трения между втулкой и корпусом отсутствует, поэтому расчетное уравнение для клиноплунжерных оправок выглядит следующим образом.

Установка на клиноплунжерные оправки проста по исполнению, легко автоматизируется и может выполняться с установочным кольцом. В этом случае плунжеры воздействуют на заготовку через тонкостенное разрезное кольцо. Такие оправки обеспечивают равномерное распределение силы зажима по установочному отверстию заготовки и применяются при обработке деталей с низкой радиальной жесткостью, а также когда установка выполняется по чисто обработанному отверстию, однако, в этом случае часть исходного усилия затрачивается на деформацию втулки и запас хода ограничивается ее упругими свойствами. Оправки без установочного кольца имеют сравнительно большой диаметральный ход плунжеров (до 10 мм) при α=6.11⁰, обеспечивает большие силы зажима, что позволяет их использовать для установки по чистовым и предварительно обработанным отверстиям. В зависимости от длины установочного отверстия применяются оправки с одним или двумя рядами плунжеров. Однорядные оправки (рис. 2.23) применяются, когда длина отверстия меньше его диаметра или соизмерима с ним. В этом случае технологическими базами является Т1 – торец заготовки, установочная явная база, Т2 – ось заготовки, двойная опорная скрытая база, реализуется путем центрирования заготовки на оправке.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 17

1.Установка на опорной призме. Общие понятия. Достоинства и особенность схемы.

2.Механизмы с кольцевыми мембранами.

Схема установки на опорной призме

Опорная призма как установочный элемент приспособления широко применяется для установки по наружной цилиндрической поверхности заготовок (валов, крестовин, вилок и др.деталей) на операция фрезерования, протягивания, сверления, когда требуется обеспечить базирование заготовки по плоскости симметрии установочной цилиндрической поверхности. Призмой называется установочный элемент, рабочие поверхности которого выполненные в иде продольного паза образованного двумя наклонными друг к другу плоскостями 1 и 2 (см рис.1.7), угол между наклонными плоскостями обозначается через α и является основным конструктивным параметром данного установочного элемента. Призма имеет плоскость симметрии 3, которая проходит вдоль паза по верхине угла призмы. На виде прямо плоскость проектируется в линию 4, которая называется осью призмы. В конструкциях призм предусматривается технологический продольный паз 5 шириною b, основание паза задается размером h, который зависит от размера В. Размер В принимается примерно равный диаметру установочной цилиндрической поверхности d. Технологический паз необходим для выхода инструмента при обработке наклонных плоскостей призмы. Другими элементами конструкции призмы являются основание 6 и корупс 7.при установке по обработанным поверхностям применяют сплошные призмы, а при обработке необработанных поверхностей – двух опорные узкие призмы. Согласно ГОСТ для установки например ступенчатого валика диаметром d задается схема базирования (см рис.1.8), который технологическими базами являются Т1 – линия пересечения двух взаимно перпендикулярный плоскостей: плоскости симметрии 7 установочной цилиндрической поверхности валика d и плоскости 8, проходящей через условные точки контакта цилиндрической поверхности d, с наклонными плоскостями призмы; опрные точки 1,2,3,4 – двойная направляющая скрытая база. Т2 – внутенний торец валика 9; опорная явная база, опрная точка 5.

Данный комплект баз определяент пложение валика в системе координат XYZ, опорная точка 6 на схеме базирования показывает, что шестой степени свободы по углу поворота относительно своей оси валик лишается при его закреплении на призме, поэтому технологическая база Т3 на схеме базирования отсутствует, и опорная точка 6 условно обозначается на плоскости симметрии валика. Если заготовкав бащировании по углу поворота не нуждается,6 опорная точка на схеме базирования может не показываться.

На рисунке 1.9 показана схема установки валика на опорной призме. Из которой следует, что скрытая технологическая база Т1 реализуется наклонными плоскостями призмы через установочную цилиндрическую поверхность d. Технологическая база Т2 контактирует с призмой., сила зажима Q прикладывается к заготовке по плоскости симметрии валика. Установка на опорной призме имеет ряд достоинств:

1. Призма является жестким установочным элементом и обеспечивает хорошую устойчивость заготовки.

2. Установка на призме проста, требует минимальное время и легко автоматизируется.

3. Призма обеспечивает высокую точность базирования заготовки по плоскости симметрии установочной цилиндрической поверхности.

Вместе с тем установка на опрной призме имеет особенности, которые необходимо знать, чтобы учитывать при проектировании технологических процессов. Первая особенность состоит в том, что технологическая скрытая база Т1 на призме занимает различные положения в зависимости от угла призмы и диаметра установочной поверхности. Это означает, что для партии валиков имеет место некоторый диапазон отклонений оси валика О. Величина отклонений определяется с помощью геометрических построений на рис. 1.10.

Допустим, что имеется партия валиков, в которой диаметр установочной цилиндрической поверхности d принимает значение от d₁ до d₂, так что d₁-d₂=Td, тогда при установке на призме с углом α валики диаметром d₁ будут контактировать с призмой в точках «К₁-К₁» и ось таких валиков займет положение О₁, валики диаметром d₂ будут контактировать в точка «К₂-К₂» и замет положение О₂. Отклонение О₁О₂ опрделеяется из треугольника О₁О₂N. В котором катет О₁Т=d₁/2-d₂/2=Td/2, тогда искомая величина будет равна O₁O₂=Td/2sinα/2. Какое влияние оказывает полученное отлонение оси валика на точность оси установки и влияет ли? Чтобы ответить на этот вопрос рассмотрим схему установки валика при обработке лыски. Положение лыски в поперечном сечении может задавать размерами H, H₁, H₂. Это означает, что конструкторскими базами К1 могут быть соответсвенно ось валика, нижняя образующая «А₁-А₁» или верхняя образующая «А₂-А₂» цилиндрической установочной поверхности d. Допустим , что лыска обрабатывается под углом 90⁰ к оси призмы. Угол между обрабатываемой поверхностью и осью призмы

назвается углом установки и обозначается через β, следовательно, рассматривается случай β=90⁰. Вершину угла призмы обозначим буквой С. При обработки лыски инструмент устанавливается относительно основания призмы (т.С₁). из совместного рассмотрения схем базирования и установки следует, что технологическая база Т1 не совмещается с конструкторскими базами К1, заданные разметы H, H₁, H₂ не совпадают с настроечным размером Б и получаются в процессе обработки как замыкающие звенья технологических размерных цепей. Размер Н=Б-ОС₁ = Б-ОС-СС₁. Н₁ = Б-А₁С₁ = Б-А₁С-СС₁. Н₂ = А₂С₁-Б = А₂С+СС₁-Б,

где ОС₁, А₁С₁ и А₂С₁ – расстояния о конструкторских баз до основания призмы,

СС₁ – расстояние отвершины угла призмы до ее основания.

Положение точки С, так же как и положение точки С₁ не меняется для всех установок, поэтомупогрешности базирования в данном случае представляют собой отклонения конструкторских баз К1 относительно точки С и определяются, как допуск на расстояния ОС, А₁С и А₂С.

ε_Н = Т(ОС) = Т(d/2sinα/2) = Td/2sinα/2.

ε_Н1 = Т(А₁С) = Т(ОС-d/2) = Т(d/2sinα/2 – d/2) = Td/2(1/sinα/2 – 1).

ε_Н2 = Т(А₂С) = Т(ОС+d/2) = Td/2(1/sinα/2 + 1).

Величина погрешностей базирования при β=90^{0 з}ависит от точности установочной поверхности, угла призмы, от выбора конструкторской базы. Вторая особенность установки в призимы состоиит в том, что погрешности базтрования на заданные размеры зависят также и от угла установки β. Угол установки β может принимать значения от 0⁰ до 90⁰, определим погрешности базирования для двух диапазонов угла β. Первый диапазон β=α/2…90⁰ , второй β=0…α/2.

Кольцевые мембраны.

На рисунке 2.30,а показана схема оправки с кольцевыми мембранами для зубообработки зубчатого колеса. В качестве установочно-зажимного элемента используется набор кольцевых мембран. Кольцевая мембрана представляет собой коническое кольцо (сплошное или с прорезями), которое имеет следующие параметры (рис.2.30, б) β – половина угла конуса, D и d наружный и внутренний диаметр, l – длина конуса, δ – толщина кольца, h – высота кольца. Кольца с прорезями более эластичные. На таких кольцах прорези выполняются в 2 ряда и располагаются по наружному диаметру и внутреннему диаметру в шахматном порядке. Кольца изготавливают из специальной кремниевой стали 60С2А с термообработкой. На оправке кольца 1 устанавливаются блоком между втулкой 2 и корпусом 3. Втулка крепится со штоком привода 4. Во время работы оправки под действием исходной силы W втулка получает осевое перемещение внутрь корпуса в результате которого за счет упругой осевой деформации кольца выпрямляются до контакта с заготовкой и встают в распор между втулкой и заготовкой. При этом диаметр D увеличивается на величину от 0,1 до 0,4 мм в зависимости от величины диаметра. Таким образом, происходит центрирование и закрепление заготовки. После снятия исходного усилия кольца за счет свое упругости принимают свое положение и заготовка свободно снимается с оправки. При расчете оправки полагают, что исходная сила привода W=W1+W2, где W1- часть исходной силы, которая затрачивается на осевую деформацию колец в пределах зазора S1 и S2, где S1 – диаметральный установочный зазор между заготовкой и кольцами в исходном положении,

S1=Dзаг-D.

S2 – монтажный зазор между втулкой и кольцами, S2=d-dвн.

W1 определяется по формуле теории прочности тонкостенных оболочек (см.лит.). W1=f(δ,D/d,E,λ), где λ – осевая деформация кольца. λ=h-h1.

W2 – часть исходной силы, затрачиваемая на закрепление заготовки.

Для определения W2 рассматривают исходное положение кольца и сравнивают его с рабочим положением (рис.2.30,в). В рабочем положении кольцо рассматривается как жестко поставленная распорка под углом β1 между заготовкой и втулкой. Тогда W2=Qtgβ1, если кольцо с прорезями W2=1,33Qtgβ1.

Расчет оправки ведется в следующей последовательности:

1. Выбирается угол β1 из условия не заклинивания β1=11⁰.

2. Определяется W2

3. Рекомендуется, чтобы осевая деформация не превышала 3/4h→h=4h1

4. Учитывая, что h1=lsinβ1 и h=lsinβ получаем β=4β1

5. Lcosβ1=(Dзаг-dвт)/2, lcosβ=(D-d)/2, 2l(cosβ1-cosβ)=(Dзаг-dвт)-(D-d)=(Dзаг-D)+(d-dвт)=S1+S2. S1=0,1…0,4 мм, S2→H9/d9(e8)

6. Определяется l→d, D, h→ выбирается стандартное кольцо

7. W1→W

В целом оправки с кольцевыми мембранами поточности центрирования уступают механизмам со сплошными мембранами (точность центрирования составляет 0,01 мм), однако развивают значительно большие усилия закрепления и позволяют устанавливать заготовки с длинными отверстиями.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 18

1.установка заготовок на цилиндрические оправки с диаметральным зазором

2.Покажите за счет чего можно повысить стабильность работы эксцентрикового механизма

Установка оправки с зазором

Установка на оправку с зазором, по сравнению на оправку с натягом, более проста, терубет меньше затрат времени и энергии, не имеет проблем с износом оправки и точность установки не зависит от отклонений формы поверхностей установочного отверстия. Для установки на оправку с зазором залается схема базирования (см.рис.1.17) в которой технологическими базами являются: Т1 – цилиндрическое отверстие заготовки – двойная направляющая явная база (4 точки), Т2 – внешний торец заготовки – опорная явная база (1 опорная точка). Основные конструктивные элементы оправки с зазором:

1. Поводковая часть

2. Буртик

3. Рабочая часть

6. Резьбовая часть

Резьбовая часть необходима для закрепления заготовки на оправке, которая осуществляется с помощью накидной шайбы 4 и гайки 5.

На схеме установки явная база Т2 контактирует с буртиком под действием силы зажима Q и таким образом заготовка базируется по оси Х, базирование по отверстию осуществляется с помощью рабочей шеки 3 через диаметральный зазор S между оправкой и отверстием. Особенность установки на оправке с зазором состоит в том, что в следствии зазора S заготовка поперечным сечением может занимать поперечные положения на оправке. Это выражается в том, что для партии заготовок имеет место диапазон отклонений оси отверстий относительно оси оправки. Величина диапазона

Установка на оправке с зазором по точности уступает установке на оправке с натягом. В основном применяется для предварительной токарной обработки или когда других возможностей установки нет.

Благодаря эксцентриситету у эксцентрика при его повороте появляется запас хода и возможность закрепления заготовки. Основными конструктивными параметрами эксцентриковых механизмов являются: радиус (R), величина эксцентриситета (е). Другими параметрами являются: радиус опоры (r), плечо, на котором прикладывается исходная сила W(l) и ширина цапфы (b).

На рисунке 2.14 показаны различные положения эксцентрика при углах поворота β=0, β<0, β>0. При повороте эксцентрика геометрическая ось О1 перемещается относительно оси опоры эксцентрика по траектории радиусом е, последовательно принимая положения 1,2,3,4. По такой же траектории рабочая поверхность эксцентрика радиусом R перемещается к заготовке, контактируя с ней в точках К1 или К2 или К3 в зависимости от величины допуска TH на установочный размер H заготовки. Запас хода эксцентрика определяется из геометрических построений на рисунке 2.14,а. Если β=0, то х=0, если β₁<90⁰, то х₁=е-еcosβ₁=e(1-cosβ₁). Если β₂=90⁰, то х₂=е. Если β₃>90⁰, то х₃=е+ecosβ’=e(1+cosβ’). Где β’= 180-β. Если β=180⁰, то х₄=2е. По полученным формулам строится график x=f(β), из которого следует:

1. При повороте эксцентрик перемещается к заготовке неравномерно по углу поворота.

2. Запас хода эксцентрика определяется величиной эксцентриситета е.

Наибольшая величина хода равно 2е.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 19

1.Установка двумя подвижными призмами (1 вариант)

2.Шарнирно-рычажные механизмы с двумя шарнирными рычагами. Определение углов установки шарнирных рычагов.

Установка двумя самоцентрирующими призмами.

В машиностроении применяются различные варианты установки в самоцентрирующие призмы. Один из них имеет место при обработке торцов валов, когда требуется обеспечить базирование вала по оси его вращения. На рисунке 1.28,а показана схема базирования и схема установки заготовки вала – шестерни на операции фрезерования и зацентровки торцов. Данная установка соответствует схеме базирования, в которой технологическими базами являются: Т1 – ось вала – двойная направляющая скрытая база (4 точки), Т2 – свободный торец головки вала шестерни – опорная явная база – одна опорная точка. На схеме установки скрытая база Т2 реализуется центрированием вала, которое осуществляется за счет углов и синхронного перемещения призм 1 и 2. Примечание: под термином самоцентрирующие призмы в дальнейшем будем понимать, что призмы начинают перемещения одновременно и перемещаются навстречу друг к другу с одинаковой скоростью. Явная база Т2 обычно реализуется с помощью осевого упора 4, который может быть постоянным или откидным. В автоматизированном производстве осевой упор обычно устанавливается на дополнительной призме 3 с помощью которой осуществляется предварительное базирование заготовки в зоне установки. Данный вариант схемы установки предполагает равенство углов призм α1 и α2. Если углы призм не равны между собой, то появляется погрешность установки E, которая представляет собой смещение оси вала в плоскости симметрии призм

Допустим α1 не равно α2 и α1 > α2, допустим что установочный диаметр валиков изменяется от d-Td.

На практике в таких случаях призмы настраиваются по эталонной детали диаметром равным номиналу. Тогда до контакта с заготовкой d-Td относительно эталона первая призма (рис.1.28,б) должна пройти путь равный S₁, S₁=Td/2sinα₁/2, а вторая путь S₂=Td/2sinα₂/2. Поскольку α₁ > α₂, S₁>S₂, вторая призма коснется заготовки раньше, чем первая и переместит заготовку в сторону первой призмы на величину

Е=OO’=(S₁-S2_?)/2=Td/4(1/sinα₁/2-1/sinα₂/2)

Шарнирно- рычажные механизмы

Для увеличения запаса хода применяются шарнирно-рычажные механизмы одностороннего действия с двумя шарнирными рычагами. В таких механизмах запас хода шарнирных рычагов суммируется. Рассмотрим расчет таких механизмов, когда длина шарнирных рычагов не одинакова.

Расчет начинается с того, что принимается угол наклона шарнирного рычага с двумя подвижными опорами в рабочем положении α₁=10-15⁰.

x₁=L₁cosα₁

tgβ=(d/L₁)f

W₁=Q₁tg(α₁+β)

Q₁=Q∙l₂/l₁∙1/η

L₁sinα₁=L₂sinα₂→α₂

x₂=L₂cosα₂

∑Mo=0, W=W₁∙(x₁+x₂)/x₂

Для α₁’ применяется терема косинусов: L₂²=L₁²+(a-S_Q1)²-2L₁(a-S_Q1)cosα₁’→α₁’

a=x₁+x₂; S_Q1=S_Q∙l₁/l₂; S_Q=TH+S

S_Q1=L₁(cosα₁’-cosα₁)+L₂(cosα₂’-cosα₂)→α₂’

Если L₁=L₂=L; α₁=α₂=α; α1’=α2’=α’

S_Q1=2L(cosα’-cosα).

Для того чтобы в механизмах с двумя шарнирными рычагами одностороннего действия не применять приводы с качающимся корпусом, в таких механизмах для передачи исходной силы от привода на шарнирные рычаги устанавливается третий рычаг L₃. Механизмы с двумя шарнирными рычагами двухстороннего действия применяются, когда требуется прикладывать силу зажима в двух местах заготовки или закреплять 2 заготовки одновременно (рис.2.22)

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 20

1.Установка двумя подвижными призмами (2 вариант)

2.Механизмы с плоской мембраной

Установка двумя подвижными призмами

Другой вариант установки двумя самоцентрирующими призмами применяется при обработке фланцев, рычагов, крышек, мелких корпусных деталей, когда требуется обеспечить базирование заготовки по 2-м взаимно перпендикулярным плоскостям. При этом оси обрабатываемых отверстий удалены друг от друга на какое-то расстояние и располагаются в плоскости симметрии заготовки. В качестве примера на рисунке 1.29 показана схема установки рычага при сверлении отверстий в головках рычага 1 и 2.

Исходя из технических требований на обработку отверстий d^Td задается схема базирования, в которой технологическими базами являются Т1 – торцы головок – явная установочная база (3 опорные точки), Т2 – плоскость симметрии рычага Б – направляющая скрытая база (2 опорные точки), Т3 – плоскость симметрии В – опорная скрытая база (одна опорная точка). На схеме установки явная установочная база Т1 реализуется с помощью пластин 3, скрытые базы Т2 и Т3 реализуются за счет углов призм и за счет синхронного перемещения призм. Диаметр отверстий обеспечивается за счет мерного инструмента, а межцентровое расстояние за счет жесткой наладки инструмента. Для того чтобы оценить данную схему установки с точки зрения точности установки рассмотрим общий случай, когда α1 не равно α2 и TD1 ≠TD2. Допусти α1 < α2, в партии рычагов D₁…D₁-TD₁ и D₂…D₂-TD₂. В таких случаях призмы настраиваются по эталонной детали, у которой диаметры головок равны номинальным D1 и D2. Тогда в случае установки заготовки у которой диаметр первой головки D1-TD1, а диаметр второй головки D2, когда вторая призма коснется второй головки, первая призма будет находиться от первой головки на расстоянии S1=TD1/2sinα₁/2, поскольку призмы двигаются синхронно на встречу друг другу половина этого расстояния пройдет вторая призма и сместит заготовку в сторону первой призмы на величину E1=S1/2=TD1/4sinα₁/2. Если представить противоположный случай, когда диаметр первой головки D1, а диаметр второй головки D2-TD2, то первая призма коснется заготовки раньше, чем вторая и сместит заготовку в сторону второй призмы на величину E2=TD2/4sinα₂/2. Очевидно, что для партии заготовок общая погрешность будет равна E=E1+E2

Если ЕВ1=ЕВ2=ЕВ и α1 = α2 = αб то У=ЕВ.2*1.ыштα.2

Мембранные механизмы.

Основным рабочим элементом в этих механизмах являются мембраны, упругие свойства которых используются для центрирования и закрепления заготовок. В Машиностроении мембранные механизмы для установки заготовок применяются с плоскими и кольцевыми мембранами. Первые выполняются в виде патронов, вторые в виде оправок. На рисунке 2.29,а показана схема механизма с плоской мембраной для шлифования желоба кольца шарикоподшипника. Плоская мембрана представляет собой сплошной диск, у которого отношение толщины к радиусу находится в пределах 1/10….1/15. Плоские мембраны изготавливают из легированных сталей 65Г и 30ХГС с термообработкой до HRC 40…45. Это обеспечивает сохранение упругих свойств материала мембраны в течении длительного времени эксплуатации патрона. Мембрана 1 в патроне жестко крепится по радиусу R на планшайбе станка 2. На внешнем торце мембраны равномерно по окружности радиусом r устанавливаются кулачки 3 вылетом l. Количество кулачков z=6…12. Исходная сила W привода прикладывается к внутренней стороне мембраны вдоль оси патрона. Под действием исходной силы мембрана прогибается, кулачки расходятся на угол φ и заготовка свободно подается в патрон до упора в торце кулачков (рис.2.29,б). при снятии исходного усилия мембрана под действием своей упругости принимает исходное положение , при этом кулачки центрируют и закрепляют заготовку. Поскольку упругие свойства материала мембраны по радиусу r практически одинаковы в течении длительного времени и поскольку количество кулачков достаточно велико механизмы с плоской мембраной обеспечивают очень высокую точность центрирования, порядка 5 мкм и равномерное приложение силы зажима по диаметру заготовки. Это особенно важно при чистовом шлифовании тонкостенных заготовок.

При определении исходной силы W принимается расчетная схема (рис.2.29,в), в которой мембрана рассматривается как жестко закрепленный диск по радиусу R и нагруженный равномерно распределенным по окружности радиусом r изгибающим моментом M от силы зажима Q на плече l. М=(Ql/2πr)∙z. Q- сила зажима заготовки одним кулачком патрона. Очевидно, что исходная сила должна быть каким-то образом связана с углом раскрытия кулачков. Для установления этой связи расчетная схема заменяется двумя эквивалентными схемами (рис.2.29,г) в которых целостность и напряженное состояние материала мембраны сохраняется приложением равномерно распределенных изгибающих моментов М1, М2, М3. Причем М=М3+М1. Тогда теория прочности тонкостенных оболочек предлагает следующую зависимость для определения минимального угла раскрытия кулачков φmin=M3∙r/D(1+μ) [рад], где D - изгибная жесткость материала мембраны. D=Eh³/12(1-μ²) [H∙см4], где μ – коэффициент Пуассона. φmin – соответствует минимальному размеру диаметра заготовки. φmax=φmin+φ1+φ2

φ1 – часть угла раскрытия кулачков, соответствующая допуску на установочный диаметр заготовки.

φ2 – часть раскрытия угла кулачков, необходимая для обеспечения установочного зазора S между кулачками в исходном положении и заготовкой.

Согласно схему на рис.2.29,д, φ1 =arctg(Td/2l), φ2=arctg(S/2l).

Расчет исходной силы проводится в следующей последовательности. По известной силе зажима Q для данного патрона определяется изгибающий момент М, затем по таблице, представленной в справочной литературе, для отношения R/r определяется отношение М3/М откуда находится М3. Далее находится φmin, φmax →W.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 21

1.Методика расчета установочных пальцев.

2.Цанговые механизмы

Методика расчета установочных пальцев

Методику расчетов рассмотрим на примере обработки паза, на заготовке корпусной детали показанной на рисунке 1.19. Одним из требований обработки паза является требование перпендикулярности паза к плоскости, проходящей через оси базовых отверстий, поэтому ставится задача определить исполнительные размеры установочных пальцев и базовых отверстий. При которых отклонение от перпендикулярности ∆ не превышала требуемую величину. При решении подобных задач исходными данными должны быть следующие параметры: ∆, l=lп, Tl, Tlп, D, H. Требуется определить dmin, dmax, Dmin, Dmax. Расчет начинается с того, что составляется расчетная схема, на которой показываются плоскость, проходящая через оси установочных пальцев О₁О₂, возможное положение плоскости О₁’O₂’, проходящей через оси базовых отверстий, требуемое положение паза, направление движения обрабатывающего инструмента.

Из геометрический построений на расчетной схеме составляется расчетное уравнение, которое связывает погрешность установки, отклонение от перпендикулярности и размеры заготовки

2S⁰_min≥Tl+Tlп→S⁰_min и D → посадка Н7/е8 → S⁰_max; [S⁰_max]=l∙∆/H; S⁰_max≤[ S⁰_max] – то выбираются все размеры по посадке.

Если условие не выполняется, то применяется установка на цилиндрический палец.

Smax=[ S⁰_max]→D→H7/f7→Smin

Smin+2c=Tl+Tlп→2c

b=Smin(D/2c)-c;→b=(1/3…1/5)D>2 мм

d⁰min=d^◊min

d⁰max=d^◊min

Цанговые механизмы.

В этих механизмах основным рабочим элементом является цанга. Цангой называется установочно-зажимной элемент, выполненный в виде разрезной упругой гильзы, головка которой представляет собой усеченный круговой конус. Цанговые механизмы выполняются в виде патронов и оправок. Патроны бывают с тянущей цангой или толкающей цангой. Первый тип применяется для штучных заготовок, второй тип для прутковых заготовок. Оправки бывают однорядные и двухрядные. Работу и расчет цанговых механизмов рассмотрим на примере патрона с тянущей цангой (рис.2.27).

В конструкциях цанг выделяют 3 элемента: I – основание цанги, II – лепестки, III – головка. Основание представляет собой жесткую втулку, отверстие которой предназначено для соединения со штоком привода. Основание также выполнят роль направляющей цанги. Лепестки образуются продольными, глухими, равномерно расположенными по окружности прорезями, в результате лепестки приобретают упругие свойства, которые используются для центрирования заготовки. Количество лепестков z от 3-х до 6-ти, в зависимости от диаметра заготовки. Головка является частью цанги в которой осевая исходная сила привода W преобразуется в радиальную силу зажима Q. Цилиндрическая часть головки контактирует с заготовкой, часто выполняется рефленной и называется губкой. Во время установки заготовки исходная сила привода прикладывается к штоку 3, под действием этой силы цанга 1 перемещается внутри корпуса 2 в направлении действия силы W. При этом за счет взаимодействия конусов корпуса и головки цанги лепестки прогибаются в пределах установочного зазора S/2, губка контактирует с заготовкой по всей цилиндрической поверхности, происходит центрирование и закрепление заготовки. Поскольку лепестки прогибаются (деформируются) одновременно, с одинаковой скоростью, точность центрирования механизма достаточно высокая (0,08…0,10). Для обеспечения работоспособности цанги в течении длительного периода времени деформации лепестков не должна выходить за пределы упругости. Для обеспечения упругих свойств лепестков цанга изготавливается из углеродистых и легированных сталей (У8А 65Г, 15ХНА), HRC 55..60, HRC 30…40. Основными конструктивными параметрами цанги являются: угол конуса цанги α, диаметр цанги D, толщина лепестков h, вылет цанги l- расстояние от середины конуса до основания.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ №22

1. Установка на клиноплунжерные оправки

2. Резьбовые механизмы

Установка на клиноплунжерные оправки

Установка на клиноплунжерные оправки проста по исполнению, легко автоматизируется и может выполняться с установочным кольцом. В этом случае плунжеры воздействуют на заготовку через тонкостенное разрезное кольцо. Такие оправки обеспечивают равномерное распределение силы зажима по установочному отверстию заготовки и применяются при обработке деталей с низкой радиальной жесткостью, а также когда установка выполняется по чисто обработанному отверстию, однако, в этом случае часть исходного усилия затрачивается на деформацию втулки и запас хода ограничивается ее упругими свойствами. Оправки без установочного кольца имеют сравнительно большой диаметральный ход плунжеров (до 10 мм) при α=6.11⁰, обеспечивает большие силы зажима, что позволяет их использовать для установки по чистовым и предварительно обработанным отверстиям. В зависимости от длины установочного отверстия применяются оправки с одним или двумя рядами плунжеров. Однорядные оправки (рис. 2.23) применяются, когда длина отверстия меньше его диаметра или соизмерима с ним. В этом случае технологическими базами является Т1 – торец заготовки, установочная явная база, Т2 – ось заготовки, двойная опорная скрытая база, реализуется путем центрирования заготовки на оправке. При обработке длинных заготовок (гильзы, трубы) применяются двухрядные оправки (рис.2.24).

Резьбовые механизмы

В резьбовых механизмах в качестве усилителя привода используется резьбовое соединение «винт-гайка», в котором внешний момент прикладывается к винту или гайке. На рисунке 2.17,а показана схема резьбового механизма, в котором внешний момент прикладывается к винту.

При вращении винт получает осевое перемещение относительно неподвижного корпуса (гайки) за счет угла наклона резьбы α. Осевое перемещение винта используется для создания запаса хода механизма и закрепления заготовки. При расчете резьбового механизма полагают, что внешний момент прикладываемый к винту во время закрепления заготовки расходуется на преодоление внутренних сил сопротивления в резьбе и сил трения на пятке.

М=Мр+Мп (1)

Уравнение 1 представляет собой условие равновесия винта в общем виде во время закрепления заготовки. Для определения момента в резьбе Мр на поверхности резьбы винта выделим элементарный участок и рассмотрим действие сил на этот участок во время закрепления заготовки в поперечном и продольном сечении винта. В поперечном сечении (рис.2.17,б) действие внешнего момента вызывает на элементе резьбы окружную реакцию dT со стороны корпуса. Реакция dT действует по касательной к окружности резьбы d2 и является элементарной окружной внутренней силой сопротивления резьбы. Просуммировав реакцию dT по всей поверхности резьбы винта получим суммарную окружную силу сопротивления Т.Эта сила на плече d2/2 создает внутренний момент сопротивления резьбы, который уравновешивает внешний момент.

М=T*d2/2. При этом допускаем, что момент трения на пятке примерно равен 0. Практически так бывает, если пятка имеет сферическую поверхность, как и показано на рисунке. В продольном сечении элемент резьбы винта рассматривается как плоский клин с углом наклона, равным углу подъема резьбы α. Где tgα=P/πd, где d – наружный диаметр резьбы. Согласно свойству плоского клина, под действием внешнего момента на элемент резьбы со стороны корпуса будут действовать реактивные силы dP и dQ, равнодействующая этих сил dR направлена под углом α+φпр. Поперечная сила dP совпадает и по направлению и по сил и по величине с окружной силой dT. Осевая составляющая dQ передается на заготовку. Из треугольника сил имеем dP=dQtg(α+φпр)=dT. Просуммировав равнодействующую dR по всей поверхности резьбы винта получим силу зажима Q и окружную силу Т, т.е. Т=Qtg(α+φпр). Тогда М=Q*d2/2*tg(α+φпр) (2).

Полученное уравнение есть уравнение резьбового соединения без учета потерь на пятке винта. В этом уравнении φпр есть приведенный угол трения в резьбе винта , который учитывает, что поверхность трения резьбы винта располагается под некоторым углом β к поперечной плоскости сечения винта и поэтому больше, чем в плоском клине

tgφпр=tgφ/cos β,

где β – половина угла профиля резьбы

β =30⁰; β =15⁰.

Момент трения на пятке винта зависит от силы зажима Q, состояния установочной поверхности заготовки и конструкции пятки. В резьбовых механизмах в чистом виде сферические пятки практически не применяются, т.к. быстро изнашиваются и наносят повреждения заготовке. В основном применяются плоские пятки, которые бывают кольцевые и сплошные (рис. 2.18 а,б).Для определения трения кольцевой пятки выделим на рабочей поверхности кольца элементарное кольцо радиусом ρ и шириной dρ, тогда под действием зажима силы Q момент трения на элементарном кольце составит dMп=2πρdρ∙рf_пр. Если кольцо имеет размеры: внутренний радиус r и наружный R, то момент трения такого кольца составит

P=Q/(π(R2-r2))

Мп(сплошной)=2/3QfпR

Для того чтобы использовать преимущества сферической пятки применяют комбинированные, в которых сферическая пятка действует на заготовку через подпятник, называемый башмаком (рис.2.18,в). Башмак устанавливается на сферической пятке с помощью разрезного пружинного кольца. Чтобы максимально уменьшить трение между пяткой и башмаком внутреннюю поверхность башмака выполняют в виде кругового конуса с углом β, тогда сферическая пятка будет контактировать с конусом башмака по окружности радиусом В (рис.2.18,г), тогда момент трения на пятке будет равен Мп=FпВ

Fп – нормальная реакция от силы зажима Q, Fп=Nпfп; Nп=Q/sinβ/2

B=Rcosβ/2

В целом следует отметить, что резьбовые механизм находят широкое применение в различных приспособлениях механосборочного производства, особенно в приспособлениях спутниках, в универсально-сборных и сборно-разборных приспособлениях на станках с ЧПУ, к преимуществам резьбовых механизмов относятся очень высокий коэффициент силовой передачи, надежная работа, неограниченный запас хода, сила зажима постоянно по длине хода, обладают свойством самоторможения. Недостатка 2: большие потери на трение и низкий коэффициент перемещения.