Современное машиностроение

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Первостепенное значение для технического перевооружения всего народного хозяйства имеет развитие машиностроения. Для решения этой задачи необходимо изыскать и использовать все имеющиеся резервы производства, одним из которых является сокращение вспомогательного времени при механической обработке за счет механизации и автоматизации технологических процессов.

Затраты на изготовление, приобретение и эксплуатацию разнообразной технологической оснастки составляют до 20% от стоимости оборудования, себестоимость и сроки подготовки производства в основном определяются величиной затраты труда и времени на проектирование и изготовление технологической оснастки.

Наибольший удельный вес в общей массе оснастки имеют станочные приспособления, с помощью которых решаются три основные задачи:

1) базирование обрабатываемых деталей на станках с выверкой по проверочным базам заменяется базированием без выверки, что ускоряет процесс базирования и обеспечивает возможность автоматического получения размеров на настроенных станках;

2) повышается производительность и облегчаются условия труда рабочих за счет механизации приспособлений, а также за счет применения многоместной, позиционной и непрерывной обработки;

3) расширяются технологические возможности станков, что позволяет обычных станках выполнять такую обработку или получать такую точность, для которых эти станки не предназначены. За последнее время значительно повысился уровень механизации и автоматизации приспособлений, а также проведена большая работа по стандартизации их деталей, узлов и отдельных конструкций. Широкая механизация и автоматизация приспособлений в условиях мелкосерийного серийного производства стала возможной на базе применения двух современных принципов в конструировании:

1) создание переналаживаемых (групповых, универсальных) приспособлений с индивидуальным механизированным приводом (пневматическим, гидравлическим, электромеханическим и др.);

2) создание универсальных (агрегатированных) силовых приводов для последовательного обслуживания ряда специальных приспособлений. Одновременно в единичном и мелкосерийном производстве широкое применение получила система универсально-сборных приспособлений, основанная на принципе многократного использования определенной сорности стандартных деталей и узлов, из которых в течение нескольких часов компонуются разнообразные приспособления. В ней начинают использовать пневмо- и гидросиловые узлы для закрепления заготовок.

Применение переналаживаемых и универсально-сборных приспособлений, а также универсальных приводов резко снижает затраты средств и времени на подготовку производства.

При комплексной автоматизации обработки на станках приспособления проектируются с полуавтоматическим, а при наличии загрузочных устройств -- с автоматическим циклом работы. В первом случае обычно автоматизируются приемы зажима и освобождения обрабатываемых деталей (полуавтоматические тиски, скальчатые кондуктора и т. п.); во втором -- все приемы по загрузке, зажиму, откреплению и удалению обработанных деталей. переналаживаемый автоматизация станок затрата

В делительных и поворотных приспособлениях автоматизируются поворот стола, а также зажим и открепление заготовок. Следует отметить, что конструирование переналаживаемых групповых и автоматизированных приспособлений, а также внедрение их в производственную практику еще не получили должного размаха на машиностроительных заводах. Необходимо всемерно расширять их проектирование и внедрение, а попутно обобщать и систематизировать передовой опыт в этой области.

В современном машиностроении все большее распространение получает технологическая оснастка, скомпонованная из стандартных деталей и узлов, а также стандартные конструкции приспособлений, изготавливаемые на специализированных заводах. Однако в ряде случаев для оригинальных и сложных в изготовлении деталей, а также при смене объекта производства машиностроительным заводам приходится своими силами конструировать и изготавливать технологическую оснастку для обеспечения заданной точности и высокопроизводительной обработки.

1. Анализ существующих конструкций приспособлений в производственных условиях

1.1 Токарные кулачковые патроны

Эти приспособления служат для закрепления относительно коротких деталей. Они различаются по типу привода на ручные и механизированные, а по числу кулачков -- на двух-, трех- и четырехкулачковые. Патроны могут быть самоцентрирующими и с независимым перемещением кулачков, универсальными и специальными. Различаются они и по конструкции на клиновые, рычажно-клиновые, рычажные, спирально-реечные, винтовые и т. п.

Технические требования на токарные патроны общего назначения регламентированы ГОСТ 1654--71. Установлено четыре класса точности патронов: Н -- нормальной точности; П -- повышенной точности; В -- высокой точности; А -- особо высокой точности в зависимости от величин допускаемой неуравновешенности (дисбаланса) и предельных отклонений от геометрической формы и расположения поверхностей патронов. Радиальное биение контрольного пояска самоцентрирующих патронов диаметром до 630 мм не должно превышать 10 мкм для классов точности А и В и 20 мкм для классов точности Н и П.



1.2 Трехкулачковые самоцентрирующие патроны

Рисунок 1.1 - Конструкции трехкулачковых спирально-реечных самоцентрирующихся патронов с ключевым зажимом.

Эти патроны получили наибольшее распространение в производственной практике как наиболее удобные и надежные для закрепления деталей цилиндрической формы. Они выполняются с ручным и механизированным приводами.

Самоцентрирующие ключевые трехкулачковые патроны общего назначения (ГОСТ 2675--71) с ручным приводом выполняются спирально-реечного типа с цельными или сборными кулачками. В зарубежной практике наиболее распространены также ключевые спирально-реечные патроны с плоской (Архимедовой) спиралью и конической зубчатой передачей к спиральному диску. Патроны крепятся к концам шпинделей только с помощью промежуточных фланцев (ГОСТ3889--71). Конструкции трехкулачковых спирально-реечных самоцентрирующих токарных патронов для шпинделей с резьбовыми и фланцевым концами показаны на рисунке 1.1.



Рисунок 1.2 - Универсальный самоцентрирующий патрон с ключевым зажимом

В чугунный или стальной корпус патрона установлен спиральный диск 2, находящийся в зацеплении с рейками 3. Во время вращения диска рейки перемещаются в Т-образных пазах корпуса. Диск 2 приводится во вращение при помощи одного из трех конических колес 6, вмонтированных в радиальные отверстия корпуса и законтренных в нем штифтами 8. Крышка 7 удерживает спиральный диск 2 от перемещения в осевом направлении и одновременно служит для защиты от попадания грязи и мелкой стружки в патрон. В крестообразном пазу реек 3 устанавливаются и закрепляются винтами 4 прямые или обратные накладные кулачки 5. В ряде случаев патроны изготовляются с цельными прямыми и обратными кулачками с нарезанными на их основаниях рейками для непосредственного сопряжения со спиральным диском 2. Общий вид патрона изображен на рис. 2. На рис. 3 дан общий вид самоцентрирующего реечного патрона, описание которого дается ниже. Прямые цельные и накладные кулачки предназначены для зажима деталей по наружной поверхности большими призмами, а по отверстию -- ступенями кулачков. Обратные цельные и накладные кулачки используются для зажима деталей ступенями кулачков по наружной поверхности большого диаметра.

Рисунок 1.3 - Универсальный самоцентрирующий реечный патрон

Недостаток патронов заключается в линейном контакте в сопряжении витков спирали с рейками кулачков, что вызывает повышенные давления в сопряжении, в результате чего происходит сравнительно быстрый износ центрирующего механизма и потеря точности. В настоящее время у нас и за рубежом применяются закалка и шлифование витков спирали и реек кулачков, что повышает износоустойчивость и долговечность патронов. Однако операция шлифования требует применения специального оборудования и нуждается в дальнейшем совершенствовании. В связи с этим разработан и применяется вариант универсального трехкулачкового самоцентрирующего патрона с винтовым центрирующим механизмом.

Винтовые трехкулачковые самоцентрирующие патроны с ключевым зажимом в течение ряда лет изготовляются в ФРГ фирмой «Мундорф» в качестве основной продукции и конкурируют с патронами спирально-реечного типа.

Три винта в этих патронах связаны общей конической передачей, приводимой в действие ключом посредством червячной пары. Кулачки являются полугайками и при вращении винтов осуществляют радиальное перемещение и зажим деталей.

Преимущества патронов с винтовым центрирующим механизмом заключаются в следующем.

1. Контакт винтовых поверхностей, осуществляемый по всей ширине кулачка (который работает как полугайка) обусловливает пониженные давления в сопряжении и повышенную износоустойчивость.

2. Возможность закаливать и шлифовать резьбу винтовой пары на обычном резьбошлифовальном станке.

3. Возможность пользоваться одним комплектом переворачиваемых кулачков, тогда как в спирально-реечных патронах необходимо иметь два комплекта кулачков (комплект прямых и комплект обратных).

Патроны этой конструкции обеспечивают большую силу зажима, а при качественном изготовлении и высокую точность центрирования (по данным фирмы биение до 0,02 мм); в условиях нормальной эксплуатации точность центрирования должна сохраняться в течение длительного периода времени.

Основной недостаток кинематической схемы винтовых патронов заключается в том, что точность центрирования зависит от точности изготовления двух пар: зубчатой конической и винтовой, тогда как в спирально-реечных патронах точность центрирования зависит только от пары спираль -- рейки кулачков. Патрон сложнее в изготовлении, имеет лишь одно гнездо для закладки ключа, а время для перемещения кулачков при наладке относительно велико.

Реечные патроны (смотри рисунок 1.3) или иначе -- клиновые патроны с поперечными клиньями имеют ограниченный ход кулачков и не являются широкоуниверсальными.

Рейки ведущие и рейки ведомые на основаниях кулачков имеют косые зубцы и работают как клиновые пары. Перемещение одной из реек перпендикулярно направляющим кулачков производится посредством винта, вращаемого ключом.

От этой рейки движение передается другим рейкам либо посредством центрального зубчатого колеса, как показано на рисунке 1.3, либо посредством кулисной передачи, осуществляемой центральным кольцом (диском) с радиальными пазами, в которые входят сухари, сидящие на цапфах реек.

Эти патроны, как и винтовые, обеспечивают большую силу зажима и одновременно высокую точность центрирования (до 0,02 мм). Поверхностный контакт по всей ширине кулачков, возможность закаливать и шлифовать на обычных станках сопряженные поверхности повышают долговечность патронов.

Однако из-за сравнительной сложности в изготовлении, ограниченности хода кулачков и повышенной затраты времени на переналадки эти патроны, несмотря на длительность их существования (около 45 лет) не смогли вытеснить универсальные спирально-реечные патроны или существенно сократить их применение.

В условиях серийного и единичного производства, при частой смене обрабатываемых деталей, на установку и ручной их зажим в универсальных ключевых патронах затрачивается до 30% от вспомогательного времени.

Затраты времени на установку и зажим заготовок в механизированном патроне сокращаются в 3--5 раз. Механизация облегчает труд станочника. Кроме того, механизированные патроны можно автоматизировать и включать в автоматический цикл работы станка.

По данным ЭНИМСа, ежегодно на замену и пополнение патронов, находящихся в эксплуатации, требуется около 400 000 кулачковых патронов, поэтому даже небольшие усовершенствования патронов могут дать большой эффект в масштабе страны. Поэтому и у нас, и за рубежом усиленно занимаются механизацией токарных патронов.

Привод механизированных патронов размещается на заднем конце шпинделя, на передней торцовой стенке передней бабки либо встраивается в корпус патрона.

Привод может быть пневматическим, гидравлическим, электромеханическим и др. Наибольшее применение находят вращающиеся пневматические приводы, расположенные на заднем конце шпинделя с полым и обычным штоком. Находит применение и переднее расположение не вращающегося пневмопривода, главным недостатком которого является то, что при зажиме детали усилие пневмоцилиндра (направленное в сторону задней бабки) передается через патрон на шпиндель станка и действует на подшипниковые узлы, рассчитанные на восприятие осевых усилий в обратном направлении. Патроны со встроенным пневмоприводом, хотя и обладают рядом преимуществ, имеют увеличенные осевые размеры и массу патрона, что ведет за собой снижение точности обработки. Поэтому задачи механизации токарных патронов еще ждут оптимальных решений (хотя за последнее время и появилось множество механизированных патронов различных конструкций).

1.3 Трехкулачковые самоцентрирующие патроны с переставными кулачками и механизированным приводом

Наиболее распространены клиновые (ГОСТ 16886--71) и рычажно-клиновые (ГОСТ 16862--71) патроны с механизированным приводом. Кроме того, в заводской практике встречаются и рычажные механизмы патронов. Все эти патроны не являются универсальными, так как при их переналадке необходимо переставлять и перезакреплять накладные кулачки, на что затрачивается относительно много времени. В соответствии с ГОСТ 2675--71 патроны могут выполняться со следующими наружными диаметрами: 80; 100; 125 (130); 160; 200; 250; 315 (320); 400; 500 и 630. Эти патроны преимущественно используются в крупносерийном производстве, а также в условиях группового метода производства.



Рисунок 1.4 - Трехкулачковый клиновой самоцентрирующий патрон с приводом на заднем конце шпинделя

Клиновые патроны (ГОСТ 16886--71) изготавливаются по чертежам Министерства станкоинструментальной промышленности в двух исполнениях: исполнение 1 -- с креплением патрона посредством промежуточного фланца (ГОСТ 3889--71) и исполнение 2 -- с креплением патрона к фланцевому концу шпинделя (ГОСТ 12595--71) непосредственно. Конструкция патрона с клиновым центрирующим механизмом, работающим от вращающегося привода, расположенного на заднем конце шпинделя станка, показана на рис. 4. В радиальных пазах корпуса патрона перемещаются три кулачка 2, с рифленой поверхностью которых сопрягаются сменные накладные кулачки 5. Винты 4 и сухари 3 служат для крепления накладных кулачков после их перестановки в процессе наладки патрона. Скользящая в отверстии корпуса патрона муфта 6 имеет для связи с кулачками три паза с углом наклона 15° и приводится в движение от штока привода. При осевом перемещении муфты кулачки получают радиальное перемещение и зажимают или освобождают заготовку. Передаточное отношение перемещений клинового механизма 1 : 3,7. Форма клинового сопряжения позволяет легко вынимать и заменять кулачки. Для этого в муфте 6предусмотрено шестигранное отверстие Б для ключа; при повороте муфты против часовой стрелки на угол 15° кулачки выводят из зацепления и вынимают. В рабочем положении муфта удерживается штифтом 9, который одновременно служит упором, ограничивающим поворот муфты при смене кулачков. Пружинящие штифты 8 удерживают кулачки от выпадания, когда они выведены из зацепления с муфтой. Втулка 7 предохраняет патрон от проникновения в него грязи и стружки. Одновременно ее конусное отверстие используется для установки направляющих втулок, упоров и т. п.

К достоинствам клинового патрона следует отнести: 1) компактность и жесткость, так как механизм патрона состоит всего из четырех подвижных частей (скользящей муфты и кулачков); 2) износоустойчивость, так как соединение муфты с кулачками происходит по поверхностям с равномерно распределенным давлением, а возможность быстрого съема кулачков способствует хорошей их чистке и смазке. Недостатки патронов с тягой через шпиндель следующие: 1) тяга, даже пустотелая, исключает (ограничивает) возможности обработки деталей с хвостовиками или из прутков; 2) вращающиеся цилиндры, помещенные на конце шпинделя, нуждаются в точной балансировке, нагружают радиальные подшипники и требуют ограждений; 3) не вращающиеся цилиндры, если они применяются, нагружают упорные подшипники шпинделя и ускоряют их износ; 4) присоединение патрона к тяге требует затрат времени.

Рисунок 1.5 - Трехкулачковый пружинно-клиновой патрон с встроенным пневмоцилиндром одностороннего действия

В связи с этим разработаны конструкции клиновых патронов с встроены приводом, одна из которых (патрон фирмы «Форкардт») показана на рисунке 5.

Воздухоприемное кольцо неподвижно закреплено через промежуточное кольцо на торце бабки станка, а корпус 2 патрона центрируется на фланце шпинделя и закрепляется гайками с помощью поворотной шайбы. С правой стороны корпус-цилиндр закрыт крышкой 4, в которой имеются обычные радиальные пазы под кулачки 5. На ступице поршня 3 образованы три продольных паза, расположенных относительно друг друга под углом 120° и наклоненных по отношению к оси на 15°. В эти пазы заходят концы кулачков, образуя не самотормозящие клиновые соединения. При линейном перемещении поршня сцепленные с его пазами кулачки совершают перемещения в радиальном направлении, зажимая или освобождая обрабатываемую деталь. В этой части конструкция патрона аналогична конструкции клинового патрона.

Сжатый воздух через штуцер подводится к не вращающемуся воздухо-приемнику, заполняет кольцевой паз А и далее через отверстия в резиновом уплотнительном кольце 7 и отверстия Б в корпусе 2 поступает в левую полость цилиндра; кулачки при этом расходятся. При переключении распределительного крана воздух из цилиндра уходит в атмосферу, а поршень под действием сильных пружин 6 возвращается в исходное положение; кулачки перемещаются к центру и зажимают изделие. Стабильность зажима на все время обработки обеспечивается упругостью пружин.



Рисунок 1.6 - Пневматический клиновой трехкулачковый патрон

Пневматический трехкулачковый токарный патрон клинового типа с индивидуальной настройкой кулачков и с неподвижным пневмоприводом, расположенным на передней торцовой стенке передней бабки станка (конструкции завода «Русский дизель») показан на рис. 6. Патрон навинчивается на резьбовой конец шпинделя станка и соединяется байонетным зажимом со штоком пневмоцилиндра.

Унифицированный пневмопривод в виде кольцевого пневмоцилиндра устанавливается неподвижно на фланце 1 у переднего конца шпинделя станка и крепится винтами 11. В корпусе пневмопривода 3 перемещается поршень 4, выполненный за одно целое со штоком. Палец 2 препятствует повороту поршня в цилиндре. По обе стороны байонетного замка устанавливаются бронзовые кольца 5, предохраняющие его торцы при вращении патрона от износа. Закрепление детали осуществляется при подаче сжатого воздуха в левую часть пневмоцилиндра. При этом поршень 4 движется и перемещает втулку 10 по корпусу 9 вправо, которая своими тремя клиновыми выступами передвигает основания кулачков 6 к центру, и производит зажим детали. Кулачки 8 патрона -- сменные; предварительная настройка их производится вручную винтами 7.

Кольцевой пневмоцилиндр обладает рядом преимуществ: 1) позволяет выполнять обработку прутковых заготовок, так как отверстие шпинделя всегда свободно; 2) дает возможность производить быстрый съем патрона и установку на станок других приспособлений; 3) неподвижное положение кольцевого пневмоцилиндра значительно упрощает задачу подвода сжатого воздуха.

Патрон имеет самотормозящий силовой центрирующий механизм, так как угол наклона клиновых выступов втулки 10 устанавливается в пределах 5° 40' ... 4°. Поэтому сжатый воздух используется только в моменты закрепления или раскрепления заготовки, что исключает возможность аварии при падении давления в пневмосети. Плоскостной контакта клиновых сопряжениях обеспечивает износостойкость механизма. Наряду с положительными качествами, кольцевой пневмоцилиндр, установленный на передней бабке станка, обладает существенным недостатком: усилие пневмоцилиндра (1500, . . ., 2000 кгс) при зажиме детали направлено вдоль оси шпинделя в сторону задней бабки.

Токарные трехкулачковые рычажно-клиновые патроны (ГОСТ 16682--71), как и клиновые, изготовляются в двух исполнениях -- с креплением непосредственно к фланцу шпинделя станка (исполнение 2) или с креплением посредством промежуточного фланца (исполнение 1) по ГОСТ 3889--71. Конструкция такого патрона, работающего от пневмопривода, расположенного на заднем конце шпинделя станка, показана на рисунке 1.7.

Рисунок 1.7 - Рычажно-клиновой самоцентрирующий патрон

Рисунок 1.8 - Конструкция рычажного патрона

Патрон крепится винтами 1 к переходному фланцу, устанавливаемому на шпинделе станка. Винтом 3, связывающим патрон с тягой штока пневматического цилиндра, регулируется положение кулачков 10 относительно поршня пневматического цилиндра. От самоотвинчивания в процессе работы патрона винт удерживается пружинным стопором 5, помещенным в гайке 4; последняя закреплена на винте 3 стопором 2. Доступ к винту возможен при отвинченной пробке 14. Кулачки 10 перемещаются под действием рычагов 9, опирающихся на цилиндрические гнезда 7 в корпусе 8 патрона. Давление от поршня пневматического цилиндра передается на рычаги через винт 3 и гайку 75, помещенную на муфте 6. На гайке имеются две наклонные плоскости К, под действием которых при обратном ходе поршня (слева направо) кулачки расходятся, освобождая обрабатываемую деталь. Кулачки 10 имеют Т-образные пазы, в которых сухарями 11 и винтами 12 укреплены сменные губки 13.

Токарный трехкулачковый патрон рычажного типа показан на рис. 8. При осевом перемещении муфты 1 три рычага 2 поворачиваются на осях 3. (Муфта связана с приводом посредством тяги.) Своими пятками они заходят в соответствующие окна кулачков 5, которые получают перемещение в радиальных пазах корпуса патрона 4. Сменные накладные кулачки крепятся к основным кулачкам 5 с помощью винтов 7 и сухарей 6.

1.4 Двухкулачковые патроны

Эти патроны используются для закрепления несимметричных или фасонных деталей (арматура и т. п.) и обычно являются самоцентрирующими. В соответствии с ГОСТ 14903--69 они выполняются ключевыми с ручным приводом, со спирально-реечным (тип А) и винтовым (тип Б) механизмами.

Механизированные двухкулачковые патроны выполняются с клиновым центрирующим механизмом (ГОСТ 16866--71) или клино-рычажного типа (ГОСТ 16682--71) и работают от тяги привода, расположенного на заднем конце шпинделя станка.

В заводской практике применяются механизированные двухкулачковые самоцентрирующие патроны и рычажного типа, различных собственных конструкций. Стандартные патроны выпускаются для крепления с помощью промежуточного фланца по ГОСТ 3889--71 -- исполнение 1 и для непосредственного крепления к фланцевому концу шпинделя станка по ГОСТ 12595--72.

Рисунок 1.9 - Двухкулачковый патрон

Клино-рычажный двухкулачковый механизированный патрон по ГОСТ 16682--71 (рисунок 1.9) удерживается от самоотвинчивания в процессе работы пружинным стопором 3, помещенным в гайке 2; последняя закреплена на винте I стопором 12. Винт 1 связывает патрон с тягой штока пневматического цилиндра и одновременно служит для регулирования положения кулачков. Доступ к винту возможен при отвинченной пробке. Кулачки 9 получают радиальное перемещение под действием рычагов 7, опирающихся на цилиндрические гнезда 6 в корпусе патрона 5. Штифты 8 предохраняют рычаги 7 от произвольного смещения. Давление поршня пневмоцилиндра передается рычагам посредством винта 1 и передней части муфты 4, имеющей две наклонные плоскости Я, под действием которых при обратном ходе поршня (слева направо) кулачки расходятся, освобождая обрабатываемую деталь. К кулачкам, имеющим рифления, крепятся сменные губки 11 с помощью винтов 10. Клиновой двухкулачковый самоцентрирующий патрон по конструкции и принципу работы аналогичен трехкулачковому патрону, показанному на рис. 4, но в отличие от него имеет два кулачка.

1.5 Четырехкулачковые патроны

Эти патроны обычно выполняются с независимым перемещением каждого из кулачков и применяются для обработки деталей сложной конфигурации, несимметричных, эксцентричных (отливки, поковки, арматура и т. п.). Реже встречаются самоцентрирующие четырехкулачковые патроны.

Четырехкулачковые патроны (ГОСТ 3890--72) с независимым перемещением кулачков (ключевым) изготавливаются по чертежам Министерства станкоинструментальной промышленности четырех классов точности Н, П, В, А, двух типов: для крепления на фланцевые концы шпинделей -- тип А и для крепления на резьбовые концы шпинделей через промежуточные фланцы (ГОСТ 3889--71) -- тип Б. Патроны типа Л имеют исполнение 1 -- для крепления на фланцевые концы шпинделей по ГОСТ 12595--72 и исполнение 2 -- с креплением на фланцевые концы шпинделей посредством поворотной шайбы (ГОСТ 12593--72). Четырехкулачковые самоцентрирующие патроны выполняются со спирально-реечным механизмом и ключевым зажимом и по конструкции отличаются от патрона, показанного на рис. 1, 2, наличием четвертого кулачка.

Рисунок 1.10 - Механизированый самоцентрирующий кулачковый патрон

На рисунке 10 показана конструкция механизированного четырехкулачкового патрона завода им. Орджоникидзе (Москва). Каждая пара встречных кулачков подводится и отводится от поверхности детали последовательно, что обеспечивает равномерный зажим всеми кулачками. Тяга 1, связанная с приводом, расположенным на заднем конце шпинделя станка, перемещает втулку 2 в осевом направлении. Последняя, непосредственно либо посредством резьбовой втулки с фланцем воздействует на плавающие секторы 3 и 8 (в радиальном направлении относительно втулки 2). Последние перемещают втулки 4 и 5 с диаметрально расположенными прорезями для пят рычагов 6, которые, поворачиваясь на осях, сообщают радиальные перемещения основным кулачкам 7. Каждая из втулок может поворачивать только одну пару рычагов 6. При перемещении тяги 1 вправо плавающие секторы 8 осуществляют попарное разжатие кулачков. При перемещении тяги влево работают плавающие секторы 3, осуществляя зажим детали.

1.6 Самозахватывающие поводковые устройства

В отличие от обычных поводковых устройств с пальцем и хомутиком (ГОСТ 2571--71 и ГОСТ 2572--71) эти патроны имеют два или три эксцентриковых кулачка с насечкой, которыми они в момент начала резания захватывают обрабатываемую деталь и приводят ее во вращение. С увеличением крутящего момента резания, автоматически увеличивается и крутящий момент патрона. Поэтому они надежно работают при любых сечениях стружки. Детали, как обычно, устанавливаются на неподвижные или плавающие центры. Для удобства установки деталей на центры применяют конструкции с автоматически раскрывающимися кулачками, а для обеспечения равномерного зажима всеми кулачками применяют плавающую систему кулачков или систему с кулачками независимого действия.

Кулачковые поводковые патроны широкое применение получили на многорезцовых токарных станках, где требуется передача больших крутящих моментов.



Рисунок 1.11 - Двухкулачковый поводковый патрон с эксцентриковыми сменными кулачками автоматического действия

При эксплуатации обычных поводковых патронов с эксцентриковыми кулачками бывают случаи, когда заготовка под действием сил резания провертывается в начале обработки, что приводит к поломке резца. Для устранения этого недостатка и повышения автоматичности и надежности действия в последнее время внедряются поводковые патроны с грузами, основанные на использовании центробежных сил инерции. Внедрению этих патронов способствует быстроходность шпинделей современных токарных станков.

На рисунке 11 показан патрон с двумя эксцентриковыми кулачками конструкции Московского станкостроительного завода им. Орджоникидзе. Фланец 1 патрона крепится болтами к переходному фланцу или непосредственно к фланцу шпинделя, как показано на рисунке. Корпус 3 патрона соединен с фланцем 1 посредством винтов 5 с распорными втулками 6 и ведущих пальцев 2. Корпус 3 может перемещаться относительно фланца 1 в направлении его пазов, что обеспечивает равномерность зажима заготовки кулачками 4; пружины 9 возвращают корпус в исходное, центральное положение. Эксцентриковые кулачки 4 свободно установлены на пальцах 2 и имеют на профиле насечку. С началом вращения шпинделя кулачки под действием центробежной силы, развиваемой грузами 10, зажимают заготовку и приводят ее во вращение; дальнейший зажим осуществляется в процессе резания. При остановке станка кулачки под действием пружин 8 автоматически раскрываются толкателями 7; для разгрузки пальцев 2 они своей полуцилиндрической поверхностью прижимаются к радиусным выточкам в корпусе 3. Путем смены кулачков патрон можно использовать для зажима деталей диаметрами от 30 до 150 мм.

Конструкции нормализованных двухкулачкового патрона (МН 4051--62) и утопающего центра к нему (МН 4052--62) показаны на рисунке 1.12.

Рисунок 1.12 -Нормализованный двухкулачковый поводковый патрон с утопающим центром

Для зажима деталей диаметром от 17 до 72 мм нормалью предусмотрены семь комплектов сменных эксцентриковых кулачков, а для диаметров от 28 до 112 мм -- восемь комплектов сменных кулачков; параметры эксцентриковых кулачков и утопающего центра нормализованы. Материал кулачков--сталь марки ШХ15 ГОСТ 801--60, твердость--HRC 60...64. Материал центра--сталь У8А ГОСТ 1435--54, твердость конуса 60° -- HRC 55...60, остальное -- HRC 45...50.

Трехкулачковый самозахватывающий патрон с утопающим центром показан на рисунке 1.13. Он предназначен для черобработки валов новой с диаметрами от 15 до 90 мм, при помощи пяти комплектов сменных криволинейных рифленых кулачков.

Рисунок 1.13 - Трехкулачковый самозахватывающий патрон с утопающим центром

Подлежащий обработке вал 1 устанавливается на центре и поджимается пинолью задней бабки с вращающимся центром. При этом передний центр 6 получает осевое перемещение (сжимая пружину 4), в конце которого цанга 2 надежно его зажимает. При включении станка получают вращение корпус патрона 5 и прикрепленное к нему винтами 3 кольцо 9, которое поворачивает пальцами 10 зажимные кулачки 12, вокруг осей 11. Происходит зажим заготовки под действием вертикальной составляющей силы резания Ру так как кулачки, доворачиваясь, врезаются своими рифлеными рабочими криволинейными поверхностями в поверхность вала с силой, увеличивающейся по мере возрастания Рд. Односторонний отжим вала невозможен, так как оси кулачков закреплены в плавающем кольце 8. При выключении станка шпиндель вместе с патроном останавливаются, а вал по инерции некоторое время вращается вместе с цангой, утопающим центром и диском 7. Последний поворачивает плавающее кольцо 8, кулачки 7 поворачиваются вокруг осей 11 (в обратном направлении чем при зажиме) и освобождают вал.



2. Разработка принципиальной схемы базирования и закрепления деталей

Заготовка детали в процессе обработки должна занять и сохранять в течение всего времени обработки определенное положение относительно деталей станка или приспособления. Для этого необходимо исключить возможность трех прямолинейных движений заготовки в направлении выбранных координатных осей и трех вращательных движений вокруг этих или параллельных им осей (т. е. лишить заготовку детали шести степеней свободы).

Для определения положения жесткой заготовки необходимо наличие шести опорных точек. Для их размещения требуется три координатные поверхности (или заменяющие их три сочетания координатных поверхностей). В зависимости от формы и размеров заготовки эти точки могут быть расположены на координатной поверхности различно. На заготовках деталей, имеющих форму прямоугольного параллелепипеда, три опорные точки целесообразно размещать на поверхности, отличающейся наибольшими размерами, две -- на поверхности, отличающейся наибольшим протяжением, одну -- на поверхности, отличающейся наименьшими размерами.

Поверхность или выполняющие ту же функцию сочетание поверхностей, ось, точка, принадлежащая заготовке и используемая для базирования, называются базой.

Базу, лишающую заготовку детали трех степеней свободы, называют установочной. В качестве установочной базы выбирают поверхность или сочетание координатных поверхностей с наибольшими размерами.

Базу, лишающую заготовку детали двух степеней свободы, называют направляющей. В качестве направляющей базы выбирают поверхность или сочетание координатных поверхностей наибольшей протяженности.

Базу, лишающую заготовку детали одной степени свободы, называют опорной. В качестве опорной базы выбирают поверхность или сочетание координатных поверхностей с наименьшими размерами. Базу, используемую для определения относительного положения заготовки или изделия и средств измерения, называют измерительной.

Несколько иначе расположены опорные точки по поверхностям заготовок деталей, представляющих собой тела вращения, длина которых больше их диаметра (валики).

На цилиндрической поверхности располагаются четыре опорные точки. Базу, лишающую заготовку детали четырех степеней свободы, называют двойной направляющей.

Рисунок 2.1 - Схема базирования длинных цилиндрических деталей

На торцовой поверхности и на одной из поверхностей шпоночного паза располагается по одной опорной точке; каждая из этих поверхностей называется опорной базой (рисунок 2.1, а).

На заготовке детали, представляющей собой тело вращения, длина которого меньше диаметра (диски, зубчатые колеса, фланцы и т. д.), шесть опорных точек располагаются следующим образом: три -- на торцовой поверхности, выполняющей функции установочной базы; две -- на цилиндрической, лишающей заготовку детали двух степеней свободы (перемещения вдоль двух координатных осей), вследствие чего эта поверхность является двойной опорной базой; одна точка -- на одной из поверхностей шпоночного паза, выполняющей функцию опорной базы (рисунок 2.2, б).

Для обеспечения контакта между поверхностями заготовки детали и опорными точками необходимо создать зажимные силы (силовое замыкание), которые рекомендуется располагать против опорных точек.

Погрешностью базирования называется отклонение фактически достигнутого положения заготовки при базировании от требуемого. Эта погрешность имеет место при не совмещении измерительной и установочной баз заготовки; она не является абстрактной величиной, а относится к конкретному размеру при данной схеме установки.

Закреплением называется приложение сил и пар сил к заготовке для обеспечения постоянства ее положения, достигнутого при базировании.

Установкой называется процесс базирования и закрепления заготовки.

Погрешностью установки называется отклонение фактически достигнутого положения заготовки при установке от требуемого.

Обозначение двойного зажима на виде спереди или сзади при совпадении точек приложения силы допускается изображать как обозначение одиночного зажима на аналогичных видах.

В нашем случае мы обрабатываем цилиндрическую заготовку (шестерню). Выбираем базирование в трехкулачковом патроне, с базированием по наружному диаметру с упором в торец, как показано на рисунке 2.2.



3. Выполнение расчетов при конструировании

3.1 Расчет потребных сил зажима

Обрабатываемая деталь находится в равновесии как под действием сил, возникающих в процессе обработки, так и сил зажима и реакций опор. Основными силами процесса обработки являются силы резания. При расчете сил зажима реже учитываются силы веса, центробежные и инерционные, возникающие при определенных условиях обработки [22].

Величина сил зажима определяется из условия равновесия всех перечисленных сил при полном сохранении контакта базовых поверхностей обрабатываемой детали с установочными элементами приспособления и исключении возможности сдвига в процессе обработки. При расчетах следует ориентироваться на такие величину, место приложения и направление сил зажима, при которых силы зажима получаются наибольшими. Определять требуемую силу зажима нужно с учетом коэффициента запаса К, предусматривающего возможное увеличение силы резания вследствие затупления режущего инструмента, неоднородности обрабатываемого металла, неравномерности припуска, непостоянства установки, закрепления заготовки и т. д.

Зажимные устройства должны удовлетворять следующим требованиям:

а) при зажиме не должно нарушаться заданное положение детали;

б) зажимы не должны вызывать деформации деталей и порчи их поверхностей;

в) закрепление и открепление детали должно производиться с минимальной затратой сил и времени рабочего;

г) силы резания по возможности не должны восприниматься зажимными устройствами;

д) при закреплении недостаточно жестких деталей силы зажима должны располагаться над опорами или близко к ним. При расчете сил зажима определяются:

а) место приложения и направления сил зажима;

б) величина сил резания и их моменты, действующие на обрабатываемую деталь, а при необходимости инерционные и центробежные силы, возникающие при обработке.

в) величина усилий зажима при решении задачи статики на равновесие твердого тела, находящегося под действием всех приложенных к нему сил;

г) требуемая величина сил зажима путем умножения найденного значения сил зажима на коэффициент запаса К.

Сила Рz определяется по формуле:

[10],(3.1)

где

(3.2)

КmPz=0.9;

KPz=0.94;

KPz=1;

CPz=300;

XPz=1;

YPz=0.75;

nPz=-0.15;

Определяем общий поправочный коэффициент сил резания

Подставляем все найденные величины в формулу

Определяем силу зажима детали одним кулачком патрона [22, с.109]

(3.3)

Dо.п. - диаметр обрабатываемой поверхности заготовки;

fm.п - коэффициент трения на рабочих поверхностях кулачков;

Dп.к. - диаметр зажимаемой поверхности детали;

Кзап. - коэффициент запаса;

nк - число кулачков в патроне.

Коэффициент К. рассчитывается применительно к конкретным условиям обработки по формуле:

К= К0К1К2К3К4К5. (2.4)

где Ко = 1,5 - гарантированный коэффициент запаса для всех случаев; К1=1 -- коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовок;

К2 = 1,2 - коэффициент, учитывающий увеличение сил резания от прогрессирующего затупления инструмента.

K3 = 1 - коэффициент, учитывающий увеличение силы резания при прерывистой обработке;

К4=1 - коэффициент, учитывающий постоянство силы зажима;

К5=1 - коэффициент, учитывающий установку детали базовой поверхностью;

К = 1,5·1·1,2·1·1·1·1,5 = 2,7.

Исходя из полученных результатов видно, что необходимая сила зажима обеспечена, а следовательно деталь будет надежно закреплена и не произойдет ее раскрепление во время обработки

Зная Q можно посчитать диаметр цилиндра D

D=,

где p = 0,39 МПа - давление сжатого воздуха;

= 0,85 - коэффициент полезного действия;

Q = 1335,8 - сила, передаваемая штоком пневмоцилиндра

По ГОСТ 16683-71 выбираем диаметр цилиндра Dц = 100мм, диаметр штока d = 30мм.

3.2 Расчет приспособления на прочность

Произведем расчет штифта, соединяющего шток поршня с коромыслом, на срез и смятие, т.к. он подвергается наибольшей силе воздействия со стороны штока поршня.

Расчет на срез производим по формуле условия прочности:

где ср - расчетное напряжение среза, Н/мм2;

Q - поперечная (сдвигающая) сила, Н;

F - расчетная площадь среза, мм2;

[ср] - допускаемое напряжение среза в соединениях, несущих нагрузку.

Для стальных болтов, штифтов и т.д. при статической нагрузке можно принять

[ср] = (0,25 .. 0,3) т ,

где т - предел текучести материала штифта.

Деталь также должна рассчитываться на смятие.

см = Q / Fсм;

Для стали 35 [см] = 150 МПа; [ср] = 85 МПа.

Рассчитываем диаметр штифта по условию среза:

Отсюда

dn 8,97мм.

Условия прочности на смятие

[см] =

;

Принимаем штифт, равный dn = 10 мм.

3.3 Расчет приспособления на точность

Известно, что точность обработки заготовок в приспособлении зависит от точности изготовления приспособления, точности его установки на станке, износа установочных элементов и жесткости.

Для оценки точности приспособления необходимо установить, какую часть допуска выполняемого размера заготовки в данном приспособлении можно отнести на приспособление. И эту часть допуска выполняемого размера заготовки можно распределить на допуски размеров деталей приспособления, ответственных за формирование выполняемого размера, когда составляют соответствующую размерную цепь приспособления.

Расчет приспособления на точность заключается в определении точности изготовления приспособления по определенному параметру. В качестве расчетных параметров могут выступать: допуски линейных и угловых размеров; допуски параллельности или перпендикулярности рабочей поверхности установочных элементов по отношению к поверхности корпуса приспособления, контактирующей со станком; допуск соосности и перпендикулярности осей цилиндрических поверхностей приспособления или допуски межцентровых расстояний между кондукторными втулками (для кондукторов) и т.п. Чаще всего расчетный параметр определяет точность положения рабочих поверхностей установочных элементов приспособления относительно опорных поверхностей корпуса, которыми приспособление соединяется со станком (столом или шпинделем). Это означает, что расчетный параметр должен связывать по точности относительное расположение двух поверхностей приспособления -- поверхностей, контактирующих с заготовкой, и поверхностей, контактирующих с элементами станка.

Направление расчетного параметра приспособления должно совпадать с направлением выполняемого размера при обработке заготовки в данном приспособлении. Если при обработке выдерживается несколько размеров в различных направлениях, то расчет приспособления на точность можно вести в направлении наиболее точного по допуску размера.

Точность изготовления приспособления характеризуется величиной выбранного расчетного параметра. Этот параметр составляет некоторую часть допуска выполняемого размера при обработке заготовки в данном приспособлении.

Известно, что погрешность обработки, определяющая величину допуска Т, выполняемого на данной операции размера, складывается из погрешности базирования заготовки еб, погрешности ее закрепления ез, погрешности установки приспособления на станке еу, погрешности, связанной с износом элементов приспособления еи , а также погрешности от перекоса инструмента еп и погрешности, вызываемой другими факторами, не зависящими от приспособления. Тогда, если известна эта сумма, т.е. допуск Т на обработку, погрешность изготовления приспособления епр по выбранному расчетному параметру, или допуск на изготовление приспособления Тпр , будет определяться зависимостью:

где

Т = 0,2- допуск на выдерживаемый размер, мм;

kT = 1,2- коэффициент, учитывающий возможное отступление от нормального распределения отдельных составляющих;

kT1 = 0,85- коэффициент, учитывающий уменьшение предельного значения погрешности базирования;

kT2 = 0,8- коэффициент, учитывающий долю погрешности обработки в суммарной погрешности;

б= 0- погрешность базирования, так как совмещаются установочные и измерительные базы;

з = 0,09- погрешность закрепления;

уст = 0,09- погрешность установки;

изн = 0,01- погрешность износа установочных элементов приспособления;

п = 0,9 - погрешность смещения режущего инструмента, так как отсутствуют направляющие элементы приспособления.

Вычисляем:

Погрешность проектирования должна быть не менее половины поля допуска. Из равенства видно, что погрешность состоит из 0,5 поля допуска, что обеспечивает требуемую точность.

4. Описание конструкции и принципа действия приспособления

Трехкулачковый рычажный патрон с механизированным приводом применяется на 020 токарной операции.

Пневмопривод, закрепленный на фланце, установленном на заднем конце шпинделя токарного станка состоит из пневмоцилиндра 4, в котором размещается поршень 8 со штоком 9, крышки 3, в отверстие которой запрессован хвостовик 1 и невращающийся воздухораспределительной муфты 2 с двумя штуцерами 20 и 22 для подвода сжатого воздуха.

Для герметизации полостей А и Б пневмоцилиндра 4 на поршне установлены манжеты 7 с промежуточным кольцом 6 закрепленные кольцом 5. Герметизация штока осуществляется манжетой 17 и невращающейся муфтой 2 с вращающимся хвостовиком 1, манжетами 19 и 21. Невращающаяся распределительная муфта 2 установлена на наружном кольце шарикоподшипника 18, внутреннее кольцо которого вращается вместе с хвостовиком 1.

От распределительного крана сжатый воздух по трубопроводу подводится к штуцеру 22, затем, пройдя по каналам в хвостовике, крышке 3 и пневмоцилиндре 4, поступает в штоковую полость А и перемещает поршень 8 со штоком 9 влево. При этом шток через тягу 16 и винт перемещает втулку 10 в корпусе влево. В корпусе патрона на осях установлены три рычага 11с отношением плеч 3:1. На концах рычагов подвижно установлены сухари, которые входят в пазы втулки 10 и в пазы основания кулачков 13.

При движении влево втулка 10 поворачивает на осях рычаги 11, короткие плечи которых перемещают кулачки к центру, и деталь зажимается.

После обработки детали распределительный кран переключается, сжатый воздух подводится к штуцеру 20 и, пройдя по каналу в хвостовике 1, поступает в бесштоковую полость Б пневмоцилиндра и перемещает поршень 8 со штоком 9 вправо. При этом шток через тягу 16 перемещает втулку 10 с вертикальными плечами рычагов 11 вправо, а горизонтальные плечи этих рычагов разводят кулачки 13 и деталь разжимается.

Установка кулачков 13 патрона на требуемый размер обрабатываемых деталей производится вращением винта 12, на конце которого имеется зубчатое колесо 14, находящееся в зацеплении с плоским центральным зубчатым колесом 15. При вращении зубчатое колесо 15 через зубчатые венцы 14 поворачивает остальные винты 12, которые перемещают все кулачки в положение, соответствующее размеру обрабатываемой детали.

При зажиме деталей по внутреннему диаметру необходимо переставить в пазах патрона кулачки 13, повернув их на 180°.



Заключение

В данной курсовой работе мы провели проектный расчет и спроектировали специальное станочное приспособление для токарного станка. В ходе курсовой работы рассчитали аналитическим методом требуемую силу зажима. Провели расчет проектируемого приспособления на прочность.

Изучили и рассчитали конструктивные особенности некоторых разновидностей токарных патронов. Произвели расчет на прочность и износоустойчивость, а также расчет приспособления на точность. Изучили достоинства и недостатки сконструированного в данной курсовой работе станочного приспособления.

В процессе проектирования станочного приспособления мы соблюдали правила выбора баз, стабильного взаимного положения заготовки и режущего инструмента при обработке, удобную установку, контроль и снятие детали, свободное удаление стружки, удобство управления станком и приспособлением, а также условия, обеспечивающие безопасность работы и обслуживания данного приспособления.

При разработке конструкции станочного приспособления мы стремились к уменьшению времени на установку и съем обрабатываемой детали, к повышению режимов резания.

По исходным данным мы разработали принципиальную схему базирования и закрепления детали. Произвели общую компоновку приспособления и всех его элементов.

При проектировании приспособлений мы использовали стандартизованные и унифицированные элементы приспособлений, что позволило сократить цикл подготовки. Величину сил зажима определили в зависимости от сил резания и их моментов, действующих в процессе обработки.

Силу зажима заготовки в приспособлении определили с учетом метода обработки, состояния обрабатываемого материала, системы СПИД (станок -- приспособление -- инструмент -- деталь) и других факторов. Чтобы обеспечить надежность зажима обрабатываемой заготовки, мы применили коэффициент запаса, которые зависят от состояния поверхности заготовки в процессе ее обработки, процесса затупления режущего инструмента и других факторов, которые возникают в процессе обработки.

Литература

1. Ансеров М.А. Приспособление для металлорежущих станков. Изд-е 4-е, исправл. и доп. Л., ''Машиностроение'', 1975. - 656с

2. Антонюк В.Е. В помощь молодому конструктору станочных приспособлений. Мн.: Беларусь, 1975. - 351с

3. Антонюк В.Е. Конструктору станочных приспособлений: Справ. пособие. - Мн.: Беларусь, 1991. - 400с

4. Белоусов А.П. Проектирование станочных приспособлений. М., ''Высш. школа'', 1974 - 283с

5. Болотин Х.Л. Механизация и автоматизация станочных приспособлений. ”Машиностроение”, 1971.

6. Добрыднев И.С. Курсовое проектирование по предмету ''Технология машиностроения'': Уч. пособие для техникумов по спец. ''Обработка металлов резанием'', - М.: Машиностроение, 1985 - 184с

7. Корсаков В.С. Основы конструирования приспособлений в машиностроении. ”Машиностроение”, 1971.

8. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2/ под ред. Косиловой А.Г. и Мещерякова Р.К. - 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985 - 496с

9. Обработка металлов резанием: Справочник технолога /Под общ. ред. Панова А.А. - М.: Машиностроение, 1988 - 736с.

10. Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. Пособие для техникумов. - М.: Высш. шк., 1991. - 432 с.

Размещено на Allbest.ru