В серийном и мелкосерийном производстве проектируют оснастку с использованием универсальных зажимных механизмов (ЗМ) или специальных однозвенных с ручным приводом. В тех случаях, когда требуются большие силы закрепления заготовок, целесообразно применять механизированные зажимы.

В механизированном производстве используют зажимные механизмы, у которых прихваты автоматически отводятся в сторону. Этим обеспечивается свободный доступ к установочным элементам для очистки их от стружки и удобство переустановки заготовок.

Рычажные однозвенные механизмы с управлением от гидро- или пневмопривода используют при закреплении, как правило, одной корпусной или крупной заготовки. В таких случаях прихват отодвигают или поворачивают вручную. Однако лучше использовать дополнительное звено для отвода прихвата из зоны загрузки заготовки.

Зажимные устройства Г-образного типа применяют чаще для закрепления корпусных заготовок сверху. Для поворота прихвата во время закрепления предусматривают винтовой паз с прямолинейным участком.

Рис. 3.1.

Комбинированные зажимные механизмы используют для закрепления широкой номенклатуры заготовок: корпусов, фланцев, колец, валов, планок и пр.

Рассмотрим некоторые типовые конструкции зажимных механизмов.

Рычажные зажимные механизмы отличаются простотой конструкции (рис. 3.1), значительным выигрышем в силе (или в перемещении), постоянством силы зажима, возможностью закрепления заготовки в труднодоступном месте, удобством эксплуатации, надежностью.

Рычажные механизмы используют в виде прихватов (прижимных планок) или в качестве усилителей силовых приводов. Для облегчения установки заготовок рычажные механизмы выполняют поворотными, откидными и передвижными. По конструкции (рис. 3.2) они могут быть прямолинейными отодвигаемыми (рис. 3.2, а) и поворотными (рис. 3.2, б), откидными (рис. 3.2, в) с качающейся опорой, изогнутыми (рис. 3.2, г) и комбинированными (рис. 3.2,

Рис. 3.2.

На рис. 3.3 приведены универсальные рычажные ЗМ с ручным винтовым приводом, используемые в индивидуальном и мелкосерийном производствах. Они просты по конструкции и надежны.

Опорный винт 1 устанавливают в Т-образный паз стола и крепят гайкой 5. Положение зажимного прихвата 3 по высоте регулируют винтом 7 с опорной пятой 6, и пружиной 4. Сила закрепления на заготовку передается от гайки 2 через прихват 3 (рис. 3.3, а).

В ЗМ (рис. 3.3, б) заготовку 5 крепят прихватом 4, а заготовку 6 прихватом 7. Сила закрепления передается от винта 9 на прихват 4 через плунжер 2 и регулировочный винт /; на прихват 7 - через закрепленную в нем гайку. При изменении толщины заготовок положение осей 3, 8 легко регулируется.

Рис. 3.3.

В ЗМ (рис. 3.3, в) корпус 4 зажимного механизма крепят к столу гайкой 3 посредством втулки 5 с резьбовым отверстием. Положение изогнутого прихвата 1 но высоте регулируют опорой 6 и винтом 7. Прихват 1 имеет люфт между конической шайбой, установленной иод головкой винта 7, и шайбой, которая находится выше стопорного кольца 2.

В конструкции дугообразный прихват 1 во время крепления заготовки гайкой 3 поворачивается на оси 2. Винт 4 в данной конструкции не крепится к столу станка, а свободно передвигается в Т-образном пазу (рис. 3.3, г).

Используемые в зажимных механизмах винты развивают на торце силу Р, которая может быть рассчитана по формуле

где Р - усилие рабочего, приложенное к концу рукоятки; L - длина рукоятки; г ср - средний радиус резьбы; а - угол подъема резьбы; ср - угол трения в резьбе.

Момент, развиваемый на рукоятке (ключе), для получения заданной силы Р

где М, р - момент трения на опорном торце гайки или винта:

где /- коэффициент трения скольжения: при закреплении / = 0,16...0,21, при раскреплении / = 0,24...0,30; D H - наружный диаметр трущейся поверхности винта или гайки; с/ в - диаметр резьбы винта.

Приняв a = 2°30" (для резьбы от М8 до М42 угол а меняется от 3°10" до 1°57"), ф = 10°30", г ср = 0,45с/, Д, = 1,7с/, d B = d и/= 0,15, получим приближенную формулу для момента на торце гайки М гр = 0,2dP.

Для винтов с плоским торцом М т р = 0,1с1Р+ н, а для винтов со сферическим торцом М Л р ~ 0,1 с1Р.

На рис. 3.4 приведены другие рычажные зажимные механизмы. Корпус 3 универсального зажимного механизма с винтовым приводом (рис. 3.4, а) крепят к столу станка винтом / и гайкой 4. Прихват б во время крепления заготовки поворачивают на оси 7 винтом 5 по часовой стрелке. Положение прихвата б с корпусом 3 легко регулируется относительно неподвижного вкладыша 2.

Рис. 3.4.

Специальный рычажный зажимной механизм с дополнительным звеном и пневмоприводом (рис. 3.4, б) используют в механизированном производстве для автоматического отвода прихвата из зоны загрузки заготовок. Во время раскрепления заготовки / шток б перемещается вниз, при этом прихват 2 поворачивается на оси 4. Последняя совместно с серьгой 5 поворачивается на оси 3 и занимает положение, показанное штриховой линией. Прихват 2 отводится из зоны загрузки заготовок.

Клиновые зажимные механизмы бывают с односкосым клином и клиноплунжерные с одним плунжером (без роликов или с роликами). Клиновые зажимные механизмы отличаются простотой конструкции, удобством наладки и эксплуатации, способностью к самоторможению, постоянством силы зажима.

Для надежного закрепления заготовки 2 в приспособлении 1 (рис. 3.5, а) клин 4 должен быть самотормозяшимся за счет угла а скоса. Клиновые зажимы применяют самостоятельно или в качестве промежуточного звена в сложных зажимных системах. Они позволяют увеличивать и изменять направление передаваемой силы Q.

На рис. 3.5, б показан стандартизованный клиновой зажимной механизм с ручным приводом для закрепления заготовки на столе станка. Зажим заготовки осуществляется клином /, перемещающимся относительно корпуса 4. Положение подвижной части клинового зажима фиксируется болтом 2 , гайкой 3 и шайбой; неподвижной части - болтом б, гайкой 5 и шайбой 7.

Рис. 3.5. Схема (а) и конструкция (в) клинового зажимного механизма

Усилие зажима, развиваемое клиновым механизмом, рассчитывают но формуле

где ср и ф| - углы трения соответственно на наклонной и горизонтальной поверхностях клина.

Рис. 3.6.

В практике машиностроительного производства чаще используют оснастку с наличием роликов в клиновых зажимных механизмах. Такие зажимные механизмы позволяют уменьшить вдвое потери на трение.

Расчет силы закрепления (рис. 3.6) производится по формуле, аналогичной формуле для расчета клинового механизма, работающего при условии трения скольжения на контактирующих поверхностях. При этом углы трения скольжения ф и ф, заменяем на углы трения качения ф |1р и ф пр1:

Чтобы определить соотношение коэффициентов трения при скольжении и

качении, рассмотрим равновесие нижнего ролика механизма: F l - = T - .

Так как Т = Wf F i =Wtgi р цр1 и / = tgcp, получим tg(p llpl = tg

верхнего ролика вывод формулы аналогичен.

В конструкциях клиновых зажимных механизмов используют стандартные ролики и оси, у которых D = 22...26 мм, a d = 10... 12 мм. Если принять tg(p =0,1; d/D = 0,5, тогда коэффициент трения качения будет / к = tg

0,1 0,5 = 0,05 =0,05.

Рис. 3.

На рис. 3.7 приведены схемы клиноплунжерных зажимных механизмов с двухонорным плунжером без ролика (рис. 3.7, а); с двухопорным плунжером и роликом (рис. 3.7, (5); с одноопорным плунжером и тремя роликами

(рис. 3.7, в); с двумя одноопорными (консольными) плунжерами и роликами (рис. 3.7, г). Такие зажимные механизмы надежны в работе, просты в изготовлении и могут обладать свойством самоторможения при определенных углах скоса клина.

На рис. 3.8 показан зажимной механизм, применяемый в автоматизированном производстве. Заготовку 5 устанавливают на палец б и крепят прихватом 3. Сила закрепления на заготовку передается от штока 8 гидроцилиндра 7 через клин 9, ролик 10 и плунжер 4. Отвод прихвата из зоны загрузки во время съема и установки заготовки осуществляет рычаг 1, который поворачивает на оси 11 выступ 12. Прихват 3 легко перемешается от рычага 1 или пружины 2, так как в конструкции оси 13 предусмотрены прямоугольные сухари 14, легко перемещаемые в пазах прихвата.

Рис. 3.8.

Для увеличения силы на штоке пневмопривода или другого силового привода применяют шарнирно-рычажные механизмы. Они являются промежуточным звеном, связывающим силовой привод с прихватом, и применяются в том случае, когда для крепления заготовки требуется большая сила.

По конструкции их делят на однорычажные, двухрычажные одностороннего действия и двухрычажные двустороннего действия.

На рис. 3.9, а показана схема шарнирно-рычажного механизма (усилителя) одностороннего действия в виде наклонного рычага 5 и ролика 3, соединенного осью 4 с рычагом 5 и штоком 2 пневмоцилиндра 1. Исходная сила Р, развиваемая пневмоцилиндром, через шток 2, ролик 3 и ось 4 передается на рычаг 5.

При этом нижний конец рычага 5 перемещается вправо, а его верхний конец поворачивает прихват 7 вокруг неподвижной опоры б и закрепляет заготовку силой Q. Значение последней зависит от силы W и соотношения плеч прихвата 7.

Силу W для однорычажного шарнирного механизма (усилителя) без плунжера определяют по уравнению

Сила IV , развиваемая двухрычажным шарнирным механизмом (усилителем) (рис. 3.9, б), равна

Силу If" 2 , развиваемую двухрычажным шарнирно-плунжерным механизмом одностороннего действия (рис. 3.9, в), определяют по уравнению

В приведенных формулах: Р- исходная сила на штоке механизированного привода, Н; a - угол положения наклонного звена (рычага); р - дополнительный угол, которым учитываются потери на трение в шарнирах

^p = arcsin/^П;/- коэффициент трения скольжения на оси ролика и в шарнирах рычагов (f ~ 0,1...0,2); (/-диаметр осей шарниров и ролика, мм; D - наружный диаметр опорного ролика, мм; L - расстояние между осями рычага, мм; ф[ - угол трения скольжения на осях шарниров; ф 11р - угол трения

качения на опоре ролика; tgф пp =tgф-^; tgф пp 2 - приведенный коэффициент

жере; tgф np 2 =tgф-; / - расстояние между осью шарнира и серединой на-

трения, учитывающий потери на трение в консольном (перекошенном) плун- 3/ , правляющей втулки плунжера (рис. 3.9, в), мм; а - длина направляющей втулки плунжера, мм.

Рис. 3.9.

действия

Однорычажные шарнирные зажимные механизмы применяют в тех случаях, когда требуются большие силы закрепления заготовки. Это объясняется тем, что во время крепления заготовки угол а наклонного рычага уменьшается и сила зажима увеличивается. Так, при угле а = 10° сила W на верхнем конце наклонного звена 3 (см. рис. 3.9, а) составляет JV ~ 3,5Р, а при а = 3° W~ 1 IP, где Р - сила на штоке 8 пневмоцилиндра.

На рис. 3.10, а приведен пример конструктивного исполнения такого механизма. Заготовку / крепят прихватом 2. Сила закрепления на прихват передается от штока 8 пневмоцилиндра через ролик 6 и регулируемое по длине наклонное звено 4, состоящее из вилки 5 и серьги 3. Для предотвращения изгиба штока 8 для ролика предусмотрена опорная планка 7.

В зажимном механизме (рис. 3.10, б) пневмоцилиндр расположен внутри корпуса 1 приспособления, к которому винтами прикреплен корпус 2 зажимного

Рис. 3.10.

механизма. Во время закрепления заготовки шток 3 пневмоцилиндра с роликом 7 перемещаются вверх, а прихват 5 со звеном б поворачивается на оси 4. При раскреплении заготовки прихват 5 занимает положение, показанное штриховыми линиями, не мешая смене заготовки.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Донбасская государственная академия строительства

и архитектуры

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к практическим занятиям по курсу "Технологические основы машиностроения" по теме "Расчет приспособлений"

Утверждена на заседании кафедры "Автомобили и автомобильное хозяйство" протокол №_ от 2005

Макеевка 2005

Методические указания к практическим занятиям по курсу "Технологические основы машиностроения" по теме "Расчет приспособлений" (для студентов специальности 7.090258 Автомобили и автомобильное хозяйство) / Сост. Д.В. Попов, Э.С. Савенко. - Макеевка: ДонГАСА, 2002. -24с.

Изложены основные сведения о станочных приспособлениях, конструкция, основные элементы, представлена методика расчета приспособлений.

Составители: Д.В. Попов, ассистент,

Э.С. Савенко, ассистент.

Ответственный за выпуск С.А. Горожанкин, доцент

Приспособления4

Элементы приспособлений5

Установочные элементы приспособлений6

Зажимные элементы приспособлений9

Расчет сил для закрепления заготовок12

Устройства для направления и определения положения 13 режущих инструментов

Корпуса и вспомогательные элементы приспособлений14

Общая методика расчета приспособлений15

Расчет кулачковых патронов на примере точения16

Литература19

Приложения20

ПРИСПОСОБЛЕНИЯ

Все приспособления по технологическому признаку возможно разделить на следующие группы:

1. Станочные приспособления для установки и закрепления обрабатываемых заготовок в зависимости от вида механической обработки подразделяют на приспособления для токарных, сверлильных, фрезерных, шлифовальных, многоцелевых и других станков. Эти приспособления осуществляют связь заготовки со станком.

2. Станочные приспособления для установки и закрепления рабочего инструмента (их называют также вспомогательным инструментом) осуществляют связь между инструментом и станком. К ним относятся патроны для сверл, разверток, метчиков; многошпиндельные сверлильные, фрезерные, револьверные головки; инструментальные державки, блоки и т. п.

С помощью приспособлений указанных выше групп осуществляют наладку системы станок - заготовка - инструмент.

Сборочные приспособления используют для соединения сопрягаемых деталей изделия, применяют для крепления базовых деталей, обеспечения правильной установки соединяемых элементов изделия, предварительной сборки упругих элементов (пружин, разрезных колец) и др.;

Контрольные приспособления применяют для проверки отклонения размеров, формы и взаимного расположения поверхностей, сопряжении сборочных единиц и изделий, а также для контроля конструктивных параметров, получающихся в процессе сборки.

Приспособления для захвата, перемещения и переворота тяжелых, а в автоматизированном производстве и ГПС и легких обрабатываемых заготовок и собираемых изделий. Приспособления являются рабочими органами промышленных роботов, встраиваемых в автоматизированных производствах и в ГПС.

К захватным приспособлениям предъявляют ряд требований:

надежность захвата и удержание заготовки; стабильность базирования; универсальность; высокая гибкость (легкая и быстрая переналадка); малые габаритные размеры и масса. В большинстве случаев применяют механические захватные устройства. Примеры схем схватов различных захватных устройств показаны на рис. 18.3. Широкое применение также находят захватные приспособления магнитные, вакуумные и с эластичными камерами.

Все описанные группы приспособлений в зависимости от типа производства могут быть ручными, механическими, полуавтоматическими и автоматическими, а в зависимости от степени специализации - универсальными, специализированными и специальными.

В зависимости от степени унификации и стандартизации в машиностроении и приборостроении в соответствии с требованиями Единой системы технологической подготовки производства (ЕСТПП) утверждено

семь стандартных систем станочных приспособлений.

В практике со временного производства сложились следующие системы приспособлений.

Универсально-сборные приспособления (УСП) компонуют из окончательно обработанных взаимозаменяемых стандартных универсальных элементов. Их используют в качестве специальных обратимых приспособлений кратковременного действия. Они обеспечивают установку и фиксацию различных деталей в пределахгабаритных возможностей комплекта УСП.

Специальные сборно-разборные приспособления (СРП) компонуют из стандартных элементов в результате дополнительной их механической обработки и используют как специальные необратимые приспособления долгосрочного действия из обратимых элементов.

Неразборные специальные приспособления (НСП) компонуют с применением стандартных деталей и узлов общего назначения как необратимые приспособления долгосрочного действия из необратимых деталей и узлов. Они состоят из двух частей: унифицированной базовой части и сменной насадки. Приспособления этой системы используют при ручной обработке деталей.

Универсально-безналадочные приспособления (УБП)-наиболее распространенная система в условиях серийного производства. Эти приспособления обеспечивают установку и фиксацию обрабатываемых деталей любых изделий малых и средних габаритов. При этом установка детали связана с необходимостью контроля и ориентации в пространстве. Такие приспособления обеспечивают выполнение широкой номенклатуры операций обработки.

Универсально-наладочные приспособления (УНП) обеспечиваютустановку при помощи специальных наладок, фиксацию обрабатываемых деталей малых и средних габаритов и выполнение широкой номенклатуры операций обработки.

Специализированные наладочные приспособления (СНП) обеспечивают по определенной схеме базирования при помощи специальных наладок и фиксацию родственных по конструкциям деталей для осуществления типовой операции. Все перечисленные системы приспособлений относятся к категории унифицированных.

ЭЛЕМЕНТЫ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ

Основными элементами приспособлений являются установочные, зажимные, направляющие, делительные (поворотные), крепежные детали, корпуса и механизированные приводы. Их назначение следующее:

установочные элементы - для определения положения обрабатываемой заготовки относительно приспособления и положения обрабатываемой поверхности относительно режущего инструмента;

зажимные элементу - для закрепления обрабатываемой заготовки;

направляющие элементы - для осуществления требуемого направления движения инструмента;

делительные или поворотные элементы - для точного изменения положения обрабатываемой поверхности заготовки относительно режущего инструмента;

крепежные элементы - для соединения отдельных элементов между собой;

корпуса приспособлений (как базовых деталей) - для размещения на них всех элементов приспособлений;

механизированные приводы - для автоматического закрепления обрабатываемой заготовки.

К элементам приспособлений относятся также захватные устройства различных устройств (роботов, транспортных устройств ГПС) для захвата, зажима (разжима) и перемещения обрабатываемых заготовок или собираемых сборочных единиц.

1 Установочные элементы приспособлений

Установка заготовок в приспособлениях или на станках, а также сборка деталей включает в себя их базирование и закрепление.

Необходимость закрепления (силового замыкания) при обработке заготовки в приспособлениях очевидна. Для точной обработки заготовок необходимо: осуществлять ее правильное расположение по отношению к устройствам оборудования, определяющим траектории движения инструмента или самой заготовки;

обеспечивать постоянство контакта баз с опорными точками и полную неподвижность заготовки относительно приспособления в процессе ее обработки.

Для полной ориентации во всех случаях при закреплении заготовка должна быть лишена всех шести степеней свободы (правило шести точек в теории базирования); в некоторых случаях возможно отступление от этого правила.

С этой целью применяют основные опоры, число которых должно быть равно числу степеней свободы, которых лишается заготовка. Для повышения жесткости и виброустойчивости обрабатываемых заготовок в приспособлениях применяют вспомогательные регулируемые и самоустанавливающиеся опоры.

Для установки заготовки в приспособлении плоской поверхностью применяют стандартизованные основные опоры в виде штырей со сферической, насеченной и плоской головками, шайб, опорных пластин. Если невозможно установить заготовку только на основные опоры, применяют вспомогательные опоры. В качестве последних могут быть использованы стандартизованные регулируемые опоры в виде винтов со сферической опорной поверхностью и самоустанавливающиеся опоры.

Рисунок 1 Стандартизованные опоры:

а -е - постоянные опоры (штыри): а - плоская поверхность; б - сферическая; в - насеченная; г - плоская с установкой в переходную втулку; д - опорная шайба; е - опорная пластина; ж - регулируемая опора з -самоустанавливающаяся опора

Сопряжения опор со сферической, насеченной и плоской головками скорпусом приспособления выполняют по посадкеили . Применяютустановку таких опор и через промежуточные втулки, которые сопрягаются сотверстиями корпуса по посадке.

Примеры стандартизованных основных и вспомогательных опор приведены на рисунке 1.

Для установки заготовки по двум цилиндрическим отверстиям и перпендикулярной к их осям плоской поверхности применяют

Рисунок 2. Схема базирования по торцу и отверстию:

а – на высокий палец; б – на низкий палец

стандартизованные плоские опоры и установочные пальцы. Чтобы избежать заклинивания заготовок при установке их на пальцы по точным двум отверстиям (Д7) один из установочных пальцев должен быть срезанным, а другой - цилиндрическим.

Установка деталей на два пальца и плоскость нашла широкое применение при обработке заготовок на автоматических и поточных линиях, многоцелевых станках и в ГПС.

Схемы базирования по плоскости и отверстиям с применением установочных пальцев можно разделить на три группы: по торцу и отверстию (рис. 2); по плоскости, торцу и отверстию (рис. 3); по плоскости и двум отверстиям (рис. 4).

Рис. 19.4. Схема базирования по плоскости и двум отверстиям

Рекомендуется установка заготовки на один палец по посадке или , а на два пальца – по.

И
з рис.2 следует, что установка заготовки по отверстию на длинный цилиндрический несрезаный палец лишает еечетырех степеней свободы (двойная направляющая база), а установка на торец-одной степени свободы (опорная база). Установка заготовки на короткий палец лишает ее двух степеней свободы (двойная опорная база), но торец в этом случае является установочной базой и лишает заготовку трех степеней свободы. Для полного базирования необходимо создать силовое замыкание, т. е. приложить силы зажима. Из рис.3 следует, что плоскость основания заготовки является установочной базой, длинное отверстие, в которое входит срезанный палец с параллельной относительно плоскости осью, - направляющей базой (заготовка лишается двух степеней) и торец заготовки - опорной базой.

Рисунок.3. Схема базирования по плоскости, Рисунок 4 Схема базирования по

торцу и отверстию плоскости и двум отверстиям

На рис. 4 показана заготовка, которую устанавливают по плоскости и двум отверстиям. Плоскость является установочной базой. Отверстия, центрируемые цилиндрическим пальцем, являются двойной опорной базой, а срезанным - опорной базой. Приложенные силы (показаны стрелкой на рис. 3 и 4) обеспечивают точность базирования.

Пальцем, являются двойной опорной базой, а срезанным – опорной базой. Приложенные силы (показаны стрелкой на рис. 3 и 4) обеспечивают точность базирования.

Для установки заготовок наружной поверхностью и перпендикулярной к ее оси торцовой поверхностью применяют опорные и установочные призмы (подвижные и неподвижные), а также втулки и патроны.

К элементам приспособлений относятся установи и щупы для настройки станка на необходимый размер. Так, стандартизованные установы для фрез на фрезерных станках могут быть:

высотные, высотные торцовые, угловые и угловые торцовые.

Плоские щупы изготовляют толщиной 3-5 мм, цилиндрические - диаметром 3-5 мм с точностью по 6-му квалитету (h 6) и подвергают закалке 55-60 HRC 3 , шлифуют (параметр шероховатости Ra = 0,63 мкм).

Исполнительные поверхности всех установочных элементов приспособлений должны обладать большой износостойкостью и высокой твердостью. Поэтому их изготовляют из конструкционных и легированных сталей 20, 45, 20Х, 12ХНЗА с последующей цементацией и закалкой до 55-60 HRC3 (опоры, призмы, установочные пальцы, центры) и инструментальных сталей У7 и У8А с закалкой до 50-55 HRG, (опоры с диаметром меньше 12 мм; установочные пальцы с диаметром менее 16 мм; установы и щупы).

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ………………….…………………………………… ……..…….....2

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИСПОСОБЛЕНИЯХ…………………………... …3

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ……………….…………...6

Зажимные элементы приспособлений……………………………….……. …..6
1 Назначение зажимных элементов……………………………… ………...6
2 Виды зажимных элементов……………………………………….…..…. .7
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………… ……………………..17

ВВЕДЕНИЕ

Основную группу технологической оснастки составляют приспособления механосборочного производства. Приспособлениями в машиностроении называют вспомогательные устройства к технологическому оборудованию, используемые при выполнении операций обработки, сборки и контроля.
Применение приспособлений позволяет: устранить разметку заготовок перед обработкой, повысить ее точность, увеличить производительность труда на операции, снизить себестоимость продукции, облегчить условия работы и обеспечить ее безопасность, расширить технологические возможности оборудования, организовать многостаночное обслуживание, применить технически обоснованные нормы времени, сократить число рабочих, необходимых для выпуска продукции.
Частая смена объектов производства, связанная с нарастанием темпов технологического прогресса в эпоху научно-технической революции, требует от технологической науки и практики создания конструкций и систем приспособлений, методов их расчета, проектирования и изготовления, обеспечивающих сокращение сроков подготовки производства. В серийном производстве необходимо использовать специализированные быстропереналаживаемые и обратимые системы приспособлений. В мелкосерийном и единичном производствах все более широко применяют систему универсально-сборных (УСП) приспособлений.
Новые требования, предъявляемые к приспособлениям, определены расширением парка станков с ЧПУ, переналадка которых на обработку новой заготовки сводится к замене программы (что занимает очень мало времени) и к замене или переналадке приспособления для базирования и закрепления заготовки (что также должно занимать мало времени).
Изучение закономерностей влияния приспособления на точность и производительность выполняемых операций позволит проектировать приспособления, интенсифицирующие производство и повышающие его точность. Работа по унификации и стандартизации элементов приспособлений создает основу для автоматизированного проектирования приспособлений с использованием электронно-вычислительной техники и автоматов для графического изображения. Это ускоряет технологическую подготовку производства.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИСПОСОБЛЕНИЯХ.
ВИДЫ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ

В машиностроении широко применяется разнообразная технологическая оснастка, в которую входят приспособления, вспомогательный, режущий и измерительный инструмент.
Приспособлениями называются дополнительные устройства, используемые для механической обработки, сборки и контроля деталей, сборочных единиц и изделий. По назначению приспособления подразделяют на следующие виды:
1. Станочные приспособления, применяемые для установки и закрепления на станках обрабатываемых заготовок. В зависимости от вида механической обработки эти приспособления, в свою очередь, делят на приспособления для сверлильных, фрезерных, расточных, токарных, шлифовальных станков и др. Станочные приспособления составляют 80...90% общего парка технологической оснастки.
Использование приспособлений обеспечивает:
а) повышение производительности труда благодаря сокращению времени на установку и закрепление заготовок при частичном или полном перекрытии вспомогательного времени машинным и уменьшении последнего посредством многоместной обработки, совмещения технологических переходов и повышения режимов резания;
б) повышение точности обработки благодаря устранению выверки при установке и связанных с ней погрешностей;
в) облегчение условий труда станочников;
г) расширение технологических возможностей оборудования;
д) повышение безопасности работы.
2.Приспособления для установки и закрепления рабочего инструмента, осуществляющие связь между инструментом и станком, в то время как первый вид осуществляет связь заготовки со станком. С помощью приспособлений первого и второго видов выполняют наладку технологической системы.
3. Сборочные приспособления для соединения сопрягаемых деталей в сборочные единицы и изделия. Их применяют для крепления базовых деталей или сборочных единиц собираемого изделия, обеспечения правильной установки соединяемых элементов изделия, предварительной сборки упругих элементов (пружин, разрезных колец и др.), а также для выполнения соединений с натягом.
4. Контрольные приспособления для промежуточного и окончательного контроля деталей, а также для контроля собранных частей машин.
5. Приспособления для захвата, перемещения и перевертывания обрабатываемых заготовок и сборочных единиц, используемые при обработке и сборке тяжелых деталей и изделий.
По эксплуатационной характеристике станочные приспособления подразделяются на универсальные, предназначенные для обработки разнообразных заготовок (машинные тиски, патроны, делительные головки, поворотные столы н пр.); специализированные, предназначенные для обработки заготовок определенного вида и представляющие собой сменные устройства (специальные губки для тисков, фасонные кулачки к патронам и т.п.), и специальные, предназначенные для выполнения определенных операций механической обработки данной детали. Универсальные приспособления применяют в условиях единичного или мелкосерийного производства, а специализированные и специальные - в условиях крупносерийного и массового производства.
Единой системой технологической подготовки производства станочные приспособления классифицируют по определенным признакам (рис. 1).
Универсально-сборные приспособления (УСП) компонуют из заранее изготовленных стандартных элементов, деталей и сборочных единиц высокой точности. Их применяют в качестве специальных приспособлений краткосрочного действия для определенной операции, после выполнения которой их разбирают, а доставляющие элементы в дальнейшем многократно используют в новых компоновках и сочетаниях. Дальнейшее развитие УСП связано с созданием агрегатов, блоков, отдельных специальных деталей и сборочных единиц, обеспечивающих компоновку не только специальных, но и специализированных и универсально-наладочных приспособлений краткосрочного действия,
Сборно-разборные приспособления (СРП) компонуют также из стандартных элементов, но менее точных, допускающих местную доработку по посадочным местам. Эти приспособления используются как специальные приспособления долгосрочного действия. После разборки из элементов можно создавать новые компоновки.

Рис. 1 – Классификация станочных приспособлений

Неразборные специальные приспособления (НСП) компонуют из стандартных деталей и сборочных единиц общего назначения, как необратимые приспособления долгосрочного действия. Конструктивные элементы компоновок, входящие в состав системы, как правило, эксплуатируются до полного износа и не применяются повторно. Компоновка может производиться также построением приспособления из двух основных частей: унифицированной базовой части (УБ) и сменной наладки (СН). Такая конструкция НСП делает его устойчивым к изменениям конструкций обрабатываемых заготовок и к корректировкам технологических процессов. В этих случаях в приспособлении заменяют только сменную наладку.
Универсальные безналадочные приспособления (УБП) общего назначения наиболее распространены в условиях серийного производства. Их применяют для закрепления заготовок из профильного проката и штучных заготовок. УБП представляют собой универсальные регулируемые корпуса с постоянными (несъемными) базовыми элементами (патронами, тисками и т. п.), входящие в комплект станка при его поставке.
Специализированными наладочными приспособлениями (СНП) оснащают операции обработки деталей, сгруппированных по конструкторским признакам и схемам базирования; компоновка по схеме агрегатирования представляет собой базовую конструкцию корпуса со сменными наладками для групп деталей.
Универсальные наладочные приспособления (УНП), так же как СНП, имеют постоянные (корпус) и сменные части. Однако сменная часть пригодна для выполнения только одной операции по обработке только одной детали. При переходе с одной операции на другую приспособления системы УНП оснащают новыми сменными частями (наладками).
Агрегатные средства механизации зажима (АСМЗ) представляют собой комплекс универсальных силовых устройств, выполненных в виде обособленных агрегатов, позволяющих в сочетании с приспособлениями механизировать и автоматизировать процесс зажима обрабатываемых заготовок.
Выбор конструкции приспособления во многом зависит от характера производства. Так, в серийном производстве применяют сравнительно простые приспособления, предназначенные в основном для достижения заданной точности обработки заготовки. В массовом производстве к приспособлениям предъявляют высокие требования и в отношении производительности. Поэтому такие приспособления, снабжаемые быстродействующими зажимами, представляют собой более сложные конструкции. Однако применение даже самых дорогих приспособлений экономически вполне оправдано.

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ

Существуют следующие элементы приспособлений:
установочные - для определения положения обрабатываемой поверхности заготовки относительно режущего инструмента;
зажимные - для закрепления обрабатываемой заготовки;
направляющие - для придания требуемого направления движению режущего инструмента относительно обрабатываемой поверхности;
корпуса приспособлений - основная часть, на которой размещены все элементы приспособлений;
крепежные - для соединения отдельных элементов между собой;
делительные или поворотные, - для точного изменения положения обрабатываемой поверхности заготовки относительно режущего инструмента;
механизированные приводы - для создания усилия зажима. В некоторых приспособлениях установку и зажим обрабатываемой заготовки выполняют одним механизмом, называемым установочно-зажимным.

Зажимные элементы приспособлений

1 Назначение зажимных элементов
Основное назначение зажимных устройств - обеспечить надежный контакт заготовки с установочными элементами и предотвратить ее смещение относительно них и вибрацию в процессе обработки. Введением дополнительных зажимных устройств увеличивают жесткость технологической системы и этим достигают повышения точности и производительности обработки, уменьшения шероховатости поверхности. На рис. 2 показана схема установки заготовки 1, которую помимо двух основных зажимов Q1 крепят дополнительным устройством Q2, сообщающим системе большую жесткость. Опора 2 самоустанавливающаяся.

Рис. 2 - Схема установки заготовки

Зажимные устройства в ряде случаев используют, чтобы обеспечить правильность установки и центрирования заготовки. В этом случае они выполняют функцию установочно-зажимных устройств. К ним относятся самоцентрирующиеся патроны, цанговые зажимы и др.
Зажимные устройства не применяют при обработке тяжелых, устойчивых заготовок, по сравнению с массой которых силы, возникающие в процессе резания, относительно невелики и приложены так, что не могут нарушить установку заготовки.
Зажимные устройства приспособлений должны быть надежны в работе, просты по конструкции и удобны в обслуживании; они не должны вызывать деформаций закрепляемой заготовки и порчи ее поверхности, не должны сдвигать заготовку в процессе ее закрепления. На закрепление и открепление заготовок станочник должен затрачивать минимум времени н сил. Для упрощения ремонта наиболее изнашиваемые детали зажимных устройств целесообразно делать сменными. При закреплении заготовок в многоместных приспособлениях их зажимают равномерно; при ограниченном перемещении зажимного элемента (клин, эксцентрик) его ход должен быть больше допуска на размер заготовки от установочной базы до места приложения зажимной силы.
Зажимные устройства конструируют с учетом требований техники безопасности.
Место приложения зажимной силы выбирают по условию наибольшей жесткости и устойчивости крепления и минимальной деформации заготовки. При повышении точности обработки необходимо соблюдать условия постоянного значения зажимной силы, направление которой должнo сознавать с расположением опор.

2 Виды зажимных элементов
Зажимные элементы - это механизмы, непосредственно используемые для закрепления заготовок, или промежуточные звенья более сложных зажимных систем.
Наиболее простым видом универсальных зажимов являются зажимные винты, которые приводят в действие насаженными на них ключами, рукоятками или маховичками.
Чтобы предотвратить перемещение зажимаемой заготовки и образование на ней вмятин от винта, а также уменьшить изгиб винта при нажиме на поверхность, не перпендикулярную его оси, на концы винтов помещают качающиеся башмаки (рис. 3, а).
Комбинации винтовых устройств с рычагами или клиньями называются комбинированными зажимами, разновидностью которых являются винтовые прихваты (рис. 3, б). Устройство прихватов позволяет отодвигать или поворачивать их, чтобы можно было удобнее устанавливать обрабатываемую заготовку в приспособлении.

Рис. 3 – Схемы винтовых прихватов

На рис. 4 показаны некоторые конструкция быстродействующих зажимов. Для небольших зажимных сил применяют штыковое (рис. 4, а), а для значительных сил - плунжерное устройство (рис. 4, б). Эти устройства позволяют отводить зажимающий элемент на большое расстояние от заготовки; закрепление происходит в результате поворота стержня на некоторый угол. Пример зажима с откидным упором показан на рис. 4, в. Ослабив гайку-рукоятку 2, отводят упор 3, вращая его вокруг оси. После этого зажимающий стержень 1 отводят вправо на расстояние h. На рис. 4, г приведена схема быстродействующего устройства рычажного типа. При повороте рукоятки 4 штифт 5 скользит по планке 6 с косым срезом, а штифт 2 - по заготовке 1, прижимая ее к упорам, расположенным внизу. Сферическая шайба 3 служит шарниром.

Рис. 4 - Конструкции быстродействующих зажимов

Большие затраты времени и значительные силы, требующиеся для закрепления обрабатываемых заготовок, ограничивают область применения винтовых зажимов и в большинстве случаев делают предпочтительными быстродействующие эксцентриковые зажимы. На рис. 5 изображены дисковый (а), цилиндрический с Г-образным прихватом (б) и конический плавающий (в) зажимы.

Рис. 5 – Различные конструкции зажимов
Эксцентрики бывают круглые, эвольвентные и спиральные (по спирали Архимеда). В зажимных устройствах применяются две разновидности эксцентриков: круглые и криволинейные.
Круглые эксцентрики (рис. 6) представляют собой диск или валик с осью вращения, смещенной на размер эксцентриситета е; условие самоторможения обеспечивается при соотношении D/e ? 4.

Рис. 6 – Схема круглого эксцентрика

Достоинство круглых эксцентриков заключается в простоте их изготовления; основной недостаток - непостоянство угла подъема a и сил зажима Q. Криволинейные эксцентрики, рабочий профиль которых выполняется по эвольвенте или спирали Архимеда, имеют постоянный угол подъема a, а, следовательно, обеспечивают постоянство силы Q при зажиме любой точки профиля.
Клиновой механизм применяют как промежуточное звено в сложных зажимных системах. Он прост в изготовлении, легко размещается в приспособлении, позволяет увеличивать и изменять направление передаваемой силы. При определенных углах клиновой механизм обладает свойствами самоторможения. Для односкосного клина (рис. 7, а) при передаче сил под прямым углом может быть принята следующая зависимость (при j1=j2=j3=j, где j1...j3 - углы трения):
P=Qtg(a±2j),

Где Р - осевая сила;
Q - сила зажима.
Самоторможение будет иметь место при a Для двухскосного клина (рис.7, б) при передаче сил под углом b>90° зависимость между Р и Q при постоянном угле трения (j1=j2=j3=j) выражается следующей формулой

Р = Q sin (a + 2j/cos (90°+a-b+2j).

Рычажные зажимы применяют в сочетании с другими элементарными зажимами, образуя более сложные зажимные системы. С помощью рычага можно изменять величину и направление передаваемой силы, а также осуществлять одновременное и равномерное закрепление заготовки в двух местах.

Рис.7 – Схемы односкосного клина (а) и двухскосного клина (б)

На рис.8 приведены схемы действия сил в одноплечих и двуплечих прямых и изогнутых зажимах. Уравнения равновесия для этих рычажных механизмов имеют следующий вид:
для одноплечего зажима (рис.8, а)
,
для прямого двуплечего зажима (рис. 8, б)
,
для двуплечего изогнутого зажима (для l1 ,
где r - угол трения;
f - коэффициент трения.

Рис. 8 - Схемы действия сил в одноплечих и двуплечих прямых и изогнутых зажимах

В качестве установочных элементов для наружных или внутренних поверхностей тел вращения применяют центрирующие зажимные элементы: цанги, разжимные оправки, зажимные втулки с гидропластом, а также мембранные патроны.
Цанги представляют собой разрезные пружинящие гильзы, конструктивные разновидности которых показаны на рис. 9 (а - с натяжной трубкой; б - с распорной трубкой; в - вертикального типа). Их выполняют из высокоуглеродистых сталей, например У10А, и термически обрабатывают до твердости HRC 58...62 в зажимной и до твердости HRC 40...44 в хвостовой частях. Угол конуса цанги a=30. . .40°. При меньших углах возможно заклинивание цанги. Угол конуса сжимающей втулки делают на 1° меньше или больше угла конуса цанги. Цанги обеспечивают эксцентричность установки (биение) не более 0,02...0,05 мм. Базовую поверхность заготовки следует обрабатывать по 9...7-му квалитетам точности.
Разжимные оправки различных конструкций (включая конструкции с применением гидропласта) относятся к установочно-зажимным приспособлениям.
Мембранные патроны используют для точного центрирования заготовок по наружной или внутренней цилиндрической поверхности. Патрон (рис. 10) состоит из круглой, привертываемой к планшайбе станка мембраны 1 в форме пластины с симметрично расположенными выступами-кулачками 2, количество которых выбирают в пределах 6...12. Внутри шпинделя проходит шток 4 пневмоцилиндра. При включении пневматики мембрана прогибается, раздвигая кулачки. При отходе штока назад мембрана, стремясь вернуться в исходное положение, сжимает своими кулачками заготовку 3.

Рис. 10 – Схема мембранного патрона

Реечно-рычажный зажим (рис. 11) состоит из рейки 3, зубчатого колеса 5, сидящего на валу 4, и рычага рукоятки 6. Вращая рукоятку против часовой стрелки, опускают рейку и прихватом 2 закрепляют обрабатываемую заготовку 1. Зажимная сила Q зависит от значения силы Р, приложенной к рукоятке. Устройство снабжается замком, который, заклинивая систему, предупреждает обратный поворот колеса. Наиболее распространены следующие виды замков.

Рис. 11 - Реечно-рычажный зажим

Роликовый замок (рис. 12, а) состоит из поводкового кольца 3 с вырезом для ролика 1, соприкасающегося со срезанной плоскостью валика 2 зубчатого колеса. Поводковое кольцо 3 скреплено с рукояткой зажимного устройства. Вращая рукоятку по стрелке, передают вращение на вал зубчатого колеса через ролик 1. Ролик заклинивается между поверхностью расточки корпуса 4 и срезанной плоскостью валика 2 и препятствует обратному вращению.

Рис. 12 – Схемы различных конструкций замков

Роликовый замок с прямой передачей момента от поводка на валик показан на рис. 12, б. Вращение от рукоятки через поводок передается непосредственно на вал 6 колеса. Ролик 3 через штифт 4 поджат слабой пружиной 5. Так как зазоры в местах касания ролика с кольцом 1 и валом 6 при этом выбирают, система мгновенно заклинивается при снятии силы с рукоятки 2. Поворотом рукоятки в обратную сторону ролик расклинивается и вращает вал по часовой стрелке.
Конический замок (рис. 12, в) имеет коническую втулку 1 и вал 2 с конусом 3 и рукояткой 4. Спиральные зубья на средней шейке вала находятся в зацеплении с рейкой 5. Последняя связана с исполнительным зажимающим механизмом. При угле наклона зубьев 45° осевая сила на валу 2 равна (без учета трения) зажимной силе.
Эксцентриковый замок (рис. 12, г) состоит из вала 2 колеса, на котором заклинен эксцентрик 3. Вал приводится во вращение кольцом 1, скрепленным с рукояткой замка; кольцо вращается в расточке корпуса 4, ось которой смещена от оси вала на расстояние е. При обратном вращении рукоятки передача на вал происходит через штифт 5. В процессе закрепления кольцо 1 заклинивается между эксцентриком и корпусом.
Комбинированные зажимные устройства представляют собой сочетание элементарных зажимов различного типа. Их применяют для увеличения зажимной силы и уменьшения габаритов приспособления, а также для создания наибольших удобств управления. Комбинированные зажимные устройства могут также обеспечивать одновременное крепление заготовки в нескольких местах. Виды комбинированных зажимов приведены на рис. 13.
Сочетание изогнутого рычага и винта (рис. 13, а) позволяет одновременно закреплять заготовку в двух местах, равномерно повышая зажимные силы до заданного значения. Обычный поворотный прихват (рис. 13, б) представляет собой сочетание рычажного и винтового зажимов. Ось качания рычага 2 совмещена с центром сферической поверхности шайбы 1, которая разгружает шпильку 3 от изгибающих усилий. Показанный на рис. 13, в прихват с эксцентриком является примером быстродействующего комбинированного зажима. При определенном соотношении плеч рычага можно увеличить зажимную силу или ход зажимающего конца рычага.

Рис. 13 - Виды комбинированных зажимов

На рис. 13, г показано устройство для закрепления в призме цилиндрической заготовки посредством накидного рычага, а на рис. 13, д - схема быстродействующего комбинированного зажима (рычаг и эксцентрик), обеспечивающего боковое и вертикальное прижатие заготовки к опорам приспособления, так как сила зажима приложена под углом. Аналогичное условие обеспечивается устройством, изображенным на рис. 13, е.
Шарнирно-рычажные зажимы (рис. 13, ж, з, и) являются примерами быстродействующих зажимных устройств, приводимых в действие поворотом рукоятки. Для предотвращения самооткрепления рукоятку переводят через мертвое положение до упора 2. Сила зажима зависит от деформации системы и ее жесткости. Желаемую деформацию системы устанавливают регулировкой нажимного винта 1. Однако наличие допуска на размер Н (рис. 13, ж) не обеспечивает постоянства зажимной силы для всех заготовок данной партии.
Комбинированные зажимные устройства приводятся в действие вручную или от силовых узлов.
Зажимные механизмы для многоместных приспособлений должны обеспечивать одинаковую силу зажима на всех позициях. Простейшим многоместным приспособлением является оправка, на которую устанавливают пакет заготовок (кольца, диски), закрепляемых по торцевым плоскостям одной гайкой (последовательная схема передачи зажимной силы). На рис. 14, а показан пример зажимного устройства, работающего по принципу параллельного распределения зажимной силы.
Если нужно обеспечить концентричность базовой и обрабатываемой поверхностей и предотвратить деформирование обрабатываемой заготовки, применяют упругие зажимные устройства, где зажимное усилие посредством заполнителя или другого промежуточного тела равномерно передается на зажимный элемент приспособления (в пределах упругих деформаций).

Рис. 14 - Зажимные механизмы для многоместных приспособлений

В качестве промежуточного тела применяют обычные пружины, резину или гидропласт. Зажимное устройство параллельного действия с использованием гидропласта показано на рис. 14, б. На рис. 14, в приведено устройство смешанного (параллельно- последовательного) действия.
На станках непрерывного действия (барабанно-фрезерные, специальные многошпиндельные сверлильные) заготовки устанавливают и снимают, не прерывая движения подачи. Если вспомогательное время перекрывается машинным, то для закрепления заготовок можно применять зажимные устройства различных типов.
В целях механизации производственных процессов целесообразно использовать зажимные устройства автоматизированного типа (непрерывного действия), приводимые в действие механизмом подачи станка. На рис. 15, а приведена схема устройства с гибким замкнутым элементом 1 (трос, цепь) для закрепления цилиндрических заготовок 2 на барабанно-фрезерном станке при обработке торцевых поверхностей, а на рис. 15, б - схема устройства для закрепления заготовок поршней на многошпиндельном горизонтально-сверлильном станке. В обоих устройствах операторы только устанавливают и снимают заготовку, а закрепление заготовки происходит автоматичес

Рис. 15 - Зажимные устройства автоматизированного типа

Эффективным зажимным устройством для удержания заготовок из тонколистового материала при их чистовой обработке или отделке является вакуумный прижим. Сила зажима определяется по формуле

Q=Ap,
где A - активная площадь полости устройства, ограниченной уплотнением;
p=10 5 Па - разность атмосферного давления и давления в полости устройства, из которого удаляется воздух.
Электромагнитные зажимные устройства применяют для закрепления обрабатываемых заготовок из стали и чугуна с плоской базовой поверхностью. Зажимные устройства обычно выполняют в виде плит и патронов, при конструировании которых в качестве исходных данных принимают размеры и конфигурацию обрабатываемой заготовки в плане, ее толщину, материал и необходимую удерживающую силу. Удерживающая сила электромагнитного устройства в значительной степени зависит от толщины обрабатываемой детали; при малых толщинах не весь магнитный поток проходит через поперечное сечение детали, и часть линий магнитного потока рассеивается в окружающее пространство. Детали, обрабатываемые на электромагнитных плитах или патронах, приобретают остаточные магнитные свойства - их размагничивают, пропуская их через соленоид, питаемый переменным током.
В магнитных зажимных устройствах основными элементами являются постоянные магниты, изолированные один от другого немагнитными прокладками и скрепленные в общий блок, а заготовка представляет собой якорь, через который замыкается магнитный силовой поток. Для открепления готовой детали блок сдвигают с помощью эксцентрикового или кривошипного механизма, при этом магнитный силовой поток замыкается на корпус устройства, минуя деталь.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Автоматизация проектно-конструкторских работ и технологической
подготовки производства в машиностроении /Под общ. ред. О. И. Семенкова.
Т. I, II. Минск, Вышэйшая школа, 1976. 352 с.
Ансеров М: А. Приспособления для металлорежущих станков. М.:
Машиностроение, 1975. 656 с.
Блюмберг В. А., Близнюк В. П. Переналаживаемые станочные приспособления. Л.: Машиностроение, 1978. 360 с.
Болотин X. Л., Костромин Ф. П. Станочные приспособления. М.:
Машиностроение, 1973. 341 с.
Горошкин А. К. Приспособления для металлорежущих станков. М.;
Машиностроение, 1979. 304 с.
Капустин Н. М. Ускорение технологической подготовки механосборочного производства. М.: Машиностроение, 1972. 256 с.
Корсаков В. С. Основы конструирования приспособлений в машиностроении. М.: Машиностроение,-1971. 288 с.
Косов Н. П. Станочные приспособления для деталей, сложной формы.
М.: Машиностроение, 1973, 232 с.
Кузнецов В. С, Пономарев В, А. Универсально-сборные приспособления в машиностроении. М.: Машиностроение, 1974, 156 с.
Кузнецов Ю. И. Технологическая оснастка к станкам с программным
управлением. М.: Машиностроение, 1976, 224 с.
Основы технологии машиностроения./Под ред. В. С. Корсакова. М.:
Машиностроение. 1977, с. 416.
Фираго В. П. Основы проектирования технологических процессов и приспособлений, M.: Машиностроение, 1973. 467 с.
Терликова Т.Ф. и др. Основы конструирования приспособлений: Учеб. пособие для машиностроительных вузов. / Т.Ф. Терликова, А.С. Мельников, В.И. Баталов. М.: Машиностроение, 1980. – 119 с., ил.
Станочные приспособления: Справочник. В 2-х т. / ред. Совет: Б.Н. Вардашкин (пред.) и др. – М.: Машиностроение, 1984.

[Введите текст]

Конструкции зажимных устройств состоят из трех основных частей: привода, контактного элемента, силового механизма.

Привод, преобразуя определенный вид энергии, развивает силу Q, которая с помощью силового механизма преобразуется в силу зажима Р и передается через контактные элементы заготовке.

Контактные элементы служат для передачи зажимного усилия непосредственно на заготовку. Их конструкции позволяют рассредоточивать усилия, предотвращая смятие поверхностей заготовки, и распределять между несколькими точками опор.

Известно, что рациональный выбор приспособления сокращает вспомогательное время. Вспомогательное время можно сократить, применяя механизированные приводы.

Механизированные приводы в зависимости от типа и источника энергии могут быть подразделены на следующие основные группы: механические, пневматические, электромеханические, магнитные, вакуумные и др. Область применения механических приводов с ручным управлением ограничена, так как требуются значительные затраты времени на установку и снятие обрабатываемых заготовок. Наибольшее распространение получили приводы пневматические, гидравлические, электрические, магнитные и их комбинации.

Пневматические приводы работают по принципу подачи сжатого воздуха. В качестве пневматического привода могут быть использованы

пневматические цилиндры (двустороннего и одностороннего действия) и пневматические камеры.

для полости цилиндра со штоком

для цилиндров одностороннего действия

К недостаткам пневматических приводов относятся их относительно большие габаритные размеры. Сила Q(H) в пневмоцилиндрах зависит от их типа и без учета сил трения ее определяют по следующим формулам:

Для пневмоцилиндров двустороннего действия для левой части цилиндра

где р - давление сжатого воздуха, МПа; давление сжатого воздуха обычнопринимают равным 0,4-0,63 МПа,

D - диаметр поршня, мм;

d - диаметр штока, мм;

ή- КПД, учитывающий потери в цилиндре, при D = 150 ... 200 мм ή =0,90... 0,95;

q - сила сопротивления пружин, Н.

Пневматические цилиндры применяют с внутренним диаметром 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300 мм. Посадка поршня в цилиндре при использовании уплотнительных колец или , а при уплотнении манжетами или.

Использование цилиндров диаметром менее 50 мм и более 300 мм экономически невыгодно, в этом случае надо использовать другие виды приводов,

Пневматические камеры имеют ряд преимуществ по сравнению с пневмоцилиндрами: долговечны, выдерживают до 600 тысяч включений (пневмоцилиндры - 10 тысяч); компактны; имеют небольшую массу и проще в изготовлении. К недостаткам относят небольшой ход штока и непостоянство развиваемых усилий.

Гидравлические приводы по сравнению с пневматическими имеют

следующие преимущества: развивает большие силы (15 МПа и выше); их рабочая жидкость (масло) практически несжимаема; обеспечивают плавную передачу развиваемых сил силовым механизмом; могут обеспечить передачу силы непосредственно на контактные элементы приспособления; имеют широкую область Применения, поскольку их можно использовать для точных перемещений рабочих органов станка и подвижных частей приспособлений; позволяют применять рабочие цилиндры небольшого диаметра (20, 30, 40, 50 мм v. более), что обеспечивает их компактность.

Пневмогидравлические приводы обладают рядом преимуществ по сравнению с пневматическими и гидравлическими: имеют высокие рабочие силы, быстроту действия, низкую стоимость и небольшие габариты. Расчетные формулы аналогичны расчету гидроцилиндров.

Электромеханические приводы находят широкое применение в токарных станках с ЧПУ, агрегатных станках, автоматических линиях. Приводятся в действие от электродвигателя и через механические передачи, силы передаются на контактные элементы зажимного устройства.

Электромагнитные и магнитные зажимные устройства выполняют преимущественно в виде плит и планшайб для закрепления стальных и чугунных заготовок. Используется энергия магнитного поля от электромагнитных катушек или постоянных магнитов. Технологические возможности применения электромагнитных и магнитных устройств в условиях малосерийного производства и групповой обработки значительно расширяются при использовании быстросменных наладок. Эти устройства повышают производительность труда за счет снижения вспомогательного и основного времени (в 10-15 раз) при многоместной обработке.

Вакуумные приводы применяют для крепления заготовок из различных материалов с плоской или криволинейной поверхностью, принимаемой за основную базу. Вакуумные зажимные устройства работают по принципу использования атмосферного давления.

Сила (Н), прижимающая заготовку к плите:

где F - площадь полости приспособления, из которой удаляется воздух, см 2 ;

р - давление (в заводских условиях обычно р = 0,01 ... 0,015 МПа).

Давление для индивидуальных и групповых установок создается одно- и двухступенчатыми вакуумными насосами.

Силовые механизмы выполняют роль усилителя. Основная их характеристика - коэффициент усиления:

где Р - сила закрепления, приложенная к заготовке, Н;

Q - сила, развиваемая приводом, Н.

Силовые механизмы выполняют часто роль самотормозящего элемента в случае внезапного выхода из строя привода.

Некоторые типовые схемы конструкций зажимных устройств показаны на рис. 5.

Рисунок 5 Схемы зажимных устройств:

а - с помощью клипа; 6 - качающимся рычагом; в - самоцентрирующиеся призмы

Зажимные элементы удерживают обрабатываемую заготовку от смещения и вибраций, возникающих под действием усилий резания.

Классификация зажимных элементов

Зажимные элементы приспособлений делятся на простые и комбинированные, т.е. состоящие из двух, трёх и более сблокированных элементов.

К простым относятся клиновые, винтовые, эксцентриковые, рычажные, рычажно-шарнирные и др. - называются зажимами.

Комбинированные механизмы обычно выполняются как винто-
рычажные,эксцентрико-рычажные и т.п. и называются прихватами.
Когда используются простые или комбинированные
механизмы в компоновках с механизированным приводом

(пневматическим или другим) их называют механизмами - усилителями. По числу ведомых звеньев механизмы делятся: 1. однозвенные - зажимающие заготовку в одной точке;

2. двухзвенные - зажимающие две заготовки или одну заготовку в двух точках;

3. многозвенные - зажимающие одну заготовку во многих точках или несколько заготовок одновременно с равными усилиями. По степени автоматизации:

1. ручные - работающие с помощью винта, клина и других
стройств;

2. механизированные, в
подразделяются на

а) гидравлические,

б) пневматические,

в) пневмогидравлические,

г) механогидравлические,

д) электрические,

е) магнитные,

ж) электромагнитные,

з) вакуумные.

3. автоматизированные, управляемые от рабочих органов станка. Приводятся в действие от стола станка, суппорта, шпинделя и центробежными силами вращающихся масс.

Пример: цетробежно-энерционные патроны для токарных полуавтоматах.

Требования, предъявляемые к зажимным устройствам

Они должны быть надёжными в работе, просты по конструкции и удобны в обслуживании; не должны вызывать деформации закрепляемых заготовок и порчи их поверхностей; закрепление и открепление заготовок должно производиться с минимальной затратой сил и рабочего времени, особенно при закреплении нескольких заготовок в многоместных приспособлениях, кроме того, зажимные устройства не должны сдвигать заготовку в процессе её закрепления. Силы резания не должны по возможности восприниматься зажимными устройствами. Они должны восприниматься более жёсткими установочными элементами приспособлений. Для повышения точности обработки предпочтительны устройства обеспечивающие постоянную величину сил зажима.

Сделаем маленькую экскурсию в теоретическую механику. Вспомним что такое коэффициент трения?

Если тело весом Q перемещается по плоскости с силой Р, то реакцией на силу Р будет сила Р 1 направляемая в противоположную сторону, то есть

скольжения.

Коэффициент трения

Пример: если f = 0,1; Q = 10 кг, то Р = 1 кг.

Коэффициент трения меняется в зависимости от шероховатости поверхности.

Методика расчета сил зажима

Первый случай

Второй случай

Сила резания Р z и сила зажима Q направлены в одну

В этом случае Q => О

Сила резания Р г и сила зажима Q направлены в про-тивоположные стороны, тогда Q = k * P z

где к - коэффициент запаса к = 1,5 чистовая обработка к = 2,5 черновая обработка.

Третий случай

Силы направлены взаимно-перпендикулярно. Сила резания Р, противово-действунт силе трения на опоре (установочной) Qf 2 и силе трения в точке зажима Q*f 1 , тогдаQf 1 + Qf 2 = к*Р z

г
де f, и f 2 - коэффициенты трения скольжения Четвертый случай

Заготовку обрабатывают в трёхкулачковом патроне

В этом направлении Р, стре-мится сдвинуть заготовку от-носительно кулачков.

Расчёт резьбовых зажимных механизмов Первый случай

Зажим винтом с плоской головкой Из условия равновесия

где Р - усилие на рукоятке, кг; Q - усилие зажима детали, кг; R cp - средний радиус резьбы, мм;

R - радиус опорного торца;

Угол подъёма винтовой линии резьбы;

Угол трения в резьбовом соединении 6; - условие самоторможения; f- коэффициент трения болта о деталь;

0,6 - коэффициент учитывающий трение всей поверхности торца. Момент P*L преодолевает момент силы зажима Q с учётом сил трения в винтовой паре и на торце болта.

Второй случай

■ Зажим болтом со сферической поверхностью

С увеличением углов α и φусилие Р увеличивается, т.к. в этом случае направление усилия идет вверх по наклонной плоскости резьбы.

Третий случай

Этот метод зажима применяется при обработке втулок или дисков на оправках: токарных станках, делительных головок или поворотных столах на фрезерных станках, долбежных станках или других станках , зубофрезерных, зубодолбёжных, на радиально-сверлильных станках и т.п. Некоторые данные по справочнику:

1. 
   Винт Ml6 со сферическим торцем при длине рукоятки L = 190мм и усилии Р = 8кг, развивает усилие Q = 950 кг
2. 
   Зажим винтом М = 24 с плоским торцем при L = 310мм; Р = 15кг; Q = 1550мм
3. 
   Зажим шестигранной гайкой Ml 6 гаечным ключом L = 190мм; Р = 10кг; Q = 700кг.

Зажимы эксцентриковые

Зажимы эксцентриковые просты в изготовлении по этой причине нашли широкое применение в станочных приспособлениях. Применение эксцентриковых зажимов позволяет значительно сократить время на зажим заготовки но усилие зажима уступает резьбовым.

Эксцентриковые зажимы выполняются в сочетании с прихватами и без них.

Рассмотрим эксцентриковый зажим с прихватом.

Эксцентриковые зажимы не могут работать при значительных отклонениях допуска (±δ) заготовки. При больших отклонениях допуска зажим требует постоянной регулировки винтом 1.

Расчёт эксцентрика

М
атериалом применяемом для изготовления эксцентрика являются У7А, У8А с термообработкой до HR с 50....55ед, сталь 20Х с цементацией на глубину 0,8... 1,2 С закалкой HR c 55...60ед.

Рассмотрим схему эксцентрика. Линия KN делит эксцентрик на дв? симметричные половины состоящие как бы из 2 х клиньев, навернутых на «начальную окружность».

Ось вращения эксцентрика смещена относительно его геометрической оси на величину эксцентриситета «е».

Для зажима обычно используется участок Nm нижнего клина.

Рассматривая механизм как комбинированный состоящий из рычага L и клина с трением на двух поверхностях на оси и точки «m» (точка зажима), получим силовую зависимость для расчёта усилия зажима.

где Q - усилие зажима

Р - усилие на рукоятке

L - плечо рукоятки

r -расстояние от оси вращения эксцентрика до точки соприкосновения с

заготовкой

α - угол подъёма кривой

α 1 - угол трения между эксцентриком и заготовкой

α 2 - угол трения на оси эксцентрика

Во избежание отхода эксцентрика во время работы необходимо соблюдать условие самоторможение эксцентрика

Условие самоторможения эксцентрика. = 12Р

о чяжима с экспентоиком

г
де α - угол трения скольжения в точке касания заготовки ø - коэффициент трения

Для приближённых расчётов Q - 12Р Рассмотрим схему двухстороннего зажима с эксцентриком

Клиновые зажимы

Клиновые зажимные устройства нашли широкое применение в станочных приспособлениях. Основным элементом их является одно, двух и трёхскосые клинья. Использование таких элементов обусловлено простотой и компактностью конструкций, быстротой действия и надёжностью в работе, возможностью использования их в качестве зажимного элемента, действующего непосредственно на закрепляемую заготовку , так и качестве промежуточного звена, например, звена-усилителя в других зажимных устройствах. Обычно используются самотормозящиеся клинья. Условие самоторможения односкосого клина выражается зависимостью

α >2ρ

где α - угол клина

ρ - угол трения на поверхностях Г и Н контакта клина с сопрягаемыми деталями.

Самоторможение обеспечивается при угле α = 12°, однако для предотвращения того чтобы вибрации и колебания нагрузки в процессе использования зажима не ослабли крепления заготовки, часто применяют клинья с углом α .

Вследствие того, что уменьшение угла приводит к усилению

самотормозящих свойств клина, необходимо при конструировании привода к клиновому механизму предусматривать устройства, облегчающие вывод клина из рабочего состояния, так как освободить нагруженный клин труднее, чем вывести его в рабочее состояние.

Этого можно достичь путём соединения штока приводного механизма с клином. При движении штока 1 влево он проходит путь «1» в холостую, а затем ударяясь в штифт 2, запрессованный в клин 3, выталкивает последний. При обратном ходе штока так же ударом в штифт заталкивает клин в рабочее положение. Это следует учитывать в случаях, когда клиновой механизм приводится в действие пневмо или гидроприводом. Тогда для обеспечения надёжности работы механизма следует создавать разное давление жидкости или сжатого воздуха с разных сторон поршня привода. Это различие при использовании пневмоприводов может быть достигнуто применением редукционного клапана в одной из трубок, подводящих воздух или жидкость к цилиндру. В случаях, когда самоторможение не требуется, целесообразно применять ролики на поверхностях контакта клина с сопряжёнными деталями приспособления , тем самым облегчается ввод клина в исходное положение. В этих случаях обязательно стопорение клина.

Рассмотрим схему действия сил в односкосом, наиболее часто применяемом в приспособлениях, клиновом механизме

Построим силовой многоугольник.

При передачи сил под прямым углом имеем следующую зависимость

+закрепление, - открепление

Самоторможение имеет место при α

Цанговые зажимы

Цанговый зажимной механизм известен достаточно давно. Закрепление заготовок при помощи цанг оказался очень удобным при создании автоматизированных станков потому, что для закрепления заготовки требуется лишь одно поступательное движение зажимаемой цанги.

При работе цанговых механизмов должны выполняться следующие требования.

1. 
   Силы закрепления должны обеспечиваться в соответствие с возникающими силами резания и не допускать перемещения заготовки или инструмента в процессе резания.
2. 
   Процесс закрепления в общем цикле обработки является вспомогательным движением поэтому время срабатывание цангового зажима должно быть минимальным.
3. 
   Размеры звеньев зажимного механизма должны определяться из условий их нормальной работы при закреплении заготовок как наибольшего так и наименьших размеров.
4. 
   Погрешность базирования закрепляемых заготовок или инструмента должна быть минимальной.
5. 
   Конструкция зажимного механизма должна обеспечивать наименьшие упругие отжатия в процессе обработки заготовок и обладать высокой виброустойчивостью.
6. 
   Детали цангового зажимного и особенно зажимная цанга должны обладать высокой износоустойчивостью.
7. 
   Конструкция зажимного устройства должна допускать его быструю смену и удобную регулировку.
8. 
   Конструкция механизма должна предусматривать защиту цанг от попадания стружки.

Цанговые зажимные механизмы работают в широком диапазоне размеров.
Практически минимальный допустимый размер для закрепления 0,5 мм. На
многошпиндельных прутковых автоматах диаметры прутков, а

следовательно и отверстия цанг доходят до 100 мм. Цанги с большим диаметром отверстия применяются для закрепления тонкостенных труб, т.к. относительное равномерное закрепление по всей поверхности не вызывает больших деформаций труб.

Цанговый зажимной механизм позволяет производить закрепление заготовок различной формы поперечного сечения.

Стойкость цанговых зажимных механизмов колеблется в широких пределах и зависит от конструкции и правильности технологических процессов при изготовлении деталей механизма. Как правило раньше других их строя выходят зажимные цанги. При этом количество закреплений цангами колеблется от единицы (поломка цанги) до полумиллиона и более (износ губок). Работа цанги считается удовлетворительной, если она способна закрепить не менее 100000 заготовок.

Классификация цанг

Все цанги могут быть разбиты на три типа:

1. Цанги первого типа имеют «прямой» конус, вершина которого обращена от шпинделя станка.

Для закрепления необходимо создать силу втягивающую цангу в гайку, навинченную на шпиндель. Положительные качества этого типа цанг -они конструктивно достаточно просты и хорошо работают на сжатие (закалённая сталь имеет большое допустимое напряжение при сжатии чем при растяжении. Несмотря на это, цанги первого типа в настоящее время находят ограниченное применение из-за недостатков. Какие это недостатки:

а) осевая сила, действующая на цангу, стремится отпереть ее,

б) при подачи прутка возможно преждевременное запирание цанги,

в) при закреплении такой цангой возникает вредное воздействие на

г) наблюдается неудовлетворительное центрирование цанги в
шпинделе, так как головка центрируется в гайке , положение которой на
шпинделе не является стабильным из-за наличия резьбы.

Цанги второго типа имеют «обратный» конус, вершина которого обращена к шпинделю. Для закрепления необходимо создать силу, втягивающую цангу в коническое отверстие шпинделя станка.

Цангами этого типа обеспечивается хорошее центрирование закрепляемых заготовок, т. к. конус под цангу расположен непосредственно в шпинделе, во время подачи прутка до упора не может

возникнуть заклинивание, осевые рабочие силы не раскрывают цангу, а запирают её, увеличивая силу закрепления.

Вместе с тем ряд существенных недостатков снижает работоспособность цанг этого типа. Так многочисленных контактов с цангой коническое отверстие шпинделя сравнительно быстро изнашивается, резьба на цангах часто выходит из строя, не обеспечивая стабильного положения прутка по оси при закреплении - он уходит от упора. Тем не менее цанги второго типа получили широкое применение в станочных приспособлениях.