Зажимные элементы должны обеспечить надёжный контакт обрабатываемой детали с установочным элементами и препятствовать нарушению его под действием возникающих при обработке усилий, быстрый и равномерный зажим всех деталей и не вызывать деформации и порчи пов-тей закрепляемых деталей.

Зажимные элементы подразделяются:

По конструкции – на винтовые, клиновые, эксцентриковые, рычажные, рычажно-шарнирные (применяются также комбинированные зажимные элементы – винторычажные, эксцентрико-рычажные и т.д).

По степени механизации – на ручные и механизированные с гидравлическим, пневматическим, электрическим или вакуумным приводом.

Зажимные мех-мы могут быть автоматизированными.

Винтовые зажимы используют для непосредственного зажима или зажима через прижимные планки, либо прихваты одной или нескольких деталей. Недостатком их является то, что для закрепления и открепления детали приходится затрачивать много времени.

Эксцентриковые и клиновые зажимы, также как винтовые, позволяют закреплять деталь непосредственно или через прижимные планки и рычаги.

Наибольшее распространение получили круговые эксцентриковые зажимы. Эксцентриковый зажим является частным случаем клинового зажима, причём для обеспечения самоторможения угол клина не должен превышать 6-8 град. Эксцентриковые зажимы изготовляют из высокоуглеродистой или цементуемой стали и термически обрабатывают до твёрдости HRC55-60. Эксцентриковые зажимы относятся к быстродействующим зажимам, т.к. для зажима необход. повернуть эксцентрик на угол 60-120 град.

Рычажно- шарнирные элементы применяются в качестве приводных и усилительных звеньев зажимных механизмов. По конструкции они делятся на однорычажные, двухрычажные (одностороннего и двустороннего действия – самоцентрирующие и многозвенные). Рычажные механизмы не обладают самотормозящими свойствами. Наиболее простым примером рычажно-шарнирных мех-мов является прижимные планки приспособлений, рычаги пневматических патронов и т.д.

Пружинные зажимы применяют для зажима изделий с небольшими усилиями, возникающие при сжатии пружины.

Для создания постоянных и больших зажимных усилий, сокращения времени зажима, осуществления дистанционного управления зажимами применяют пневматические, гидравлические и другие приводы.

Наиболее распространёнными пневматическими приводами явл-ся поршневые пневматические цилиндры и пневматические камеры с упругой диафрагмой, стационарные, вращающиеся и качающиеся.

Пневматические приводы приводятся в действие сжатым воздухом под давлением 4-6 кг/см.² При необходимости применения малогабаритных приводов и создания больших зажимных усилий используют гидравлические приводы, рабочее давление масла в котор. достигает 80 кг/см².

Усилие на штоке пневматического или гидравлического цилиндра равно произведению рабочей площади поршня в квадратных см. на давление воздуха или рабочей жидкости. При этом необходимо учитывать потери на трение между поршнем и стенками цилиндра, между штоком и направляющими втулками и уплотнениями.

Электромагнитные зажимные устройства выполняют в виде плит и планшайб. Они предназначены для закрепления стальных и чугунных заготовок с плоской базовой поверхностью при шлифовании или чистовом точении.

Магнитные зажимные устройства могут быть выполнены в виде призм, служащих для закрепления цилиндрических заготовок. Появились плиты, у которых в качестве постоянных магнитов используют ферриты. Эти плиты отличаются большой удерживающей силой и меньшим расстоянием между полюсами.

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.

ЛЕКЦИЯ 3

3.1. Назначение зажимных устройств

Основное назначение зажимных устройств приспособлений - обеспечение надежного контакта (неотрывности) заготовки или собираемой детали с установочными элементами, предупрежде­ние ее смещения в процессе обработки или сборки.

Зажимной механизм создает силу для закрепления заготовки, определяемую из условия равновесия всех сил, приложенных к ней

При механической обработке на заготовку действуют:

1) силы и моменты резания

2) объемные силы - сила тяжести заготовки, центробежные и инерционные силы.

3) силы, действующие в точках контакта заготовки с приспособлением – сила реакции опоры и сила трения

4) второстепенные силы, к которым относятся силы, возника­ющие при отводе режущего инструмента (сверла, метчики, раз­вертки) от заготовки.

При сборке на собираемые детали действуют сборочные силы и силы реакции, возникающие в точках контакта сопрягаемых по­верхностей.

К зажимным устройствам предъявляются следующие требования :

1) при зажиме не должно нарушаться положение заготовки, до­стигнутое базированием. Это удовлетворяется рациональным вы­бором направления и мест приложения сил зажима;

2) зажим не должен вызывать деформации заготовок, закрепля­емых в приспособлении, или повреждения (смятия) их поверх­ностей;

3) сила зажима должна быть минимально необходимой, но дос­таточной для обеспечения фиксированного положения заготовки относительно установочных элементов приспособлений в процессе обработки;

4) сила зажима должна быть постоянной на всем протяжении технологической операции; сила зажима должна быть регулируемой;

5) зажим и открепление заготовки необходимо производить с ми­нимальной затратой сил и времени рабочего. При использовании ручных зажимов усилие не должно превышать 147 Н; Средняя продолжительность закрепления: в трехкулачковом патроне (ключом) - 4 с; винтовым зажимом (клю­чом) - 4,5…5 с; штурвалом - 2,5…3 с; поворотом рукоятки пневмо-, гидрокрана - 1,5 с; нажатием кнопки - менее 1 с.

6) зажимной механизм должен быть простым по конструкции, компактным, максимально удобным и безопасным в работе. Для этого он должен иметь минимальные габаритные размеры и содержать ми­нимальное число съемных деталей; устройство управления зажим­ным механизмом должно располагаться со стороны рабочего.

Необходимость применения зажимных устройств исключается в трех случаях .

1) заготовка имеет большую массу, по сравнению с которой силы резания малы.

2) силы, возникающие при обработке, направлены так, что не могут нарушить положение заготовки, достигнутое при базировании.

3) заготовка, установленная в приспособление, лишена всех сте­пеней свободы. Например, при сверлении отверстия в прямоугольной планке, закладываемой в ящичный кондуктор.

3.2. Классификация зажимных устройств

Конструкции зажимных устройств состоят из трех основных частей: контактного элемента (КЭ), привода (П) и силового механизма (СМ).

Контактные элементы служат для непосредственной передачи зажимного усилия на заготовку. Их конструкция позволяет рассредоточить усилия, предотвращая смятие поверхностей заготовки.

Привод служит для преобразования определенного вида энергии в исходное усилие Р и , передаваемое силовому механизму.

Силовой механизм необходим для преобразования полученного исходного зажимного усилия Р и в усилие зажима Р з . Преобразование производится механически, т.е. по законам теоретической механики.

В соответствии с наличием или отсутствием в приспособлении этих составных частей зажимные устройства приспособлений разделяются на три группы.

К первой группе относятся зажимные устройства (рис. 3.1а), имеющие в своем составе все перечисленные основные части: силовой механизм и привод, который обеспечивает перемещение контактного элемента и создает исходное усилие Р и , преобразуемое силовым механизмом в зажимное усилие Р з .

Во вторую группу (рис. 3.1б) входят зажимные устройства, состоящие лишь из силового механизма и контактного элемента, который приводится в действие непосредственно рабочим, прилагающим исходное усилие Р и на плече l . Эти устройства иногда называют зажимным устройством с ручным приводом (единичное и мелкосерийное производство).

К третьей группе относятся зажимные устройства, которые в своем составе не имеют силового механизма, а используемые приводы лишь условно можно назвать приводами, так как они не вызывают перемещений элементов зажимного устройства и только создают зажимное усилие Р з , которое в этих устройствах является равнодействующей равномерно распределенной нагрузки q , непосредственно действующей на заготовку и создаваемой либо в результате атмосферного давления, либо посредством магнитного силового потока. К этой группе относятся вакуумные и магнитные устройства (рис. 3.1в). Применяются во всех видах производства.

Рис. 3.1. Схемы зажимных механизмов

Элементарным зажимным механизмом называют часть зажимного устройства, состоящую из контактного элемента и силового механизма.

Зажимными элементами называют: винты, эксцентрики, прихваты, тисочные губки, клинья, плунжеры, прижимы, планки. Они являются промежуточными звеньями в сложных зажимных системах.

В табл. 2 приведена классификация элементарных зажимных механизмов.

Таблица 2

Классификация элементарных зажимных механизмов

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЗАЖИМНЫЕ МЕХАНИЗМЫ	ПРОСТЫЕ	ВИНТОВЫЕ	Зажимные винты
С разрезной шайбой или планкой
Штыковые или плунжерные
ЭКСЦЕНТРИКОВЫЕ	Круглые эксцентрики
Криволинейные по эвольвенте
Криволинейные по спирали Архимеда
КЛИНОВЫЕ	С плоским односкосым клином
С опорным роликом и клином
С двухскосым клином
РЫЧАЖНЫЕ	Одноплечевые
Двухплечевые
Изогнутые двухплечевые
КОМБИНИРОВАННЫЕ	ЦЕНТРИРУЮЩИЕ ЗАЖИМНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ	Цанги
Разжимные оправки
Зажимные втулки с гидропластом
Оправки и патроны с пластинчатыми пружинами
Мембранные патроны
РЕЕЧНО-РЫЧАЖНЫЕ ЗАЖИМЫ	С роликом зажимом и замком
С коническим запирающим устройством
С эксцентриковым запирающим устройством
КОМБИНИРОВАННЫЕ ЗАЖИМНЫЕ УСТРОЙСТВА	Сочетание рычага и винта
Сочетание рычага и эксцентрика
Шарнирно-рычажный механизм
СПЕЦИАЛЬНЫЕ	Многоместные и непрерывного действия

По источнику энергии привода (здесь говорится не о виде энергии, а именно о местонахождении источника) приводы делятся на ручные, механизирован­ные и автоматизированные. Ручные зажимные механизмы приводит в действие мускульная сила рабо­чего. Механизированные зажимные ме­ханизмы работают от пневматического или гидравлического привода. Автома­тизированные устройства перемещают­ся от движущихся узлов станка (шпин­деля, суппорта или патронов с кулач­ками). В последнем случае зажим заго­товки и разжим обработанной детали производится без участия рабочего.

3.3. Зажимные элементы

3.3.1. Винтовые зажимы

Винтовые зажимы применяют в приспособлениях с ручным закреплением заготовки, в приспособлениях механизированного типа, а также на автоматических линиях при использовании приспособлений-спутников. Они просты, компактны и надежны в работе.

Рис. 3.2. Винтовые зажимы :

а – со сферическим торцом; б – с плоским торцом; в – с башмаком. Условные обозначения: Р и - сила, приложенная на конце рукоятки; Р з - сила зажима;W – сила реакции опоры; l - длина рукоятки; d - диаметр винтового зажима.

Расчет винтового ЭЗМ. При известной си­ле Р 3 вычисляют номинальный диаметр винта

где d - диаметр винта, мм; Р 3 - сила закре­пления, Н; σ р - напряжение растяжения (сжа­тия) материала винта, МПа

Назначение зажимных приспособлений – это обеспечение надежного контакта заготовки с установочными элементами и предотвращение смещения и вибрации ее в процессе обработки. На рис.7.6 представлены некоторые виды зажимных устройств.

Требования к зажимным элементам:

Надежность в работе;

Простота конструкции;

Удобство обслуживания;

Не должны вызывать деформацию заготовок и порчу их поверхностей;

Не должны сдвигать заготовку в процессе ее закрепления с установочных элементов;

Закрепление и открепление заготовок должно производиться с минимальной затратой труда и времени;

Зажимные элементы должны быть износостойкими и по возможности сменными.

Виды зажимных элементов:

Зажимные винты , которые вращают ключами, рукоятками или маховичками (см. рис. 7.6)

Рис.7.6 Виды зажимов:

а – зажимной винт; б – винтовой прихват

Быстродействующие зажимы, показанные на рис. 7.7.

Рис.7.7. Виды быстродействующих зажимов:

а – с разрезной шайбой; б – с плунжерным устройством; в – с откидным упором; г – с рычажным устройством

Экцентрированные зажимы, которые бывают круглые, эвольвентные и спиральные (по спирали Архимеда) (рис.7.8).

Рис.7.8. Виды экцентриковых зажимов:

а – дисковый; б – цилиндрический с Г-образным прихватом; г – конический плавающий.

Клиновые зажимы – используется эффект расклинивания и применяется как промежуточное звено в сложных зажимных системах. При определенных углах клиновой механизм обладает свойством самоторможения. На рис. 7.9 изображена расчетная схема действия сил в клиновом механизме.

Рис. 7.9. Расчетная схема сил в клиновом механизме:

а- односкосном; б – двухскосном

Рычажные зажимы применяются в сочетании с другими зажимами, образуя более сложные зажимные системы. С помощью рычага можно изменить как величину, так и направление усилия зажатия, а также осуществлять одновременное и равномерное закрепление заготовки в двух местах. На рис. 7.10 показана схема действия сил в рычажных зажимах.

Рис. 7.10. Схема действия сил в рычажных зажимах.

Цанги представляют собой разрезные пружинные гильзы, разновидности которых показаны на рис.7.11.

Рис. 7. 11. Виды цанговых зажимов:

а – с натяжной трубкой; б – с распорной трубкой; в – вертикального типа

Цанги обеспечивают концентричность установки заготовки в пределах 0,02…0,05 мм. Базовую поверхность заготовки под цанговые зажимы следует обрабатывать по 2…3 классам точности. Цанги выполняют из высокоуглеродистых сталей типа У10А с последующей термообработкой до твердости HRC 58…62. Угол конуса цанги d = 30…40 0 . При меньших углах возможно заклинивание цанги.

Разжимные оправки , виды которых изображены на рис. 7.4.

Роликовый замок (рис.7.12)

Рис. 7.12. Виды роликовых замков

Комбинированные зажимы – сочетание элементарных зажимов различного типа. На рис. 7.13 представлены некоторые виды таких зажимных устройств.

Рис. 7.13. Виды комбинированных зажимных устройств.

Комбинированные зажимные устройства приводятся в действие вручную или от силовых устройств.

Направляющие элементы приспособлений

При выполнении некоторых операций механической обработки (сверления, растачивания) жесткость режущего инструмента и технологической системы в целом оказывается недостаточной. Для устранения упругих отжимов инструмента относительно заготовки применяют направляющие элементы (кондукторные втулки при расточке и сверлении, копиры при обработке фасонных поверхностей и т.д. (см. рис.7.14).

Рис.7.14. Виды кондукторных втулок:

а – постоянные; б – сменные; в – быстросменные

Направляющие втулки изготавливают из стали марки У10А или 20Х с закалкой до твердости HRC 60…65.

Направляющие элементы приспособлений - копиры – применяются при обработке фасонных поверхностей сложного профиля, задача которых направлять режущий инструмент по обрабатываемой поверхности заготовки для получения заданной точности траектории их движения.

Зажимные устройства станков

К атегория:

Металлорежущие станки

Зажимные устройства станков

Процесс питания станков-автоматов заготовками осуществляется при тесном взаимодействии загрузочных устройств и автоматических зажимных приспособлений. Во многих случаях автоматические зажимные устройства являются элементом конструкции станка или его неотъемлемой принадлежностью. Поэтому, несмотря на наличие специальной литературы, посвященной зажимным приспособлениям, представляется необходимым вкратце остановиться на некоторых характерных конструкциях,

Подвижные элементы автоматических зажимных приспособлений получают движение от соответствующих управляемых приводов, в качестве которых могут быть использованы механические управляемые приводы, получающие движение от основного привода рабочего органа или от независимого электродвигателя, кулачковые приводы, гидравлические, пневматические и пневмогидравлические приводы. Отдельные подвижные элементы зажимных приспособлений могут получать движение как от общего, так и от нескольких независимых приводов.

Рассмотрение конструкций специальных приспособлений, которые в основном определяются конфигурацией и размерами конкретной обрабатываемой детали, не входит в задачи настоящей работы, и мы ограничимся ознакомлением с некоторыми зажимными приспособлениями широкого назначения.

Зажимные патроны. Имеется большое число конструкций самоцентрирующих патронов в большинстве случаев с поршневым гидравлическим и пневматическим приводом, которые применяются на токарных, револьверных и шлифовальных станках. Эти патроны, обеспечивая надежный зажим и хорошее центрирование обрабатываемой детали, имеют небольшой расход кулачков, из-за чего при переходе от обработки одной партии деталей к другой патрон необходимо перестраивать и для обеспечения высокой точности центрирования обрабатывать центрирующие поверхности кулачков на месте; при этом закаленные кулачки шлифуются, а сырые - обтачиваются или растачиваются.

Одна из распространенных конструкций зажимного патрона с пневматическим поршневым приводом представлена на рис. 1. Пневматический цилиндр закрепляется с помощью промежуточного фланца на конце шпинделя. Подвод воздуха к пневматическому цилиндру осуществляется через буксу, сидящую на подшипниках качения на хвостовике крышки цилиндра. Поршень цилиндра связан штоком с зажимным механизмом патрона. Пневматический патрон прикрепляется к фланцу, установленному на переднем конце шпинделя. Головка, закрепленная на конце штока, имеет наклонные пазы, в которые входят Г-образные выступы кулачков. При перемещении головки вместе со штоком вперед кулачки сближаются, при движении назад - расходятся.

На основных кулачках, имеющих Т-образные пазы, закрепляются накладные кулачки, которые устанавливаются в соответствии с диаметром зажимаемой поверхности обрабатываемой детали.

Благодаря небольшому числу промежуточных звеньев, передающих движение кулачкам, и значительным размерам трущихся поверхностей патроны описанной конструкции обладают сравнительно высокой жесткостью и долговечностью.

Рис. 1. Пневматическии зажимный патрон.

В ряде конструкций пневматических патронов используются рычажные передачи. Такие патроны обладают меньшей жесткостью и вследствие наличия ряда шарнирных соединений изнашиваются быстрее.

Вместо пневматического цилиндра может быть использован пневмо-мембранный привод или гидравлический цилиндр. Вращающиеся вместе со шпинделем цилиндры, особенно при высоком числе оборотов шпинделя, требуют тщательной балансировки, что является недостатком данного варианта конструкции.

Поршневой привод может быть установлен неподвижно соосно со шпинделем, а шток цилиндра связан с зажимным штоком муфтой, обеспечивающей свободное вращение зажимного штока вместе со шпинделем. Шток неподвижного цилиндра может быть связан с зажимным штоком также системой промежуточных механических передач. Такие схемы применимы при наличии самотормозящихся механизмов в приводе зажимного приспособления, так как в ином случае шпиндельные подшипники будут нагружаться значительными осевыми усилиями.

Наряду с самоцентрирующими патронами применяются также двух-кулачковые патроны со специальными кулачками, получающими движение от указанных выше приводов, и специальные патроны.

Подобные же приводы используются при закреплении деталей на различных разжимных оправках.

Цанговые зажимные устройства. Цанговые зажимные устройства являются элементом конструкции револьверных станков и токарных автоматов, предназначенных для изготовления деталей из прутка. Вместе с тем они находят широкое применение и в специальных зажимных приспособлениях.

Рис. 2. Цанговые зажимные устройства.

В практике встречаются цанговые зажимные устройства трех типов.

Цанга, имеющая несколько продольных надрезов, центрируется задним цилиндрическим хвостом в отверстии шпинделя, а передним коническим - в отверстии колпака. При зажиме труба перемещает цангу вперед и ее передняя коническая часть входит в коническое отверстие колпака шпинделя. При этом цанга сжимается и зажимает пруток или обрабатываемую деталь. Зажимное устройство данного типа имеет ряд существенных недостатков.

Точность центрирования обрабатываемой детали в значительной мере определяется соосностью конической поверхности колпака и оси вращения шпинделя. Для этого необходимо достигнуть соосности конического отверстия колпака и его цилиндрической центрирующей поверхности, соосности центрирующего буртика и оси вращения шпинделя и минимального зазора между центрирующими поверхностями колпака и шпинделя.

Так как выполнение указанных условий представляет значительные трудности, то цанговые устройства данного типа не обеспечивают хорошего центрирования.

Кроме того, в процессе зажима цанга, перемещаясь вперед, захватывает пруток, который перемещается при этом вместе с цангой, что может

привести к изменению размеров обрабатываемых деталей по длине и к появлению больших давлений на упор. В практике имеют место случаи, когда вращающийся пруток, прижатый с большой силой к упору, приваривается к последнему.

Достоинством данной конструкции является возможность использования шпинделя малого диаметра. Однако, поскольку диаметр шпинделя в значительной мере определяется другими соображениями и в первую очередь его жесткостью, то данное обстоятельство в большинстве случаев не имеет существенного значения.

Вследствие указанных недостатков данный вариант цангового зажимного устройства находит ограниченное применение.

Цанга имеет обратный конус, и при зажиме материала труба втягивает цангу в шпиндель. Данная конструкция обеспечивает хорошее центрирование, так как центрирующий конус расположен непосредственно в шпинделе. Недостатком конструкции является перемещение материала вместе с цангой в процессе зажима, что приводит к изменению размеров обрабатываемой детали, однако не вызывает никаких осевых нагрузок на упор. Некоторым недостатком является также слабость сечения в месте резьбового соединения. Диаметр шпинделя увеличивается незначительно по сравнению с предыдущим вариантом.

Вследствие отмеченных достоинств и простоты конструкции данный вариант находит широкое применение на револьверных станках и многошпиндельных токарных автоматах, шпиндели которых должны иметь минимальный диаметр.

Вариант, показанный на рис. 2, в, отличается от предыдущего тем, что в процессе зажима цанга, упирающаяся передней торцовой поверхностью в колпак, остается неподвижной, а под действием трубы перемещается гильза. Коническая поверхность гильзы надвигается на наружную коническую поверхность цанги, и последняя сжимается. Поскольку цанга в процессе зажима остается неподвижной, то при данной конструкции не происходит смещения обрабатываемого прутка. Гильза имеет хорошее центрирование в шпинделе, а обеспечение соосности внутренней конической и наружных центрирующих поверхностей гильзы не представляет технологических трудностей, благодаря чему данная конструкция обеспечивает достаточно хорошее центрирование обрабатываемого прутка.

При освобождении цанги труба отводится влево и гильза перемещается под действием пружины.

Для того чтобы силы трения, возникающие в процессе зажима на торцовой поверхности лепестков цанги, не уменьшали бы усилие зажима, торцовой поверхности придается коническая форма с углом, несколько превышающим угол трения.

Данная конструкция сложнее предыдущей и требует увеличения диаметра шпинделя. Однако вследствие отмеченных достоинств она находит широкое применение на одношпиндельных автоматах, где увеличение диаметра шпинделя не имеет существенного значения, и на ряде моделей револьверных станков.

Размеры наиболее распространенных цанг нормируются соответствующим ГОСТ . Цанги больших размеров выполняются со сменными губками, что позволяет уменьшить количество цанг в комплекте и при износе губок заменять их новыми.

Поверхность губок цанг, работающих при больших нагрузках, имеет насечку, что обеспечивает передачу больших усилий зажимаемой детали.

Зажимные цанги изготовляются из сталей У8А, У10А, 65Г, 9ХС. Рабочая часть цанги закаливается до твердости HRC 58-62. Хвостовая

часть подвергается отпуску до твердости HRC 38-40. Для изготовления цанг применяются также цементируемые стали, в частности сталь 12ХНЗА.

Труба, перемещающая зажимную цангу, сама получает движение от одного из перечисленных видов приводов через ту или иную систему промежуточных передач. Некоторые конструкции промежуточных передач для перемещения зажимной трубы представлены на рис. IV. 3.

Зажимная труба получает движение от сухарей, представляющих собой часть втулки с выступом, заходящим в паз шпинделя. Сухари опираются на хвостовые выступы зажимной трубы, которые удерживают их в требуемом положении. Сухари получают движение от рычагов, Г-образные концы которых заходят в торцовую выточку втулки 6, сидящей на шпинделе. При зажиме цанги втулка перемещается влево и, воздействуя внутренней конической поверхностью на концы рычагов, поворачивает их. Поворот происходит относительно точек контакта Г-образных выступов рычагов с выточкой втулки. При этом пятки рычагов нажимают на сухари. На чертеже механизмы показаны в положении, соответствующем окончанию зажима. В этом положении механизм оказывается замкнутым, а втулка разгружена от осевых усилий.

Рис. 3. Механизм перемещения зажимной трубы.

Регулирование усилия зажима осуществляется гайками, с помощью которых перемещается втулка. Чтобы избежать необходимости увеличения диаметра шпинделя, на него посажено резьбовое кольцо, которое упирается в полукольца, заходящие в канавку шпинделя.

В зависимости от диаметра зажимной поверхности, который может колебаться в пределах допуска, зажимная труба будет занимать различное положение в осевом направлении. Отклонения в положении трубы компенсируются деформацией рычагов. В других конструкциях вводятся специальные пружинные компенсаторы.

Данный вариант находит широкое применение на одношпиндельных токарных автоматах. Имеются многочисленные конструктивные модификации, отличающиеся формой рычагов.

В ряде конструкций рычаги заменяются расклинивающими шариками или роликами. На конце зажимной трубы на резьбе сидит фланец. При зажиме цанги фланец вместе с трубой перемещается влево. Фланец получает движение от гильзы, воздействующей через ролик на диск. При перемещении гильзы влево, ее внутренняя коническая поверхность заставляет бочкообразные ролики перемещаться к центру. При этом ролики, двигаясь по конической поверхности шайбы, смещаются влево, перемещая в этом же направлении диск и фланец с зажимной трубой. Все детали смонтированы на втулке, установленной на конце шпинделя. Усилие зажима регулируется навинчиванием фланца на трубу. В требующемся положении фланец застопоривается с помощью фиксатора. Механизм может быть снабжен упругим компенсатором в виде тарельчатых пружин, что позволяет использовать его для зажима прутков с большими допусками на диаметр.

Подвижные гильзы, осуществляющие зажим, получают движение от кулачковых механизмов токарных автоматов или от поршневых приводов. Зажимная труба может быть также непосредственно связана с поршневым приводом.

Приводы зажимных приспособлений многопозиционных станков. Каждое из зажимных приспособлений многопозиционного станка может иметь свой, обычно поршневой привод, либо подвижные элементы зажимного приспособления могут получать движение от привода, установленного в загрузочной позиции. В последнем случае механизмы зажимного приспособления, попадающие в загрузочную позицию, связываются с механизмами привода. По окончании зажима эта связь прекращается.

Последний вариант широко используется на многошпиндельных токарных автоматах. В позиции, в которой происходит подача и зажим прутка, установлен ползун с выступом. При повороте шпиндельного блока выступ входит в кольцевую канавку подвижной гильзы зажимного механизма и в соответствующие моменты перемещает гильзу в осевом направлении.

Подобный принцип может быть в ряде случаев использован для перемещения подвижных элементов зажимных приспособлений, установленных на многопозиционных столах и барабанах. Серьга зажимается между неподвижной и подвижной призмами зажимного приспособления, установленного на многопозиционном столе. Призма получает движение от ползуна с клиновым скосом. При зажиме плунжер, на котором нарезана зубчатая рейка, перемещается вправо. Через зубчатую шестерню движение передается ползуну, который клиновым скосом перемещает призму к призме. При освобождении зажатой детали вправо перемещается плунжер, который шестерней также связан с ползуном.

Плунжеры могут получать движение от поршневых приводов, установленных в загрузочной позиции, или от соответствующих звеньев кулачковых механизмов. Зажим и освобождение детали может производиться также в процессе поворота стола. При зажиме плунжер, снабженный роликом, набегает на неподвижный кулак, установленный между загрузочной и первой рабочей позициями. При освобождении плунжер набегает на кулак, расположенный между последней рабочей и загрузочной позициями. Плунжеры располагаются в разных плоскостях. Для компенсации отклонений в размерах зажимаемой детали вводятся упругие компенсаторы.

Следует заметить, что подобные простые решения недостаточно используются при проектировании зажимных приспособлений для многопозиционных станков при обработке некрупных деталей.

Рис. 4. Зажимное приспособление многопозиционного станка, работающее от привода, установленного в загрузочной позиции.

При наличии индивидуальных поршневых двигателей у каждого из зажимных приспособлений многопозиционного станка к поворотному столу или барабану должен быть подведен сжатый воздух или масло под давлением. Устройство для подвода сжатого воздуха или масла аналогично описанному выше устройству вращающегося цилиндра. Применение подшипников качения в данном случае излишне, так как скорость вращения мала.

Каждое из приспособлений может иметь индивидуальный распределительный кран или золотник, либо для всех зажимных приспособлений может быть использовано общее распределительное устройство.

Рис. 5. Распределительное устройство поршневых приводов зажимных приспособлений многопозиционного стола.

Индивидуальные краны или распределительные устройства переключаются вспомогательными приводами, установленными в загрузочной позиции.

Общее распределительное устройство последовательно подключает поршневые приводы зажимных приспособлений по мере поворота стола или барабана. Примерная конструкция подобного распределительного устройства изображена на рис. 5. Корпус распределительного устройства, установленный соосно с осью вращения стола или барабана, вращается вместе с последними, а золотники вместе с осью остаются неподвижными. Золотник управляет подачей сжатого воздуха в полости, а золотник в полости зажимных цилиндров.

Сжатый воздух поступает по каналу в пространство между золотниками и направляется с помощью последних в соответствующие полости зажимных цилиндров. Отработанный воздух уходит в атмосферу через отверстия.

В полости сжатый воздух попадает через отверстие, дуговую канавку и отверстия. Пока отверстия соответствующих цилиндров совпадают с дуговой канавкой, в полости цилиндров поступает сжатый воздух. Когда при очередном повороте стола отверстие одного из цилиндров совместится с отверстием, полость этого цилиндра окажется связанной с атмосферой через кольцевую канавку, канал, кольцевую канавку и канал.

Полости тех цилиндров, в полости которых поступает сжатый воздух, должны быть связаны с атмосферой. Полости соединяются с атмосферой через каналы, дуговую канавку, каналы, кольцевую канавку и отверстие.

В полость цилиндра, находящегося в загрузочной позиции, должен поступать сжатый воздух, который подается через отверстие и каналы.

Таким образом, при повороте многопозиционного стола происходит автоматическое переключение потоков сжатого воздуха.

Аналогичный принцип используется и для управления потоками масла, подаваемого к зажимным приспособлениям многопозиционных станков.

Следует заметить, что подобные же распределительные устройства применяются и на станках для непрерывной обработки с вращающимися столами или барабанами.

Принципы определения усилий, действующих в зажимных приспособлениях. Зажимные приспособления, как правило, проектируются таким образом, чтобы усилия, возникающие в процессе резания, воспринимались бы неподвижными элементами приспособлений. Если те или иные силы, возникающие в процессе резания, воспринимаются подвижными элементами, то величина этих сил определяется на основе уравнений статики трения.

Методика определения сил, действующих в рычажных механизмах цанговых зажимных устройств, аналогична методике, применяемой при определении усилий включения фрикционных муфт с рычажными механизмами.