Классификации и системы технологической оснастки

Классификации и системы технологической оснастки Целью дисциплины «Технологическая оснастка» является формирование системы знаний и практических навыков по выбору, конструированию, расчету и технико-экономическому обоснованию применения ТО для конкретных условий машиностроительного производства. Задачи дисциплины: ознакомление с существующей классификацией приспособлений, общим требованиям к ним; принципами установки и закрепления заготовок во время механической обработки для обеспечения необходимого качества обработки (сборки, контроля); ознакомление с конструкцией приспособлений для разных групп станков; ознакомления с основными положениями выбора, конструирования, расчетов и технико-экономического обоснования применения приспособлений разных систем и вариантов. Для выполнения на оборудовании конкретных технологических операций его нужно обеспечить технологической оснасткой (ТО). К технологической станочной оснастке металлорежущих станков относятся: режущий инструмент (РИ), вспомогательный инструмент оснастки (ВИ) и станочные приспособления (СП). Правильно подобранная и современная оснастка для станков значительно расширяет технологические возможности оборудования, повышает производительность труда и стабильное качество обработанных деталей, улучшает условия труда. Станочными приспособлениями называются дополнительные устройства к металлорежущим станкам (МРС), позволяющие наиболее экономично обеспечить в заданных производственных условиях заложенные в конструкции детали требования к точности размеров, формы и взаимного положения обрабатываемых поверхностей деталей. Применение СП предназначено для решения трёх основных задач: • установка заготовок на МРС без выверки. Повышает точность обработки за счёт устранения погрешностей, связанных с разметкой и выверкой; • повышение производительности труда. СП сокращают вспомогательное время на установку и закрепление заготовки или ДСЕ. СП позволяют использовать параллельные и параллельно-последовательные схемы механической обработки поверхностей заготовок или ДСЕ; • расширение технологических возможностей МРС. Применение СП расширяет использование универсальных МРС, которыми в основном оснащены предприятия. С помощью СП на универсальном МРС реализуют ТП, для осуществления которого необходим МРС совершенно другого типа. Рассмотрим классификацию СП (рисунок 1.1) [6,7]: По виду осуществляемого движения. СП подразделяются на следующие виды: 1) вращающиеся (в процессе обработки заготовки СП вращается вместе с ней): • токарные; • револьверные; • кругло и -внутришлифовальные; 2) поворачивающиеся: • зубофрезерные; • зубодолбежные; • резьбофрезерные; 3) приспособления возвратно-поступательного движения: • фрезерные; • строгальные; • долбежные; • плоскошлифовальные; 4) неподвижные: • сверлильные; • расточные; • протяжные; • хонинговальные; По признакам механизации и автоматизации: • ручные – ручные технические устройства (установка и закрепление, раскрепление и снятие заготовки осуществляется вручную рабочим); • механизированные – СП, в которых закрепление и раскрепление заготовки выполняется при помощи энергии неживой природы, а остальные действия – человеком; • полуавтоматические – приспособления, являющиеся автоматизированным техническим устройством, которое выполняет заданный алгоритм частично с участием людей; • автоматические – приспособления, являющиеся автоматическим техническим устройством (все действия по функционированию приспособления выполняются без участия человека). По степени специализации. Все СП подразделяются на три вида. При этом вид приспособления определяется количеством изделий, деталеопераций, обрабатываемых (выполняемых) с использованием данного приспособления (одно изделие, группа однотипных, разнотипные изделия): 1. Универсальные приспособления предназначены для обработки самых различных по форме и размерам заготовок путем их переналадки. Это многоцелевые, широко переналаживаемые приспособления; 2. Специализированные приспособления (узкоцелевые, ограниченно переналаживаемые) предназначены для установки и закрепления заготовок одного класса, близких по форме и размерам; 3. Специальные СП представляют устройства, предназначенные для обработки одной единственной заготовки на одной конкретной операции и не допускают возможностей переналадки. Вся технологическая оснастка (ТО) согласно единой системы технологической подготовки производства (ЕСТПП) подразделяется на 6 систем. УБП – универсальные безналадочные приспособления представляют собой законченный механизм с постоянными (несъемными) элементами для базирования и закрепления заготовок. Назначение: обработка различных по форме и размерам заготовок. Переналадка УБП осуществляется без изменения конструкции и состава элементов УБП. Применяются в основном в условиях единичного и мелкосерийного производства. УНП – универсально-наладочные приспособления предназначены для обработки заготовок различных форм, типов и габаритов. Конструкция УНП состоит из универсального базового агрегата и сменных наладок. Базовые агрегаты УНП представляют собой законченные механизмы, предназначенные для многократного использования в компоновках СП. УНП настраивают регулированием рабочих элементов базовой части и сменной наладки. Сменная наладка – это специальная сборочная единица, обеспечивающая установку и закрепление определенной заготовки на базовом агрегате. УСП – универсально-сборные приспособления. Это специальные приспособления краткосрочного действия, которые собираются из стандартных элементов, входящих в комплект УСП. Комплект УСП содержит в себе множество различных ДСЕ, которые подразделяются на соответствующие группы. После окончания обработки партии деталей компоновка УСП разбирается на составные элементы, которые возвращаются в комплект. СНП – специализированные наладочные приспособления. Эта система приспособлений по своему принципу действия аналогична УНП: содержит базовую (универсальную) часть конструкции и комплект сменных наладок, соответствующих форме и размерам заготовок; базовая часть остается неизменной при переналадке приспособления, заменяются лишь специальные наладки. Отличие СНП от УСП заключается в том, что СНП более специализированны и предназначены для обработки заготовок, близких по форме и размерам. Область применения – серийное и крупносерийное производство. СРП – сборно-разборные приспособления. СРП компонуют из стандартных элементов и сборочных единиц. При этом возможно использование в компоновке специальных деталей, которые получаются путем доработки стандартных. В компоновке СРП сборочные единицы функционального назначения преобладают над деталями стандартными (в отличие от компоновок УСП). СРП собирается на весь период производства изделия и не разбирается. Область применения – серийное и крупносерийное производство. НСП – неразборные специальные приспособления. Они представляют собой конструкции, не предназначенные для разборки с целью повторного использования его ДСЕ в других конструкциях. Создаются из стандартных деталей и узлов общего назначения и предназначены выполнения одной единственной деталеоперации. После снятия с производства НСП списываются в металлолом. 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. По коэффициенту загрузки приспособления Границы рентабельности применения некоторых систем приспособлений в зависимости от периода производства изделий (мес.), рекомендуемые ЕСТПП (ГОСТ 14.305–78) приводятся на рис. 1 и коэффициента загрузки , где – число повторений операций, соответствующее числу обрабатываемых заготовок одного типоразмера в течение месяца; – штучно-калькуляционное время выполнения операции, ч ; – месячный фонд времени работы приспособления, ч М – срок выпуска рассматриваемых деталей, месс. , Где Э – эффективность, П – прибыль, З – затраты. При выборе технологической оснастки для станков, в соответствие с инструкцией для станков, следует учитывать: - особенности установки обрабатываемых деталей и выполняемых операций над ними; - конструктивные особенности станка (присоединительные размеры станка для установки РИ и СП, например, какой конус Морзе в шпинделе (электрошпинделе) сверлильного станка, какой типоразмер конца шпинделя (электрошпинделе) токарного станка); - требования к точности обработки деталей (оснастка бывает нормального и точного исполнения с соответствующей разницей в стоимости); - тип производства (в единичном, мелкосерийном производстве рационально применять универсальные приспособления с ручным приводом, в серийном-массовом – специализированные/специальные приспособления с механизированным приводом). При разработке ТО возможны варианты использования различных базовых приспособлений: 1 – с пневмоделительным столом 2 – с винтовым зажимом и делительным столом З1,2 – зарплата; Н – накладные цеховые расходы (650 – 700 %); S – затраты на проектирование и изготовление; N – годовой выпуск деталей; А – амортизационные отчисления (3-5 лет); q - затраты на эксплуатацию и ремонт. NK - критическое значение. Если годовая программа Nв < Nкр => выбирается С1 по первому варианту; Nв >Nкр => выбирается С2 по второму варианту. Особенности расчета технологической себестоимости при использовании наладок (при УПТО: УНП, СНП) Наладка на кондуктор скальчатый (базовые приспособления составляют ≈ 85-90% «законченного» станочного приспособления типа НСП): где n – количество обработанных деталей (наименований), А1 - 3-5 лет; А2 - 5 -10 лет. Элементы конструкций станочных приспособлений Составляющие элементы СП Независимо от многих конструкций и типов СП, они состоят из элементов, схожих по функциональным признакам. 1. Установочные элементы обеспечивают базирование заготовки. 2. Зажимные элементы - элементы, которые обеспечивают закрепление заготовки. 3. Установочно - зажимные (цанговый патрон, гидропластовой патрон, мембранные патрон, клиновой патрон). 4.Направляющие элементы (кондукторные втулки, люнеты). 5. Дополнительные устройства (шпоночные фиксаторы, призматические фиксаторы, выталкиватели). 6. Установы - для быстрой наладки технологической системы. 7. Делительные устройства (делительный стол и т.п.). 8. Силовой привод (пневмоцилиндр, гидроцилиндр и т.п.). 9. Корпуса. 10. Крепеж. Схемы базирования Базирование заготовок по плоской поверхности Три точки, не лежащие на одной прямой и лишающие деталь трех степеней свободы образуют установочную базу. Обычно эти точки принадлежат плоскости, реже сфере. Две точки, лежащие на одной прямой и лишающие деталь двух степеней свободы образуют направляющую базу. База, которая налагает только одну связь, называется опорной 1, 2, 3, 4, 5, 6 - опорные точки, W - усилие зажима. Выполнение правила 6 точек обеспечивает базирование заготовки. Правило шести точек: Для полного базирования заготовки в приспособлении необходимо и достаточно создать в нем шесть опорных точек, расположенных определенным образом относительно базовых поверхностей. Разрабатывая вопрос об установке детали решают каких степеней свободы надо лишить деталь с помощью установочных элементов приспособления для получения заданных чертежом размеров. Для обеспечения устойчивого положения заготовки в приспособлении: 1. Расстояние между опорами следует выбирать большим, т.к. в этом случае уменьшается влияние погрешности формы базовых поверхностей на положение заготовки в приспособлении. 2. При установке заготовки на опоры не должен возникать опрокидывающий момент. Закрепление заготовки осуществляется одной силой (например W1), вызывающей возникновение силы трения между нижней базой и опорами, что препятствует смещению заготовки в остальных направлениях. Опоры имеют ограниченную поверхность контакта и жестко закреплены в корпусе приспособления. Опорные элементы Опорные элементы имеют разнообразную конструкцию, которая зависит от формы базы и числа лишаемых степеней свободы. Они разделяются на основные и вспомогательные опоры. Кроме того, опоры бывают неподвижными, подвижными, плавающими и регулируемыми. Основные опорные элементы характеризуются тем, что каждый из них реализует одну или несколько опорных точек для базирования заготовки. Будучи соответствующим образом размещенными в приспособлении, они образуют необходимую при выбранном способе базирования совокупность опорных точек. К основным опорам относятся: опорные штыри, пальцы, пластины, центры, призмы (ГОСТ 12193-12197, 12209-12216, 13440-13442, 4743) I исполнение Со шлифованной плоской головкой (для чистовых операций) II исполнение Со сферической головкой (для заготовок) III исполнение С рифленой головкой (для грубых операций) IV исполнение С промежуточной втулкой Материалы: цементируемая сталь, сталь 15, сталь 20 с hС = 0,8 - 1,2, закалкой до HRC 50-55. Для ответственных случаев сталь 20Х, инструментальные стали У7, У8 с закалкой на HRC 55 - 62. Опорные пластины Для базовых поверхностей значительных по размеру используются опорные пластины. 1 исполнение 2 исполнение Вспомогательные опорные элементы отличаются тем, что они подводятся к заготовке после того, как она получила необходимое базирование с помощью основных элементов. Такие опоры используются для увеличения числа точек контакта заготовки с приспособлением с целью повышения жесткости системы. К вспомогательным опорам относятся регулируемые и плавающие одиночные опоры, люнеты (ГОСТ 4084-4086, 4740). Зажимные механизмы Силовые механизмы приспособлений делятся на простые и комбинированные, т.е. состоящие из двух или трех сблокированных простых механизмов. К простым механизмам относятся клиновые, винтовые, эксцентриковые рычажные и др. Простые механизмы называют зажимами. Комбинированные механизмы обычно выполняются как винто-рычажные, эксцентрико-рычажные и др. В тех случаях, когда простые или комбинированные механизмы используются в компоновках с механизированными приводами (пневматическими и др.) их называют механизмами-усилителями. По числу ведомых звеньев механизмы делятся на однозвенные, двухзвенные и многозвенные. Каждый силовой механизм имеет ведущее звено, к которому прикладывается исходная сила, и одно или несколько ведомых звеньев (прижимных планок, плунжеров, кулачков), передающих обрабатываемой детали силы зажима. Многозвенные механизмы зажимают одну деталь в нескольких точках или несколько деталей в многоместном приспособлении одновременно и с равными силами. По степени механизации силовые механизмы бывают ручные, механизированные и автоматизированные. Механизированные зажимы работают от энергии, передаваемой приводом. Автоматизированные зажимы приводятся в действие перемещающимися столами, суппортами, шпинделями станков или центробежными силами вращающихся масс и осуществляют зажим и раскрепление без участия рабочего. 1. Винтовые механизмы. Применяют в приспособлениях с ручным закреплением заготовок, в приспособлениях механизированного типа, а также в автоматических приспособлениях. Они просты, компактны и надежны в работе. Винтовые зажимы – самые используемые. К их особенностям следует отнести: большие зажимные усилия при малых исходных; универсальность – для закрепления самых разнообразных деталей; самоторможение – исходное усилие действует только в момент закрепления. К недостаткам следует отнести малую производительность, износ. Применяются в основном в единичном и мелкосерийном производстве. На показан пример закрепления винтовым зажимом: Номинальный диаметр винта в мм определяется из соотношения: где С= 1,4 коэффициент для метрической резьбы; Q – сила закрепления заготовки, Н;  - допустимое напряжение растяжения (сжатия) (для винтов из стали 45 -  = 80 – 100 МПа). Диаметр округляется до ближайшего большего значения. В приспособлениях применяют резьбы от М8 до М42. Расчётные формулы: здесь: rср- средний радиус резьбы (по ГОСТ) α – угол подъёма резьбы L – длина рукоятки f – коэффициент трения  - угол профиля =6…16 Тогда исходное усилие зажима: для приближённых вычислений можно использовать формулу: На рисунке показан пример зажима детали гайкой. Расчётные формулы: В этом случае доля крутящего момента, развиваемого гаечным ключом, идущая на создание зажима, будет меньше из-за существования трения на поверхности гайки. для приближённых вычислений можно использовать формулу (для резьб М8-М48): Расчет потребного усилия. Найти Рисх винтового зажима. Средний радиус резьбы: Угол подъема резьбы α=2..4°- угол подъема резьбы (обеспечивает самоторможение). Расчет исходной силы: Dp – наружный диаметр резьбы W – необходимое усилие зажима заготовки α=2..4°- угол подъема резьбы - угол трения в резьбе β – угол профиля. Рассмотрим резьбовое соединение: * При этом ;** Подставляя ** в ** Получаем силу трения в резьбе: При β=60° Расчет А в зависимости от конструкции винтового зажима А=0 Наконечник с пятой Как определить диаметр винта Эксцентриковые зажимы Применение: - в контрольных операциях (для зажима замера); - на операциях, где базовые поверхности выполнены «точно». ТLБ30 – 2Х17Н2БШ, 30ХГСА. Количество лепестков – n: • при диамере D<40 n=3; • 40≤D<80 n=4 • D≥80 n=6 и более. α=30…40º. Расчет необходимого Pисх для цанги. Коэффициент запаса Отсюда получаем: Лепесток цанги: где Smax – зазор между заготовкой и диаметром цанги. Отсюда получаем: ; Модуль упругости Е=80…100 МПа – для стали. Момент инерции сечения: Поставив в выражение (1) находим значение Рисх Цанга при базировании по отверстию α=30º…40º Определим Pисх . Составим уравнение моментов Осюда получаем: При этом: Цанга – наиболее часто встречающийся установочно-зажимной элемент. В обычных механизмах (установочные втулки, опоры, установочные пластины, призмы) задача базирования (придания заготовке определенного положения) и зажима разделены. В установочно-зажимных устройствах (цанга, клиновой центрирующий механизм) функции установки и зажима объединены. Эксцентриковый зажимной механизм Угол подъема траектории оси пальца определяется из условий самоторможения: α=10º11’. Погрешность центрирования Δц=0,1…0,2. Большая погрешность центрирования объясняется наличием гарантированных зазоров посадки движения. 1,2,3 – зазоры. Преимущества: выигрыш в силе, простота конструкиции. Кулачковые патроны (универсальные) Погрешность центрирования Δц=0,1…0,2 (объясняется наличием зазора посадки с движением). Количество кулачков n=2,3,4. Клиновой центрирующий механизм Погрешность центрирования Δц=0,05…0,02 мм. Винтовой центрирующий механизм Погрешность центрирования Δц=0,1…0,2 мм. Пружинный центрирующий механизм Погрешность центрирования: Δц=0,01…0,02 мм. Чтобы не нарушать базовую поверхность ставят разрезные втулки между заготовкой и пружиной. Допуск базовой поверхности dбаз - H6...H9. Применяется при шлифовании. Расчетные формулы для Рисх – эмпирические (см.учебник Вардашкина-Корсакова). Мембранный центрирующий механизм Чашечные мембраны При обработки зубчатых колес используют рожковые мембраны Точность центрирования Δц=0,003…0,01 мм. Материал – 12ХН3А, 30ХГСА. Преимущество: точность. Гидропластовый зажим Зажимные устройства с гидропластмассой – приспособления, работающие на финишных операциях ТП (зубодолбление, зубофрезерование, шлифование, зубошлифование). Δц=0,003…0,02 мм. Гидропластмасс – полихлорвинил (смола), дибутилфтолат (растворитель), вакуумное масло, стеорат кальция. Плотность гидропласта обеспечивает герметичность работы приспособления, зазор – 0,03 мм. Гидропласт – нерастворимая жидкость, по отношению к которой применим закон Паскаля (гидростатическое давление распределено равномерно). Гидропластовый патрон для базирования по отверстию. Работают надежно, если разностенность втулки не превышает 0,05, а Δh≤0.05. Материал: диаметр до 30 мм – У10А, диаметр свыше 30 мм – 30ХГСА. Расчет гидропластового зажима. 1. Назначаются исполнительные размеры тонкостенной втулки; 2. определяются условия «зажимного натяга»; 3. Определяется момент трения как функция от материала детали, максимального зазора втулка-заготовка, геометрии (l ,k, D). Проверяется условие Мрез*k≤Мтр; 4. определяется гидростатическое давление ρ; 5. рассчитывается Р плунжера; Назначается квалитет размера D, f6 g8. Рабочая часть втулки l=l3(1...1,3), h=0,025D. Предельная упругая деформация ΔD: ΔD=0,003D – для хромистых сталей; ΔD=0,0021D – для конструкционных сталей. Зажимный натяг δ= ΔD-Smax Момент трения Максимальный зазор: Smax=D3max-Dmin. Механизированные приводы приспособлений. Ручным зажимам свойственна универсальность, надёжность, рабочий приспосабливается к усилию зажима. Вместе с этим, у них малая производительность, рабочий утомляется, поэтому, если время закрепления составляет 7…10% от времени всей операции, применяют механизированный зажим (применяются в мелкосерийном и единичном производстве). Одной рукой без рывка рабочий создаёт усилие Q = 12 кгс; при плече приложения силы L = 300 мм усилие составляет Q = 40…50 кгс. Чем больше рабочий производит закреплений, тем слабее нужно закладывать усилие зажима (на 1000 закреплений/раскреплений нужно применять силу зажима порядка 6…8 кгс). Недостатком ручных приводов является большое время на закрепление и раскрепление заготовок, и значительные усилия. Механизированные зажимы устраняют эти недостатки. Механизированные приводы бывают: 1. Пневматические. 2. Гидравлические (в т.ч. механо-гидравлические и пневмо-гидравлические). 3. Вакуумные. 4. Электромагнитные. 5. Центробежно-инерционные. 6. Электрические. 7. Приводы от сил резания и т.д. Пневматические приводы. Общая характеристика и классификация. Применяются в массовом, крупносерийном и серийном производствах. Реже используются в мелкосерийном. Для работы в пневмоприводах используют сжатый воздух Р = 4 – 6 кГ/см2 (0,4 – 0,6 МПа). Он должен быть очищен от влаги, механических примесей и кислот. Преимущества пневмоприводов: 1) Простота конструкции и эксплуатации. 2) Быстрота действия – 0,6 – 1,5 с. 3) Непрерывность действия зажимнного усилия. 4) Возможность регулирования силы зажима. К недостаткам можно отнести: 1) Неплавное действие; 2) Большие габариты при больших усилиях (для устранения недостатка можно применять двойной пневмоцилиндр – 2 поршня на одном штоке); 3) Малое давление воздуха в магистрали; 4) При давлении р > 0,6 МПа наблюдается конденсация и замерзание влаги в магистралях (для устранения применять величину давления не больше 0,4 МПа); Состоят пневмоприводы из пневмодвигателя, пневматической аппаратуры и пневмосети, представляющей собой трубы, рукава, каналы и соединения. Классификация пневмодвигателей: По конструкции (ГОСТ17752-72) различают пневмодвигатели: 1) Поршневые (с односторонним штоком одно- (а) и двухстороннего (б) действия, с двухсторонним штоком (в)). 2) Мембранные (диафрагменные) одно- и двухстороннего действия. 3) Плунжерные. 4) Пневмоцилиндры с торможением. 5) Сильфонные. 6) Телескопические и др. По методу компоновки с приспособлением пневмодвигатели могут быть • встроенными, • прикрепляемыми • приставными. У встроенных двигателей цилиндры растачиваются, а мембраны или диафрагмы размещаются непосредственно в корпусе приспособления. Прикрепляемые монтируются на корпусе приспособления. Если приспособление больше не применяется в производстве, то двигатель отделяется от него и используется в другом приспособлении. По конструктивному исполнению бывают стационарные, качающиеся (плавающие) и вращающиеся. Приставные двигатели полностью выделяются в самостоятельный агрегат и многократно используются в компоновках с различными приспособлениями. Поршневые двигатели. 1. Приводы одностороннего действия. В пневмоцилиндре шток 5 вместе с поршнем 3 под действием воздуха, поступающего в полость А цилиндра 2 перемещается (рабочий ход), создавая силу Р, которая через промежуточные рычаги, кулачки, клинья и т.п. передается на зажимное устройство, закрепляющее обрабатываемую деталь. Для снятия зажимной силы с обрабатываемой поверхности поворачивают кран 1 в положение, при котором полость А сообщается с атмосферой. При этом воздух выталкивается из цилиндра под действием возвратной пружины 4, перемещающей поршень со штоком в обратном направлении, освобождая обработанную деталь. Двигатели одностороннего действия рекомендуется применять, когда усилия при холостом ходе невелики. Эти двигатели не требуют уплотнения штока, вдвое уменьшается расход воздуха на цикл зажима. Недостаток их состоит в том, что при рабочем ходе часть усилия зажима затрачивается на сжатие пружины. 2. Приводы двухстороннего действия. В цилиндре двухстороннего действия и рабочий и холостой ход осуществляются под действием сжатого воздуха. Воздух поочередно поступает в полость «А» пневмоцилиндр для закрепления обрабатываемой детали и в полость Б для ее освобождения. Эти двигатели применяются при большой длине хода, когда в приспособлении есть самотормозящие звенья, требующие значительных усилий при возвращении в исходное положение зажимных элементов. 3. Уплотнения. Для нормальной работы пневмоцилиндров требуется герметичность и изоляция друг от друга его полостей. Для этого применяются уплотнения., которые соединяют между собой поршень и цилиндр, шток и крышку и неподвижные соединения (крышка и цилиндр). Основные требования к уплотнениям: 1) Герметичность при всех рабочих режимах; 2) Высокая износостойкость и минимальные потери на трение (в пределах 150 000 ходов поршня). 3) Надежность работы при высоких и низких температурах и способность не разрушаться в результате химического взаимодействия с уплотняемой средой. 4) Удобство монтажа, демонтажа и отсутствие необходимости подтяжки и регулировки при эксплуатации. 5) Экономичность. В современных конструкциях пневмодвигателей применяются 2 типа уплотнений: 1. Манжеты V-образного сечения из маслостойкой резины для уплотнения поршней и штоков. 2. Кольца Круглого сечения из маслостойкой резины по ГОСТ 9833-73 для уплотнения поршней, штоков и неподвижных соединений. При сборке манжеты устанавливаются с натягом, т.е. D1 - наружный диаметр манжеты больше Dц – наружного диаметра цилиндра. При поступлении в цилиндр рабочей среды (сжатого воздуха или масла) она как клин распирает лепестки манжеты и автоматически уплотняет сопряжение движущихся частей. Кольца круглого сечения также уплотняются автоматически. Они закладываются в прямоугольные канавки, высота которых меньше диаметра d сечения кольца, а ширина b – больше, что необходимо для нормальной работы кольца. Кольца устанавливаются в канавку с натягом, обеспечивающим предварительное уплотнение. С поступлением в цилиндр рабочей среды кольцо перемещается к стенке канавки (в направлении потока воздуха или масла) и деформируясь принимает D-образную форму. Степень уплотнения возрастает с увеличением давления рабочей среды. В двигателях двухстороннего действия на поршне требуется две V-образные манжеты, а кольцо круглого сечения – одно, т.к. последнее обеспечивает уплотнение в обе стороны. При уплотнении Vобразными манжетами требуются: посадка в сопряжении поршня с цилиндром: или, шероховатость обработки зеркала цилиндра Ra = 0.32 – 0.63 мкм, смазка умеренная. При уплотнении кольцами требуется посадка или , зеркало цилиндра следует обрабатывать по Ra = 0.16 – 0.08 мкм, смазка обильная. 4. Сила на штоке пневмоцилиндра. Для цилиндров одностороннего действия: где р – давление воздуха в цилиндре, D – диаметр цилиндра;  - кпд привода (0,85 – 0,9) Р1 – сила сопротивления пружины. Параметры пружины рекомендуется выбирать с таким расчетом, чтобы при ее предельном сжатии она оказывала сопротивление от 5% до 20% от усилия на штоке в момент зажима. Для цилиндров двухстороннего действия: А) в полости без штока: Б) со стороны штока При известных потребных усилиях зажима и давлении воздуха из этих формул можно определить диаметр цилиндра. После расчета диаметра его округляют до нормального и пересчитывают действительную силу на штоке Диафрагменные приводы. Могут быть одностороннего действия и двухсторннего, с тарельчатой или плоской диафрагмой. По методу компоновки с приспособлением делятся на прикрепляемые (стационарные и вращающиеся) и встроенные. Схема работы одностороннего диафрагменного привода с тарельчатой диафрагмой. Пневмокамера состоит из двух штампованных или литых чашек 1 и 2, между которыми зажата резинотканевая диафрагма 3. Диафрагму изготавливают из маслостойкой ткани пропитанной и покрытой с двух сторон маслостойкой резиной. Толщина диафрагмы – 4 – 10 мм. При подаче сжатого воздуха в полость А диафрагма оказывает давление на шайбу 4 штока 5 и перемещает его вниз. Обратный ход штока происходит под действием пружины 6. Угол выпуклости диафрагмы обычно = 45 для увеличения хода штока L = 2h (где h – стрела выпуклости). Корпус и крышку (изготавливают) льют из чугуна или алюминиевого сплава АЛ9В, АЛ10В или из пластмассы – волокнита. Схема работы диафрагменного привода с плоской диафрагмой. Ход плоской диафрагмы приблизительно в 2 раза меньше, чем тарельчатой. В этом случае возврат диафрагмы осуществляется за счет воздуха. Плоские мембраны вырезают из резины с тканевой прокладкой. Преимущества диафрагменных приводов: 1. Отсутствует утечка воздуха из рабочей части камеры. 2. Простота изготовления. 3. Меньшие размеры и вес. 4. Высокая долговечность простота ремонта. Ресурс от 6000 до 1 млн. включений. 5. Нечувствительна к качеству воздуха. 6. Не требует смазки. Недостатки: 1. Относительно малый ход штока (до 30 мм). 2. Непостоянство усилия на штоке. Вакуумные приводы Вакуумный привод – применяется для закрепления деталей, которые могут быть повреждены от действия сосредоточенных усилий. рост – остаточное давление в камере Основной недостаток – вакуумные насосы чувствительны к загрязнению воздуха. Принцип действия вакуумного привода Устройство для создания вакуумаот цеховой магистрали Определение силы на штоке диафрагменного привода. Усилие на штоке изменяется по мере его движения, т.к. на определенном участке перемещения начинает оказывать сопротивление мембрана. В любом месте хода усилие Q можно определить по графикам зависимости усилия от хода, составляемым для каждого двигателя, с учетом диаметра, толщины и материала мембраны. Диаметр d опорных шайб (дисков) рекомендуется определять в зависимости от D – диаметра диафрагмы «в свету» и толщины диафрагмы t. • для резинотканевых: ; • для резиновых: . Приблизительный расчет усилия Q на штоке одностороннего действия: Для тарельчатых и плоских мембран из прорезиненой ткани: 1) в исходном положении штока: 2) в положении после перемещения на расстояние 0,3D для тарельчатых и 0.07D для плоских мембран: Для плоских резиновых мембран. 1) В исходном положении: 2) В положении, после перемещения на 0,22D: где D – диаметр диафрагмы «в свету»; d – диаметр шайбы; р – давление сжатого воздуха кгс/см2; Р1 – усилие возвратной пружины, кгс. Вспомогательная аппаратура для пневмоприводов 1. Воздухораспределительные камеры. 2. Регуляторы давления (редукционные клапаны). 3. Регуляторы скорости (дроссели). 4. Предохранительные устройства 5. Реле времени. 6. Масленки для подачи масла в пневмоцилиндр. 7. Водоотделители с фильтром. Гидравлические силовые приводы. Применяются эти приводы в серийном, крупносерийном и массовом производстве.Гидроприводы уступают пневматическим приводам в быстроте действия, но имеют свои преимущества: 1) Малые диаметры цилиндров (до 60 мм), что обеспечивается высоким давлением в системе ( 60 кгс/см2). 2) Силовые приводы и аппаратура не нуждаются в особой смазке, т.к. рабочая среда – масло (веретенное № 2 и 3, турбинное – Л и машинное - С). 3) Простота кинематики зажимного устройства. Т.к. во многих случаях отсутствуют дополнительные усилители. 4) Отсутствуют неполадки, связанные с конденсацией водяных паров. 5) Обеспечивают возможность закрепления большего числа заготовок и надежность зажима. Недостатки: необходимость иметь гидростанцию (нагнетательный насос и аппаратуру). В связи с этим эффективно применение гидропривода в приспособлениях, предназначенных для гидрофицированных станков. Гидравлические зажимные устройства выполняются поршневого типа и приводятся в движение от отдельного насоса. Гидроцилиндры могут быть одностороннего и двухстороннего действия. На рисунке изображена схема гидравлического зажима с цилиндром двойного действия. Питание системы осуществляется шестеренчатым насосом 2, который подает масло через золотник ручного управления в левую (рабочий ход) и правую (обратный ход) полости цилиндра. После окончания зажима масло сбрасывается через предохранительный клапан 4, отрегулированный на требуемое давление. В зажимных устройствах одностороннего действия обратный ход поршня осуществляется пружиной. Золотники ручного или педального управления имеют два положения, соответствующие зажиму и откреплению заготовки. Уплотнение поршней и штоков гидроцилиндров достигается применением одного-двух колец круглого сечения из маслостойкой резины. В зависимости от направления перемещения штока с поршнем гидроцилиндры бывают тянущие и толкающие. В зависимости от вида обслуживаемого приспособления гидроцилиндры бывают неподвижными и вращающимися. Размеры всех деталей, входящих в гидроцилиндры нормализованы. Цилиндры одностороннего действия изготавливают из стали 40Х, а цилиндры двухстороннего действия – из холоднокатанных бесшовных труб. Диаметр поршня гидроцилиндра приближенно может быть определен по формуле: , см. Производительность насоса (см3/с): Время срабатывания гидроцилиндра: где D – внутренний диаметр гидроцилиндра, см; L – длина хода поршня, см; t – время рабочего хода поршня; V – производительность насоса;  = 0,85 – объемный кпд гидросистемы, учитывающий утечки масла в гидроцилиндре и золотниках. р – давление масла в гидроцилиндре (60 кгс/см2). Пневмогидравлические силовые приводы. В нём для создания давления жидкости используется давления цеховой пневмоцепи. Преимущества: - дешевизна; - малые габариты; - плавность действия; - большие развиваемые усилия; Недостатки: - невысокий КПД (80…85%); - колебания давления в пневмоцепи вызывают колебания усилий зажима; - возможно попадание воздуха в гидросистему. Кондукторные втулки по ГОСТ 30086-93 «Втулки кондукторные и элементы их крепления» применяются в ССП «Кондуктор» для направления осевого РИ и обеспечения точности расположения отверстий в ДСЕ заготовок [71]. В зависимости от вида механической обработки заготовки ДСЕ применяют разные типы кондукторных втулок (таблица 3.13): • постоянные с буртиком – при механической обработке одним осевым РИ, чаще всего сверлом; • постоянные без буртика – при механической обработке одним осевым РИ в случае невозможности применения кондукторных втулок с буртиком (например, в согласованных кондукторах, когда обрабатываются сопрягаемые ДСЕ с помощью одного ССП «Кондуктор»); • быстросменные – при механической обработке несколькими осевыми РИ с целью улучшение показателей шероховатости поверхности обрабатываемого отверстия и его точности (например, при сверлении, зенкеровании и развертывании) а также при сверлении и нарезании резьбы комплектом метчиков. В комплекте с этими кондукторными втулками применяются промежуточные втулки и винты для крепления втулок по ГОСТ 30086-93 «Втулки кондукторные и элементы их крепления» [71]; • сменные – при механической обработке несколькими осевыми РИ и невозможности использования быстросменных кондукторных втулок, например в согласованных кондукторах при обработке точных отверстий, когда при обработке сопрягаемой ДСЕ есть необходимость извлекать кондукторную втулку и винт ступенчатый, который применяется с ней в комплекте по ГОСТ 30086-93 «Втулки кондукторные и элементы их крепления» [71]. Также с этими кондукторными втулками применяются промежуточные втулки по ГОСТ 30086-93 «Втулки кондукторные и элементы их крепления» [71]. Тип механической обработки Эскиз кондукторной втулки Размерные характеристики Механическая обработка несколькими видами осевого режущего инструмента ; где  –  диаметр обрабатываемого отверстия. ; ; Значения выбираются из ГОСТ 30086-93 «Втулки кондукторные и элементы их крепления» [71]. где  –  диаметр обрабатываемого отверстия. ; Значения , , , , выбираются из ГОСТ 30086-93 [71]. Механическая обработка одним осевым режущим инструментом ; ; ; Значения , выбираются из ГОСТ 30086-93 [71]. ; где  –  диаметр обрабатываемого отверстия. ; ; Значение выбирается из ГОСТ 30086-93 [71]. Специальные втулки Все предыдущие втулки стандартизованы. Но существуют и нестандартные – специальные втулки. Установы или габариты. Для установки (наладки) положения стола станка вместе с приспособлением относительно режущего инструмента применяются специальные шаблоны-установы, выполненные в виде различных по форме пластин, призм и угольников. Установы закрепляются на корпусе приспособления; их эталонные поверхности должны быть расположены ниже обрабатываемых поверхностей заготовки, чтобы не мешать проходу режущего инструмента. Чаще всего установы применяют при обработке на фрезерных станках, настроенных на автоматическое получение размеров заданной точности. Различают высотные и угловые установы. Первые служат для правильного расположения детали относительно фрезы по высоте, вторые – и по высоте и в боковом направлении. Изготовляются из стали 20Х, с цементацией на глубину 0,8 – 1,2 мм с последующей закалкой до твердости HRC 55…60 ед. Служат для обеспечения положения инструмента в системе координат станка. Три конструктивные схемы: 1. Для настройки инструмента (установы, шаблоны); 2. Для предотвращения «увода» инструмента. Увод – отклонение оси обрабатываемого отверстия от номинального положения. 3. Для уменьшения деформации инструмента от усилий резания. hщуп = 1-3мм. Т10 и Т25 = ; 10* = 10 – щуп (3мм) = 7-0,02 мм. При назначении допусков на приспособление при их совпадении с номиналом допуски ужесточаются в 3…5раз. Материал установа – сталь У7, У8,Ст 15,Ст 20. Применение установов на фрезерных операциях снижает время наладки приспособления и уменьшает брак. Делительные устройства. Эти устройства являются наиболее ответственными в делительных приспособлениях, от них зависит точность деления при позиционной обработке. Фиксаторы представляют собой стержни различной формы, которые монтируются на неподвижной части приспособления – корпусе. Перед началом обработки стержень заводится в одно из отверстий в подвижной (поворотной) части и жестко фиксирует ее относительно корпуса. Управление фиксатором осуществляется вручную или автоматически. Фиксаторы выполняются с цилиндрической, конической и призматической частью. Материал – сталь 45 с HRC 40…45 и сталь 20Х с HRC 55…60. Делительный устройства работают по двум схемам: 1. С радиальным фиксатором. Свойства: - малые осевые габариты, но большие радиальные; - повышенная точность деления; - низкая технологичность. 2. С осевым фиксатором. Свойства: - малые радиальные и большие осевые габариты; - точность деления меньше, чем радиальной схемы; - высокая технологичность; Эта схема наиболее широко применяется. Конструкции фиксаторов 1. Палец цилиндрический (срезанный) 2. Коническая головка фиксатора 3. Плоский фиксатор 4. Зазоры = 0. Есть погрешность фиксатора. Пример З1, З2, З3 – зазоры. Запишем уравнение собираемости: Оно служит для для определения исполнительных размеров конструкции. Погрешность деления: Зазор З3 не влияет на деление. Корпуса приспособлений Корпус приспособления является базовой деталью. На нем монтируют зажимные устройства, установочные элементы, детали для направления инструмента и вспомогательные детали. Форма и размеры корпуса приспособления зависят от формы и габаритных размеров обрабатываемых в приспособлении заготовок и расположения установочных зажимных и направляющих деталей приспособления. Действие сил зажима и сил резания, воспринимаемое заготовкой, закрепленной в приспособлении, передается корпусу приспособлении. Поэтому корпус приспособления должен быть достаточно жестким, прочным и обеспечивать быструю, удобную установку и снятие обрабатываемых деталей. К корпусу должен быть удобный доступ для очистки его установочных элементов от стружки, быстрой и правильной установки приспособления на столе станка (на корпусе имеются направляющие детали или поверхности, рис.1). При соблюдении всех технических требований трудоемкость изготовления корпуса и себестоимость должны быть минимальными. Размеры корпусной детали, назначенные при проектировании и достигнутые при изготовлении, определяют взаимное положение установочных поверхностей основных и вспомогательных баз, играют важнейшую роль в образовании величины погрешности обработки. Конфигурация и размеры основной базы корпуса обусловлены необходимостью обеспечить, возможно, большую устойчивость приспособления на станке и установку его на станок без выверки. Устойчивость приспособления обеспечивается прерывистостью основной базы, в результате чего локализуется в определенных пределах места контакта ее сустановочными поверхностямистанка. Корпуса приспособлений изготовляют: 1. Литыми из серого чугуна; 2. Сварными из листовой стали; 3. Коваными из стали; 4. Сварно-литыми; 5. Из отдельных стандартизованных или нормализованных деталей, скрепленных винтами. Корпуса приспособлений из чугуна СЧ 12 и СЧ 18 применяют для обработки на станках заготовок деталей мелких и средних размеров; их изготовляют из литых стандартных заготовок. Корпуса из чугуна СЧ 12 и СЧ 18 имеют преимущества перед корпусами из стали: они дешевле, им легче придать более сложную форму, легче изготовить. Недостаток чугунных корпусов заключается в возможности их коробления, поэтому после предварительной механической обработки их подвергают термообработке (естественное или искусственной старение). Сварные стальные корпуса применяют в основном в приспособлениях для обработки заготовок крупных деталей. Заготовки деталей для сварных корпусов размещают и вырезают из стали 40 толщиной 8-10 мм. Сварные стальные корпуса по сравнению с литыми чугунными имеют меньший вес, проще в изготовлении и стоят дешевле. К недостаткам сварных корпусов относится деформация при сварке, поэтому в деталях корпуса возникают остаточные напряжения, которые влияют на точность сварного шва. Для снятия остаточных напряжений сварные корпуса проходят отжиг. Для большей жесткости к сварным корпусам приваривают уголки, служащие ребрами жесткости. Кованые стальные корпуса применяют для обработки заготовок деталей небольши хразмеров простой формы. Значительно реже применяют корпуса из алюминия и пластмассы. Использование стандартных и нормализованных заготовок для корпусов приспособлений значительно снижает трудоемкость и стоимость изготовления станочных приспособлений и сокращает сроки подготовки производства к выпуску новой машины. Методические вопросы проектирования технологической оснастки 1. Исходные данные для проектирования: a. чертёж заготовки и детали с техническими требованиями; b. техпроцесс с операционными эскизами; c. посадочное место станка, переходного устройства, базового приспособления; d. стандарты на детали и узлы станочных приспособлений, альбомы нормализованных конструкций и ранее разработанных конструкций. Традиционная методика конструирования СП основывается на следующих основных принципах [7]: 1. Строго придерживаться предпочтительных размеров, конструкций; 2. Последовательно соблюдать принципы агрегатирования, типизации, унификации и стандартизации в разрабатываемых конструкциях; 3. Разрабатывать СП для выполнения одной определенной деталеоперации в строго обоснованных случаях; конструировать больше специализи­рованных переналаживаемых сборно-разборных приспособлений из стандартных узлов и деталей. Применение оригинальных ДСЕ ССП должно производиться в порядке исключения, а необходимость их применения доказана; 4. Не конструировать СП до тех пор, пока не осуществлен поиск аналогичных конструкций в архивах с помощью специальных поисковых систем; 5. Стремиться к предельной простоте конструкций СП. Любое усложнение необходимо обосновать; 6. Высокую прочность и жесткость конструкции СП следует достигать способами, не требующими увеличения ее массы (применение коробчатых конструкций, продольных и диагональных связей и др.); 7. Стремиться обеспечить хорошую защиту конструкций СП от загрязнения, скопления стружки, а также доступ при ремонте и осмотре; 8. Конструировать СП с расчетом на безремонтную эксплуатацию при длительном сроке службы и максимальной производительности за счет правильного выбора материалов, термообработки, системы смазки и др., стремиться к удешевлению конструкций, но не в ущерб качеству (экономить дефицитные материалы применением заменителей и рациональных заготовок); 9. Совершенствовать конструкции СП на базе постоянного изучения их состоя­ний при эксплуатации, опыта кон­струирования отечественных и за­рубежных предприятий, а также со­ответствующих патентных материалов. При проектировании СП изучается: • размер партии и планируемая производительность обработки ДСЕ; • чертеж обрабатываемой ДСЕ: геометрическая форма, размеры, координаты взаимного расположения поверхностей, а также требования точности механической обработки; выделяют обрабатываемые поверхности и поверхности, назначенные для технологических баз и под зажимы; • технологический процесс (вес заготовки и способ ее загрузки и выгрузки, режимы резания и др.); • нормали, ГОСТы, ОСТы, СТП на различные детали и механизмы; • альбомы типовых узлов и механизмов СП; • чертежи СП, применяемых при обработке аналогичных ДСЕ; • станочное оборудование: положение станочника относительно проектируемого СП и МРС, способ подвода РИ и смазочно-охлаждающей жидкости, средства обеспечения установки ДСЕ, удаления стружки и др. Рассмотрим основные этапы проектирования ССП. Эскизный проект ССП: • Конструирование установочных элементов. При анализе технологических баз (установочной, направляющей, опорной) принимают решения о типах, размерах, пространственном положении и точностном исполнении установочных элементов ССП. Эти решения фиксируют в чертеже, содержащем изображение изготавливаемой ДСЕ изделия. Конструкция установочных элементов ССП зависит от формы, размеров, расположения и точности баз обрабатываемой ДСЕ; • Конструирование направляющих элементов. В результате анализа обрабатываемых поверхностей ДСЕ изделия принимают решение о конструкции элементов ССП для направления РИ (например, кондукторных втулок в сверлильных ССП); • Конструирование зажимных элементов. Конструкцию зажимных элементов и устройств ССП определяют после анализа формы и размеров поверхностей изготавливаемой ДСЕ изделия, назначенных технологом под зажим. При этом учитывают силовые факторы, имеющие место в процессе механической обработки в ССП, а также требования по производительности и экономичности кон­струкции ССП; • Расчеты конструкции: размерные, силовые, точностные, прочностные (в случае необходимости, расчеты на жесткость и виброустойчивость), экономической эффективности применения ССП. По результатам расчетов вносят изменения в конструкцию ССП. Технический проект ССП. Основным результатом этого этапа является разработка сборочного чертежа общего вида СП в масштабе 1:1 (предпочтительнее). Заготовку ДСЕ изображают тонкими сплошными (размерными) линиями. На сборочном чертеже общего вида ССП, кроме технических требований, указываются: • габаритные размеры (без допусков); • контрольные и координирующие размеры с допусками и отклонениями (например, размеры установочных и направляющих элементов; размеры, определяющие положения этих элементов); • допуски взаимного расположения установочных и направляющих элементов, технологических баз СП (перпендикулярности, параллельности, симметричности, биения и т.п.); • посадки на основные сопряжения деталей СП (например, посадки кондукторных втулок, пальцев в корпусе). Точность – степень соответствия рассматриваемого параметра номинальному (заданному) значению. Рассматриваемые параметры: чертежные размеры, операционные размеры, технические требования по биению, допустимому смещению осей отверстия от номинального положения. Погрешность – величина несоответствия рассматриваемого параметра относительно его номинального значения. Точность характеризуется категориями и характеристиками. Категории точности: 1 – заданная (требуемая) точность – указывается в чертеже и в операционном эскизе; 2 – ожидаемая (расчетная) точность – точность, которую пытаемся предсказать; 3 – действительная точность – точность, полученная в результате изучения закономерности рассеяния параметра, исследований. Кривая рассеивания: σ ω Характеристики точности: 1 – точность самой поверхности 2 – точность положения этой поверхности относительно других поверхностей детали Погрешности технологических параметров обуславливаются различными факторами, которые делятся на статические и динамические. К первым относятся неточности элементов технологической системы (заготовки, станочного приспособления, станка, инструмента) а также погрешности их взаимного расположения. Динамические факторы начинают формировать погрешности в процессе механической обработки. Это деформации от действий сил резания и температур, от не распределения внутренних погрешностей в заготовке, а также износ режущего инструмента. • Ожидаемая производственная погрешность выражается векторной суммой: • ; • Где -ожидаемая производственная погрешность; • - сумма статических составляющих, которые могут быть определенны расчетом. • Если доля динамических составляющих будет значительной, достоверно судить об ожидаемой производственной погрешности будет невозможно. • Заданная точность пр выполнении токарных, кругло- и внутришлифовальных опреацияхобеспечивается при выполнении неравенства: • • Анализ взаимосвязей элементов технологической структуры (рисунок 7.2) позволяет определить суммарные составляющие статической погрешности. • • Взаимосвязь структурных компонентов ТС. • • Погрешность структурных Погрешность взаимного элементов ТС расположения элементов ТС где -погрешность заготовки её величина определяется с учетом несовпадения исходной и технологической баз; - погрешность приспособления отклонения установочного элемента СП относительно номинального положения, определенного технологической базой приспособления; - погрешность станка - равна сумме погрешности смещения оси шпинделя и погрешности позиционирования - ; - погрешность режущего инструмента (погрешность положения вершины или образующей инструмента относительно его технологической базы – элемента для базирования на станке) - погрешность установки заготовки- равна отклонению технологической базы заготовки относительно номинального положения определенного установочным элементом СП. - погрешность базирования приспособления на станке. При установке патронов на конус шпинделя равна нулю. При использовании переходных планшайб (рисунок 6.1), без выверенного пояска погрешности будет равна половине максимального зазора сопряжении ∅200Н7/g6; - погрешность установки режущего инструмента на станке. Учитывая вероятностный характер каждой случайной статической составляющей расчетная формула примет вид: ; Где - коэффициент учитывающей долю статической составляющей в суммарной производственной погрешности. Для учета динамических погрешностей в работе рекомендуется ориентировочные значения для различных видов обработки: Сверление в кондукторе- 0,8-1,0 Шлифовние круглое -0,7-0,9 Чистовое точение и фрезерование – 0,6-0,8 Черновое точение и фрезерование – 0,4-0,6 Сверление без кондуктора Для достижения заданной точности решающее значение имеет статическая настройка технологической системы – достижения заданного относительного положения и траектории достижения рабочих поверхностей технологической системы без рабочих нагрузок [4] Настройка без выверкики не требует больших затрат времени и высокой квалификации рабочего, на производстве эту схему называют «простой наладкой» Расчетное неравенство имеет вид: (1) где; - погрешность положения вершины или образующей режущего инструмента относительно выбранной системы координат станка (Х0,Y0,Z0). Повышение геометрической точности технологической системы осуществляют, устраняя или сведя к минимуму неопределенность базирования заготовок или элементов ТС в системе координат. Для этого выполняют различные схемы выверки (рисунок 7.3): по технологической базе СП (выверочный поясок); по установочным элементам СП (часто с использованием эталона); по технологической или исходной базам заготовки. Условием обеспечения точности исходного размера при наладке по выверенному пояску (Рисунок 6.1) будет: (2) где: - погрешность базирования приспособления выверки СП относительно системы координат. Следующая схема выверки предусматривает определенное положение СП по установленному элементу. Сумма погрешностей равна условие точности операции (3) где: - погрешность верки приспособления по установочному элементу. Еще большую определенность получает базирование заготовки с выверкой по технологической базе. Суммарная погрешность при этом равна (4) неравенство проверки точности: (5) где - погрешность выверки по технологической базе заготовки. Размерные связи при различных схемах наладки Наименьшее значение погрешности имеет место при выверке непосредственно по поверхности, относительно которой выдерживается исходный размер: Величин погрешности исходного размера в этом случая равна: Неравенство точностного расчета: (5) В расчетных уравнениях (1,2,3,4,5) левая часть неравенства определяет заданную точность исходного размера. Правая часть (подкоренного выражения) является среднеквадратичной суммой статических составляющих технологической системы. Динамические составляющие учтены коэффициентом kcm Методика выполнения силовых расчетов. Механическая обработка заготовки ДСЕ на МРС предполагает их базирование и надежное закрепление, обеспечивающее требуемое и неизменное их положение относительно установочных элементов ССП, отсутствие перемещений и вибраций, вызываемых действием сил и моментов резания, инерционных сил и веса заготовки. Закрепление осуществляется приложением к заготовке ДСЕ зажимных усилий. Любое зажимное устройство в общем виде включает в себя источник силы и передаточный механизм (рисунок 3.6). Структурная схема зажимного устройства ССП Исходное усилие , развиваемое источником силы, может создаваться либо человеком за счет его мускульной энергии при использовании ручных зажимов, либо каким-то приводом – пневматическим, гидравлическим, вакуумным и т.п. Передаточный механизм предназначен для увеличения и изменения направления исходной силы, то есть для преобразования в зажимное усилие , и для создания наиболее компактной конструкции зажимного устройства в целом. При проектировании ССП решается расчетная задача, в которой по найденному значению исходной силы рассчитываются параметры привода. В случае использования ручного зажимного механизма величина исходной силы, развиваемой рабочим не должна превышать 150 Н [6]. Силовой расчет станочных приспособлений можно разбить на следующие этапы: 1. Определение сил и моментов резания. 2. Выбор коэффициента трения f заготовки с опорными и зажимными элементами. 3. Составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета зажимного усилия Рз . 4. Расчет коэффициента надежности закрепления К. 5. Составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета исходного усилия Ри . 6. Расчет диаметров силовых цилиндров пневмо- и гидроприводов. 5.1. Определение сил и моментов резания Действующие на заготовку силы и моменты резания можно рассчитать по формулам, приводимым в справочниках и нормативах по режимам резания применительно к определенному виду обработки. 5.2. Выбор коэффициента трения заготовки с опорными и зажимными элементами В приспособлениях силы трения возникают на поверхностях контакта заготовки с опорными и зажимными элементами. Величина коэффициента трения ( зависит от многих факторов. При использовании приспособлений его определение связано с определенными трудностями. В приспособлениях встречается много различных сочетаний контактных поверхностей, различающихся по форме, состоянию поверхности, твердости и т.д. Значения коэффициента трения для некоторых сочетаний контактных поверхностей приведены в табл. 5.1. Таблица 5.1 начение коэффициента трения f Составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета зажимного усилия Рз Величину необходимого зажимного усилия определяют на основе решения задачи статики, рассматривая равновесие заготовки под действием приложенных к ней сил. Для этого необходимо составить расчетную схему, то есть изобразить на схеме базирования заготовки все действующие на нее силы: силы и моменты резания, зажимные усилия, реакции опор и силы трения в местах контакта заготовки с опорными и зажимными элементами. Расчетную схему следует составлять для наиболее неблагоприятного местоположения режущего инструмента по длине обрабатываемой поверхности. По расчетной схеме необходимо установить направления возможного перемещения или поворота заготовки под действием сил и моментов резания, определить величину проекций всех сил на направление перемещения и составить уравнения сил и моментов: Примеры расчета зажимного усилия Рз 5.4. Расчет коэффициента надежности закрепления К Так как в производственных условиях могут иметь место отступления от тех условий, применительно к которым рассчитывались по нормативам силы и моменты резания, возможное увеличение их следует учесть путем введения коэффициента надежности (запаса) закрепления К и умножения на него сил и моментов, входящих в составленные уравнения статики. Значение коэффициента надежности К следует выбирать дифференцированно в зависимости от конкретных условий выполнения операции и способа закрепления заготовки. Его величину можно представить как произведение частных коэффициентов, каждый из которых отражает влияние определенного фактора: К0 – гарантированный коэффициент запаса надежности закрепления, К0 = 1,5; К1 – коэффициент, учитывающий увеличение силы резания из-за случайных неровностей на заготовках; К1 = 1,2 – для черновой обработки; К1 = 1,0 – для чистовой обработки; К2 – коэффициент, учитывающий увеличение силы резания вследствие затупления инструмента (табл. 5.2); К3 – коэффициент, учитывающий увеличение силы резания при прерывистом резании, К3 = 1,2; К4 – учитывает непостоянство зажимного усилия; К4 = 1,3 – для ручных зажимов; К4 = 1,0 – для пневматических и гидравлических зажимов; К5 – учитывает степень удобства расположения рукояток в ручных зажимах; • К5 = 1,2 – при диапазоне угла отклонения рукоятки 900; • К5 = 1,0 – при удобном расположении и малой длине рукоятки; К6 – учитывает неопределенность из-за неровностей места контакта заготовки с опорными элементами, имеющими большую опорную поверхность (учитывается только при наличии крутящего момента, стремящегося повернуть заготовку); • К6 = 1,0 – для опорного элемента, имеющего ограниченную поверхность контакта с заготовкой; • К6 = 1,5 – для опорного элемента с большой площадью контакта. Величина К может колебаться в пределах 1,5…8,0. Если К < 2,5, то при расчете надежности закрепления ее следует принять равной К = 2,5 (согласно ГОСТ 12.2.029-77). Выбор оптимального вариант Критерием выбора оптимального варианта является сравнение вариантов по величине суммы приведенных затрат [2, с.335] , где Сni – суммы приведенных затрат для i-ого варианта, руб.; Сi – стоимость операции механической обработки одной детали при использовании i-ого варианта, руб.: , где N – число деталей, обрабатываемых в год, шт.; εн – показатель нормативной эффективности дополнительных капитальных вложений (для авиадвигателестроения – 0,25 - 0,5 руб. на каждый рубль вложений); К – капитальные вложения i-ого варианта, руб.; L – заработная плата станочника, выполняющего операцию, в расчете на изготовление одной детали при использовании этого приспособления, руб.; S – затраты на изготовление (приобретение) приспособления, руб.; z – процент цеховых накладных расходов (до 300 %); T – срок службы приспособления, год; Q – расходы на ремонт приспособления, задается в процентах (5÷20) от стоимости приспособления. Наиболее эффективным вариантом будет тот, для которого технологическая себестоимость деталь - операции будет минимальной. Особенности конструкций приспособлений для различных видов механической обработки Приспособления токарные На токарных и круглошлифовальных станках обрабатываемые детали в зависимости от формы и размеров, устанавливают в центрах или в патроне. Один центр расположен в шпинделе передней бабки, а второй в шпинделе задней бабки токарного или шлифовального станка. Патрон устанавливают и закрепляют на конце шпинделя передней бабки станка. Центры подразделяют на следующие типы: 1. Неподвижные нормальные и специальные; 2. Вращающиеся нормальные и специальные; 3. Плавающие специальные; 4. Рифленые специальные; 5. Срезанные. Конусная поверхность центра предназначена для установки детали и имеет угол при вершине 60°, 90°, 120°; хвостовик центра изготовляют с конусом Морзе определенного номера (№ 2, 3, 4, 5, 6). Не вращающиеся центры станков от трения сильно нагреваются и изнашиваются. Для уменьшения износа и увеличения срока их службы применяют вращающиеся задние центры, менее точные, чем не вращающиеся. Задний центр (рис. 1) применяют для установки установки заготовок с центровыми отверстиями, а задний центр, показанный на рис. 2 для обработки заготовок полых деталей. Поводковые приспособления применяют для передачи вращательного движения (крутящего момента) от шпинделя станка к обрабатываемой заготовке 2, установленной в центрах, на оправке или в патроне. К поводковым приспособлениям относятся хомутики 1, поводковые планшайбы 3. Схема поводкового патрона представлена на рис. 7. Хомутик 1 с ручным зажимом надевают на заготовку 2, крепят винтом и затем заготовку с хомутиком устанавливают в центрах станка. При включении станка обрабатываемая заготовка через поводковую планшайбу и хомутик вращается от шпинделя станка Самозажимные поводковые патроны изготовляют с двумя или тремя эксцентриковыми кулачками с насечкой, которые в начале обработки под действием сил резания зажимают заготовку, установленную в центрах станка и передают ей крутящий момент от шпинделя станка. При увеличении крутящего момента резания автоматически увеличивается и крутящий момент от шпинделя, передаваемый кулачками патрона на заготовку. Для удобной установки заготовки в центры применяют поводковые патроны с автоматическими раскрывающимися кулачками. Равномерный зажим заготовки всеми кулачками обеспечивается тем, что применяют плавающие кулачки или кулачки с независимым перемещением. Самозажимные поводковые патроны позволяютустанавливать кулачки на различный диаметр обрабатываемых заготовок в определенном диапазоне. Эти патроны применяют при центровой обработке на многорезцовых станках или станках с ЧПУ для передачи заготовке от шпинделя станка больших крутящих моментов. На рис. 11 показан поводковый патрон с двумя эксцентриковыми сменными кулачками. Фланец 8 патрона устанавливают коническим отверстием на шпиндель и крепят винтами к его фланцу. Корпус 10 патрона соединяется с фланцем 8 винтами 7 проходящими через распорные втулки 6, он имеет ведущие пальцы 9, на которых установлены кулачки 2. Для одновременного зажима заготовки двумя кулачками корпус 10 может перемещаться относительно фланца в направлении его пазов и пружиной 3 поворачиваться в начальное положение. Универсальные кулачковые патроны применяют для установки и зажима заготовок различных деталей, обрабатываемых натокарных и шлифовальных станках. В ависимости от количества кулачков патроны разделяются на двух-, трех- и четырехкулачковые. Патроны двух- и трех- кулачковые являются самоцентрирующими; четырехкулачковые патроны изготовляют в основном с независимым перемещением кулачков, но бывают и самоцентрирующие. Наибольшее применение имеют универсальные трехкулачковые спирально-реечные патроны. На рис. 12 показан трехкулачковый спирально-реечный самоцентрирующий патрон, устанавливаемый на резьбовом конце шпинделя токарного станка. В корпусе 1 патрона расположен диск 2, имеющий на одном торце коническое зубчатое колесо, а на другом — спиральные реечные пазы, находящиеся в зацеплении с рейками 3. В крестообразном пазу реек 3 устанавливают и закрепляют винтами 4 прямые или обратные накладные кулачки 5. При вращении торцовым ключом одного из трех конических колес 6, находящихся в зацеплении с коническим колесом диска 2, последний поворачивается и перемещает рейки 3 с кулачками 5 к оси патрона при зажиме заготовки и от оси — при разжиме. Универсальные четырехкулачковые патроны применяют для установки и зажима заготовок некруглой формы, обрабатываемых на токарных, револьверных, сверлильных станках в единичном и серийном производствах. На рис. 13 показан универсальный четырехкулачковый патрон с механизированным приводом для перемещения кулачков к оси и от оси патрона. Каждый кулачок независимо от других можно устанавливать на требуемое расстояние от оси патрона в соответствии с формой и размерами обрабатываемых заготовок. Предварительный зажим заготовки производится одной парой кулачков и затем - второй, окончательный, всеми четырьмя кулачками одновременно. При перемещении поршня со штоком в пневмоцилиндре влево шток через тягу и винт 1 передвигает втулки 2 и 7, последняя установлена на резьбе втулки 2. При перемещении влево втулка 7 через плавающие шарики 8 передвигает втулки 3 и 4. Эти втулки имеют по два диаметрально расположенных паза, в которых установлены попарно длинными плечами рычаги 6 и 10. Каждая втулка 3 и 4 поворачивает только одну пару рычагов 10 и 6. Втулки 3 и 4 под действием плавающих шариков 8, перемещаясь влево, поворачивают рычаги 10 на осях 11 и рычаги 6 на осях 5, а короткими плечами каждая пара рычагов 10 и 6 сдвигает кулачки 9 к центру патрона, и деталь зажимается. Токарные приспособления для обработки деталей большого диаметра могут крепиться на планшайбе станка с помощью прижимов, которые крепятся с помощью Т-образных пазов планшайбы. Для обеспечения соосности приспособления оси станка применяется выверка приспособления. Различают следующие виды выверки: 1. Выверка по выверочному поиску приспособления; 2. Выверка по базовой поверхности приспособления; 3. Выверка по технологической базе обрабатываемой детали. Приспособления для сверлильных станков Приспособления для сверлильных станков занимают большой удельный вес в технологическом оснащении. Современные требования к качеству машин не позволяют вести сверление отверстий по разметке, поэтому сверлильные приспособления широко применяются не только в массовом, но и в мелкосерийном и даже индивидуальном производстве. Наряду с кондукторами при обработке отверстий широко применяются и зажимные приспособления без кондукторных плит и втулок при выполнении таких операций, как снятие фасок, цекование, зенкерование, нарезание резьбы и т.п. Обработка отверстий при современных режимах резания вызвала необходимость надежного крепления обрабатываемых заготовок с минимальными затратами вспомогательного времени. В связи с этим, получили широкое распространение кондукторы и зажимные приспособления с механизированным приводом. Приспособления для сверлильных станков имеют большое разнообразие конструкций по устройству кондукторных плит, по методу базирования и крепления обрабатываемых заготовок и по другим признакам. Сверлильные приспособления различаются также положением, которое занимает заготовка в процессе обработки. По этому признаку приспособления разделяются на стационарные, поворотные, передвижные и опрокидываемые. Наибольшее применение имеют стационарные и поворотные приспособления. Стационарным приспособлением называется такое, в котором обрабатываемая заготовка в процессе всей обработки на данном станке остается неподвижной. Поворотные приспособления применяются для обработки отверстий, расположенных с разных сторон детали или по ее окружности, и при многопозиционной обработке с применением многошпиндельных головок. Они могут иметь горизонтальную, вертикальную или наклонную ось вращения. Наибольшее применение имеют поворотные приспособления с горизонтальной и вертикальной осью вращения. Такие приспособления обычно состоят из неподвижного корпуса (стойки) и поворотной части, несущей технологические наладки с закрепленной одной или несколькими обрабатываемыми заготовками. Современные поворотные приспособления большей частью приводятся в действие от механизированного или автоматизированного привода. Приспособления для сверлильных станков Приспособления для сверлильных станков занимают большой удельный вес в технологическом оснащении. Современные требования к качеству машин не позволяют вести сверление отверстий по разметке, поэтому сверлильные приспособления широко применяются не только в массовом, но и в мелкосерийном и даже индивидуальном производстве. Наряду с кондукторами при обработке отверстий широко применяются и зажимные приспособления без кондукторных плит и втулок при выполнении таких операций, как снятие фасок, цекование, зенкерование, нарезание резьбы и т.п. Обработка отверстий при современных режимах резания вызвала необходимость надежного крепления обрабатываемых заготовок с минимальными затратами вспомогательного времени. В связи с этим, получили широкое распространение кондукторы и зажимные приспособления с механизированным приводом. Приспособления для сверлильных станков имеют большое разнообразие конструкций по устройству кондукторных плит, по методу базирования и крепления обрабатываемых заготовок и по другим признакам. Сверлильные приспособления различаются также положением, которое занимает заготовка в процессе обработки. По этому признаку приспособления разделяются на стационарные, поворотные, передвижные и опрокидываемые. Наибольшее применение имеют стационарные и поворотные приспособления. Стационарным приспособлением называется такое, в котором обрабатываемая заготовка в процессе всей обработки на данном станке остается неподвижной. Поворотные приспособления применяются для обработки отверстий, расположенных с разных сторон детали или по ее окружности, и при многопозиционной обработке с применением многошпиндельных головок. Они могут иметь горизонтальную, вертикальную или наклонную ось вращения. Наибольшее применение имеют поворотные приспособления с горизонтальной и вертикальной осью вращения. Такие приспособления обычно состоят из неподвижного корпуса (стойки) и поворотной части, несущей технологические наладки с закрепленной одной или несколькими обрабатываемыми заготовками. Современные поворотные приспособления большей частью приводятся в действие от механизированного или автоматизированного привода. Приспособления, служащие для обработки заготовок на сверлильных станках, иимеющие кондукторные втулки для направления режущего инструмента, называют кондукторами. Иногда при обработке отверстий, расположенных на различных поверхностях заготовок, требуется изменять ее положение на станке относительно режущего инструмента. Для этого применяют кондукторы различных видов: накладные, стационарные, передвижные, поворотные. Накладные кондукторы устанавливают непосредственно на обрабатываемую заготовку и после обработки отверстий снимают с детали. Скальчатые кондукторы консольного или портального типа имеют широкое применение для обработки заготовок различных деталей на сверлильных станках. Скальчатый кондуктор состоит из постоянных нормализованных и сменных узлов (наладок) идеталей. Постоянными узлами и деталями скальчатого кондуктора является корпус, две или три скалки, установленные в корпусе для закрепления кондукторной плиты, постоянная кондукторная плита и механизм для перемещения скалок с постоянной кондукторной плитой вниз при зажиме и вверх при разжиме обрабатываемой детали. К сменным узлам и деталям скальчатого кондуктора относятся сменные наладки для установки обрабатываемых заготовок и сменные кондукторные плиты, в которых смонтированы кондукторные втулки. Сменные наладки устанавливают, фиксируют и закрепляют на столе корпуса кондуктора, а сменную кондукторную плиту — на нижней плоскости постоянной кондукторной плиты. Различные типоразмеры скальчатых кондукторов применяют для обработки отверстий —различных по форме и габаритным размерам деталей. В зависимости от вида механизма для подъема и опускания направляющих скалок с кондукторной плитой скальчатые кондукторы подразделяются на следующие типы: 1. С реечным механизмом и приставным роликовым или эксцентриковым замком; 2. С реечным механизмом и торсионно-роликовым замком; 3. С реечно-конусным (клиновым) механизмом; 4. С реечно-пружинным механизмом; 5. С пружинно-кривошипным или пружинно-кулачковым механизмом; 6. С пневматическим приводом. Приспособления для фрезерных станков по виду подачи стола разделяют на приспособления к станкам с прямолинейной, круговой и сложной копирной подачей. По степени совмещения вспомогательного времени с основным эти приспособления подразделяют на две группы: 1. Приспособления, в которых при обработке вспомогательное время совмещается с основным; 2. Приспособления, у которых при обработке это время не совмещается. Приспособления для фрезерных станков бывают универсальными, универсально-сборными, универсально-наладочными, групповыми и специальными. Основное время, затрачиваемое при обработке на фрезерных станках, в различных типах производства составляет 50-80% штучного времени. Большие резервы для повышения производительности труда на фрезерных станках появляются при замене старых конструкций приспособлений с ручным зажимом новыми приспособлениями с механизированным приводом для зажима и разжима деталей. Машинные тиски являются универсальным приспособлением, их применяют для обработки заготовок различных по форме и размерам деталей. Тиски имеют постоянные детали - корпус, салазки и механизм зажима — и сменные: губки, которые используют при обработке различных типоразмеров деталей. Тиски бывают с одной или с двумя подвижными губками, с плавающими губками. В тисках применяют ручные зажимы: винтовые, эксцентриковые, механизированные, пневматические, гидравлические, пневмогидравлические. В зависимости от направления силы зажима, действующей на подвижную губку, тиски бывают с тянущей или толкающей силой зажима. Большое распространение получили эксцентриковые тиски с силой зажима до 35 кН, что в семь-восемь раз больше, чем у обычных тисков и в два-три раза больше, чем у винтовых тисков; при этом на закрепление затрачивается значительно меньше времени. Механизм зажима тисков обеспечивает быстрое передвижение губки на 25 мм и движение с небольшой скоростью на длине 2 мм для окончательного закрепления детали (рис. 4). Многошпиндельные и револьверные сверлильные головки Многошпиндельные сверлильные головки подразделяются на специальные и универсальные. Специальные головки применяют при обработке отверстий в заготовках деталей одного типоразмера, поэтому расстояние между осями шпинделей, в таких головках постоянно. Универсальные головки применяют для обработки отверстий в заготовках деталей, различных по форме и размерам; расстояние между осями шпинделей в этих головках можно изменять в соответствии с расположением отверстий в деталях. Универсальные и специальные многошпиндельные головки могут иметь шестеренчатый или кривошипно-шатунный привод. Многошпиндельные головки применяют в крупносерийном и массовом производствах, а универсальные головки – в среднесерийном производстве. Для обработки отверстий различными режущими инструментами в серийном производстве следует применять насадные револьверные головки. В универсальных и револьверных многошпиндельных головках положение рабочих шпинделей относительно оси головки можно изменять, поэтому одной головкой можно обрабатывать различное число отверстий, расположенных на разных диаметрах окружностей деталей. Имеется два типа универсальных сверлильных головок с приводом от зубчатых колес. К первому типу относятся головки колокольного типа, в которых держатели шпинделей и шарнирно-телескопические приводные валики могут перемещаться по окружности головки и сдвигаться или раздвигаться по радиусам относительно оси головки в зависимости от расположения обрабатываемых отверстий на деталях. Ко второму типу относятся головки с поворотно-передвижными кронштейнами, в которых размещены рабочие шпиндели головки. Конструкция головок второго типа более совершенна и поэтому они применяются больше, чем головки первого типа. На рис.8, а приведена конструкция шестишпиндельной револьверной головки для последовательной обработки отверстия различными режущими инструментами. В головке устанавливают сменные шпиндели, приводы которых имеют различные передаточные числа. Такая конструкция головки позволяет без остановки и переналадки вертикально-сверлильного станка при последовательном повороте шпинделей выполнить различныевиды обработки отверстия: сверление, зенкерование, развертывание, нарезание резьбы и цекование торцов. Применяют различные методы распознавания блоков: 1) без кодирования, но с расположением инструментов в последовательности обработки; 2) кодирование оправки инструмента; 3) кодирование гнезд магазина (постоянное, переменное). Приспособления для протягивания При внутренней обработке инструмент протягивается через предварительно просверленное или расточенное отверстие и по мере прохождения придает ему соответствующую форму, размеры и чистоту поверхности. Протяжка соединяется с кареткой штока протяжного станка специальным патроном той или иной конструкции. Первый вариант используется при небольшом количестве инструментов и отсутствии повторного использования в одном цикле обработки. Инструментальные блоки в этом случае располагаются в магазине или револьверной головке в соответствии с технологическим процессом. Такая система поиска инструмента допускает пропуски гнезд, оставляя их без инструментов. После каждого цикла смены инструмента магазин совершает поворот до подхода в позицию загрузки-выгрузки следующего инструмента. После выполнения всех операций обработки окажется, что инструменты сохранили первоначальную последовательность, сместившись в магазине на один или несколько шагов по сравнению с исходным положением. При протягивании отверстий, за исключением случаев координатного протягивания, обрабатываемая деталь центрируется направляющим участком (шейкой) протяжки и усилием резания прижимается к опорной поверхности планшайбы станка. Поэтому приспособления для внутреннего протягивания не имеют специальных зажимных механизмов и отличаются простотой. Кодирование инструмента В большинстве случаев желательно наличие системы автоматического поиска инструментов при любом расположении их в магазине, независимо от последовательности выполнения работ. Кодирование оправок осуществляется с помощью установки набора кодовых колец, от которых при движении магазина с оправками считывающее устройство получает сигнал (подобно тому, как для разных дверных замков делают ключи с различным сочетанием выступов и впадин). При повороте магазина оправка, проходя мимо конечного выключателя-датчика, замыкает кольцами его контакты-щупы. При совпадении кода оправки, т.е. комбинации колец, с кодом, записанным в программе обработки, магазин останавливается. При этом гнездо магазина с требуемым инструментом будет находиться в позиции смены инструмента. Поиск инструмента при вращении магазина осуществляется во время работы станка. Применение набора из 15 колец позволяет обеспечить кодирование 32 767 инструментов без повторения кода. Кодирование инструментов выполняется в двоично-десятичной системе, кодовые кольца размещаются по дорожкам с весами для разряда единиц и отдельно для разряда десятков. Такая система позволяет располагать инструменты в любом гнезде магазина, резко сокращает возможность ошибок при загрузке магазина, облегчает обслуживание станка. Для смены инструмента магазин поворачивается только один раз, что упрощает управление. Вместе с тем этот простой и надежный способ кодирования усложняет изготовление оправок и вызывает снижение их жесткости и точности обработки вследствие удлинения оправок, что приводит к некоторому увеличению массы оправок и ухудшению динамических качеств механизма поворота магазина. Кроме того, при большом числе инструментов увеличивается время поиска (при отсутствии реверса), невозможна смена инструментов больших диаметров с пропуском двух соседних гнезд. Для повышения надежности кодирования инструментов используется система штриховых кодов. На этикетки, наклеиваемые на оправки инструментов, специальным печатающим устройством наносится определенная кодированная последовательность штрихов, которая содержит информацию о номере инструмента, координатах его вершины, возможной стойкости и др. Использование штрихового кода позволяет повысить скорость ввода информации в систему управления минимум в 3 раза, увеличивает достоверность полученных системой данных. Если оператор при вводе информации делает в среднем одну ошибку на 300 символов, то устройство ввода штрихового кода «ошибается» один раз на 15—100 тыс. символов. Система надежно работает в цеховых условиях и не подвержена воздействию СОЖ. Все более широкое распространение получают системы кодирования инструментов с помощью малогабаритных микросхем, вмонтированных в инструмент. Как и в предыдущем случае, кодируется информация о номере инструмента, координатах его вершины, инструментальном материале, геометрических параметрах, стойкости, рекомендуемых режимах резания и др. Считывание информации осуществляется за миллисекунды с помощью индуктивной считывающей головки, которая монтируется в захвате робота. Головка имеет связь с управляющим устройством, а оно, в свою очередь, — с компьютером. Таким образом, с помощью штрихового кода, микросхем осуществляется дистанционная идентификация (распознавание на расстоянии) инструментов и управление их перемещениями. При кодировании гнезд магазина команда для его останова в определенной позиции с необходимым инструментом подается ключом, вставленным в магазин напротив соответствующего инструмента, или комбинацией штифтов (кулачков), воздействующих на микропереключатели и считывающие устройства. Ключи имеют вид пластин или валиков с проточками. Кодирование гнезд магазина может быть постоянным и переменным. Постоянное кодирование характеризуется тем, что во избежание ошибки при установке инструмента в гнездо оправки предусмотрены устройства для механической блокировки, т.е. каждая оправка может быть вставлена только в свое гнездо. При переменном кодировании в системе настраиваются коды гнезда и инструмента, который вставляется в это гнездо. Кодирование гнезд получило применение в связи с удешевлением инструментальных оправок и повышением их жесткости, некоторым уменьшением времени поиска инструмента вследствие возможности выбора кратчайшего пути для вращения магазина, возможности применения увеличенных диаметров инструментов с пропуском двух соседних гнезд. Тем не менее следует отметить, что при кодировании гнезд магазина усложняется цикл смены инструментов, так как при каждой смене необходимо дважды выполнять поиск нужного гнезда: один раз для сменяющего инструмента, второй — для сменяемого. При постоянном кодировании гнезд усложняется и удорожается изготовление оправок, поскольку каждая из них должна иметь индивидуальное средство блокировки. При переменном кодировании введение дополнительных средств кодирования инструментов усложняет систему и затрудняет обслуживание. Приспособления для многоцелевых станков с ЧПУ На многоцелевых фрезерно-сверлильно-расточных стансах с ЧПУ приспособления устанавливаются на плитах-спутниках, автоматически закрепляемых на поворотном столе станка. Особенностью этих приспособлений является их высокая жесткость. Заготовка может обрабатываться с четырех-пяти сторон. Модульные приспособления состоят из модулей: базовых плит и угольников, на которые компонуются модульные установочные и зажимные элементы. Комплекты используют для компоновки приспособлений, предназначенных для базирования по обработанным плоскостям и двум отверстиям заготовок корпусных деталей при обработке их на станках с ЧПУ сверлильно-фрезерно-расточной группы и многоцелевых станках с ЧПУ. Приспособления устанавливают на стол станка. Сборно-разборные приспособления состоят из базовых плит и базовых секционных угольников, на которые крепят как модульные, так и специальные зажимы, и крепежные элементы. Универсальная сборная переналаживаемая оснастка (УСПО) состоит из комплектов элементов и сборочных единиц различных конструкций, имеющих конкретное функциональное назначение, из которых методом агрегатирования можно компоновать без пригонки приспособления для выполнения любых операций. В отличие от систем УСП вместо шпоночного соединения элементов приняты беззазорные способы базирования элементов. УСПО устанавливаются на плитах-спутниках, применяемых при работе на многоцелевых станках с ЧПУ. Комплект элементов УСПО предназначен для компоновки приспособлений для базирования и закрепления заготовок при обработке их на станках с ЧПУ, многоцелевых станках, ГПМ и ГПС в условиях серийного производства. Комплект УСПО содержит три серии элементов: серия 8 (диаметр крепежа 8 мм, шаг 20 мм), серия 12 (диаметр крепежа 12 мм, шаг 30 мм), серия 16 (диаметр крепежа 16 мм, шаг 40 мм). Комплект включает различные по функциональному назначению элементы (детали и сборочные единицы): • базовые плиты и угольники, служащие основанием приспособления; • корпусные (опоры, подкладки, прокладки, планки для сбора корпуса приспособления); • направляющие (призмы, установы, планки, пальцы, установочные втулки для создания баз и направления режущего инструмента); • зажимные (прихваты, тисочные губки, прижимы для закрепления заготовок); • крепежные (винты, шпильки, гайки, предназначенные для сборки приспособлений и закрепления заготовки); • средства механизации (гидроцилиндры, рукава, арматура, гидроаккумуляторы, разъемные соединения). Бункерно-ориентирующее устройство представляет из себя часть комплексного бункерного загрузочного устройства станка или машины, производящего автоматическую выборку, ориентирование и выдачу в лоток. На своем пути движения заготовки проходят следующие функциональные механизмы бункерно-ориентирующего устройства: бункер 4, механизм ориентирования (ориентатор) 3, механизм отвода избыточных заготовок 2, лоток 1. Далее из лотка заготовки подаются в магазинное загрузочное устройство. Движение захватного органа диска 5 производится от привода 6. Требования к контролируемым параметрам качества изделий определяют из чертежей и технических условий на их приемку. На сборочных чертежах и деталировках указывают допустимые отклонения размеров, отклонения формы и расположения поверхностей, а также прочих показателей. В процессе производства проверку точности выполнения конкретных размеров или других технических требований к изделию осуществляют с помощью контрольно-измерительной оснастки: измерительных инструментов, приборов или контрольных приспособлений (КП). В общем случае КП состоят из корпуса (или корпусной детали) в котором крепятся установочные детали (опоры), измерительные, зажимные и вспомогательные устройства. В конструкциях КП следует максимально использовать стандартные или унифицированные детали и узлы станочной оснастки, в том числе, из комплектов УСП и СРП. Наряду с механическими измерительными устройствами (например, индикаторами часового типа, микрокаторами и др.) в серийном и массовом производствах выгодно применяют пневматические, электроконтактные, индуктивные, фотоэлектрические, лазерные, электронные и прочие датчики, которые работая совместно с микропроцессорами, могут обеспечивать быстрое получение нужных результатов. Любое КП всегда должно гарантировать получение точных, достоверных и объективных результатов контроля; должно способствовать повышению производительности контрольных операций и снижению всех затрат на их выполнение. Контрольно-измерительные приспособления. Расчет ожидаемой погрешности измерения Контроль качества изделий очень важен в современном машиностроении. Применение универсальных измерительных инструментов и калибров малопроизводительно, и не всегда обеспечивает нужную точность и удобство контроля, а в условиях поточно-автоматизированного производства вообще неприемлемо. Контрольные приспособления применяют для проверки заготовок, деталей и узлов машины. Погрешность измерения в зависимости от назначения изделия допускают в пределах 8 30% поля допуска на контролируемый объект. Общая (суммарная) погрешность измерения определяется рядом ее составляющих: · погрешностью схемы измерения; · погрешностью установки контролируемого изделия; · погрешностью настройки приспособления по эталону, износу деталей приспособления, а также колебаниями температуры. На выбор схемы измерения большое влияние оказывает заданная производительность контроля. При 100% проверки деталей в поточном производстве время контроля не должно превышать темпа работы поточной линии. Для проверки небольших и средних деталей применяют стационарные контрольные приспособления, а для крупных – переносные. Наряду с одномерными находят широкое применение многомерные приспособления, где за одну установку проверяют несколько параметров. Контрольные приспособления делят на пассивные и активные. Пассивные применяют после выполнения операций обработки. Активные устанавливают на станках, они контролируют детали в процессе обработки, давая сигнал на органы станка или рабочему на прекращение обработки или изменение условий ее выполнения при появлении брака. Контрольное приспособление состоит из установочных, зажимных, из-мерительных и вспомогательных элементов, смонтированных на корпусе приспособления. На установочные элементы (опоры) ставят проверяемую деталь своими измерительными базами для проведения контроля. Для установки применяют постоянные опоры со сферическими и плоскими головками, опорные пластины, а также специальные детали (секторы, кольца и т. д.) в зависимости от конфигурации детали. Опоры со сферическими головками применяют для установки деталей на необработанные базы; с гладкой поверхностью – на обработанные базы. Призмы используют для установки деталей на внешние цилиндрические поверхности. Для проверки деталей на радиальное или осевое биение применяют установку на одно или два соосных цилиндрических отверстия. Часто детали для проверки устанавливают на конические кольца или разжимные оправки. Кроме того применяют различные сочетания элементарных поверхностей в качестве установочных баз (плоскость – наружная, цилиндрическая поверхность, плоскость – отверстия и т. д.) В контрольных приспособлениях применяют ручные зажимные устройства (рычажные, пружинные, винтовые, эксцентриковые), также устройства с приводом (пневмозажимы). Часто применяют комбинированные зажимные устройства. Измерительные устройства контрольных приспособлений делятся на предельные (бесшкальные) и отсчетные (шкальные). Особую группу составляют устройства, работающие по принципу нормальных калибров. Предельные измерительные устройства не дают численного значения измеряемых величин, а все проверяемые изделия делят на три категории: годные, брак по переходу за нижнюю границу допуска и брак по переходу за верхнюю границу допуска. В качестве простейших устройств применяют встроенные в контрольные приспособления жестко закрепленные или выдвижные предельные элементы (скобы, пробки, щупы т. д.). Широкое применение получили электроконтактные датчики: их применяют в контрольно-сортировочных автоматах. В качестве отсчетных измерителей используют индикаторы с рычажной или зубчатой передачами ( до 0,001 мм), а также пневматические микромеры (до 0,2 мм). Вспомогательные устройства контрольных приспособлений имеют различное целевое назначение это различные поворотные устройства, ползуны, подъемные устройства, выталкиватели. Корпусы контрольных приспособлений выполняют в виде массивной жесткой плиты или корпусной детали. Изготавливают из СЧ 12 или СЧ 15. Погрешность от измерительной силы является случайной и возникает от смещения измерительной базы детали от заданного положения в процессе измерения при воздействии измерительной силы. Это смещение происходит из-за деформации стыковых поверхностей установочных элементов и контролируемой детали. При расчетах погрешности от измерительной силы принимают равной 0,001-0,002 мм. Погрешность закрепления Чтобы не нарушать постоянства установки деталей относительно измерительных средств зажимные устройства в контрольных приспособлениях должны развивать небольшие силы. Погрешность закрепления имеет случайный характер и определяется колебаниями прилагаемой силы, изменения места ее приложения, конструкцией зажимного устройства. Автоматизация проектирования технологической оснастки Остановимся лишь на некоторых вопросах автоматизированного проектирования специальной оснастки, имеющих общий характер, свя­занных с необходимостью формализации процесса проектирования, представления процессов мышления и действий проектировщика в виде алгоритмов и программ для ЭВМ, с необходимостью организации автоматизированного проектирования. На стадии проектирования ТПП оснащение технологических процессов необходимой оснасткой сводится к выбору ее из числа имеющей­ся универсальной или нормализованной оснастки или к ее проектированию. При автоматизированном проектировании специальной технологической оснастки возможны два основных варианта: 1) проектирование оснастки ведется автономно и решается как изолированная задача; 2) проектирование оснастки является частью общего автоматизиро­ванного процесса и решается во взаимосвязи с решением других задач АСТПП. В первом случае исходные данные для проектирования оснастки подготавливаются технологом и вводятся в ЭВМ для каждого случая проектирования. Во втором случае исходные данные постепенно накапливаются и формируются автоматически в процессе проектирования технологии, главным образом при проектировании единичных технологических процессов (второй случай характерен для более высокой степени развития АСТПП). Исходными данными для выбора или проектирования различной оснастки могут быть не только окончательные результаты проектирования типовых, групповых или единичных технологических процессов, но и ряд промежуточных данных, получаемых на разных этапах проектирова­ния и не входящих в конечную технологическую документацию. В ИПС автоматизированной системы проектирования основное содержание составляет условно-постоянная информация. Вся условно - постоянная информация подготавливается заранее с учетом специфических особенностей опыта и традиций конкретного производства и вводится в ЭВМ одновременно с программой проектирования. При автоматизированном проектировании наиболее удобной является классификация приспособлений и их элементов по функциональным признакам и степени нормализации и унификации. При этом выбор классов, подклассов, групп и типоразмеров производят в зависимости от номенклатуры применяемых на данном производстве приспособлений, обрабатываемых деталей и их характеристик и от ряда других признаков, которые могут значительно отличаться в разных производственных усло­виях, поэтому не представляется возможным привести какую-либо единую классификацию. При проектировании специальной технологической оснастки значительную часть условно-постоянной информации, хранимой в ИПС, составляют сведения об основных характеристиках стандартных, нормализованных, унифицированных и повторяющихся конструктивных элементов оснастки, описывающие их с достаточной степенью полноты. Эту часть условно-постоянной информации принято называть библиотекой конструктивных элементов. Разработка библиотеки конструктивных элементов является одним из наиболее ответственных и трудоемких этапов подготовки к автомати­зированному проектированию оснастки. В заключение следует отметить, что большинство проблем автоматизации ТПП определяется, в первую очередь, несовершенством методик решения многих технологических задач, выражающимся в отсутствии строгих правил, их неоднозначности и низком уровне формализации. В результате в решении присутствует большая доля творчества и, как следствие, субъективность и многовариантность решений. Все это при­водит к тому, что для решения этих задач требуется непосредственное участие человека; автоматизации успешно достигают там, где возможно применение типовых решений. Разрешение перечисленных проблем должно начинаться с одно­значного описания предмета производства: детали, сборочной единицы. Существующие методы описания геометрии предмета производства при­водят к неполноте и неоднозначности их описания. Все это приводит к неоднозначному пониманию и постановке зада­чи, что препятствует выработке единых правил изготовления деталей. Если воспользоваться модульным представлением изделия, то значительная часть проблем может быть разрешена. Другой проблемой, которая препятствует автоматизации ТПП, является отсутствие во многих случаях достоверной информации о фактиче­ском состоянии средств технологического оснащения, например, точности, жесткости и других качественных показателей. Это не позволяет оптимизировать решения при разработке технологических процессов, гарантировать заданное качество изготовления изделий. Решение про­блемы лежит в аттестации СТО по качественным показателям с соответ­ствующей периодичностью и в повышении качества расчетных методов. Была разработана CAFD-система Stalker MTA для автоматизации проектирования следующих видов станочных приспособлений: • Токарные оправки • Шлифовальные оправки (для наружного и внутреннего шлифования) • Подставки • Кондуктора. Исходными данными для проектирования являются: • Схема базирования; • Размеры базовых поверхностей; • Расположение и диаметр отверстий (для кондукторов); • Требуемая точность; • Сила резания. Система автоматически строит 3D-модели приспособлений и деталировки, оформленные в соответствии с требованиями ЕСКД, проводит проектные и поверочные расчеты: размерный, силовой, точностной.