Клиновые зажимы

Лекция 3 Клиновые зажимы Клиновые зажимы применяются в качестве промежуточного звена в сложных зажимных системах. Они просты в изготовлении, компактны, легко размещаются в приспособлении, позволяют увеличивать и изменять направление передаваемой силы. При определенных углах клиновой механизм обладает свойствами самоторможения. Наибольшее распространенный клиновой зажим односкосного клина (рис. 32 a). Рис. 33. Схемы односкосного клина (а) и двухскосного клина (б) 3.9.2. Рычажные зажимы Рычажные зажимы применяют в сочетании с другими элементарными зажимами, образуя более сложные зажимные системы (механизмы). При помощи рычага можно изменять величину и направление передаваемой силы, а также осуществлять одновременное и равномерное закрепление заготовки в двух местах. Наиболее распространен двухплечевой рычаг. Рис. 34. Схемы действия сил в одноплечих и двуплечих прямых и изогнутых зажимах 3.9.3. Центрирующие зажимные устройства При использовании в качестве установочных баз наружных или внутренних цилиндрических поверхностей применяют центрирующие зажимные устройства: цанги, разжимные оправки, зажимные втулки с гидропластом, мембранные патроны. Цанги представляют собой разрезные пружинящие гильзы, изготовленные из высокоуглеродистой стали У10А с термообработкой в местах губок до 58…62 HRC и в хвостовой части до 39…45 HRC. В настоящее время их изготавливают из легированных сталей, содержащих 0,6…0,7 % C, 1 % Si, 1 % Mn и 0,5 % Cr. Угол конуса цанги α = 30…40°. При меньших углах возможно заклинивание цанги. Цанги обеспечивают концентричность установки 0,02…0,5 мм. Рис. 35. Цанга Кроме цанги для зажима деталей, имеющих цилиндрическую поверхность, применяют разжимные оправки, зажимные втулки с гидропластом, оправки и патроны с тарельчатыми пружинами, мембранные патроны и другие. Консольные и центровые оправки применяют для установки с центральным базовым отверстием втулок, колец, шестерен, обрабатываемых на многорезцовых шлифовальных и других станках. При обработке партии таких деталей требуется получить высокую концентричность наружных и внутренних поверхностей и заданную перпендикулярность торцов к оси детали. В зависимости от способа установки и центрирования обрабатываемых деталей консольные и центровые оправки можно подразделить на следующие виды: • жесткие (гладкие) для установки деталей с зазором или натягом; • разжимные цанговые; • клиновые (плунжерные, шариковые); • с тарельчатыми пружинами; • самозажимные (кулачковые, роликовые); 6) с центрирующей упругой втулкой. Рис. 36. Конструкции оправок: а — гладкая оправка; б — оправка с разрезной втулкой. На рис. 35a показана гладкая оправка 2, на цилиндрической части которой установлена обрабатываемая деталь 3. Тяга 6, закрепленная на штоке пневмоцилиндра, при перемещении поршня со штоком влево головкой 5 нажимает на быстросменную шайбу 4 и зажимает деталь 3 на гладкой оправке 2. Оправка конической частью 1 вставляется в конус шпинделя станка. При зажиме обрабатываемой детали на оправке осевая сила Q на штоке механизированного привода вызывает между торцами шайбы 4, уступом оправки и обрабатываемой деталью 3 момент от силы трения, больший, чем момент Мрез от силы резания Рz. На рис. 35б показана оправка 2 с разрезной втулкой 6, на которой устанавливают и зажимают обрабатываемую деталь 3. Конической частью 1 оправку 2 вставляют в конус шпинделя станка. Зажим и разжим детали на оправке производят механизированным приводом. При подаче сжатого воздуха в правую полость пневмоцилиндра поршень, шток и тяга 7 движутся влево и головка 5 тяги с шайбой 4 перемещает разрезную втулку 6 по конусу оправки, пока она не зажмет деталь на оправке. Во время подачи сжатого воздуха в левую полость пневмоцилиндра поршень, шток; и тяга перемещаются вправо, головка 5 с шайбой 4 отходят от втулки 6 и деталь разжимается. Рис. 37. Консольная оправка с тарельчатыми пружинами (а) и тарельчатая пружина (б). Оправки и патроны с тарельчатыми пружинами применяют для центрирования и зажима по внутренней или наружной цилиндрической поверхности обрабатываемых деталей. На рис. соответственно показаны консольная оправка с тарельчатыми пружинами и тарельчатая пружина. Оправка состоит из корпуса 7, упорного кольца 2, пакета тарельчатых пружин 6, нажимной втулки 3 и тяги 1, соединенной со штоком пневмоцилиндра. Оправку применяют для установки и закрепления детали 5 по внутренней цилиндрической поверхности. При перемещении поршня со штоком и тягой 1 влево последняя головкой 4 и втулкой 3 нажимает на тарельчатые пружины 6. Пружины выпрямляются, их наружный диаметр увеличивается, а внутренний уменьшается, обрабатываемая деталь 5 центрируется и зажимается. Размер установочных поверхностей пружин при сжатии может изменяться в зависимости от их размера на 0,1 — 0,4 мм. Следовательно, базовая цилиндрическая поверхность обрабатываемой детали должна иметь точность 6 – 7 квалитетов. Патроны и оправки с самоцентрирующими тонкостенными втулками, наполненными гидропластмассой, применяют для установки по наружной или внутренней поверхности деталей, обрабатываемых на токарных и других станках. 3.10. Мембранные патроны, реечно-рычажные зажимы. Механизмы-усилители. 3.10.1. Мембранные патроны, реечно-рычажные зажимы Мембранные патроны применяют для точного центрирования и зажима деталей, обрабатываемых на токарных и шлифовальных станках. В мембранных патронах обрабатываемые детали устанавливают по наружной или внутренней поверхности. Базовые поверхности деталей должны быть обработаны 6 – 7 квалитету. Мембранные патроны обеспечивают точность центрирования деталей 0,004—0,007 мм. Мембраны — это тонкие металлические диски с рожками или без рожков (кольцевые мембраны). В зависимости от воздействия на мембрану штока механизированного привода — тянущего или толкающего действия — мембранные патроны подразделяются на разжимные и зажимные. В разжимном мембранном рожковом патроне при установке кольцевой детали мембрана с рожками, штоком привода прогибается влево к шпинделю станка. При этом рожки мембраны с зажимающими винтами, установленными на концах рожков, сходятся к оси патрона, и обрабатываемое кольцо устанавливается центральным отверстием в патроне. При прекращении нажима на мембрану под действием упругих сил она выпрямляется, ее рожки с винтами расходятся от оси патрона и зажимают обрабатываемое кольцо по внутренней поверхности. В зажимном мембранном рожковом патроне при установке кольцевой детали по наружной поверхности мембрана штоком привода прогибается вправо от шпинделя станка. При этом рожки мембраны расходятся от оси патрона и обрабатываемая деталь разжимается. Затем устанавливается следующее кольцо, нажим на мембрану прекращается, она выпрямляется и рожками с винтами зажимает обрабатываемое кольцо. Мембранные патроны бывают рожковые и чашечные (кольцевые), их изготовляют из стали 65Г, ЗОХГС с закалкой до твердости HRC 40—50. Основные размеры рожковых и чашечных мембран нормализованы. На рис. 37а, б показана конструктивная схема мембранно-рожкового патрона 1. На заднем' конце шпинделя станка установлен пневмопривод патрона. При подаче сжатого воздуха в левую полость пневмоцилиндра поршень со штоком и тягой 2 перемещается вправо. При этом тяга 2, нажимая на рожковую мембрану 3, прогибает ее, кулачки (рожки) 4 расходятся, и деталь 5 разжимается . Во время подачи сжатого воздуха в правую полость пневмоцилиндра его поршень со штоком и тягой 2 перемещается влево и отходит от мембраны 3. Мембрана под действием внутренних упругих сил выпрямляется, кулачки 4 мембраны сходятся и зажимают по цилиндрической поверхности деталь 5 . Рис. 38. Схема мембранно-рожкового патрона Реечно-рычажные зажимы (рис. 38) состоят из рейки 3, реечного зубчатого колеса 5, установленного на валу 4, и рычага (рукоятки) 6. Вращая рукоятку против часовой стрелки, опускают рейку н через промежуточную деталь (например, плиту 2) или непосредственно закрепляют заготовку /. Сила закрепления зависит от силы N, приложенной к рукоятке. Для сохранения полученной силы закрепления после снятия силы с рукоятки механизм имеет запирающее устройство (замок), предупрежда­ющее обратный поворот реечного колеса под влиянием упругих сил, возникших в звеньях зажимной системы. Передают вращение на вал реечной шестерни через ролик. (Замки этого типа выполняют также с тремя роликами, расположенными под углом 120°). Отжим системы предупреждается заклиниванием ролика между поверхностью кольца и срезанной плоскостью валика. Механизмы-усилители применяются в тех случаях, когда для закрепления заготовок требуются большие силы. В качестве усилителей используют рычажные механизмы. 1. Рычажный с рычагом 1 рода Рис. 40. Схема рычажного механизма с рычагом 1 рода. 2. Рычажный с рычагом 2 рода Рис. 41. Схема рычажного механизма с рычагом 2 рода. 3.11. Методика расчета сил зажима. Зажимное устройство, предупреждающее смещение изделия от действия сил. Зажимное устройство, предотвращающее провертывание изделия от действия момента. Расчетные формулы для определения сил зажима 3.11.1. Методика расчета сил зажима Расчет сил зажима производится в 2 основных случаях: • при конструировании новых специальных приспособлений; • при использовании имеющихся приспособлений с зажимными устройствами, развивающими определенные силы. Для расчета сил зажима, в первом случае, необходимо знать условия проектируемой обработки: величину, направление и место приложения сил, сдвигающих заготовку, а также схему ее установки и закрепления. Расчет сил зажима в первом приближении может быть сведен к задаче статики на равновесие заготовки под действием приложенных к ней внешних сил. К обрабатываемой заготовке приложены силы, возникающие в процессе обработки, искомые силы зажима и реакции опор. Под действием этих сил заготовка должна находиться в равновесии. При расчете следует принимать наибольшие силы зажима. Во втором случае расчет сил зажима носит поверочный характер. Найденная из условий обработки необходимая сила зажима должна быть меньше или равна той силе, которую развивает зажимное устройство используемого универсального приспособления. Если это условие не выдерживается, то производят изменение условий обработки с целью уменьшения необходимой силы зажима с последующим новым поверочным расчетом. Применяемые в приспособлениях зажимные устройства можно разделить на 2 основные группы. У устройств первой группы упругие отжимы прямо пропорциональны приложенным к ним силам. Если к зажимающему элемент этих механизмов приложить дополнительную силу, то упругий отжим этого элемента в направлении приложенной силы будет изменяться по линейному закону. К этим устройствам относятся зажимные механизмы самотормозящего типа: винтовые, эксцентриковые, клиновые и др. К устройствам второй группы относятся пневматические, гидравлические и пневмогидравлические механизмы прямого действия. Если к зажимающему элементу этих устройств приложить нарастающую по величине силу, то никакого перемещения штока сначала не произойдет. Когда приложенная сила превысит противодействующую, шток сразу переместится на большую величин. 3.11.2. Зажимное устройство, предупреждающее смещение изделия от действия сил а) Силы обработки P и зажима Q прижимают изделие к опорам приспособления. При постоянном значении силы P сила зажима Q = 0 (64) Если при обработке возникают второстепенные сдвигающие силы N, направленные против зажимного устройства, то Q = K N (65) где K – коэффициент запаса (K ). б) Сила обработки P направлена против зажимного устройства. Для зажимного устройства второго типа должно соблюдаться условие Q = K P (66) Для зажимного устройства первого типа Q = K P J2 / (J1 + J2) (67) где J1 и J2 – жесткости соответственно установочных и зажимных элементов, Н/мм. в) Силы обработки стремятся сдвинуть заготовку от установочных элементов. Это характерно для тех случаев обработки, когда подача инструмента меняется в разных направлениях (маятниковое фрезерование, фрезерование замкнутых контуров и др.). Смещение заготовки предупреждается силами трения, возникающими в местах контакта заготовки с установочными и зажимными элементами. P Q f1 + Q f2 (68) где f1 и f2 – коэффициенты трения заготовки с зажимными и установочными элементами. Вводя коэффициент запаса K P = Q f1 + Q f2 (69) Q = K P / ( f1 + f2) (70) Коэффициент запаса K = K0K1K2K3K4K5K6 (7.1) где K0 – гарантированный коэффициент запаса, K0 = 1,5; K1 – учитывает наличие случайных неровностей на черновых заготовках, что влечет за собой увеличение сил резания. При черновой обработке K1 =1,2, при чистовой и отделочной K1 =1,0; K2 – учитывает увеличение сил резания от прогрессирующего износа инструмента (табл. 7.1); K3 – учитывает увеличение сил резания при прерывистом резании. При прерывистом резании K3 = 1,2, при непрерывном K3 = 1,0; K4 – характеризует зажимное устройство с точки зрения постоянства развиваемых им сил. Для зажимного устройства прямого действия K4 = 1,0, для устройств самотормозящего типа (ручных) K4 = 1,3; K5 – характеризует удобство расположения рукоятки в ручных зажимных устройствах. При удобном расположении рукоятки и малом диапазоне угла ее поворота (< 90°) K5 = 1,0. При большом диапазоне угла поворота рукоятки (>90°) K5 = 1,2; K6 – учитывается только при наличии моментов, стремящихся повернуть изделие и зависит от площади установочной поверхности. При установке изделия на опоры с ограниченной поверхностью контакта K6 = 1,0. При установке изделия на плоскость K6 = 1,5. Таблица 7.1 Коэффициент К2 Метод обработки Компоненты сил резания К2 Примечание Сверление Крутящий момент Осевая сила 1,15 1,0 Для стали и чугуна Предварительное зенкерование (по корке) Крутящий момент Осевая сила 1,3 1,2 Для чугуна Чистовое зенкерование Крутящий момент Осевая сила 1,2 1,2 Черновое точение и растачивание Pz Pz Py Py Px Px 1,0 1,0 1,4 1,2 1,6 1,25 Для стали Для чугуна Для стали Для чугуна Для стали Для чугуна Чистовое точение и растачивание Pz Pz Py Py Px Px 1,0 1,05 1,05 1,4 1,0 1,3 Для стали Для чугуна Для стали Для чугуна Для стали Для чугуна Цилиндрическое предварительное и чистовое фрезерование Окружная сила 1,6…1,8 1,2…1,4 Для вязких сталей Для твердых сталей и чугунов Торцевое предварительное и чистовое фрезерование Тангенциальная сила 1,6…1,8 1,2…1,4 Для вязких сталей Для твердых сталей и чугунов Шлифование Окружная сила 1,15…1,2 Протягивание Осевая сила 1,5 Практическая работа Тема: Методика расчета сил зажима 1.Определить коэффициент запаса для операции торцевого фрезерования черновой заготовки, закрепленной в приспособлении с ручным зажимом. Заготовка установлена на планки, а сила резания создает момент. Рекомендации при выборе К2 учитывать: осевая сила, сталь твердая, Pz. 2. Определить силу зажима Q и диаметр пневмоцилиндра, если при черновом торцевом фрезеровании Р1 = 4000 Н, Р2 = 3000 Н, h1 = 60 мм, h2 = 30 мм, L = 200 мм. Рекомендации. Такой схемы нет. Силы Р1 и Р2 стремятся провернуть изделие относительно боковой опоры. Система будет в равновесии, когда сумма моментов всех приложенных сил будет равна нулю. Из уравнения моментов находим силу Q. Сила Q будет силой зажима, если ее увеличить на коэффициент запаса К (Qз= К∙ Q). Рис. 7. Схема закрепления заготовки.