Роль и место технологической оснастки в технологической системе

Роль и место технологической оснастки в технологической системе Предмет дисциплины – общие для любых типов и видов ТО принципы, методы и процедуры формирования принципиальных схем ТО, их расчета и конструирования; типовые конструкции наиболее распространенных видов ТО. Функциональное назначение ТО, определяющее место и роль ТО в технологической системе. Расширение технологических возможностей оборудования. Повышение производительности и точности обработки. Улучшение условий труда и его безопасности. Повышение объективности регламентации и оценки труда. Влияние ТО на составляющие технологического времени. Требования, предъявляемые к ТО. 1. Основные понятия и определения Приспособление рабочее и контрольное, рабочий инструмент, вспомогательный инструмент, контрольный инструмент. Коэффициент оснащенности технологического процесса. Установка изделий в технологической системе. Базирование изделий. Закрепление изделий. Приспособлениями называются дополнительные устройства к оборудованию, при помощи которых можно получить требуемое расположение детали или сборочной единицы по отношению к оборудованию, инструменту или рабочему месту. Они вместе с режущим и измерительным инструментом составляют технологическую оснастку. 2. Виды технологической оснастки и методы её проектирования Классификация ТО на примере приспособлений – по назначению: (ручные; станочные для установки заготовок, инструмента; сборочные; контрольные; для захвата, ориентации и перемещения заготовок), по специализации (УБП, УСП, УНП, СРП, СНП, СП, АСМЗ), по уровню автоматизации и механизации (РП, МП, АП), по количеству устанавливаемых одновременно изделий (одно– и многоместные, одно– и многоинструментальные), по принципу действия (параллельного или последовательного действия) . Методы проектирования ТО: синтетический и аналитический (единичный, групповой, типовой); ручной и автоматизированный; формальный и эвристический. По целевому назначению приспособления подразделяются на приспособления для металлорежущих станков (токарных, фрезерных, сверлильных и др.), для процессов сборки, контроля и испытаний. В зависимости от степени механизации и автоматизации различают ручные, механизированные, полуавтоматические и автоматические приспособления. По степени специализации станочные приспособления разделяются на универсальные, специальные и специализированные (переналаживаемые). 3. Составные элементы оснастки и их функции Корпусы, установочные (базирующие и зажимные), направляющие, делительные, ориентирующие (координирующие), регулировочные, приводы, контрольные, идентифицирующие, подъемно–транспортные. Все типы приспособлений имеют ряд одинаковых по назначению элементов. Установочные элементы Это детали и сборочные единицы приспособления, на которые устанавливают обрабатываемую заготовку. Установочные элементы изготовляют по одному из следующих вариантов: 1. Установочная плоскость выполняется непосредственно в корпусе приспособления. При обработке деталей типа плат, корпусов применяют установку на плоскость и два пальца (цилиндрический, ромбический), перпендикулярные к ней (рис. 1). 1 2 3 Рис. 1 Установка заготовки по двум отверстиям: 1 – заготовка, 2 – цилиндрический палец, 3 – ромбический палец Увеличенный зазор на ромбическом пальце компенсирует погрешность межосевого расстояния. 2. Плоскость выполняется в отдельной детали – пластинке, которая крепится к корпусу приспособления. 3. Плоскость заменяется тремя опорами (рис. 2). Рис. 2 Опорный штырь с плоской головкой Установочные опоры подразделяют на основные и вспомогательные. Основными называют установочные опоры, лишающие деталь всех шести или нескольких степеней свободы. Вспомогательные применяют для повышения устойчивости и жесткости обрабатываемой детали в приспособлении. Основные опоры изготавливают в виде штырей, пластин, призм, пальцев и т.д. Вспомогательные опоры могут быть самоустанавливающимися и подводимыми, их применяют вместе с основными опорами. Самоустанавливающие опоры используются в тех случаях, когда обрабатываемой детали необходимо придать жесткость в местах, подверженных деформации прогиба (рис. 3). Опора подводится к детали под действием пружины и затем стопорится. Рис. 3 Самоустанавливающая вспомогательная опора Подводимые опоры (рис. 4) приводятся в соприкосновение с заготовкой или деталью после установки ее на основных опорах. 1 2 3 4 Рис. 4. Подводимая вспомогательная опора Передвижением стержня 1 плунжер 2 вводят в соприкосновение с обрабатываемой деталью, а затем запирают винтом 3. Винт при помощи шарика разжимает шпонки 4 и закрывает механизм. Установочно-зажимные устройства Применяются для быстрой установки и закрепления деталей с небольшими отклонениями по посадочному размеру. Цанговые патроны обеспечивают точное центрирование (до 0,03...0,05 мм) и надежное закрепление заготовки. Они состоят из корпуса и втулки–цанги. Цанги – это разжимные пружинящие гильзы. Цанговая втулка имеет несколько разрезов для центрирования и зажима калиброванного прутка или детали (рис. 5). Мембранные патроны применяют для точного центрирования деталей. 1 2 3 5 4 Рис. 6. Мембранный патрон Патрон состоит из крупной мембраны 1, привернутой к планшайбе 4. На мембране симметрично расположены 12 кулачков 2. Внутри шпинделя проходит шток 5 пневмоцилиндра. При включении пневматики мембрана прогибается, вызывая тем самым раздвижение кулачков. При отходе штока назад, мембрана, стремясь вернуться в исходное положение, сжимает своими кулачками заготовку 3. Гидропластовые патроны содержат в качестве основного элемента гидропласт, представляющий собой вязкую массу различного состава, использующуюся для передачи зависимых усилий в замкнутом сосуде. Давление, приложенное к гидропласту, распространяется равномерно во все стороны. Гидропраст используют для передачи зажимных усилий в двух типах приспособлений: центрирующих оправках или патронах с упругими тонкостенными втулками (рис. 7) и в многоместных приспособлениях (рис. 8). Рис. 7. Центрирующая оправка Центрирующие оправки с гидропластом обеспечивают высокую точность установки и закрепления деталей, имеющих отклонение по диаметру не более 0,2%, а также по соосности поверхностей 0,0050,01 мм. Рис. 8. Многоместное приспособление Делительные устройства Применяют в делительных приспособлениях для изменения положения обрабатываемой заготовки или собираемой сборочной единицы относительно режущего инструмента или оборудования. Их выполняют таким образом, что в процессе поворота обрабатываемая деталь оставалась в зажатом положении. Для любого делительного устройства, независимо от его конструкции, основными элементами являются делительный диск 1 и фиксаторы 2, связывающие подвижную часть приспособления с неподвижной. Делительный диск или рейка 2 имеют определенное число пазов или отверстий, равное числу позиций (поворотов). Форма пазов должна точно соответствовать форме фиксатора, т.к. от этого зависит точность фиксации. Направляющие элементы Применяют при выполнении отдельных операций механической обработки (сверления, растачивания), когда нежесткость режущего инструмента или неправильная его заточка, а также недостаточная жесткость технологической системы в целом, могут привести к изменению направления резания. В качестве таких элементов при сверлении, растачивании, зенкеровании и других операциях используются отверстия или кондукторные втулки, устанавливаемые в корпусе или крышке приспособления. По конструкции кондукторные втулки разделяются на постоянные, сменные и быстросменные (рис. 11, 12, 13). Рис. 11. Постоянные кондукторные втулки Постоянные втулки применяют в кондукторах для мелкосерийного производства при сверлении одним сверлом. A вид А Рис. 12. Сменные кондукторные втулки Сменные и быстросменные втулки используют в приспособлениях крупносерийного и массового производства. Быстросменные втулки с замком применяют при сверлении отверстия несколькими последовательно работающими инструментами (сверло, зенкер, развертка). A вид А Рис. 13. Быстросменные кондукторные втулки Кроме того, конструкция кондукторных втулок должна обеспечивать отсутствие деформации инструмента от неуравновешенности сил резания (рис. 14). Рис. 14. Специальная кондукторная втулка 4. Расчёт необходимой точности и выбор базирующих и координирующих устройств Структура (общее уравнение) точности обработки. Погрешность, установки (базирования, закрепления) и настройки на размер. Погрешность базовых поверхностей изделия, собственная погрешность ТО (изготовления базовых элементов, упругих и тепловых деформаций, установки ТО на станок, износа базовых элементов, непостоянства силы закрепления, динамические погрешности). Методы снижения погрешности ТО. Принципы установки. Схема установки. Базирование. Принципы и схема базирования. Влияние схемы базирования на его погрешность. Базирующие элементы, их виды и назначение. Координирующие устройства, их виды и назначение. Примеры типовых схем и расчета погрешностей базирования. Общую погрешность обработки (в частности механоо6работки) можно выразить функцией от ряда не зависящих друг от друга величин:  = f (н, у, Т, и, ), (1) Здесь в скобках указаны частные (элементарные) погрешности, вызванные действием факторов различной природы. н – погрешность размерной настройки оборудования; у – погрешность, вызываемая упругими деформациями технологической системы; представляющая собой технологическую наследственность и обусловленная нестабильностью возникающих в технологической системе сил обработки (резания) вследствие имеющихся на заготовке отклонений; Т – погрешность, обусловленная тепловыми деформациями технологической системы; и – погрешность, обусловленная размерным износом инструмента;  – погрешность установки заготовки, состоящая из погрешностей базирования б, закрепления з и приспособления пр. Погрешность установки  заготовок в приспособлении состоит из погрешности базирования б, погрешности закрепления з и погрешности приспособления (точнее, – положения заготовки пр, вызываемой неточностью приспособления). Погрешностью закрепления з называется разность предельных расстояний от исходной базы до установленного на размер инструмента в результате смещения обрабатываемых загото- D 1s закрепления.2 вок под действием силы Погрешность закрепления заготовки относительно размера А не равна нулю (зА  0), тогда как для размера Е она равна нулю (зЕ = 0), т.к. исходная база 1 не перемещается при закреплении заготовки. Наибольшие перемещения исходной базы 2 наблюдаются в стыке заготовка – установочные элементы. Зависимость контактных деформаций для таких стыков выражается в общем виде нелинейной закономерностью: y=cQn, (29) где: с – коэффициент, характеризующий вид контакта, материал заготовки, шероховатость поверхности, структуру поверхностного слоя. Для партии заготовок при данной схеме установки этот коэффициент изменяется от сmin до cmax; Q – сила, действующая на установочный элемент (опору); n – показатель степени, причем n<1. В зажимных устройствах приспособлений сила закрепления при обработке партии заготовок колеблется от Qmin до Qmax. Применительно к размеру А: з = ymax – ymin . (30) Погрешность положения заготовки пр , вызываемая неточностью приспособления, определяется ошибками изготовления и сборки его установочных элементов уэ, их прогрессирующим износом и , а также ошибками установки и фиксации приспособления на станке с . Составляющая уэ при использовании одного приспособления представляет собой систематическую постоянную погрешность, которую можно устранить соответствующей настройкой станка. При использовании нескольких одинаковых приспособлений (приспособлений– дублеров и приспособлений–спутников), а также многоместных приспособлений, эта погрешность не компенсируется и входит полностью в погрешность пр. Составляющая с возникает в результате смещений и перекосов корпуса приспособления на столе, планшайбе или шпинделе станка. При многократном периодическом переустанавливании приспособления, с является не компенсируемой случайной величиной, изменяющейся в определенных пределах. При однократном неизменном закреплении приспособления на станке, величина с остается постоянной в течение эксплуатации данного приспособления. Пример расчета суммарной погрешности установки, состоящей из б, з и пр. Составляющая б – случайная погрешность, которая подчиняется закону нормального распределения. Составляющая з – погрешность закрепления заготовки. Величины y1 = Cmin  (Qnmax – Qnmin) и y2 = Cmax  (Qnmax – Qnmin) – случайные, подчиняющиеся нормальному закону распределения, поэтому: з = (у21 + у22)0,5. (47) Составляющая пр – погрешность положения заготовки, вызываемая неточностью приспособления, определяется ошибками изготовления и сборки его установочных элементов уэ, их прогрессирующим износом и , а также ошибками установки и фиксации приспособления на станке с. Распределение этих величин можно принять по нормальным законам (для приспособлений–спутников): 3  (1/9  2уэ + 1/3  2и + 1/9  2с)0,5 = (2уэ + 3  2и + 2с)0,5, (48) Погрешность установки, как суммарное поле рассеивания выполняемого размера: пр = (2б + 2з + 2пр)0,5. Погрешность настройки н Настройкой называется процесс подготовки технологического оборудования и технологической оснастки к выполнению определенной технологической операции. Известны два принципиально различных метода настройки. По первому методу установку режущего инструмента производят последовательным приближением к заданному настроечному размеру в результате обработки на станке пробных деталей, размеры которых проверяют универсальными измерительными инструментами. По данным проверки пробных деталей определяют величину и направление необходимого смещения инструмента. По второму методу режущий инструмент устанавливают в требуемое, заранее определенное по эталону положение в нерабочем (статическом) состоянии станка или вне его. Погрешностью настройки н называют поле рассеяния положений инструмента (расстояние между двумя его предельными положениями). При выполнении настройки по пробным заготовкам н состоит из погрешности измерения изм пробных заготовок, погрешности регулирования рег положения инструмента, а также погрешностью метода расчета расч смещения инструмента. При этом: расч = /n0,5, (33) где  – среднее квадратическое отклонение, характеризующее точность данного метода обработки; n – число пробных заготовок (n = 5...10). Приближенно можно считать, что:  = Tw/6, (34) где Tw – поле допуска, соответствующее средней экономической точности данного метода обработки. При установке инструмента по эталону, необходимое положение инструментов в радиальном и продольном направлениях определяют доведением их режущих кромках до соприкосновения с соответствующими поверхностями эталона. При этом н зависит от погрешности изготовления эталона изг.эт, которая может находиться в пределах 10...20 мкм, а также погрешность установки инструмента уст.инст, которая составляет 2...50 мкм. Погрешность от тепловых деформаций технологической системы т Нагрев технологической системы происходит под действием тепла, выделяющегося в зоне резания и в частях станка в результате потерь на трение. Тепловое состояние системы может быть стационарным и нестационарным в зависимости от соотношения подводимого и отводимого тепла. Тепловые деформации заготовки определяют по средней температуре ее нагрева: t = Q/(cV), (35) где: Q – полученное заготовкой тепло резания, ккал; с – удельная теплоемкость материала заготовки, ккал/кГК ;  – плотность материала заготовки, кг/см3; V – объем заготовки, см3. Тепловое расширение (деформация) в направлении линейного размера L: Т = Lt, (36) где  – температурный коэффициент линейного расширения материала заготовки. Например, при шлифовании призматической заготовки удлинение заготовки может быть определено в виде: Т =  t(x) dx, (37) При нестационарном тепловом поле заготовки процесс нагрева можно выразить уравнени- ем теплопроводности: a2t = t/, (38) где: a = /(c),  – коэффициент теплопроводности,  – время; 2t = t2/x2  t2/y2  t2/z2. При одномерном тепловом потоке: t/ = a[2t/x2]. (39) Тепловые деформации  режущего инструмента могут достигать при обычных условиях 3050 мкм и вызывают погрешность обработки Т. При отсутствии ритмичности (t1  t2 , t2  t3) деформации резца различны. В этом случае возникает рассеяние размеров деталей в партии. В предположении, что  подчиняется нормальному закону распределения, она рассчитывается как:  = t(1  21 + 2  22 +3  23)0,5. (42) где: t – коэффициент, определяющий процент риска получения брака при обработке: при t = 1 процент риска равен 32%, при t = 2, он равен 4,5%, при t = 3 он равен 0,27%; i – коэффициенты относительного рассеяния характеризующие отклонения действительных кривых нормального распределения. Для кривой распределения, близкой к нормальной,  = 1/9. Для кривой равной вероятности и в случае, когда о формуле кривой распределения ничего неизвестно, рекомендуется принимать  = 1/3. Если форма кривой распределения приближается к форме треугольника, то принимают  = 1/6. Погрешность настройки, рассматриваемая как случайная погрешность, состоящая, как указывалось выше, для метода пробных деталей, из изм, рег и рас. н = t  (1  2изм +2  2рег +3  2рас)0,5, (44) Если предполагать что н подчиняется нормальному закону распределения, то н = 3  (1/3  2изм + 1/3  2рег + 1/3  2рас +)0,5 = 1/3  (2изм + 2рег + 2рас)0,5, (45) Если предполагать что н подчиняется закону равной вероятности, то: н = (2изм + 2рег + 2рас)0,5, (46) Базирование – придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат. Согласно положениям теоретической механики, требуемое положение или движение твердого тела относительно выбранной системы координат достигается наложением геометрических или кинематических связей. Рис. 21 При наложении геометрических связей тело лишается трех перемещений вдоль осей ОХ (связь №6), ОУ (связи №4 и №5), OZ (связи №1, №2 и №3) и трех поворотов вокруг этих осей (связи №1, №2 и №3 – вокруг осей OX и OY и связи №4 и №5 – вокруг оси OZ), т.е. тело становится неподвижным в системе ОХУZ. Наложение двусторонних геометрических связей (точки 16 на рис. 21) достигается соприкосновением поверхностей тела с поверхностями других тел, к которым оно присоединяется, и приложением сил или моментов для обеспечения контакта между ними. База – поверхность или выполняющее ту же функцию сочетание поверхностей, ось, точка, принадлежащая заготовке или изделию и используемая для базирования. Рис. 22 База – поверхность 1, 2 – деталь Рис. 23 База – сочетание поверхностей 1, 2 – деталь Рис. 24 База – ось 1, 2– заготовка, 3 – губки самоцентрирующих тисков. Рис. 25 База – точка 1, 2 – заготовка, 3 – подпружиненный центрирующий конус приспособления Шесть связей, лишающих тело движения в шести направлениях, могут быть созданы контактом соединяемых тел в шести точках. В случае идеализации формы поверхностей считается, что наложение необходимых связей достигается контактом тел по поверхностям, а наличие связей символизируется опорными точками. Опорная точка – символ одной из связей заготовки или изделия с избранной системой координат. Для обеспечения неподвижности заготовки или изделия в избранной системе координат на них необходимо наложить 6 двусторонних геометрических связей, для создания которых необходим комплект баз. Если, в соответствии со служебным назначением, изделие должно иметь определенное число степеней свободы, то соответствующее число связей снимается. Комплект баз – совокупность трех баз, образующих систему координат заготовки или изделия. Схема базирования – схема расположения опорных точек на базах заготовки или изделия. Рис. 27 Схема базирования призматической детали: I, II, III – базы детали; 16 – опорные точки Все опорные точки на схеме базирования изображают условными знаками и номеруют порядковыми номерами, начиная с базы, на которой располагается наибольшее количество опорных точек. При наложении в какой – либо проекции одной опорной точки на другую, изображается одна точка и около нее (в скобках) проставляют номера совмещенных точек. Число проекций заготовки или изделия на схеме базирования должно быть достаточным для четкого представления о размещении опорных точек. Все многообразие поверхностей деталей сводится к четырем видам: 1) исполнительные поверхности – поверхности, при помощи которых деталь выполняет свое служебное назначение; 2) основные базы – поверхности, при помощи которых определяется положение данной детали в изделии; 3) вспомогательные базы – поверхности, при помощи которых определяется положение присоединяемых деталей относительно данной; 4) свободные поверхности – поверхности, не соприкасаемые с поверхностями других деталей. Общая классификация баз: ▪ По назначению: конструкторская (основная, вспомогательная), технологическая, измерительная; ▪ По лишаемым степеням свободы: установочная, направляющая, опорная, двойная направляющая, двойная опорная; ▪ По характеру проявления: явная, неявная (скрытая). Конструкторская база – база, используемая для определения положения детали или сборочной единицы в изделии. Основная база – конструкторская база, принадлежащая данной детали или сборочной единице и используемая для определения ее положения в изделии. Рис. 28 I, II, III – комплект основных баз шестерни Вспомогательная база – конструкторская база, принадлежащая данной детали или сборочной единице и используемая для определения положения присоединяемого к ним изделия. Рис. 29 I, II, III – комплект вспомогательных баз вала со шпонкой Технологическая база – база, используемая для определения положения заготовки или изделия в процессе изготовления или ремонта. Рис. 30 I – технологическая база вала; 1 – призма (элемент приспособления к фрезерному станку); 2 – шпоночная фреза; 3 – заготовка вала со шпоночным пазом Измерительная база – база, используемая для определения относительного положения заготовки или изделия и средств измерения. Рис. 31 1 – индикаторная стойка, 2 – изделие, 3 – индикатор (средство измерения), А – измерительная база детали Установочная база – база, лишающая заготовку или изделие трех степеней свободы – перемещения вдоль одной координатной оси и поворотов вокруг двух других осей. Направляющая база – база, лишающая заготовку или изделие двух степеней свободы – перемещения вдоль одной координатной оси и поворота вокруг другой оси. Опорная база – база, лишающая заготовку или изделие одной степени свободы – перемещения вдоль одной координатной оси или поворота вокруг оси. Рис. 32 I – установочная база заготовки, лишающая ее перемещения вдоль оси Z и поворотов вокруг осей Х и У; II – направляющая база заготовки , лишающая ее перемещения вдоль оси У и поворота вокруг оси Z; III – опорная база заготовки, лишающая ее перемещения вдоль оси X; 1 – заготовка; 2 – опоры приспособления Двойная направляющая база – база, лишающая заготовку или изделие четырех степеней свободы – перемещений вдоль двух координатных осей и поворотов вокруг этих осей. Рис. 33 I – двойная направляющая база детали, лишающая ее перемещений вдоль осей Y и Z и поворотов вокруг осей Y и Z Двойная опорная база – база, лишающая заготовку или изделие двух степеней свободы – перемещений вдоль двух координатных осей. Рис. 34 I – двойная опорная база заготовки, лишающая ее перемещений вдоль осей X и Y; 1 – заготовка, 2 – элемент приспособления Скрытая база – база заготовки или изделия в виде воображаемой плоскости, оси или точки. Явная база – база заготовки или изделия в виде реальной поверхности, разметочной риски или точки пересечения рисок. Рис. 35 I – установочная явная база заготовки; II – направляющая скрытая база заготовки; 1...6 – опорные точки; 7 – заготовка; 8 – губки самоцентрирующих тисков Погрешность базирования – это отклонение фактически достигнутого положения заготовки или изделия при базировании от требуемого. Различают допустимую [б] и действительную б.действ (расчетную) погрешности базирования. При практических расчетах, в большинстве случаев, можно допустимое значение поля рассеивания размеров, порождаемое погрешностями базирования [б] определять приближенно по упрощённой формуле: [б] = Т – , (1) где: T – поле допуска , проставленного на операционном чертеже детали;  – точность обработки, которая получается при выполнении данной операции без учета погрешности базирования. При отсутствии более обоснованных данных можно в качестве первого приближения принимать значение  на основании таблиц средней экономической точности обработки. Расчет действительных значений погрешности базирования сводится к решению соответствующих геометрических задач. Исходной базой называется элемент заготовки, который связан с обрабатываемой поверхностью размером или требованием (параллельности, соосности и т.д.), которые нужно обеспечить при выполнении данной операции. Вопрос о том, какой элемент заготовки является исходной базой, решается непосредственно на основе операционного чертежа. Если при намеченной схеме базирования геометрически обеспечивается неизменное положение исходной базы у всех заготовок, то действительная погрешность базирования отсутствует (б.действ. = 0). В соответствии с этим действительную погрешность базирования можно рассматривать как погрешность, порождаемую колебаниями в положении исходной базы. Например, на рис. 36, а) показана деталь, у которой требуется профрезеровать поверхность М, расположенную параллельно поверхности N и на расстоянии от последней, определяемом размером "а"; очевидно, поверхность N является исходной базой. а) б) Рис. 36 Фрезерование плоскости (1 – заготовка; 2 – фреза) Другой пример показан на рис. 36, б). Здесь требуется выдержать размер b, определяющий расстояние от фрезеруемой поверхности до верхней поверхности К, являющейся, следовательно, исходной базой в данном случае. а) б) в) Рис. 37 Фрезерование лыски на вале (1 – заготовка вала; 2 – фреза) В примере, показанном на рис. 37 а), исходной базой является точка А. Если бы при обработке той же поверхности требовалось выдержать размер n, а не m, исходной базой была бы точка В. В приведенных примерах указаны явные исходные базы. Однако, исходная база может быть и геометрическим понятием. Например, если требуется выдержать размер h до центра (рис. 37, в), исходной базой является центр С (скрытая база). Общая методика расчета погрешности базирования При определении действительного значения поля рассеивания погрешностей базирования нужно исходить из допусков по так называемым «базисным размерам», т.е. тем размерам заготовки, от которых зависит положение исходной базы при данном способе установки. В ряде случаев, когда требуется определить погрешность базирования по линейному размеру, наиболее просто можно решить задачу, если исходить из вектора, определяющего положение исходной базы относительно базирующих элементов приспособления, т.е. относительно технологической базы. Чтобы найти погрешность базирования, нужно: 1. Найти вектор L , определяющий положение исходной базы относительно технологической базы. 2. Составить уравнение размерной цепи, в котором проекция этого вектора на направление выдерживаемого размера ПрХ L выражается в виде функции от базисных размеров и тех размеров приспособления, которые оказывают влияние на положение исходной базы: ПрХ L =  (x1, x2, ...., xn, A, B), (2) где: x1, x2, ... , xn – базисные размеры; А, В – размеры приспособлений. 3. Найти полный дифференциал выражения (2) и заменить в последнем дифференциалы конечными приращениями, т.е. найти: Lx = (/x1)x1 + (/x2)x2 + ... +(/xn)xn. (3) Выражением (3) определяется частное значение погрешности базирования (по абсолютной величине) в зависимости от частных отклонений х1, х2, ..., хn базисных размеров. Переходя от частных значений погрешностей базирования к полю рассеивания этой погрешности и от отдельных отклонений базисных размеров к соответствующим допускам, получим: б.действ. = [k21  (/x1)  T2x1 + k22 (/x2)  T2x2 + ... + k2n (/xn)  T2xn]0,5, (4) где: Tx1, Tx2 .... Txn – допуски по базисным размерам; k1, k2, ... kn – коэффициенты, зависящие от законов рассеивания базисных размеров. Или, в соответствии с методом максимума–минимума при сложении погрешностей: б.действ. = (/x1)  Tx1 + (/x2)  Tx2 + ... + (/xn)  Txn, (5) При наличии только одного базисного размера: б.действ. = /x  Tx, Если вектор, связывающий технологическую и исходную базы, параллелен направлению выдерживаемого размера, то: б.действ.= Tб.р., (7) т.е. действительная погрешность базирования равна полю допуска на базисный размер. Примеры расчета действительных погрешностей базирования Поверхности, по которым базируются заготовки, обычно имеют плоскую, цилиндрическую или, реже, коническую форму, В отдельных случаях заготовки базируются сразу по нескольким таким поверхностям, однако, число наиболее употребительных комбинаций неве- лико. Также ограничено число принципиально различных для базирования. устройств, предназначенных Установка по плоскости На рис. 38 представлен наиболее простой случай: заготовка базируется по плоской поверхности; требуется выдержать размер 30–0,15 (рис. 38, а). а) б) Рис. 38 Варианты простановки размеров на операционном чертеже Примем среднюю экономическую точность  = 0,1 мм (предварительное фрезерование по 10–му квалитету). Следовательно, [б.] = 0,15 – 0,1 = 0,05 мм. Выдерживаемый размер 30–0,15 связывает обрабатываемую поверхность с нижней поверхностью М, являющейся, следовательно, исходной базой. Поскольку поверхность М опирается на неподвижную поверхность (стола станка или приспособления), которая в процессе обработки не поднимается и не опускается, геометрически исходная база у всех заготовок будет находиться в неизменном по высоте положении, т.е. б.действ.= 0. Поэтому выдержать заданный допуск вполне возможно. Теперь допустим, что при тех же условиях обработки нужно выдержать с тем же допуском размер 20+0,15 (рис. 38, б). Здесь дело обстоит иначе. Поскольку выдерживаемый размер 20+0,15 связывает обрабатываемую поверхность не с нижней поверхностью М, а с верхней N, последняя является исходной базой. При намеченной схеме базирования положение исходной базы обуславливается размером 50–0,2. Поэтому полный дифференциал: 20 = 50 и б.действ. = Т50 = 0,2 мм, а т.к. допуск по выдерживаемому размеру не изменился и [б.] = 0,05 мм то, очевидно, что действительное значение поля рассеивания погрешностей базирования больше допустимого. Если принять намеченную схему базирования, получится брак. Чтобы сделать б.действ.  [б.], можно осуществить одно из следующих мероприятий: 1. Увеличить допуск по размеру 20; 2. Сузить допуск по размеру 50; 3. Изменить схему базирования. Если исходную базу(поверхность N) будем прижимать к неподвижному упору, то получим б.действ. = 0 (рис. 39). Рис. 39 Схема усовершенствованного фрезерного приспособления: 1 – клин; 2 – неподвижный упор (элементы приспособления) Установка в призме В качестве исходного примера рассмотрим случай установки деталей в призме по наружной цилиндрической поверхности, приведенный на рис. 40, где в детали требуется профрезеровать паз. Рис. 40 Исходные данные для расчета действительной погрешности базирования при установке заготовки в призме: 1 – заготовка; 2 – призма В соответствии с конструкторскими соображениями может потребоваться соблюдение любого из размеров h, m или n (см. рис. 40). В зависимости от того, какой из этих размеров ограничен на чертеже соответствующим допуском, возможны принципиально различные случаи. В первом случае исходной базой служит центр С, во втором – точка А, в третьем – точка. Схема базирования цилиндров и дисков с помощью призмы является основной: расчетные погрешности базирования других способов установки цилиндров и дисков получаются как частные случаи. 1. Требуется выдержать размер h. Положение исходной базы – центра С по отношению к призме (технологическая база – точка О) обуславливается вектором ОС. Проецируя этот вектор на направление выдерживаемого размера h, получим: L = MC = OC  cos . Из OCK находим: ОС = СК/sin(/2) = D/sin(/2), где:  – угол призмы, D – диаметр заготовки. Следовательно: L = D /(2  sin(/2)). Полный дифференциал : h = –L = –D  cos/(2  sin(/2)). а поле рассеивания погрешности базирования: б.действ = TD  cos/(2  sin(/2)), (8) где TD – допуск по диаметру заготовки. Как видно из из выражения (8), б.действ при данном угле призмы  зависит от угла . В случае, если  = 0: б.действ = TD/(2  sin(/2)). При  = 45 и  = 90: б.действ –= TD . б.действ = TD/2. 2 Схему базирования, показанную на рис. 41, можно рассматривать как случай, когда  = 90, поэтому: б.действ = 0. Рис. 41 Случай  = 90 при базировании в призме При установке в самоцентрирующем приспособлении (в трехкулачковом самоцентрирующем патроне, самоцентрирующих тисках и т.д.) центр всех заготовок, независимо от их диаметра, будет занимать неименное положение. Вследствие этого, как и в предыдущем случае б.действ = 0. 2. Требуется выдержать размер m (рис. 42) . Положение исходной базы – точки А – по отношению к призме обуславливается вектором ОА. Проецируя этот вектор на направление размера m, получим : L = MA = CM – CA. Рис. 42 Расчетная схема базирования в призме при выдерживании размера m Из  ОСМ имеем: СМ = OC cos = б.действ = D  cos/(2  sin(/2)). Очевидно, что: CA = D/2. Следовательно: L = D  cos/(2  sin(/2)) – D/2 = D  [cos/sin(/2) – 1] /2. Тогда полный дифференциал по формуле (3) : L = D  [cos/sin(/2) – 1]/2, а поле рассеяния, соответствующее действительной погрешности базирования, составит: б.действ = TD  [cos/sin(/2) – 1]/2. (9) Погрешность базирования равна нулю в следующих случаях: а) если cos = sin (/2), в частности, при  = 90, если  = 45 ; б) при  = 0 и  = 180 (т.е. при установке на плоскость). При базировании по схеме, показанной на рис. 42, что соответствует  = 90: б.действ = TD/2 В случае, когда  = 0: б.действ = TD  [1/sin(/2) – 1]/2. Требуется выдержать размер n (рис. 8). Положение исходной базы – точки В – относительно призмы обуславливается вектором ОВ. Проецируя последний на направление выдерживаемого размера n, получим: L = MB = MC + CB = Dcos/(2sin(/2) + D/2 = б.действ = D  [cos/sin(/2) + 1]/2 Рис. 43 Расчетная схема базирования в призме при выдерживании размера n Тогда полный дифференциал по формуле (3) : L = D[cos/sin(/2) + 1]/2, а поле рассеяния, соответствующее действительной погрешности базирования, составит: б.действ = TD[cos/sin(/2) + 1]/2. (10) При  = 0 имеем: б.действ = TD[1/sin(/2) + 1]/2. При  = 90 и  = 180 оказывается, что б.действ = ТD. Допустим, что у шайбы, показанной на рис. 44, а) нужно просверлить отверстие и выдержать размер m с соответствующим допуском. Сравним при помощи выведенных зависимостей две схемы кондукторов, схематически показанных на рис. 44, б) и в). а) б) в) Рис. 44 Варианты конструкции сверлильного приспособления – кондуктора Схема кондуктора на рис. 44, б) аналогична схеме, приведенной для размера m выше (см. рис. 38) при  = 0 (см. рис. 43). Поэтому: 'б.действ = TD[1/sin(/2) – 1]/2. Схема кондуктора на рис. 44, в) аналогична схеме, приведенной выше для размера n (см. рис. 38), следовательно: ''б.действ = TD[1/sin(/2) + 1]/2. Отношение: ''б.действ/'б.действ = {TD[1/sin(/2) + 1]/2}/{TD[1/sin(/2) + 1]/2} = = [1 + sin(/2)]/[1 – sin(/2)] (11) При =90: ''б.действ/'б.действ =(1 + 0,7)/(1 – 0,7) = 5,7  6 Таким образом, несущественная, с первого взгляда, разница в схемах конструкций кондукторов ведет к увеличению значения б.действ при второй схеме по сравнению с первой почти в 6 раз. Базирование по коническому отверстию Требуется проточить цилиндрическую поверхность 1 (см. рис. 45) и подрезать торцевую поверхность 2, выдержав размер "a". Рис. 45 Схема базирования заготовки по конусу: 1, 2, 3, 5 – поверхности заготовки; 4 – элемент токарного приспособления Положение исходной базы – торца 3 – относительно оправки 4 (технологическая база – точка О) можно определить размером ОА. Поэтому определяемый по формуле (2) базисный размер: L = OA = Dctg(/2)/2; ctg(/2) = H/((D – d)/2), Следовательно: L = D/((D – d)/H) = D/k, где k – конусность. Тогда определяемый формулой (3) полный дифференциал: L = D/k, а соответствующая погрешность базирования: б.действ = TD/k, (12) По схеме базирования, показанной на рис. 46 (с подвижным конусом и неподвижной упорной плоскостью), б.действ = 0. Рис. 46 Схема усовершенствованного токарного приспособления с базированием заготовки по конусу Если требуется выдержать размер b, а не a, то при схеме базирования, показанной на рис. 45, исходной базой является торец 5, и поэтому: L = OB = OA – H = D/k –H. Соответствующий формуле (3) полный дифференциал: L = D/k – H, а вычисляемая по формуле (4) действительная погрешность базирования составит: б.действ = [(TD/k)2 + T2H]0,5. При установке, показанной на рис. 46, оказывается, что б.действ = ТН. (13) Распространенные схемы установки заготовок Схема установки Теоретическая схема базирования Рис. 47 Установка вала в трехкулачковом самоцентрирующем патроне; 6 – штангенциркуль Рис. 48 Установка диска в трехкулачковом самоцентрирующем патроне Рис. 49 Установка втулки на цилиндрической оправке (с зазором) Типовые схемы базирования заготовок и приспособлениях Базирование корпусных деталей Корпусные детали базируются: - по трем плоскостям, - по плоскости и двум перпендукулярным к ней отверстиям (установка производится на два пальца, один из которых цилиндрический, другой – срезанный, ромбический). Корпуса небольших размеров базируются по плоскости и отверстию или по плоскости и цилиндрическому пояску. Чистовые базы обрабатываются по разметке (в единичном и мелкосерийном производстве) или приспособлениях с базированием по черным основным отверстиям и плоскостям (в крупносерийном производстве). При установке на плоскость и два пальца смещение заготовки от ее среднего положения в направлениях, перпендикулярных к оси цилиндрического пальца, определяются минимальным радиальным зазором , допуском на диаметр отверстия 1, допуском на диаметр пальца 1’ и допуском на его износ 1и. Наименьшее смещение равно , наибольшее – max=+1/2+1’/2+1и/2. По величине смещения находят погрешность базирования для выполняемых размеров. Заметим, что в этом случае погрешность закрепления равна нулю. При базирования заготовки по плоскости и цилиндрическому пояску (отверстию) наименьшее радиальное смещение равно: Ymax =  + /2 +/2 + и.2, где и – допуск на износ отверстия в корпусе приспособления (или втулки). При одностороннем прижиме заготовки погрешность базирования равна бс = /2. При отжиме заготовки в стороны Для размера “A” (рис.) значения погрешности базирования составят соответственно: бА =  +  + 2  ; бА = /2 + и/2; бА =  +  + 2   + и/2; Базирование тел вращения При обработке тел вращения (валов) применяется базирование на центровые гнезда и конические фаски. Центры бывают жесткими и плавающими. На токарных станках применяют вращающие центры, на шлифовальных – неподвижные. При этом крутящий момент на заготовку передается с помощью поводкового патрона, через рифленый (поводковый) центр, через патрон с рифлеными, вдавливаемыми в торцевую поверхность заготовки. При установке на жесткий центр погрешность базирования для осевых размеров зависит от точности зацентровки (допуска на глубину центрового отверстия) При обработке втулок их устанавливают на различной конструкции отправки. Точность обработки проявляется в виде радиального биения обрабатываемой поверхности относительно базовой поверхности детали. При установке на жесткую коническую оправку (конусность 1:20001:4000) отверстием, выполненным по Н6Н7, обеспечивается радиальное биение 0,010,02 мм. Такая же точность достигается при установке на жесткую оправку с натягом. При установке на оправку с зазором при точности отверстия втулки по Н7 точность центрирования зависит от величины зазора и обычно составляет 0,020,03 мм. Точность центрирования при установке на разжимные оправки Конструктивное исполнение оправки Точность по- Точность ценсадочного от- трирования, мм верстия Разрезная оправка с внутренним конусом Н8...Н12 0,02...0,4 Разжимная оправка с 3-мя выдвижными сухарями Н8...Н12 0,02...0,4 Разжимная оправка с гидропласмассой (ТУ МХП 2742-53) Н7...Н8 0,005...0,01 Оправка с гофрированными втулками Н6...Н7 0,002...0,003 5. Расчёт сил закрепления и выбор зажимных устройств Назначение, принципы и общая схема расчета силы закрепления изделия в ТО. Баланс сил при обработке изделия. Рекомендации по выбору схемы и конструкции зажимных устройств. Примеры типовых схем установки и расчета сил закрепления. Конструкции элементарных зажимающих устройств Зажимающие устройства являются промежуточным звеном между зажимным устройством и заготовкой. При ручном зажиме они сами являются зажимным устройством. Рассмотрим конструкции зажимающих устройств приспособлений и формулы, по которым следует рассчитывать усилие на входе данного устройства Q при расчетном усилии зажима P. Рычажные прихваты a) Q = P[(l + rf)/(l1 – rf1)]; б) Q = P(l + l1) + ((l + l1)/l1 – 1)rf1) + h1f]/(l1 – h1f); Прихват, воспринимающий усилие от толкающего плунжера зажимного устройства. где f0 – коэффициент трения на оси прихвата. Г–образный прихват Q = P[(l + hf +rf0)/(l1 – h1f1 – rf0)]; P = (Q –q)(1 – 3lf/H); где q – усилие пружины. При l1  l, P  Q. Момент, необходимый для создания осевой силы Q: M = (Q + q)[dсрtg( + ) + (D3 – d3)fT/(D2 – d2)]/2 где:  – угол подъема резьбы, dср – средний диаметр резьбы, tg – коэффициент трения в резьбе,  – угол трения, fт – коэффициент трения на торце гайки. При 1 = 2 = : Клиновые устройства a) Q = Ptg( + 2); б) Q = P[tg( +) + tg(2 +)]; где: 1 – угол трения на наклонной поверхности поверхности клина, 2 – угол трения на направляющей части клина. При 1 = 2 = : Q = Ptg( + ); где  = arctg(f) – угол трения на скосах клиньев. Эксцентиковый зажим Q = PL/[tg( + 1) + tg2]r; где: r – расстояние от оси вращения эксцентрика до точки соприкосновения поверхности эксцентрика с деталью; tg1, tg2 – коэффициенты трения на зажимающей поверхности и оси эксцентрика. Момент на рукоятке, необходимый для создания силы Q: M = Qr[tg( + 1) + tg2]; r = (R + esin()/cos()); где:  = 40, если f0,1.  = arctg(f). При f = 0,15 = 230' и D/e  14. Цанговый зажим Установка заготовки без осевого упора: Q = (P1 + P2)tg( + ); где: P1 – сила, сжимающая лепестки цанги до их соприкосновения с поверхностью заготовки: P1 = 0,375[ED3sfz(0,01741/2 + sin(1)cos(1) – 229,882sin2(1)/(1))]/e3; 1 – угол сегмента лепестка цанги, град; D – наружный диаметр лепестков цанги; S – толщина лепестка цанги; f =  – стрела прогиба:  – зазор между цангой и заготовкой (до начала зажима); z– число лепестков цанги. P2 –сила зажима заготовки всеми лепестками цанги: P2 = [M2/r2 + PkK]0,5, M – момент заготовки на участке зажима. r – радиус заготовки на участке зажима. K = 1,52 – коэффициент запаса. Оправка с креплением по торцам Q = 2PzKD3/[(D + d)f]. f – коэффициент трения между шайбой и заготовкой K = 1,52 – коэффициент запаса. Втулка коническая разрезная Q = PzKD3/[(tg( + ) + tg(1))]; где:  – угол трения на поверхности конуса, 1– угол трения на поверхности зажима. Резьбовые зажимы M = Qdсрtg( + пр)/2. Момент, приложенный к винту, необходимый для создания зажимающей силы Q: для треугольной резьбы, =: tg(пр) = f/cos(); для трапецеидальной резьбы, =15: tg(пр) = P/(dcp); где P – шаг резьбы. Для преодоления силы трения на торце винта следует приложить дополнительный момент, зависящий от формы конца винта: Для торца винта плоского кольцевого: MT = 2Qf(R3 – r3)/(R2 – r2), Для торца винта плоского сплошного: MT = 2QfR/3, Для торца винта сферического: MT = 2QRfctg(1/2)/3. 6. Выбор и расчёт силовых устройств (приводов) Назначение, общая характеристика и классификация приводов силовых устройств ТО, их достоинства и недостатки. Принципы и общая схема выбора и расчета привода ТО. Примеры типовых видов привода и их расчета. В приспособлениях применяют силовые устройства следующих типов: - пневматические, - гидравлические, - пневмогидравлические, - с приводом от электродвигателя, - приводимые в действие механизм подачи, - приводимые в действие силами резания, - магнитные, - электромагнитные, - вакуумные. Пневматические силовые узлы Пневматические силовые узлы выполняются в виде пневмоцилиндров неподвижного, качающегося и вращающегося типов или пневмокамер. Нормальные размеры пневмоцилиндров (ПЦ): 50, 60, 75, 100, 125, 150, 200, 250, 300 мм. ПЦ могут быть одно- или двустороннего действия. У ПЦ одностороннего действия обратный ход поршня осуществляется пружиной, у ПЦ двустороннего действия – сжатым воздухом. Рассмотрим расчет выходного усилия на штоке ПЦ. Для ПЦ одностороннего действия с возвратной пружиной при уплотнении поршня одним круглым резиновым кольцом: Q = (  D2  p)/4 – (Tk    D + q), где: Тk – сила, зависящая от твердости уплотняющего кольца и его относительного сжатия  (%):  = (D0 – D)102/2d; D0 – наружный диаметр кольца, мм, D – диаметр пневмоцилиндра, мм d – диаметр уплотняющего кольца, мм, Тк = 0,125 (при твердости кольца HRC 67...70), Н Тк = 0,21 (при твердости HRA 80...90), Н. q = ТкDK – жесткость пружины возврата, Н·мм; К = 1,2 – коэффициент запаса жесткости пружины; p – давление воздуха Н/мм2 (не ниже 0,4 Н/мм2). Выходное усилие на штоке при уплотнении поршня манжетой: Q = (  D2  p)/4 – (  D  b  p  f + q), где: f – коэффициент трения: 0,58 при отсутствии смазки, 0,08 при смазке водой, 0,18 при смазке эмульсией, 0,33 в состоянии покоя для трех последних случаев; b – ширина манжеты. Для ПЦ двустороннего действия. Выходное усилие на штоке при уплотнении поршня и штока круглыми резиновыми кольцами (по одному кольцу): Q =   [D2  p/4 – Tk + (D + dш)], Выходное усилие на штоке при уплотнении поршня и штока манжетами (поршень с двумя манжетами): Q =   [D2/4 – (2  D  b + dш  b')  f] p, где: dш – диаметр штока, мм; b' – ширина манжеты штока, мм. Ориентировочно значения выходного усилия можно определить из таблицы: ДиаУсилие на штоке, Н, при материале мембраны метр Ткань прорезиненная Резина мемВ исход- При ходе В исходПри ходе браны, ном поштока ном поло- штока 0,2D мм ложении жении 0,3D 125 3500 2700 4750 3750 160 5700 4350 7200 6150 200 9000 6800 10000 9750 250 14000 11000 17300 15500 320 23000 17500 29000 25000 400 36000 27000 46500 42000 Гидравлические силовые узлы Как и ПЦ гидроцилиндры (ГЦ) выполняются одностороннего и двустороннего действия. Формулы для расчета выходного усилия на штоке ГЦ. Для ГЦ одностороннего действия с возвратной пружиной и одним уплотняющим резиновым кольцом на поршне: Q =   D2  p/4 – [Tk    D + TM  (  (D2 – D2k)/4 + q)], где: ТМ – сила трения, Н, зависящая от рабочего давления p, Н/мм2; Dk – внутренний диаметр уплотняющего резинового кольца на поршне, мм. ТМ определяют по графику (рис. 50). 606 404 ТМТм,кгс ,Н 202 00 00 8 80 16 160 p, Н/мм 24 240 32 320 2 Р,кгс/см2 Рис. 50 Для ГЦ двустороннего действия с уплотняющими резиновыми кольцами на поршне и штоке (по одному кольцу): Q =   D2  p/4 –   [Tk  D + TM  (D2 – D2k)/4 + (Tk  dш + TM  (d2k – d2ш)/4)], где: dш – диаметр штока; dк – наружный диаметр уплотняющего резинового кольца на штока. Значение силы трения на поршне: Tпр =   [Tk  D + TM  (D2 – D2k)/4], и силы трения на штоке: Tш =   [Tk  dш + TM  (d2k – d2ш)/4], Сила трения на поршне Диаметр Наружный диаметр Диаметр сеГЦ кольца чения кольца D, мм D, мм Dk, мм 35 27,2 4,1 40 31,2 4,7 45 37,2 4,1 Таблица №3 Тпр, Н, при давлении масла, Н/мм2 5 7,5 10 12,5 15 76,7 104,7 129,2 148,2 161,2 99,3 138,8 171,6 196,8 213,8 103,3 143,6 175,6 200,6 217,8 Сила трения на штоке Диаметр Наружный диаметр Диаметр сештока резинового кольца чения кольца D, мм D, мм Dk, мм 6,0 100 2,4 8,0 124 10,0 148 12,0 159 Таблица №4 Тпр, Н, при давлении масла, Н/мм2 5 7,5 10 12,5 15 13,2 19,6 24,3 27,8 30 12,5 22,6 27,5 31,3 33,9 21,0 27,5 33,5 38,0 41,0 26,7 24,6 41,6 46,9 50,0 Расчет пневмогидравлического устройства. Пневмогидравлическое устройство (ПГУ) является усилительным устройством, поскольку при небольшом давлении воздуха на входе обеспечивают достаточное усилие на выходе за счет разницы между размерами ПЦ и ГЦ. Усилие на штоке ПЦ: Q = D2Цp/4 – (T'пр + Tш + q), где: T'пр = DЦвpf – сила трения с манжетными уплотнениями; Тш = Ткdп + Тм/4(d2к – d2п) – сила трения на штоке с уплотняющим резиновым кольцом; q = (Т'пр + Тш)K – жесткость пружины, (К = 1,2); f – коэффициент трения в манжете. Зависимость между усилием Q штоке ПЦ и зажимающей силой P: Q = [P + (Tпр + q1)]d2ПD2; где: Тпр = ТкD + Tм/4(D2 – D2к) – сила трения поршня ГЦ; q1 = TпрК –жесткость пружины, (К = 1,2). Диаметр ПЦ определяется в зависимости от требуемой силы зажима: DЦ = {[P + (Tпр + q1)]d2П/D2 + (T'пр + Tш + q)1,27}0,5. 6. Разработка конструктивного исполнения технологической оснастки Конструирование ТО, назначение (цель), общие требования к конструкции ТО (унификация, стандартизация, типизация, соответствие назначению, уровень специализации и автоматизации, эргономичность, безопасность и экономичность конструкции ТО). Понятие об автоматизации проектирования и конструирования ТО. Общий порядок конструирования ТО. Структура технических требований, указываемых в конструкторской документации на изготовление ТО. Основные расчеты при проектировании приспособлений следующие: 1) расчет обеспечения точности; 2) расчет зажимных усилий; 3) экономическая целесообразность изготовления приспособления. Расчет точности выполняют по формуле: Тдет = Тпр + (2 + 2)0,5; где: Тдет – допуск на обрабатываемый размер детали; Тпр – допуск на соответствующий размер приспособления (Тпр = (1/3...1/4)Тдет);  – средняя экономическая точность обработки;  – погрешность установки. В основе проектирования приспособления лежит технологический процесс обработки детали. При его разработке технолог решает следующие задачи: - установление маршрута обработки, - уточнение содержания технологических операций с разработкой эскизов обработки, дающих представление об установке заготовки, - определение операционных размеров по всем переходам и допусков на них, - назначение и расчет режимов резания, - расчет штучного времени на операцию по элементам, - выбор типа и модели станка, режущего и вспомогательного инструмента и контрольно– измерительных средств, В задачи конструктора приспособления входят: - конкретизация принятой технологом схемы установки заготовки, - выбор конструкции и размеров установочных элементов приспособления, - расчет сил закрепления, - уточнение схемы, выбор типа и размеров зажимного устройства, - выбор и разработка конструкции зажимных элементов, - определение размеров направляющих деталей приспособления и деталей, служащих для контроля положения и настройки режущего инструмента, - конструирование или выбор вспомогательных устройств приспособления, - общая компоновка приспособления с установлением допусков на изготовление деталей (сопряжений) и технических требований на сборку приспособления, - составление спецификации деталей приспособления. Несмотря на разделение функций технолога и конструктора между ними должно осуществляться тесное взаимодействие и творческое содружество. Последовательность конструирования приспособления ▪ Анализ исходных данных, условий применения приспособления, предъявляемых к нему требований; выбор схемы установки заготовки в приспособлении и схемы приспособления. ▪ Исходя из принятой в техпроцессе схемы базирования заготовки, точности и шероховатости базирующих поверхностей, определяют тип и размеры установочных элементов, их число и расположение в приспособлении. ▪ По рассчитанным значениям силовых факторов (составляющих сил резания и крутящих моментов), направлениям их действия и точкам приложения к заготовке устанавливают места приложения сил закрепления и определяют их значения. ▪ Исходя из регламентированного времени на закрепление-откреплении заготовки, типа приспособления (одно- или многоместное), вида и точности заготовки, а также величины силы закрепления, выбирают тип зажимного устройства и определяют его основные размеры. ▪ Устанавливают тип и размеры деталей приспособления для направления и контроля положения режущего инструмента. ▪ Выявляют необходимость наличия вспомогательных устройств, выбирают их конструкцию и размеры, исходя из массы заготовки, выполняемой операции и необходимой точности обработки. ▪ Разрабатывают 3D-модель и чертеж общего вида приспособления со спецификацией входящих в него деталей. Анализ исходных данных К исходным данным для проектирования приспособления относятся: рабочие чертежи детали и заготовки с техническими требованиями на изготовление; операционные эскизы обработки детали над предшествуемей и выполняемой операциях; операционные технологические карты. Из них получают информацию о последовательности и содержании операции, принятых схемах базирования и закрепления заготовки, выбранных оборудовании и инструментах, режимах резания времени закрепления открепления заготовки; стандарты на детали и узлы станочных приспособлений, альбомы нормализованных конструкций, конструкции аналогичных приспособлений по литературным источникам и патентным материалам. Из чертежей заготовки и деталей выясняют размеры, допуски, шероховатость поверхностей, марку материала и термообработку. Наметив операцию, для выполнения которой собираются проектировать приспособление, выясняют из технологической карты модель станка, а из руководства по эксплуатации станка получают сведения о станке: размерах его рабочей зоны (размеры стола и размеры и расположение Т–образных пазов или системы крепежных отверстий, наименьшее расстояние от оси шпинделя до поверхности шпинделя и т.д.). Необходимо познакомиться с внешним видом станка, установить расположение органов управления, расположение рабочей зоны и рабочего места оператора–станочника. Все эти данные указываются в техническом задании на проектирование приспособления. В число исходных данных входят также производительность обработки в приспособлении (количество обработанных деталей в смену), вид управления (зажима) – ручной, полуавтоматический, автоматический. Выбор схемы установки заготовки При проектировании техпроцесса технолог чаще всего выбирает для обработки данной заготовки одну из типовых схем установки. Установка включает в себя базирование и закрепление заготовки для ее обработки. В операционной технологической карте технолог указывает базирующие поверхности (установочную, направляющую и опорную), намечает места, за которые заготовка должна закрепляться в приспособлении, так, чтобы базирующие и зажимные элементы будущего приспособления не препятствовали подходу режущего инструмента к обрабатываемым поверхностям. Изображение (условное или конструктивное) базирующих и зажимных элементов приспособления дается на картах накладки (технологических эскизах), приводимых в операционной технологической карте или на чертежах при выполнении учебных курсовых проектов. Таким образом в задачу технолога входит принципиальная проработка конструкции будущего приспособления с учетом модели станка, на котором это приспособление будет использоваться. В производственных условиях технолог разрабатывает технической задание на проектирование приспособления, в котором приводятся все исходные данные на проектирование. Перед конструктором на данном этапе стоит задача уточнения схемы установки заготовки в приспособлении, т.е. материализация элементов, которые в приспособлении должны быть представлены в виде деталей, с которыми будут контактировать базовые поверхности заготовки и участки ее закрепления. Выбор конструктивной схемы приспособления Схема проектируемого приспособления определяется построением данной операции механической операции (сборки, контроля). Она зависит как от количества обрабатываемых заготовок, порядка их обработки, так и от количества и порядка работы инструментов. По количеству обрабатываемых заготовок приспособления могут быть одно- и многоместными, а по числу инструментов – одно- и многоинструментными. В зависимости от порядка расположения заготовок и последовательности работы инструментов приспособления бывают последовательного, параллельного и параллельно-последовательного исполнения. По числу положений, занимаемых заготовкой по отношению к инструменту, приспособления могут быть одно- и многопозиционными, используемыми для последовательной и параллельной обработки. По степени непрерывности обработки приспособления различают как приспособления дискретной и непрерывной обработки. Приспособления могут быть ручными, полуавтоматическими или автоматическими в зависимости от степени участия человека в их обслуживании. В зависимости от сочетания указанных признаков разнообразие вариантов схем приспособлений достаточно велико. При выборе варианта следует руководствоваться критериями производительности и себестоимости обработки на данной операции при условии обеспечения заданного качества обработки. Производительность оценивается штучным временем: tш= tо+ tв+ tт+ tоб+ tп Сокращение штучного времени возможно как за счет технологических мероприятий (схема построения операции), так и за счет совершенствования конструкции. Основное время tо сокращает за счет устранения разметки, применения многоместных приспособлений, многоинструментной обработки, за счет повышения режимов резания, совмещения отдельных переходов. Вспомогательное время tв можно уменьшить за счет установки заготовки без выверки, применения мероприятий по быстрому отводу стружки из зоны резания и со станка. Время перерывов tп может сокращено за счет облегчения условий труда при использовании автоматизированных приспособлений. В первом приближении производительность приспособления можно оценить величиной оперативного времени. Себестоимость обработки оценивается в результате экономического расчета. Классификация схем построения технологических операций и формулы для определения оперативного времени приводятся в (1), (2). Выбор базирующих элементов При установке заготовок на необработанные базовые поверхности используют постоянные опоры с рифленой и сферической головками по ГОСТ 13442-68 и регулируемые опоры по ГОСТ 4084-68…ГОСТ 4086-68. Постоянные опоры запрессовывают в корпус приспособления и по норме изнашивания заменяют. Рекомендуемая посадка опоры в корпусе Н7/p6. При конструировании приспособлений размер опор выбирают по предельной нагрузке на них. Для опор с рифленой поверхностью и заготовок из стали и чугуна: Диаметр опоры, мм 10 16 25 40 Нагрузка, кН 4 10 25 60 Для заготовок из цветных сплавов предельная нагрузка уменьшается на 30…40%. Для опор со сферической поверхностью: Диаметр опоры, мм 10 16 25 40 Нагрузка, кН 2 5 12 30 Для опор с гладкой поверхностью предельная нагрузка составляет 5 МПа. Для установки заготовок обработанными поверхностями применяют опоры с плоской головкой и опорные пластины (ГОСТ 4743-68). Опорные пластины закрепляются с помощью винтов. Размеры пластин выбирают по допускаемой нагрузке, которая принимается равной 5 МПа. Регулируемые опоры ввертываются в корпус на резьбе и стопорятся в требуемом положении контргайкой. Их регулировка производится при переналадке приспособления. При установке заготовок на отверстия в приспособлениях предусматриваются установочные пальцы, которые могут быть постоянными или сменными (ГОСТ 12209-66, 12210-66). Пальцы диаметром до 16 мм изготовляют из стали У7А, пальцы диаметром более 16 мм – из стали 20Х с цементацией на глубину 0,8…1,2 мм и закалкой до твердости НРС 50...55. Посадка пальцев в корпус выполняется по Н7/р6, Н7/r6. Посадка заготовки на пальцы – по сопряжению Н7/f6, Н9/f8. Корпусные детали базируются на опорные пластины (ГОСТ 4743-68) и два выдвижных или жестких пальца по посадке Н7/f8 или Н7/f7. Пальцы: один – цилиндрический, другой – срезанный ромбический (ГОСТ 12210-66). Размеры пальцев выбирают в зависимости от массы заготовки: Масса заготовки, кг 5 15 45 120 более 120 Размер пальца, мм 6 10 12 16 20 Расчет сил закрепления заготовки в приспособлении Расчет сил закрепления необходим для выбора характеристик зажимного устройства (размеров, силовых параметров) и определения размеров элементов конструкции зажимающих устройств (прихватов, рычагов). Расчет сил закрепления ведется на основании расчетной схемы, вид которой зависит от схемы установки заготовки и расположения точек приложения действующих силовых факторов (моментов, сил резания, веса заготовки, центробежных и инерционных сил). Необходимо знать величину, направление и точку приложения сил, сдвигающих заготовку. Зажимные силы, противодействуя силовым факторам, сдвигающим заготовку, должны обеспечить плотный контакт заготовки и установочных элементов приспособления в процессе обработки. В тех случаях, когда по условиям обработки, например, из–за пониженной жесткости заготовки, сила закрепления Qз должна быть ограничена, следует выдержать условие: Qр < Qз. При необходимости величина Qр должна быть уменьшена за счет изменения схемы закрепления, режимов резания, условий выполнения операции. Для принятой расчетной схемы составляются уравнения равновесия статики, из которых и определяются величины сил закрепления. При составлении расчетной схемы выбирается наиболее неблагоприятные сочетание действующих силовых факторов. Вес заготовки следует учитывать при наклонном или вертикальном ее расположении, что имеет место, например, в поворотных приспособлениях. Центробежные силы возникают при смещении центра тяжести заготовки относительно оси ее вращения, они сопоставимы с силой резания при чистовой обработке. Инерционные силы возникают при возвратно–поступательном движении заготовки или при разгоне – торможении шпинделя. Их также следует учитывать при чистовой обработке заготовок большой массы. Разработка чертежа общего вида приспособления Общий вид приспособления изображается, как правило, в масштабе 1:1 за исключением приспособлений для крупных и мелких деталей. Изображается в тонких линиях обрабатываемая заготовка в необходимом числе проекций. На основании разработанной схемы установки намечаются базирующие поверхности и поверхности закрепления. Выявляется необходимая форма базирующих элементов приспособления, материализующих принятую схему базирования, их количество и расположение (установочная, направляющая, опорная база). Устанавливается способ крепления базирующих элементов (запрессовка, на винтах и т.д.). Намечаются места приложения сил закрепления и выбираются тип и конструктивная форма зажимных элементов (прихваты, винты, рычаги и т.п.). Изображаются элементы зажимного устройства. Определяются форма и размеры базовой детали приспособления (основания, корпуса, плиты и т.п.). Изображается силовой узел (привод) устройства закрепления заготовки (ГЦ, ПЦ, электромеханический зажим и т.д.) Намечается место расположения и изображаются вспомогательные элементы приспособления (делительное устройство, направляющие устройства, габарит, подводимая опора и т.д.). Оформляется окончательно конструкция приспособления. Оформляются элементы базирования и закрепления приспособления на станке (шпонки, центрирующие пальцы, отверстия, проушины). Выбор размеров отдельных элементов производится на основании расчетов на жесткость, по справочникам или в соответствии с присоединительными размерами посадочных поверхностей исполнительных органов станков (шпинделей, столов, суппортов). Предусматриваются детали для транспортировки приспособления (рым-болты, отверстия и т.п.) Наносятся размеры с допусками, обозначаются посадки, наносятся обозначения допускаемых отклонений формы и взаимного расположения поверхностей приспособления. На общем виде указывают габаритные размеры приспособления, посадочные размеры и размеры, которые следует выдержать при сборке и отладке приспособления (например, ход поршня, губок). Записываются технические требования на сборку, испытание и приемку приспособления, а также его техническая характеристика. В технических требованиях отмечаются: точностные параметры приспособления (если они не даны на чертеже условными обозначениями), погрешность приспособления, маркировка, указания по испытанию приспособления, указания по установке приспособления на станке, его эксплуатации. В технической характеристике приспособления указываются: тип зажима, тип привода, усилие зажима, масса приспособления. При разработке конструкции приспособления максимально используются стандартные элементы конструкций (опоры, соединения, направляющие элементы, зажимные элементы и т.п.). Следует обратить внимание на обеспечение надежности конструкции, ее технологичности (простота сборки, наладки, регулировки), эргономичности, удобства обслуживания и управления. 7. Особенности применения универсально–сборной оснастки для станков с ЧПУ, многоцелевых станков и гибких автоматизированных производств Факторы, определяющие особый характер ТО для станков с ЧПУ, МС и ГАП, особенности процесса применения этих ТО. Показатели гибкости и переналаживаемости ТО для автоматизированного оборудования. Проблематика точности и надежности ТО этого класса. Типовые решения для данного класса ТО. 8. Вспомогательный инструмент Назначение, общая характеристика и классификация вспомогательного инструмента (ВИ). Требования, предъявляемые к ВИ, принципы, методы и типовые схемы расчета ВИ на точность, жесткость, кинематические и силовые расчеты. 9. Особенности проектирования универсальных автоматических и адаптивных сборочных приспособлений и инструмента Назначение, общая характеристика и классификация сборочных приспособлений (СП). Требования, предъявляемые к СП, принципы, методы и типовые схемы расчета СП. Автоматическая сборка, ее особенности, особенности СП и инструмента для автоматической сборки. Адаптивные сборочные СП и инструмент. 10. Контрольно–измерительные устройства, устанавливаемые на технологической оснастке в автоматизированном производстве Назначение, общая характеристика и классификация контрольно–измерительных устройств ТО (КИУТО). Виды и способы контроля, реализуемые с помощью КИУТО. Примеры КИУТО. 11. Загрузочно–ориентирующие устройства и их расчёт Назначение, общая характеристика и классификация загрузочно–ориентирующих устройств (ЗОУ). Общие принципы расчета и проектирования ЗОУ. Примеры расчета. Захватные устройства предназначены для захвата обрабатываемого предмета или инструмента и удержания его в определенном положении в процессе перемещения или обработки. Вид захвата определяется формой, размером, массой и свойствами захватываемого предмета, а также такими специфическими требованиями технологического процесса, как надежность захватывания и удержания объекта во время разгона и торможения подвижных элементов; точность и стабильность базирования заготовки в ЗУ; недопустимость повреждения или разрушения предмета обработки; прочность и большое усилие на губках при малых габаритных размерах и массе. По принципу действия различают пять групп ЗУ. 1. Самой разнообразной и часто применяемой является группа механических захватов, отличающихся по типу передаточного механизма: рычажно–стержневые (рис. 1.2), кулисно–стержневые, зубчатые, клиновые (рис. 1.3), кулачковые, цанговые, эксцентриковые. Детали в клиновых, цанговых, эксцентриковых ЗУ, удерживаемые силами трения без приводов, мало применяют в робототехнике из–за большого допуска на положение детали в ЗУ и усложнения процесса удаления детали из ЗУ. Однако они обладают рядом достоинств; автоматическая регулировка удерживающей, минимально– необходимой силы захвата по реальному коэффициенту трения; простота и надежность, что при определенной доработке ЗУ, сопряженного станочного приспособления и тары гарантирует перспективность использования подобных ЗУ в определенных случаях. 2. Вакуумные ЗУ (ВЗУ) Вакуумные ЗУ (ВЗУ) разделены на две группы: с гибкими камерами захвата – тарельчатые, сильфонные (рис. 1.4 г,а) и с жесткими – диафрагменные, поршневые (рис. 1.4 б, в), которые в зависимости от способа создания разрежения в камерах захвата подразделяют на насосные и безнасосные. В насосных (рис. 1.4 г, д, е, з) разрежение в вакуум–камере может создаваться насосами, вентиляторами, газодувками. Такие ЗУ более рациональны при транспортировке воздухопроницаемых грузов (бетона, керамики, дерева, вспененных пластмасс, различных огнеупорных изделий и т.д.). В безнасосных (рис. 1.4 а, б, в) вакуум создается одноразовым изменением объема полости вакуум–камеры. Они могут использоваться для транспортирования только воздухонепроницаемых изделий (металла, пластмассы, стекла и т.я.). Их основные преимущества перед насосными ВЗУ – простота конструкции, отсутствие вакуум–насосной и распределительной аппаратуры, полная автономность. 3. Магнитные ЗУ (МЗУ) по способу обеспечения усилия захвата разбиты на три подгруппы: с постоянными магнитами, с электромагнитами (рис. 1.5а,б,в), с вращающимся магнитным полем (рис. 1.5г). 4. Действие ЗУ с эластичными камерами основано на деформации камеры под действием давления воздуха или жидкости. Различают оболочковые и пальцевые ЗУ, которые в зависимости от того, базируется ли переносимое изделие по эластичной камере или эластичная камера обеспечивает прижим к ориентирующим, базирующим поверхностям (рис. 1.6в), либо позволяют достаточно эффективно компенсировать погрешности позиционирования, либо практически теряют эту возможность. 5. Струйные ЗУ, npeдставляющие собой малоизученный и редко пока применяемый класс, обеспечивают удержание детали за счет давления воздушного потока. Однопальцевые ЗУ используются для симметричных деталей с центральным отверстием, многопальцевые – для деталей более сложной формы. По типу привода 3У подразделяют на конструкции с пневмоприводном, гидроприводом, магнитоприводом и электроприводом. Пневмопривод удобен простым подводом энергии к ЗУ (один шланг), при этом легко регулируется усилие зажима, ЗУ имеет возможность работать в агрессивных средах и в зоне высоких температур. Гидравлический привод обеспечивает большие усилия захвата, он компактен и легко регулируется, что предопределяет широкое его распространение. Электрический привод требует специальных малогабаритных двигателей постоянного тока, разработка которых для робототехники пока только ведется. По числу рабочих позиций захваты всех типов разделяют на однопозиционные (имеющие одну рабочую позицию) и многопозиционные (имеющие несколько рабочих позиций). Наличие в ЗУ элементов компенсации погрешности позиционирования значительно расширяет технологические возможности ЗУ и сферу применения оборудованных ими ПР. По виду управления ЗУ подразделяются на две группы. 1) Не управляемые ЗУ – устройства с постоянными магнитными, вакуумными присосками, без принудительного разрешения или бесприводные механические ЗУ. 2) Адаптивные ЗУ – программируемые устройства, оснащенные различными датчиками внешней информации (для определения формы поверхности и массы объекта, усилия зажима, наличия проскальзывания объекта относительно рабочих элементов 3У и т.д.). Но характеру крепления к руке ПР все ЗУ делятся на четыре группы: – несменяемые ЗУ – устройства, являющиеся неотъемлемой частью конструкции ПР, замена которых не предусматривается; – сменные ЗУ самостоятельные узлы с базовым поверхностям для кропления к руке ПР, не предусматривающие быстрой замены (например, установка на фланце с помощью нескольких винтов); – быстросменные ЗУ – конструкция базовых поверхностей для крепления ЗУ к ПР обеспечивает их быструю смену (например, исполнение в виде байонетного замка); – пригодные для автоматической смены ЗУ – конструкция базовых поверхностей обеспечивает возможность их автоматического закрепления на руке ПР; 2 Механические захватные устройства. 2.1 Расчет механических ЗУ включает шесть этапов. Это определение: 1) силовых и кинематических передаточных отношений выбранной схемы ЗУ; 2) необходимого усилия привода; 3) необходимого усилия захвата; 4) сил, действующих в местах контакта; 5) контактных напряжений; 6) допустимых крутящих и изгибающих моментов на местах крепления ЗУ. 12. Методика расчёта экономической эффективности применения технологической оснастки Критерии оценки эффективности применения ТО. Принцип и общая схема расчета экономической эффективности применения технологической оснастки. Структура штучно-калькуляционного времени: Тш–к = Т0 + ТВ + ТП–З/n = Т0 + ТВХ + ТУ + ТСМ.И + ТОРГ-ТЕХ + ТП–З/n, где Т0 – основное (технологическое) время; ТВ – вспомогательное, характеризует степень автоматизации станка; ТП–З – подготовительно-заключительное, характеризует степень гибкости станка, т.е. возможность быстрого переналаживания; n – число заготовок в партии; ТВХ – вспомогательных ходов станка; ТУ – установки (базирования и закрепления) заготовки; ТСМ.И – смены инструмента; ТОРГ-ТЕХ – организационно-технического обслуживания на замену инструмента. Тi Пути сокращения Тi Интенсификация режимов резания Т0 Концентрация переходов ТВХ ТУ ТСМ.И ТОРГ-ТЕХ ТП–З Концентрация переходов Сокращение времени подвода-отвода инструмента, базирования заготовок Совмещение времени базирования с временем работы Сокращение времени закрепления заготовок Совмещение времени закрепления заготовок с временем работы станка Сокращение числа установок заготовки Применяемая для этого оснастка Оснастка повышенной жесткости. Режущий инструмент, оснащенный твердыми сплавами и сверхтвердыми материалами. Патроны, снижающие влияние центробежных сил на силы закрепления заготовки. Многошпиндельные переналаживаемые головки. Две револьверные головки с независимым перемещением по программе. Многошпиндельные переналаживаемые головки Комбинированный переналаживаемый инструмент. Приспособления, обеспечивающие полное базирование заготовок без выверки заготовок. Устройства для смены заготовок вне рабочей зоны станка или вне станка. Устройства автоматической смены приспособлений. Быстродействующие зажимные устройства Устройство для смены заготовок вне рабочей зоны станка или вне станка (в двух приспособлениях) Устройства для автоматической смены приспособлений Поворотные приспособления для базирования и закрепления заготовки, в которых обеспечивает возможность обработки четырех поверхностей с одной установки заготовки Поворотные приспособления с двумя осями поворота, обеспечивающее возможность обработки заготовок с пяти сторон с одной установки. Револьверные головки, расширяющие технологические возможности станка за счет использования приводных шпинделей для вращающихся инструментов, обеспечивающие полную обработку заготовок деталей типа тел вращения на одном станке Сокращение времени смены Приспособления для предварительной настройки инструмента. Быстинструмента росменный инструмент. Устройства автоматизации смены инструмента Сокращение числа смен ин- Комбинированный переналаживаемый инструмент. Многошпиндельструмента ные переналаживаемые головки. Многоместные приспособления для последовательной обработки одним из нескольких инструментом Сокращение времени заме- Приспособления для предварительной настройки инструмента Быстроны затупившегося инстру- сменный инструмент Устройства для автоматической замены затупивмента шегося инструмента Повышение стойкости ин- Инструменты, оснащенные твердыми сплавами, сверхтвердыми матеструмента риалами и износостойкими покрытиями, намагниченные инструменты Сокращение числа замен Комбинированный переналаживаемый инструмент Многошпиндельинструмента ные переналаживаемые головки Сокращение времени смены Приспособления для предварительной настройки инструмента Быстрокомплекта инструмента сменный инструмент Быстросменные диски револьверных головок токарных станков Устройство для автоматической смены инструментов Устройство для автоматической смены инструментальных магазинов Сокращение числа смен ин- Многошпиндельные переналаживаемые головки. Комбинированный струмента переналаживаемый инструмент Сокращение времени смены Приспособления, обеспечивающие полное базирование на станке приспособлений Быстросменные приспособления Устройство для автоматической смены приспособлений Быстропереналаживаемые приспособления Устройство для автоматической переналадки приспособлений Совмещение времени смены Устройство для смены приспособлений вне рабочей зоны станка или приспособлений с временем вне станка работы станка 13. Особенности приспособлений для станков с ЧПУ и требования, предъявляемые к ним Для эффективного использования станков с ЧПУ к станочным приспособлениям предъявляется ряд специфических требований, обусловливаемых особенностью станков с ЧПУ. Несоблюдение этих требований значительно снижает преимущества, которые могут быть получены от применения станков с ЧПУ. 1) Станки с ЧПУ являются высокоточными станками. Следовательно, для обеспечения высокой точности обработки заготовок приспособления должны быть выполнены повышенной точности. Погрешности базирования и закрепления, возникающие при установке заготовок в приспособлениях, должны быть сведены к минимуму (по возможности к нулю). 2) Станки с ЧПУ имеют повышенную жесткость и мощность. Следовательно, конструкция приспособления не должна быть наиболее податливым звеном системы станок – приспособление – инструмент– заготовка, чтобы использовать полную мощность станка на черновых операциях и обеспечить высокую точность на чистовых операциях. 3) Относительное перемещение заготовки и инструмента на станках с ЧПУ осуществляется автоматически в системе заранее заданных координат. Следовательно, приспособления должны обеспечивать полное базирование заготовок, т. е. лишение их всех шести степеней свободы. Необходимо строго определенное положение базирующих элементов приспособлений относительно начала координат станка (нулевой точки). 4) Для обеспечения автоматической ориентации базирующих элементов (опор) приспособления относительно начала координат станка необходимо полное базирование приспособлений на станке, обеспечивающее строго определенное положение приспособления относительно нулевой точки станка. 5) Станки с ЧПУ обеспечивают возможность обработки максимального числа поверхностей (до четырех-пяти) с одной установки заготовки на поворотном столе. Для этого приспособления должны обеспечивать полную инструментальную доступность, т. е. возможность подхода инструмента ко всем обрабатываемым поверхностям. 6) Для сокращения времени простоя дорогостоящих станков с ЧПУ, затрачиваемого на смену заготовок, приспособления должны обеспечивать сокращение времени зажимаразжима заготовок, поскольку это время является доминирующим при смене заготовок. 7) Возможность обработки на станках с ЧПУ максимального числа поверхностей с одной установки заготовки резко увеличивает цикл обработки заготовки на одном станке, что обусловливает возможность смены заготовки во втором приспособлении вне рабочей зоны станка или вне станка во время его работы. 8) Станки с ЧПУ выгодно отличаются от традиционных станков-автоматов своей гибкостью, т. е. возможностью быстрой переналадки, так как последняя заключается лишь в смене программоносителя. Однако наибольшая часть подготовительно-заключительного времени затрачивается не на переналадку станка, а на смену оснастки – приспособлений и комплекта инструмента. Следовательно, для сокращения времени переналадки станков приспособления должны обеспечивать возможность их быстрой смены или переналадки. 9) Станки с ЧПУ являются основным средством автоматизации мелко- и среднесерийного производства. Следовательно, на таких станках наиболее эффективно применять переналаживаемые приспособления, обеспечивающие путем их переналадки или перекомпоновки обработку широкой номенклатуры заготовок. Специальные приспособления целесообразно применять лишь в условиях крупносерийного производства. Особенности базирования и закрепления заготовок в приспособлениях для станков с ЧПУ Базирование заготовки может быть полным и неполным (рис. 8.1.). При неполном базировании число опорных точек может быть от трех до пяти. Наименьшее число точек должно быть не менее трех, так как три точки, определяющие плоскость, обеспечивают устойчивое положение заготовки при обработке, две же точки, определяющие ось, не могут обеспечить устойчивого положения заготовки. При неполном базировании приходится применять скрытые базы в виде воображаемой плоскости, оси или точки, мысленно создаваемые для визуальной ориентации заготовки в приспособлении. Неполное базирование применяют, например, при фрезеровании верхней поверхности заготовки (рис. 8.1, а); при обработке сквозных пазов (рис. 8.1, б). При обработке несквозного паза необходимо применять полное базирование (рис. 8.1, в). При базировании заготовок на станках с ЧПУ, поскольку относительное перемещение заготовки и инструмента осуществляется автоматически по заданной программе в системе заранее заданных координат, необходимо полное базирование заготовки и жесткая связь базирующих элементов приспособления с началом координат станка (нулевой точкой) (рис. 8.1, г). Расстояние от баз до нулевой точки (размер 75 и 100) должно учитываться при обработке отверстий 1, 2, 3, 4. При обработке заготовок на станках с ЧПУ приспособления должны исключать ошибки при базировании заготовок, особенно при базировании заготовок в приспособлениях, установленных на спутниках с их автоматической сменой, поскольку обработка осуществляется автоматически. При базировании заготовок типа тел вращения в патронах или на оправках в качестве двойных опорных или двойных направляющих баз принимают наружные или внутренние цилиндрические поверхности, а также поверхности центровых отверстий (при установке заготовок в центрах). При базировании заготовок плоских и корпусных деталей в качестве баз применяют в основном три плоских поверхности или одну плоскую поверхность и два отверстия. При базировании заготовок по трем плоским поверхностям «в координатный угол» базирование заготовок осуществляется по установочной базе – плоской поверхности и направляющей и опорном базам заготовки – по двум плоским поверхностям. Схема базирования заготовок по трем плоским поверхностям является более простой и надежной, обеспечивает высокую точность базирования. Недостатком этой схемы базирования является то, что в ряде случаев невозможно производить обработку заготовок с четырех-пяти сторон или по контуру с одной установки. В этих случаях применяют схему базирования по плоской поверхности и двум отверстиям. Установочной базой является обработанная поверхность, обработанные отверстия являются двойной опорной и опорной базами. Базовые элементы приспособления выполняют в виде пальцев: цилиндрического и ромбического. При базировании заготовки по плоской поверхности и двум отверстиям неизбежно возникают погрешности базирования в результате неточности обработки технологических отверстий заготовки, неточности изготовления базирующих пальцев и необходимости наличия гарантированного диаметрального зазора в соединениях пальцы – отверстия для свободной установки и съема заготовок. Следовательно, такую схему базирования целесообразно применять лишь при затруднении базирования по трем плоским поверхностям или необходимости обработки поверхностей с одной установки заготовки. При установке заготовки на столе станка без приспособления для обеспечения ее правильного положения относительно шпинделя станка необходимо производить выверку заготовки по двум боковым поверхностям – направляющей и опорной базам заготовки с помощью контрольной оправки, устанавливаемой в шпиндель станка, и щупов, или по индикатору. Можно также использовать эталонный угольник с магнитом, устанавливаемый и закрепляемый на обработанной поверхности заготовки, и визирный микроскоп, устанавливаемый в шпиндель станка, обеспечивающий оптическую ориентацию заготовки по риске угольника. При базировании по плоской поверхности и отверстию заготовку выставляют по отверстию с помощью грибкового или индикаторного центроискателя. Установка заготовок без приспособлений с выверкой на столе станка требует значительных затрат времени, в течение которого станок простаивает. Для сокращения времени простоя дорогостоящих станков с ЧПУ необходимо устанавливать заготовки в приспособлениях, поскольку их базирующие элементы автоматически обеспечивают требуемое положение заготовки относительно выбранной системы координат. Для сокращения времени простоев станков с ЧПУ целесообразно применять приспособления с быстродействующими механизированными приводами зажима. Наиболее эффективно применять два приспособления, что обеспечивает смену заготовок в одном из приспособлений вне рабочей зоны станка или вне станка на спутнике. Погрешности установки заготовок в приспособлениях на станках с ЧПУ Точность обработки заготовок на станках с ЧПУ в значительной мере зависит от точности установки заготовок в приспособлениях. При обработке заготовок, установленных в приспособлениях, необходимо, чтобы погрешность  обработки была меньше допуска  на выполняемый на данной операции размер: <; >y+; где y – погрешность установки;  – погрешности, возникающие при обработке заготовки (погрешности станка и установки инструмента, износ инструмента, температурные деформации и др.). Одной из основных причин, вызывающих погрешности обработки, является погрешность установки y , возникающая при установке заготовки в приспособлении, т. е. отклонение фактически достигнутого положения заготовки от требуемого, возникающее в результате наличия погрешностей базирования б и закрепления з заготовки, а также вследствие погрешности изготовления приспособления и установки его на станке ПР: y = (2б + 2з + 2ПР)0,5; Все составляющие погрешности установки, в том числе имеющие направленность выполняемого размера, являются полем рассеяния (допуска) случайных независимых величин и, следовательно, могут суммироваться как среднеквадратичные. Необходимо отметить, что погрешность установки y возникает при установке заготовки в приспособление до обработки, т.е. до включения станка. Погрешностью базирования называется отклонение фактически достигнутого положения заготовки при базировании от требуемого. При обработке заготовок в приспособлениях на станках с ЧПУ размеры получаются автоматически, при этом положение измерительной базы относительно настроенного на размер инструмента влияет на допуск выдерживаемого размера. Измерительной базой называется база, используемая для определения относительного положения заготовки и средств измерения. Поскольку инструмент настраивается на размер относительно технологических баз приспособления, погрешность базирования представляет собой расстояние между предельными положениями измерительной базы относительно настроенного на размер инструмента. При совмещении технологической и измерительной баз погрешность базирования равна нулю (принцип совмещения баз). Следовательно, для сведения погрешности базирования к нулю необходимо совместить технологическую и измерительную базы. Некоторые схемы базирования заготовок и возникающие при этом погрешности базирования показаны на рис. . При выполнении размера h (рис. , а) установочная и измерительная базы (поверхность А) совмещены. Следовательно, бh = 0. При выполнении размера h1 установочной базой будет поверхность А, а измерительной – поверхность Б: бh1 = hmax – hmin = Hmax – Hmin = H. При обработке мерным инструментом (например, пальцевой фрезой) паза шириной b погрешность базирования равна нулю, так как погрешность размера B зависит только от ширины фрезы b возникает не в процессе установки заготовки, а в процессе обработки. При обработке наружной цилиндрической поверхности (рис. , б) погрешность базирования размера D равна нулю, так как в этом случае технологической базой будет центр оправки О и инструмент настраивается от него на размер D/2. При установке заготовки по отверстию на оправку с зазором (рис. , в) погрешность базирования: бh = h" – h' = O1O2 = Smax. Следовательно, для совмещения технологической и установочной баз необходимо ликвидировать зазор, что достигается применением жестких беззазорных (прессовых или конусных) или разжимных оправок. При установке цилиндрической заготовки в призму с углом 90° (рис. , г), бh1 = 1,21D и бh2 = 0,2D1. где  – допуск на размер D. Следовательно, при обработке отверстия, размер до центра которого задан от наружной поверхности (рис. , д), целесообразно устанавливать заготовку таким образом, чтобы отверстие располагалось в нижней зоне. Для сведения к нулю погрешности базирования в этом случае необходимо установить заготовку верхней образующей на плоскую поверхность и поджать снизу призмой (рис. , е). В этом случае технологическая и измерительная базы при выполнении размера и будут совмещены. При установке заготовки по плоскости и двум отверстиям (рис. , ж) погрешность базирования при выполнении размеров l, h1, h2 будет равна S1max, а при выполнении размера h будет равна нулю. Для сведения к нулю погрешности базирования необходимо ликвидировать зазор, что достигается применением конических подпружиненных пальцев (гладких и срезанных) или разжимных пальцев– цилиндрического и ромбического. При установке заготовки в центрах погрешность базирования линейного размера от торца заготовки будет равна разности максимальной и минимальной глубины центрового отверстия. Для сведения к нулю погрешности базирования необходимо применять подпружиненный центр, при этом опорной базой будет не центровое гнездо, а торец заготовки. Погрешность закрепления. Закрепление заготовки, т. е. приложение к ней сил или пар сил, обеспечивает постоянство положения заготовки, достигнутого при базировании. При этом возникает погрешность закрепления з, представляющая собой расстояние между предельным положением измерительной базы относительно настроенного на размер инструмента в результате смещения (осадки) заготовки под действием силы зажима Q, вызывающей деформирование звеньев цепи заготовка – установочные элементы – корпус приспособления. При этом после обработки вместо размера h1 будет выполнен размер h'1 (рис. ). Рис. Схема для определения погрешности закрепления Погрешность закрепления при выполнении размера h1 : з h1 = h'1 – h1 = y; з h2 = y. Если сила зажима Q1 направлена параллельно измерительной базе, то з h1 = 0, поскольку перемещение измерительной базы не влияет на размер h1. При закреплении заготовки силой Q: зl = 0; з h1 = y; з h2 = y. Из всего баланса перемещений измерительной базы под действием силы зажима значение имеет не общая деформация, а контактная деформация в местах контакта заготовки с установочными элементами. Деформации заготовки и корпуса приспособления не являются погрешностью закрепления – это следствие погрешности конструкции приспособления и в расчет не принимаются, так как при правильно сконструированном приспособлении они практически отсутствуют. Контактные деформации в местах стыков корпусных деталей приспособления и контакта установочной поверхности приспособления и стола станка при правильно сконструированном приспособлении также практически ничтожны: y = cQn, где c – коэффициент, зависящий от материала и качества контактной поверхности заготовки, а также от вида контакта (опоры); Q – сила, приходящаяся на опору, n – показатель степени, определяемый экспериментально (n<1). Величина погрешности закрепления относительно невелика. При установке заготовки средних размеров на точечные опоры она не превышает 100 мкм, а обработанной базой на планки – 10 мкм. Для партии заготовок погрешность закрепления можно свести к нулю соответствующей поднастройкой станка, если величина погрешности закрепления будет постоянной. Постоянства погрешности закрепления можно добиться повышением однородности металла и качества поверхности заготовки, т.е. коэффициента с, а главное, – постоянством силы зажима Q, что достигается применением механизированных приводов (пневматических, гидравлических и др.), обеспечивающих постоянное давление рабочей среды, а следовательно, и силу зажима. Погрешность положения заготовки в приспособлении ПР является следствием неточного изготовления приспособления И , износа его установочных элементов ИЗН, а также погрешности установки приспособления на станке У.ПР: ПР = (2И + 2ИЗН + 2У.ПР)0,5. Погрешность изготовления приспособлений регламентируется соответствующими техническими требованиями. Особенности установки приспособлений на станках с ЧПУ Основной особенностью установки приспособлений на станках с ЧПУ является необходимость полного базирования приспособлений на столе станка с жесткой связью с началом координат станка, а также быстрая смена приспособлений на станке. Полное базирование приспособлений на столе станка значительно сокращает подготовительно-заключительное время, связанное со сменой приспособлений, так как исключает необходимость выверки приспособлений на столе станка и упрощает разработку программ обработки заготовок. Для полного базирования в приспособлениях должны быть предусмотрены базирующие элементы, соответствующие посадочным местам станков и обеспечивающие точное положение приспособлений на столах станков. При наличии на столе станка продольных пазов и центрального поперечного паза приспособление базируется с помощью установочных шпонок 1 или штырей по продольному и поперечному пазам (рис. 8.4, а). Если на столе станка имеются продольные пазы и центральное отверстие, приспособление базируется цилиндрическим штырем 2 по отверстию и штырем 1 по продольному пазу (рис. 8.4, б). При наличии на столе станка только продольных пазов приспособление базируется по пазу посредством двух шпонок. При этом будет иметь место неполное базирование, поскольку приспособление будет лишено пяти степеней свободы. Дополнительное базирование по продольной оси стола может быть осуществлено с помощью упора, установленного на столе станка. Приспособления можно базировать только по двум плоским поверхностям «в координатный угол» посредством точно изготовленного и выверенного угольника 1, устанавливаемого и закрепляемого в продольных пазах стола станка (рис. 8.4, в). При базировании приспо- соблений только по продольному пазу установка инструмента 2 в исходную точку обработки может осуществляться по щупу и установам 1 и 3, закрепленным на корпусе приспособления (рис. 8.4, г). Установку инструмента в исходную точку можно производить также по установочному отверстию или штырю, что, естественно, увеличивает подготовительно-заключительное время, поскольку в шпиндель станка необходимо установить специальную сплошную или полую эталонную оправку, ось которой необходимо совместить с осью отверстия или штыря приспособления. После этого оправку вынимают и устанавливают в шпиндель станка требуемый инструмент. При установке приспособления на спутнике 1, к торцам которого прикреплены поперечная 3 и продольная 4 планки с Т-образными пазами (рис. 8.4, д), приспособления 2 базируют по планке 4 и шпонке 5, устанавливаемой на планку. Базирование приспособления 2 на спутнике по Т-образному пазу посредством шпонок и в продольном направлении посредством мерной планки 3, упирающейся в торцовую планку 4, показано на рис. 8.4, е. Базирование приспособления 2 на спутнике 1 с сеткой координатно-фиксирующих отверстий посредством трех штырей 3, установленных в отверстиях плиты, показано на рис. 8.4, ж. Приспособление 2, которое базируется на спутнике 1 с сеткой отверстий посредством мерных планок 5, упирающихся в торцовые планки 3 и 4, показано на рис. 8.4, з. Базирование приспособления 2 на спутнике 1 с Т-образными пазами и отверстиями посредством штыря 3 в отверстии плиты и двух штырей 5, установленных в торцовой планке 4, показано на рис. 8.4, и. Погрешности, возникающие при установке приспособлений на станках с ЧПУ При установке приспособлений на станках возникают погрешности установки приспособления У.ПР, суммирующиеся из погрешности базирования приспособления на станке б , погрешности закрепления приспособления З и погрешности, возникающей от износа элементов для установки приспособления ИЗН.Э . Поскольку в мелкосерийном производстве на станке устанавливают различные приспособления, все погрешности, включая погрешность износа элементов для установки приспособления, представляют собой поля рассеяния случайных величин. Погрешность установки можно определить по формуле: У.ПР = (2б + 2З + 2ИЗН.Э)0,5. При установке приспособлений на палетах возникает погрешность палеты П , которая включает погрешности изготовления налеты ИЗГ.П , погрешности износа поверхности палеты для базирования приспособлений ИЗН.П , и погрешности установки палеты на станке У.П : П = (2ИЗГ.П + 2ИЗН.П + 2У.П)0,5. Погрешность установки палеты на станке У.П = (2б.П + 2З.П + 2ИЗН.П)0,5. где б.П – погрешность базирования палеты на столе станка; З.П – погрешность закрепления палеты; ИЗН.П – погрешность от износа элементов для установки палеты на станке. При установке приспособления по продольному и поперечному пазам погрешности базирования приспособления определяются как зазоры между пазом и шпонкой или пазом и штырем. При установке приспособления по отверстию и пазу определяется как зазор между штырем и отверстием или между штырем и пазом. Для сведения к нулю б необходимо наличие беззазорного соединения, что обеспечивается применением конических подпружиненных пальцев или разжимных пальцев. Приводы приспособлений к станкам с ЧПУ В приспособлениях к станкам с ЧПУ применяют гидравлические приводы. Применение таких приводов обеспечивает: • сокращение времени зажима-разжима заготовок, а следовательно, повышение производительности обработки; • создание больших сил зажима за счет высокого давления масла (1020 МПа); • регулирование силы зажима с большой точностью; • постоянство силы зажима в течение всего времени обработки партии заготовок, что исключает погрешности закрепления соответствующей поднадстройкой станка; • интенсификацию режимов резания; • повышение надежности закрепления, а следовательно, повышение стабильности качества обработки; • облегчение труда рабочего; • многостаночное обслуживание за счет сокращения вспомогательного времени; • уменьшение износа инструментов благодаря снижению вибраций; • одновременный многократный (многоточечный) зажим заготовок малогабаритными гидроцилиндрами без применения сложных механических передач; • автоматизацию подвода-отвода или поворота зажимных элементов путем незначительного усложнения конструкций зажимных устройств; • независимость силы зажима от колебания размера зажимаемой поверхности; • доступ инструмента к обрабатываемым поверхностям. Благодаря компактности гидравлических зажимных устройств в сочетании с большими силами зажима гидравлические приводы применяют в различных системах станочных приспособлений: универсально-наладочных, специализированных, сборно-разборных, универсально-сборных. К недостаткам гидроприводов приспособлений можно отнести необходимость специального источника энергии и возвратных трубопроводов. Однако, поскольку источники давления масла могут обслуживать несколько станков или поочередно все приспособления, устанавливаемые на одном станке, стоимость источника давления в расчете на одно приспособление будет невысокой. Учитывая при этом, что гидравлические приспособления значительно проще и компактнее пневматических, стоимость приспособлений с гидравлическими приводами будет меньше, чем пневматических. Гидравлические приводы приспособлений к станкам фрезерно-сверлильно-расточной группы применяют двух типов: электронасосные и пневмогидравлические. Электронасосные приводы применяют в виде насосно-аккумуляторных станций, которые могут обслуживать одновременно несколько приспособлений, установленных на группе фрезерных и сверлильных станков. Наиболее широко используют в качестве гидравлических приводов приспособлений для фрезерных и сверлильных станков с ЧПУ пневмогидравлические преобразователи давления. Пневмо-гидравлические приводы являются наиболее эффективными и перспективными. По сравнению с электронасосными приводами они имеют следующие преимущества: • создают и поддерживают в течение длительного времени высокое давление масла без расхода пневматической энергии и образования теплоты в гидросистеме, так как расход воздуха происходит только при перемещении поршней гидроцилиндров в период зажимаразжима заготовки; • исключают необходимость наличия дорогостоящей гидравлической распределительной и контрольно-регулирующей аппаратуры и, следовательно, уменьшают возможность утечки масла в гидросистеме, поскольку управление гидравлической системой осуществляется от пневматической системы пневмогидропреобразователя, имеется возможность установки пневмогидравлических преобразователей давления на станке; • отсутствие вращающихся частей, что способствует увеличению срока их эксплуатации. Список рекомендуемой литературы Основная: 1. Корсаков В.С. Основы конструирования приспособлений: Учебник для вузов – изд. 2, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1983. – 277 с. 2. Горошкин А.К. Приспособления для металлорежущих станков. –М: Машиностроение, 1979.– 303с. Дополнительная: 3. Ансеров М.А. Приспособления для металлорежущих станков. –М: Машиностроение, 1975.– 655с. 4. Болотин Х.Л., Костромин Ф.П.Станочные приспособления. –М.: Машиностроение, 1973.– 315с.