Верстатні пристрої

 

План

1. Призначення, класифікація і основні вимоги.

2. Класифікація верстатних пристроїв.

3. Основні елементи пристроїв.

4. Встановлення заготовок на площину або три опори.

5. Встановлення заготовок на зовнішню циліндричну поверхню.

6. Встановлення заготовок по внутрішніх циліндричних отворах.

7. Затискні елементи пристроїв.

 

1. Пристрої– це допоміжне технологічне спорядження, яке використовується для виконання операцій обробки, складання чи контролю виробів.

Пристрої проектують, використовуючи правило 6 точок, для позбавлення заготовки всіх 6 ступенів вільності.

На заводах великосерійного та масового виробництва на кожну деталь, що виготовляється припадає 4...10 пристроїв. Затрати на виготовлення пристроїв становлять від 3 до 7% від собівартості готового виробу.

Пристрої за призначенням діляться на такі, що використову­ються для:

- встановлення і закріплення заготовок на верстатах (верстатні пристрої);

- закріплення різального інструменту (інструментальні);

- з’єднання спряжуваних деталей (складальні пристрої);

- контролю (проміжного і остаточного) (контрольні пристрої).

Серед всіх пристроїв особливе місце займаюють верстатні пристрої і вони складають в середньому від 80...90% від загальної кількості пристроїв.

Застосування верстатних пристроїв дає змогу:

1. Уникнути операції розмітки і за рахунок цього підвищити продуктивність праці.

2. Зменшити час на закріплення заготовки.

3. За рахунок одночасної обробки декількох деталей зменшити час на обробку.

4. Збільшити продуктивність праці.

5. Розширити технологічні можливості обладнання.

6. Використовувати працю робітників низької кваліфікації.

 

2. За технологічними ознаками пристрої можна класифіку­вати за типом обладнання, на якому вони використовуються:

- для встановлення заготовок на токарних верстатах;

- … на фрезерних верстатах;

- … на свердлильних верстатах.

За ступенем спеціалізації:

- універсальні;

- спеціальні;

- універсальні-складувані.

Універсальні пристрої можуть використовуватися при обробці різноманітних заготовок (патрони, ділильні головки, поворотні сто­ли, машинні та ручні лещата, тощо). Універсальні верстатні прист­рої (УВП) дозволяють з незначним переналагодженням проводити обробку схожих за формою деталей в певному діапазоні розмірів. Використовують їх в умовах дрібносерійного та одиничного виробництва.

Універсальні пристрої можна розділити на дві великі групи:

- універсальні непереналагоджувані для встановлення і закріплення широкої номенклатури заготовок без застосування конструктивних змін елементів (універсальні слюсарні чи універсальні фрезерні лещата, універсальні патрони і т.п);

- універсальні переналагоджувані, які використовуються для встановлення і закріплення заготовок різної геометричної форми (універсальні лещата зі змінними губками, патрони зі змінними кулачками і т.п.).

Спеціальні верстатні пристрої (СВП) проектуються і викорис­товуються для однієї заданої операції при обробці однієї конкретної деталі (одноцільові). Вони використовуються, як правило, у велико­серійному і масовому виробництвах, коли поряд з високою точніс­тю потрібно забезпечити високу продуктивність. Тому, як правило, це досить складні механізми із швидкодіючими приводами, а інколи і з елементами автоматики.

Універсальні складувані пристрої (УСП) займають особливе місце серед загальної кількості верстатних пристроїв. Вони отриму­ються спеціальною компоновкою і складанням у вузли з окремих стандартизованих деталей. Деталі у такому пристрої можна розта­шовують відповідно до розмірів і форми заготовки, яку необхідно встановити і закріпити. Після того, як такий пристрій був викорис­таний для встановлення певної заготовки чи декількох одночасно, його розбирають, чистять, змащують окремі деталі і далі компону­ють відповідно до параметрів іншого виробу. Вони використову­ються для умов серійного виробництва.

 

3. Основними елементами пристроїв (залежно від виду і призначення) можуть бути:

- встановлювальні елементи (для надання заготовці необхідного положення відносно різального інструменту;

- затискні елементи (для міцної і надійної фіксації заготовки);

- напрямні елементи (для забезпечення необхідного переміщення різального чи вимірювального інструменту відносно поверхні заго­товки чи виробу);

- орієнтувальні елементи (для правильного встановлення пристрою відносно верстата та інструмента);

- ділильні і поворотні елементи (для чіткої фіксації положення і зміни положення заготовки відносно різального інструменту);

- корпусні елементи (для складання окремих частин пристрою в одну конструкцію);

- кріпильні елементи (для з’єднання між собою окремих частин пристрою);

- силові приводи (для надання переміщень окремим частинам пристрою і забезпечення їх надійного розташування в певному положенні).

Встановлювальні елементи пристроїв – це найчастіше опорні штирі і пластини. Їх часто називають опорами.

Всі опори пристрою можна розділити на основні і допоміжні.

Основні опори – це деталі чи складальні одиниці пристрою, які позбавляють заготовку всіх чи декількох ступенів вільності і визначають її розташування в пристрої.

Допоміжні опори – це такі деталі чи складальні одиниці пристрою, які використовуються для надання заготовкам додатко­вої жорсткості чи стійкості під час обробки (важкі заготовки при значних силах різання).

Особливість: будь-яка допоміжна опора не повинна змінювати положення заготовки на основних опорах. Вона повинна бути рухо­мою і фіксуватися лише після встановлення заготовки на основні опори.

За характером розташування встановлювальні елементи по­діляються на:

- постійні і змінні;

- регульовані і нерегульовані;

- самовстановлювальні і з жорсткою установкою;

- пружні і жорсткі (непружні).

4. Геометрично площина визначається трьома точками. Таки­ми точками можуть служити три опори, що розташовуються в головній площині пристрою. Розташування трьох опор залежить від того на яку (чорнову чи чистову) базу буде встановлюватися заготовка.

У випадку використання як технологічної бази плоскої по­верхні заготовки в пристрої треба передбачати три нерухомих опо­ри. Вони повинні бути розташовані так, щоб утворювати якомога більший трикутник. Це забезпечує:

- стійкість заготовки при обробці;

- менша ймовірність попадання стружки під опори;

- спрощується обробка опор і їх заміна.

Найважливіше щоб рівнодійна сил різання і затискування були всередині опорного трикутника.

Безпосередньо на площину можна встановлювати лише невеликі за розмірами і нежорсткі деталі, при цьому головна площина пристрою повинна бути меншою за розміри бази заготовки.

 

Рис.9.1

Для встановлення заготовки на плоскі поверхні викори-стовують опорні штирі(чорнові – рис. 9.2 а, б; чистові – рис. 9.2 в).

Якщо штир змінний , то він з’єднується з корпусом посадкою з мінімальним зазором (рис.9.2 б), якщо постійний ‑ з натягом (рис.9.2 а).

 

а) б) в)

Рис.9.2

В окремих випадках замість чистових штирів використовують опорні пластини (рис. 9.3: а) – горизонтальні; б) – вертикальні).

 

 

а) б)

Рис. 9.3

Конструкції допоміжних регульованих та самовстановлю-вальних опор показані на рис.9.4: а), б) – регульовані; в) – само-встановлювальна.

 

 

а) б) в)

Рис.9.4

Матеріал штирів та пластин гартовані сталь 45, У8А, У10А, 20Х (HRC 50...60).

5. При встановленні заготовок по зовнішній циліндричній поверхні використовуються: призми (рис.9.5), патрони (рис.9.7), втулки (рис.9.8).

 

Рис.9.5

Чим більший кут призми, тим менша похибка встановлення, проте стійкість установки зменшується.

Залежно від шорсткості поверхні заготовки використовують призми вузькі (a⁰ ‑ малий) і широкі (a⁰ ‑ великий). Для необробле­них поверхонь – вузькі, для оброблених – широкі або призми з 4 опорами.

Матеріал призми гартована сталь 45 (HRC 50...60). Для корпусів великих призм може використовуватись сірий чавун, а опорні поверхні (щоки) ‑ сталеві.

Встановлення заготовки на дві циліндричні поверхні може здійснюватися за схемою показаною на рис.9.6.

 

 

Рис.9.6.

Патрони бувають двох-, трьох-, чотирьохкулачкові і цангові. Цангові патрони (див. рис.9.7) виготовляються зі сталі У10А, кут a = 30⁰.

 

 

Рис.9.7

Цанга – це розрізна пружинна втулка, яка використовується для центрування та закріплення пруткового матеріалу різного профілю та інших заготовок по внутрішній чи зовнішній поверхні.

Кулачкові і цангові патрони виконують дві функції – центру­вання і затискання заготовки.

Якщо базова циліндрична поверхня виконана по 6...8 ква-літету точності деталь можна встановлювати на поверхню втулки (рис.9.8).

 

Рис.9.8

 

6. Для встановлення заготовок по внутрішніх циліндрич­них отворахвикористовують пальці (рис.9.9) і оправки (рис.9.11).

 

 

Рис.9.9

При установці заготовки на два отвори (рис.9.10) викорис­товують два пальці, один з яких зрізаний. Ці зрізи компенсують похибку міжцентрової віддалі.

 

 

 

Рис.9.10

Пальці зі зрізом використовують також при установці загото­вок на площину і по одному обробленому отвору.

Для деталей, які мають внутрішню циліндричну поверхню із співвідношенням l/d ³ 1 широко використовують оправки: конічні (рис.9.11 а), циліндричні (рис.9.11 б) і шліцеві. При цьому деталь напресовується на оправку або встановлюється з зазором.

 

 

а) б)

Рис.9.11

Конусність оправки ¸

D > 10...20 мкм від діаметра отвору заготовки;

d < 10...30 мкм від діаметра отвору заготовки.

Конусні оправки прості але не можуть передавати великі крутні моменти.

Циліндричні оправки застосовуються при встановленні оброб­люваних деталей за допомогою рухомих або нерухомих з’єднань. Вони прості у виготовленні і дозволяють передавати великі крутні моменти, а також обробляти декілька деталей одночасно. Недолік: неточність базування за рахунок зазорів.

Шліцеві оправки і оправки з шпонковим пазом використову­ються тоді, коли заготовка в отворі має відповідні пази.

Всі оправки виготовляють з термічно оброблюваних сталей, їх гартують і шліфують до шорсткості R_a = 0,63 мкм.

При обробці деталей типу валів, осей, пальців і інших трубних заготовок досить часто використовується їхнє встановлення по спеціально виготовлених центрувальних отворах. Стандарт передбачає наступні форми центрувальних отворів:

‑ якщо потреба в отворі після обробки відпа­дає;

‑ якщо центрові отвори багаторазово викорис­товуються і зберігаються в конструкції готово­го виробу;

 

‑ для крупногабаритних валів;

‑ коли вимагається підвищена точність за­готовки;

 

‑ для монтажу, транспортування і проведення термообробки.

 

Кріплення деталі для обробки в центрах має наступні пере­ваги:

1. Простота конструкції пристроїв.

2. Можливість реалізації принципу постійності баз, оскільки базування заготовки по двох центрових отворах дає можливість сумістити вісь деталі з віссю центрів і звести похибку базування до мінімуму.

Центри бувають:

- жорсткі і обертальні;

- зрізані (для труб і гільз) і незрізані;

- з кутом 60⁰ і 75⁰;

- з насічкою і без насічки;

- плаваючі і неплаваючі.

Конструктивні різновидності центрів:

‑ звичайний;

‑ зворотній центр для заготовок Æ<4 мм;

 

‑ зрізаний задній центр для обробки торця заготовки;

 

 

‑ для обробки конічних поверхонь зі зміщенням задньої бабки;

‑ для обробки заготовок у вигляді труб без використання повідкового патрона;

 

‑ з твердосплавним кінцевиком.

 

На рис.9.12 показані конструкції а) обертального та б) пла­ваючого центрів:

 

 

а) б)

Рис.9.12

7. Процес механічної обробки передбачає знімання з поверхні заго­товки шару матеріалу, що супроводжується дією різального інструменту з певною силою на заготовку, що встановлена на встановлювальних еле­ментах пристрою. При обробці масивних заготовок вага яких більша за силу різання дія інструменту не може спричинювати зміни положення заготовки в пристрої. В такому випадку затискні елементи не потрібні. Аналогічними є випадки коли напрямом дії сили різання є протилежними до реакцій встановлювальних елементів пристрою. Проте в більшості випадків для забезпечення надійного контакту заготовки з встановлю­вальними елементами пристрої їх необхідно комплектувати спеціальними елементами – затискними елементами.

Затискними елементами пристроївназиваються окремі де­талі чи механізми пристроїв, які запобігають зміщенню та вібрації заготовки і забезпечують її надійний контакт з установлювальними елементами в процесі обробки.

Затискні елементи призначені для створення зусилля контактної взаємодії заготовки з опорниим поверхнями пристрою. Якщо затискні елементи пристроїв використовуються одночасно як установлювальні, то їх називають установлювально-затискними.

До затискних елементів ставляться наступні вимоги:

- збереження положення заготовки, яке досягнуте базуванням;

- незмінність положення заготовки при обробці;

- відсутність деформування заготовки та псування поверхні деталі;

- забезпечення необхідної сили затиску та швидкодія;

- зручність та безпечність в експлуатації.

Затискні елменти бувають прості (гвинтові, клинові, ексцент­рикові, важільні) і комбіновані, які складаються з двох і більше зблокованих елементів, що діють на одну чи більше деталей (гвинтово-важільні і т.п.).

Також затискні елементи пристроїв можуть бути:

- прості;

- механізовані;

- автоматизовані.

Ручні затисні елементи вимагають застосування сили м’язів людини (одиничне та дрібносерійне виробництво). При застосуван­ні ручних затискних пристроїв величина сили, що прикладається не повинна перевищувати 15 кГс (147 кН).

Механізовані затискні елементи пристроїв передбачають використання спеціальних механізмів, у тому числі із застосуван­ням різноманітних механізованих приводів (серійне виробництво).

Автоматизовані затискні елементи забезпечують затиск і вивільнення заготовки без участі робітника, відповідно до циклу проведення обробки. Вони приводяться в дію частинами верстату, які здійснюють переміщення (столами, шпинделями, супортами і т.п.) Використовуються в умовах масового і крупносерійного виробництва).

При проектуванні затискних елементів в першу чергу розраховують силу затиску. Для цього необхідно мати:

- схему встановлення заготовки;

- напрям дії сили різання;

- величину сили різання.

Розглянемо методику розрахунку сили затиску призматич­ної деталі при встановленні на штирі:

 

 

Рис.9.13

Р₁ і Р₂ – складові сили різання (Р₁ – притискає, Р₂ ‑ зсуває);

f₁, f₂ – коефіцієнти тертя заготовки з затискними і встановлю­вальними елементами відповідно.

Величина сили Р₂ визначається нерівністю:

Якщо в цю формулу ввести коефіцієнт запасу k > 1 і згрупува­ти відносно Q, то значення сили затиску можна записати:

Коефіцієнт тертя f ₂ приймають:

‑ при встановленні на плоскі опори 0,16;

‑ при встановленні необробленими поверхнями на сферичні опори 0,18...0,3;

‑ при встановленні на опори з рифленням – 0,7 і більше.

Коефіцієнт запасу k залежить від конкретних умов обробки і може коливатись в межах 1,5...3.

Сила затиску одним кулачком при встановленні в трьохку­лачковому патроні(рис.9.14)розраховується за формулою:

де М_різ – момент, що створюється силою різання;

f – коефіцієнт тертя між заготовкою і кулачком;

R – радіус заготовки.

При свердлінні отвору вздовж осі заготовки, розташованої в призмі (рис.9.15) сила затискання знаходиться за формулою:

,

де , М_різ ‑ крутний момент, який створює свердло;

R ‑ радіус заготовки;

f₁ – коефіцієнт тертя між заготовкою і затиском;

f₂ – коефіцієнт тертя між заготовкою і щоками призми;

a⁰ – кут призми.

 

 

Рис.9.14

 

 

Рис.9.15

Далі показані схеми затискання заготовок різноманітними елементами та формули для розрахунку зусилля затискання:

‑ гвинтовий (рис.9.16).

М_зат = 0,22 d×Q

 

 

Рис.9.16

Гвинтові затискні елементи можуть використовуватись самос­тійно і в комбінації з важільними чи іншими. Перевага: прості у виконанні. Недолік: не швидкодіючі, вимагають ручної сили.

‑ ексцентриковий (рис.9.17).

M_заг = Q [R sin j + r + e sin (a + j)]

де j ‑ приведений кут тертя;

a ‑ кут підйому;

r – радіус кола тертя цапфи.

r = r×f¢

де f¢ ‑ коефіцієнт тертя в цапфі

 

Рис.9.17

Перевага: швидкодіючі. Недолік: мала сила затиску.

‑ клиновий (рис.9.18).

N = Q tg (a + 2j)

де j ‑ приведений кут тертя;

a ‑ кут підйому;

 

 

Рис.9.18

Використовуються як проміжна ланка в комбінованих пристроях.

Переваги:

1) дозволяють збільшувати силу затиску;

2) дозволяють змінювати напрямок дії сили;

3) компактні і прості в експлуатації.

 

‑ цанговий (рис.9.19).

N = Q tg (a + j)

де j ‑ приведений кут тертя в цанзі;

a ‑ кут цанги;

 

 

Рис.9.19

‑ важільний (рис.9.20).

Q = N × l₂/l₁ + l₂

 

Рис.9.20

Важільні використовуються в поєднанні з іншими. Переваги ті самі, що і у клинових.

 

Встановлювально-затискні елементи пристроїв використо­вуються тоді, коли треба забезпечити високу точність розмірів де­талі заданої від осі технологічної бази (токарна обробка).

Можуть бути гвинтові, рейково-зубчасті, спірально-рейкові, клинові.

Це лещата з переміщенням призм і патрони (спірально-рейкові, мембранні, самоцентрувальні, з кільцевими мембранними пружинами.

Напрямні елементи пристроїв служать для підвищення точності розмірів оброблюваних деталей та збільшення продуктивності праці.

За призначенням:

– для швидкого встановлення інструмента на розмір (шаблони (рис.9.21) і встановлювачі (рис.9.22));

– для визначення положення, напрямку і траєкторії відносного руху інструмента і заготовки (втулки (рис.9.23) і копіри).

 

 

Рис.9.21

 

 

Рис.9.22

Встановлювачівикористовуються на пристроях для фрезер­них верстатів. Вони кріпляться до корпусу і використовуються для вивірки положення фрези і деталі перед обробкою (висотні, торце­ві, кутові). Матеріал: У7А, 20Х (НRС 55...60).

 

Рис.9.23

Кондукторні втулки для свердлильних пристроїв використовують­ся для спрямування інструменту при обробці внутрішніх циліндричних поверхонь (свердління, зенкерування, розверчування отворів).

Бувають: постійні і змінні, з буртиком і без буртика. Стійкість - 10...15 тис. свердлінь.

Матеріал ‑ гартовані сталі У10А, У 12А (НRС = 60...65).

Швидкозмінні втулки використовують тоді, коли отвір треба послі­довно обробляти декількома інструментами (свердло, зенкер, розвертка).

Копіривикористовують для обробки фасонних деталей на універсальних верстатах

Силові приводи пристроїв призначені для створення необхід­ної сили затиску заготовки.

Допоміжні функції:

- автоматизація і механізація прийомів;

- повертання пристроїв;

- вилучення стружки;

- регулювання подачі МОР.

Силові приводи перетворюють енергію певного виду в меха­нічну енергію затиску:

За видом перетворення енергії: пневматичні, гідравлічні, пнев­могідравлічні, магнітні, вакуумні, відцентрово-інерційні. Найбільш розповсюджені пневматичні силові приводи: пневмоциліндри, пневмокамери, сільфони.

Гідравлічні силові приводи мають наступні переваги перед пневматичними:

- малі габарити за рахунок створення в 10...30 раз більшої сили;

- спрощення конструкції через відсутність потреби в підсилюючих елементах;

- збільшення к.к. д. всього пристрою;

- менше зношування робочих поверхонь (масло);

- плавність і безшумність.

Недоліки:

- висока собівартість через точність деталей;

- потреба в маслі і системі його розподілу;

- засоби запобіганню витікання мастила.

Пневмогідравлічні поєднують переваги двох попередніх.

Вакуумні працюють за принципом дії атмосферного тиску безпосередньо на заготовку (чистову операції при обробці деталей, що мають плоску опорну поверхню.

Сила затиску до плити

де F – корисна площа контакту заготовки зі столом з отворами (см²);

p – тиск в камері (бар);

k₂ – коефіцієнт герметичності (0,8...0,85).

Електромагнітні силові приводи використовуються у вигляді плит і планшайб (для сталевих і чавунних заготовок).

Заготовка затискається до плоскої поверхні під дією електро­магнітного поля.

Сила затиску

де Ф – величина магнітного потоку, Вб;

S – площа розповсюдження магнітного потоку (см²).

Магнітні приводи використовують постійні магніти.

Відцентрово-інерційні – відцентрову силу. Використовуються тільки при наявності обертового руху пристрою.

 

Запитання для самоконтролю

1. Що таке пристрої?

2. Дайте класифікацію пристроїв за їх призначенням.

3. Які переваги дає застосування верстатних пристроїв?

4. Дайте класифікацію верстатних пристроїв за технологічними ознаками.

5. Дайте класифікацію верстатних пристроїв за ступенем спеціалізації.

6. Перерахуйте основні елементи пристроїв.

7. Дайте класифікацію опор пристрою.

8. Опишіть способи встановлення заготовок у верстатних пристроях.

9. Яким чином встановлюються заготовки плоскими поверх­нями?

10. Які елементи використовуються при встановленні заготовок по зовнішній циліндричній поверхні?

11. Яким чином встановлюються заготовки по внутрішніх циліндричних поверхнях?

12. Опишіть встановлення заготовок в центрах та охарактеризуй­те конструкції центрів та отворів під центри.

13. Що таке затискні елементи пристроїв?

14. Призначення затискних елементів та вимоги до них.

15. Дайте класифікацію затискних елементів.

16. Приведіть схему та методику розрахунку сили затиску приз­матичної деталі.

17. Нарисуйте схему та запишіть формулу для визначення сили затискання заготовки в трьохкулачковому патроні.

18. Дайте характеристику напрямних елементів пристроїв.

19. Що таке силові приводи пристроїв та які вони бувають?