Основные части приспособлений, их назначение и устройство
Самым распространенным видом технологической оснастки являются станочные приспособления для установки и закрепления заготовок.
Вся номенклатура элементов УСП-8 делится по назначению на группы: базовые, корпусные, установочные, направляющие, прижимные, крепежные, разные детали и сборочные единицы. Перечисленные группы весьма различны по сложности и точности обработки входящих в них элементов: элементы разных групп изготовляются из разных материалов и проходят разную термическую обработку.
Базовые детали (ГОСТ 14364-69 — ГОСТ 14392-69). Количество типоразмеров деталей 66. К этой группе относятся квадратные, прямоугольные и круглые плиты, базовые кольца и базовые угольники, конусные оправки, то есть наиболее крупные детали, которые обычно служат основанием приспособления. Базовые детали изготовляются из сталей 12ХНЗА, 20Х, цементируются на глубину 0,6 — 1,0 мм и закаливаются до твердости НRС 58-62.
Корпусные детали (ГОСТ 14393-69 — ГОСТ 14498-69). Корпусы — базовые наиболее ответственные элементы приспособлений, с помощью которых все детали и устройства приспособлений объединяются в единое целое. Корпусы обеспечивают заданное относительное расположение всех элементов и устройств приспособления, воспринимают силы обработки и зажима заготовок. Количество типоразмеров деталей 514. В эту группу входят прокладки, подкладки, опоры, проставки, призмы, угловые опоры и подкладки, угольники (ребристые, монтажные, установочные) и плашки, т. е. все детали, которые служат для образования корпуса приспособления. Корпусные детали изготовляются из стали 40Х, азотируются па глубину 0,15 — 0,25 мм, твердость поверхности НV 550 — 600, а также из сталей 12ХН3А, 20Х, цементируются на глубину 0,6 — 1,0 мм и закаливаются до твердости HRC 58—62. Их изготавливают из серого чугуна (СЧ10, СЧ15 и др.), который обладает хорошими демпфирующими свойствами; высокопрочных сталей (СтЗ, Ст5, сталь 35Л, сталь 45 и др.); алюминиевых (АЛ6, АЛ9 и др.) и других легких сплавов; пластмасс и компаундов на базе эпоксидных смол и других конструкционных материалов. В зависимости от материала используют различные методы изготовления корпусов: литье (чугун, сталь, алюминиевые сплавы, эпоксидные смолы), ковка и штамповка (сталь, алюминиевые сплавы), вырезка из сортового материала (стальной и алюминиевый прокат, пластмассы), сварка (сталь, алюминиевые сплавы), сборка из отдельных элементов.
Корпус приспособления, как правило, литой, сварной или сборный, является его основным несущим элементом, на котором устанавливаются все остальные устройства: силовое устройство, опоры, механизм закрепления и др. К различным поверхностям корпуса приспособления предъявляются различные технические требования по точности (квалитет, допуск формы и взаимного расположения) и качеству обрабатываемой поверхности (шероховатость). Многие поверхности корпуса остаются необработанными. Наиболее ответственные поверхности, используемые для установки опорных элементов механизма закрепления, силового механизма или других ответственных устройств, тщательно обрабатываются и к ним предъявляются повышенные требования по точности взаимного расположения, точности геометрической формы, качеству обработанной поверхности. Особое внимание следует обратить на поверхности корпуса приспособления, контактирующие с рабочим столом металлорежущего станка (как обработаны, их взаимосвязь через точностные параметры с поверхностями, на которые устанавливаются опорные элементы и т.д.). Каждый корпус имеет конструктивные элементы, используемые для крепления приспособления на столе станка.
С учетом большого разнообразия изготавливаемых деталей, методов обработки и типов станков конфигурация корпусов приспособлений может быть самой разнообразной (в виде плит, угольников, сложной коробчатой формы и др.).
На рис. 2 показаны различные технологические варианты изготовления корпуса для одного и того же приспособления (после снятия напусков и припусков). Конфигурации заготовок сборного и кованого корпусов наиболее просты.
Значительное удешевление приспособлений и сокращение сроков их изготовления обеспечиваются за счет стандартизации корпусов и их заготовок. При наличии запаса стандартных заготовок различных типоразмеров можно быстро получить желаемую конструкцию корпуса путем их соответствующей доработки. На рис. 5 показаны некоторые типы стандартных заготовок корпусов (ГОСТ 1412—79).
Направляющие детали (ГОСТ 14499-69 — ГОСТ 14500-69) Количество типоразмеров деталей 21. К этой группе относятся переходные и кондукторные втулки, валики и колонки; они служат для направления режущего инструмента и настройки размеров приспособления. Направляющие детали изготовляются из сталей 9ХС, У8А, 20Х и закаливаются до твердости HRC 56—64. Переходные и кондукторные втулки для сборки компоновок УСП-8 следует применять из ГОСТ 15361-70 — ГОСТ 15363-70, входящих в перечень стандартов на элементы УСП-12.
Элементы для определения положения и направления инструментов служат для постановки обрабатывающего инструмента в требуемое положение (высотные и угловые установы); направления сверл, зенкеров, разверток, дорнов, расточных борштанг и другого инструмента (кондукторные втулки); обеспечения заданной кинематики перемещения инструмента (копиры). Указанные элементы должны иметь повышенные точность и качество отделки, высокую износостойкость.
Установочные детали (ГОСТ 14501-69 — ГОСТ 14520-69). Количество типоразмеров деталей 170. В ту группу входят шпонки привёртные, штыри установочные пальцы и диски, передвижные пальцы, переходники, цилиндрические центры, т. е. детали, служащие для установки и фиксации корпусных элементов приспособления или установки обрабатываемых деталей. Установочные детали изготовляются из стали У8А, закаливаются до твердости HRC 48—56, а также из стали 12ХНЗА, цементируются на глубину 0,6 — 1,0 мм и закаливаются до твердости HRC 58 — 62.
Установочные элементы (опоры) служат для ориентации заготовки в пространстве, базирования заготовок и деталей при обработке, сборке и контроле. Опоры могут быть неподвижными, подвижными, плавающими и регулируемыми. Неподвижные опоры жестко соединяются с корпусом приспособления, подвижные могут перемещаться по базе в процессе обработки заготовки или при установке ее в приспособление. В качестве примера подвижных опор могут служить опоры подвижного люнета токарного станка, плавающих — подвижный (утопающий) палец или центр. Регулируемые (подводимые и самоустанавливающиеся) элементы играют роль дополнительных опор для повышения жесткости обрабатываемых в приспособлениях нежестких заготовок.
В качестве установочных элементов при базировании заготовок по плоскостям используют точечные неподвижные опоры со сферической, плоской и рифленой рабочими поверхностями (при использовании черных базовых поверхностей) и опорные пластины (при использовании обработанных базовых поверхностей). Выбор постоянных точечных опор осуществляют по ГОСТ 13440—68. ГОСТ 13442—68, регулируемых — по ГОСТ 4084—68. ГОСТ 4085—68, самоустанавливающихся — по ГОСТ 13159—67. Опорные пластины выбирают по ГОСТ 4743—68.
По внешним цилиндрическим поверхностям заготовки устанавливают в призмы (ГОСТ 12195—66... ГОСТ 12197—66), втулки и полувтулки, цанги, кулачки самоцентрирующих патронов (ГОСТ 2675—80, ГОСТ 3890—82 и др.) и подобные установочные и установочно-зажимные элементы; по внутренним — на рабочую поверхность различных оправок (ГОСТ 16211—70 и др.), на пальцы (ГОСТ 12209—66. ГОСТ 12212—66), сухари, кулачки разжимных устройств и другие установочные элементы.
Для установки заготовок по центровым гнездам и фаскам отверстий используют различные по конструкции центры (ГОСТ 2576—79, ГОСТ 8742—75), для установки зубчатых колес по эвольвентным профилям — ролики, шары, витые пружины и другие элементы. Наиболее распространенные разновидности установочных элементов показаны на рис. 4 и 5. Чаще всего в конкретном приспособлении используют несколько видов установочных элементов, так как базирование заготовок обычно осуществляется не по одной базе, а по их комплекту. Количество этих элементов и их расположение в приспособлении выбирают в зависимости от требуемой точности ориентации и устойчивости заготовки согласно принятой в технологическом процессе схеме базирования.
Установочные элементы должны обладать повышенной изно состойкостью, длительное время сохранять свои размеры и относительное положение. Поэтому их изготавливают из углеродистых и легированных сталей (У7, У8, У10А, 65Г и др.) с закалкой до твердости 56...61 HRC3 или из конструкционных сталей (15ХН, 20, 20Х и др.) с цементацией на глубину 0,8...1,2 мм и последующей закалкой до той же твердости. В ряде случаев их армируют твердым сплавом и другими материалами. Шероховатость рабочих поверхностей установочных элементов соответствует чаще всего параметру Ra = 2,5...0,32 мкм.
Кроме того, установочные элементы не должны ухудшать качество поверхностей деталей, стыки их должны быть достаточно жесткими. В целях упрощения и ускорения ремонта приспособлений установочные элементы следует выполнять легкосменными.
Опорные элементы приспособления применяются для установки на них заготовки с целью её обработки. Конструктивно они могут быть выполнены в виде опор, пластин, призм, специальных оправок, пальцев различных конструкций и т.д. Конструкция опорных элементов зависит от геометрической формы обрабатываемой заготовки, поверхности, которой заготовка будет контактировать с ними, точности обработки этих поверхностей и других факторов. В процессе эксплуатации приспособления опорные элементы изнашиваются или на их рабочих поверхностях могут появиться повреждения. Поэтому, с целью устранения возможных погрешностей, опорные элементы устанавливают на приспособление, в зависимости от конструкции, либо по переходной или неподвижной посадке (цилиндрические опоры, пальцы и т.д.), либо закрепляют винтами (опорные пластины, призмы и др.).
Прижимные детали (ГОСТ 14521-69 — ГОСТ 14532-69). Количество типоразмеров деталей 48. Эту группу составляют прихваты и планки, которые служат для закрепления обрабатываемой детали в приспособлении. Прижимные детали изготовляются из стали 20, цементируются на глубину 0,6 — 1,0 мм и закаливаются до твердости HRC 52 — 56.
Крепежные детали (ГОСТ 14533-69 — ГОСТ 14555-69). Количество типоразмеров деталей 190. В эту группу включены болты, винты, шпильки, гайки и шайбы; они служат для соединения между собой элементов приспособления и закрепления обрабатываемой детали. Крепежные детали изготовляются, из сталей З8ХА, 40Х, 45, 20 и закаливаются до твердости HRC 36 — 52.
Механизм закрепления предназначен для надежного закрепления заготовки в приспособлении при ее обработке и является промежуточным звеном между силовым механизмом и устанавливаемой в приспособлении заготовкой. Как правило, в качестве механизма закрепления применяют систему механизмов, состоящую из рычажного механизма в сочетании с клиновым, эксцентриковым или иным механизмом. В некоторых случаях заготовка может быть закреплена массой подвижных частей приспособления, например массой кондукторной плиты в приспособлении для сверления отверстий.
Зажимные элементы и устройства приспособлений предназначены для обеспечения надежного контакта базовых поверхностей заготовок с установочными элементами приспособлений и предупреждения смещения заготовки при обработке. В ряде случаев зажимные элементы одновременно выполняют функции установочных (кулачки, призмы и лепестки цанг в самоцентрирующих кулачковых, призматических и цанговых патронах, губки в тисках и т. п.).
Зажимные элементы и устройства приспособлений должны быть просты по конструкции, надежны в работе и удобны в обслуживании; обеспечивать равномерность распределения сил зажима (особенно при закреплении нескольких заготовок в многоместных приспособлениях); быть сменными и износостойкими; обладать достаточным ходом, обеспечивающим удобную установку и снятие заготовок; не должны вызывать деформации закрепляемых заготовок, смещения и порчи их поверхностей, не должны самопроизвольно отключаться. Закрепление и открепление заготовок в приспособлении должно производиться с минимальными затратами сил и времени рабочего. Например, необходимое усилие на рукоятку (штурвал, маховик) для обеспечения ручного привода зажимного устройства не должно превышать 150 Н.
Наиболее распространены элементарные зажимные устройства — винтовые, клиновые, рычажные, эксцентриковые и цанговые. Чаще в приспособлениях используются сложные (комбинированные) устройства, состоящие из двух или нескольких элементарных.
Силовой механизм приспособления - механизм или устройство, обеспечивающее требуемую силу закрепления заготовки Q. В качестве механизма закрепления могут быть использованы гидро- или пневмоцилиндры, электрические, электромагнитные и другие приводы. Простейшим силовым механизмом может быть винтовой механизм. В определенных случаях силовой механизм может непосредственно закреплять заготовку, т.е. в приспособлении может отсутствовать механизм закрепления. Силовые приводы приспособлений обеспечивают воздействие зажимных элементов на закрепляемую заготовку с заданной силой и в определенном направлении. Наиболее распространены пневматические (поршневые, диафрагменные, пластинчатые и сильфонные) приводы с повышенным быстродействием, позволяющие регулировать и легко контролировать возбуждаемые ими силы закрепления и обеспечивающие их стабильность. Они просты в изготовлении и обслуживании, их работоспособность не зависит от температуры окружающей среды. Давление воздуха в пневмосистеме — 0,4...0,6 МПа.
Существуют также вакуумные пневмоприводы, однако их использование сдерживается необходимостью применения вакуумных одно- и двухступенчатых поршневых или струйных насосов (эжекторов), работающих с использованием сжатого воздуха.
Для обеспечения необходимых сил зажима малогабаритными устройствами применяют гидравлические, пневмо- и механо- гидравлические приводы. Силы зажима создаются при малых размерах гидроприводов за счет высокого давления жидкости в их гидросистеме (10 МПа и более).
Обеспечение надежных уплотнений подвижных соединений в таких приводах затруднено из-за большого давления жидкости (масла). Гидравлические приводы целесообразно использовать на гидрофицированных станках. Кроме того, используются электромагнитные, магнитные (с постоянными магнитами), электромеханические, центробежно-инерционные приводы и приводы от движущихся элементов станков и сил, возникающих при обработке, а также ручные приводы зажимных устройств.
Разные детали (ГОСТ 14556-69 — ГОСТ 14581-69). Количество типоразмеров деталей 124. К этой группе относятся ушки, вилки, хомутики, оси, опоры постоянные и колпачковые наконечники, кольца пружинные, шайбы упорные, рукоятки, ножки, пружины и т. д.; они имеют самое различное назначение. Разные детали изготовляются из сталей 20, 45, 8А, 20Х и закаливаются до твердости HRC 38 — 56.
Вспомогательные механизмы устанавливаются на приспособление с целью повышения точности механической обработки, производительности труда, техники безопасности и в других целях, позволяющих повысить эффективность машиностроительного производства. Они могут быть выполнены в виде отдельных деталей, например, упор, фиксатор и т.д., или в виде достаточно сложного в конструкторском отношении механизма — поворотный стол, кондукторная плита, делительное устройство и т.п. К вспомогательным относятся поворотные и делительные устройства с дисками и фиксаторами; различные выталкивающие устройства (выталкиватели); быстродействующие защелки и откидные винты для крепления откидных элементов приспособлений (например, шарнирно установленных кондукторных плит); подъемные механизмы станочных приспособлений, обеспечивающие выполнение специальных технологических приемов; тормозные и прижимные устройства; рукоятки; сухари; шпильки; маховички; крепежные и другие детали.
С помощью поворотных, делительных и подъемных устройств, применяемых в многопозиционных приспособлениях, обрабатываемой заготовке придаются различные положения относительно станка. Делительные устройства состоят из дисков, закрепляемых на поворотных частях приспособлений, и фиксаторов (рис. 6). Наиболее просты в изготовлении, но наименее точны в работе шариковые фиксаторы. Они не воспринимают крутящих моментов при обработке. Фиксаторы кнопочного типа с цилиндрическими пальцами (выполняются по ГОСТ 13160— 67) могут воспринимать крутящие моменты от сил резания.
Наиболее точными являются фиксаторы с коническими пальцами реечного типа (регламентируются ГОСТ 13162—67). Для повышения износостойкости стальные пальцы и втулки (ГОСТ 12214—66, ГОСТ 12215—66) фиксаторов выполняют с закалкой или цементацией и закалкой до твердости 56...61 HRC3.
На рис. 7 показана специализированная наладочная двухшпиндельная делительная головка. Головка обеспечивает поворот шпинделя 6 и имеет делительное устройство, состоящее из диска 8, подпружиненного фиксатора 5 в виде защелки и эксцентрикового устройства 4 вывода фиксатора из паза делительного диска. Поворот шпинделя 6 во втулке 7 контролируется по лимбу 1. Кроме того, для разгрузки делительного механизма от крутящего момента и исключения вибрации при обработке заготовок предусмотрено прижимное устройство в виде гайки 3 с рукоятками 2 и резьбового пояска шпинделя 6. После поворота на необходимый угол и фиксации шпинделя вращением гайки 3 торцы делительного диска 5, закрепленного на фланце шпинделя, и лимба 1 плотно поджимаются к поверхностям корпуса 9. При этом подвижная система лишается возможности поворота и прочно удерживается в заданном положении.
Описанное приспособление в комплекте с двушпиндельной задней бабкой и оправками используют для фрезерования деталей типа втулок и круглых гаек на горизонтально-фрезерном станке. Заготовки надевают вне станка на сменные оправки пакетами и зажимают на них гайками. Оправки с заготовками устанавливают одним концом в конусное гнездо шпинделя делительной головки и подпирают подвижными центрами задней бабки. Заготовки обрабатывают набором фрез. Сменные делительные диски обеспечивают деление окружности на заданное число частей в зависимости от количества шлицев (пазов, лысок) в деталях. Оправки поворачивают рукояткой, вставляемой в радиальные отверстия фланца шпинделя 6, при отжатой гайке 3 и выведенном из паза делительного диска фиксаторе 5.
Выталкиватели (рис. 8) используют для ускорения снятия небольших деталей с приспособления.
Примером подъемных механизмов может служить подъемное устройство расточных приспособлений. В случае, когда нужно одновременно расточить в заготовке несколько последовательно расположенных отверстий одинакового диаметра одной борштангой, предусматривается подъемное устройство, на котором устанавливается обрабатываемая заготовка. В результате подъема и, следовательно, смещения оси необработанных отверстий заготовки относительно оси борштанги обеспечивается проход расточной скалки в кондуктор и заготовку с установкой резцов в исходное положение перед растачиваемыми на данной операции отверстиями. После этого подъемная часть с заготовкой опускается и крепится к неподвижному основанию приспособления.
Сборочные единицы (ГОСТ 14582-69 — ГОСТ 14607-69). Количество типоразмеров сборочных единиц 71. В эту группу входят поворотные головки, опоры поворотные, фиксаторы, кронштейны поворотные, бабки центровые, кулачковые и тисочные зажимы и т. п., служащие для ускорения сборки компоновок УСП. Основные элементы сборочных единиц изготовляются из стали 20Х, цементируются на глубину 0,6 — 1,0 мм и закаливаются до твердости HRC 58 — 62.
Состав комплекта
Для внедрения в производство универсально-сборных приспособлений каждому предприятию нет необходимости приобретать детали и сборочные единицы всех типоразмеров, предусмотренных стандартами . Номенклатурный и количественный состав комплекта УСП-8 зависит от характера и объема выпускаемой заводом продукции и колеблется в больших пределах (4 — 50 и более тысяч элементов). От правильности подбора комплекта зависит экономическая эффективность его применения. Практикой установлено, что в комплекте должны быть распределены по группам в следующих пропорциях:
· базовые 0,5 — 1%
· корпусные 14 — 15%
· установочные 20 — 22%
· направляющие З — 4%
· прижимные 4 — 5%
· крепежные 51 — 53%
· разные 4 — 5%
· сборочные единицы 0,5 — 1%
Вместе с тем необходимо, чтобы в комплекте шпонки привертные составляли примерно 20%, винты с цилиндрической головкой 20%, болты пазовые 10%, гайки 10 — 13% всего количества элементов
|