ЛЕКЦИЯ 8. Приводы приспособлений

8.1. Пневматические приводы.

Силовые пневматические приводы состоят из пневмодвигателей, пневматической аппаратуры и воздухопроводов.

Пневматические силовые приводы разделяют по виду пневмодвигателя на пневматические цилиндры с поршнем и пневматические камеры с диафрагмами.

По способу компоновки с приспособлениями поршневые и диафрагменные пневмоприводы разделяют на встроенные, прикрепляемые и универсальные. Встроенные пневмоприводы размещают в корпусе приспособления и составляют с ним одно целое. Прикрепляемые пневмоприводы устанавливают на корпусе приспособления, соединяют с зажимными устройствами, их можно отсоединять от него и применять на других приспособлениях. Универсальный (приставной) пневмопривод - это специальный пневмоагрегат, применяемый для перемещения зажимных устройств в различных станочных приспособлениях.

Пневматические поршневые и диафрагменные пневмодвигатели бывают одно- и двустороннего действия. Пневмоприводы одностороннего действия применяют в тех случаях, когда при зажиме заготовки требуется сила, большая, чем при разжиме; пневмоприводы двустороннего действия - когда при зажиме и разжиме требуется большая сила, например в приспособлениях с самотормозящимися зажимными устройствами.

Пневмоприводы по виду установки делятся на не вращающиеся и вращающиеся. Не вращающиеся пневмоприводы применяют в стационарных приспособлениях, устанавливаемых на столах сверлильных и фрезерных станков, вращающиеся пневмоприводы - для перемещения зажимных устройств вращающихся приспособлений (патроны токарных станков). Пневмоприводы применяются также для зажимных устройств приспособлений, устанавливаемых на непрерывно или периодически вращающихся столах станков.

Преимущества:

1. Значительное сокращение времени на зажим и разжим (в 4-8 раз) вследствие быстроты действия (0,5- 1,2 с) пневмопривода;

2. Постоянство силы зажима заготовки в приспособлении;

3. Возможность регулирования силы зажима детали;

Рекомендуемые материалы

4. Простота управления зажимными устройствами приспособлений;

5. Бесперебойность работы пневмопривода при изменениях температуры воздуха в окружающей среде.

Недостатки пневматического привода:

Недостаточная плавность перемещения рабочих элементов, особенно при переменной нагрузке;

Небольшое давление сжатого воздуха в полостях пневмоцилиндра и пневмокамеры (0,39-0,49 МН/м (4-5 кгс/см));

Относительно большие размеры пневмоприводов для получения значительных сил на штоке пневмопривода.

Исходными данными для расчета зажимных устройств с пневматическими силовыми узлами являются: сила закрепления заготовки W, давление сжатого воздуха р, ход зажимного элемента L и время срабатывания t.

Пневматические поршневые приводы. В поршневых пневмоприводах одностороннего действия сжатый воздух подается только в полость А пневмоцилиндра и перемещает поршень 1 со штоком 3 вправо при зажиме заготовки. При разжиме детали поршень 1 со штоком 3 отводится влево пружиной 2, установленной на штоке, а воздух через золотник 4 крана 5 уходит в атмосферу. В поршневых пневмоприводах двустороннего действия сжатый воздух поочередно подается в обе полости А и Б пневмоцилиндра и перемещает поршень 1 со штоком 2 при зажиме и разжиме. Золотник распределительного крана 4 при повороте рукоятки производит последовательную подачу сжатого воздуха в полость А или Б пневмоцилиндра и выпуск воздуха из полостей в атмосферу

При расчете пневмоприводов определяют осевую силу на штоке поршня, зависящую от диаметра пневмоцилиндра и давления сжатого воздуха в его полостях. По заданной силе на штоке поршня и давлению сжатого воздуха определяют диаметр пневмоцилиндра. Расчет осевой силы на штоке поршневого привода производится по следующим формулам:

 - для пневмоцилиндров одностороннего действия

 -для пневмоцилиндров двустороннего действия при давлении сжатого воздуха на поршень в безштоковой полости:

 - в штоковой полости:

где D - диаметр пневмоцилиндра (поршня), см; d - диаметр штока поршня, см; р - давление сжатого воздуха р=0,39 МПа; η=0,85-0,9 - к.п.д., учитывающий потери в пневмоцилиндре; Q₁- сила сопротивления возвратной пружины в конце рабочего хода поршня,  Н.

Возвратная пружина на штоке при ее определенном сжатии (в конце рабочего хода поршня) должна оказывать сопротивление от 5 при больших до 20% при малых диаметрах пневмоцилиндра от силы на штоке пневмоцилиндра в момент зажима детали в приспособлении.

Найденный размер диаметра пневмоцилиндра округляют по нормали и по принятому диаметру определяют действительную осевую силу на штоке.

Пневмоцилиндры вращающиеся. Пневмоцилиндры с помощью воздухоподводящих муфт соединяются с сетью подачи сжатого воздуха. Вращающийся нормализованный пневмоцилиндр и воздухоподво­дящая муфта М.

Пневмоцилиндр установлен на заднем конце шпин­деля станка и вращается вместе с ним. На корпусе 5 пневмоцилиндра винтами закреплена крышка 6. Внутри корпуса 5 размещен поршень 4 со штоком 3. В корпусе установлен валик 2, закре­пленный гайкой 1, на ко­тором смонтирована воз­духоподводящая муфта.

На поршне устанавли­вают уплотнения из мас­лостойкой резины. Утечке сжатого воздуха из пнев­моцилиндра в атмосферу препятствует установлен­ные в корпусе 5 и крышке б резиновые уплотнения и прокладки между корпу­сом и крышкой, а утечке воздуха из воздухоприемной муфты М - уплотняющие манжеты 11.

Стационарные пневмоцилиндры. Стационарными называют пневмоцилиндры, корпус которых жестко закреплен на приспособлении. Они предназначены для механизации и автоматизации станочных приспособлений. Стационарные пневмоцилиндры двустороннего действия стандартизованы.

По способу крепления к приспособлениям пневмоцилиндры подразделяют на четыре типа: с удлиненными стяжками; с фланцевым креплением; с лапками; с шарнирным креплением.

Стационарный пневмоцилиндр, который крепится к корпусу приспособления удлиненными стяжками. Уплотнения применяют в месте сопряжения поршня с корпусом цилиндра и на штоке; они осуществляются резиновыми уплотнениями У-образного сечения, кольцами круглого сечения и угловыми воротниковыми манжетами. Сжатый воздух подается в полости цилиндра через штуцеры, которые завинчены в резьбовые конические отверстия 2 и 6.

Сдвоенный стационарный пневмоцилиндр с двумя поршнями на одном штоке. Такой пневмоцилиндр при рабочем ходе поршней создает осевую силу на штоке в 2 раза больше по сравнению с пневмоцилиндром с одним поршнем такого же размера. Корпус 1 пневмоцилиндра разделен перегородкой 3 на две части. На корпусе винтами закреплены крышки 4, 6. При подаче через штуцер в отверстии 7 сжатый воздух расходится по каналам а, в, г корпуса и поступал в правые полости цилиндра, давит на поршни 2 и 5 и перемещает их влево. В случае подачи через штуцер в отверстии е сжатый воздух расходится по каналам д, ж, и корпуса и, поступал в левые полости цилиндра перемещает поршни вправо.

Цилиндры с двумя и тремя поршнями на одном штоке применяют в качестве пневмоприводов для стационарных и вращающихся приспособлений, когда требуется при небольшом диаметре цилиндра получить большую силу на штоке, а конструкция станка или приспособлении не позволяет применить пневмоцилиндр большого диаметра.

 - сила на штоке пневмоци­линдра с двумя поршнями при толкающем движении поршней со штоком

 -при тянущем движении поршней со штоком вправо с одинаковым диаметром штока

 - с разными диаметрами штоков

где D - диаметр поршня пневмоцилиндра; d₁ и d - диаметры штока в полостях цилиндра; р - давление сжатого воздуха р=0,39 МПа; η=0,85-0,9 - к.п.д. пневмоцилиндра.

Уплотнения пневмоцилиндров. Основным условием работы пневмоцилиндра является его полная герметичность. Для герметизации пневмоцилиндров применяют уплотнения кольцевых зазоров в сопряжениях поршней с цилиндрами, штоков с отверстиями.

В пневмоцилиндрах применяют три типа уплотнителей:

• манжеты У-образного сечения из маслостойкой резины для уплотнения поршней и штоков;

• кольца круглого сечения из маслостойкой для уплотнения поршней и штоков;

• уголковые воротниковые манжеты из маслостойкой резины.

К пневматическим цилиндрам предъявляют следующие технические требования, они должны быть:

• герметичны и не допускать утечки сжатого воздуха при давлении воздуха р=0,58 МПа;

• проверены на прочность при давлении сжатого воздуха р=0,9 МПа;

• проверены на работоспособность; перемещение поршня со штоком из одного крайнего положения в другое в диапазоне рабочих давлений р=0,195-0,58 МПа должно происходить плавно, без рывков;

обеспечивать осевую силу, развиваемую поршнем со штоком цилиндра при его перемещении с давлением сжатого воздуха р=0,58 МПа, не менее 85% от расчетной силы

обеспечивать герметичность:

для цилиндров с уплотнением поршня манжетами не менее 400000 двойных ходов при длине хода, равной двум диаметрам цилиндра;

для цилиндров с уплотнением поршня кольцами круглого сечения не менее 150000 двойных ходов.

При применении У-образных манжет сопряжение поршня с цилиндром производится с посадкой Н11/d11 с шероховатостью поверхности цилиндра Rа= 1,25 мкм. В случае использования колец круглого сечения осуществляют посадку с шероховатостью цилиндра Rа=0,32 мкм.

Диафрагменные пневмоприводы (пневмокамеры). Пневмокамеры с упругими диафрагмами бывают одно и двустороннего действия. В зависимости от способа компоновки с приспособлениями пневмокамеры подразделяют на универсальные, встраиваемые и прикрепляемые.

Нормализованная пневмокамера одностороннего действия с тарельчатой (выпуклой) диафрагмой, служащая для перемещения зажимных устройств при закреплении и раскреплении в стационарных приспособлениях. Пневмокамера состоит из корпуса 5 и крышки; между ними винтами зажата тарельчатая резинотканевая диафрагма 6, жестко прикрепленная к стальному диску 4, установленному на штоке 8. От распределительного крана сжатый воздух через штуцер 1 поступает в бесштоковую полость пневмокамеры и перемещает диафрагму 6 с диском и штоком вправо. Во время перемещения диафрагмы вправо воздух из штоковой полости через отверстие “а” уходит в атмосферу.

После обработки сжатый воздух из бесштоковой полости через распределительный кран выпускается в атмосферу. Пружины 2 и 3 отводят диафрагму с диском и штоком влево.

Пневмокамера крепится к корпусу приспособления шпильками 7.

Нормализованная пневмокамера двустороннего действия, применяемая для перемещения зажимных элементов приспособления в стационарных условиях. Корпус пневмокамеры состоит из двух крышек 1, между которыми винтами зажата тарельчатая резинотканевая диафрагма 2, жестко закрепленная кольцом с заклепками на стальном диске 3, который сидит на шейке штока и закреплен корончатой гайкой. Сжатый воздух через штуцер в отверстии “а” подается в бесштоковую полость пневмокамеры и перемещает диафрагму 2 с диском 3 и штоком 4 вправо. При этом шток через промежуточные звенья перемещает зажимные устройства приспособления и заготовка зажимается.

После обработки сжатый воздух через штуцер в отверстии “б” поступает в штоковую полость пневмокамеры и перемещает диафрагму 2 со штоком 4 в исходное положение. При этом шток через промежуточные звенья раздвигает зажимные элементы приспособления и деталь освобождается. В это время воздух из бесштоковой полости через штуцер в отверстии “а” поступает в распределительный кран и уходит в атмосферу. Пневмокамера крепится к корпусу приспособления шпильками 5.

Корпус и крышку камеры одностороннего действия изготавливают из серого чугуна, алюминиевого сплава или штампуют из стали.

Тарельчатые диафрагмы изготавливают в пресс-формах из четырехслойной ткани бельтинг, с обеих сторон покрытой маслостойкой резиной. Плоские диафрагмы изготавливают из листовой технической резины.

Расчетные диаметры D диафрагм выбирают из ряда: 125, 160, 200, 250, 320, 400, 500 мм. Толщину диафрагмы h выбирают в зависимости от ее диаметра D: h=4-8 мм.

Диаметр d опорных дисков принимают для резинотканевых диафрагм d=0.7Dмм; для резиновых диафрагм  d=D- 2h-(2..4) мм.

Основными величинами, определяющими работу пневмокамеры, является сила Q на штоке и длина рабочего хода штока.

В пневмокамерах усилие на штоке меняется при перемещении штока от исходного положения в конечное. Оптимальная длина хода штока пневмокамеры, при котором сила Q изменяется незначительно, зависит от расчетного диаметра D диафрагмы, ее толщины h, материала, формы и диаметра d опорного диска диафрагмы.

Если перемещать шток пневмокамеры на всю длину рабочего хода, то в конце хода штока вся энергия сжатого воздуха будет расходоваться на упругую деформацию диафрагмы, и полезное усилие на штоке снизится до нуля. Поэтому используют не всю длину рабочего хода штока диафрагмы, а только ее часть, чтобы сила на штоке в конце хода составляла 80-85% силы при исходном положении штока.

Приближенно сила на штоке пневмокамер одностороннего действия для тарельчатых (выпуклых) и плоских диафрагм из прорезиненной ткани:

 - в исходном положении штока

- после перемещения штока на длину 0,3D для тарельчатых и 0,07D для плоских диафрагм

Сила Q на штоке пневмокамеры для плоских резиновых диафрагм при подаче сжатого воздуха в бесштоковую полость

  - начальном положении штока

 -  положении штока после перемещения на длину 0,22D

Оптимальная длина хода штока пневмокамеры одностороннего действия от исходного до конечного положения штока:

Для тарельчатой резинотканевой диафрагмы

L=(0.25-0.35)D

Для плоской резинотканевой диафрагмы

L=(0.18-0.22)D

Сила Q на штоке диафрагменной пневмокамеры двустороннего действия для тарельчатых и плоских резинотканевых диафрагм при подаче воздуха в безштоковую полость:

 - в исходном положении штока

 - после перемещения штока на длину 0,3D для тарельчатых и 0,07D для плоских диафрагм

 - сила Q на штоке диафрагменной пневмокамеры двустороннего действия при подаче воздуха в штоковую полость:

 - после перемещения штока на длину 0,3D для тарельчатых и 0,07D для плоских резинотканевых диафрагм

где D - диаметр диафрагмы внутри пневмокамеры, см; d - диаметр опорного диска диафрагмы, р - давление сжатого воздуха, МПа, Q₁ -сопротивление возвратной пружины при конечном рабочем положении штока, Н; d₁ - диаметр штока, см.

В лекции "Оценка интересующей личности" также много полезной информации.

Пневмокамеры по сравнению с пневмоцилиндрами имеют ряд преимуществ:

1. Более просты по конструкции и стоят дешевле;

2. Требуют меньшей точности изготовления и чистоты обработанной поверхности;

3. При нормальных условиях эксплуатации диафрагменные пневмокамеры выдерживают до износа 500000 включений, а уплотнения деталей пневмоцилиндра - значительно меньше.

4. у пневмокамер одностороннего действия отсутствует утечка воздуха, а у пневмокамер двустороннего действия уплотнения применяют только на штоке.

Недостатками пневмокамер являются небольшая величина перемещения диафрагмы со штоком и уменьшение усилия на штоке пневмокамеры при его перемещении из исходного в конечное положение. Пневмокамеры применяют в тех случаях, когда требуется небольшой ход штока и меньшая осевая сила на штоке пневмокамеры.