ЛЕКЦИЯ 10. Приводы приспособлений (продолжение)

10.1. Механогидравлические приводы.

В приспособлениях, требующих больших сил зажима, применяют ручные механогидравлические приводы, которые состоят из ручного винтового зажима и гидравлического цилиндра (рис. 1.33). Во время поворота рукоятки 1, винт 2 через плунжер 8 вытесняет масло из резервуара 3 в нижнюю полость цилиндра 4. При этом поршень 7 со штоком 5 перемещается вверх и шток через промежуточные звенья зажимает заготовку. После обработки, вращая рукоятку 1, отводят винт 2 вправо. Возвратная пружина 6 перемещает шток с поршнем вниз, и деталь освобождается.

Сила на штоке гидроцилиндра механогидравлического

привода:

Где Q - сила на штоке, Н; Р - сила, прикладываемая рабочим к рукоятке винта, Н; L - расстояние от точки приложения силы до оси винта, см; r, средний радиус резьбы винта, см; D - диаметр поршня гидроцилиндра, см; d диаметр штока плунжера, см; α 2°30-3°30 - угол подъема резьбы; φ 6⁰34 - угол трения в резьбовом соединении; η=0,9 - коэффициент, учитывающий трение в уплотнениях; - сила сопротивления возвратной пружины, Н.

10.2. Электромагнитные приводы приспособлений

На рис. 1.37, а, б даны принципиальные схемы электромагнитного приспособления (а) и приспособление с постоянными магнитами (б). На схемах зажим заготовки 1 на установочной поверхности приспособления производит рабочий магнитный поток являющийся частью полного магнитного потока, образуемого электромагнитными катушками или постоянными магнитами. Поток Ф, подводится к рабочему зазору по стальным магнитопроводам. Так как магнитный поток непрерывный, то, произведя работу, он должен снова вернуться к источнику энергии, следовательно, магнитная цепь, по которой проходит магнитный поток, должна быть замкнутой. В электромагнитном приспособлении (рис. 1.37, а) такая магнитная цель состоит из электромагнитных катушек 5, которые являются источником энергии, магнитопровода 3. Основание б приспособления представляет собой часть сердечника электромагнитной катушки, которая в данном случае как бы, разделена на две части.

Чтобы магнитный поток прошел через рабочий зазор, магнитопроводы З изолированы от корпуса адаптерной плиты 2 приспособления немагнитной прокладкой 4.

В магнитном приспособлении магнитная цепь, по которой проходит рабочий поток, состоит из постоянных магнитов 5, являющихся источником энергии, магнитопровода 3, обрабатываемой заготовки 1, магнитопровода 7 и основания 6. Магнитный поток снова возвращается в постоянный магнит 5.

В станочных приспособлениях с электромагнитным и магнитным приводами рабочий магнитный поток, создаваемый электромагнитными катушками или постоянными магнитами, образует силу, которая производит крепление заготовки на плоскости магнитного приспособления.

Рекомендуемые материалы

В магнитных приспособлениях рабочий магнитный поток проходит через обрабатываемую заготовку, которая является частью магнитопровода. Сопротивление магнитопровода в основном зависит от магнитной проницаемости материала участков магнитопровода, поэтому электромагнитные и магнитные приспособления применяют для установки и зажима заготовок из материала с большой магнитной проницаемостью. Большую магнитную проницаемость имеют незакаленные стали, меньшую - чугуны, весьма небольшую - закаленные и легированные стали.

Электромагнитные приводы встраивают в плиты, патроны, на верхней плоскости которых обработанной поверхностью устанавливают детали. Питание электромагнитных плит производится постоянным током (110 или 220 В) от моторгенераторов или селеновых выпрямителей.

Сила зажима заготовки на электромагнитной плите зависит от удельного притяжения плиты, габаритных размеров детали и ее размещения на столе; она возрастает до определенной величины с увеличением толщины и площади поперечного сечения заготовки. С увеличением шероховатости базовой поверхности заготовки сила зажима уменьшается. Для надежного закрепления заготовка на электромагнитной плите должна перекрыть два соседних участка, расположенных между двумя смежными вставками.

Основные размеры и технические характеристики прямоугольных магнитных плит стандартизованы. Сердечники электромагнитов и полюса крышки изготовляют из стали 10, а остальные детали плит - из стали 10 и 15 или чугуна СЧ 12. Рабочая поверхность плиты или планшайбы должна быть обработана и иметь шероховатость Rа=0,63 мкм и отклонение от прямолинейности не должно превышать 0,02 на длине 300 мм. Питание электромагнитных плит производится постоянным током напряжением 24, 48, 110 и 220В от моторгенераторов или селеновых выпрямителей.

При проектировании электромагнитных плит (план - шайб) исходными данными являются: форма, размеры обрабатываемой заготовки в плане, ее материал, сила резания, необходимая сила прижима, удерживающая деталь от сдвига.

Сила прижима, удерживающая заготовку, зависит от силы резания:

где - сила резания, стремящаяся сдвинуть заготовку, Н; f=0,1-0,15 - коэффициент трения между базовой плоскостью заготовки и плитой.

В зависимости от формы и размеров изготавливаемой детали выбирают число пар полюсов 2р.

Сила прижима, приходящаяся на одну пару полюсов:

Площадь поперечного сечения сердечника (см²):

где В - магнитная индукция материала полюса, тс. Общее сопротивление магнитопровода:

где 11, ), I,.., I - длина каждого участка магнитопровода, см; ц, ц. цв,..., - магнитная проницаемость материала каждого участка замкнутого магнитного потока; I, Е2 I,.

- площади поперечных сечений участков магнитопровода, см2.

Общий магнитный поток (с учетом 30% потерь):

Число ампер-витков катушки:

где З - сила тока (силой тока задаются), а; ф - количество витков катушки.

Магнитный привод применяют в приспособлениях (плиты, столы) для горизонтально-фрезерных и плоскошлифовальных станков.

Преимущества приспособлений с магнитным приводом:

• они безопасны в работе, так как не связаны с каким - либо источником тока;

• не расходуют электроэнергию;

• весьма долговечны в работе.

Недостатки электромагнитных и магнитных приводов приспособлений:

• получение меньшей силы зажима деталей по сравнению с механизированными приводами;

• на них нельзя крепить заготовки из немагнитных материалов.

Электромагнитные и магнитные плиты и патроны применяют для установки и закрепления заготовок, обрабатываемых шлифованием, чистовым фрезерованием, точением.

10.3. Магнитные приводы приспособлений

Энергия магнитов в станочных приспособлениях используется на шлифовальных, строгальных, фрезерных, расточных и др. станках. Магнитные приспособления предназначены для закрепления плоских стальных и чугунных заготовок при их обработке на металлорежущих станках и при слесарной обработке. Магнитные зажимы при эксплуатации по сравнению с механическими, имеют ряд преимуществ: сокращают затраты вспомогательного времени на закрепление и съем заготовок (в 5—8 раз по сравнению с закреплением в механических тисках); имеют простую и жесткую конструкцию, обеспечивающую качественное постоянство обработки, простое и удобное управление; продолжительность эксплуатации до 10 лет и более.

Основой магнитного приспособления является магнитная система, включающая постоянные магниты или намагничивающие катушки и магнитопроводы, проводящие энергию к рабочей поверхности [1,2].

В зависимости от источника зажима магнитные приспособления могут быть двух видов: электромагнитные и с постоянными магнитами. Электромагнитные приспособления рекомендуются для применения на станках, оснащенных абразивным инструментом, так как, попадая в зону действия электромагнитного поля, стальной инструмент намагничивается, и его режущие свойства снижаются.

Принципиальное устройство плиты с литыми постоянными  магнитами показано на рисунке 1. Принцип управления плитами с постоянными магнитами получил название шунтирования. Малогабаритная магнитная плита (МПК-4М) состоит из ряда параллельно установленных элементарных магнитных систем. Магнитные системы разделены на части, которые составляют три узла приспособления: подвижный магнитный силовой блок 2, неподвижный магнитный силовой блок 4 и адаптерную плиту 5. Магнитопроводы в блоках и полюсники (торцовые поверхности магнитопроводов) в адаптерной плите выполнены из стали Ст3; корпус адаптерной плиты и основание 1 - из чугуна марки СЧ18; рамка неподвижного блока — из силумина. Пространство между нижней плоскостью подвижного блока и основанием 3, а также между полюсниками адаптерной плиты и ее корпусом 6 залито немагнитным сплавом. На рисунке  1 плита показана во включенном состоянии. Поворотом рукоятки производится перемещение подвижного блока, шунтирование магнитного потока и отключение магнитов.

Рисунок 1 -  Малогабаритная плита с постоянными магнитами

Промежутки между полюсами магнитов рекомендуется  заполнять латунями и бронзами. Из алюминия, силумина и других сплавов на основе алюминия и магния (АЛ11, АЛ10В) следует изготовлять основания, корпуса, рамки и другие детали. Чугун немагнитный рекомендуется для изготовления ответственных деталей: корпусов, оснований, плит, рамок и других, подвергающихся механическим нагрузкам. Пластмассу на основе эпоксидных смол рекомендуют для заливки пространства между полюсами магнитов, стали жаростойкие (12х18Н9Т, 12Х18Н10Г, и т. д.) - для изготовления ответственных деталей: плит, оснований и др. Постоянные магниты изготавливают из инструментальных сталей с высоким содержанием углерода или легированных, ферромагнитных  материалов, способных сохранять намагниченность в условиях сторонних помех. Для изготовления магнитных приспособлений применяют также керамические оксиднно-бариевые магниты, которые более экономичны и в своем составе не имеют дефицитных компонентов.

Сила Р (Н) притяжения рабочей поверхности магнитного приспособления может быть рассчитана по формуле

,

где  S - площадь, находящаяся под действием магнитного потока, м²;

В - магнитная индукция, Вб/м².

Удельная сила притяжения

где  - F_оп - активная площадь поверхности заготовки, м².

В зависимости от класса точности удельная сила притяжения в зависимости от класса точности должна находиться в пределах (16 - 25)∙10⁴ Н/м² для электромагнитных прямоугольных плит и в пределах (14 - 20)∙10⁴ Н/м² для прямоугольных плит с постоянными магнитами. Остаточная сила притяжения в выключенной плите 5∙10³ Н/м². Усилие переключения не более 40 Н.

ЛЕКЦИЯ 11. Приводы приспособлений (продолжение)

11.1. Приспособления с вакуумным приводом

Применяют для закрепления на станках при чистовой обработке плоских и вогнутых, относительно тонкостенных, подверженных деформации заготовок которые могут деформироваться при приложении сил зажима на небольших поверхностях способом непосредственной передачи атмосферного давления на закрепляемую заготовку. В приспособлениях с вакуумным зажимом между базовой поверхностью заготовки и полостью приспособления создается разрежение - вакуум и обрабатываемая заготовка прижимается к опорным поверхностям приспособления избыточным атмосферным давлением. На рисунке1 даны схемы вакуумных зажимных устройств. В корпусе 2 приспособления рисунке 1,а) имеется центрирующая выточка, в которую плоской базовой поверхностью устанавливают обрабатываемую заготовку 1.

Между нижней поверхностью заготовки 1 и корпусом 2 приспособления образуется изолированная от атмосферы полость “А”, соединенная каналом с вакуумным цилиндром 3, работающим от пневмоцилиндра 4 с распределительным краном 5. При создании вакуума в полости “А” избыточное атмосферное давление равномерно прижимает заготовку 1 к установочной поверхности корпуса 2 приспособления. Герметичность полости “А” приспособления обеспечивает резиновый уплотнитель 6. После обработки полость “А” сообщается с атмосферой и деталь освобождается.

Сила прижима W заготовки в приспособлении зависит от величины полезной площади вакуумной полости избыточного давления. 

где: F - полезная площадь полости “А” приспособления ограниченная резиновым уплотнителем 6 или плитой, см²

p_и - избыточное давление, равное разности между атмосферным давлением и остаточным давлением в вакуумной полости “А” приспособления, Мн/м²; р_и=1-р_o; р_o — остаточное давление в вакуумной полости приспособления, Мн/м²; k = 0,8-0,85 — коэффициент герметичности вакуумной системы (зависит от величины остаточного давления). Зависимость между избыточным и остаточным давлениями показана на рисунке 3.

Рисунок 1. Схемы приспособлений с вакуумным приводом с применением: а — пневмоцилиндра; б — вакуумного насоса

В приспособлении с вакуумным приводом избыточное давление Ри необходимо для обеспечения надежного закрепления заготовки.

В приспособлении 2 (рисунок 1.6) для равномерного прижима заготовки 1 к плите на ее установочной поверхности имеется большое количество мелких отверстий, сообщающихся при закреплении с вакуумной полостью “А”. Приспособление с вакуумным приводом включает распределительный кран 3, ресивер 4 для быстрого образования вакуума в полости “А” приспособления и насос 5. Образование вакуума в индивидуальных и групповых устройствах воздается центробежными многоступенчатыми насосами, поршневыми одно- и двухступенчатыми насосами. Полезный объем бака ресивера должен превышать объем вакуумной полости, чтобы не задерживать образования вакуума. Степень разрежения зависит от герметичности камеры и от работы вакуумных насосов. При нормальной работе и исправности насосов сила зажима может составить от 7 до 10 Н/см² полезной площади камеры. Применяемые уплотнения показаны на рисунке 2. Уплотнения изготавливают из специальной резины.

Рисунок  2. Кольцевые вакуумные уплотнения

Управление вакуумным приспособлением производится четырехходовыми или трехходовым краном, который подключает вакуумное приспособление к пневмоцилиндру или к насосу или соединяет вакуумную полость приспособления с атмосферой. Сила зажима заготовки в вакуумном приспособлении контролируется вакуометром.

11.2. Центробежно-инерционные приводы.

Эти приводы применяют для быстроходных станков токарной группы. Грузы обычно размещают на шпинделе станка. Преимущества этих устройств в том, что они не требуют дополнительного источника энергии, просты в изготовлении и эксплуатации, включаются автоматически.

На рис. 1.38 показана схема центробежно-инерционного привода 1. Грузы 2 надеты на большие плечи рычагов 5, меньшие плечи связаны с тягой б, пропущенной через полость шпинделя 7. Сам привод закреплен на заднем конце шпинделя 7. При вращении шпинделя 7 грузы расходятся, поворачивая рычаги вокруг осей 4, при этом тяга б перемещается и приводит в действие зажимной механизм, установленный на переднем конце шпинделя станка. Возвращение грузов и раскрепление заготовки производится пружинами 3. Регулирование силы зажима производится перемещением грузов по рычагам.

Силу тяги рассчитывают по формуле:

где G - вес груза, Н; ω - угловая скорость вращения относительно оси шпинделя, g - ускорение силы тяжести, м/с2  q сила сопротивления пружины, н; n - число грузов.

Рассмотрим приводы от движущихся частей станка и сил резания.

На сверлильных и фрезерных станках для привода зажима часто используют движение подачи. Зажимной механизм в этом случае обязательно содержит упругое звено (пружину, мембрану и т.п.), необходимое для компенсации колебаний размера заготовок.

11.3. Электромеханические приводы

Электромеханический привод применяют для перемещения зажимных устройств приспособлений, используемых на токарно-револьверных, фрезерных, агрегатных станках и автоматических линиях. Приспособления-спутники для установки заготовок, обрабатываемых на автоматических линиях, имеют винтовые зажимы, вращаемые от электроключей. По принципу действия приводы ЭМЗУ делятся на статические и динамические. В статических ЭМЗУ сила зажима создается за счет электромагнитного момента двигателя, а в динамических как за счет электромагнитного момента двигателя так и за счет кинетической энергии вращающихся деталей, за вычетом потерь на трение. Величина этой силы определяется настройкой динамометрирующих упругих элементов

Электромеханический привод состоит из электромотора, редуктора и винтовой пары. На рисунке 1 дана схема зажимного устройства с электромеханическим приводом для стационарного приспособления. От электродвигателя 1 вращение через муфту 2, редуктор 3, вал 7 и зубчатую муфту 4 передается на ходовой винт 8, с последующим преобразованием его в возвратно - поступательное перемещение ползуна 9 с помощью которого деталь 10 прижимается к неподвижной опоре 1 и создается натяжение всех звеньев системы. После окончания зажима и отключения двигателя деталь 10 удерживается в зажатом состоянии силами натяжения упругих звеньев участка системы от опоры 11 до самотормозящей передачи 8. Пружина служит для регулирования величины передаваемого муфтой 4 крутящего момента М_кр. Когда достигнута заданная сила зажима, левая часть муфты 4, установленная на валу 7, преодолевает сопротивление пружины 5, натяжение которой регулируется гайками 6, отжимается влево и вследствие трапециевидной формы зубьев, проскальзывает. При перемещении влево корпус муфты нажимает конечный выключатель и электродвигатель отключается. При разжиме выключение электродвигателя производится путевым выключателем, который настраивается на определенное положение плунжера 9.

Рисунок 1- Принципиальная схема приспособления с электромеханическим приводом.

При проектировании приспособлений с электромеханическим приводом, наряду с необходимой силой зажима для правильного расчета величины усилия закрепления необходимо учитывать марки материалов контактирующих элементов (установочных, установочно-зажимных и состояние установочных и зажимных поверхностей заготовок

Величина силы закрепления в приспособлении с электромеханическим зажимом рассчитывается по формуле

где М_кр- крутящий момент электродвигателя, Нм;

r_ср - средний радиус резьбы винта, м;

Бесплатная лекция: "26 Правовое регулирование бухгалтерского учета и отчетности" также доступна.

n – число оборотов электродвигателя в минуту, мин^-1;

i – передаточное отношение редуктора;

η- к.п.д. редуктора;

a - угол подъема резьбы винта, град;

φ - угол трения в резьбовом соединении, град;

N – мощность двигателя, кВт.