Фиксаторы

Обеспечивают точность конечного положения устройств, предназначенных для по­ворота на определенный фиксированный угол. К ним предъявляют требования точности, жесткости, долговечности. Помимо самой фиксации фиксатор обычно в конце поворота своей скошенной гранью осуществляет окончательный доворот в рабочую позицию. Расчетная схема приведена на рис. 4.10.

Основным недостатком простейших устройств с одним фиксатором является нали­чие зазоров и направляющих фиксатора, что существенно снижает точность фиксации. По­этому чаще используют принцип двойной фиксации, когда на ряду с основным фиксаторам предусматривают другой подвижный фиксатор или рычаг, назначение которого сводится к выбору зазоров и созданию натяга во всей системе фиксации.

Для повышения точности и жесткости фиксаторы следует располагать на макси­мальном удалении от центра поворота. Операции, требующие высокой точности, следует выполнять в зоне между фиксатором и центром поворота. Для ослабления вредного влия­ния динамических процессов на точность фиксации следует уменьшать массу поворотного устройства и снижать скорость фиксатора. Лучшие результаты обеспе­чивают фиксаторы перемещаемые принудительно от специального приво­да с гарантированной постоянной вели чиной силы прижима.

Рис. 4.10. Схема сил, действующих на фиксатор

Силу Т (рис. 4.10.) необходимую для надёжного и быстрого прижима, рассчитывают на основе заранее известной величины окружной силы R, идущей на преодоление сил трений в круговых направляющих и опорах поворотного устройства. Из условия равновесия фиксатора; Т = Т₀ + Т₁ + Т_{2 .} Если для упрощения допустить, что силы N₁ и приложены на концах опоры фиксатора, то после несложных преобразований можно записать:

,

где a - угол скоса фиксатора, который должен быть меньше угла трения и обычно равен 40-50; r - угол трения на скосе фиксатора, m - коэффициент трения в направляющих фиксатора.

4.7.Зажимные устройства .

Удерживают обрабатываемые детали, инструменты и связанные с ними узлы станка в требуемом рабочем положении. Необходимую силу зажима определяют исходя из того, чтобы: в затянутом стыке не создавались необратимые пластические деформации и не происходил срыв заготовки под действием внешнего нагружения. Предельное значение касательной нагрузки, когда смещения сохраняют упругий характер, может быть представлено в виде , где f_y = 0.12...0,15 - коэффициент, равный половине коэффициента трения при начале движения.

Суммарная сила зажима на всех рабочих поверхностях зажимного устройства может быть определена приближённо из условия , где: Т – касательная сила от внешней нагрузки.

В металлорежущих станках весьма важным условием является стабильность зажима и отсутствие увода подвижного узла, что немаловажно, связано с потерей точности пози­ционирования. Часто с этой целью зажим осуществляют через промежуточные упругие элементы, (планки, ленты). На рис.4.11.,а приведена конструкция, а на рис.4.11,б расчетная схема устройства для автоматического зажима инструмента в коническом отверстии шпинделя многошпиндельного станка.

Для того, чтобы точность центрирования конического хвостовика инструмента в шпинделе не нарушалась, сила от пакета тарельчатых пружин передаемся через четыре упругих рычага со скосами. Кроме того, и шток, передающий силу от пружин к рычагам, также имеет большую радиальную податливость вследствие этого возможность самоустановки.

Из условия равновесия рычагов при зажиме (рис.78,б), можно составить систему уравнений:

где a - угол скоса на рычагах; f - коэффициент трения.

Рис. 4.10. Устройство для автоматического зажима инструмента в многооперационных станках: а) конструкция; б) расчетная схема.

Знак плюс соответствует зажиму, а знак минус справедлив для перемещения штока влево при разжиме. Решение системы уравнений равновесия дает возможность определить силу, которую необходимо создать на штоке, в зависимости от величины силы затягивания, соответственно призажиме:

и при разжиме

Сила, развиваемая пакетом тарельчатых пружин, должна превышать значение требуемой силы на штоке с учетом потерь на трение между пружинами

,

где: коэффициент k = (0,9…0,5), принимают по экспериментальным данным в зависимости от числа пружин в пакете (с увеличением числа пружин k уменьшается).

Цанговые зажимные устройства (рис.4.12.) используют в токарных автоматах для зажима прут­ков и обрабатываемых деталей. В результате упругости лепестков цанги компенсируют в некоторой мере исходные погрешности и обеспечивают требуемую точность центрирова­ния. Принцип их действия и метод расчета в некоторой мере подобен изложенному выше.

Рис. 4.12. Цанговые зажимные устройства.

В зависимости от вида звена с самоторможением конструкции зажимных устройств отличается большим разнообразием - клиновые, винтовые, эксцентриковые. Звено с самоторможением используются для того, чтобы двигатели привода зажимного устройства ра­ботали только в кратковременном режиме зажима или разжима. По условию стабильности зажима самотормозящуюся передачу целесообразно располагать в конце кинематической цепи привода и в непосредственной близости к зажимному устройству. Клинья и эксцен­трики зажимных устройств изготавливают из малоуглеродистой стали с последующей це­ментацией и закалкой.

В зажимных автоматических устройствах используют электромеханический, гидрав­лический и пневматический приводы.

Электромеханический привод используют для зажима помимо момента, создавае­мого двигателем, также маховый момент всех элементов привода. Зажим осуществляется в виде нескольких последовательных этапов. После выбора всех зазоров в кинематической цепи привода начинается первый этап зажима, во время которого упругая деформация в приводе возрастает до тех пор, пока значение момента двигателя не достигнет предельно допустимого значения по току. Второй этап зажима происходит при отключенном двигате­ле за счет кинематической энергии вращающихся по инерции элементов привода (двига­теля, вала, передачи). Вся накопленная кинематическая энергия привода переходит в по­тенциальную энергию деформации и обуславливает дополнительный момент (или силу) зажима. После достижения нулевой скорости все элементы привода без самоторможения свободно раскручиваются. При разжиме момент двигателя может оказаться недостаточным для преодолении суммарного момента зажима с добавкой от сил инерции; поэтому в элек­тромеханическом приводе обычно предусматривает зубчатую муфту. За время первого обо­рота двигатель успевает набрать рабочую скорость, и разжим происходит под действием суммы моментов двигателя и момента инерции раскрученных масс привода. Кроме того, разжим сопровождается упругим ударом и динамическим характером воздействия момента.

Гидравлический привод широко используют для зажимных устройств в тех случаях, когда это не связано с большой продолжительностью трубопроводов.

Пневматический привод широко используют в станках - автоматах в АЛ. Различают с избыточным давлением и вакуумные.

При конструировании зажимных устройств, следует устранять возможность перекосов в подвижном состоянии привода, поскольку сила трения и соответственно КПД привода могут при этом существенно изменяться.

Для зажима небольших деталей при их окончательной обработке применяют маг­нитные, вакуумные, примораживающие и некоторые другие устройства.

Магнитные зажимные устройства нашли применение в шлифовальных и некоторых других станках для отделочной обработки деталей из магнитных материалов. При питании постоянным током магнитные зажимные устройства в зависимости от конструкции самого устройства и от характера закрепляемых деталей способны развивать силу притяжения 0.2...1.2 МПа. Большим недостатком магнитных зажимных устройств и питание катушки по­стоянным током является постоянной выделение тепла и нежелательные при этом темпе­ратурные деформации. Поэтому весьма перспективными являются магнитные зажимы на постоянных магнитах, способна развивать значительную силу притяжения, не требующие коммуникаций питания и не являющиеся источниками выделения тепла.

Вакуумные зажимные устройства применяют для закрепления деталей из листового немагнитного материала или в тех случаях, когда немагнитные детали нежелательны. Предельно возможная сила прижима ограничивается величиной атмосферного давления и не может превышать 0,1 МПа на рабочей поверхности с вакуумом.

Устройства для примораживания используют при шлифовании небольших деталей из немагнитных материалов. Холодильник состоит обычно из корпуса, внутри которого размещены термоэлементы, образующие батарею. Тепло от батареи отбирается циркулирующей водой, а холодные её спаи сопрягаются с поверхностью, на которой примораживаются закрепляемые детали. Температура рабочей поверхности в течение нескольких минут снижается до -20° и примерно за то же время нагревается до комнатной температуры при освобождении деталей. Метод примораживания обеспечивает более высокую точность крепления деталей, чем метод приклеивания.