Силовые   узлы   и   устройства приспособлений

План

1. Пневмоцилиндры.
2. Гидравлические зажимные устройства.
3. Пневмогидравлические зажимные устройства.
4. Вакуумные зажимные устройства.
5. Электромагнитные зажимные устройства.

 {spoiler=Подробнее}

Пневматические силовые узлы выполняют в виде пневмоцилиндров неподвижного, качающегося и вращающегося типов или пневмокамер. На рис. 19, а представлена конструкция не­подвижного цилиндра, на рис. 19, б, в, даны примеры использо­вания качающихся цилиндров.

Рис. 19. Пневмоцилиндры для стационарных приспособлений.

Конструкция вращающегося ци­линдра и поводкового патрона для токарного станка показана на рис. 20. Нормальные диаметры цилиндров составляют ряд: 50, 60, 75, I00, 125, 150, 200, 250 и 300 мм. Цилиндры изгото­вляют одно- и двустороннего действия. У цилиндров односторон­него действия обратный ход поршня осуществляется пружиной, а у цилиндров двустороннего действия — сжатым воздухом. Габаритные размеры цилиндров одностороннего действия в осевом направлении увеличены из-за необходимости иметь длинную пружину, напряжения в которой при этом могут быть снижены до допустимого уровня.

Рис. 20. Пневмоцилиндр и патрон  для токарного станка.

Уплотнения делают в местах сопряжения поршня с цилиндром и выхода штока. Для этой цели применяют угловые воротниковые манжеты из кожи, хлорвинила или маслостойкой резины (ГОСТ 6678—72), кольца круглого поперечного сечения (ГОСТ 9833—73), а также манжеты воротниковые V-образные (ГОСТ 6969—54) из маслостойкой резины (см. рис. 19, а). Кольца круглого сечения уплотняют при движении поршня или штока в обе стороны, а манжеты—в одну. Для постановки колец зеркало цилиндра следует обрабатывать с Ra = 0,32¸0,08 мкм, а для постановки манжет – с шероховатостью Ra = 1,25¸ 0,32. Посадка поршня в цилиндре при наличии уплотнительных колец Н7/f7 или H8/f8 при наличии манжет Н11/d11 или H12/b12.

Для работы колец необходимо обильное смазывание, манжеты могут работать без смазки. Допускаемое отклонение от соосности цилиндра и отверстия под шток в первом случае 0,02 мм, во вто­ром — 0,06-0,08  мм. Для уменьшения коррозии цилиндров их стенки рекомендуется хромировать,

Силу на штоке пневмоцилиндра (Q_шт.) находят по формуле

    (1)

где D - диаметр  цилиндра, мм;  р — давление сжатого воздуха (обычно 0,3¸ 0,6 МПа); h— КПД,  учитывающий потери в цилиндре.

При пуске   сжатого   воздуха со стороны штока диаметром d

Для цилиндра одностороннего действия сила на штоке умень­шается в конце рабочего хода на величину силы сжатия пру­жины q. Величина h зависит от D. При D — 150¸200 мм h=0,90¸0,95. При меньших D относительная величина потерь на трение манжет и стенки цилиндра растет и h снижается.

Пневмокамера, представляющая собой силовой узел одно­стороннего действия (рис. 21, а), состоит из двух штампованных чашек 6 и 3, между которыми зажата резинотканевая диафрагма 2. Ее изготовляют из многослойной ткани бельтинг, пропитанной и покрытой с обеих сторон маслостойкой резиной. Толщина диаф­рагмы 4–10 мм. При впуске сжатого воздуха в полость 7 диаф­рагма оказывает давление на шайбу штока 5 и перемещает его вниз. Шток связан с зажимным устройством приспособления. При обратном движении штока под действием пружины 4 диафрагма становится выпуклой.

При   малом   ходе  штока   применяют   плоские диафрагмы   из резинотканевой ленты по ГОСТ 20—76 (рис. 21, б и в). Ориентировочный срок службы диафрагмы — до 1 млн. зажатий. Для крепления пневмокамеры на корпусе приспособления предусма­тривают гладкие или резьбовые отверстия.

Исходными данными для расчета зажимных устройств с пнев­матическими силовыми узлами являются: сила закрепления за­готовки Q, давление сжатого воздуха р, ход зажимного элемента L–и время срабатывания t. Наиболее прост расчет зажимного устрой­ства прямого действия, когда в качестве силового узла исполь­зуется пневмоцилиндр. В этом случае по заданным Q и р находят диаметр цилиндра D, используя формулу (1). Величину D округ­ляют до ближайшего большего значения по нормальному ряду.

Рис. 21. Пневмокамеры и силовые характеристики

Гидравлические зажимные устройства выполняют поршневого типа, они приводятся в действие от отдельного (реже - группо­вого) насоса. Рабочей жидкостью служит веретенное масло 2 или 3. В сравнении с пневматическими гидравлические силовые узлы имеют меньшие габариты вследствие применения более вы­сокого давления масла (6 МПа и выше). Недостатком гидравли­ческих устройств является необходимость иметь трубопровод для слива выпускаемого из цилиндра масла, а также насос, элек­тродвигатель которого нагружен в течение работы зажимного устройства.

Гидроцилиндры выполняют одно- и двустороннего действия. На рис. 22, а дана схема гидравлического зажимного устройства с цилиндром 1 двустороннего действия. Шестеренный насос 2 подает масло через золотник 3 ручного управления в левую (ра­бочий ход) или правую (обратный ход) полость цилиндров. После окончания закрепления заготовки масло сбрасывается через предохранительный клапан 4, отрегулированный на требуемое давление. Слив масла производят ниже уровня в резервуаре во избежание его вспенивания,

В станочных приспособлениях широко применяют нормализо­ванные встраиваемые цилиндры с внутренним диаметром 40, 50, 60, 75 и 100 мм. На корпусе приспособления их крепят с помощью резьбовой шейки. Примеры использования этих цилиндров с бо­ковым и верхним Г-образным откидным зажимом показаны на рис. 22, б и в.

При перегреве масла в гидросистеме растут утечки и сни­жаются подачи и давление, развиваемые насосом. Система должна иметь фильтр масла, засасываемого из резервуара. При монтаже трубопровода следует избегать воздушных мешков,

Исходные данные для расчета гидравлических зажимных устройств: необходимая сила на штоке P, ход поршня L и время его рабочего хода (время зажатия заготовки) t. Задаваясь давле­нием масла р, можно определить площадь поршня F=P/r

а отсюда диаметр цилиндра

Рис. 22. схема гидравлического зажимного устройства (а) и примеры использования встроенных гидроцилиндров (б, в)

Питание гидросистемы осуществляется шестеренными, лопа­стными или плунжерными насосами. Для создания рабочего да­вления масла в гидравлических устройствах приспособлений используют также плунжерные питатели с ручным приводом.

Пневмогидравлические зажимные устройства имеют принци­пиальную схему, показанную на рис. 23, а. Сжатый воздух посту­пает в цилиндр 1 диаметром d₁. Шток этого цилиндра диаметром d₂ служит плунжером гидроцилиндра 2. Масло, вытесняемое плун­жером, поступает по трубопроводу 3 во второй гидроцилиндр 4 диаметром. Шток этого цилиндра связан с исполнительным зажимным механизмом. При выпуске отработавшего воздуха обратное движение поршней осуществляется пружинами 5 и 6, если обратный ход невелик. Из резервуара 7 масло поступает в систему для компенсации утечек. Устройство выполняется в виде одного блока или с отдельно вынесенным цилиндром 4. Последний встраивается в приспособление, а блок цилиндров 1 и 2 устанавливают в удобном месте у станка. Управление устрой­ством осуществляется трехходовым краном.

Рис. 23. Пневмогидравлические усилители.

В пневмогидравлических системах масло меньше нагревается,
чем в насосных гидравлических системах, и меньше вспенивается. Потери энергии в них ниже, а надежность работы выше. Они прости, не дорогостоящие в изготовлении и достаточно уни­версальны в применении. Управление ими легко автоматизи­руется.

Вакуумные зажимные устройства работают по принципу использования атмосферного давления для прижима заготовки. Их схемы показаны на рис. 24.  Заготовка 1 устанавливается в цен­трирующую выточку (рис. 24, а) или на плиту (рис. 24, 6) при­способления 2, из полости 3 которой удаляют воздух. Заготовка к плите приспособления прижимается атмосферным давлением. Герметичность системы обеспечивают уплотнением из резинового шнура 4. Другой вариант уплотнения в виде резиновой полосы показан на рис. 24, б. Уплотнительный шнур выполняют из ва­куумной резины марок 1015, 9024 или 7889. Размеры шнура и ка­навки влияют на работоспособность приспособления. При кон­такте заготовки с поверхностью плиты шнур должен заполнять канавку и деформироваться по высоте на 5–10 %.

Сила, прижимающая заготовку к плите (Н),

где F - активная площадь полости приспособления, границы которой берутся по линии уплотнения, см; р — давление разреже­ния в рабочей полости приспособления, в обычных условиях р=0,01¸0,015 МПа. Применение более глубокого вакуума нецелесообразно, так как сила закрепления увеличивается при этом незначительно.

Рис. 24. Вакуумные зажимы.

Вакуумные зажимные устройства применяют для крепления
заготовок из различных материалов с плоской или криволинейной
базовой поверхностью. Сила закрепления достаточна для выпол­нения  операций отделки и чистовой обработки. Для восприятия сдвигающей силы часто используют упоры. Базовая поверхность заготовок может быть как чисто обработанной, так и необрабо­танной. В последнем случае она должна быть достаточно ровной, без заметных выступов и впадин. Рабочую поверхность приспо­собления обрабатывают, обеспечивая Ra=0,63¸0,32 мкм. Ее прямолинейность должна быть в пределах 0,02 мм на длине
300 мм.

Электромагнитные зажимные устройства выполняют преиму­щественно в виде плит и планшайб для закрепления стальных и чугунных заготовок с плоской базой. На рис, 25, а показана схема плиты, в корпусе 1 которой заключены электромагниты 6. Заготовку 5 устанавливают на крышку 2. В крышке выполнены полюсы 3, окруженные изоляцией 4 из немагнитного материала (латунь, нержавеющая сталь, эпоксипласт). Толщина изоляции обычно не превышает 5 мм. Магнитный поток замыкается через заготовку, проходя через корпус и крышку плиты. Удерживающая сила возникает в местах контакта заготовки с полюсами и крыш­кой плиты. На рис. 25, б показана другая схема. Здесь удержива­ющая сила возникает только в местах контакта заготовки с полю­сами плиты.

         Сердечники  электромагнитов и полюса изготовляют из стали 10, а остальные детали плит из сталей 10 и 15 или из чугуна СЧ 12. Рабочая поверхность плиты или планшайбы шлифуется до Ra=0,63¸0,32 мкм. Отклонение поверхности от прямолинейности не должно превышать 0,02 мм на длине 300 мм. Питание электромагнитных плит производиться постоянным током (номинальное напряжение 24, 48, 110 и 220 В) от мотор-генераторов, медно-закисных (корпусных) или селеновых выпрямителей.

Рис. 25. Электромагнитные плиты

При конструировании электромагнитных плит (планшайб) специального назначения исходными данными являются размеры и конфигурации заготовки в плане, ее толщина, материал заготовки и сила Q, удерживающая заготовку от смещения под влиянием сил резания.

Вопросы для самоповторения.

1. Из каких частей состоит пневмоцилиндры?
2. Где применяется гидравлические зажимные устройства?
3. Какую функцию выполняют пневмогидравлические зажимные устройства?
4. Из каких частей состоит вакуумные зажимные устройства?
5. Виды электромагнитных зажимных устройств.

{/spoilers}