Зажимные механизмы в станках

Для осуществления рабочего процесса на станках предусматривают устройства для зажима деталей, инструмента, отдельных узлов станка, которые должны обеспечить постоянство положения инструмента и заготовки при обработке

Требования, предъявляемые к механизмам зажима. Механизмы зажима отличаются большим разнообразием, но независимо от их вида к ним предъявляются следующие требования: надежности (возникающие при обработке силы не должны изменять первоначальное положение детали; силы зажима должны сохраняться в течение процесса обработки); достаточной жесткости, устраняющей возможность возникновения вибраций; точности; универсальности; конструктивной простоты и малых габаритных размеров. Дополнительно к ним предъявляются требования по концентричности зажима симметричных деталей независимо от колебаний размеров заготовки, механизации и автоматизации процесса зажима и т п.

Классификация механизмов зажима (табл. 3.9). При рассмотрении устройств римскими цифрами обозначаются строки таблицы, а арабскими - соответствующий столбец.

По принципу замыкания различают механизмы с геометрическим (жестким) и силовым замыканием.

При геометрическом замыкании (схемы 1) сила зажима создается за счет деформаций передаточного и зажимного звеньев и может существенно измениться, например, в результате изменения относительного положения зажимного механизма и детали (относительный поворот, смятие контактируемых поверхностей и т.п.). Закрепление детали 1 осуществляется при относительном перемещении зажимных элементов 2 (чаще всего посредством винтовых соединений, эксцентриков и т.п.) причем в схемах II - IV требуемая сила зажима зависит от коэффициента трения контактируемых поверхностей. В схеме I сила зажима передается на инструмент 1 через три равнорасположенных штифта 2 при осевом перемещении кольца 3. Закрепление обрабатываемой детали 1 в кулачках 2 и 3 тисков (схема II) производится при вращении винта 4. Зажим втулки 1 в отверстии детали 3 (схема III) осуществляется при радиальном перемещении распорной втулки 2 за счет поворота гайки 4. Фиксация детали У на салазках 3 (схема IV) происходит при осевом перемещении конического пальца 2.

Зажимные механизмы в станках

Зажимные механизмы в станках

В механизмах с силовым замыканием сила зажима создается внешними устройствами (пружиной, гидравликой и др.), и в этом случае она практически не зависит от колебаний размеров устанавливаемых деталей 1 (схемы 2).

Силовое замыкание резца 1 в резцедержателе 2 (схема I), зажим заготовки 1 в кулачках 2 патрона токарного станка (схема II), фиксация поворотной планшайбы 1 (схема III) упором 2 или салазок I (схема IV) гидроцилиндром 2 производится с помощью пружины, гидравлики или пневматики. Закрепление заготовки (схема II) в трехкулачковом патроне производится при осевом перемещении тяги 3 от пневмоцилиндра (на схеме не показано) за счет взаимодействия ее с клинообразной поверхностью кулачка 4.

По способу передачи силы различают механизмы прямого действия (схемы 3) и рычажные (схемы 4), в которых рабочая сила увеличивается с помощью рычажных или клиновых механизмов. Закрепление инструментальных блоков 1 в державках 2 револьверных головок токарных модулей (схема 3, I) происходит при осевом перемещении цанги 3. Центрирование резцовых блоков 1 производится с помощью муфты с треугольным профилем. Исключение проворота обрабатываемой детали I (схема II) на оправке 2 производится за счет сил трения, возникающих на торце при завертывании гайки 3. Фиксация поворотного стола 1 многоцелевого станка (схема III) в любом угловом положении производится силами трения в многодисковом тормозе 2 (часть дисков установлена на поворотном столе 1, а часть - на неподвижном основании 3) при подводе масла в гидроцилиндр 4. Зажим салазок I на станине 2 (схема IV) производится при подводе масла к эластичным трубкам 3 эллипсообразного сечения, которые под действием давления стремятся приобрести цилиндрическую форму.

Фиксация оправки 1 на шпинделе 2 (схема 4, Г) осуществляется клиньями 3, перемещаемыми винтом 4. Закрепление прутковой заготовки 2 (схема II) с помощью цанги У происходит при вращении гайки 3. Зажим планшайбы 1 (схема III) в любом угловом положении происходит за счет деформации пластин 2 при осевом перемещении гидроцилиндра 3. Увеличение силы зажима деталей типа саней 1 при использовании рычага 2 показано на схеме IV.

По характеру нагружения можно выделить механизмы, при работе которых возникают поперечные силы (схемы 5) и самоустанавливающиеся (схемы б), в которых силы зажима уравновешены. В первом случае возникают деформации закрепленного элемента, что может приводить к его смещению с рабочей позиции (отрицательно сказывается на точности позиционирования узлов и т.п.). В схемах 5 шлифовальный круг 1 (схема I), корпус У (схема II), пиноль У (схема III) и цилиндрические направляющие У (схема IV) закрепляются с помощью винтовых механизмов 2.

В схеме 6, I инструментальная оправка У зажимается в шпинделе 2 осевой силой, передаваемой от цанги 3 к оправке У. Как правило, осевая сила на цанге создается с помощью тарельчатых пружин (на схеме не показаны). Закрепление цилиндрической детали 7 на конической оправке 3 производится с помощью цанги 2 при осевом перемещении оправки 3 (схема II). Фиксация плунжера 1 (схема III) на основании 3 происходит с помощью сильфонной втулки 2 при ее осевой деформации (фланцем 4). Закрепление каретки (схема IV) на цилиндрической направляющей 2 осуществляется хомутом 1, связанным с кареткой.

В зависимости от используемого эффекта можно выделить механизмы зажима, в основе функционирования которых лежит упругость материала (схемы 7), подвижность деталей механизмов зажима (схемы 8) и другие эффекты (схемы 9). При зажиме инструментальной оправки 1 (схема 7,1) в шпинделе 3 используется деформация цанги 2, возникающая при ее осевом перемещении. Закрепление цилиндрической заготовки I диаметром d на токарном станке (схема II) производится за счет деформации мембраны 2 с установленными на ней кулачками 3. При перемещении цапфы 4 в направлении стрелки и деформировании мембраны происходит разжим заготовки, а при освобождении цапфы - ее закрепление с силой, зависящей от жесткости мембраны. Зажим цилиндрических деталей (схема III), например шпинделя 2, может осуществляться при подаче масла в кольцеобразную камеру и деформации тонкостенной втулки I. Аналогичная схема реализована в узлах поступательного перемещения (схема IV), где используется упругость резиновой манжеты 1, во внутреннюю полость которой подается под давлением масло.

В схеме 8,1 цилиндрическая оправка 1 или подобная ей деталь фиксируется при повороте эксцентрика 2. Закрепление детали I в самоцентрирующем трехкулачковом патроне показано на схеме II. Деталь 1 устанавливается в центрах, а зажим осуществляется тремя эксцентрично поставленными сегментами 2, имеющими насеченную рабочую поверхность. При увеличении момента вращения происходит автоматическое увеличение силы закрепления. На схеме III показан механизм зажима шпинделя 1 с помощью гидроцилиндров 2 и 3 и фрикционного диска 4. Закрепление сменных кулачков I в токарном патроне 2 показано на схеме IV. Кулачок 1 базируется муфтой с треугольным профилем 3 и фиксируется с помощью тяги 4 при перемещении замка 5.

В схеме 9,1 для зажима оправки 1 используется вакуум, образованный в рабочих полостях. Значение силы может регулироваться пружиной 2. Для закрепления деталей при плоском шлифовании часто применяют электромагнит или зажимные плиты, или плиты на постоянных магнитах. В схеме II показаны магнитные плиты с кольцевым расположением полюсов. Полюсная плита с помощью немагнитного материала делится на северный и южный полюсы и служит для создания поля между магнитом и деталью. В схеме III для зажима шпинделя 1, установленного на гидростатических подшипниках, используется осевой подшипник 2, в один из карманов 3 которого прекращается подача смазочного материала. Зажим осуществляется за счет давления масла в противоположном кармане.

На схеме IV показан способ закрепления подвижного узла 1 с помощью тонкой ленты 2, установленной в основании. С помощью электромагнита 3 производится фиксация узла в требуемом положении без какого-либо воздействия механизма зажима на положение подвижного узла (вследствие малой жесткости ленты 2 в поперечном направлении). Благодаря этому исключается влияние механизма зажима на точность позиционирования.

По виду привода различают зажимные устройства с механическим (схемы 10), пружинным (схемы 11), гидравлическим или пневматическим (схемы 12) и электромеханическим (схемы 13) приводами. Фиксирование оправки 1 (схема 10, I) производится равномерно расположенными винтами 2 со сферическим наконечником. Деталь 1 (схема II) закрепляется через рычажную систему при осевом перемещении тяги 2. Закрепление колонны 1 радиально-сверлильного станка (схема III) производится стержнем 2 при вращении винта 3. Зажим резцедержки 1 (схема IV) токарно-карусельного станка на ползуне 3 осуществляется хомутом 4 с конусообразными поверхностями. Резцедержка центрируется на ползуне кулачковой муфтой 2 с треугольным профилем.

Весьма часто для осуществления зажима используют пружины (схемы 11). Сменная часть 1 (схема I) инструментального блока закрепляется на державке 2 резцовой головки токарного станка при осевом перемещении штанги 3 (под действием пружины). При этом тяга 3 своей конической частью воздействует через наклонные штифты 4 на коническую канавку сменной части блока. Зажим заготовок 1 (схемы 11,11 Vi 12, II) производится через рычаг 3 с помощью гидроцилиндра 2, сила в котором развивается либо пружиной (схема 11, II), либо давлением масла (схема 12, II). Закрепление планшайбы 1 (схема 11, III) осуществляется за счет деформации пружиной 2 механизма камертонного типа.

Зажим поперечины 1 токарно-карусельного станка с помощью пружины и клинового механизма показан на схеме 11, IV. Сила пружины передается через клин 2 на тягу 3 и рычаг 4.

Закрепление деталей с помощью гидравлики (пневматики) показано на схемах 12. Оправка 1 (схема I) фиксируется в шпинделе 2 при подаче масла в замкнутую цилиндрическую полость. Фиксация пиноли 1 задней бабки (схема III) при ее упоре в деталь 3 осуществляется за счет деформации в радиальном направлении ослабленных участков 2 пиноли. Зажим детали 1 (или спутника) производится с помощью гидроцилиндра 2 и поворотного рычага 3 (схема IV).

Электромеханические приводы механизмов зажима (схемы 13) развивают большие силы и поэтому имеют повышенные размеры. Они включают двигатель М и исполнительный механизм, выполненный, как правило, в виде передачи винт-гайка. В схеме / закрепление инструмента на фрезерном станке осуществляется при осевом перемещении тяги 1, движение на которую передается от двигателя М через планетарный редуктор 2 и гайку 3. На схеме II осевое перемещение тяги 1 кулачкового патрона для зажима заготовки производится через червячную и винтовую передачи. На схеме III вал 1 фиксируется от вращения электромагнитной муфтой 3, связанной с корпусом 2.

Электромеханический зажим поперечины 1 (схема IV) токарно-карусельных станков развивает исключительно большие силы благодаря большому передаточному отношению от двигателя М до зажимаемого элемента.

На рис. 3.70 показаны разновидности механизмов зажима инструмента, установленного по оси шпинделя в станках различных типов. На рис. 3.70, а закрепление оправки 1 в коническом отверстии шпинделя 2 производится от пакета тарельчатых пружин 4. Один конец пружин упирается в торец шпинделя, а другой связан с тягой 5 (не показано). Тяга 5 воздействует через цангу 3 на хвостовик оправки, осуществляя закрепление инструмента. Разжим производится от гидроцилиндра (не показан), перемещающего тягу 5 с цангой вперед, в результате чего освобождается конический хвостовик оправки. Аналогичную схему имеет большинство механизмов зажима.

Зажимные механизмы в станках

В конструкции, показанной на рис. 3.70, б, зажимная втулка 2, связанная с подпружиненной тягой 4, передает силу на оправку 1 через шарики 3. На рис. 3.70, в оправка 1 взаимодействует через шарики 2 непосредственно с тягой 3. В цанговом механизме зажима (рис. 3.70, г) сила от тяги 6, лепестков 3 и 7 цанги передается на оправку 1 через ввернутый в нее хвостовик 2. Раскрытие цанги (верхнее положение) происходит за счет взаимодействия втулки 5 с торцом лепестков 3 и 7, а также под действием пружины 4.

В рассмотренных механизмах из-за неисправностей в механизме зажима (поломки пружины) или специфических условий резания, не исключающих «подхвата» инструмента (например, из-за неконтролируемого роста силы резания), возможно его осевое перемещение и поломка. Кроме того, для обеспечения большой силы зажима требуется последовательная установка тарельчатых пружин, в результате чего из-за трения торцов пружин теряется значительная часть силы.

На рис. 3.71 показан механизм зажима, в котором исключены отмеченные выше недостатки. Здесь сравнительно небольшая сила от пружины 1 передается через конические поверхности втулок 2,3,5 и шарик 4 на шток 6 (нижняя часть). Выбором углов наклона конических поверхностей (например, α ≈ 12°) можно обеспечить соответствующее увеличение силы пружины при ее передаче на шток 6 (в 5 - 6 раз). Вместе с тем при возникновении осевой силы F на «вытяжку», вследствие того что угол а выбран близким к углу трения, коэффициент передачи силы от штока 6 к пружине 1 дополнительно увеличивается в 10 раз и более. Таким образом механизм образует замок, и перемещение инструмента в осевом направлении практически невозможно под любым воздействием.

В трехкулачковых патронах токарных станков с различными механизмами привода кулачков принцип качающегося рычага используется на рис. 3.72, а. Гильза 1, привернутая к тяговой штанге (не показана), взаимодействует с качающимися рычагами 2, оси которых установлены в корпусе патрона. Короткие плечи рычагов, входящие в пазы основания кулачков 3, передвигают их в радиальном направлении. Винтами 4 зажимные кулачки (не показаны) закрепляются на подвижных кулачках. В корпусе клинореечного патрона расположены три пары реек 4 и 5 соответственно с небольшим и большим углом наклона зубьев, зацепляющихся с зубьями кулачков 3 (рис. 3.72, б). Рейки 4 соединены с втулкой 2 и служат для зажима - разжима зaгоотовки. Рейки 5 соединены с втулкой 1 и предназначены для изменения положения зажимных кулачков при переходе на другой диаметр обработки. Для этого рейки 4 выходят из зацепления с кулачками, а рейки 5 сцепляются с ними, благодаря чему возможно перемещение кулачков. Обе втулки 1 и 2 приводятся в движение гидроцилиндрами.

Зажимные механизмы в станках

Зажимные механизмы в станках

Патрон, показанный на рис. 3.72, в, обеспечивает центрирование заготовки кулачками (при патронной обработке), а также самоустановку кулачков по заготовке (при обработке в центрах). Центр в патроне выполнен плавающим: при определенной силе поджима заготовки пинолью задней бабки тарельчатые пружины сжимаются и центр утапливается. Привод основания кулачка 2 производится клиновым механизмом при перемещении втулки 1, связанной тягой с гидроцилиндром (на схеме не показаны). В патроне с реечным приводом кулачков привод кулачков осуществляется от гидромотора (рис. 3.72, г), установленного на заднем конце шпинделя (на схеме не показано). Ротор 1 гидромотора (схема II) связан с втулкой 2 (схема I) и с зубчатым колесом 3. При повороте гидромотора вправо (на угол φр) клинья 4 с косозубыми рейками входя г в зацепление с нарезкой на сменных кулачках 5, вызывая их радиальное перемещение и зажим заготовки. При повороте ротора гидромотора в левую сторону (на угол φсм) клинья рейки выводятся из зацепления с косозубой нарезкой на кулачках, освобождая их. После этого кулачки могут переустанавливаться вручную на заданный диаметр.

В гидроцилиндре зажима деталей (привод кулачков) токарных станков гидроцилиндр 3 (рис. 3.73), передающий силу на тягу I привода кулачков, установлен на шкиве 2 привода вращения шпинделя. Для уменьшения дисбаланса предусмотрены грузики 4. Подача масла в гидроцилиндр производится через золотник 5.

В трехкулачковом патроне для закрепления коленчатых валов коленчатый вал 1 устанавливается в центрах 6 и зажимается кулачками 2 с помощью клинового механизма 3 при осевом перемещении поршней 4, связанных с втулкой 5 (рис. 3.74). Закрепление и открепление производится гидроцилиндром (не показан).

Самоустанавливающийся зажим прямого действия позволяет избежать поперечных нагрузок на узел I за счет податливых лепестков 2 и 3 в направлении зажима (рис. 3.75, а). Зажим, показанный на рис 3.75, б, позволяет на закрепляемом узле 3 существенно увеличить силу, развиваемую тарельчатыми пружинами 1 механизма за счет рычага 2.

Зажимные механизмы в станках

Зажимные механизмы в станках


Зажимные механизмы в станках

Смотрите также