Элементарные зажимные механизмы

К элементарным зажимным устройствам относятся простейшие механизмы, используемые для закрепления заготовок или выполняющие роль промежуточных звеньев в сложных зажимных системах:

• винтовые;
• клиновые;
• эксцентриковые;
• рычажные;
• центрирующие;
• реечно-рычажные.

Винтовые зажимы. Винтовые механизмы (рисунок 2.13) широко используются в приспособлениях с ручным закреплением заготовок, с механизированным приводом, а также на автоматических линиях при использовании приспособлений-спутников. Достоинством их является простота конструкции, невысокая стоимость и высокая надежность в работе.

Винтовые механизмы используют как для непосредственного зажима, так и в сочетании с другими механизмами. Силу на рукоятке, необходимую для создания силы зажима , можно рассчитать по формуле:

,

где – средний радиус резьбы, мм;

– вылет ключа, мм;

– угол подъема резьбы;

— угол трения в резьбовой паре.

а – простой винтовой зажим: 1 –винт; 2 – гайка; 3 – корпус б – винтовой зажим с г-образным прихватом: 1 – г-образный прихват; 2 – корпус; 3 – серьга; 4 – винтовой зажим; 5 – установочный элемент Рисунок 2.13 – Схемы винтовых зажимов

Клиновой механизм. Клин очень широко используют в зажимных механизмах приспособлений, этим обеспечивается простота и компактность конструкции, надежность в работе. Клин может быть как простым зажимным элементом, действующим непосредственно на заготовку, так и входить в сочетание с любым другим простым при создании комбинированных механизмов. Применение в зажимном механизме клина обеспечивает: увеличение исходной силы привода, перемену направления исходной силы, самоторможение механизма (способность сохранять силу зажима при прекращении действия силы , создаваемой приводом). Если клиновой механизм применяют для перемены направления силы зажима, то угол клина обычно равен 45°, а если для увеличения силы зажима или повышения надежности, то угол клина принимают равным 6…15° (углы самоторможения).

Клин применяют в следующих конструктивных вариантах зажимов:

• механизмы с плоским односкосным клином (рисунок 2.14,б);
• многоклиновые (многоплунжерные) механизмы;
• эксцентрики (механизмы с криволинейным клином);
• торцовые кулачки (механизмы с цилиндрическим клином).

Рисунок 2.14. Схемы клиновых зажимных механизмов

На рисунок 2.14,а приведена схема двууглового клина.

При зажиме заготовки клин под действием силы движется влево, При движении клина на его плоскостях возникают нормальные силы и силы трения и (рисунок 2.14,б).

Существенным недостатком рассмотренного механизма является низкий коэффициент полезного действия (КПД) из-за потерь на трение.

Пример использования клина в приспособлении показан на
рисунке 2.14,г.

Для повышения КПД клинового механизма трение скольжения на поверхностях клина заменяют трением качения, применяя опорные ролики (рис 2.14, в).

Многоклиновые механизмы бывают с одним, двумя или большим числом плунжеров. Одно- и двуплунжерные применяют как зажимные; многоплунжерные используют как самоцентрирующие механизмы.

1 – прихват; 2 – винт; 3 – рукоятка эксцентрика; 4 – эксцентрик; 5 – корпус приспособления Рисунок 2.15 – Эксцентриковый зажим: а – схема механизма; б – пример использования эксцентрика в приспособлении

Эксцентриковые зажимы. Эксцентрик представляет собой соединение в одной детали двух элементов – круглого диска (рисунок 2.15,д) и плоского односкосого клина. При повороте эксцентрика вокруг оси вращения диска, клин входит в зазор между диском и заготовкой и развивает силу зажима .

Рабочая поверхность эксцентриков может быть окружностью (круговые) или спиралью (криволинейные)..

Эксцентриковые зажимы являются самими быстродействующими из всех ручных зажимных механизмов. По быстродействию они сравнимы с пневмозажимами.

Недостатками, эксцентриковых зажимов являются:

• малая величина рабочего хода;
• ограниченная величиной эксцентриситета;
• повышенная утомляемость рабочего, так как при откреплении заготовки рабочему необходимо прикладывать силу, обусловленную свойством самоторможения эксцентрика;
• ненадежность зажима при работе инструмента с ударами или_вибрациями, так как это может привести к самооткреплению заготовки.

Несмотря на эти недостатки эксцентриковые зажимы широко используют в приспособлениях (рисунок 2.15,б), особенно в мелкосерийном и среднесерийном производствах.

Эксцентрики рекомендуется изготовлять из стали 20Х с цементацией рабочей поверхности на глубину 0,8…1,2 мм и закалкой до твердости HRC 55…60.

Для достижения необходимой силы закрепления определим наибольший момент на рукоятке эксцентрика

,

где – сила на рукоятке,

– длина рукоятки;

– угол поворота эксцентрика;

– углы трения.

Рычажные зажимы. Рычажные зажимы (рисунок 2.16) применяют в сочетании с другими элементарными зажимами, образуя более сложные зажимные системы. Они позволяют изменять величину и направление передаваемой силы.

Конструктивных разновидностей рычажных зажимов много, однако, все они сводятся к трем силовым схемам, показанным на рисунке 2.16, где приведены также формулы расчета необходимой величины усилия для создания силы зажима заготовки для идеальных механизмов (без учета сил трения). Это усилие определяется из условия равенства нулю моментов всех сил относительно точки вращения рычага. На рисунке 2.17 показаны конструктивные схемы рычажных зажимов.

Рисунок 2.16 – Схемы рычажных механизмов	1 – шток силового привода; 2 – прихват; 3 – ось; 4 – установочный элемент Рисунок 2.17 – Конструктивные схемы рычажных зажимных механизмов

Пружинный зажим. В пружинных зажимных механизмах элементом, преобразующим исходную силу привода в силу зажима , является пружина. Сила обеспечивается сжатием пружины на необходимую величину. Применяют две схемы построения пружинных зажимов, представленные на рисунке 2.18. В схеме на рисунке 2.18,а необходимое сжатие пружины 3 достигается перемещением штока привода 5. При этом плунжер 2 передает на заготовку 1 силу . Сила зажима ограничена неподвижным упором 4, воспринимающим на себя избыточную силу привода .

Рисунок 2.18 – Схемы пружинных зажимов

В схеме, представленной на рисунок 2.16, б, необходимое сжатие пружины 3 регулируется гайкой 4 при настройке приспособления. Сила передается на заготовку 1 через тягу 2. Для открепления заготовки шток 5 привода силой подает вправо тягу 2, дополнительно сжимая пружину 3.

На рисунке 2.19 показаны конструкции зажимных приспособлений с тарельчатыми пружинами. На рисунке 2.19,а представлена пружинная оправка для обработки заготовки в центрах, где 1 – оправка; 2 –втулка упорная; 3 – пружины; 4 – втулка зажимная; 5 – гайка. Заготовка устанавливается отверстием на 2 и 4. При вращении гайки 5 втулка 4 сжимает пружины 3. Деформируясь пружины закрепляют заготовку. На рисунке 2.19,б представлена пружинная оправка для обработки заготовки в шпинделе, где 1 – оправка; 2 – винт; 3 – втулка зажимная; 4 – втулка упорная; 5 – пружины.

Рисунок 2.19 – Пружинные оправки

Достоинствами пружинных зажимов являются простота конструкции и возможность относительно просто автоматизировать процессы закрепления и открепления заготовок.

Многократные зажимы. Многократные зажимы приводятся в действие от одного силового источника и зажимают несколько или одну деталь в нескольких точках одновременно. Применение многократных зажимов позволяет сократить вспомогательное время на операции. Основным требованием, предъявляемым к многократным зажимам, является равенство зажимных сил. Для того чтобы обеспечить равенство сил зажима, ведомые звенья механизма должны составлять сблокированную «плавающую» систему, развивающую силу зажима независимо от колебаний размеров заготовок.

Известно много конструкций многократных зажимов приспособлений: последовательного действия, передающие силу зажима в одном направлении от заготовки к заготовке (закрепление пакета заготовок); параллельного действия, зажимающие детали в нескольких параллельных направлениях; со встречными силами зажима; с пересекающимся направлением сил; комбинированные механизмы, представляющие собой соединение механизмов первых групп.

На рисунке 2.20,а,б,в показаны механизмы параллельного действия. Механизм на рисунок 2.20,а прост и надежен в работе, но при большом количестве заготовок оказывается громоздким и неудобным. Механизм на рисунок 2.20,б более компактен. Под действием силы система подвижных клиньев 1, 2,3 и плунжеров 4 перемещается до тех пор, пока все плунжеры не зажмут заготовки. Недостатки этого механизма: низкий КПД.

Этих недостатков лишены зажимы с гидропластом (рисунок 2.20,в). Так как гидропласт 5 обладает способностью передавать давление по всем направлениям без изменения; силовой источник через тягу 1, рычаг 2, плунжеры 3 передает одинаковую силу зажима на все заготовки 4.

При расчете сил в таких механизмах исходная сила привода равна сумме сил зажима отдельных заготовок с учетом передаточных отношений механизмов и их КПД.

Рисунок 2.20 – Схемы многократных зажимов	Рисунок 2.21 – Самоцентрирующие тиски с реечно-зубчатым механизмом

Реечно-зубчатые механизмы используют в тисках вместо винтовых для обеспечения встречного перемещения призм. Пример таких тисков приведен на рисунке 2.21. Рейка 4 прикреплена к ползуну 5, а рейка 1 связана со штоком 10 привода. При перемещении штока влево он буртиком 11 толкает ползун 9 в том же направлении, а рейка 1 поворачивает зубчатое колесо 2, вращающееся на неподвижной оси 3. Это колесо перемещает рейку 4 и ползун 5 вправо. Призмы 6 и 8 , укрепленные на ползунах, получая встречное движение, центрируют и закрепляют заготовку 7.

Цанговые зажимные устройства. Цангами называются разрезные пружинящие втулки, которые могут центрировать заготовки по внешней и внутренней поверхностям. Цанговые механизмы используют для центрирования и зажима пруткового материала разного профиля и отдельных заготовок.

На рисунке 2.22,а приведена конструкция цангового механизма для центрирования по наружному диаметру: с тянущей цангой, а на рисунке 2.22,б – с толкающей цангой.

Продольные прорези превращают каждый лепесток цанги в консольно закрепленную балку, которая получает радиальные упругие перемещения при продольном движении цанги за счет взаимодействия конусов цанги и корпуса. Каждый лепесток цанги представляет собой плоский односкосный клин. Так как радиальные перемещения всех лепестков цанги происходят одновременно и с одинаковой скоростью, тo механизм приобретает свойство самоцентрирования.

Число лепестков цанги зависит от ее рабочего диаметра и профиля зажимных заготовок (рисунок 2.22, в). При d < 30 мм цанга имеет три лепестка, при 30 < d < 80 мм – четыре, при d < 80 мм – шесть.

Рисунок 2.22 – Цанговые зажимные механизмы	Рисунок 2.23 – цанговый зажим а) и цанговая оправка б)

На рисунке 2.23,а представлен цанговый патрон, где 1 – цанга; 2 – корпус патрона; 3 – штифт; 4 – гайка. На рисунке 2.23,б показана цанговая оправка, где 1 – корпус оправки; 2 – цанга; 3 – штифт; 4 – гайка.

Цанги изготовляют из стали У8А или 65Г, крупные цанги – из стали 15ХА или 12ХНЗА. Рабочую часть закаливают до твердости HRC 55…62. Хвостовую часть подвергают отпуску до твердости HRC 30…40.

Погрешность центрирования обусловлена неточностью изготовления цанговых патронов и не превышает 0,02…0,1 мм.

Рисунок 2.24. Мембранные патроны

Мембранные патроны (рисунок 2.24) используют для точной центровки заготовки 4 по наружной или внутренней цилиндрической поверхности (точность центрирования составляет 0,003...0,005 мм). Они состоят из круглой, прикрепленной к планшайбе станка пластины-мембраны 1 с симметрично расположенными кулачками 2. Шток 3 пневмоцилиндра, двигаясь вперед, прогибает пластину, раздвигая кулачки. При отходе штока назад пластина, стремясь в первоначальное положение, сжимает своими кулачками заготовку. Материал пластины – сталь 65Г, 30ХГС или У7А с твердостью HRC_э41…46.

Вопросы для самопроверки

1. Каково назначение зажимных устройств и предъявляемые к ним требования?
2. Как рассчитывается усилие зажима заготовки?
3. Какие виды элементарных зажимных устройств применяются в приспособлениях?
4. Приведите схемы винтовых зажимов. Как рассчитываются винтовые зажимы?
5. Каково назначение клиновых и рычажных механизмов?
6. Приведите наиболее эффективную рычажную схему закрепления.
7. Дайте конструктивную схему эксцентрикового зажимного механизма. Расчет эксцентрикового зажимного механизма.
8. Пружинные зажимы. Конструктивные схемы. Расчет силы зажима. Область применения.
9. Многократные зажимы. Их назначение. Конструктивные схемы.
10. Цанги. Их назначение. Конструктивные схемы.
11. Мембранные патроны. Их назначение. Конструктивные схемы.

Силовые приводы

Cиловые приводы предназначены для создания исходной силы тяги , необходимой для зажима заготовки силой . приводы используют также для механизации и автоматизации приемов загрузки и выгрузки заготовок, поворота приспособления, включения и выключения станка, удаления стружки, транспортирования деталей и др. Силовой агрегат привода представляет собой преобразователь какого-либо вида энергии в механическую, необходимую для работы зажимных механизмов. по виду преобразуемой энергии различают приводы: пневматические, гидравлические, пневмогидравлические, электрические, электромагнитные, магнитные, вакуумные, центробежно-инерционные.

По степени автоматизации различают механизированные и автоматизированные приводы.