Пневмогидравлические и гидравлические приводы

При механизации и автоматизации производственных процессов в ряде случаев применяют большие зажимные усилия. Этим требованиям наиболее отвечают гидравлические приводы, так как они могут развивать давление до 8 МПа; их рабочая среда (масло) практически несжимаема, поэтому такие приводы могут применяться не только для управления силовыми механизмами, но и для точных перемещений рабочих органов станка и подвижных частей приспособлении. Масляная среда в системе обеспечивает надлежащую смазку силовых узлов и аппаратуры, а также исключает неполадки, возникающие в пневматических системах в результате конденсации водяных паров (ржавчина и засорение). Кроме того, конструктивное исполнение гидравлических приводов при высоком давлении в системе позволяет применять рабочие цилиндры небольшого диаметра (20...50 мм), что обеспечивает их компактность по сравнению с пневматическими приводами.

Пневмогидравлические приводы состоят из преобразователя, повышающего давление, аппаратуры и рабочих гидроцилиндров, зажимающих обрабатываемую заготовку. Принципиальная схема такого привода показана на рис. 49. Привод представляет собой камеру, заполненную маслом. Шток 2 пневматического цилиндра, являющийся плунжером гидравлической системы, входит в камеру и вытесняет масло, давление которого передается рабочему плунжеру 1 привода, действующему на зажимное устройство.

 

Рис. 49 – Принципиальная схема пневмогидравлического привода

 

Пневмогидравлические преобразователи давления работают от сети сжатого воздуха и по принципу работы подразделяются на преобразователи прямого и последовательного действия.

Преобразователь прямого действия состоит из блока с пневматическим и гидравлическим цилиндрами, а преобразователь последовательного действия состоит из двух блоков с пневматическим и гидравлическим цилиндрами, причем вначале срабатывает первый блок (низкого давления), обеспечивающий предварительное закрепление обрабатываемой заготовки, а затем второй блок (высокого давления), осуществляющий окончательный зажим заготовки. Применение преобразователей сокращает потребление сжатого воздуха по сравнению с обычными пневматическими приводами на 90...95.

На рис. 50, а показан общий вид пневмогидравлического привода для тисков с преобразователем прямого действия. При нажатии на распределительный кран 1 сжатый воздух поступает в полость цилиндра 2, который жестко связан шпильками 5 с неподвижной губкой 8 тисков. Шток 4 гидроцилиндра давит на торец скользящего нa шпильках 5 станка 3 и перемещает его справа налево. Стакан перемещает гайку 7 с винтом 10, а вместе с ним и подвижную губку 9 тисков. При переключении распределительного крана воздух уходит в атмосферу, а пружина, заключенная в стакан 6, отводит подвижную губку; две другие пружины возвращают в исходное положение поршни. Тиски устанавливают на размер обрабатываемой детали вращением винта 10.

Рис. 50 - Общий вид пневмогидравлического привода для тисков с преобразователем прямого действия (а) и для тисков с преобразователем

последовательного действия (б)

 

На рис. 50, б показан общий вид пневмогидравлического привода для тисков с преобразователем последовательного действия. В этой конструкции губка 2 тисков неподвижная, а губка 3 перемещается штоком поршня 4 гидроцилиндра. Из четырех ходового распределительного крана 11 сжатый воздух через штуцер 9 подается в полость А цилиндра низкого давления и перемещает поршень 5 вправо. Под давлением поршня масло из полости В через радиальные отверстия Г поступает в полость Д и перемещает поршень 4 вместе с губкой 3, осуществляя предварительный зажим установленной в тисках обрабатываемой заготовки. При переключении крана воздух через штуцер 8 подается в полость Б. При перемещении поршня 6 с плунжером 7 цилиндра высокого давления влево отверстия Г перекрываются, давление в полости Д повышается и происходит окончательный зажим заготовки с силой 7,5 кН.

Чтобы снять обработанную заготовку, сначала сжатый воздух переключением крана подают в полость А, тем самым возвращая поршни 5 и 6, а также поршень 4 гидроцилиндра вместе с губкой 3 в исходное положение, а затем в полость Е, откуда через штуцер 10 воздух возвращают в систему. Приспособление устанавливают на размер вращением винта 1.

Гидравлический привод представляет собой независимую гидравлическую установку, состоящую из электродвигателя, насоса, резервуара для масла, а также аппаратуры управления и регулирования. Эта установка в зависимости от мощности может обслуживать один станок, группу станков или целый участок.

На рис. 51 показан разрез гидроцилиндра для зажима обрабатываемых заготовок на токарных и револьверных станках. Гидроцилиндр состоит из статора (корпуса) с укрепленными на нем упором 2, крышками 7 и 10 и однолопастного ротора 3 с лопаткой 4, установленного и закрепленного с помощью двух шпонок на гайке 9. Гайка, смонтированная в статоре на двух роликоподшипниках 13, связана с винтом 11, в который ввинчена трубка 12, соединяющая гидроцилиндр с патроном.

Рис. 51 - Разрез гидроцилиндра для зажима обрабатываемых заготовок на

токарных и револьверных станках

 

При подводе масла в левую или правую полость статора 1 ротор 3 с лопаткой 4 поворачивается до упора 2 и вращает гайку 9, которая в свою очередь перемещает винт 11 с трубкой 12; винт скользит в шлицевом отверстии крышки 10 статора. Масло по резиновым шлангам подводится к приемной муфте 5, установленной на двух шарикоподшипниках, смонтированных на валике 6. Валик запрессован в крышку 7 статора и имеет каналы для подачи масла в левую или правую полость статора. Так как приемная муфта 5 не вращается, то в ее сопряжении с валиком 6, вращающимся вместе с цилиндром, предусмотрена посадка с зазором, рассчитанным на некоторую минимальную утечку масла.

Все подшипники качения смазываются за счет утечки масла, которое скапливается в прикрепленном к муфте 5 кожухе 8 и по маслопроводу отводится в бак гидроагрегата. Отсутствие в маслораспределителе трущихся поверхностей скольжения позволяет вести обработку с большой частотой вращения шпинделя.

Гидроагрегат с электродвигателем и насосом включают только при остановленном станке, а созданное на кулачках патрона зажимное усилие сохраняется в процессе обработки благодаря самоторможению винтовой пары (детали 9 и 11). Для предупреждения одновременного включения электродвигателей станка и насоса предусмотрена электроблокировка.

Применяющиеся в станочных приспособлениях гидроцилиндры нормализованы. Они подразделяются на цилиндры, встраиваемые в конструкцию приспособлений, и цилиндры агрегатированные. Цилиндры первой группы в зависимости от способа их крепления с корпусом приспособления делятся на пять типов: с резьбовым креплением, с креплением лапками, с шарнирным креплением (качающиеся цилиндры), с задним и передним фланцевыми креплениями. Каждый тип цилиндров выполняется как двухстороннего, так и одностороннего действия с возвратной пружиной.

 

4.7 Универсально-сборные и наладочные приспособления

 

В связи с интенсивным развитием конструкции машин и механизмов основными направлениями осуществления эффективной ТПП в современном машиностроении являются сокращение сроков и повышение коэффициента оснащенности. Решению этих задач в значительной степени содействуют стандартизация деталей и сборочных единиц приспособлений, а также применение системы универсально-обратимых приспособлений: универсально-сборных (УСП) и универсально-наладочных (УНП), состоящих из набора элементарных деталей, позволяющих компоновать приспособления для различных работ.

Стандартизация приспособлений предусматривает унификацию их общих конструктивных и размерных элементов (размерных рядов, габаритных и присоединительных размеров, резьбы, крепежных деталей, шпоночных соединений), посадок и допусков, установочных и зажимных элементов, корпусов, вспомогательных механизмов (делительных, поворотных). Применение стандартизованных деталей и сборочных единиц приспособлений сокращает их номенклатуру, снижает себестоимость их изготовления и повышает число повторных использований при сборке новых приспособлений. В настоящее время при конструировании и изготовлении приспособлений используют свыше 70% стандартизованных деталей.

Стандартизация деталей и узлов привела к созданию конструкций сборно-разборных приспособлений. В нашей стране и за рубежом известно несколько систем сборно-разборных приспособлений; все они характеризуются общим признаком: комплект стандартизованных деталей и сборочных единиц позволяет создавать без существенной механической дообработки и при малом количестве специально изготовляемых деталей временные, легко поддающиеся сборке и разборке компоновки приспособлений. В набор стандартизованных деталей (рис. 52) входят плиты и планшайбы, подставки, призмы, угольники, планки, втулки, прихваты и др.

Систему УСП с успехом применяют на ряде заводов единичного и серийного производства. Комплектами УСП оснащают сверлильные, токарные, фрезерные, расточные, зубодолбежные, шлифовальные и другие виды обработки, а также сварочные работы и операции контроля, При станочных работах с помощью УСП обрабатывают детали размерами до 2500 Х 2500 Х 1000 мм.

Выпускаемые промышленностью три вида комплектов УСП имеют следующие технические характеристики:

С пазами 8 мм С пазами 12мм С пазами 16 мм

                                                                           УСП-8                УСП-12             УСП-16

Количество деталей и сборочных

единиц в комплекте, шт……………….           4100                   2400                   4200

Среднее количество сборок,

собираемых из одного комплекта, шт.:

одновременно ....…………. ………            30                     20                     20

в течение года ....………………….           1800                 1400                  900

Среднее время сборки одного комплекта, ч.    2                      3                       4

 

Максимальная масса обрабатываемых

 деталей, кг ………………………………                5                     60                    3000

Срок службы комплекта, годы……….           1 2... 15             12... 15             12... 15

Максимальные габариты

обрабатываемых деталей или

 сборочных единиц, мм ..……………... 200Х120Х100  700Х400Х800  2500Х2500ХI000

Максимальный диаметр обраба-

тываемых деталей, мм ... ………………               12                     38                     70

Основные крепежные болты .…………           М8                   М12                  М16

Точность обработки в приспособлении 7-й квалитет  7-й квалитет   7-й квалитет

Среднеэкономический эффект от

эксплуатации одной сборки, руб. ..........            15                     25                    60

 

Стандартизованные взаимозаменяемые детали и сборочные                единицы УСП собирают с помощью шпонок, шпилек и болтов с                      Т-образными головками. Основные детали УСП (базовые и опорные)           имеют на рабочей поверхности прямоугольную или радиальную сетку шпоночных Т-образных пазов с допускаемыми отклонениями                           от параллельности и перпендикулярности не более 0,01 мм на 200 мм длины. Пазы и шпонки позволяют точно   сочленять различные детали комплекта в любом положении относительно друг друга. Наиболее ответственные соединения выполняют с помощью   четырех крестообразно размещенных в пазах шпонок. Детали УСП обладают большой износостойкостью. Выходят из строя обычно только крепежные детали, замена которых вызывает небольшие затраты.

Сборку приспособлений из деталей и сборочных единиц УСП         только в редких случаях (при особо сложных компоновках) производят          по чертежу общего вида приспособления с указанием основных                      базовых размеров между опорными плоскостями. Как правило,              компоновки УСП создаются слесарями-монтажниками на основании       данных карты технологического процесса или эталона детали.                  Сборка приспособления средней сложности занимает 1...3 ч. Практикой установлено, что один сборщик за смену может разобрать и собрать 4...5 приспособлений. На рис. 53 показана монтажная схема УСП для сверлильных работ (1—базовая плита; 2—опорные элементы; 8—направляющая опора;          4 — кондукторные планки; 5 — гайки; 6 — сменные кондукторные втулки;       7 — съемные шпонки; 8 — болты; 9 — опорная планка; 10 — установочный палец; 11 — быстросъемная шайба).

Рис. 53 - Монтажная схема УСП для сверлильных работ

 

Рациональное внедрение системы УСП значительно сокращает сроки и снижает трудоемкость проектирования и изготовления оснастки, уменьшает объем чертежно-конструкторских работ по проектированию оснастки, дает экономию металла.

В основу системы УСП положена идея постоянного кругооборота стандартизованных деталей и сборочных единиц. Длительное «омертвление» деталей в собранных и временно не используемых компоновках недопустимо, так как вызывает необходимость увеличения объема дорогостоящего комплекта деталей УСП. Компоновки после окончания обработки партии изделий нужно разбирать, а детали и сборочные единицы использовать для сборки других приспособлений.

К недостаткам УСП следует отнести низкую жесткость из-за большого количества стыков.

Система универсально-наладочных приспособлений (УНП) основана на агрегатировании сборочных единиц или на замене и наладке (регулировке) отдельных элементов базового приспособления. В обоих случаях осуществляется принцип обратимости, т. е. возможность использования одного и того же приспособления для выполнения различных операций и обработки разных деталей. При обработке мелких деталей применяют сменные кассеты, которые предназначаются для установки деталей определенного типоразмера. Перезарядку УНП осуществляют заменой кассеты.

Быструю переналадку приспособления без снятия его со станка осуществляют также заменой установочных и зажимных устройств. Так, машинные тиски могут быть переналажены для закрепления различных заготовок сменой губок, а патроны — сменой кулачков и т. д. В качестве примера на рис. 54 показан универсально-переналаживаемый кондуктор портального типа с пневматическим зажимом.

Дальнейшим развитием УНП являются комбинированные универсально-наладочные приспособления для одновременной установки нескольких заготовок при обработке по групповому методу. Применение комбинированных УНП обеспечивает лучшее использование фонда времени работы оборудования и снижение себестоимости обработки. В системе УНП базовые приспособления стандартизованы, а сменные элементы (наладки) изготовляют в соответствии с конфигурацией обрабатываемых деталей.

Для каждого вида механической обработки имеется несколько стандартизованных конструкций корпусных агрегатов базовых приспособлений. Все они имеют посадочные места для установки сменных наладок. Каждое базовое приспособление совместно с последовательно сменяемыми наладками, служащими для установки заготовок, образует группу модификаций одного УНП. Большинство базовых приспособлений имеет несколько типоразмеров, составляющих конструктивный ряд. Каждый типоразмер предназначен для обработки подходящих по своим размерным параметрам заготовок. Конструктивный ряд данного типоразмера позволяет закреплять и обрабатывать заготовки различной конфигурации, классифицированные в одну технологическую группу. Таким образом, применение УНП организационно увязывается с типизацией обрабатываемых деталей и внедрением типовых технологических процессов.

Если за одним станком закреплено несколько базовых приспособлений, их агрегатируют с силовым приводом, устанавливаемым на станке отдельно. Агрегатирование одного базового приспособления с силовым приводом не имеет смысла. В этом случае более целесообразно встраивать стандартизованные силовые сборочные единицы в корпус разового приспособления, агрегатируемыми тогда остаются только ценные наладки.

 

5 ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ

 

Исходными данными для проектирования приспособлений является: рабочие чертежи заготовки и готовой детали и технические условия ее приемки; операционный эскиз заготовки на предшествующую и выполняемую операции (если приспособление конструируют для промежуточной операции); карта (или описание) технологического процесса обработки данной заготовки с указанием последовательности и содержания операций, принятого базирования, используемого оборудования и инструмента, режимов резания, а также проектной нормы штучного времени с выделением вспомогательного времени на установку, закрепление и снятие заготовки; ГОСТы и нормали на детали и узлы станочных приспособлений, а также альбомы нормализованных конструкций приспособлений.

При проектировании выбирают конструкции и размеры установочных элементов приспособления, определяют необходимую силу зажима и уточняют схему и размеры зажимного устройства; определяют размеры направляющих элементов, затем производят общую компоновку приспособления, устанавливают допуски на размеры деталей и технические условия на сборку.

Конструирование приспособления должно быть увязано с разработкой технологического процесса изготовления детали, так как при разработке процесса выбирают технологические базы, устанавливают маршрут обработки с указанием промежуточных размеров и допусков на них, уточняют содержание технологических операций и разрабатывают эскизы обработки, дающие представление об установке и закреплении заготовки, устанавливают режимы резания, определяют штучное время на операцию по элементам, выбирают режущий инструмент, а также тип и модель станка.

Кроме того, необходимо знать основные размеры станка, связанные с установкой приспособления (размеры стола, размеры и расположения Т-образных пазов, наименьшее расстояние от стола до шпинделя, размер конуса шпинделя и т. п.), и общее состояние станка. Конструкцию приспособления выбирают также в зависимости от программы выпуска.

При конструировании вначале уточняют схему установки. Зная принятое базирование, точность и шероховатость базовых поверхностей, определяют тип и размер установочных элементов, их количество и взаимное положение.

Определив по заданным режимам обработки силу резания, устанавливают место приложения зажимных сил и определяют их значение. Исходя из запроектированного времени на закрепление и снятие заготовки, типа приспособления (одно- и многоместное), конфигурации и точности заготовки, а также значения зажимных сил выбирают тип зажимного устройства и определяют его основные размеры. Одновременно устанавливают тип и размер направляющих элементов и элементов контроля положения режущего инструмента.

Затем выбирают необходимые вспомогательные устройства и устанавливают их конструкции и размеры исходя из массы заготовки и требуемой точности обработки. При выборе конструкции и размеров этих элементов используют нормали и стандарты.

Разработку общего вида приспособления начинают с нанесения на лист контура заготовки. В зависимости от сложности схемы приспособления вычерчивают несколько проекций заготовки. Заготовку целесообразно показывать тонкими или штрихпунктирными линиями, чтобы она выделялась на чертеже приспособления. После этого вычерчивают отдельные элементы приспособления вокруг контуров заготовки. Сначала — установочные элементы (опоры), затем — зажимные устройства, направляющие элементы инструмента и вспомогательные устройства, в заключение определяют контуры корпуса приспособления.

По точности исполнения размеры элементов приспособления можно разбить на три группы. К первой группе относятся размеры тех сопряжений, от которых зависит точность выполняемой обработки, например расстояние между осями кондукторных втулок. Неточность этого размера влияет на расстояние между осями просверленных в заготовке отверстий. К первой группе относятся также размеры установочных элементов: от точности их выполнения зависит положение заготовки в приспособлении. Во вторую группу входят размеры тех сопряжений от погрешностей которых точность обработки не зависит, например, размеры сопряжении зажимных устройств, выталкивателей и других вспомогательных механизмов. К третьей группе относятся свободные размеры обрабатываемых и черных поверхностей. Допуски на размеры первой группы в 2...3 раза меньше допусков на размеры заготовки, выдерживаемые при обработке. Допуски на размеры второй группы назначают в зависимости от характера и условий работы сопряжения.

При проектировании проверяют точность, получаемую при обработке в данном приспособлении, рассчитывают усилия зажима и экономическую целесообразность изготовления приспособления.

Проверка точности производится по формуле

 

,         

          

где d _дет — допуск на обрабатываемый размер детали;

d _пр = d _дет /3— допуск на соответствующий размер приспособления;

 D _обр - средняя экономическая точность обработки (определяется по опытным или справочным данным);

 e _у - погрешность установки (рассчитывается по схеме, соответствующей расположению обрабатываемой детали в приспособлении, при расчетах, связанных с базированием обрабатываемой детали).

Расчет усилий зажима производятся в соответствии со схемой приспособления. Примеры расчетов рассмотрены в 4.2.2.

Для определения экономичности приспособлений обычно сопоставляют различные их конструктивные варианты для данной операции. Принимая одинаковыми расходы на режущий инструмент, амортизацию станка и электроэнергию, при осуществлении этих вариантов определяют и сопоставляют элементы себестоимости обработки, зависящие от конструкции приспособления, себестоимость С в рублях можно определить по следующей формуле:

,

где З_шт — зарплата станочника, отнесенная к одной детали, грн.;

 Н_ц — цеховые расходы, %;

 З_пр — затраты на изготовление приспособления, грн.;

 П— годовая программа выпуска деталей, шт.;

Р_пр — расходы, связанные с применением приспособлений (ремонт, содержание, регулировка), %;

А_пр— срок амортизации приспособления, год.

Для определения З_шт нужно знать штучное время данной операции Т_шт и минутную ставку зарплаты рабочего 3_ст:

 

З_шт = Т_шт+3_ст.

 

Однако точные значения затрат на изготовление приспособления можно определить на основе калькуляции только после составления рабочих чертежей и разработки технологических процессов изготовления приспособлений. Поэтому можно пользоваться приближенным способом определения затрат на изготовление приспособлений З_пр по формуле

 

З_пр = nK,

 

где n — число деталей в приспособлении; для простых приспособлений K =15, для приспособлений средней сложности R=30 и для сложных приспособлений K =40.

Величину A _пр принимают равной сроку в годах, в течение которого конструируемое специальное приспособление будет использовано для выпуска заданной продукции. Если производимая продукция носит постоянный характер, то для простых приспособлений A _пр =1, для приспособлении средней сложности A _пр =2...3 и для сложных приспособлений A _пр =4...5. Величину Р_пр берут равной 20%.