Лекция 5 Элементы приспособлений для установки заготовок одновременно по нескольким поверхностям.

3.6 Элементы приспособлений для установки заготовок одновременно по нескольким поверхностям.

При установки различных типов заготовки в качестве технологических баз часто используют различное сочетание ее эле­ментарных поверхностей. На рис. 3.26 показаны примеры установки специальных деталей. Жирными линиями обозначены обрабатываемые поверхности; цифрами — поверхности, исполь­зуемые в качестве технологических баз; стрелками — места при­ложения силы зажима Q; А^Т — выдерживаемые при обработке размер с допуском T. При анализе уточняют технологические и измерительные базы, их размеры и точность выполнения, схему закрепления, место при­ложения, направление, величину и нестабильность силы закрепле­ния. Если технологическая и измерительная базы не совмещены, то на основе геометрических связей проводят расчет погрешностей базирования, предварительно установив размеры, точность и взаимное положение установочных элементов приспособления. После определения погрешности закрепления и погрешности, вызываемой неточностью приспособления, находят погрешность установки. При анализе схемы установки выявляются и другие варианты ее выполнения, целесообразные с точки зрения повы­шения точности обработки и упрощения конструкции приспособ­ления.

Например, для схемы установки кривошипа припоследовательной обработке противолежащих плоскостей щек а—а и b—b (рис. 3.26, а) производят по цилиндрической поверхности коренной шейки 1, торцовой плоскости 2 и цилиндрической по­верхности мотылевой шейки 3 (плоскость b—b обрабатывают после переустановки кривошипа в аналогичное приспособление).Приобработке нужно выдержать параллельность плоскостей щек в пределах допуска Т на размер А и симметричность их относи­тельно средней плоскости детали.

При наличии допуска Т₁ на диаметры коренной и мотылевой шеек их оси не занимают определенного положения по высоте. Пределы изменения положения по высоте осей шеек: коренной

, и мотыловой .

Угол наклона осевой плоскости к горизонтальной изменяется в пределах . Значение находится из соотношения

.

Рис. 3.26. Схемы установки заготовок одновременно по нескольким поверхностям

Угол между обработанными плоскостями щек изменяется от 0 до 2 , причем вершина угла может находиться на разных сторо­нах детали. Значение возрастает при учете контактных дефор­маций и износа опор приспособления. Пригодность этой схемы| установки определяется выполнением условия , где угол определяют из отношения . При малых размерах кривошипа его коренную шейку можно закреплять в самоцентри­рующем устройстве, а мотылевую шейку поджимать боковой призмой в горизонтальной плоскости. В этом случае независимо от допуска на диаметр шеек

Установка тройника (рис. 3.26, б) при подрезке торца и раста­чивании отверстия осуществляется по наружным цилиндрическим поверхностям 4 и 5 в призмы. Согласно схеме погрешность бази­рования и погрешность закрепления для размера А равны нулю, Если растачиваемое отверстие должно быть соосно внешней по­верхности заготовки, то эта схема не пригодна. Величина наи­большего отклонения от сносности

Если допустимое смещение равно то условие пригодности схемы выразится неравенством .

Установку заготовки подшипника (рис. 3.26, в) при растачивании отверстия производят по нижней 6 и торцовой 7 плоскостям с цен­тровкой по наружной цилиндрической поверхности 8 призмати­ческим зажимающим элементом 9. Эта схема позволяет точно вы­держать размер А, но не обеспечивает равностенность детали в вер­тикальной плоскости, так как оси отверстия и внешнего контура могут не совпадать. Требование равностенности удовлетворяется базированием детали по внешней цилиндрической поверхности. При растачивании с последующей обработкой плоскости 6 от от­верстия для выдерживания размера А.

Приведенные примеры показывают, что сочетание элементарных поверхностей (плоскостей, наружных и внутренних цилиндрических, сферических и других поверхностей), используемых в качестве технологических баз, может быть различным. Количество этих сочетаний, т. е. число возможных частных установоч­ных схем, весьма велико. В каждом случае необходим анализ со­ответствия принятой схемы установки заданным требованиям точ­ности обработки.

Лекция 6

Особенности установок заготовок деталей, изготавливаемых в автоматизированном производстве(. 3.7).

Анализ различных операций механической обработки и сборки показывает, что доля вспомогательного времени в штучном вре­мени часто превышает 30- 40 %. Уменьшение основного времени приводит к дальнейшему увеличению доли вспомогательного времени. Это вызывает стремление автоматизировать работу приспособлений, обеспечивая повышение производительности, облегчение труда и высвобождение обслуживающих рабочих.

При частичной автоматизации выполняют один или несколько приемов работы: установку и снятие заготовок в приспособления посредством загрузочных устройств различного типа (это особенно эффективно при обработке небольших заготовок, установка которых неудобна вручную из-за стесненности рабочей зоны); за­крепление и открепление заготовок в приспособлениях стацио­нарного типа или в приспособлениях для непрерывной обработки; съем и выталкивание заготовок из рабочей зоны после выполнения операции; вращение, фикса­цию и закрепление поворотных частей многопозиционных при­способлений; измерение заготовок в процессе обработки (при шлифовании, хонинговании и других операциях). В наиболее совершенном виде измерительное устройство управ­ляет механизмами подачи и остановки станка, выполняя функции и активного контроля.

При полной автоматизации приспособления и цикла обработки эта технологическая операция может выполняться без участия рабочего. Он должен лишь своевременно загружать заготовками бункер (магазин) и следить за работой станка и приспособления.

Применение автоматизированных приспособлений позволяет автоматизировать технологические процессы, используя дешевые^: универсальные станки и «превращая» их в полуавтоматы и авто­маты. В этом случае, однако, нужно иметь дополнительно управляющие и транспортирующие устройства.

При конструировании автоматизированных станочных приспособлений особое внимание должно быть обращено на удаление стружки. Мелкую стружку удаляют из труднодоступных мест струёй сжатого воздуха, отсасывая ее или смывая охлаждающей жидкостью. В других случаях стружку удаляют механически скрепками или щетками.

Автоматизированное производство характеризуется обработкой деталей широкой номенклатуры малыми партиями. Если автоматизация крупносерийного массового производства идет по пути создания специальных автоматических линий, станков-автоматов и полуавтоматов, работающих по жесткому циклу, то автоматизация мелкосерийного производства требует создания гибких технологических систем, способных автоматически переходить с обработки деталей одного типоразмера на другой. В решении этих задач основную роль Должны играть станки с ЧПУ и многоцелевые станки, объединение которых в единую технологическую систему, связанную автома­тическим транспортом, позволяет создать высокоэффектив­ные гибкие производственные системы, управляемые от ЭВМ

Для изготовления деталей, особенно корпусных в условиях крупносерий­ного производства также создаются переналаживаемые автомати­ческие линии из станков со сменными многошпиндельными голов­ками.

Высокопроизводительные многоцелевые станки, осуществля­ющие по программе автоматическую замену заготовок и режущего инструмента, позволяют с одной установки практически пол­ностью обработать корпусную деталь с четырех-пяти сторон. Наличие на станках многоинструментальных магазинов с широ­ким набором режущего инструмента дает возможность автомати­чески выполнять на одной или нескольких рабочих позициях с одной установки заготовки различные технологические переходы по обработке плоских и фасонных поверхностей, главных и кре­пежных отверстий, по нарезанию резьб и получению требуемых пазов и выточек. При этом можно производить такие работы, как фрезерование плоских поверхностей детали и фрезерование по контуру, координатное сверление, растачивание, нарезание резьбы. Станок управляется по программе, записываемой на перфоленте или передаваемой от ЭВМ. Смена программы произ­водится в течение 1,5—4 мин.

Детали на многоцелевых станках базируются на столе станка или в приспособлениях простейшего типа без направляющих втулок для инструмента. Таким образом, требуемая точность детали должна обеспечиваться непосредственно технологической системой. Это обстоятельство обусловливает необходимость изго­товления этих станков с высокой точностью и оснащения их адаптивными системами, обеспечивающими автоматическое управ­ление точностью и производительностью обработки.

Для обработки деталей с разных сторон на многоцелевых станках применяют точные поворотные столы, позволяющие по программе поворачивать деталь на требуемый угол. Для повыше­ния эффективности использования станка в ряде случаев меняют сменные столы или спутники, позволяющие установить заготовку в процессе обработки, совмещая тем самым основные и вспомога­тельные переходы во времени.

Многоцелевые станки имеют различные компоновки с одним или несколькими шпинделями, многопозиционными револьвер­ными головками и магазинами, содержащими от 30 до 100 раз­личных режущих инструментов. Построение технологического процесса изготовления деталей в условиях автоматизированного производства имеет свои особенности. Выявление и учет этих особенностей имеют важное значение для достижения требуемой точности детали и эффективного использования дорого­стоящего станочного оборудования.

Одной из главных особенностей построения технологических процессов на многоцелевых станках и автоматизированных уча­стках является максимальная концентрация последовательно вы­полняемых по программе технологических переходов с примене­нием различного режущего инструмента при наиболее полном использовании принципа единства баз. Важным техно­логическим преимуществом является достижение высокой точ­ности относительного положения поверхностей заготовки, обра­батываемых с одной установки при использовании различного режущего инструмента. Объясняется это следующим.

1. При обработке нескольких поверхностей с одной установки погрешность установки не влияет на точность их относительного положения.

2. Геометрическая точность станка и точность позициониро­вания обеспечивают высокую точность и стабильность статической настройки, получаемой в автоматическом цикле по заданной программе.

Применение многоцелевых станков и автоматических участков значительно расширяет возможности выполнения полной обработки детали с одной установки при базировании ее по необработанным поверхностям. Структура выполнения технологического процесса в этом случае существенно упрощается. Полная обработка детали может быть выполнена на одном или нескольких (двух, трех) многоцелевых станках. Обработка осуществляется без переустановки заготовки на одном спутнике, который после­довательно переходит с одного станка на другой. При выборе технологических баз необходимо исходить из задач, решаемых на первой операции, — достижение требуемого положения обра­батываемых поверхностей относительно необрабатываемых и обес­печение равномерного припуска по обрабатываемым поверхно­стям. Выполнение на станках рабочих переходов происходит в такой последовательности: вначале производят предварительное и окончательное фрезерование плоских поверхностей, затем свер­лятся главные отверстия, зенкеруются, растачиваются и развер­тываются, а в заключение сверлятся мелкие отверстия, зенкером снимаются фаски и нарезается метчиками резьба.

Для исключения влияния погрешности установки наиболее ответственные поверхности детали, между которыми проставлены жесткие допуски, следует обрабатывать на одном станке с одной установки спутника. Это относится в первую очередь к обработке главных отверстий, где необходимо обеспечить требуемую точ­ность относительных поворотов и межцентровых расстояний, к получению торцовых поверхностей, расположенных перпенди­кулярно к осям главных отверстий, а также к обработке комплекта основных баз детали и получению поверхностей вспомогательных баз, требующих точного расположения относительно основных баз детали.

Связи с этим установка заготовок и конструкции приспособлений в автоматизированном производстве имеет свои особенности.. Характерным для этих станков является быстрая сменяемость партий, сложность и повышенная точность обработки деталей. Приспособления для станков с ЧПУ должны быть простыми и надежными в работе, жесткими для достижения заданной точности обработки, обеспе­чивать быструю установку и снятие обрабатываемых заготовок, допускать быструю переналадку и быть пригодными для групповой обработки. Для выполнения концентрированной многопере­ходной обработки сложных деталей они должны обеспечивать возможность подвода рабочего инструмента ко всем обрабатываемым поверхностям с разных сторон заготовки.

Установку заготовок производятна предвари­тельно обработанные базы, используя чаще всего сле­дующие поверхности за­готовки; три взаимно пер­пендикулярные плоскости (установка на шесть то­чек), нижнюю плоскость и два базовых отверстия, центровые гнезда, цилиндрические поверхности (наружную и внутреннюю) и торец для деталей тел вращения. Характерным и важным условием выбора баз для установки заготовки в приспособление, является совмещение их с осями координат, от которых указы­ваются заданные размеры. На рис. 3.27, а показан пример такого совмещения. Соблюдение этого условия облегчает расчет коорди­нат опорных точек траектории движения инструмента от выбран­ного начала отсчета (нулевой точки).

Зажимные устройства отличаются простотой конструкции (при­хваты, кулачки патронов и планшайб). Их выполняют ручного типа и с приводом (обычно гидравлического или механического типа). Зажимные устройства в виде прихватов малогабаритны, легко размещаются в стесненных местах и не мешают выполнению обработки. При невозможности обеспечить последнее условие предусматривают обработку заготовки с ее перезажимом (перехва­том), расчленяя процесс обработки на данном станке на два по­следовательных этапа. Сперва заготовку закрепляют первыми за­жимами 1 (рис. 3.27, б) и обрабатывают ее открытые поверхности. Затем перед началом второго этапа обработки заготовку закреп­ляют вторыми зажимами 2, а зажимы 1 снимают, освобождая закрытые до этого поверхности заготовки. При правильном выборе мест закрепления заготовки точность размеров и взаимного поло­жения обработанных поверхностей получается достаточно высокой; это обусловлено тем, что при перезажиме заготовки ее положение на станке не изменяется.

Рис.3.27. Приспособления для станков с ЧПУ

Зажимные устройства характеризуются точным изготовлением и высокой надежностью в работе. Это особенно важно в тех случаях, когда обслуживание станка с программным управлением осуществляется роботом. При токарной обработке робот берет заготовку из емкости (с транспортера) и устанавливает ее в строго ориентированном положении в кулачки патрона. Все движения робота, закрепление и открепление заготовки производятся от управляющей программы станка (управляющей ЭВМ для группы станков). При недостаточной точности позиционирования захвата робота кулачки патрона должны разводиться на большую вели­чину, чем при ручной установке заготовки. Стационарно расположенный робот может обслуживать два-три станка (рис. 3.28), а робот, перемещаемый по верхним горизонтальным направляю­щим, — линию станков.

Рис. 3.28. Схема компоновки гибкого роботизированного участка

При обработке заготовок на рас­точных, фрезерных и сверлильных станках заготовки можно устанавли­вать обработанной базой непосред­ственно на стол станка с ориентацией по боковым упорам, закрепленным в Т-образных пазах. Вместо упоров на столе станка часто закрепляют линейку или угольник, а по ним уста­навливают заготовку базовыми площадками или платиками. Для токарной обработки заготовок типа фланцев, втулок, стаканов используют клиновые самоцентрирующие патроны с бы­строй перестановкой кулачков на требуемый диаметр. Патроны имеют гидравлический, пневматический или электромеханический привод. Обтачивание заготовок типа валов производят в центрах с передачей момента поводковым трехкулачковым патроном с быстрой перестановкой кулачков на нужный размер. Патроны имеют гидро-, пневмо- или электромеханический привод. Для полной обработки валов с одной установки применяют поводковые центры (ГОСТ 18257—72), а также поводковые шайбы с торцовыми рифле­ниями и плавающим передним центром. Необходимая осевая сила для внедрения рифлений в торец заготовки создается гидравли­ческим или электромеханическим устройством задней бабки- вращающимся центром. Передаваемый крутящий момент состав­ляет и больше. Для фрезерных станков с ЧПУ исполь­зуют механогидравлические тиски нормальной и повышенной точности. Их выпускают неподвижного и поворотного типов.

Известно использование базовых плит из набора УСП. Эти детали имеют высокую точность исполнения и малый износ в про­цессе эксплуатации. Плиты обеспечивают открытую схему уста­новки и хорошую доступность режущего инструмента к обраба­тываемой заготовке.

Для участков станков с ПУ, управляемых от ЭВМ, используют универсальные и переналаживаемые приспособления-спутники. Примером первых может служить трехкулачковый самоцентрирующий патрон. На специальном стенде в этот патрон закрепляется заготовка, а затем он передается последовательно на станки данного участка. Обработанная деталь снимается, а патрон передается на исходную позицию для закрепления следующей заготовки. Патроны имеют коническую поверхность для точной установки на шпинделе станка и быстродействующее автоматическое устройство для надежного закрепления.

Переналаживаемые приспособления-спутники имеют сменные установочные и зажимные устройства; они пригодны также и для групповой обработки.

На многооперационных станках «об­рабатывающих центрах», имеющих двухпозиционные столы, используют приспособления-дублеры. В то время как закрепленная в одном приспособ­лении заготовка обрабатывается, в дру­гом приспособлении происходит съем обработанной детали и установка новой заготовки. Такое совмещение времени способ­ствует повышению производительности труда и лучшему исполь­зованию этого дорогостоящего оборудования.

Промышленные роботы в механосборочном производстве на­ходят широкое применение. При механической обработке их используют как вспомогательные устройства, выполняющие функ­ции: взять ориентированную заготовку из тары (бункера), по­ставить в станочное приспособление (патрон), снять обработанную заготовку со станка, отложить в тару или передать на следующую позицию обработки без потери ориентации заготовки. Безотказ­ное выполнение этих вспомогательных функций во многом зави­сит от конструкции захватов робота, которые являются его смен­ной и переналаживаемой оснасткой.