Основы конструирования приспособлений

ПРИСПОСОБЛЕНИЯ К ВЕРТИКАЛЬНО-СВЕРЛИЛЬНЫМ СТАНКАМ

Быстросменный патрон для смены инструментов (сверл, зен­керов, разверток, цековок) без остановки шпинделя показан иа рис. 127, а. Вращение от шпинделя станка передается через конус 1 и шарик 2 на сменный инструмент с туго посаженной ци­линдрической втулкой 3, имеющей лунку под шарик. Для смены инструмента рабочий поднимает левой рукой втулку 4. Под дей­ствием центробежной силы шарик западает в выточку 5. Инстру­мент разъединяется с корпусом патрона, и рабочий легко вынимает его правой рукой. После установки нового инструмента втулка 4 Опускается, и шарик западает в новую лунку. Этот патрон безо­пасен при частоте вращения шпинделя до 250—300 об/мин.

В другой конструкции быстросменного патрона (рис. 127, б) для смены инструмента 6 необходимо слегка притормозить втулку 7, Взявшись за нее левой рукой. При этом зазор между упорами а корпуса патрона и внутренним скосом Ь втулки увеличивается, и инструмент выпадает, так как его выступ с не задерживается этим скосом. При установке нового инструмента имеющимся на нем выступом нажимают на скос D, втулка отходит, преодолевая действие пружин 8, и защелкивается, фиксируя положение ин­струмента.

Вертикально-сверлильные и радиально-сверлильные станки оснащают также многошпиндельными револьверными головками (рис. 128). Корпус головки раструбом 3 надевают на шпиндель­ную гильзу 2 станка и закрепляют стяжным винтом 1. В корпусе головки смонтирован поворотный диск 7 с наклонно располо­женной осью. В гнездах этого диска устанавливают шпиндели 6 Головки; некоторые из них могут иметь ускоряющую или замед-

Рис. 128. Многошпиндельная револьверная головка к сверлильному станку

Ляющую зубчатую передачу. Поворотный диск фиксируется в опре­деленных положениях с помощью вытяжного фиксатора. Цен­тральный вал 4 головки связан со шпинделем станка коническим хвостовиком. Вращение от этого вала на отдельные шпиндели головки передается муфтой 5 с торцовыми выступами.

Для смены инструмента необходимо повернуть диск 7, пред - ьарительно вытянув фиксатор. Вместе с тем происходит подъем муфты 5 и расцепление вала 4 с нижним шпинделем. Поворот диска производится без остановки шпинделя станка. Извлечение фиксатора, расцепление муфты и поворот диска происходят авто­матически при подъеме шпинделя станка При этом переключа­ющий валик 9, упираясь в торец шпиндельной бабки, переме­щается вниз и приводит в действие соответствующий механизм, состоящий из рычажной системы и зубчатой передачи с храповым устройством для вращения диска только в одну сторону (на рис. 128 не показано). При опускании шпинделя происходит фик­сация диска и включение муфты центрального вала с вновь уста­новленным шпинделем. Поворот диска возможен также рукоят­кой 8. С помощью головок этого типа можно сверлить, разверты­вать и зенкеровать отверстия, цековать бобышки, а также наре­зать внутреннюю резьбу.

На рис 129, а показана схема реверсивной головки для наре­зания резьбы на сверлильном станке. Корпус головки 2 имеет разрез и закреплен на шпиндельной трубе станка винтовой стяж­кой 1. Вращение при нарезании резьбы от валика 3 (связанного со шпинделем станка) передается через муфту 5 на валик 6. При подъеме головки в начале обратного хода муфта переключается 210
в нижнее положение, пере­дача вращения на валик 6 При этом происходит в об­ратном направлении, че­рез конические зубчатые колеса 4, 8 и 7.

Схема более совершен­ной конструкции ревер­сивного патрона показана на рис. 129, б Вращение от шпинделя сверлиль­ного станка через конус 21, диск 11 и фрикцион­ные прокладки 13, подтя­гиваемые гайкой 12, пе­редается на корпус пат­рона 10. При нарезании резьбы момент на валик 15 метчика передается зубьями 9 п 19. Нижняя часть патрона 14 предохра­няется от вращения шпиль­кой 17, скользящей по вер­тикальному пазу станины или корпуса приспособления. Нижний упор 16 устанавливают по высоте в зависимости от глубины нарезаемой резьбы. Когда шпилька 17 коснется неподвижной плоскости упора 16, патрон останавливается. Метчик, продолжая ввинчиваться, сместит ва­лик 15 вниз, обеспечивая сцепления зубьев 19 и 20. Передача на инструмент происходит через передаточные зубчатые колеса 18 В обратную сторону с большей скоростью. Поломка метчика пре­дупреждается пробуксовкой диска 11 между фрикционными про­кладками 13.

На рис. 130, а показана схема приспособления для растачиьа - ния на вертикально-сверлильном станке конических отверстий. Втулку 10 верхней частью вставляют в патрон станка и направ­ляют кондукторными втулками 2 и 5, запрессованными в корпус приспособления, где закреплена заготовка 4. Во втулке 10 поме­щен валик 7 с пружиной 1. При опускании шпинделя станка ва­лик доходит до упора 6. Дальнейшее опускание шпинделя станка со втулкой 10 вызывает радиальное перемещение пластины 8 С расточным резцом 9, так как штифт 3, запрессованный в ва­лике 7, скользит по наклонному пазу пластины. Таким образом, вершина резца будет описывать коническую поверхность. При подъеме шпинделя пружина 1 возвращает валик 7 и пластину в исходное положение.

Для растачивания внутренних выемок в отверстиях применяют специальные скалки 12 (рис. 130, б) с продольным пазом, в ко-

Тором на оси 15 закреплена качающаяся подпружиненная дер­жавка 13 с резцом 14. При подаче скалки вниз выступ державки отклоняется вправо кондукторной втулкой 2. Резец врезается в стенку отверстия и при дальнейшем опускании скалки протачи­вает выемку, длину которой ограничивают предварительной уста­новкой упора 11.

На рис. 130, в показано приспособление для растачивания кольцевых канавок на сверлильном станке. Центральный валик 16, Связанный со шпинделем станка, имеет в нижней части прямо­угольное окно, куда вставлена расточная пластина 8. Запрес­сованный в валике штифт 3 проходит через сквозную наклонную прорезь расточной пластины. При подаче валика вниз штифт вы­двигает пластину в радиальном направлении и ее режущая кромка растачивает в отверстии заготовки 4 кольцевую канавку. Гильза 18, Через окна которой проходит расточная пластина, направляется кондукторной втулкой 17. Бурт втулки ограничивает осевое пере­мещение гильзы, чтобы растачивание канавки происходило на заданной высоте. Пружина 1 возвращает расточную пластину в исходное положение.

Значительный эффект по снижению времени обработки полу - Чрют, применяя многошпиндельные сверлильные головки, уста­навливаемые на обычных вертикально-сверлильных станках.

Схема простейшей головки с постоянным расположением шпин­делей показана на рис. 131, а. Вращение от шпинделя станка через конус 1 и центральное зубчатое колесо 2 передается на зуб - чгтые колеса 3 шпинделей 4 головки. Ее корпус для удобства 212

Сборки выполняют из двух половин. Верхняя половина имеет раструб, которым она крепится на шпиндельной трубе станка. Для правого вращения шпинделей шпиндель станка должен вра­щаться в левую сторону. В цепь подачи включают передаточное зубчатое колесо, чтобы при левом вращении шпинделя головка имела подачу вниз.

На рис, 131, б показана схема головки, где эти недостатки устранены введением промежуточных зубчатых колес. Схема бес­шестеренной головки показана на рис. 131, в. Вращение от шпинделя станка через конус 1 передается на кривошип 5, кото­рый входит в поводковую плиту 6, поддерживаемую вторым кри­вошипом 7. Рабочие шпиндели 4 имеют кривошипы такого же радиуса; они приводятся во вращение от поводковой плиты 6, Которая может вращать любое количество шпинделей, располо­женных произвольно в пределах ее габаритов. При движении плиты все ее точки описывают окружности одного радиуса, рав­ного радиусу г кривошипа. При такой конструкции привода угловые скорости всех шпинделей одинаковы.

В серийном производстве целесообразно применять головки с переставляющимися шпинделями. Их можно использовать для обработки деталей с различным числом и расположением отвер­стий.

На рис. 132, а показана схема головки с шарнирно-телеско - пическим шпинделем. Державки 1 рабочих шпинделей 2 можно выдвигать в радиальном направлении или перемещать по окруж­ности нижней опорной плоскости корпуса 3 головки. Компенса­ция изменения расстояния между шарнирами 4 и 5 осуществляется телескопическим соединением 6 со скользящей шпонкой. Шпин-

Дели головки вращаются с одинаковыми скоростями. В конструк­ции головки, представленной на рис. 132, б, перестановка шпин­делей 2 осуществляется по дуге радиусом г. Это достигается по­воротом нижних частей 7 корпуса относительно осей а—а. Хво­стовик 8 головки вставляют в конус шпинделя, а ее корпус предо­храняется от провертывания стержнем 9. Головки этого типа удобны для обработки отверстий во фланцах разного диаметра. Возможность перестановки шпинделей у этих головок несколько ограничена. На рис. 132, в даны варианты расположения шпин­делей. Оси шпинделей должны лежать на окружностях радиуса т.

На рис. 133 показаны конструктивные детали многошпиндель­ных головок: головки с подшипниками скольжения и шарико­выми подпятниками (рис. 133, а) и шпинделя с подшипниками качения (рис. 133, б). На рис. 133, в показаны способы привода центрального вала головки торцовой шпонкой и фланцевые креп­ления корпуса головки к шпиндельной трубе. Крепление инстру­мента в шпинделях этих головок осуществляется непосредственно по конической поверхности (рис. 133, б), если инструмент имеет конический хвостовик. При использовании переходной втулки (рис. 133, г) можно регулировать положение инструмента подлине. Для инструментов с цилиндрическими хвостовиками применяют цанговое крепление (рис. 133, д). Затяжкой цанги обеспечивается надежная передача крутящего момента и точное центрирование инструмента. Этот способ отличается компактностью и легкостью регулировки инструмента по длине.

Исходными данными для расчета и конструирования специаль­ной многошпиндельной головки с постоянным расположением шпинделей являются: число, диаметр, глубина и расположение

Г/ Dj

Рис. 133. Детали многошпиндельных головок

Просверливаемых отверстий, материал заготовки, основные раз­меры и паспортные данные станка, на котором устанавливают головку (частота вращения и крутящие моменты на шпинделе, допустимые силы подачи, размер шпинделя, его ход, вылет и минимальное расстояние от стола станка).

Устанавливая режимы резания, целесообразно стойкость всех сверл принимать одинаковой для одновременной их смены. Стой­кость сверл в приближенных расчетах принимают равной 100 мин при смене их не более 2 раз за смену. При точном расчете стойкость сверл следует назначать в зависимости от числа шпинделей в го­ловке. Если в головке работают сверла одного диаметра, то их стойкость можно определить по формуле

Где т — показатель относительной стойкости; при сверлении стали сверлами из быстрорежущей стали разных марок т = 0,2, при сверлении чугуна т = 0,125; Т0 — время работы станка, эквивалентное всем расходам, связанным со сменой и переточкой инструмента; с — число сверл в головке.

При большем числе сверл стойкость Т растет, а производи­тельность падает (рис. 134, а, кривая 1). В этом случае выгоднее применять сменную головку и сверла менять вне станка (пря­мая 2).

При разных диаметрах D сверл их стойкость

Где Тш — время на смену одного инструмента, мин; Tw — норма времени на заточку инструмента, мин; lw — заработная плата заточника за 1 мин; гш — накладные расходы по заточному цеху, %; Sw — начальная стоимость инструмента; K — число переточек, допускаемых инструментом; е — заработная плата рабочего за 1 мин; z0 — цеховые расходы по отношению к производственной зарплате, %.

При работе головки на режиме наибольшей производительности второе слагаемое в формуле (55) принимается равным нулю. Зна­чения Т„ можно брать также по нормативам.

Все сверла многошпиндельных головок работают с одинаковой минутной подачей

SM = Nsor> = • (56)

Подачу на один оборот so6 и скорость резания v для отдельных сверл можно определить по выражениям

Cvdx

С4сл

1 6об

Подставив выражения (57), в формулу (56), получим

= 1°0°CDCs 1

ПТтСу 4+0,64/-* •

Из этого выражения видно, что минутная подача как лимити­рующая величина должна устанавливаться по сверлам большого диаметра, так как показатель степени при D положителен.

Определив sM и рассчитав для отдельных сверл soCl по формуле (57), можно найти для них частоту вращения (мин) п — SJso6. Зная материал заготовки и значения so6, определяют для каж­дого шпинделя по формулам теории резания крутящие мо­менты МкР и осевые силы Р0. По величинам п и заданному рас­положению шпинделей устанавливают кинематическую схему головки и определяют передаточные отношения от центральной ведущей шестерни к шпиндельным шестерням. С учетом передаточ­ных отношений определяют суммарный крутящий момент на валу 216
головки, частоту вращения этого вала, а также суммарную осе­вую силу. По этим величинам подбирают частоту вращения шпинделя станка, при которой обеспечивается передача найден­ного суммарного крутящего момента.

После корректирования величины суммарного крутящего мо­мента и частоты вращения центрального вала головки по пас­портным данным станка рассчитывают модуль и числа зубьев шестерен, а также размеры радиальных и упорных подшипников. При подборе числа зубьев принятые передаточные отношения мо­гут изменяться, и приходится дополнительно уточнять расположе­ния осей центрального и промежуточных зубчатых колес.

Конструктор должен также определить размеры валов и осей вубчатой передачи головки. При подборе подшипников качения их долговечность принимается 2000—3000 ч основного (машинного) времени. В этом случае замену подшипников при двухсменной работе головки производят через 1,5—2 года.

Шпиндели головок изготовляют из сталей 4-5 и 40Х; зубчатые колеса из сталей 20X, 12ХНЗА с последующей цементацией и закалкой или из стали 40Х (закалка). Для корпусных головок применяют серый чугун СЧ 12 или СЧ 15, а также алюминиевые сплавы типа АЛ9.

При конструировании головок с переставляющимися, а также с кривошипными шпинделями методика расчета видоизменяется. Частота вращения у всех шпинделей этих головок принимается одинаковой. Ввиду общей для всех шпинделей минутной подачи sM, подача на один оборот so6 у них также одинакова. Значение sn6 следует определять по сверлу наименьшего диаметра, как наименее прочному из данного комплекта инструментов:

С _ г и0'6

Для сверла наибольшего диаметра lOOOo ЮООСХ,,,

П

Отсюда

Ю00Со

Ттгу—1 Л — T J0,6 (у—1)

Для значения sM по выражениям (58) и (59) можно установить, что головка с разными частотами вращения шпинделей про­изводительнее головки с постоянными частотами вращения в dmfnu~l) раз. Приняв, например, dmdX = 20 мм,

Dmm — 10 мм и г/ = 0,5, получим 20°'М0-°'3 = 1,23. При dniax = — dmin = 1 это соотношение равно единице.

На рис. 134, б показана зависимость времени сверления от отношения dmax/dram - При значении этого отношения больше 1,4 может оказаться выгодным разбить операцию на две с меньшим значением отношения. Тогда /о1 - f To2 •< T„.

При конструировании кривошипных головок не­обходимо определять диа­метр шпинделей, радиус кривошипов, диаметр и длину кривошипной шейки шпинделей и ведущего вала, а также местополо­жение оси этого вала по отношению к шпинделям головки. Диаметр шпин­делей определяют по мо­менту Мрез, который ОНИ передают. Момент резания рассчитывают по выбран­

Ной ранее величине подачи и диаметру сверла. Диаметр веду­щего вала головки определяют по суммарному моменту от всех 1пп инд елей.

При определении радиуса г кривошипов следует учитывать, что с его увеличением уменьшаются действующая на кривошипную шейку сила Р, диаметр D и длина I этой шейки:

Р = MvJr и Р = Dlq,

Где Q — допустимое давление на поверхностях скольжения.

Увеличение г невозможно при малом расстоянии между шпин­делями головки. При больших же г возрастает неуравновешенность ее движущихся частей. Для малых г зазор в сопряжении криво­шипной шейки с поводковой плитой необходимо уменьшать.

Положение оси ведущего вала головки можно определить гра - 4оаналитическим методом. Вычерчивают расположение шпин­делей головки в плане (рис. 135, а) с кривошипами, повернутыми в одну сторону. Перпендикулярно к ним откладывают силы

/ = Мрез L/R; Р2 = Л4рез T/П . . .; Рп = Мрез п/Г-

Далее находят направление равнодействующей этих сил (ли­ния 1—/). Вычерчивают расположение шпинделей с кривошипами, повернутыми на 90° (рис. 135, б) и действующими на них теми же силами. Как и в предыдущем случае, проводят равнодейству­ющую этих сил (линия 2—2). Пересечение линий 1—1 и 2—2 в точке О определяет положение оси кривошипной шейки веду­щего вала головки. На расстоянии г от этой точки на линии 1—1 расположена ось ведущего вала головки (точка Ог). Использова­ние изложенного метода обеспечивает плавную и надежную работу всех шпинделей.

Правильно сконструированные кривошипные головки удов­летворительно работают при условии одновременного врезания и одновременного выхода всех ее инструментов. В противном слу­чае возможно заедание и заклинивание отдельных кривошипов
и возникновение больших распирающих сил. Например, криво­шипный механизм перестает работать, если из всего комплекта инструментов в конце операции продолжает работать одно сверло.

Диаметр и длину шейки кривошипа ведущего вала рассчиты­вают по радиальной силе

Г

На эту шейку обычно монтируют подшипник качения, в то время как кривошипные шейки рабочих шпинделей из-за стеснен­ности пространства вращаются в подшипниках скольжения.