Основы конструирования приспособлений

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ УНИВЕРСАЛИЗАЦИИ И СОЗДАНИЯ ПЕРЕНАЛАЖИВАЕМЫХ (ОБРАТИМЫХ) ПРИСПОСОБЛЕНИЙ

В условиях серийного производства применяют так называе­мые универсально-обратимые приспособления. Они допускают быструю и многократную перекомпоновку их элементов, вслед­ствие чего могут быть использованы для выполнения ряда различ- ных операций. Это способствует внедрению высокопроизводитель­ных методов обработки в серийное производство и снижению сроков подготовки технологической оснастки.

Существуют две основные системы универсально-обратимых приспособлений; универсально-сборная (УСП) и универсально - наладочная (УНП).

Система УСП состоит из набора нормализованных деталей, из которых можно быстро, по принципу универсальной собирае­мости и взаимозаменяемости собирать различные приспособления одноцеле^ого назначения. Эта система применяется в опытном и мелкосерийном производстве. После использования собранного по заявке приспособления его разбирают и детали возвращают на склад; затем из них могут быть собраны новые компоновки. Таким образом, система УСП является цикличной. Она универ­сальна только в отношении изготовления приспособлений. Послед­ние же прлучаются не универсальными, а специальными (одно - келевыми). Система УСП включает набор из 25 ООО—30 ООО дета­лей н некоторое количество нормализованных неразборных узлов. Из этого набора можно собирать одновременно до 300 приспособ­лений. На детали и узлы УСП разработан комплекс ГОСТов.

Детали основного набора разбивают на следующие группы: 1) базовые детали (прямоугольные плиты, планшайбы, базовые угольники), лицевая сторона которых снабжается Т-образными пересекающимися пазами, поэтому возможно крепление к ним сопряженных деталей в различных вариантах; 2) корпусные и опорные детали (призмы, угольники, подкладки и опоры различ­ной конфигурации), также снабженные Т-образными пазами, прорезями и отверстиями для выполнения различных компоновок; 3) установочные детали (шпонки, пальцы, переходные втулки, фиксирующие штыри); 4) направляющие детали (кондукторные втулки различных типов, кондукторные планки, колонки), при­жимные детали (ирихваты различных типов и их элементы; 5) де­тали для соединения деталей УСП (винты, болты, шпильки резь­бовые, гайки, шайбы); 6) разные детали (рукоятки, планки, эксцентрики, пружины, детали шарнирных сочленений и др.) 7) нормализованные неразборные узлы (регулируемые по высоте опоры, зажимы, делительные устройства и др.).

В начальный период эксплуатации часто используют сокра­щенный набор элементов УСП из 1500—2500 деталей. Этого

Набора достаточно для сборки 300—400 приспособлений в год.

Основные детали из набора УСП показаны на рис. 120 Для получения различных компоновок их выполняют с Т-образными пазами, продолговатыми прорезями, гладкими и резьбовыми отверстиями. Пазы выполняют с шагом 60+°05 и шириной 12 "м. Применяют также пазы шириной 8 и 16 мм Допускаемое откло­нение пазов от взаимной параллельности и перпендикулярности состав 1яет 0,01 мм на длине 200 мм Технические условия на де­тали и узлы УСП с пазом 8 мм регламентированы ГОСТ 14607—70

Корпусные и опорные детали изготовляют по 4—5-му квали­тетам, поверхности сопряжения этих деталей шлифуют до Ra — ~ 0,32—0,08 мкм. Размеры других деталей, от которых зависит точность собираемых компоновок, выполняют сдопуском 5—10 мкм. Допуски на угол берут 5 мкм на длине 100 мм Допуски на детали, от которых точность обработки не зависит, назначают по 6—9-му квалитетам. Наборы УСП выпускают нескольких классов точ-
пости, каждый из которых рекомендуется применять для обработки деталей соответствующей точности изготовления.

Детали набора УСП должны быть прочными, износостойкими и длительное время сохранять точные размеры и форму. Основные детали изготовляют из стали 12ХНЗА с последующей цементацией и закалкой до твердости HRC 60—64. Крепежные детали изготов­ляют из стали 38ХА с закалкой и отпуском до твердости HRC 40—45. Для направляющих и установочных деталей используют стали У8А и У10А с закалкой до твердости HRC 50—55. Осталь­ные менее ответственные детали изготовляют из стали 45 (при­хваты) и стали 20 (шайбы и др.), Практика эксплуатации УСП на заводах показала, что износ основных деталей за 10 лет состав­ляет менее 0,01 мм.

При наличии набора деталей УСП изготовление приспособле­ния сводится к его сборке по заданной компоновочной схеме. В особых случаях нужно изготовлять специальные детали, но tax количество обычно не превышает 1—1,5 % общего числа де­талей системы. Пользуясь системой УСП, многократно сокращают (время изготовления приспособлений. Продолжительность сборки приспособления средней сложности 2—4 ч.

Сборку выполняют рабочие высокой квалификации по чертежу обрабатываемой заготовки или по ее образцу, выполненному 6 металле. Если данное приспособление может потребоваться опять, &го целесообразно сфотографировать с нескольких позиций. На фото, заменяющих общие виды компоновки, указывают номера использованных деталей набора. Используя фото, повторные сборки выполняют за более короткие сроки.

Система УСП обеспечивает значительное сокращение времени и стоимости подготовки производства новых объектов. Она уско­ряет выпуск новой техники, высвобождает труд конструкторов и рабочих инструментального производства, сокращает расход металла на оснастку, позволяет применять приспособления в про­изводствах с малым выпуском, где изготовление их обычным по­рядком неэкономично. В последнее время УСП применяют и для групповой обработки. В результате многолетнего (свыше 30 лет) применения УСП в отечественном машиностроении эта система значительно усовершенствована. Вместо ранее использовавшихся ручных зажимных устройств применяют нормализованные ги­дравлические и пневматические устройства. Это позволяет нсполь - еовать УСП и в крупносерийном производстве. На рис. 121 даны примеры УСП для сверления и фрезерования специальных деталей.

К недостаткам УСП относят их пониженную жесткость и вы­сокую стоимость набора, включающего большое количество точ­ных деталей. Пониженная жесткость обусловлена большими де­формациями основных деталей (плит и др.) и контактными дефор­мациями в стыках системы.

При стоимости полного набора 50—80 тыс. руб. система УСП в условиях одного завода может оказаться нерентабельной. В этом

Рис. 121. Примеры УСП:

А — для сверления, б — для фрезерования

Случае целесообразна организация прокатных баз для заинтере­сованных заводов. Практика работы таких баз показала сравни­тельно быструю (за два-три года) окупаемость набора деталей УСП при общем сроке их службы 15—20 лет. В специальной документации фиксируются движение и хранение_ оснастки и ее элементов, трудоемкость и себестоимость сборки и разборки УСП, регулируется взаимоотношение поставщика и потребителя оснастки.

Основная часть собираемых компоновок УСП (около 60 %) приходится, как показывает практика, на сверлильные приспособ­ления, затем фрезерные (30 %) и токарные (7 %); остальная часть — на шлифовальные и другие типы. Это соотношение по мере развития системы изменяется. Основными потребителями УСП являются текстильное, общее, полиграфическое и другие отрасли машиностроения.

В компоновках УСП с пазами 12 мм можно обрабатывать за­готовки с максимальными размерами (мм): ширина 300, длина 1400, высота 700. Заготовки большой длины (балки, полосы и др.) можно обрабатывать в компоновках из нескольких несо - стыкованных между собой секций, закрепленных на столе станка.

Оборачиваемость приспособления (средний срок проката) УСП составляет 15 дней, включая один день на сборку, два дня на транспортирование и один день на разборку.

Система УСП используется также в приборостроении и тяжелом машиностроении. Ее применяют для сборки станочных, контроль­ных и сборочных приспособлений, для вырубных и гибочных штампов. Разновидностью системы УСП является система сборно - разборных приспособлений (СРП). Последняя, в частности, ши­роко используется в сварочном производстве (система СРПС). Точность изготовления элементов СРПС обеспечивает сборку без пригонки. На детали и узлы СРП имеется комплекс ГОСТов. Система СРП основана на нормализации их элементов, главным образом корпусов. При смене изделий СРП разбирают и норыа-

Лизованные элементы сдают на склад для повторного использова­ния. Весьма эффективны СРП с клеевым соединением элементов. Трудоемкость изготовления СРП на 50—60 % ниже, чем специаль­ных приспособлений. При этом можно получить экономию ме­талла до 40—50 %.

Годовые затраты на сборку и эксплуатацию компоновки УСП с учетом ее многократной повторяемости определяются по формуле

Руси = В, + Вг + В3М,

Где BL — затраты на специальные детали компоновки; В.2 — амор­тизационные отчисления на компоновку и зарплата конструктора с накладными расходами; В3 —■ затраты на однократную сборку компоновки с накладными расходами; М — число данных компо­новок, собираемых за год.

Выгодность применения данной компоновки определяется условием

Где tm— штучное время обработки без УСП; I — минутная ставка рабочего без использования УСП; усп— штучное время обра­ботки с применением УСП; /усп — минутная ставка рабочего с использованием УСП; г— накладные расходы по механическому цеху, %; N — годовая программа выпуска данных деталей.

Система универсально-наладочных приспособлений (УН П) основана на использовании сменных установочных, зажимных и направляющих элементов, закрепляемых на базе универсаль­ного нормализованного приспособления. Установочные элементы часто выполняют регулируемого типа в целях наладки приспо­собления для обработки заготовок различных размеров. В обоих случаях обеспечивается принцип обратимости, т. е. возможность использования для выполнения комплекса различных детате - операций.

У НИ применяют в серийном производстве. При запуске новой партии обрабатываемых деталей их не снимают со станка, а лишь перестанавливают сменные элементы или устанавливают регули­руемые упоры. Вследствие этого сокращается подготовительно- заключительное время и улучшается использование станочного оборудования во времени.

Применение УНП сокращает издержки и сроки подготовки производства новых объектов, повышает оснащенность и гибкость технологической подготовки. Сменные детали и узлы УНП хра­нят на рабочем месте у станка. Их установка на приспособление осуществляется по центрирующим штырям, штифтам или по на­правляющим пазам без выверки. На перестановку сменных де­талей требуется минимальное время (около 5 мин).

К числу нормализованных приспособлений, на базе которых собирают УНП, относятся машинные тиски, скальчатые кондук - 202

Торы, пневматические патроны со сменными кулачками, план­шайбы с переставными угольниками для растачивания на токар­ном станке деталей сложной формы, раздвижные накладные кон­дукторы для сверления расположенных по окружности отверстий и другие устройства. Количество нормализованных приспособле­ний непрерывно расширяется, в результате чего создается основа для дальнейшего развития системы УНП.

В последнее время разработана и успешно применяется новая разновидность УНП — система переналаживаемых магнитных приспособлений. Она состоит из универсальной (базовой) части (магнитной плиты или патрона) и сменных одно - или многоместных наладок со специальным установочным профилем. В дополнение к ним используются механические силовые элементы для закреп­ления деталей из немагнитных материалов. Система пригодна для различных методов обработки, проста в эксплуатации и значи­тельно расширяет возможности магнитных приспособлений.

При обработке мелких деталей на фрезерных и других станках применяют УНП со сменными кассетами. Каждая кассета служит для установки деталей одного типоразмера. Переналадка при­способления сводится к замене кассет. Конструкции УНП, раз­работанные многими проектно-технологическими организациями, успешно внедряются на заводах серийного производства. Наличие освоенного парка УНП на действующем заводе облегчает переход на новый объект производства. Сроки подготовки производства могут быть при этом сокращены, так как отпадает необходимость конструирования и изготовления многочисленной специальной оснастки.

На рис. 122 показано УНП с пневматическим зажимом. Око предназначено для выполнения операций фрезерования деталей средних размеров. Настройку приспособления и крепление обра­батываемых деталей производят посредством сменных наладок (планок) 2 и 3, устанавливаемых на подвижной 4 и неподвижной 1 губках. Фиксацию сменных наладок производят установочными штырями. Примеры заготовок, закрепляемых в приспособлении, показаны на рис. 122, а и б. Их устанавливают двумя базовыщ

Рис. 123. Сменные наладки к нормализованному скальчатому кондуктору

Отверстиями на пальцы, запрессованные в сменных наладках. Предусмотрев в последних призматические канавки (вертикальные или горизонтальные), можно закреплять в них заготовки цилин­дрической формы. Возможны и другие схемы установки заготовок.

На рис. 123 показаны сменные наладки к нормализованным скальчатым кондукторам для сверления отверстий в различных деталях. В приспособлении, приведенном на рис. 123, а, нижняя наладка представляет собой плиту 7, фиксируемую на корпусе скальчатого кондуктора по двум штифтам 1 и закрепляемую стопор­ными винтами 2. На этой плите устанавливают обрабатываемую заготовку 6, Фиксацию и крепление верхней наладки приспособ­ления (плиты 5) с зажимным элементом 3 и кондукторными втул­ками 4 производят на плите кондуктора с нижней стороны ана­логичным образом. В приспособлении, приведенном на рис. 123, б, нижняя наладка заменена призмой для крепления цилиндрических заготовок 6 с осевой ориентацией по упору 8. Верхняя наладка имеет зажимные элементы 3 и кондукторную втулку 4. На рис. 123,в показано приспособление для сверления отверстия в головке ры­чага 9. Нижняя наладка имеет опорный элемент 11 и упорный палец 10. На верхней наладке закреплены расположенные под углом 120° три скошенных сухаря 12 для центровки головки ры­чага по внешнему контуру и кондукторная втулка 4. При смене наладок время затрачивается только на открепление и затяжку двух нижних стопорных винтов. УНП на базе скальчатых кондук­торов часто применяют для многоинструментных наладок путем использования переналаживаемых многошпиндельных сверлиль­ных головок.

В приспособлениях смешанного типа сочетаются принципы УСП и УНП. Так, в одной компоновке УСП может применяться несколько сменных наладок; это позволяет использовать одно УСП для нескольких операций обработки, сократить время и число собираемых компоновок УСП. В ряде случаев сами УНП могут собираться из элементов. Сочетание принципов УСП и 204

УНП предопределило появление системы УСПО (универсально - сборной и переналаживаемой оснастки), успешно применяемой на многих заводах.

Годовые затраты на одну компоновку УНП

D (Ла. уп + Лэ. уп) Суп, / 1 + Лп. н , л г

^УНП —-------------- т---------------- г ^------- Y-------- г ^э. в)

Где /4а. уП —коэффициент амортизации УП как базы данного УНП; Аэ. Уп —коэффициент эксплуатации УП; Суп —себе­стоимость УП в металле; т — число сменных наладок для данного УП; А-а, н — коэффициент проектирования и отладки сменной наладки; Аь. н — коэффициент эксплуатации сменной наладки; Св — себестоимость изготовления сменной наладки; Т — число лет эксплуатации наладки.

По этой формуле можно определить экономическую эффектив­ность данного УНП по сравнению с аналогичной компоновкой УСП или со специальным приспособлением.

Время переналадки УНП значительно меньше времени сборки и установки на станок аналогичной компоновки УСП. Время простоя станка при переналадке УНП в несколько раз меньше времени простоя при установке отдельно собранного УСП. Таким образом, система УНП способствует лучшему использованию обо­рудования в серийном производстве.