Основы конструирования приспособлений

ПРИНЦИПЫ УСТАНОВКИ ЗАГОТОВОК В ПРИСПОСОБЛЕНИЯХ

Требуемая точность обработки обеспечивается определенным положением заготовки относительно режущего инструмента По­ложение заготовки при обработке, как и любого твердого тела в пространстве, характеризуется шестью степенями свободы, определяющими возможность перемещения и поворота заготовки относительно трех координатных осей. При полном ориентиро­вании заготовка лишается всех степеней свободы; при неполном — чйсла степеней свободы меньше шести.

В единичном и мелкосерийном производстве применяют* уста­новку заготовки с выверкой по рискам разметки, по обработанным или необработанным поверхностям, в массовом и крупносерийном производстве — установку с доведением базовых поверхностей заготовки до соприкосновения с установочными элементами (опо­рами) специальных приспособлений.

В зависимости от условий обработки осуществляют полную или частичную ориентацию заготовки в пространстве относительно режущего инструмента. В первом случае заготовке придают точ­ное положение в приспособлении, во втором — точная установка в определенных направлениях не требуется, допускается произ­вольное положение (поворот) заготовки относительно какой - либо координатной оси (например, установка кольца в кулачки датрона при токарной обработке).

Установку заготовок выполняют, осуществляя плотный кон­такт базовых поверхностей с установочными элементами при­способления, жестко закрепленными в его корпусе. Это обеспечи­
вается приложением к заготовке соответствующих сил закрепле­ния. Для полной ориентации заготовки число и расположение опор должно быть таким, чтобы при соблюдении условия неотрыв­ности баз от опор (т. е. при сохранении плотного и неподвижного контакта между ними) заготовка не могла сдвигаться и поворачи­ваться относительно координатных осей. При выполнении условия неотрывности заготовка лишается всех степеней свободы.

Число опор (точек), на которые устанавливают заготовку, не должно быть больше шести (правило шести точек). Для обеспече­ния устойчивого положения заготовки в приспособлении расстоя­ние между опорами следует выбирать возможно большим; при установке заготовки на опоры не должен возникать опрокидыва­ющий момент. С увеличением расстояния между опорами умень­шается влияние погрешностей формы базовых поверхностей на положение заготовки в приспособлении.

На рис. 2 показаны примеры установки заготовок с их полной и неполной ориентацией в пространстве. Схема установки прямо­угольной заготовки с тремя взаимно перпендикулярными базо­выми плоскостями для выдерживания размеров H, I и B при обработке прямоугольного паза показана на рис. 2, а. Опоры (точки) .расположены на трех координатных плоскостях; стрел­ками показаны силы Qlt Q2 и Q3, прижимающие заготовку к опо­рам. Закрепление заготовки осуществляют одной силой, например Q1( вызывающей возникновение силы трения между нижней ба­зой и опорами, что препятствует смещению заготовки в остальных направлениях. Изменяя направление и точку приложения силы Qlt можно прижать заготовку ко всем опорам одновременно. При соблюдении условия неотрывности заготовки от всех шести опор (они показаны жирными точками) она не может быть сдвинута вдоль координатных осей и повернута вокруг них, т. е. лишается всех шести степеней свободы. На рис. 2, б показана практическая реализация предыдущей схемы. Опоры имеют ограниченную поверхность контакта и жестко закреплены в корпусе приспо­собления. После закрепления заготовки образуется замкнутая система заготовка—опоры—корпус приспособления—зажимное устройство. Сила Q воспринимается элементами этой системы.

На рис. 2, в приведена схема установки с базированием на плоскую и криволинейную поверхности; при выполнении условия неотрывности заготовка и здесь лишается всех степеней свободы. На рис. 2, г дан пример частичной (неполной) ориентации заго­товки. Плоским торцом она опирается на три точки, а цилиндри­ческой поверхностью соприкасается с двумя остальными. По­скольку площадку (показана жирной линией) можно выполнить в произвольном месте, то для установки заготовки достаточно пяти опор. На рис. 2, д показана схема установки сферической заготовки для сверления в ней сквозного отверстия. Для данных условий (сверление отверстия в произвольном месте) необходимо и достаточно трех опор, к которым заготовка прижимается планкой 1.

При обработке недостаточно жестких заготовок возникает необходимость увеличения числа опорных точек сверх шести. На рис. 2, е показана установка прямоугольной заготовки с длинным кронштейном, у которого обрабатываются торцы бобышки. По­мимо основных шести опор, на которые ставят заготовку базовыми плоскостями, применена дополнительная индивидуально подво­димая опора 1 к ней заготовка прижимается силой Q'. Это су­щественно повышает жесткость технологической системы, позво­ляя использовать более производительные режимы резаиия.

Основные опоры жестко связаны с корпусом приспособления. Несмотря на наличие погрешностей формы и размеров базовых по­верхностей заготовок, они всегда имеют контакт с опорами в шести точках в одних и тех же местах, поэтому установка всей партии заготовок получается одинаково устойчивой. Если, например, нижняя базовая плоскость в заготовках (см. рис. 2, е) имеет погрешность формы в виде выпуклости, то ее контакт с опорами приспособления у всех заготовок происходит в определенных местах.

Дополнительные опоры выполняют только регулируемыми или самоустанавливающимися. При установке заготовки опоры ин­дивидуально подводятся (самоустанавливаются) к поверхности за­готовки, а затем стопорятся, превращаясь на время выполнения данной операции в жесткие опоры. Число дополнительных опор не ограничено, однако для упрощения конструкции приспособ­ления это число следует брать минимальным.

Точечные опоры приспособлений конструктивно оформляют в виде установочных элементов с малой поверхностью контакта. К ним относятся постоянные опоры, призмы для установки ци­линдрических заготовок и другие детали. Они обеспечивают доста­точную устойчивость заготовок независимо от погрешностей их размерб'в и формы. К недостаткам установки на точечные опоры от­носятся возможность повреждения базовых поверхностей загото­вок прн большой силе закрепления и смещение (осадка) загото­вок в результате контактных деформаций в местах соприкоснове­ния опор с базами. При малой шероховатости поверхности баз несущую поверхность- опор увеличивают, и малые погрешности формы баз не оказывают заметного влияния на устойчивость си­стемы установки. При установке на плоские базы используют опор­ные пластины. Чем ниже точность и больше шероховатость базо - - вых поверхностей заготовок, тем в большей степени локализуют места их контакта с опорами приспособления. Возможна уста­новка заготовок одной базой на опоры с большой поверхностью контакта, а остальными базами — на точечные опоры.

Из изложенного следует, что правило шести точек наиболее полно отвечает установке заготовок на точечные опоры при их полной ориентации в пространстве.

Кроме установки заготовок с полным прижатием их базовых поверхностей к опорам приспособления применяют установку по охватывающим или охватываемым базовым поверхностям. При этом заготовку надевают на установочный элемент или вставляют в него с некоторым гарантированным зазором. Пример установки

По внешнему контуру прямоугольной заготовки 1 показан на рис. 3, а. Заготовка лишена всех степеней свободы, не считая ма­лых сдвигов в пределах зазоров А для вхождения в контурную полость приспособления 2. Установка вала в центрах на кониче­ские поверхности центровых гнезд является примером оставления одной степени свободы — возможности установки вала в любом месте по углу его поворота. На рис 3, б показана схема комбини­рованной установки. Заготовку а насаживают базовым отверстием с зазором на жесткий палец б и плотно прижимают торцом к его борту. Для лишения заготовки всех степеней свободы применяют и другие комбинированные способы, например установку на два отверстия с параллельными осями и перпендикулярную им пло­скость.

Для схем установки по охватывающим или охватываемым по­верхностям с полной ориентацией заготовки в пространстве также применимо правило шести точек. Для схемы установки, показан­ной на рис. 3, б, эти точки определяются следующим образом Поверхность базового отверстия может быть представлена че­тырьмя точками, две из которых (1 и 2) лежат на левой верхней образующей, а две (3 и 4) — на правой. Точка 7 (палец имеет вырезы, уменьшающие поверхность сопряжения) не является ус­тановочной, оиа ограничивает перемещение заготовки пределами посадочного зазора. Точка 5 ориентирует. заготовку в осевом направлении, а точка 6 (конец рычага) определяет ее угловое положение. Правило шести точек наглядно прослеживается при использовании опор с ограниченной поверхностью кон­такта.

Для устранения влияния зазора на положение заготовки в приспособлении применяют разжимрые или самоцентрирующие установочные (установочно-зажимные) устройства. К ним отно­сятся самоцентрирующие патроны, цанги, разжимные оправки, гидропластовые втулки, центры и др.

Если в качестве одной из баз служит поверхность, подлежа­щая обработке на данной операции, и при этом необходимо обеспе­чить съем симметричного припуска, то используются схемы ус­тановки, показанные на рис. 4. Пружинные центрирующие паль­цы 1 (рис. 4, а), опускаемые борштангами 2, используют в при­способлении для растачивания головок шатуна 3; выравниваю­щую скалку 4 (рис. 4, б) применяют в приспособлении для рас­тачивания отверстий в бобышках поршня 5. После выравнивания и закрепления поршня силой Q скалку удаляют и отверстия рас­тачивают (нижняя проекция).

Правильное положение заготовки в приспособлении обеспечи­вается несколькими способами. В простейшем случае базовые по-

1 В этом примере правило шести точек рассматривается формально, путем выделения на сплошных установочных элементах условных точечных опор

Серхности заготовки вручную доводят до соприкосновения с опо­Рами приспособления. Одновременное прижатие заготовки ко Всем опорам обеспечивается зажимными устройствами. В автома­тических приспособлениях применяют вспомогательные зажимы - досылатели, обеспечивающие гарантированное прижатие заготовки к опорам. В отдельных конструкциях приспособлений для конт­роля положения заготовки используют электроконтактные дат­чики и светофорные устройства.

Учитывая рассмотренные общие принципы установки загото­вок, к установочным элементам можно предъявить следующие требования. Число и расположение элементов должно обеспечить ориентацию заготовки согласно принятой в технологическом процессе схеме базирования и достаточную ее устойчивость в при­способлении. При использовании необходимых баз с параметром шероховатости поверхности Ra> 20 мкм установочные элементы следует выполнять с ограниченной опорной поверхностью для уменьшения влияния неровностей этих баз на устойчивость за­готовки. Установочные элементы не долзкны портить базовые поверхности, особенно те, которые не подвергаются повторной обработке. Установочные элементы должны быть жесткими. Их жесткость повышают, улучшая качество сопряжения элементов с корпусом приспособления, применяя шабрение или шлифование поверхностей стыков, а также сильно прижимая элементы к кор­пусу приспособления крепежными деталями.

Износостойкость опор повышают, изготовляя их из сталей (У8А, 45, 20, 20Х) с последующей термической обработкой до твердости HRC 55—60. Изнашивание опор можно уменьшить хромированием их несущих поверхностей и наплавкой твердым сплавом, а также шлифованием поверхностей до получения Ra = 0,63—0,32 мкм. Для ускорения ремонта приспособления установочные элементы выполняют легкосменными, что особенно важно при массовом производстве.