animateMainmenucolor
activeMenucolor
Главная / ЧПУ станок / Фрезерный ОЦ / Установочно Зажимные Приспособления Для Обрабатывающих Центров и Станков с ЧПУ

Установочно Зажимные Приспособления Для Обрабатывающих Центров и Станков с ЧПУ

При выборе типов приспособлений, которые устанавливают на обрабатывающие центры с ЧПУ, кроме обычных требований обеспечения заданного положения заготовки на станке, надежного ее закрепления, удобства и безопасности установки заготовок, необходимо выполнить и дополнительные:

  • Установочно зажимное приспособление должно быть таким, чтобы его можно было быстро сконструировать и изготовить, легко установить и снять со станка. Иначе потеряется важнейшее качество обрабатывающего центра - его «гибкость», быстрота переналадки на другую номенклатуру изделий. Поэтому приспособление должно быть несложным.
  • Зажимные приспособления станка должны состоять главным образом из стандартных узлов и деталей, которые можно в различных сочетаниях использовать для установки различных заготовок.
  • Конструкция установочно зажимных приспособлений должна обеспечивать особо высокую жесткость системы заготовка - приспособление - станок при воздействии сил резания разной величины и направления.
  • Установочные и зажимные элементы приспособления должны располагаться так, чтобы не мешать подходу инструментов ко всем обрабатываемым поверхностям. Если это невозможно (например, при обработке плоских или фасонных поверхностей по всему периметру заготовки), желательно использовать попеременно действующие зажимы; в момент, когда какой-либо из зажимов мешает проходу режущего инструмента, он должен отводиться от заготовки, а остальные - удерживать ее в неизменном положении.
  • Закрепление заготовок должно выполняться быстро, как правило, механически или автоматически. Сила закрепления должна быть постоянной и достаточной для восприятия нагрузок, возникающих при работе различных инструментов, и вместе с тем не вызывать деформацию заготовки.
  • Установочно зажимное приспособление должно быть точно ориентировано по отношению к системе координат станка, иначе невозможно выдержать заданное взаимное расположение обработанных и базовых поверхностей детали.

Потери времени на установку и снятие заготовок можно полностью исключить из цикла работы станка, если использовать двухпозиционную обработку. Пока на одной позиции стола станка ведется обработка заготовки, на второй позиции устанавливают и закрепляют следующую заготовку. Для облегчения и ускорения установки тяжелых заготовок в приспособление и снятия готовых деталей устанавливают консольно-поворотный кран или промышленный робот. Наиболее широко промышленные роботы применяются в компоновках с токарными обрабатывающими центрами с ЧПУ, где один робот может обслуживать несколько станков.

Автоматизация загрузки обрабатывающего центра, обрабатывающих корпусные заготовки, обеспечивается путем закрепления заготовки вне станка в приспособлении спутнике, вместе с которым она подается и удаляется со станка. Для этого обрабатывающие центры оснащают устройством для автоматического транспортирования закрепления приспособлений-спутников. Такой обрабатывающий центр можно встраивать в автоматизированные технологические комплексы.

В период создания и совершенствования первых обрабатывающих центров внимание конструкторов и технологов было сосредоточено на решении задач автоматизации перемещений рабочих органов по быстро сменяемой программе, достижении высокой точности обработки, разработке и усовершенствовании механизмов главных и вспомогательных движений, устройств для смены режущего инструмента и т. д. Станочным установочно-зажимным приспособлениям уделяли мало внимания. В связи с этим на многих заводах, получающих новые станки, вынуждены были использовать простейшие установочные и зажимные элементы: подкладки, подставки, винтовые прихваты, болты, гайки с быстросъемными шайбами и т. п. Заготовки устанавливали непосредственно на стол станка или на простейшие плиты, выверенные по отношению к системе координат станка. Традиционные способы установки не обеспечивали необходимую жесткость и надежность закрепления заготовок. Приходилось снижать режимы резания, а следовательно, и производительность станка. В связи с этим на некоторых заводах решили пойти по другому пути - изготовлять специальные приспособления высокой точности и жесткости. Появилось другое противоречие: на проектирование, изготовление и отладку приспособления требуется много времени, подготовка производства очень затягивается, стоимость приспособлений увеличивается. Можно исправить положение, если наиболее сложные детали приспособлений изготовлять на обрабатывающих центрах, но это не всегда возможно по условиям производства (станок должен обеспечивать выпуск плановой продукции) и не всегда экономично.

Рациональным оказалось использование хорошо зарекомендовавших себя в условиях серийного производства различных систем универсально-сборных УСП и универсально-наладочных УНП приспособлений.

Элементы универсально сборных приспособлений хорошо сочетаются с плитами приспособлений-спутников. Для этого в плите спутника создают систему точно расположенных лазов и крепежных отверстий или сетку базово-крепежных отверстий.

В плитах приспособлений-спутников, входящих в систему приспособлений для обрабатывающих центров типа SUS (ЧССР), для расстановки и закрепления базовых и крепежных элементов используется сетка Т-образных пазов и резьбовых отверстий. На рис. 1 показана последовательность сборки приспособления-спутника из стандартных элементов. На плите 1 спутника размещают базовые элементы 2-6, предназначенные для установки заготовки. Каждый элемент закрепляется в нужном положении с помощью сухаря, вставленного в Т-образный паз, и болта с внутренним шестигранником, пропущенным через отверстие опоры. В качестве крепежных элементов использованы шпильки 7-9, ввернутые в резьбовые отверстия плиты или в сухари, вставленные в Т-образные пазы, и регулируемые по высоте упоры 10-12, закрепленные в плите таким же образом. Закрепление заготовки 16 выполняется прихватами 13-15 и гайками, навернутыми на верхние концы крепежных шпилек. Для получения нужной силы зажима можно использовать электромеханический или гидромеханический ключ, расположенный на рабочем месте, где заготовки устанавливаются в приспособление-спутник перед подачей его на станок.

Рис. 1. Устройство для закрепления заготовки на приспособлении-спутнике: а - плита с базовыми и крепежными элементами; б - приспособление-спутник

В системе SUS предусмотрена также возможность использования для закрепления заготовок сменных силовых приводов, устанавливаемых взамен зажимных гаек. Развитие систем установочно-зажимных приспособлений для многооперационных станков пошло главным образом по пути создания наборов несложных, но достаточно жестких установочных и зажимных элементов, которые размещают на плите приспособления-спутника или непосредственно на столе станка. Изготовляется несколько типоразмеров каждого из элементов набора. Они делаются составными или регулируемыми по высоте (длине). Для получения высоких регулируемых сил зажима, облегчения труда рабочих, сокращения вспомогательного времени для закрепления заготовок используют механизированные силовые приводы. Особое значение имеет механизация закрепления тяжелых заготовок на крупных обрабатывающих центрах, когда потребные силы зажима достигают 100-200 кН и более.

Рассмотрим принципы построения универсального механизированного крепежного набора УМКН. Его главные особенности - быстрота компоновки приспособления, возможность получения высоких (до 250 кН) сил зажима при сравнительно небольших размерах рабочих цилиндров, возможность установки гидрозажимов на подвижных поворотных столах, приспособлениях-спутниках с отключением привода от источника питания после закрепления заготовки.

Типовые схемы закрепления заготовок с помощью элементов универсального механизированного крепежного набора показаны на рис. 2. В первом случае (рис. 2, а) заготовка 6 закрепляется прихватом картонного типа з с помощью толкающего гидроцилиндра 2. Второй конец прихвата опирается на составную переналаживаемую опору 1.

Рис. 2. Схемы закрепления заготовок с помощью гидроцилиндра (а) и гидрошайбы (б, в)

В случаях использования схем закрепления заготовок, показанных на рис. 1, б, в, в качестве силового привода применяют гидрошайбу 5, регулируемую опору 4, или одну гидрошайбу 5.

Толкающий гидроцилиндр (рис. 3) состоит из трех основных частей: корпуса 9, поршня 1 с возвратной пружиной 2 и фиксирующей гайки 4. При подаче масла под давлением через штуцер 3 поршень поднимается вместе с одним из концов прихвата, поворачивая его относительно средней опоры. Происходит закрепление заготовки. После этого, вращая вручную гайку 4 с накатанной наружной поверхностью, опускают ее до упора. Теперь при снятом давлении масла в гидроцилиндре заготовка остается надежно закрепленной.

Рис. 3. Толкающий гидроцилиндр с фиксирующей гайкой

Гидроцилиндр изготовляется в двух модификациях диаметрами D=105 и 115 мм (высота обоих цилиндров H=116 мм). Первый из них развивает силу зажима 75 кН, второй - 100 кН при давлении масла 20 МПа, поступающего от пневмогидравлического насоса. Герметичность уплотнения поршня обеспечивается применением резиновых 6, 7 и фторопластовых 5, 8 колец. Для повышения износостойкости сопрягаемые поверхности корпуса цилиндра и поршня хромируют.

Соединение гидроцилиндра с источником питания осуществляется с помощью быстроразъемной муфты (рис. 4, а). Муфта состоит из двух основных частей: левая полумуфта 1 ввертывается в корпус гидроцилиндра, правая 14 соединяется со шлангом высокого давления и насосом. В собранном состоянии муфта свободно пропускает масло от насоса к гидроцилиндру и обратно. Связь полумуфт обеспечивают шесть шариков 6, удерживаемых в канавке левой полумуфты кольцом 7, находящимся под действием пружины 8. Ход кольца влево ограничен стопорным кольцом 5.

Рис. 4. Быстроразъемная муфта (а) и схемы включения одного (б) и нескольких (в) гидроцилиндров

Уплотнение в соединении полумуфт обеспечивают кольца 9 и 10. Для разъема муфты достаточно сдвинуть кольцо 7 вправо, сжимая пружину 8. Шарики 6 разойдутся под действием пружин 2 и 13, воздействующих на упирающиеся друг в друга обратные клапаны 4 и 11. Произойдет размыкание муфты. Одновременно, продолжая двигаться под усилием пружин, обратные клапаны прижмутся уплотнительными кольцами 3 и 12 к своим седлам, преграждая Выход маслу из гидроцилиндра и от насосной установки. Подключение (отключение) привода с помощью такой муфты происходит за 2-3 с с приложением небольшого мускульного усилия (30-50 H).

Схема подключения гидроцилиндра 15 к насосу высокого давления 20 показана на рис. 4, б. Правую полумуфту 17 подключают к левой 16, тумблером 18 включают подачу масла от насоса к гидроцилиндру. Для связи насоса с заводской магистралью сжатого воздуха служит кран 21, а для включения и выключения насоса - рукоятка 19. Давление масла, подаваемого насосом, контролируется манометром 22. Размыкание муфты возможно только при снятом давлении масла. Это обеспечивает безопасность работы.

Вместо пневмогидравлического насоса можно использовать гидростанцию. Возможно последовательное подключение источника масла высокого давления к гидроцилиндрам, закрепляющим заготовку в нескольких точках. В этом случае применяют гидроцилиндры с двумя штуцерами (рис. 4, в). В схемах закрепления с тянущим силовым приводом применяют гидрошайбы (рис. 5). При подаче масла от насоса через штуцер 1 корпус цилиндра 3 упирается в опорное кольцо быстроразъемной гайки 6, а поршень 2 поджимает прихват к заготовке и опоре. После этого с помощью кольцевой рукоятки 5 вращают фиксирующую гайку 4, перемещая ее до упора в буртик поршня 2. Теперь давление в гидрошайбе можно снять, и заготовка будет удерживаться за счет упругих сил зажимных элементов. Гидрошайба с наружным диаметром 186 мм обеспечивает закрепление заготовок с силой 150 кН, а при диаметре 245 мм - с силой 200 кН. Максимальный ход поршня, ограничиваемый гайкой 6, составляет соответственно 12 и 15 мм.

Рис. 5. Гидрошайба (а), шпилька (б), сухарь (в), стяжная муфта (г), быстроразъемная гайка с опорным кольцом (д)

В комплект универсального механизированного крепежного набора входят также сборные шпильки и регулируемые и составные опоры. Шпильки (рис. 5, д) с резьбой М36 и M42 длиной 200, 400, 600 или 800 мм ввертывают в сухари (рис. 5, в), устанавливаемые в Т-образные пазы базовой детали. Шпильки можно соединять с помощью стяжной муфты (рис. 5, г), ввертывая их до упора в ограничительный штифт.

Быстроразъемная гайка 7 (рис. 5, д) состоит из двух частей, удерживаемых подпружиненными фиксаторами 9, 10. Нажимая пальцами на концы фиксаторов, "раскрывают" гайку и надевают на шпильку вместе со сферическим опорным кольцом 8 до упора кольца в прихват. Теперь при навертывании гайки на шпильку она входит в сферическое углубление кольца 8 и плотно охватывает резьбу шпильки.

Регулируемая опора прихвата (рис. 6, а) имеет корпус 1 с коническим отверстием для разрезной быстроразъемной гайки 3. Гайка сцепляется с винтом 2. При настройке опоры на нужную высоту винт с гайкой вынимают из корпуса, нажимают на концы фиксаторов 4, «раскрывают» гайку и смещают ее вдоль винта в нужное положение. Высоту опоры можно регулировать в пределах 300-500 мм. Опора выдерживает нагрузку до 100 кН.

Рис. 6. Регулируемая (а) и составная (б) опоры универсального механизированного крепежного набора

При использовании толкающих гидроцилиндров их устанавливают на нужную высоту с помощью набора составных опор (рис. 6, б). Элементы опоры имеют следующие размеры: h1=28 мм, һ2=25 мм, h3=50 или 100 мм, һ4=300 мм при диаметре D=148 мм. Подобные наборы установочно-зажимных элементов можно использовать при закреплении небольших и средних по размерам заготовок с меньшими силами зажима. В качестве силового часто используют пружинно-гидравлический цилиндр толкающего действия (рис. 7). Закрепление заготовки обеспечивает комплект мощных тарельчатых пружин 2, раскрепление - гидроцилиндр с поршнем 1. Пружинный зажим обеспечивает постоянную силу закрепления и безопасность в случае падения давления масла в гидросистеме.

Рис. 7. Пружинно-гидравлический цилиндр толкающего действия

Особенно сложные задачи разработки быстропереналаживаемых и унифицированных приспособлений приходится решать для токарных многооперационных станков. Это связано с необходимостью ограничивать размеры быстровращающихся патронов, планшайб, обеспечивать их уравновешивание и решать ряд других сложных задач.

Одно из наиболее распространенных направлений в проектировании оснастки для токарных обрабатывающих центров - создание клиновых патронов с пневматическим или гидравлическим приводом и сменными или регулируемыми кулачками. Один из таких патронов показан на рис. 8. Сменные кулачки 5 закреплены с помощью винтов 4 и сухарей З на подвижных кулачках 2, установленных в трех радиальных пазах корпуса патрона 1. Кулачки 2 связаны наклонными пазами с выступами муфты 6. При осевом перемещении муфты тягой 7, соединенной с силовым приводом, кулачки перемещаются по радиальным пазам корпуса. Конструкция патрона позволяет легко вынимать кулачки для замены. Для этого вставляют в центральное шестигранное отверстие муфты 6 торцовый ключ и поворачивают его против часовой стрелки примерно на 15°. Муфта выходит из зацепления с кулачками, позволяя легко их вынуть. В рабочем положении, когда муфта сцеплена с кулачками, она удерживается от случайного поворота фиксатором 8. При переналадке патрона заменяют кулачки 5.

Рис. 8. Клиновой самоцентрирующий патрон

Существуют различные способы сопряжения сменных кулачков с основными, но все они требуют более или менее значительного времени на переналадку и выполняются наладчиками или операторами. В связи с этим предпринимаются попытки создать патрон с автоматически, по программе, переналаживаемыми кулачками.

Принцип действия одного из таких патронов поясняет рис. 9. Для перемещения трех кулачков 7 служат ползуны 6, размещенные в радиальных пазах корпуса 2 патрона. Для перемещения ползунов служат косозубые рейки 4, сцепляющиеся с такими же зубьями ползунков (на рисунке эти зубья показаны штриховыми линиями). Рейки 4 могут передвигаться в пазах с помощью муфты 3, связанной тягой с гидроцилиндром, установленным на левом конце шпинделя станка. Для переналадки кулачков патрона на новый размер заготовки муфта 3 сдвигает рейки 4 в крайнее левое положение (показанное на рисунке), и рейки выходят из зацепления с ползунами 6. Включается быстрое вращение шпинделя станка, и ползуны с кулачками раздвигаются под действием центробежных сил на максимальное расстояние, ограничиваемое штифтами 5. Затем начинается процесс автоматической наладки кулачков на заданный размер. Патрон замедляет свое вращение, и к нему на расстояние, заданное в программе, начинает подвигаться ролик 1. Подойдя к кулачкам, он ударяет по ним, заставляя их постепенно сдвигаться к оси патрона. Когда заданный настроечный размер достигнут, патрон автоматически останавливается, и муфта 3 вводит рейки 4 в зацепление с ползунами.

Рис. 9. Схема самоцентрирующего трехкулачкового патрона с автоматической установкой кулачков на размер заготовки

Имеются и более сложные токарные патроны для станков с ЧПУ. Например патрон, предназначенный для закрепления заготовок типа тел вращения, с местными выступами, приливами или другими особенностями, требующими установки во вполне определенном по отношению к кулачкам угловом положении. Заготовка подается в патрон «рукой» промышленного робота в заранее ориентированном положении. Перед этим патрон медленно поворачивается до тех пор, пока установленный около него «тактильный» датчик (ощупывающий, чувствительный, подобно человеческим пальцам) не установит, когда нужное положение кулачков будет соответствовать положению в пространстве заготовки. В этот момент подается команда на точную остановку шпинделя, 2 3 4 5 промышленный робот досылает заготовку в кулачки патрона, происходит автоматическое зажатие кулачков, и рука робота уходит из рабочей зоны станка.

  Хорошие результаты достигнуты на ряде заводов при использовании принципиально нового для токарных станков с ЧПУ способа установки и закрепления заготовок в приспособлении-спутнике вне станка. Приспособление представляет собой планшайбу с сеткой пазов или отверстий таких же, как для установки корпусных заготовок на горизонтальных и вертикальных обрабатывающих центрах с ЧПУ. На планшайбе при накладке размещают базовые и крепежные элементы в соответствии с конструкцией заготовки. При необходимости закрепляют противовесы, чтобы уменьшить дисбаланс при вращении приспособления с заготовкой на станке. Закрепление заготовки производят болтами и гайками с помощью электромеханического или электрогидравлического ключа. Можно использовать гидроцилиндры и гидрошайбы с фиксирующими гайками, соединяемые с насосом высокого давления быстроразъемной муфтой. Установка, закрепление заготовки и снятие обработанной детали выполняются во время автоматической работы станка по программе. Вспомогательное время затрачивается только на перенос планшайбы с заготовкой на станок, где она быстро базируется и закрепляется на шпинделе с помощью одних и тех же элементов, не требующих переналадки. Для перемещения планшайбы на станок и обратно используют автооператор или промышленный робот.

Токарные обрабатывающие центры применяют для обработки заготовок типа валов, устанавливаемых в центрах, хотя чаще такие детали изготовляют на обычных станках с ЧПУ, так как они не требуют особенно большого числа инструментов.

Для того, чтобы можно было все наружные поверхности вращения обработать с одного установа, используют вместо трех- и двухкулачковых поводковые патроны, передающие крутящий момент заготовке через ее торцовую поверхность. Достаточно эффективными оказались патроны с плавающими ведущими штырями (рис. 10). Штыри 3 с заточенными, как у резцов, вершинами размещены в корпусе 2, полость П которого заполнена маслом. Благодаря этому заготовка, установленная левым концом на плавающий центр 4, упираясь своим торцом в штыри, заставляет их самоустанавливаться. При поджатии задним центром штыри равномерно врезаются в торец заготовки и передают большие крутящие моменты. В некоторых конструкциях подобных патронов кроме пружины 1, поджимающей плавающий центр к заготовке, имеются дополнительные кулачки, которые автоматически зажимают плавающий центр после того, как заготовка врежется в ведущие штыри и ее положение полностью определится. Благодаря этому передний центр может воспринимать, не утапливаясь, максимальные для данного станка радиальные составляющие силы резания.

Рис. 10. Поводковый патрон с плавающим центром для станков с ЧПУ

Установочные элементы приспособлений

Для установки заготовок в приспособлениях используют установочные детали, которые делятся на основные и вспомогательные. Основные установочные детали определяют положение заготовки в приспособлении относительно фрезы, а вспомогательные служат для придания заготовке во время ее обработки дополнительной жесткости в целях уменьшения прогиба и предупреждения вибраций.

Опорными точками в приспособлениях служат опорные штыри (рис. 11) с плоской (тип I), рифленой (тип II) и сферической (тип III) поверхностями. Штыри типов II и III применяют преимущественно для базирования заготовок по необработанным поверхностям, причем насечки на штырях типа II препятствуют смещению заготовки по опоре, а штыри типа I - по обработанным.

Рис. 11. Штыри опорные по ГОСТу 4083-57

Пластины опорные по ГОСТу 4743-57 (рис. 12) применяют при базировании по обработанным поверхностям.

Пластины типа I следует применять для боковых опор; пластины типа II применяют для нижних боковых и верхних опор. Косые пазы в пластинах типа II облегчают чистку опорных поверхностей приспособления от стружки.

Поверхности корпуса приспособления, на которые устанавливают опорные штыри и пластины, нужно выполнять так, чтобы их можно было легко и достаточно точно обработать на одном уровне.

Рис. 12. Пластины опорные по ГОСТу 4743-57

Регулируемые опоры (рис. 13) применяют для базирования заготовки необработанной поверхностью в тех случаях, когда припуск у различных партий заготовок различен. Регулируемая опора представляет собой винт, имеющий сферическую опору (типы I и III) или конусообразную (тип II). Винт ввертывается в основание приспособления или специальную накладку. Регулирование высоты выдвижения опоры производится поворотом винта за круглое отверстие (тип I), за шестигранную головку (тип II) или за кольцевую шайбу, выточенную заодно с винтом (тип III). В первых двух случаях гайка служит для закрепления установленной высоты опоры.

Рис. 13. Опоры регулируемые по ГОСТу 4084-57÷4086-57

При базировании заготовок на необработанные или грубо обработанные поверхности, а также при обработке недостаточно жестких заготовок установка на плоскость по трем точкам оказывается недостаточной. Кроме того, иногда опорные Штифты сильно вдавливаются в заготовку вследствие большого удельного давления от ее веса.

Для уменьшения деформации нежестких заготовок от сил резания, а в ряде случаев для увеличения площади контакта и снижения удельного давления в точках опоры применяют вспомогательные опоры (подпоры).

Вспомогательные опоры бывают самоустанавливающимися и подводимыми.

На рис. 14 показана пружинная самоустанавливающаяся опора, в которой плунжер с опорной пяткой 1 доводится до контакта с поверхностью заготовки пружиной 2 и стопорится в этом положении винтом 3. Плунжер может быть цельным (тип I) и регулируемым (тип II).

Рис. 14. Опора самоустанавливающаяся пружинная

На рис. 15 изображена плавающая самоустанавливающаяся опора, в которой плунжеры 1, опираясь одним концом на балансир 2, другим концом входят в контакт с поверхностью заготовки и устанавливаются в зависимости от ее неровностей. Посадка плунжеров по Х3.

Рис. 15. Плавающая самоустанавливающаяся опора с двумя точками контакта

На рис. 16 показана подводимая опора, в которой плунжер с опорной пяткой 1 доводится до контакта с поверхностью заготовки движением скалки 2, которая в подведенном состоянии стопорится сухарями 3. Сухари для обычных работ расклиниваются конусом (тип I), а для тяжелых работ - шариками (тип II).

Рис. 16. Опоры подводимые

Подводимые опоры используются также и в тех случаях, когда заготовка устанавливается в приспособлении на обработанную поверхность, а обрабатываемая поверхность располагается в стороне или под углом в ней (рис. 17).

Опоры (штыри по рис. 11, опорные пластины по рис. 12, регулируемые опоры по рис. 13) определяют положение заготовки; количество их - не более шести; при данной наладке приспособлений положение их постоянно (регулировка их, если они регулируемы по рис. 13, производится на партию заготовок).

Вспомогательные опоры (подпоры) по рис. 14-16 ставят в зависимости от характера заготовки. Количество их бывает различным; регулирование производится при установке каждой заготовки.

Рис. 17. Применение подводимых опор