|
Основные требования, предъявляемые к механизмам автоматического закрепления инструмента (МАЗИ): точность и жесткость крепления; быстродействие зажима; надежность крепления; минимальные габариты; возможность кодирования и декодирования и т. д.
Автоматическое закрепление режущего инструмента в многооперационных станках для обработки корпусных деталей осуществляется в патронах (при цилиндрическом хвостовике) и промежуточных оправках с коническим хвостовиком.
Применяемые стандартные инструменты имеют хвостовики разных размеров и форм. Для возможности закрепления их в шпинделе многооперационного станка применяют переходные оправки, имеющие хвостовики по шпинделю станка и отверстия, соответствующие различным хвостовикам нормализованных инструментов. Для обеспечения автоматической смены инструментов в шпинделях обычно не применяют самотормозящие конусы Морзе. Часто используют сопряжение хвостовиков оправок с отверстием шпинделя по несамотормозящему конусу, например 7 i 24. Иногда хвостовики оправок выполняют цилиндрическими тогда они в шпинделе базируются в осевом направлении п;
торцам, а в радиальном — цанговым устройством. Крутящие моменты передаются от шпинделя оправке с помощью торцевых шпонок на шпинделе и соответствующих пазов на оправках или зубчатых венцов с наружным зацеплением на оправках и с внутренним — на шпинделе. На переходных оправках для автоматически сменяемого инструмента предусматриваются специальные поверхности для захвата их автооператором в виде кольцевых канавок, ориентирующих оправки в осевом направлении. Оправки с инструментом в шпинделе часто закрепляются силой упругости пакета тарельчатых пружин, а отжимаются гидро- или пневмоприводом либо шпиндельной головкой. Крепление инструмента может осуществляться устройством с геометрическим замыканием либо самоторможением элементов, например резьбовым шомполом с электромеханическим приводом.
Хвостовик оправки 1 (рис. 6.13, а) затягивается в конус шпинделя 2 силой упругости пакета тарельчатых пружин 4 с помощью стержня и шарикового захвата. Крутящий момент передается оправке торцевыми шпонками. В случае отсутствия оправки в шпинделе стержень 3 упирается через втулку 5 в гайку 6.
При вращении шпинделя масло в гидроцилиндр не подается; положение корпуса 7 гидроцилиндра вдоль своей оси фиксируется по бурту тарельчатой пружины 8 малой жесткости; детали узла шпинделя не касаются деталей гидроцилиндра d.~ Ь.
Для смены инструмента шпиндель останавливают, подают масло в гидроцилиндр, его поршень перемещается влево и шток отжимает стержень 3, а корпус 7 отжимается вправо до упора гайки 9 в гайку 6 и соединяется со шпинделем h а + Ь + с. При давлении стержня 3 влево захват освобождает и в конце своего хода выталкивает оправку из конуса шпинделя. При отсутствии оправки шарики удерживаются плунжером 10. После ввода в конус шпинделя следующей оправки с инструментом полость гидроцилиндра соединяют со сливом и оправка закрепляется в шпинделе пакетом тарельчатых пружин.
На рис. 6.13, б показана конструкция цангового захвата оправки. В торец оправки 1 ввернут винт 8 с цилиндрической шейкой й головкой. С торцом головки винта контакп тирует четырехлепестковая цанга 4, навинченная на коне стержня 6. Пакет тарельчатых пружин 5 передает осевую силу через стержень на цангу и затягивает хвостовик оправки в конус шпинделя 2. Самопроизвольное раскрытие цанги при замкнутой оправке исключает втулка 3, охватывающая головку цанги. Для освобождения оправки с помощью гидроцилиндра дополнительно сжимаются пружины 5, стержень 6 и цанга 4 перемещаются влево. При этом цанга раскрывается конусом втулки 7, своим торцом упирается в винт 8 и выталкивает оправку.
На рис. 6.13, в приведена конструкция захвата оправки с цангой, составленной из отдельных лепестков. В оправку 1 ввернут хвостовик-винт 2 с конической головкой, который взаимодействует с лепестками 3, расположенными между выступами штока-крестовины 4. Пружины6и7 разжимают лепестки. Крестовина соединена резьбой со стержнем 5, перемещаемым тарельчатыми пружинами. При затяжке оправки хвостовик-винт 2 и крестовина контактируют с лепестками по коническим поверхностям. Когда оправка зажата, головки лепестков упираются в цилиндрическую поверхность отверстия шпинделя 9. При движении стержня 5 влево головки лепестков попадают в кольцевую проточку шпинделя 9, оправка освобождается, хвостовик-винт 2 и оправка выталкиваются торцом крестовины. Для облегчения монтажа цанги служит пружинное кольцо 8.
На рис. 6.13, г показано устройство, применяемое в многооперационном станке фирмы «Монарх», для зажима в шпинделе автоматически сменяемого инструмента. Зажим оправки 2 с инструментом производится с помощью шариков 4, расположенных в радиальных отверстиях шпинделя 1. При перемещении вверх специальным приводом зажимной муфты 3 фасонный профиль ее внутренней поверхности вызывает перемещение шариков 4 к оси шпинделя, а это вследствие контакта шариков с поверхностью фасонной кольцевой канавки оправки вызывает затяжку последней в конус шпинделя. При окончании зажима оправки шарики 4 находятся в контакте с поверхностью муфты 3, близкой к цилиндрической — механизм имеет геометрическое замыкание, муфта разгружена от осевых сил. Наибольшие отклонения размеров различных оправок вызывают некоторые отклонения в силе их зажима. Крутящий момент передается оправке зубчатым зацеплением: на оправке 2 выполнен зубчатый венец наружного зацепления; а в фланце 5 шпинделя — внутреннего зацепления. Перемещения оправки осуществляют муфтой 3.
Рис. 6.14. Расчетная схема для определения сил зажима в МАЗИ в лепестками
Силу зажима инструмента в устройстве [например (рис. 6.13, в)] определяют исходя из действующих сил резания по расчетной схеме (рис. 6.14), согласно которой требуемая осевая сила на хвостовике-винте 2 должна удовлетворять условиям
ТК3мРх, Т nLp (2ri + j-g ,(р + ф), (6.7)
где Капп — коэффициент запаса; Рх — осевая составляющая силы резания; L — длина контакта конусов шпинделя 9 и оправки; гх — наименьший радиус конуса на длине L; Р — угол между образующей и осью конуса; р — угол трения; р — требуемое удельное давление в коническом стыке.
Зависимость между силами S на штоке-крестовине 4 и Т на хвостовике-винте 2 определяют из рассмотрения условия равновесия левой и правой частей лепестка 3 при пренебрежении членами второго порядка, что допустимо для реальных конструкций, у которых угол контакта рычагов а 45°, а коэффициент трения / 0,2.
По осевой силе и перемещению штока рассчитывают пакет тарельчатых пружин. Одно из требований, предъявляемых к широкодиапазонным МАЗИ с гидромеханическим приводом (зажим — пакетом пружин, разжим гидравлический),— необходимость разгрузки опор шпинделя от осевой силы разжима и минимальный расход энергии.
Для этого гидропривод выполняется двухпоршневым (рис. 6.15), в котором поршень 1 развивает усилие для сжатия тарельчатых пружин при освобождении оправки с инструментами, а поршень 2 создает усилие, необходимое для разгрузки опорных подшипников шпинделя 3 и зажимов гильзы от действия первого усилия.
В последнее время с появлением автоматической смены инструмента в токарных модулях начали использовать устройства автоматического закрепления инструмента (невращающегося и вращающегося), к которым предъявляются
Рис. 6.15. МАЗИ с двухпоршневым гидромеханическим приводом и разгрузкой опор шпинделя
следующие требования: компактность, точность крепления и ее стабильность; достаточная жесткость и универсальность; наличие поверхностей для захвата манипулятора; быстроеменность и возможность размещения кодируемых элементов для идентификации головок системой управления и ориентации режущей кромки в различных направлениях; технологичность в изготовлении и возможность встраивания в стандартные системы крепления инструмента на станках с ЧПУ.
Несмотря на многообразие конструкции МАЗИ для токарных модулей все они могут быть приведены к обобщенной схеме (рис. 6.16) для определения силовых характеристик закрепления. Предполагая, что силы, действующие на противоположных вертикальной оси поверхностях контакта при симметричности МАЗИ, равны и вызваны половиной осевой силы Ss, развиваемой приводом, определим реакции (нагрузки) Ni и Ы2 с учетом потерь на упругие и контактные деформации
При параллельном закреплении суммарный коэффициент усиления равен ky = ky + ky. Изменение коэффициентов усиления во всем диапазоне углов аир позволяет правильно выбрать их значение с точки зрения максимального усиления. Анализ показывает, что наибольшие коэффициенты усиления имеют УАЗИ типа FTS и по ГОСТ 24900—81 (рис. 6.17). К недостаткам УАЗИ по ГОСТ 24900—81 можно отнести: несимметричность приложения силы привода относительно хвостовика инструментальной головки, что обусловливает неравномерность сил и жесткости закрепления на контактирующих поверхностях.
Наряду с силовыми зависимостями должны выполняться расчеты на жесткость с целью определения оптимальной силы Ss , развиваемой приводом.
Для крепления вращающегося инструмента типа сверл и фрез в широком диапазоне диаметров следует применять вместо распространенного набора цанг широкодиапазонные клиновые патроны без ключа, созданные КПИ (СССР) совместно с ВМЭИ—Габрово (НРБ) 154].
6.4. Конструирование и расчет механизмов автоматического зажима подвижных рабочих органов
Подвижные узлы автоматизированных станков (суппорты, столы, барабаны, револьверные головки и др.) после установки их в требуемое положение зажимают на направляющих с помощью винтовых, клиновых, эксцентриковых и рычажных гидро-, пневмо- или электромеханических приводов.
Чаще всего применяются винтовые зажимы с электроприводом, причем зажим осуществляется пружиной, а отжим — приводом. Применяются устройства, у которых винт или гайка поворачиваются гидро- или пневмоцилиндром. Для зажима масло обычно подается в штоковую полость, а для отжима — в безштоковую, так как для отжима требуется большая сила. При гидро- и пневмоприводе иногда применяют гидропластовые усилители для получения требуемых больших сил при сравнительно низком давлении масла или воздуха. От одной камеры с гидропластом можно перемещать и несколько плунжеров, осуществляющих зажим.
Станки, у которых гидро-, пневмопривод отсутствует, имеют обычно электромеханический привод зажимных устройств. В крупных станках чаще всего применяют электромеханический привод зажимных устройств.
Зажимные элементы перемещаются на сравнительно небольшое расстояние 0,2...1 мм для выборки зазора и натяжения системы, а также для компенсации износа контактирующих поверхностей. При зажиме в нескольких местах планками применяют рычажные устройства, обеспечивающие одновременный зажим всех планок. Для предохранения от смятия поверхностей направляющих к зажимным планкам крепят накладки из мягкого материала (текстолита, бронзы). Зажим подвижных узлов производят в местах, не вызывающих их значительной деформации, или через упругое звено типа пластины, ленты. Деформация зависит от формы направляющих: при прямоугольных направляющих деформация обычно меньше, чем при направляющих другой формы.
Типовые устройства и механизмы для зажима поступательно перемещающихся подвижных органов станков показаны на рис. 6.18. В механизме, показанном на рис. 6.18, а, зажим осуществляется пакетом тарельчатых пружин 4 через клиновую передачу 2,3 и тягу 1, а разжим — с помощью гидроцилиндра 5.
На рис. 6.18, б приведена конструкция пневмо-пласти-ческого усилителя для зажима подвижных узлов горизонтально-расточного станка W 250 «Шкода» (ЧСФР). В пневмо. цилиндр 1 поступает сжатый воздух, который перемещает поршень, связанный с плунжером 2, входящим в камеру 4 с гидропластом. Под действием плунжера 2 гидропласт давит на плунжер 5 — происходит прижим узла к направляющим. Сила зажима без учета потерь на трение
где р — давление воздуха в цилиндре /; Du D2 и d —диаметры пневмоцилиндра 1, плунжера 5 и 2 соответственно.
Рис. 6.18. Типовые устройства и механизмы для зажима поступатель-но-перемещающихся подвижных органов
Утечки гидропласта компенсируются завинчиванием пневмоцилиндра 1 в корпусе 3 или добавкой гидропласта через отверстие в плунжере 5, закрытое винтом 6.
Зажим подвижных узлов ряда конструкций станков, выпускаемых в ГДР, осуществляется с помощью эластичных резиновых трубок (рис. 6.18, в). При подаче масла под давлением в трубу 1 объем ее увеличивается, что вызывает
прижим наладки 4 из мягкого материала, связанной с пластинкой 2 к направляющей 3.
Закрепление стола многооперационного станка 243ВМФ2 (рис. 6.18, г) производится двумя зажимами с помощью двух стальных закаленных лент. Лента 7 прикреплена к столу 1 и при зажиме прижимается рычагом 4 под действием пакета тарельчатых пружин 5 к неподвижной опоре 6, связанной со станиной 2. Отжим производится эксцентриковым валом 3. Такое устройство обеспечивает минимальные смещения стола при зажиме (до 2 мкм).
Гидромеханический зажим шпиндельной головки много-операционного станка (рис. 6.18, д) действует по принципу рычага первого рода. На рычаг 1 действует сила упругости пакета тарельчатых пружин 5; второй конец рычага 1 поворачивается относительно подвижной опоры 3 и прижимает упругую планку 4 к зажимному узлу с необходимой силой Т (на рисунке показано положение «зажато»). При отжатии подается жидкость под поршень 2 и, преодолевая трение качения в роликах опоры 3 и прение роликов о сепаратор, опора перемещается в крайнее правое положение, где сила упругости пружин Рпр действует на саму опору; рычаг отходит в исходное положение под действием упругой планки 4 и узел отжимается. |
