механизмы-зажимы-часть5

Мехакнизмы зажима. Часть V Рекомендации по проектированию

200 руб.

Описание товара

Механизмы зажима. Часть V. Рекомендации по проектированию

Основными факторами, определяющими конструкцию механизма зажима являются:
− форма и размеры зажимаемой детали, а также схема ее базирования,
− величина усилия зажима, место и направление его приложения,
− жесткость подлежащей зажиму детали,
− пространство, которое выделяется для размещения механизма,
− точность положения детали, которое необходимо обеспечить после ее зажима,
− быстродействие механизма

              Форма и размеры зажимаемой детали, а также схема ее базирования, определяют конструктивную схему, тип механизма зажима (винтовой, клиновой, эксцентриковый, или рычажный) и в определенной степени его привод (ручной, пневматический, или гидравлический). Для зажима деталей простой формы (цилиндрической, призматической) применяются различного типа тиски с ручным или механизированным приводом (см, Рис. 14, 15, 16, 18, 33, 34, 35, 36), клиновые механизмы (см. Рис. 23, 24, 32), эксцентриковые механизмы (см. Рис. 39, 48), цанговые механизмы (см. Рис. 52, 53 54, 55, 56, 57, 58) и рычажные механизмы зажима (63, 65, 87, 88, 89). Для зажима деталей сложной формы и приложения усилия зажима в различных местах используются комбинированные механизмы зажима, в состав которых обычно входят дополнительные передаточные механизмы, чаще всего рычажного типа (см. Рис. 30, 31, 67, 84, 90, 91). При необходимости увеличения угла разведения зажимных рычагов или прихватов без снижения усилия окончательного зажима, в конструкцию механизма вводятся дополнительные конструктивные элементы (см. Рис. 29, 30, 44, 47, 75, 85, 90).

 

Рис 92 Конструкция приспособления для обработки опорных лапок корпусной детали с разнесенными местами базирования и зажима заготовки.

          На Рис 92 показана конструкция приспособления для обработки опорных лапок корпусной детали с разнесенными местами базирования и зажима заготовки, для чего оно включает многозвенный рычажный механизм зажима и устройство для фиксации положения подводимых опор. Механизм зажима содержит силовой пневмоцилиндр 1, посредствам цапф 2 шарнирно установленный на кронштейне 3, который закреплен на вертикальной стенке корпуса 4, а его шток 5 с вилкой 6 шарнирно соединен с коромыслом 7, которое является ведущим звеном двух рычажных механизмов, механизма привода левого прижимного рычага 9 и механизма привода правого зажимного рычага 15. При этом, верхнее плечо коромысла 7 посредствам тяги 8 шарнирно соединено с правым зажимным рычагом 9, установленным на оси 10 в корпусе 4, а нижнее плечо коромысла 7 шарнирно соединено с тягой 11, которая также шарнирно соединена с коромыслом 12 шарнирно установленным на оси 14, закрепленной в корпусе 4 и тягой 13, которая шарнирно соединена с правым зажимным рычагом 15, шарнирно установленным в корпусе 4 на оси 16. Крайние положения коромысла 7, обеспечивающие разведенное и сведенное положение зажимных рычагов 9 и 16, ограничиваются регулировочным винтом 25 и бонкой 29. Устройство для фиксации положения подводимых опор 21 содержит кронштейн 17, установленный в горизонтальном пазу, выполненном в боковых стенках корпуса 4 и закрепленный на задней стенке корпуса посредствам планки 26, а на его правом торце закреплен вспомогательный пневмоцилиндр 27, шток 28 которого соединен с ползуном 18, расположенном в горизонтальной расточке кронштейна 17. В ползуне 18 на его наружной цилиндрической поверхности выполнены два клиновых паза, расположенных горизонтально, которые контактируют с ответными поверхностями плунжеров 19, при этом противоположные концы этих плунжеров имеющих клиновую поверхность, выполненную вертикально, взаимодействуют с ответными клиновыми поверхностями подпружиненных подводимых опор 21, верхние концы которых контактируют с зажимаемой заготовкой своими призматическими поверхностями. Для установки заготовки 23 на кронштейне 17 закреплены неподвижные опоры 22, на которые она базируется своими лапками, верхняя поверхность которых подлежит обработке .

         Работает механизм зажима заготовки следующим образом. В исходном положении сжатый воздух подается в штоковые полости пневмоцилиндров 1 и 27, поэтому их штоки втянуты, в результате чего зажимные рычаги 9 и 15 разведены, а подводимые опоры 21 под действием пружин находятся в крайнем верхнем положении. В этом положении про-изводится установка заготовки 23 на неподвижные опоры 22 (см. Рис. 92а), при этом под действием ее веса подводимые опоры 22 сжимают поддерживающие их в крайнем верх-нем положении пружины и занимают положение при котором они находятся в контакте с наружной цилиндрической поверхности заготовки. После этого сжатый воздух подается в поршневую полость вспомогательного пневмоцилиндра 27, что приводит к выдвижению его штока 28 вместе с ползуном 18, который, воздействуя своими клиновыми поверхностями на плунжеры 19, перемещает их по направлению к подводимым опорам 21, в результате чего занятое опорами вертикальное положение стопорится. Затем сжатый воздух подается в поршневую полость силового пневмоцилиндра 1 и его шток вместе с викой 6 выдвигается и начинает перемещаться вправо, осуществляя зажим заготовки который происходит в два этапа. Сначала, ввиду меньшего сопротивления в рычажном механизма привода зажимного рычага 9, коромысло 7 начинает поворачиваться по часовой стрелке относительно сферической головки регулировочного винта 25, в результате этого, за счет шарнирного соединения его верхнего плеча с зажимным рычагом 9 посредствам тяги 8, оно поворачивает его также по часовой стрелке до упора в отверстие заготовки 23 (см. Рис. 92б). После упора зажимного рычага 9 в заготовку 23 коромысло 7 под действием перемещающего вправо штока 5 силового пневмоцилиндра 1 начинает поворачиваться против часовой стрелки относительно левой шарнирной оси тяги 8, что приводит к перемещению вправо тяги 11, повороту шарнирно связанных с ним коромысла 12 и тяги 13, а последняя совершая плоско – параллельное движения поворачивает зажимной рычаг 15 против часовой стрелки до упора в отверстие заготовки 23 (см. Рис. 92в). После этого шток 5 пневмоцилиндра 1 перемещается на некоторую небольшую величину вправо, выравнивая, при этом, усилия на зажимных рычагах и производя окончательный зажим заготовки 23.

           Рассмотренный механизм зажима наглядно демонстрирует насколько усложнилась его конструкция из – за разнесения мест базирования и зажима заготовки. Для решения поставленной задачи на проектирование пришлось ввести в конструкцию многозвенный рычажный механизм и устройство для фиксации положения подводимых опор. При этом, конструкция рычажного механизма зажима должна обеспечивать разведение зажимных рычагов на расстояние достаточное для свободной установки и съема заготовки, и в тоже время позволять получить достаточное усилие для зажима. Это обеспечивается выбранной кинематической схемой рычажного механизма зажима, а также размерами и взаимным положением входящих в него звеньев.

Величина потребного усилия для зажима детали или сборочной единицы существенным образом влияет на конструкцию зажимного механизма на размеры его основных конструктивных элементов и прежде всего подвижных звеньев, а также выбор типа при-вода.

Пневматический привод механизма зажима применяется при необходимости создать усилие зажима до 15 – 20 кН и отсутствии значительных ограничений по занимаемому пространству. Для его работы используется сжатый воздух с давлением 0,4 – 0,6 МПа При проектировании механизма зажима с пневматическим приводом для снижения затрат и повышения надежности и долговечности необходимо стремиться применять покупные пневмоцилиндры, большое количество типов и типоразмеров которых предлагают отечественные и зарубежные производители в том числе такие, как «FESTO, «CAMOZZI», «TECO Pneumatic». На Рис 93 показаны, наиболее часто применяемые, покупные пневмоцилиндры фирмы «CAMOZZI»,

Рис 93 Наиболее часто применяемы, покупные пневмоцилиндры фирмы «CAMOZZI»

Отличительной особенностью пневмоцилиндров показанных на Рис. 93
является способ их крепления, в том числе:
– крепление на лапах (см. Рис 93а),
– крепление на переднем или заднем фланце (см. Рис 93б),
– шарнирное крепление на передней крышке (см. Рис 93в),
– шарнирное крепление на задней крышке (см. Рис 93г),-  шарнирное крепление в середине корпуса (см. Рис 93д),
– крепление на резьбовой части передней крышки (см. Рис 93е).

В условиях ограниченного пространства, например в составе встроенного механизма зажима может возникнуть ситуация когда пнеммоцилиндр требуемого диаметра использовть не возможно. В этом случае может быть применен, так называемый, тандемный пневмоцилиндр. Его конструкция предусматривает расположение в одном корпусе несколько параллельно расположенных поршневых групп, штоковые и поршневые полости которых имеют общий подвод (см. Рис. 94), что позволяет увеличить его усилие пропорционально количеству поршневых групп.

 

Рис 94 Общий вид и вариант конструктивного исполнения короткоходового тандемного пневмоцилиндра, включающего две поршневые группы

При выборе типоразмера покупного пневмоцилиндра в зависимости от потребного усилия и заданного давления источника сжатого воздуха рекомендуется пользоваться таб. 1

Таблица 1

           Помимо пневмоцилиндров в качесиве привода механизма зажима может применяться пневмокамера, конструкция которой отличается от конструкции пневмоцилиндра тем, что поршень заменен эластичной мембраной, позволяющей существенно уменьшить осевой габаритный размер данного пневмодвигателя. Поэтому пневмокамеры, несмотря на меньшую долговечность, которая определяется ресурсом мембраны, и невозможность по-лучения большого хода штока, за счет минимальных осевых габаритных размеров находят широкое применение в качестве встроенного привода различных зажимных        приспособлений, а также в тормозных системах транспортных средств. Мембраны, используемые в пневмокамерах, в процессе работы (при каждом ходе штока пневмокамеры) интенсивно деформируются, поэтому изготавливаются из эластичных материалов, резины, синтетических материалов, а также из специальных сортов стали и бронзы. Пневмокамеры могут иметь плоскую или фигурную мембраны. Плоские мембраны, чаще всего применяемые в технологическом оборудовании и приводе механизированной оснастки, поскольку они имеют простую форму и поэтому просты в изготовлении, но по сравнению с фигурными мембранами позволяют получить гораздо меньший ход штока пневмокамеры, что являет-ся их существенным недостатком. Пневмокамеры по способу подвода сжатого воздуха делятся на односторонние (с пружинным возвратом) и двусторонние (с двумя воздушны-ми полостями) Перечисленные типы пневмокамер показаны на Рис 95

Рис. 95 Конструкция основных типов пневмокамер

           Пневмокамера одностороннего действия с плоской мембраной показана на Рис 95а, пнвмокамера двустороннего действия с плоской мембраной – на Рис 95б, пневмокамера с фигурной мембраной одностороннего действия – на Рис 95в, пневмокамера двустороннего действия с фигурной мембраной – на Рис 95г.

Рис. 96. Конструкция пневмокамеры одностороннего действия с плоской мембраной

        На Рис. 96 показана конструкция пневмокамеры одностороннего действия с плоской мембраной. Она содержит сборный корпус, состоящий из двух чашеобразных частей 8 и 9, установленной между ними мембраны 5 и закрепленной винтами 11, шток 7 с опорным диском 4, который установлен в направляющей втулке 10, запрессованной в корпус, возвратных пружин 2 и 3, установочных шпилек 6, штуцера для подвода воздуха 1 и пробки для слива конденсата 12.

Работает пневмокамера следующим образом. При подаче сжатого воздуха через отверстие А штуцера 1 в поршневую полость мембрана 5, преодолевая усилие сопротивления возвратных пружин 2 и 3, прогибается вправо, перемещая в туже сторону опорный диск 4 со штоком 7, при этом воздух из штоковой полости пневмокамеры сбрасывается в атмосферу через отверстие Б в корпусе. После прекращения подачи воздуха в поршневую полость под действием возвратных пружин 2 и 3 мембрана 5 с опорным диском 4 и штоком 7 возвращается в исходное положение.

 

Рис 97 Конструкция стола со встроенной пневмокамерой

         На Рис 97 показана конструкция стола с пневматической мембраной. Он состоит из корпуса 1, в расточке которого смонтирован опорный диск 5 выполненный за одно целое со штоком 6 и закрепленный в корпусе по-средствам двух мембран 4 и крышки 8. Для предотвращения проворота штока 6 и создания дополнительного направления при перемещении опорного диска 5 последний снабжен направляющими пальцами 7, входящими в ответные отверстия в корпусе 1. На боковой поверхности корпуса 1 закреплен переходной кронштейн 3 с             воздухоподводящими магистралями на который монтируется пневматический кран управления. На верхней базовой плоскости стола выполнены Т-образные пазы для установки различных сменных зажимных приспособлений, привод которых осуществляется от штока 6 пневмокамеры, в котором предусмотрено резьбовое отверстие для крепления деталей соединяющих его с прихватом, или зажимным рычагом.

Усилие, развиваемое пневмокамерой, необходимое для определения ее диаметра, зависит от типа мембраны и осевого положения штока в процессе рабочего хода Рис. 98 Основные параметры пневмокамеры

        Приближенная величина усилия развиваемого пневмокамерой двустороннего действия при давлении сжатого воздуха p = 0,4МПа при диаметре мембраны          d = 0,7D приведены в табл. 2

                                                                                                        Таблица 2

           Для привода винтовых и эксцентриковых механизмов зажима применяются пневмоповоротники. Пневмоповоротники представляют собою пневмомеханическое устройство позволяющее получить реверсивный поворот выходного вала на некоторый фиксированный угол. При этом существуют специальные виды пневмоповоротников, позволяющие получать нереверсивный поворот и поворот на несколько фиксированных положений.

Рис. 99. Общий вид и конструктивные схемы основных типов пневмоповоротников

       На Рис 97 показаны три основные конструктивные схемы серийно выпускаемых пневмоповоротников, в том числе:
− лопастный пневмоповоротник (см. Рис 99а),
− моноблок со встроенной зубчато – реечной передачей, приводимый    двухпоршневым пневмоцилиндром (см. Рис 99б),
− моноблок с двумя встроенными зубчато – реечными передачами и двумя         двухпоршневыми пневмоцилиндрами (см. Рис 99в).

             На Рис 99а показан общий вид малогабаритного неполноповоротного пневмоповоротника производства фирмы «FESTO» и его конструктивная схема. При его оснащении регулируемыми упорами с амортизаторами, угол поворота можно регулировать бесступенчато, в то время как остальные два типа пневмоповоротников выпускаются в с фиксированным углом поворота в четырех исполнениях 90, 180, 270, 360 град и допускает регулировку упорами в пределах     3 – 5 град На Рис 99б показан общий вид пневмоповоротника второго типа производства фирмы «CAMOZZI» и его конструктивная схема. Он применяется в качестве пневмопривода вращательного движения механизмов с потребным крутящим моментом Mкр = 7 – 306 Нм при давлении 0,6 МПа. На Рис 99в показан общий вид третьего типа пневмоповоротника призводства фирмы «FESTO» и его конструктивная схема. Он применяется в качестве пневмопривода вращательного движения механизмов с потребным крутящим моментом Mкр = 0,5 – 50 Нм при давлении 0,6 МПа.
Расчет величины крутящего момента на выходном валу пневмоповоротника, в зависимости от его конструктивного исполнения, (см. Рис. 99) рассчитывается следующим образом.
            Гидравлический привод механизма зажима применяется при необходимости создать усилие зажима от 20 до 50 кН и ограниченном пространстве, которое отводится при-водному двигателю. Конструкция, размеры и основные конструктивные параметры короткоходовых гидроцилиндров для станочных приспособленеий, работающих при номинальном давлении 10,0 МРа определены:
− одностороннего действия со сплошным штоком ГОСТ 19897 – 74 (см. Рис. 100а),
− одностороннего действия с полым штоком ГОСТ 19898 – 74 (см. Рис. 100б),
− двухстороннего действия ГОСТ 19900 – 74 (см. Рис. 100в).

Рис 100 Конструкция гидроцилиндров для станочных приспособлений по
ГОСТ 19897 – 74, ГОСТ 19898 – 74 и ГОСТ 19900 – 74

При проектировании механизма зажима с гидравлическим приводом для снижения затрат и повышения надежности и долговечности необходимо стремиться применять покупные гидроцилиндры, большое количество типов и типоразмеров которых предлагают отечественные и зарубежные производители. Однако при создании встроенных механизмов зажима с гидравлически приводом целесообразно применение оригинальных конструкций гидроцилиндров (см. Рис. 73, 79), в том, числе с увеличенным ходом.

           Гидравлические поворотники в качестве привода зажимных механизмов применяются гораздо реже, чем гидроцилиндры, по причине их достаточной сложности. В основ-ном их используют совместно с винтовыми механизмами зажима для создания больших усилий зажима (см. Рис 74, 76). Конструктивная схема и принцип работы гидравлических поворотников (неполноповоротных гидродвигателей) аналогичен конструкции и принципу работы пневмоповоротников. Расчет усилий развиваемых гмдроцилиндрами и гидроповоротниками выполняется по тем же формулам, что и расчет пневмоцилиндров и пневмоповоротников.

Рис 101 Конструкция пневмогидроусилителя двухступенчатого действия.

           Для агрегатной технологической оснастки механизм зажима в которой приводится от одного или нескольких короткоходовых гидроцилиндров масло под давлением подается в них от пневмогидроусилителя. Типовая конструкция пневмогидроусилителя двухступенчатого действия показана на Рис 101. Он состоит из пневмоцилиндра включающего крышку 1, гильзу 2, проставку 15, образующие внутреннюю полость, которая разделена поршнем 16 на поршневую камеру В и штоковую камеру Г, а шток 3 пневмоцилиндра входит в центральную расточку стакана 4 установленного внутри корпуса 5 и закрепленного на нижнем торце проставки 15 таким образом, что внутри стакана образована камера Б для масла высокого давления, а между наружной поверхностью стакана 12 и внутренней поверхностью корпуса 5 образована камера А для масла низкого давления. Подвод сжатого воздуха в пневмогидроусилитель осуществляется: в камеру А через штуцер 20, в поршневую камеру В пневмоцилиндра через штуцер 21, а в штоковую камеру Г через штуцер 22. Подвод масла низкого давления в исполнительный гидроцилиндр (гидроцилиндр на Рис 101 не показан) из камеры А осуществляется через трубку 14, трубку 6, штуцер 7 трубопровод 8, штуцер 9, центральную расточку и отверстие 24 в корпусе 12 клапанной коробки 12, которое соответствующим трубопроводом соединяется с поршневой полостью исполнительного гидроцилиндра. Подвод масла высокого давления, величина которого пропорциональна отношению квадратов диаметров поршня 16 и штока 3 пневмоцилиндра, осуществляется из камеры Б через наклонное отверстие 28, центральную расточку и отверстие 24 в клапанной коробке 12. Для переключения пневмогидроусилителя из режима подачи масла низкого давления на режим подачи масла высокого давления в центральной горизонтальной расточке корпуса клапанной коробки 12 установлен плунжер 11 подпружиненный пружиной 26, а для слива излишков масла низкого давления в клапанной коробке 12 предусмотрен обратный клапан 27. Для контроля уровня масла в камере А на корпусе 5 выполнено отверстие, в котором установлен указатель уровня масла 13, для контроля давления масла подаваемого пневмогидроусилителем на клапанной коробке установлен манометр 25. Заливка масла в пневмогидроусилитель осу-ществляется через отверстие 18 на верхнем торце корпуса 5, закрываемое при работе со-ответствующей пробкой, а слив масла осуществляется через отверстие 19 в проставке 15, которое при работе также закрывается соответствующей пробкой.

Работает пневмогидроусилитель следующим образом. Сначала для осуществления предварительного зажима в поршневую полость исполнительного гидроцилиндра подается масло под давлением 0,4 – 0,6 МПа (давление воздуха в заводской пневмосети). Для этого воздух от пневмосети подается через штуцер 20 и трубку 14, в верхнюю часть камеры А, что заставляет находящееся в ней масло через трубку 6, штуцер 7 трубопровод 8 и штуцер 9 центральную расточку и отверстие 24 клапанной коробки 12 поступать в поршневую полость исполнительного гидроцилиндра. В это время плунжер 11, расположен в центральной горизонтальной расточке корпуса 12 клапанной коробки в крайнем правом положении, будучи прижат пружиной 26. Окончательный зажим осуществляется исполнительным гидроцилиндром при переключении пневмокрана (на Рис 101 не показан) в соответствующее положение, при котором сжатый воздух через штуцер 21 поступает в поршневую камеру В пневмоцилиндра, а из его штоковой камеры Г сбрасывается в атмосферу, что приводит к перемещению поршня 16 со штоком – плунжером 3 вверх. Под давлением плунжера 3 масло с увеличенным давлением из камеры Б через наклонное отверстие 28 в корпусе клапанной коробки 12, поступает в ее центральную расточку, и преодолевая усилие пружины 26 смещает плунжер 11 влево, что приводит к тому, что он своим левым конусным торцем перекрывает поступление в рабочий цилиндр масла низкого давления и соединяет правую полость центральной расточки с отверстием 24 и далее масло высокого давления по соответствующему трубопроводу поступает в поршневую полость исполнительного гидроцилиндра. Возврат в исходное положение поршня исполнительного гидроцилиндра осуществляется при соответствующем переключении пневмокрана, что приводит к сбросу через штуцер 21 воздуха из поршневой камеры В в атмосферу и подаче сжатого воздуха через штуцер 22 в штоковую камеру Г, а также соединения с атмосферой камеры А через штуцер 20. При этом плунжер 11, клапанной коробки под действием пружины 26 возвращается в исходное положение и масло из поршневой полости исполнительного гидроцилиндра под действием пружины, или сжатого воздуха подаваемого в его штоковую полость перетекает по соответствующему трубопроводу, через отверстие 24, центральную расточку клапанной коробки 12, штуцер 9, трубопровод 8, штуцер 7, трубку 6 в камеру А

          Основными параметрами пневмогидроусилителя, определяющими его конструкцию и габаритные размеры являются диаметр пневматического поршня D, величина его хода L и диаметр гидравлического плунжера d (см. Рис 102).

Рис 102 Расчетная схема пневмогидроусилителя

      Исходными данными для расчета параметров пневмогидроусилителя, являются диаметр поршня исполнительного гидроцилиндра D1, ход его поршня l и усилие на штоке F, которое необходимо создать. На основании известной величины усилия F на штоке исполнительного гидроцилиндра и диаметра его поршня D1 определяется потребное давление масла pм, создание которого должен обеспечить пневмогидроусилитель.

         Величина давления масла устанавливаемая разработчиком на основании выполненного расчета, во избежание увеличенных утечек из подвижных и неподвижных соединений пневумогидроусилителя, не должна превышать величины 16МПа.

      Расчет диаметра пневматического поршня D пневмогидроусилителя выполняется из условия, что усилие, создаваемое в пневматической камере пневмогидроусилителя равно усилию, с которым плунжер воздействует на масло в гидрокамере.

            При этом, у разработчика возникает естественное желание максимально уменьшить диаметр пневмоцилиндра D за счет снижения диаметра плунжера d до минимума. Однако необходимо учитывать, что при этом будет иметь место существенный рост длины гидрокамеры, определяющий величину хода превмоцилиндра L, что приведет к необоснованному увеличению общей длины пневмогидроусилителя. Учитывая вышеизложенное, предварительно задавшись диаметром гидрокамеры d и зная диаметр поршня D1 исполнительного гидроцилиндра определяется величина хода пневматического поршня L пневмоцилиндра, который равен длине гидрокамеры.
      Анализируя полученную величину хода пневматического поршня L и соизмеряя ее с диаметром гидрокамеры d пневмогидроусилителя определяют их соотношение, которое из технологических соображений должно быть: L/d ≤ 5 , и если оно получилось больше, то необходимо увеличивать диаметр гидрокамеры d, и снова выполнить расчет диаметра пневмоцилиндра D.

              Если механизм зажима с приводом от гидроцилиндра встроен в агрегат технологического оборудования, или приспособление содержит несколько исполнительных гидроци-линдров, то масло под давлением обычно подается от основной гидростанции технологического оборудования, в составе которой обязательно должен быть предусмотрен пневмогидроаккумулятор, обеспечивающий компенсацию утечек в гидроцилиндре и разгрузку насоса, что особенно важно при длительном цикле зажима заготовки. Принципиальная гидросхема управления гидроцилиндром механизма зажима с большим ходом поршня, содержащая пневмогидроаккумулятор показана на Рис 103.

Рис 103 Принципиальная гидросхема управления
гидроцилиндром механизма зажима,
содержащая пневмогидроаккумулятор

        Она включает гироцилиндр зажима Ц подключенный по дифференциальной схеме, три гидрораспределителя Р1 – Р3, два реле давления РД1, РД2, пневмогидроакумулятор А, и обратный клапан КО1.

Работает гидропривод следующим образом. Для зарядки аккумулятора А включаются электромагниты Э1 и Э5, при этом масло от насоса через гидрораспределитель Р1, находящийся в левом положении и обратный клапан КО1 поступает в аккумулятор А до того момента, пока давление не достигнет величины настройки реле давления РД2, которое контролирует его верхний предел, что приводит к выключению электромагнита Э1. В это время гидрораспределитель Р3 отсекает магистраль соединяющую пневмогидроаккумулятор А с поршневой полостью гидроцилиндра Ц. Для осуществления зажима масло подается в поршневую полость гидроцилиндра Ц и его шток перемещается вправо для чего включаются электромагниты Э1 и Э3 (электромагнит Э5 остается во включенном положении), при этом масло через гидрораспределитель Р1, находящийся в левом положении и гидрораспределитель Р2 находящийся в правом положении поступает в обе полости гидроцилиндра Ц соединенные дифференциально, что приводит к ускоренному перемещению его штока. В это время обратный клапан КО1 отсекает пневмогидроаккумулятор А от напорной магистрали. В конце рабочего хода штока гидроцилиндра Ц подается команда на выключение электромагнита Э3 и включение электромагнита Э2, Э4 (при включенном электромагните Э5), что приводит к переключению гидрораспределителя Р1 в правое положение, а гидрораспределителя Р2 в левое положение и подключению гидроцилиндра Ц по обычной схеме, при которой масло от насоса в его поршневую полость поступает через гидрораспределитель Р2 и через них идет на слив из штоковой полости. Это приводит к снижению скорости перемещения штока гидроцилиндра и увеличению усилия создаваемого маслом в поршневой полости, поскольку подпор в штоковой полости исключен. В крайнем правом положении шток гидроцилиндра Ц останавливается и подается команда на выключение электромагнитов Э4, Э5, при этом компенсация утечек при длительной выдержке поршневой полости гидроцилиндра под давлением обеспечивается пневмогидроаккумулятором А и обратным клапаном КО1. Возврат штока гидроцилиндра зажима Ц в исходное положение осуществляется при включении электромагнитов Э1 и Э4, Э5 при этом масло подается через гидрораспределитель Р1 и Р2 в штоковую полость гидроцилиндра Ц а из его поршневой полости сливается через те же гидрораспределители. При снижении уровня давления ниже величины настройки РД1 от него поступает сигнал на подзарядку пневмогидроаккумулятора А, при этом включается электромагнит Э1, масло через гидрораспределитель Р1 и обратный клапан КО1 поступает в пневмогидроаккумулятор до момента срабатывания РД2. (во время подзарядки включается электромагнит Э5).

        Для подачи масла под давлением в короткоходовые гидроцилиндры привода механизмов зажима в количестве до 10 единиц может быть использована насосная установка СВ – М5 , которая выпускаются с баком емкостью 40л, давлением р = 4 – 25МПа и расходом Q = 5,3 – 12,7 л/мин в исполнении предусматривающим комплектацию пневмогидроаккумулятором с рабочим объемом V = 6,3 л и гидропанелью для управления совместной работой насоса и аккумулятора. На Рис 104 показан общий вид и принципиальная гидросхема насосной установки СВ – М5. Она содержит гидробак 1, насосный агрегат 2, гидропанель управления 3, пневмогидроаккумулятор 4, напорный фильтр 5. Насосный агрегат состоит из электродвигателя 6, насоса 7, кронштейна 8 на котором они установлены и муфты 9, соединяющей валы электродвигателя и насоса. На боковой стенке гидробака установлен указатель уровня масла 10.

Рис 104 Общий вид и принципиальная гидравлическая схема насосоной установки СВ – М5.

       Принципиальная гидравлическая схема насосной установки СВ – М5 содержит пластинчатый насос Н, папорный фильтр Ф, пневмогидроаккумулятор А и гидропанель на которой расположены предохранительный клапан КП, включающий гидрораспределитель с электромагнитным управлением Р2, гидрораспределитель с электромагнитным управлением Р1, обеспечивающий подачу масла в рабочие полости гидроцилиндра зажима Ц, обратный клапан КО, два реле давления РД1 и РД2, манометр М, золотник включения манометра З, и гидрораспределитель с электромагнитным управлением Р3 для разрядки аккумулятора.

Работает установка следующим образом. В исходном положении гидрораспредедитель Р1 находится в правом положении и соединяет штоковую полость гидроцилиндра Ц с напорной магистралью насосной установки, а его поршневую полость со сливом, при этом гидрораспределитель Р2 переключен в положение, когда масло от насоса Н через предохранительный клапан КП идет на слив. Работа насосной установки начинается с зарядки пневмогидроаккумулятора А, для этого гидрораспределитель Р2 переключается с положение, когда слив масла через предохранительный клапан КП невозможен, и масло от насоса Н через обратный клапан КО1 поступает в рабочую полость пневмогидроаккумалятора А. При достижении верхнего предела давления в пневмогидроаккумуляторе А включается реле давления РД1 и через систему электроавтоматики переключает гидрораспределитель Р2 в положение когда масло от насоса Н через предохранительный клапан КП идет на слив, при этом обратный клапан КО1 удерживает давление масла в пневмогидроаккумуляторае А не давая ему разрядиться. После этого начинается работа гидроцилиндра зажима Ц. Для выдвижения штока гидроцилиндра Ц , осуществляющего привод механизма зажима, гидрораспределитель Р1 переключается в левое положение, при котором масло от гидропневмоаккумулятора А поступает в поршневую полость гидроцилиндра Ц, а из штоковой пооллости идет на слив в бак насосной установки. В процессе обработки заготовки зажатой гидроцилиндром Ц в нем происходят внутренние утечки масла, которые компенсируются постоянной подпиткой от пневмогидроаккумулятора А. Через несколько циклов зажима заготовок давление масла в пневмогидроаккумуляторе А снижается ниже допустимого, что приводит к включению реле давления РД2, которое через систему электроавтоматики переключает гидрораспределитель Р2 в положение, когда слив масла через предохранительный клапан КП невозможен, и масло от насоса Н через обратный клапан КО1 поступает в рабочую полость пневмогидроаккумалятора А, поднимая таким образом, давление масла в нем до величины настройки реле давления РД2, которое переключает гидрораспределитель Р2 в положение, обеспечивающее слив масла подаваемого насосом Н.

Электромеханический привод механизма зажима, включающий электродвигатель и понижающую передачу, чаще всего винтовую, применяется достаточно редко (см. Рис. 21), прежде всего, из – за больших габаритов и материалоемкости. Его можно встретить в тяжелом, уникальном технологическом оборудовании не содержащим гидравлического привода

Рис 105 Конструкция автоматизированного механизма зажима заготовки тяжелого продольно – фрезерного станка с электромеханическим приводом.

          На Рис 105 показана конструкция автоматизированного механизма зажима заготовки тяжелого продольно – фрезерного станка с электромеханическим приводом. Он содержит реверсивный электродвигатель 1, посредствам стакана 2, закрепленный на корпусе 3механизма зажима, а на его валу закреплена шестерня 4, зацепляющаяся с зубчатым колесами 5, которые через червяк (на Рис. 103 червяк не показан) сообщает вращение червячному колесу 6, посредствам шпоночного соединения закрепленного на втулке 7, а она в свою очередь с помощью шлицев соединена с подпружиненной пружиной 9 кулачковой муфтой 8, которая посредствам шпонки 10 находится в контакте с гайкой 11. Последняя установлена в вертикальной расточку корпуса 1, а ее верхний фланец своим нижним торцем упирается в упорный подшипник 12, а верхний торец поджат крышкой 13, В резьбовом отверстии гайки 11 расположен винт 14, сферическая головка которого взаимодействует с ведущим плечом прихвата 15, установленного на оси 16 в корпусе 1, ведомое плечо которого осуществляет непосредственный зажим заготовки 17. Управление автоматическим циклом работы механизма зажима осуществляется конечными выключателями 18 и 20, на которые своими упорными винтами воздействуют рычаги 19 и 21 шарнирно установленные посредствам осей в корпусе 1

          Работает механизм зажима с электромеханическим приводом следующим образом. Для зажима заготовки 17 включается электродвигатель 1, вращение шестерни 4, установленной на его валу через систему зубчатых колес 5 и червяк передается червячному коле-су 6, которое сообщает его втулке 7 и подпружиненной пружиной 9 кулачковой муфте 8, при этом последняя заставляет вращаться гайку 11, что приводит к выдвижению (подъему вверх) винта 14. При этом, Сферическая головка винта 14, воздействуя на ведущее плечо прихвата 15, поворачивает его относительно оси 16 по часовой стрелке, что приводит к зажиму заготовки 17. При достижении требуемого усилия зажима заготовки, возникающий при этом крутящий момент приводит к тому, что ведущая полумуфта кулачковой муфты 8, преодолевает усилие пружины 9 сжимает ее и смещаясь вниз, своим торцем воздействует на рычаг 19, шарнирно установленный в корпусе 1, который нажимает на конечный выключатель 18, отключающий через систему электроавтоматики электродвигатель 1. Для освобождения обработанной заготовки 17 вал электродвигателя 1 вместе с шестерней 4 вращается в противоположном направлении, в результате чего гайка 11, получающая обратное вращение через описанную систему зубчатых колес, заставляет винт 14 перемещаться вниз, при этом прихват 15 под собственным весом поворачивается во-круг оси 16 против часовой стрелки. При достижении винтом 14 своего нижнего положе-ния он воздействуя на рычаг 21 поворачивает его по часовой стрелке и он вогдействует на конечный выклюбчатель 10, который через систему электроавтоматики выключает электродвигатель 1. После этого, за счет наличия продольного паза в месте контакта прихвата 15 с осью 16 его отводят в горизонтальном направлении, полностью освобождая обработанную деталь 17.

Рис 106 Кинематическая схема механизма
зажима с электромеханическим приводом

              На основании выполненного расчета числа оборотов n выбирается электродвигатель с ближайшим стандартным числом оборотов (1000, 1500 или 3000 об/мин), после чего уточняется передаточное отношение зубчатых передач. После расчета потребной мощности приводного электродвигателя N выбирается его типоразмер, габаритные и присоединительные размеры которого должны обеспечить его встройку в полость корпуса механизма зажима. Если из – за больших габаритных размеров вписать его в предварительно разработанную конструкция механизма зажима не представляется возможным, то разработчику приходится варьировать параметрами зубчатых передач (числами зубьев), параметрами винтовой передачи (диаметром и шагом резьбы) и плечами прихвата для того чтобы перейти на другой тип, или типоразмер электродвигателя с уменьшенными габаритными размерами.

           Жесткость зажимаемой детали также существенным образом влияет не только на конструкцию деталей входящих в механизм зажима, но и на конструктивную схему механизма в целом (см. Рис. 77 – 83 в разделе 6). Это имеет место, как в агрегатных, так и во встроенных механизмах зажима, в том числе в механизмах зажима встраиваемых в схваты автоматических манипуляторов.

Рис 107 Конструкция схвата автоматического манипулятора для
зажима нежестких деталей.

      На Рис 107 показана конструкция схвата автоматического манипулятора для зажима нежестких деталей посредствам поворотных зажимных губок с эластичными наконечниками. Он содержит закрепленный на руке манипулятора корпус 2, на котором неподвижно закреплены оси 3 с блоками 4, шарнирно установленными на этих осях и комплект поворотных зажимных губок, каждая из которых состоит из вала 5, на верхнем конце которого посредствам штифта закреплен ведущий рычаг 6, а на нижнем конце посредствам клеммного соединения закреплен ведомый рычаг 7 с эластичным наконечником 8, имеющим сферическую форму. Кроме того на ведущем рычаге 6 каждой зажимной губки посредствам оси 9 шарнирно установлен блок 10, а также пружина кручения 12, которая стремится повернуть зажимные губки против часовой стрелки и увести блоки 10 от центра схвата к периферии. Все блоки 10 и 4 охвачены тросом 13, один конец которого закреплен на одном из рычагов 6, а другой связан с приводом манипулятора.

Работает схват следующим образом. В исходном положении рычаги 7 с наконечниками 8 разведены пружинами 12 в крайнее положение, при котором они находятся на максимальном удалении от центра схвата, при этом поворот валов 5 с рычагами 6 и 7 ограничен тросом 13. Схват располагается манипулятором относительно подлежащей захвату детали 11 таким образом, чтобы она была размещена между наконечниками 8 зажимных губок. После этого включается соответствующий привод манипулятора, который перемещает трос 13 вправо (по стрелке). При этом рычаги 6, преодолевая усилие пружин 12, поворачивают вала 5 зажимных губок по часовой стрелке, в результате чего происходит поворот рычагов 7 с наконечниками 8 в том же направлении. В случае контакта с деталью 11 одного из наконечников 8 дальнейший поворот этого вала 5 с рычагами 6 и 7 прекращается, но усилие от данной зажимной губки на деталь не передается, поскольку другие зажимные губки продолжают движение. После контакта с наружной поверхностью детали 11 наконечников 8 всех зажимных губок она оказывается надежно зажатой и перемещение троса 13 прекращается. Далее деталь 11 переносится манипулятором в требуемую позицию, где устанавливается, после чего она освобождается, для чего трос 13 приводом манипулятора перемещается а противоположном направлении, и пружины кручения 12 разводят зажимные губки, возвращая их в исходное положение.

Пространство, которое выделяется для размещения механизма зажима серьезно ограничивает разработчика в выборе его конструктивной схемы, особенно, если он должен быть встроен в уже сформированную конструкцию конкретного агрегата проектируемого оборудования. При этом, чаще всего возникает вопрос, как в ограниченном пространстве разместить приводной пневмо – гидроцилиндр. Наиболее частым решением данной задачи является вынесение приводного цилиндра из рабочей зоны, в которой размещается механизм зажима.

Рис 108 Конструкция механизма зажима полуавтомата для сборки хомута, с вынесенным из рабочей зоны приводным пневмоцилиндром

       На Рис 108 показана конструкция механизма зажима полуавтомата для сборки хомута, в котором приводной пневмоцилиндр вынесен из рабочей зоны насыщенной четырьмя исполнительными механизмами (см. Рис. 108а) на противоположную сторону станины (см. Рис. 108б). В этом случае механизм зажима состоит из пневмоцилиндра 1, установленного посредствам проставки 3 на заднем торце центральной оси 4 и своим штоком 2 через талреп 6 и тягу 7 с помощью оси 9, шарнирно соединен с прижимным рычагом 10, который на оси 11 установлен на центральной оси 4. При этом прижимной рычаг 10 расположен в наклонном пазу гибочной оправки 12 также закрепленной на центральной оси 4 и являющейся базовым элементом для установки собираемых деталей и прежде всего стяжки хомута, завивка которой осуществляется гибочным роликом 17 при его обкатке вокруг гибочной оправки 12, которая осуществляется за счет по ворота планшайбы 16 закрепленной на торце зубчатого блока 15, который на подшипниках скольжения 14 установлен на центральной оси 4.

Аналогичным образом решается задача по вынесению привода механизмов зажима инструмента в шпинделе станка, конструкции которых показаны на Рис. 5 и Рис. 53. Так-же ограниченное пространство выделено для клино – рычажного зажима механизма пере-носа кареток сборочного конвейера, в результате чего его приводные пневмоцилиндры встроены в поворотный барабан механизма переноса (см. Рис. 84)

Точность положения детали, которую необходимо обеспечить после ее зажима, играет важную роль в выборе конструкции механизма зажима, поэтому при выборе типа механизма необходимо обязательно оценить обеспечиваемую им точность. Оценим по-грешность смещения зажимных губок двух самоцентрирующихся механизмов зажима имеющих принципиально отличные конструктивные схемы. Рассчитаем величину смещения от номинального положения губок самоцентрирующегося рычажного механизма для зажима труб установки для горизонтального бурения, конструкция которого была рассмотрена ранее.

Рис 109 Расчетная схема для определения величины смещения от номинального положения губок рычажного механизма зажима

               Смешение от номинального положения губок зажимных ползунов самоцентрирующегося рычажного механизма показанного на Рис 109 определяется размерной цепью А, которая состоит из следующих звеньев:

 Данные для расчета размерной цепи А приведены в таб. 3

При выполнении расчета принято условие, что зазоры в шарнирных соединениях
механизма малы и не оказывают существенного влияния на смещение губок

  

Рис 110 Конструкция самоцентрирующегося механизм зажима с зубчато – реечным приводом и размерная цепь А определяющая
смещение его зажимных призм

           Рассчитаем смещение зажимных призм самоцентрирующегося зажимного механизма с зубчато – реечным приводом, конструкция которого показана на Рис 110. Этот зажимной механизм содержит ползуны – рейки, расположенные в горизонтальных направляющих корпуса 1, которые жестко соединены посредствам шпонок 4 и болтов (болты на Рис. 110 не показаны) с зажимными призмами 3, а посредствам шестерен 5 они зацепляются с ведущей зубчатой рейкой 6, закрепленной на штоке 7 приводного цилиндра, при этом рейка 6 установлена в наклонной расточке корпуса 1 таким образом, что ее зубья, нарезанные с обоих сторон, одновременно находятся в зацеплении с обоими шестернями 5.

       Смещение зажимных призм самоцентрирующегося зажимного механизма определяется размерной цепью А, которая показана на Рис 110
Данные для расчета размерной цепи А приведены в таб. 4.

        При выполнении расчета принято условие, что зазоры в зубчато – реечных передачах механизма зажима малы и не оказывают существенного влияния на смещение зажимных призм.

          Сравнивая полученные в результате проведенных расчетов данные можно сделать однозначный вывод о том, что самоцентрирующийся механизм зажима с зубчато – реечным приводом (см. Рис. 110) позволяет получить более точное центрирование зажимаемой заготовки, нежели рычажный механизм, конструкция которого показана на Рис 109.
Необходимо отметить, что наиболее точное центрирование цилиндрических заготовок по сравнению со всеми остальными механизмами зажима обеспечивают цанговые механизмы, которые согласно данных приведенных в работе [2] при диаметре отверстия до 10 мм позволяют получить биение заготовки не более 0,1мм, а при диаметре отверстия от 10 до 100 мм – радиальное биение 0,2 мм

Быстродействие механизма зажима зависит от инерционности его подвижных звеньев (клиньев, эксцентриков, рычагов, плунжеров и т. п.) и выбранного типа привода, при этом необходимо понимать, что инерционность подвижных звеньев зависит от их размеров, величина которых определяется усилием зажима, размерами зажимаемой заготовки и расстоянием от приводного органа (пневмо – гидроцилиндра) до места расположения зажимаемой заготовки.
Наиболее быстродействующим является пневматический привод, применение которого при создании усилий до 15 – 20кН и отсутствии значительных ограничений по занимаемому механизмом зажима пространству можно считать предпочтительным.

Время цикла перемещения штока пневмоцилиндра на величину его перемещения S, при подаче сжатого воздуха в его рабочую полость, состоит из времени срабатывания tc и времени установившегося перемещения поршня tуп (см. Рис 111).

Рис 111 Цикл работы пневмоцилиндра

             Под временем срабатывания tc пневмоцилиндра понимается время нарастания давления в его наполняемой полости до номинальной величины, на которую настроен редукционный клапан в напорной магистрали. 

         Определение времени срабатывания пневмоцилиндра достаточно сложно, поскольку зависит от величины расхода воздуха в заводской пневмосети, который колеблется в течении рабочей смены, сопротивления пневмраппаратуры управления, наличия в пневмосети воздушной емкости (рессивера), длины соединительных трубопроводов и встроенных в пневмоцилиндр тормозных систем. Рекомендации по определению времени срабатывания пневмоцилиндра приводятся в работе [6]. При этом процедура их выполнения по предложенным формулам достаточно сложна и зачастую невыполнима на этапе проектировочных расчетов, особенно при малом времени перемещения штока пневмоцилиндра (менее 0,5 сек). Это связано с тем, что в расчетных формулах присутствует большое количество коэффициентов, которые можно получить только экспериментальным путем при проведении лабораторных исследований пневмопривода (например, коэффициент расхода  подводящей и отводящей магистралей). В работе [1] приводятся следующие упрощенные формулы для расчета времени срабатывания пневмоцилиндра.    Скорость масла в трубопроводе, в зависимости от его давления выбирается из таб. 5

               При этом диаметр трубопровода d2, соединяющего насос гидростанции с гидроцилиндром определяется аналогичным образом.
Необходимо отметить, что быстродействие механизма зажима достаточно редко является фактором, определяющим его конструктивную схему, или тип привода. Это объясняется тем, что в большинстве случаев время зажима и разжима детали на порядок меньше нахождения ее в зажатом состоянии. Исключение составляют механизмы зажима схватов минироботов, работающих с высокой производительностью, для которых время зажима и разжима транспортируемой детали должно быть не более 0,2 с, и соизмеримо со временем транспортирования детали, которое колеблется в пределах 0,4 – 0,6 с.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Ансеров М.А. Приспособления для металлорежущих станков Л.: Машиностроение 1975г
2. Дальский А. М. Цанговые зажимные механизмы М. : Машиностроение 1966г
3. Игнатьев Н. П. Проектирование механизмов Азов 2015г
4. Игнатьев Н. П. Обеспечение точности при проектировании приводов и механизмов Азов 2012г.
5. Игнатьев Н. П. Проектирование нестандартного оборудования. Азов 2013г.
6. Пневматические устройства и системы в машиностроении. Справочник.      Под редакцией Герц Е.В. М.: Машиностроение 1981г.

Для приобретения полной версии статьи добавьте ее в корзину

Стоимость полной версии статьи 200 руб