Механизмы зажима

500 

Категория: Метки: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

Описание

Библиотеки начинающего конструктора

Игнатьев Н П

МЕХАНИЗМЫ
ЗАЖИМА

Справочно – методическое пособие

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
1. Основные типы механизмов зажима………………………………………….4
2. Винтовые механизмы зажима…………………………………………………10
3. Клиновые и эксцентриковые механизмы зажима…………………………..22
4. Цанговые механизмы зажима………………………………………………….47
5. Рычажные механизмы зажима…………………………………………………59
6. Специальные механизмы зажима……………………………………………..68
7. Рекомендации по проектированию……………………………………………92
Использованная литература

ВВЕДЕНИЕ

Если основные типы механизмов используются в технике для сообщения выходному звену непрерывного и периодического движения по требуемой траектории на необходимое расстояние с определенной по величине переменой или постоянной скоростью, то их разновидность – механизмы зажима предназначены для фиксации положения выходного звена исполнительного механизма (поступательно перемещающейся каретки и поворотного стола), а также для закрепления расположенных на нем предметов (заготовки, детали, сборочной единицы, технологического инструмента). Поэтому, чаще всего, основным параметром для механизма зажима, которое необходимо обеспечить при проектировании, является усилие зажима, что особенно характерно для зажима выходного звена механизма, поэтому в работе приводятся формулы для расчета усилия всех типов механизмов зажима. Однако, в ряде случаев, при создании механизмов зажима заготовок и деталей, устанавливаемых на выходном звене исполнительного механизма технологического оборудования, его зажимной элемент (губка, прихват) должен совершать движение по сложной траектории, например в случае зажима детали в труднодоступном месте (см. Рис. 6), или оснащаться устройством для регулировки хода зажимных элементов при зажиме деталей неправильной формы (см. Рис. 17). Механизмы, используемые для зажима крупногабаритных деталей и заготовок, имеющих сложную форму и поэтому требующие обеспечение приложения силы зажима в конкретном месте, или нескольких местах, оснащаются передаточными шарнирно рычажными механизмами (см. Рис. 62, 67). Кроме того, механизм зажима помимо обеспечения требуемого усилия должен обеспечивать надежное удержание в зафиксированном положении зажатого предмета, в течении всего времени выполнения технологической операции, что является основным показателем его надежности, поэтому в большинстве случаев в его состав входят самотормозящиеся винты, клинья и эксцентрики. В работе подробно рассмотрены основные особенности всех типов механизмов зажима (винтовых, клиновых, эксцентриковых, рычажных, цанговых), а также приведено большое количество оригинальных конструкций механизмов зажима различного назначения с подробным описанием их работы, что особенно важно для инженера конструктора, занимающегося проектированием технологической оснастки. В работе также рассмотрен ряд конструкций специальных механизмов зажима, которые выполняют дополнительные функции, или встраиваются в исполнительные и вспомогательные механизмы технологического оборудования и оснастки. Кроме того, в пособие введен раздел «Рекомендации по проектированию» в котором содержится материал, основанный на личном опыте автора в области проектирования механизмов зажима и не только их.

1. Основные типы механизмов зажима

Механизмы и устройства для зажима и крепления широко применяются в промышленном производстве при установке заготовок, деталей, сборочных единиц, а также инструмента и приспособлений на базовые поверхности оборудования для механической обработки, штамповки, сварки, сборки и литья, а также для фиксации подвижных элементов технологического и вспомогательного оборудования, в том числе, автоматических манипуляторов и промышленных роботов. По способу осуществления процесса зажима они делятся на следующие виды:
− винтовые,
− клиновые,
− эксцентриковые,
− цанговые,
− рычажные,
− специальные.
В общем случае механизм зажима содержит ведущее звено, к которому прилагается усилие приводного органа (например, пневмоцилиндра), передаточный механизм (например рычажный), предназначенный для увеличения усилия приложенного к ведущему звену, или для изменения направления движения и выходное звено (прихват, зажимная призма), осуществляющее непосредственный зажим детали.

Рис. 1 Конструкция приспособления для механической обработки заготовки типа швеллера

          На Рис. 1 показана конструкция приспособления для механической обработки заготовки типа швеллера, механизм зажима которого содержит ведущее звено, выполненное в виде двухстороннего эксцентрика 1, передаточный механизм, включающий два комплекта плунжеров 2 и двуплечих рычагов – прихватов 3, при этом последние являются выходными звеньями механизма зажима, поскольку осуществляют непосредственный прижим обрабатываемой заготовки 4 к базовой плоскости корпуса 5 приспособления.
Независимо от способа зажима все механизмы и устройства для зажима должны обеспечивать надежное удержание в зафиксированном положении зажатого предмета в течении всего времени выполнения технологической операции, что является основным показателем их надежности. Именно поэтому система рычагов может быть использована в качестве механизма зажима только совместно с самотормозящими винтовыми, клиновыми и эксцентриковыми механизмами, или пневмо – гидроцилиндрами и таким образом выполнять функцию передаточного механизма. В приспособлении, показанном на Рис.1 самоторможение механизма зажима обеспечивается ведущим эксцентриком.
Перечисленные виды зажимных механизмов часто применяются совместно. Например, для увеличения развиваемого усилия клиновой механизм может применяться совместно с винтовым (см. Рис. 2а), или рычажным (см. Рис.3) механизмами.

Рис 2 Варианты конструкции клино – винтовых устройств, для крепления инструмента в шпинделе станка

       На Рис 2а показана конструкция клино – винтового устройства для крепления инструментальной оправки в шпинделе станка. Оно содержит установленную в коническом отверстии шпинделя 1 инструментальную оправку 2 на хвостовике 7 которой выполнены лыски с буртами и резьбовое отверстие, а в шпинделе имеется поперечный паз 8, в котором установлены два комплекта клиньев 3, 4, стянутых винтами 5 и 6, вкрученными в резьбовые отверстия хвостовика 7 инструментальной оправки 2, при этом горизонтальные плоскости клиньев 4 упираются в лыски хвостовика 7. Для затяжки инструментальной оправки 2 винты 5 и 6 вкручиваются в резьбовое отверстие ее хвостовика 7, что приводит к относительному смещению клиньев 3 и 4 и упору горизонтальных поверхностей клиньев 3 в ответные поверхности поперечного паза 8 шпинделя 1.

         На Рис 2б показана конструкция клино – винтового устройства для зажима инструмента в шпинделе станка. Он содержит расположенный в центральном конусном отверстии шпинделя 1 инструмент 2, в резьбовое отверстие которого вкручен до упора натяжной винт 3, а на нижнем торце его головки выполнена радиусная канавка, с которой контактируют зажимные рычаги 7, при этом, в поперечном пазу шпинделя симметрично друг другу установлены сухари 5 с клиновыми поверхностями, которые также взаимодействуют с зажимными рычагами 7, а в центральные резьбовые отверстия сухарей 5 соединены винтом 6 имеющим правую и левую резьбу и квадратное отверстие под ключ. Рычаги 7 в точке А контактируют с клиновой поверхностью сухарей 5, в точке О с поверхностью поперечного паза 4 шпинделя, а в точке В с нижнем тоцем натяжного винта 3.
Работает механизм следующим образом. При вкручивании винта 6, сухари 5 перемещаются по направлению друг к другу и своей клиновой поверхностью воздействуют на зажимные рычаги 7 в точках А, в результате этого последние поворачиваются относительно точки О, и воздействуя точкой В на нижний торец натяжного винта 3 перемещая его вверх, осуществляют зажим инструмента 2 в шпинделе 1. Для освобождения инструмента винт 3 вращается в противоположном направлении.

          Все механизмы зажима по типу привода делятся на ручные (см. Рис. 2, 3), механизированные (см. Рис. 4) и автоматизированные (см. Рис. 5), последние применяются в технологическом оборудовании автоматического действия и имеют с ним общую систему управления.

Рис 3 Конструкция механизма зажима стола станка с ручным приводом

           На Рис 3 показана конструкция механизма зажима стола станка с ручным приводом. В горизонтальной расточке станины 1 станка установлен с возможностью осевого перемещения вал 2 с рукояткой 14, на котором посредствам шпоночных соединений закреплены две косозубые шестерни 3 с углом наклона зубьев 45 град, которые зацепляются с ответными косозубыми шестернями 4 имеющими аналогичные параметры зацепления, а последние установлены на винтовой поверхности 5 зажимных скалок 6 и своими верхними торцами взаимодействуют со стаканами 8, посредствам упорных подшипников 7. На верхних резьбовых концах зажимных скалок 6 закреплены сухари 9, которые при зажиме стола 10 взаимодействуют с ответными Т – образными пазами, выполненными на его нижней поверхности. Для исключения самопроизвольного поворота скалок 6 на их нижних концах 11, имеющих лыски, установлена планка 12, осевое положение которой зафиксировано шплинтами 13.
Работает механизм следующим образом. Для зажима стола 10 посредствам рукоятки 14 вращается вал 2, который через шестерни 3 и 4 приводит в движение скалки 6, которые за счет резьбового соединения с шестернями 4 и соединения друг с другом посредствам планки 12 перемещаются вниз, в результате чего один из сухарей 9 упирается в Т – образный паз 9 стола 10. При дальнейшем повороте рукоятки 14 вал 2 под действием зубьев остановившейся шестерни 4 перемещается в осевом направлении и дополнительно поворачивает ворую шестерню 4, которая перемещает соответствующую скалку 6 до упора ее сухаря 9 в о второй Т – образный паз 10,окончательно зажимая стол 10. Для освобождения стола 10 вал 2 посредствам рукоятки 14 вращается в обратном направлении, при этом скалки 6 поднимаются и их сухари 9 отходят от поверхности Т – образных пазов стола.

Рис 4 Конструкция приспособления для зажима обрабатываемой заготовки с механизированным гидравлическим приводом.

          На Рис 4 показана конструкция приспособления для зажима обрабатываемой заготовки с механизированным (гидравлическим) приводом. Оно содержит корпус 1, в вертикальном пазу которого на оси 2, зафиксированной в осевом направлении стопорным винтом 4, установлен прихват 3 и шестерня 5 зацепляющаяся в зубчатой рейкой 13 выполненной на плунжере 11 гидроцилинра 16, расположенного в вертикальной расточке корпусе 1 приспособления и закрытого с нижнего торца крышкой 12. Между торцем прихвата 3 и пазом корпуса 1 в канавке 6 оси 2 установлена стопорная планка 9 закрепленная на прихвате 3 винтом 10, а со стороны противоположного торца прихвата также на оси 2 установлена тарельчатая пружина 7, осуществляющая силовое замыкание прихвата 3 с шестерней 5. На верхнем торце корпуса 1 закреплен кронштейн 15 для упора прихвата 3 в отведенном положении, а на плунжере 11выполнен уступ 14 контактирующий с прихватом 3 при окончательном зажиме заготовки, которая укладывается на регулируемые опоры 17 вкручиваемые в резьбовые отверстия корпуса 1.
Работает механизированное приспособление следующим образом. При ходе плунжера 11 вверх выполненная на нем зубчатая рейка 13 вращает шестерню 5 вместе с прихватом 3 и последний при этом ускоренно приближается к заготовке и осуществляет ее предварительный зажим. Дальнейший ход плунжера 11, за счет наличия пружины 7, вызывает холостое вращение оси 2 относительно прихвата 3 до тех пор, пока уступ 14 на плунжере 11 не войдет в контакт с прихватом 3, последний при этом осуществляет окончательный зажим заготовки. При обратном ходе плунжера 11 происходит вращение оси 2 и фрикционно связанного с ней посредствам стопорной планки 6 и тарельчатой пружины 7 прихвата 3 в противоположном направлении, при этом ось 2 вращается быстрее прихвата 3 поскольку он упирается в упор 14 на плунжере 11. После расцепления прихвата 3 с уступом 14 плунжера 11 ось 2 начинает вращаться синхронно с прихватом до момента его упора с уступ кронштейна 15, а плунжер 11, продолжая движении вместе с осью 2, возвращается в исходное положение.

Рис 5 Конструкция автоматического механизма зажима инструмента в шпинделе станка.

       На Рис 5 показана конструкция автоматического механизма зажима инструмента в шпинделе станка. Он содержит установленный в шпинделе 1 шомпол 2 поджатый пружиной 3, муфту предельного момента, включающую подвижную полумуфту 4, установленную в корпусе 6 на упорном подшипнике 16 и поджатую подпружиненными шариками 17 и неподвижную полумуфту 5, неподвижно установленную на верхнем торце корпуса 6 и оснащенную упором 7 подпружиненным пружиной 8 и взаимодействующим с переключателем 9. Полумуфта 4 посредствам шлицов соединена со стаканом 10 подпружиненным пружиной 19 и соединенным посредствам упорного подшипника 21 со штоком гидроцилиндра 20. Шпиндель 1 установлен в вертикальной расточке станины 22 на подшипниках 13 и 14, а посредствам шлицов на нем закреплено ведомое зубчатое колесо 11, зацепляющееся с ведущей шестерней 12 привода станка. На шомполе 2 посредствам шпоночного соединения закреплено зубчатое колесо 18 имеющее возможность зацепляться с внутренним зубчатым венцом стакана 10

         Работает автоматический механизм зажима инструмента следующим образом. По команде от системы электроавтоматики станка включается гидроцилиндр 20 и его шток, выдвигаясь, перемещает вниз стакан 10, который, сжимая пружину 19, зацепляется своим внутренним зубчатым венцом с зубчатым колесом 18 закрепленным на шомполе 2, фиксируя его неподвижное положение. После этого, инструмент (на Рис. 5 не показан) навинчивается на несколько витков нижнего резьбового конца шомпола 2 и затем, с малой скоростью включается привод станка и посредствам зубчатых колес 12, 11 вращение сообщается шпинделю 1, который начинает вращаться относительно неподвижного шомпола 2. В результате этого, инструмент, навинчиваясь на резьбу неподвижного шомпола 2, перемещается вверх, затягиваясь в конусное отверстие шпинделя 1. При достижении определенного усилия зажима инструмента подвижная полумуфта 4 начинает вращаться относительно неподвижной полумуфты 5, и преодолевая усилие пружины 8, выталкивает упор 7, который воздействует на переключатель 9, а последний дает команду на отключение привода шпинделя 1. После окончания зажима инструмента по команде от системы электроавтоматики станка шток гидроцилиндра 20 втягивается, поднимая в крайнее верхнее положение стакан 10, подъему которого способствует пружина 19, что приводит к расцеплению зубчатого колеса 18 закрепленного на шомполе 2 с внутренним зубчатым венцом стакана 10. Для освобождения инструмента снова включается гидроцилиндр 20 и его шток выдвигаясь перемещает стакан 10 вниз и вводит его внутренний зубчатый венец в зацепление с зубчатым колесом18, фиксируя, таким образом, шомпол 2. После этого по команде от станка включается привод вращения шпинделя 1 в противоположную сторону

            В механизированных и автоматизированных механизмах зажима, помимо перечисленных конструктивных элементов содержится привод, который может быть автономным (см. Рис. 6), или заимствованным от основного привода оборудования в том случае если механизм зажима является встроенным (см. Рис. 7). При этом пневматический и гидравлический привод используются гораздо чаще, чем электромеханический.

Рис 6 Конструкция механизма для прижима свариваемых деталей в труднодоступном месте приводимого от автономного пневмоцилиндра

      На Рис 6 показана конструкция механизма для прижима свариваемых деталей в труднодоступном месте, приводимого от автономного пневмоцилиндра. Механизм для прижима детали 2 к детали 1 состоит из основания 3, с закрепленным на нем приводным пневмоцилиндром 3 и вилкой 4, а также тяги 6, шарнирно соединенной посредствам оси 9 с прижимным рычагом 7, который также шарнирно соединен посредствам оси 10 с коромыслом 8, второй конец которой шарнирно соединен с вилкой 4. Тяга 6 снабжена стержнем 12, пропущенным в отверстие рычага 7 и несущим пружину 11, усилие которой регулируется гайкой 13. Наличие стержня 12 пропущенного в отверстие рычага 7 и установленной на нем пружины 11 обеспечивает постоянный поджим тяги 6 к рычагу 7, вплоть до осуществления прижима друг к другу свариваемых деталей 1 и 2.
Работает механизм прижима следующим образом. В исходном положении шток пневмоцилиндра 5 втянут. При этом, тяга 6, коромысло 8 и прижимной рычаг 7 находятся в верхнем положении и деталь 2 устанавливается в положении ее сварки с корпусной деталью 1. После этого подается команда на выдвижение штока пневмоцилиндра 5, в результате чего тяга 6 и коромысло 8 поворачиваются по часовой стрелке и, таким образом, они подводят рычаг 7 к свариваемым деталям, а последний, преодолевая усилие пружины 11, перемещается в крайнее нижнее положение и прижимает деталь 2 к детали 1. После этого выполняется сварка деталей 1, 2 и последующее освобождение от зажима, которое осуществляется при поступлении команды на втягивание штока пневмоцилиндра 5, в результате чего, прижимной рычаг 7 вместе с тягой 6 и коромыслом 8 возвращается в верхнее исходное положение.

Рис 7 Конструкция механизма зажима режущего инструмента встроенного в шпиндель станка.

          На Рис 7 показана конструкция механизма зажима режущего инструмента встроенного в шпиндель станка. Он расположен в оправке 1, установленный в шпинделе 2 станка, в котором выполнена система каналов 3 для подвода масла под давлением в рабочую полость гидроцилиндра 4, во внутренней герметичной полости которого, образованной горизонтальной расточкой, выполненной на нижнем конце оправки 1, крышкой 5 и корпусом 6 расположен плунжер 7, поджатый возвратной пружиной 8. В оправке 1 выполнена вертикальная расточка для установки инструмента 9, который постоянно поджат пружиной 10, и контактирует своей лыской 12 с наклонной поверхностью 11 плунжера 7.

           Работает встроенный механизм зажима инструмента следующим образом. Для снятия инструмента масло под давлением от гидросистемы станка по системе каналов 3 подается в рабочую полость гидроцилиндра 4, в результате чего его плунжер 7 смещается влево и его наклонная поверхность 11 отходит от ответной лыски 12 инструмента 9, а последний под действием пружины 10 свободно выходит из центрального отверстия оправки 1. Для закрепления инструмента 9 в шпинделе станка он вставляется в центральное отверстие оправки 1 и подается вверх до упора в плунжер 7, который в это время под давлением масла находится в крайнем левом положении. После этого, по команде от системы управления станка масло через систему каналов 3 сбрасывается из рабочей полости гидроцилиндра 4 и его плунжер 5 под действием тарельчатых пружин 8 перемещается вправо и за счет взаимодействия наклонной поверхности 11 с ответной лыской 12 инструмента 9 осуществляет зажим последнего в шпинделе.

2. Винтовые механизмы зажима

          Винтовые механизмы зажима широко применяются для зажима заготовки в приспособлениях устанавливаемых на столе механообрабатывающего станка, где они используются как самостоятельно (см. Рис. 10 – 12), так и вместе с различного типа прихватами (см. Рис. 8), в составе станочных и слесарных тисков (см. Рис. 14 – 18), для фиксации подвижных частей технологического оборудования (см. Рис. 3, 19 – 21), а также для крепления инструмента (см. Рис. 2, 5)

Рис 8 Варианты винтовых зажимов с использованием станочных прихватов

           На Рис 8а показана конструкция винтового механизма зажима включающего нажимной винт с шестигранной головкой и цилиндрическим концом и передвижной прихват. На Рис 8б показана конструкция винтового механизма зажима включающего станочный винт, высокую гайку, комплект сферических шайб и передвижной ступенчатый прихват. На Рис. 8в показана конструкция винтового механизма зажима включающего нажимной винт с неподвижной рукояткой и шарнирный двусторонний прихват.
Основные элементы винтовых зажимных механизмов применяемых в станочных приспособления стандартизированы, в том числе:
− конструкция, размеры, материал и термическая обработка различных типов        нажимных винтов определены ГОСТ 13428 – 68 … ГОСТ 13435 – 68,
− конструкция, размеры, материал и термическая обработка различных типов ста-ночных гаек определены ГОСТ 8921 – 69, ГОСТ 13426 – 68, ГОСТ 13427 – 69, ГОСТ 3385 – 69, ГОСТ 4088 – 69, ГОСТ 14726 – 69… ГОСТ 14729 – 69, ГОСТ 8918 – 69,
− конструкция, размеры, материал и термическая обработка различных типов ста-ночных прихватов определены ГОСТ 4734 – 69… ГОСТ 4726 – 69, ГОСТ 12937 – 67…ГОСТ 12942 – 67, ГОСТ 9057 – 69, ГОСТ 9058 – 69, ГОСТ 14732 – 69

Рис 9 Схема для расчета усилия, развиваемого винтовыми механизмами зажима

В данном разделе полной версии статьи приводятся формулы для расчета усилия зажима развиваемого винтовыми механизмами

      Несмотря на широкий диапазон вариантов зажима обрабатываемых заготовок с использованием винтов, гаек и прихватов, предлагаемых в приведенных выше стандартах, применяются оригинальные схемы зажима с использованием, как стандартизованных, так и оригинальных конструктивных элементов, что в ряде случаев позволяет более эффективно решить задачу на проектирование. Например, создавать быстросъемные конструкции зажимных механизмов, увеличивать усилие зажима, или обеспечивать одновременный зажим нескольких заготовок. Рассмотрим такие примеры

Рис 10 Конструкция быстросъемного
винтового механизма зажима

         На Рис 10 показана конструкция быстросъемного винтового механизма зажима. Он содержит палец 2 установленный в отверстии базовой плиты 1, в котором выполнена полость 3 с занижением а, для размещения прямоугольной гайки 5 и паз 4 для размещения зажимного винта 6
Зажим заготовки осуществляется следующим образом. Заготовка 7 по отношению к пальцу 2 устанавливается на плиту 1 так, чтобы зажимной винт 6 с предварительно накрученной гайкой 5 мог быть свободно установлен в паз 4 пальца. После этого зажимной винт 6 с накрученной гайкой 5 вводится в паз 4 пальца 2, а гайка 5 устанавливается в занижение а полости 3, а затем винт 6 закручивается до упора в заготовку 7 и затягивается с требуемым усилием. Для освобождения заготовки 7 зажимной винт 6 выкручивается на величину несколько большую занижения а и затем снимается вместе с гайкой 5.

В данном разделе полной версии книги приводятся  примеры конструктивного исполнения винтовых механизмов зажима различного назначения (см. табл.)

3. Клиновые и эксцентриковые механизмы зажима

      Клиновые механизмы зажима применяются в тех же областях машиностроения, что и винтовые, при этом для их привода обычно используются винтовые механизмы (см. Рис. 22), или пневмо – гидроцилиндры (см. Рис. 23). Кроме того необходимо отметить, что если винтовые механизмы зажима достаточно часто, например работая в составе тисков (см. Рис. 14 – 18) напрямую осуществляют зажим, то клиновые механизмы чаще используются совместно с передаточными механизмами, например рычажного или плунжерного типа (см. Рис. 24), а также совместно с зубчато – реечными передачами (см. Рис. 32).

Рис 22 Конструкция клинового зажима для крепления штампа к ползуну пресса.

         На Рис 22 показана конструкция клинового зажима для крепления штампа к ползуну пресса. Он содержит клиновую вставку 3 расположенную в пазах хвостовика 1 ползуна пресса и хвостовика 2 штампа, а также винт 4, установленный с возможностью вращения в отверстие клиновой вставки 3 и зафиксированный в ней от осевого перемещения двумя штифтами 5, при этом резьбовой конец винта 4 вкручен в резьбовое отверстие хвостовика 1 ползуна. Паз в хвостовике 1 ползуна пресса выполнен с верхней наклонной поверхностью, а паз в хвостовике штампа 2 имеет плоские боковые поверхности, контактирующие с клиновой вставкой 3. Для крепления хвостовика штампа 2 в ползуне пресса 1 клиновая вставка 3 вместе с винтом 4, предварительно вставленным в нее и зафиксированным штифтами 5, вводится в пазы соединяемых деталей, после чего вращением винта 4 выбирается зазор между клиновой вставкой 3 и верхней наклонной поверхностью паза в хвостовике 1 ползуна пресса, что обеспечивает беззазорное соединения ползуна пресса со штампом.

Рис 23 Примеры конструктивного исполнения клино – рычажных механизмов зажима

          На Рис. 23а показана конструкция вертикального клино – рычажного зажимного механизма. Он содержит закрепленный на корпусе 1 гидроцилиндр 2, шток 3 которого соединен с клином 4, расположенном во втулке 5, которая запрессована в горизонтальном отверстии корпуса 1, а наклонная поверхности клина 4 взаимодействует с роликом 6 штанги 7, которая будучи расположена во втулке 8, запрессованной в вертикальном отверстии корпуса 1, поджата пружиной 9, таким образом, что ролик 6 находится в постоянном контакте с рабочей поверхностью клина 4, при этом, штанга 7 взаимодействует с прихватом 10 рычажного типа, шарнирно установленным, посредствам коромысла 11 в вилке12. Зажим детали осуществляется при подаче масла в поршневую полость гидроцилиндра 2, при этом его шток 3 выдвигается и перемещает клин 4 влево, что приводит к подъему штанги 7 и повороту прихвата 10 против часовой стрелке. Возврат прихвата 10 в исходное положение осуществляется при подаче масла в штоковую полость гидроцилиндра 2, при этом его шток втягивается, а пружина 9 перемещает штангу 7 вниз, прижимая его ролик 6 к наклонной поверхности клина 4
На Рис 23б показана конструкция горизонтального клино – рычажного зажимного механизма. Он содержит закрепленный на корпусе 1 гидроцилиндр 2, шток 3 которого соединен с клином 4, расположенном во втулке 5, которая запрессована в горизонтальном отверстии корпуса 1, при этом наклонная поверхности клина 4 взаимодействует с роликом 6 прихвата 7 рычажного типа, который посредствами оси 8 шарнирно установлен на кронштейне 9 закрепленном на корпусе 1. При зажиме ведомое плечо прихвата 7 прижимает заготовку 12 к опорным пластинам 10 и 11. Зажим заготовки осуществляется при подаче масла в поршневую полость гидроцилиндра 2, при этом его шток 3 выдвигается и перемещает влево клин 4, что приводит к повороту прихвата 7 по часовой стрелке. Для возврата прихвата 7 в исходное положение масло подается в штоковую полость гидроцилиндра 2, при этом его шток 3 втягивается, а прихват 7 под собственным весом поворачивается против часовой стрелки.

Рис 24 Конструкция клино – плунжерного механизма зажима с прихватом рычажного типа

          На Рис 24 показана конструкция клино – плунжерного механизма зажима с прихватом рычажного типа. Он содержит пневмоцилиндр 2 встроенный в корпус 1, шток которого 3 выполнен за одно с клином и контактирует с роликом 4, шарнирно установленным на опоре 5 и роликом 6 шарнирно установленным на плунжере 7, расположенным в горизонтальном отверстии корпуса 1, при этом плунжер 7 посредствам винта 13 находится в контакте с прихватом 8 рычажного типа, который шарнирно установлен на корпусе 1 с помощью оси 9. Угловое положение опоры 5 зафиксировано штифтом 11, а плунжера 7 винтом 12, это обеспечивает полный контакт плоскостей клина 3 с роликами 4 и 6. Прихват 8 пружиной 14 постоянно поджат к винту 13 плунжера 7. Для зажима заготовки 10 сжатый воздух подается в поршневую полость пневмоцилиндра 2, что приводит к выдвижению его штока 3, и перемещению вправо плунжера 4, который в свою очередь поворачивает прихват 8 против часовой стрелки. Для освобождения заготовки 10 сжатый воздух подается в штоковую полость пневмоцилиндра 2, в результате этого его шток 3 втягивается, а пружина 14 возвращает в исходное положение прихват 8 и плунжер 7

Рис 25 Схема для расчета усилия, развиваемого клиновым механизмом

В полной версии книги приведены формулы для расчета усилия развиваемого клиновыми механизмами зажима и
примеры их конструктивного исполнения (см. табл.)

4. Эксцентриковые механизмы зажима

         Эксцентриковый механизм зажима является разновидностью плоского клинового механизма зажима и отличается от него тем, что прямолинейная клиновая поверхность последнего располагается на криволинейной поверхности (дуге окружности, спирали архимеда, эвольвенте), и поэтому эксцентрик в отличие от плоского клина, перемещающегося при зажиме поступательно, совершает для этого поворот на некоторый угол (обычно 90 – 120 град). Такая траектория движения эксцентрика накладывает на механизм зажима определенные ограничения, связанные, прежде всего, с необходимостью выделениия определенного пространства для его расположения, а также в выборе типа привода, при создании механизированного устройства. Поэтому эксцентриковые механизмы зажима чаще всего оснащаются ручным приводом, позволяя при этом создавать простые и надежные устройства (см. Рис. 39а, б, в)

Рис 39 Примеры конструктивного исполнения эксцентриковых механизмов зажима с ручным приводом

         На Рис 39 показаны примеры конструктивного исполнения эксцентриковых меха-низмов зажима с ручным приводом. На Рис 39а показана конструкция эксцентрикового механизма зажима включающего закрепленные на плите 1 опорный штырь 2, на который устанавливается зажимаемая заготовка 3, шпильку 4, на которой посредствам пружины 10, комплекта сферических шайб 11 и гаек 12 установлен прихват 5 на оси 6, ведущего плеча которого шарнирно установлен эксцентрик 7 с рукояткой 8, который при вращении взаимодействует с опорной планкой 9.
На Рис 39б показана конструкция рычажно – эксцентрикового механизма с ручным приводом, для одновременного зажима двух цилиндрических заготовок. Он содержит шарнирно установленные на корпусе 1 посредствам осей 4 зажимные рычаги 3, поджатые подпружиненными плунжерами 10, при этом на ведущем плече правого рычага 3 посредствам оси 5 шарнирно установлен эксцентрик 6 с рукояткой 7, контактирующий с плунжером 8, а последний в свою очередь взаимодействует с винтом 9 установленным в резьбовом отверстии рычага 4 и зафиксированным контргайкой. В верхней части корпуса 1 выполнены два горизонтальных призматических паза для установки зажимаемых загото-вок 2.
На Рис 39в показана конструкция эксцентрикового механизма для двухстороннего зажима заготовки с ручным приводом. Он содержит эксцентрик 3 с рукояткой 10 установленный на валу 2, который расположен в горизонтальной расточке корпуса 1, взаимодействующую с эксцентриком 3 траверсу 4, контактирующую посредствам двух гаек 6 со штангами 5, установленными в вертикальны расточках корпуса 1, которые имеют возможностью вертикального перемещения, а также, закрепленные на верхних концах штанг 5, Г – образные прихваты 8, взаимодействующие с зажимаемой заготовкой 9, которые подпружинены пружинами 7.

Рис 40 Конструкция основных типов эксцентриковых кулачков и и опоры под эксцентрик

            Эксцентриковые кулачки применяемых в станочных приспособления стандартизированы, в том числе: круглые кулачки ГОСТ 9061 – 68 (Рис 40а), ГОСТ 12189 – 66 (Рис. 40б), кулачки эксцентриковые сдвоенные ГОСТ 12190 – 66 (см. Рис. 40в), кулачки эксцентриковые вильчатые ГОСТ 12191 – 66 (см. Рис. 40г), кулачки эксцентриковые двухопорные ГОСТ 12468 – 67 (см. Рис. 40д). На Рис 40е показана конструкция опоры под эксцентрик размеры, материал и термообработка которой определены ГОСТ 9053 – 68, а способ применения опоры приведен на Рис 39а.

Рис 41 Схема для расчета усилия
развиваемого эксцентриковым
механизмом зажима

В полной версии книги приведены формулы для расчета усилия развиваемого эксцентриковыми механизмами зажима, а также
примеры их конструктивного исполнения (см. табл.)

5 Цанговые механизмы зажима

          Основным элементом цангового механизма зажима является цанга, которая представляет собою втулку с переменным сечением стенки (см. Рис 49).Она состоит из опорной части 1 и лепестков 2, которые образованы продольными пазами, выполненными в теле цанги, при этом ее опорная часть 1 имеет наружную центрирующую поверхность 3, а лепестки выполнены с внутренней цилиндрической поверхностью 4, которая контактирует с зажимаемой заготовкой и наружной конической поверхностью 5, воздействие на которую приводит к изгибу лепестков 2 и смещению в радиальном направлении их поверхностей 4, осуществляющих при этом зажим заготовки.

Рис 49 Конструкция зажимной цанги по ГОСТ 2876 – 80

        ГОСТ 2876 – 80 определяет основные конструктивные размеры, материал и термическую обработку зажимных цанг, применяемых в механизмах зажима токарных автоматов. В данном стандарте также приведены формулы для расчета размеров лепестков цанги.
По типу зажима заготовки цанги можно разделить на три группы:
–  цанги I типа имеют конус, вершина которого обращена в сторону от шпинделя, поэтому для зажима заготовки к цанге необходимо приложить толкающее усилие, перемещающее ее в направлении упорной поверхности (см. Рис. 50а),
–  цанги II типа имеют обратный конус, вершина которого обращена к шпинделю, поэтому для зажима заготовки к цанге необходимо приложить тянущее усилие, перемещающее ее в коническое отверстие шпинделя (см. Рис. 50б),
–   цанги III типа имеют обратный конус, но осуществляют зажим заготовки за счет осевого перемещения зажимной трубы с коническим отверстием на торце обращенном к цанге, при этом, сама цанга при зажиме остается неподвижной (см. Рис. 50в)

Рис 50 Основные типы зажимных цанг

         Наибольшее распространение получили цанги II типа, поскольку обеспечивают хорошее центрирование зажимаемой заготовки, так как конус под цангу расположен непосредственно в шпинделе, а во время подачи заготовки (прутка) до упора не может возникнуть заклинивание, кроме того осевые силы действующие при обработке заготовки не раскрывают цангу а запирают ее, увеличивая силы заклинивания.

Рис 51 Схемы для расчета усилия необходимого для зажима цангой заготовки для различных типов цанг

В этом разделе полной версии книги приведены формулы
для расчетов цанговых механизмов зажима

       Цанговые механизмы чаще всего применяются для зажима прутковых заготовок в токарных автоматах, а также для зажима инструмента (фрез, сверл) в шпинделе станка, реже они применяются для зажима штучных заготовок в составе станочных приспособлений. Рассмотрим примеры использования цанговых механизмов зажима.

Рис 52 Конструкция шпинделя токарного автомата с механизма подачи и зажима прутка.

       На Рис 52 показана конструкция шпинделя токарного автомата с цанговым механизма подачи и зажима прутка. Он содержит установленные в отверстии шпинделя 1 цангу 2 для зажима заготовки 3, взаимодействующую с ней трубу зажима 4 и расположенную в отверстии последней трубу подачи 5, контактирующую посредствам подшипника 7 с ползуном подачи 8, на котором закреплена штанга 9, проходящая в отверстии ползуна зажима 10, при этом на штанге 9 установлена подпружиненная пружиной 12 паразитная шестерня 11, которая находится в постоянном зацеплении с зубчатым колесом 13. Ползун зажима 10 посредствам поводка 25 связан с подвижной муфтой 18, которая своей конической поверхностью взаимодействует с рычагами 26, установленными в подвижной втулке 15 и передающими поступательное движение через обойму16 и пакет тарельчатых пружин 17 установленному на резьбовом конце трубы зажима 4 зубчатому колесу 14, которое имеет возможность зацепляться с паразитной шестерней 11. Муфта 18 посредствам шпоночного соединения связана, с поджатым комплектом тарельчатых пружин 19, конусным диском 20 фрикционного тормоза, который взаимодействует с конусным отверстием 27, выполненным в шпиндельном барабане 28. Во время обработки заготовки 3 вращение шпинделю 1 сообщается через зубчатое колесо 23 при включенной фрикционной дисковой муфте 21, которая после разжима цанги 2 удерживается комплектом тарельчатых пружин 22, постоянно стремящихся развести ее диски.

Работает механизм подачи и зажима прутка следующим образом. Ползун зажима10 перемещается вправо и производит разжим прутка 3, а пружина 22, отталкивая втулку 15, отключает дисковую муфту 21. В это время конусный диск 20, находящийся на муфте 18 входит в контакт с конусной поверхностью 27 шпиндельного барабана 28 и останавливает шпиндель 1 с усилием комплекта тарельчатых пружин 19. После этого вправо перемешается ползун подачи 8 и производит подачу прутка на требуемую величину, а также посредствам пружины 12 перемещает вправо паразитную шестерню 11 и полностью вводит ее в зацепление с зубчатыми колесами 14 и 13. Затем контрольное устройство производит замер фактической величины диаметра прутка 3 и через систему электроавтоматики станка от отдельного привода через зубчатые колеса 13 и 11 приводит во вращение зубчатое колесо 14, которое за счет контакта по резьбовой поверхности с трубой зажима 4 перемещает ее в вправо или в лево в зависимости от фактической величины прутка, а затем, поворачиваясь на фиксированы угол производит зажим прутка 3 в цанге 2. Далее производится перемещение влево ползуна зажима 10, в результате чего паразитная шестерня 11 выводится из зацепления с зубчатым колесом 14 , а поводок 25 перемещает подвижную муфту влево, выводя конусный диск 20 из конического отверстия 27, растормаживая, таким образом, барабана шпинделя 28, и сжимая при этом диски муфты 12,что позволяет сообщить шпинделю 1 вращение через зубчатое колесо 23.

В полной версии книги приведено большое количество
примеров конструктивного исполнения цанговых механизмов
зажима различного назначения (см. табл.)

6 Рычажные механизмы зажима

          В ранее рассмотренных примерах механизмов зажима рычаги в основном использовались как передаточные звенья, позволяющие изменить направление зажима, или выне-сти приводной (винтовой или клиновой) механизм в удобное место (см. Рис.19, 28, 29) . Однако достаточно часто рычажные механизмы используются для зажима без клиновых и винтовых механизмов, при этом обычно они приводятся пневмо – гидроцилиндрами (см. Рис. 61, 62).

Рис 61 Конструкция рычажного механизма зажима фрезерно – центровального станка

        На Рис 61 показана конструкция рычажного механизма зажима фрезерно – центровального станка, содержащего два шарнирных четырехзвеника, ведущим звеном которых является трехплечий рычаг, при этом, ведущее плечо последнего связано со штоком приводного пневмоцилиндра, а ведомые коромысла четырехзвенников соединены с поступательно перемещающимися зажимными призмами. Он содержит корпус 4, закрепленный на станине 1 станка, в котором шарнирно установлен посредствам оси 2 и кронштейна 3 приводной пневмоцилиндр 5 со штоком 6, при этом последний с помощью тяги 19 и трехплечего рычага 7, промежуточных тяг 8 и 10 и двуплечих рычагов 9, 11 и тяг 14, 15, шарнирно соединен с ползунами 12 и 13, которые установлены в направляющих 16 и 17 корпуса 4. На ползунах 12 и 13 закреплены призмы 18 и 19, между которыми установлен базовый ложемент 23.
Работает механизм зажима следующим образом. Для зажима заготовки 20 (вала подлежащего торцеванию и центрованию), предварительно установленной на базовый ложемент 23, сжатый воздух подается в штоковую полость пневмоцилиндра 5, при этом его шток 6 втягивается и поворачивает по часовой стрелке трехплечий рычаг 7, который через промежуточные тяги 8 и 10 и двуплечие рычаги 9 и 11 и тяги 14, 15 сводит ползуны 12 и 13 вместе с закрепленными на них призмами 18 и 19, которые осуществляют зажим заготовки. Для освобождения обработанной заготовки 20, сжатый воздух подается в поршневую полость пневмоцилиндра 5, при этом его шток 6 выдвигается и посредствам тяги 19 и рычажного механизма возвращает ползуны 12 и 13 с призмами 18 и 19 в исходное положение, освобождая при этом обработанную заготовку.

          Рассмотренные рычажные механизмы зажима, решая достаточно сложные задачи на проектирование, не увеличивают усилие зажима, но при этом обеспечивают зажимной призме, или прихвату достаточно большое перемещение необходимое для установки и снятия зажимаемой заготовки. Однако в ряде случаев нет необходимости в большом перемещении зажимного рычага или прихвата, а необходимо увеличить усилие зажима, развиваемое приводным цилиндром. Для этого можно использовать рычажный механизм, в котором ведущие тяги, шарнирно соединенные со штоком цилиндра таким образом, что их продольные оси расположены по отношению друг к другу в момент зажима под углом близким к 180 град (обычно этот угол выбирается в пределах 150 – 160 град).

Рис 63 Конструкция плунжерно – рычажного механизма увеличивающего усилие зажима заготовки

       На Рис 63 показана конструкция плунжерно – рычажного механизма зажима, увеличивающего усилие зажима заготовки за счет шарнирного соединения штока приводного цилиндра с ведущими тягами, продольные оси которых расположены в момент зажима по отношению друг к другу под углом близким к 180 град. Он содержит корпус 2 установленный на основании 1 приспособления, на котором закреплен гидроцилиндр 3, а его шток 4 шарнирно соединен с тягами 5, продольные оси которых расположены друг к другу в момент зажима заготовки 11 под углом 150 – 160 град, при этом последние также шарнирно соединены с плунжерами 6, имеющими возможность горизонтального перемещения во втулках запрессованных в корпус 2, которые посредствам регулировочных винтов 7 взаимодействуют с зажимными рычагами 8, шарнирно установленными на корпусе 2 с помощью осей 9. Зажимаемая деталь 11 при этом перед зажимом устанавливается на базовую оправку 12, а зажимные рычаги посредствам пружин 10 постоянно прижаты к торцевой поверхности плунжеров 6. На основании кинематической схемы рычажно – плунжерного механизма зажима, показанной на Рис 64а, определим развиваемое им усилие зажима заготовки.

Рис 64 Схема для расчета усилия, развиваемого плунжерно – рычажным механизмом зажима

В этом разделе полной версии книги приведены формулы для
расчета рычажных механизмов зажима, а также примеры
их конструктивного исполнения (см. табл.)

7. Специальные механизмы зажима

К специальным относятся такие механизмы зажима, которые позволяют:
− выполнять помимо зажима дополнительные функции,
− использовать помимо винтовых, клиновых, эксцентриковых и рычажных         меха-низмов дополнительные конструктивные элементы,
− осуществлять зажим нежестких деталей и заготовок,
− встраиваться в механизмы технологического оборудования в виде оригинальных конструкций,
− встраиваться в схваты автоматических манипуляторов
Создание таких механизмов зажима, как правило, вызывает у разработчика определенные сложности, поскольку отсутствие аналогов требует индивидуального подхода при определении их конструктивной схемы, который проводится в процессе поиска технического решения задачи на проектирование. Рассмотрим некоторые примеры специальных механизмов зажима.

Рис 71 Конструкция механизма для ориентации и зажима детали прямоугольной формы

       На Рис 71 показана конструкция механизма для ориентации и зажима детали, имеющей форму прямоугольного параллелепипеда. Он содержит корпус с верхней базовой плоскостью 1, ведущий вал 2 приводимый в движение электроприводом станка, на конце которого установлена гайка 3, шарнирно соединенная с коромыслом 4, концы которого размещены в опорах 5 и 6 с возможностью вертикального перемещения относительно них. К опорам 5 и 6 шарнирно прикреплены рейки 7 и 8, на которых в горизонтальной и вертикальной плоскостях нарезаны зубья. С рейками 7 и 8 находятся в зацеплении шестерни 9 –12, взаимодействующие с рейками 13 – 16. Рейки 13 и 15, расположенные вертикально, выполнены за одно целое с зажимными прихватами 17 и 18. Рейки 14 и 16, расположенные горизонтально, находятся в постоянном контакте посредствам пружин 21 и 22 с ориентирующими прижимами 19 и 20. Напротив ориентирующих прижимов 19 и 20 установлены неподвижные упоры 23 и 24
Работает механизм следующим образом. Исходное положение реек 14 и 16    относительно шестерен 10 и 12 регулируется таким образом, чтобы рабочий ход ориентирующих прижимов 19 и 20 был короче, чем рабочий ход зажимных прихватов 17 и 18. Зажимаемая деталь устанавливается на базовую плоскость 1 корпуса механизма зажима. После этого включается электропривод станка, приводящий во вращение ведущий вал 2 механизма, который получив вращение, при помощи гайки 3, перемещает коромысло 4, которое с помощью опор 5 и 6 сообщает поступательное перемещение рейкам 7 и 8, а последние при этом начинают вращать шестерни 9 – 12, передающие движение рейкам 13 – 16. При этом, ориентирующие прижимы 19 и 20, перемещая закрепляемую деталь по базовой плоскости 1, доводят ее до контакта с неподвижными упорами 23 и 24, после чего пружины 21 и 22 начинают сжиматься, прижимая деталь к упорам, до тех пор, пока зажимные прихваты 17 и 18 не зафиксируют ее. Для разжима детали после окончания ее обработки электропривод станка вращает ведущий вал 2 в противоположную сторону, что приводит к возврату зажимных прихватов 17 и 18, а также ориентирующих прижимов 21 и 22 в исходное положение. После чего деталь снимается со станка, а на ее место устанавливается новая деталь подлежащая обработке.

В этом разделе полной версии книги приведено большое количество
примеров конструктивного исполнения специальных
механизмов зажима (см. табл.)

8. 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

В данном разделе полной версии книги рассмотрено влияние на конструкцию механизма зажима всех вышеперечисленных факторов

Для приобретения полной версии книги сбросьте ее в корзину

Стоимость полной версии книги 500 руб