Глава 27. Классификация приспособлений

Приспособление — это техническое устройство, присоединяемое к машине (оборудованию) или используемое самостоятельно для установки, базирования, закрепления предметов производства или инструмента при выполнении технологических (в том числе конт­рольных, регулировочных, испытательных, транспортных и др.) операций.

Все многообразие конструкций приспособлений классифици­руют на группы и подгруппы.

Классификация приспособлений

По целевому назначению:

для установки (закрепления) изделий на оборудовании — токарном, фрезерном, сверлильном, шлифовальном и др.; для установки обрабатывающих инструментов — патро­ны, зажимы, оправки и др.; сборочные приспособления; контрольные приспособления; транспортно-кантовательные.

По степени специализации: универсальные; специализированные; специальные.

По источнику энергии привода: пневматические; пневмогидравлические; гидравлические; электромеханические; магнитные; вакуумные; центробежно-инерционные.

По степени использования энергии неживой природы: ручные;

механизированные; полуавтоматические; автоматические.

В зависимости от конкретных организационно-технических условий (системы технологической оснастки):

универсально-наладочная;

универсально-сборная;

универсально-безналадочная;

сборно-разборная;

специализированная-наладочная;

неразборная специальная.

Средства механизации зажима станочных приспособлений. При­менение приспособлений снижает трудоемкость и себестоимость обработки деталей. Эффективность от их применения получается:

за счет увеличения производительности в результате повыше­ния уровня механизации (автоматизации) и сокращения основного технологического и вспомогательного времени при выполне­нии основного перехода и исключения разметки и выверки заго­товок при установке на станках;

повышения точности обработки (сборки, контроля) и устране­ния погрешностей;

расширения технологических возможностей универсального оборудования;

облегчения условий труда;

сокращения численности рабочих и снижения их квалификации;

повышения безопасности работы и снижения аварийности и т.д.

Все многообразие приспособлений обычно включают в себя следующие основные группы элементов:

установочные — для детали; установочные и направляющие — для инструмента;

зажимные, вспомогательные и корпуса.

Установочные элементы (опоры). Выбор характеристик опор (типа, размеров, точности исполнения и пространственного расположе­ния установочных элементов) производят в результате анализа характеристик технологических баз (формы, размеров, точности и расположения). Базирование изделия может происходить:

по плоскостям — применяют точечные неподвижные опоры. При установке деталей на необработанные базовые поверхности исполь­зуют постоянные опоры с рифленой (рис. 27.1, а) и сферической головками (рис. 27.1, в), а также регулируемые опоры (рис. 27.1, г). Установку деталей обработанными базами осуществляют на опоры с плоской головкой (рис. 27Л, б) и опорные пластины (рис. 27.1, д);

по внешним цилиндрическим поверхностям — обрабатываемые детали устанавливают в широкие или узкие призмы, втулки и по­лувтулки, цанги, кулачки самоцентрирующих патронов и подоб­ные установочные и установочно-зажимные элементы (рис. 27.2);

по внутренним базам — на цилиндрические и срезанные паль­цы, сухари, различные оправки [жесткие (см. рис. 27.2) и разжим­ные (рис. 27.3)], кулачки разжимных устройств и другие элементы;

Рис. 27.1. Опоры для установки на плоские поверхности: а — с рифленой головкой; б — с плоской головкой; в — со сферической голов­кой; г — регулируемые опоры; д — опорные пластины

Рис. 27.2. Жесткие оправки, на которые детали насаживаются:

а — с цилиндрическими отверстиями; б — с натягом; в — с зазором

Рис. 27.3. Разжимные оправки:

а — консольная, с прорезями на рабочей шейке, служит для закрепления детали затяжкой внутреннего конуса; б — консольная, с тремя сухарями, разжимным внутренним конусом, используется для закрепления толстостенных деталей с обработанными или необработанными отверстиями; в — с упругой гильзой, раз­жимаемой изнутри гидропластмассой; г — с гофрированными втулками, обеспе­чивающая точность центрования

Рис. 27.4. Центр:

а — жесткий; б — срезанный; в — специальный, с тремя узкими ленточками на кромке отверстия детали; г — поводковый, передающий крутящий момент от вдавливания рифленой поверхности при приложении к центру осевой линии; д — поводковый, передающий момент через рифления, вдавливаемые в торце­вую плоскость детали; е — плавающий передний

 

по центровым отверстиям — на центровые гнезда и конические фаски (рис. 27.4);

по профильным поверхностям (зубья шестерен, шлицы и пр.) — производят с помощью роликов, шариков и др.

К установочным элементам предъявляют следующие требования:

число и расположение установочных элементов должно обеспе­чить необходимую ориентацию заготовки согласно принятой в тех­нологическом процессе схеме базирования и достаточную ее ус­тойчивость в приспособлении;

для уменьшения влияния шероховатости и неровностей черно­вых баз установочные элементы целесообразно выполнять с огра­ничительной опорной поверхностью;

при установке заготовок на точные и чистые базовые поверхно­сти установочные элементы должны быть жесткими, износостой­кими и длительное время сохранять заданную точность установки.

Для упрощения ремонта установочные элементы целесообраз­но выполнять легкосъемными. Условия эксплуатации установоч­ных элементов в приспособлениях имеют свои особенности:

цикличность нагрузки на опоры, зависящей от колебания мас­сы устанавливаемой заготовки, сил закрепления и сил резания;

попадание на контактирующую поверхность стружки, абразив­ной пыли и т.п.;

различие обрабатываемых заготовок по видам материалов и | шероховатости поверхности;

квалификация и индивидуальности рабочего, эксплуатирующего приспособление, от которого зависит характер установки загото­вок в приспособление (плавно или с ударами).

Эти особенности необходимо учитывать при выборе соответ­ствующих габаритов опор и их материалов.

Элементы для установки и ориентирования инструмента. Если детали обрабатываются на фрезерных станках, то их настройка на необходимый размер производится с помощью различных установов (высотных и угловых) с использованием различных щупов (плоских и цилиндрических), которые размещают между режущим лезвием и установом.

Повысить жесткость режущего инструмента и точность обра­ботки при выполнении отверстий на сверлильных и расточных стан­ках можно за счет применения кондукторных и направляющих вту­лок. Применение кондукторных втулок устраняет разметку, умень­шает увод оси и разбивку обрабатываемых отверстий. Точность диаметра отверстий повышается в среднем на 50% по сравнению в обработкой без применения кондукторных втулок. Во избежание заедания сверла во втулке необходимо предупреждать его чрезмер­ное нагревание при работе. Для уменьшения износа кондукторной втулки между ее нижнем торцом и поверхностью заготовки остав­ляют зазор. В этом случае стружка не проходит через втулку, а вы­родит через зазор. Срок службы втулок небольшой, что объясняется низкой их износостойкостью и условиями эксплуатации. Усло­вия эксплуатации направляющих втулок кондукторов имеют сле­дующие особенности:

цикличность нагрузки на направляющей поверхности кон­дукторной втулки в радиальном направлении, вызванная ради­альными биениями инструментальной наладки, и в осевом на­правлении вследствие несовпадения осей инструментальной на­ладки и втулки, а также наличия радиальной составляющей осевой силы из-за неравной длины режущих кромок инструмен­та, перпендикулярности оси инструмента обрабатываемой по­верхности и т.д.;

высокое давление на направляющей поверхности втулки из-за малой ширины направляющих ленточек режущего инструмента;

попадание в зону контакта втулка—инструмент стружки и пы­левидных частиц обрабатываемого материала.

Износ кондукторных втулок приводит к резкому снижению точности обработки отверстий и для поддержания точностного состояния кондукторных плит в необходимых пределах требует час­той смены изношенных втулок.

Зажимные элементы и механизмы приспособлений. Зажимные ме­ханизмы предназначены для надежного и стабильного закрепле­ния, предупреждающего вибрацию и смещение заготовки относи­тельно опор приспособления при обработке, а также для обеспече­ния требуемой точности. Они бывают двух типов конструкции: элементарные устройства — кулачковые, винтовые, клиновые, экс­центриковые, рычажные и другие, и многозвенные (сложные), ко­торые состоят из комбинации элементарных, соединенных в опре­деленном порядке.

Зажимные механизмы должны отвечать следующим требованиям:

силы закрепления в общем случае должны соответствовать си­лам резания, тяжести и инерции (при ручном приводе сила за­крепления рукой — не более 145... 195 Н);

при обработке точных и нежестких деталей должны учитывать возможность деформации и повреждения поверхностей обрабаты­ваемых деталей;

должны иметь защиту от загрязнений и стружки, удобны в ра­боте, обслуживании и ремонте;

должны состоять из числа стандартных, унифицированных и нормализованных деталей и сборочных единиц.

Зажимные механизмы в соответствии с их упругими характери­стиками могут иметь прямую (винтовые, клиновые, эксцентрико­вые и т.п.) или сложную (пневматические, пневмогидравлические прямого действия) зависимость между приложенной силой и упругим перемещением.

Эффективность закрепления зависит от силы закрепления, на­правления и места ее приложения. При выборе направления при­ложения силы закрепления руководствуются следующими соображениями: сила закрепления должна быть перпендикулярна к плос­костям установочных элементов; должна совпадать с силой тяжес­ти изделия; желательно, чтобы она совпадала с силой резания; действие силы закрепления и реакций опор не должно приводить к опрокидывающим и изгибающим моментам; точка приложения силы закрепления должна быть по возможности ближе к месту обработки и пр. В ручных зажимных механизмах сила на рукоятке не должна превышать 150Н.

Винтовые зажимные механизмы находят широкое применение в приспособлениях вследствие простоты и компактности конструкции. В них широко используются стандартизованные детали и они могут создавать значительные зажимные усилия при сравнительно не­большом моменте на приводе. Недостатки винтовых зажимных ме­ханизмов — это сравнительно большое время срабатывания (с ру­кояткой, маховичком или звездочкой — 1,5...4,2с, с применением гаечного ключа — 3... 12 с) и нестабильность сил закрепления.

Эксцентриковые зажимные устройства обладают простотой и компактностью конструкции, использованием стандартизованных деталей, возможностью получения сравнительно больших сил за­крепления при небольшой силе на приводе, быстродействием (вре­мя срабатывания 0,6...2 с). Кроме перечисленных преимуществ они имеют и ряд недостатков — не рекомендуются для закрепления нежестких изделий, сила закрепления нестабильна, пониженная надежность из-за интенсивного изнашивания эксцентриковых кулачков. Основные элементы этих механизмов — эксцентриковые кулачки (круглые, одиночные и сдвоенные, вильчатые, двухопорные), опоры под них, цапфы, рукоятки и другие элементы.

Рычажные и рычажно-шарнирные зажимные механизмы позво­ляют при относительной простоте получить значительный выиг­рыш в силе (или в перемещениях), обеспечить постоянство силы закрепления вне зависимости от размеров закрепляемой поверх­ности, осуществить закрепление в труднодоступном месте. Их не рекомендуют для непосредственного закрепления нежестких заготовок, и они не обладают свойством самоторможения. Поэтому их стараются использовать с другими рычажными механизмами (кли­новыми, клиноплунжерными, эксцентриковыми и механизиро­ванными приводами).

Вспомогательные элементы и корпуса. К вспомогательным уст­ройствам и элементам относятся поворотные и делительные уст­ройства с дисками и фиксаторами (для деления окружности на заданное число частей), выталкивающие устройства, подъемные механизмы, быстродействующие защелки, тормозные устройства, шпильки, сухари, рукоятки, ручки, пресс-масленки, маховички, крепежные и другие детали.

Для придания обрабатываемой детали различных положений от­носительно инструмента применяют в приспособлениях поворот­ные и делительные устройства. Делительное устройство состоит из диска, закрепляемого на поворотной части приспособления, и фик­сатора. Фиксатор может быть:

шариковым, который конструктивно прост, но не обеспечива­ет точное деление и не воспринимает момент сил обработки. Его поворотная часть на следующее деление переводится вручную до характерного щелчка при западании шарика в новое углубление; с вытяжным цилиндрическим пальцем — может воспринимать момент от сил обработки, но не обеспечивает высокую точность деления из-за наличия зазоров в подвижных соединениях;

с конической частью вытяжного пальца — обеспечивает боль­шую точность.

Управление фиксатором в простейших приспособлениях осу­ществляется вытяжной кнопкой, рукояткой или посредством пе­дали. Общая компоновка поворотного и делительного механизма для кондуктора с горизонтальной осью показана на рис. 27.5.

В автоматических приспособлениях вращение и фиксация их поворотной части происходят без участия рабочего. Устройства поворота выполняют механическими, пневматическими, гидравли­ческими, пневмогидравлическими способами.

Корпусы приспособлений предназначены для монтажа всего комплекта его элементов и установки его на оборудование и дол­жны обладать необходимой прочностью, жесткостью, износостой­костью и виброустойчивостью, надежностью, долговечностью и технологичностью в изготовлении. Корпусы изготавливают цель­ными (литыми из чугуна и сплавов цветных металлов) и сборны­ми путем сварки или сборки из элементов. Сборные корпусы обла­дают по сравнению с цельными преимуществами — они техноло­гичнее и дешевле, но обладают пониженной жесткостью, для повышения которой применяют ребра жесткости и др.

Для установки корпусов приспособлений на станках у их основания предус­мотрены пазы или ушки с па­зами для крепежных болтов с квадратными или прямо­угольными головками, вво­димыми в Т-образные пазы стола станка.

На многих АРП разраба­тывают специальные приспо­собления, предназначенные для выполнения одной деталеоперации. Продолжитель­ность проектирования и из­готовления таких приспособ­лений составляет 60...80% всего цикла технологической подготовки.

Рис. 27.5. Поворотно-делительный сверлильный кондуктор

При единичном проектировании и изготовлении специальных приспособлений в ремонтном производстве экономически неце­лесообразны высокопроизводительные механизированные приспо­собления из-за их высокой стоимости. Специальные приспособле­ния, предназначенные для установки определенной детали при выполнении конкретной операции механической обработки, при смене объекта ремонта в основном не могут быть многократно использованы. Это приводит к значительным производственным затратам, повышает себестоимость ремонта и значительно увели­чивает сроки подготовки производства.

Основные факторы, обеспечивающие возможность сокращения сроков и стоимости ремонта, — это гибкость и мобильность станоч­ных приспособлений, характеризующие их обратимость, т. е. воз­можность многократного применения при смене объектов ремон­та (использование переналаживаемых приспособлений до физи­ческого износа), что обеспечивается их переналадкой.

Переналаживаемые групповые приспособления — прогрессивная оснастка многократного применения, обеспечивающая путем ре­гулирования подвижных элементов или замены сменных устано­вочных наладок установку и закрепление группы заготовок широ­кой номенклатуры.

В отличие от классификации, применяемой при типизации тех­нологических процессов, которые характеризуются общностью пос­ледовательности и содержания операций технологического процес­са при обработке типовой детали (однородной группы деталей), при групповом методе в основу положен принцип классификации дета­лей по видам обработки, т. е. создаются классы деталей, обрабатывае­мых на токарных, револьверных, фрезерных, сверлильных и других типах станков. В пределах каждого класса детали разбиваются на груп­пы, являющиеся основной технологической единицей. Такая раз­бивка производится с учетом общности элементов, составляющих конфигурацию детали, общности поверхностей, подлежащих обра­ботке, использования одного типа оборудования, одних и тех же режущих инструментов, одного и того же приспособления и общей последовательности технологических переходов. В группу могут входить детали разной конфигурации, размеров и степени сложности.

В условиях ремонтного производства, когда детали обрабатыва­ются партиями по 5... 10 штук, в одну группу можно объединить большое количество различных по конфигурации деталей. Важный фактор увеличения числа деталей в группе, т. е. увеличения «серийности» в условиях мелкосерийного производства — это отработка деталей на технологичность, обеспечивающая возможность общности базирования и закрепления заготовок для использования групповых приспособлений. При групповом методе обработки деталей выбор средств технологического оснащения (оборудования, оснастки, средств механизации и автоматизации) определяется общностью производимого вида обработки по группам операций; составом операций, их суммарной трудоемкостью и повторяемостью; конструктивными и технологическими признаками обрабатываемых изделий или их элементов (размеры, марки материалов, формы, элементы бази­рования и пр.).

При применении группового приспособления установка груп­пы деталей, имеющих различные размеры и разную конфигура­цию, осуществляется за счет переналадки приспособлений с регу­лируемыми или сменными установочно-зажимными элементами, обеспечивающими установку любой детали данной группы. Таким образом, одно групповое приспособление заменяет множество специальных приспособлений.

К групповым приспособлениям предъявляют следующие основ­ные требования:

возможность установки в одном приспособлении максималь­ного количества деталей одной группы, что обеспечивает замену множества специальных приспособлений одним, существенно сни­жая затраты, отнесенные к одной конкретной детали;

высокая точность установки каждой конкретной заготовки, что обеспечивается, помимо точности и жесткости приспособлений, точностью установки сменных наладок;

быстрая переналадка приспособлений, что обеспечивает повы­шение производительности обработки за счет сокращения подго­товительно-заключительного времени;

применение быстродействующих механизированных или авто­матизированных зажимных устройств, обеспечивающих повыше­ние производительности обработки за счет сокращения вспомога­тельного времени, а также облегчение труда станочника;

максимальное использование стандартных конструкций, узлов и деталей приспособлений, обеспечивающее сокращение сроков и стоимости проектирования и изготовления приспособлений;

возможность многократного использования базисной конструк­ции приспособления для установки деталей различных групп (т.е. с различными базовыми поверхностями), а также на станках раз­личных типов, что сокращает номенклатуру приспособлений, уве­личивает их серийность, и, следовательно, снижает сроки и сто­имость их изготовления, и является предпосылкой для стандарти­зации конструкций и централизованного их изготовления;

возможность многократного применения базисной конструкции при многономенклатурном производстве, что обеспечивает исполь­зование базисной конструкции до полного физического износа и значительно увеличивает срок их службы, сокращает сроки и сто­имость подготовки производства.

При групповой обработке применяют групповые приспособле­ния со сменными наладками, закрепленными за определенными деталями, и с постоянными установочными базами, обеспечива­ющими закрепление нескольких деталей в одном комплексном

приспособлении и предназначенными для одновременной обра­ботки группы деталей без переналадки.

Применение групповых приспособлений будет целесообразно лишь в том случае, если в основу технологической подготовки производства положен метод групповой обработки деталей, по­скольку групповые приспособления создаются не на отдельные детали, а на группы, позволяющие применять одинаковые спосо­бы их базирования и закрепления.

Так как классификация приспособлений, приведенная в табл. 27.1, не предусматривает отдельной системы приспособлений, предназ­наченных для групповой обработки (групповых приспособлений), ниже рассмотрено, какие из них могут быть использованы при груп­повой обработке в качестве групповых приспособлений.

Универсально-безналадочные приспособления — это приспособле­ния общего назначения, обеспечивающие установку обрабатывае­мых деталей широкой номенклатуры и представляющие собой за­конченный механизм долговременного действия, предназначен­ный для многократного использования без доработки. Эффективно применение этих приспособлений в единичном, а также специа­лизированном мелкосерийном производстве. Система характери­зуется применением универсальных регулируемых приспособлений, не требующих изготовления специальных деталей. К универсаль­но-безналадочным приспособлениям относятся токарные патро­ны, машинные тиски, поворотные столы и т. п.

Универсально-наладочные приспособления — это приспособления, обеспечивающие установку и фиксацию деталей при помощи спе­циальных наладок. Они состоят из базисного агрегата, универсаль­ного по схемам базирования и конструктивным формам обраба­тываемых заготовок, и наладки (или соответствующих регулируе­мых элементов). Базисный агрегат — неизменяемая постоянная часть приспособления, предназначенная для установки и фиксации на­ладок в процессе компонования конструкций станочных приспо­соблений. Таким образом, универсально-наладочные приспособ­ления заменяют большое количество специальных приспособле­ний, предназначенных не только для обработки деталей одной группы, но и различных групп.

Специализированные наладочные приспособления — это приспо­собления, обеспечивающие базирование и фиксацию (закрепле­ние) родственных по конфигурации заготовок различных габари­тов (т. е. определенной группы деталей). Они состоят из специали­зированного по схеме базирования и виду обработки типовых групп изготовляемых деталей базисного агрегата и сменной наладки (или соответствующих регулируемых элементов).

Внедрение методов групповой обработки и применение для этого высокопроизводительных, агрегатированных станков и приспособ­лений обеспечивает максимальное использование одного и того же оборудования и приспособлений.

Под агрегатированием станочных приспособлений понимается метод проектирования, сборки и эксплуатации, основанный на рациональном членении приспособлений на агрегаты, каждый из которых представляет собой законченное изделие и выполняет определенную функцию и может многократно использоваться при создании различных модификаций. Создание этих приспособлений основано на применении стандартных и унифицированных узлов. Агрегатирование станочных приспособлений обеспечивает сокра­щение сроков проектирования и изготовления в 4... 10 раз, умень­шение расходов на изготовление и возможность быстрой перена­ладки. Принцип агрегатирования заключается в использовании нормализованных элементов: оснований, стоек, рам, плит и т.д., на которых устанавливаются и закрепляются сменные наладки с базирующими элементами и зажимными устройствами.

 

ГЛАВА 28. ПРИВОДЫ

 

Основные требования производительного выполнения работ — это сокращение времени зажима за счет снижения вспомогатель­ного времени, создание более стабильных сил зажима за счет за­мены ручных зажимных приводов на механизированные и автомати­зированные и облегчение труда рабочих. Чтобы величина зажима­ющего усилия не зависела от рабочего, используют пневматические, гидравлические, пневмогидравлические и другие приводы.

Пневматические приводы. В пневматических приводах источни­ком энергии служит сжатый воздух. Свойства, выгодно отличаю­щие сжатый воздух от других источников энергии, следующее: безопасность в работе и удобство для подвода коммуникаций к месту потребления; способность в силу упругости моментально передавать малейшие колебания в давлении; сжатый воздух при низких температурах окружающей среды не замерзает в трубопро­водах; отработавший воздух не нуждается в утилизации или в спе­циальном отводе, а в случае необходимости может быть использо­ван для другой полезной работы. Основные особенности пневма­тического привода:

быстрота зажима. Время для зажима и открепления детали в приспособлении постоянно (составляет примерно 0,022 мин) и не зависит от количества прижимов и массы детали;

постоянство силы зажима. В приспособлениях с ручными зажи­мами усилие в каждом отдельном случае находится в прямой зави­симости от усилия, которое прикладывает рабочий для закрепле­ния детали и которое невозможно контролировать. Оно колеблется в значительных пределах. Кроме того, в приспособлениях с ручны­ми зажимами усилие зажима, как правило, должно быть заведомо большим, чем это требуется для удержания детали в процессе об­работки из-за наличия вибрации, в силу чего неровности на поверхности прихвата сглаживаются, ослабляя силу зажима. В пневма­тических приспособлениях усилие зажима находится вне зависи­мости от усилия, прикладываемого рабочим, и оно всегда постоян­но, т.е. усилие, которое было приложено в начале работы, остает­ся неизменным в течение всего периода обработки. Эта особенность дает возможность уменьшить силу зажима, гарантирует безопас­ность работы, повышает качество обработки и позволяет увели­чить скорость резания, что положительным образом сказывается на производительности труда;

простота управления. При работе с ручными зажимными меха­низмами обязательным условием для рабочего является приложе­ние физической силы, величина которой зависит от конструкции механизма и от того, какую силу необходимо получить при зажи­ме. В пневматических приспособлениях, чтобы осуществить закреп­ление обрабатываемой детали, необходимо повернуть рукоятку рас­пределительного крана, для чего нужно приложить небольшое уси­лие, которое в течение смены не утомляет рабочего и ведет к повышению производительности труда.

Пневматические приводы состоят из пневмодвигателя, пнев­матической аппаратуры и воздухопроводов и подразделяются по виду пневмодвигателя — на поршневые (пневмоцилиндры) и диафрагменные (пневмокамеры); по схеме действия — на одно- и двусторонние; по методу компоновки с приспособлением — на встроенные и агрегатированные; по виду установки — на стацио­нарные и вращающиеся; по количеству приводов — на одинарные и сдвоенные. У цилиндров одностороннего действия обратный ход поршня осуществляется пружиной, а у цилиндров двустороннего действия — сжатым воздухом.

Оптимальная рабочая скорость исполнительного механизма при применении пневмопривода составляет 0,1... 2,0 м/с. При меньших скоростях возникают вибрации и неравномерность хода. Экономи­чески целесообразно применение пневмопривода в механизмах с усилием до 30кН и пневмоцилиндров с максимальным диамет­ром 250 мм.

Недостатки пневмопривода — это довольно низкий коэффици­ент полезного действия; большие габариты по сравнению с гидро­приводом (из-за применения низкого давления воздуха); неравно­мерность перемещения рабочих органов, особенно при перемен­ных усилиях; невозможность остановки в середине хода.

Поршневой привод. Они бывают неподвижного, качающегося и вращающегося типов, одностороннего и двустороннего действия. Особенности поршневого привода: величина хода поршня может быть любой в зависимости от длины цилиндра; на протяжении всей длины хода поршня зажимное усилие остается неизменным; небольшая часть давления сжатого воздуха расходуется на преодо­ление силы трения; конструкция основного рабочего органа (пор­шня) сложнее диафрагмы из-за необходимости герметичности в подвижном соединении; габаритные размеры привода развиты в осевом направлении; высокие требования к чистоте обработки деталей привода (поршня и цилиндра); в эксплуатации наблюда­ются случаи прилипания уплотнения к цилиндру при длительных остановках в работе, особенно при малых диаметрах поршня, что иногда создает трудности при пуске; стойкость на износ уплотне­ний поршня ниже работоспособности диафрагмы; наблюдаются утечки сжатого воздуха, которые возрастают к концу срока служ­бы уплотнений; стоимость изготовления поршневого привода выше диафрагменного.

На рис. 28.1, а представлена конструкция неподвижного ци­линдра, а на рис. 28.1, б и в даны примеры использования качаю­щихся цилиндров. Основным рабочим органом, преобразующим энергию сжатого воздуха в зажимное усилие в поршневом приво­де, является поршень 5 со штоком 3, который помещен в цилин­дре 4, герметически закрытом крышками 1. Герметическое разде­ление рабочих полостей А и В осуществляется с помощью специ­альных уплотнений 6, которые закреплены на поршне 7. Герметичность в полости В, в месте выхода штока, достигается также с помощью специальных уплотнений 2.

К пневматическим цилиндрам предъявляются следующие техни­ческие требования: герметичность при давлении сжатого воздуха — 0,6 МПа; утечки сжатого воздуха через тела крышек, по резьбам и стыкам, а также через уплотнения поршня и штока не допускаются; проверку на прочность проводят при давлении 0,9 МПа, при этом наружные утечки не допускаются; испытание на работоспособность проводят путем перемещения штока из одного крайнего положения в другое в диапазоне рабочих давлений 0,2...0,6 МПа, причем пере­мещения должны быть плавными, без рывков и заеданий; давление строгания с места без нагрузки — не выше 0,03 МПа; проводят очи­стку всех воздушных каналов перед сборкой и проверку на проходи­мость; прилагают усилие, развиваемое поршнем цилиндра во время его перемещения при давлении 0,6 МПа, — не менее 85 % от макси­мального расчетного; проводят смазку трущихся поверхностей; ра­бота пневмопривода должна быть без потери герметичности; долго­вечность для цилиндров с уплотнением поршня манжетами — не менее 400 тыс. двойных ходов при длине хода, равной двум диаметрам цилиндра, а для цилиндров с уплотнением поршня кольцами круглого сечения — не менее 150 тыс. двойных ходов.

Рис. 28.1. Пневматический цилиндр для стационарных приспособлений:

а — неподвижный цилиндр; б, в — качающийся цилиндр; 1 — крышки; 2,6 — уплотнения; 3 — шток; 4 — цилиндр; 5 —поршень

 

Вращающиеся пневмоцилиндры используются преимущественно для привода токарных приспособлений и бывают одно- и двустороннего действия со сплошным или полым штоком, цилиндры двустороннего действия — одинарными или сдвоенными. Они обес­печивают повышенную тяговую силу на штоке.

При расчете пневмоцилиндра должны быть заданы значения требуемого усилия Q или диаметра цилиндра Dи длина хода порш­ня L, которые определяют основные конструктивные параметры пневмопривода. Для обеспечения безударной и плавной работы пневмоцилиндра назначают рабочую скорость перемещения порш­ня υ = 0,2... 1,0 м/с. В необходимых случаях устанавливается время рабочего или холостого хода поршня. В конце хода поршня необхо­димо предусматривать торможение для снижения скорости до 0,05...0,1 м/с, что обеспечивает безударную работу пневмопривода. В табл. 28.1 приведены основные расчетные параметры пневмоцилиндров, которые могут быть определены по приближенным расчетным формулам и в которых не учитываются потери давле­ния и объемов в трубопроводах. При расчетах пневмопривода при­нимать расчетное давление сжатого воздуха р = 0,5 МПа.

Диафрагменный привод. Особенности диафрагменного привода: величина хода штока ограничена возможной деформацией диаф­рагмы и зависит от диаметра, толщины и материала, из которого изготовлена диафрагма (если применяют специальные диафрагмы, ход штока равен 1/3 диаметра диафрагмы); зажимное усилие Переменно по всей длине хода штока, так как затраты давления сжатого воздуха на деформацию диафрагмы все время возрастают по мере увеличения деформации диафрагмы (в крайней точке хода штока зажимное усилие равно нулю, поэтому используют обычно не более 3/4 полного возможного хода и допускают изменение зажимного усилия не более 15...20%); конструкция основного ра­бочего органа — диафрагмы проще поршня и не требует механи­ческой обработки (герметичность осуществляется неподвижным закреплением диафрагмы на штоке и в корпусе привода); привод компактен в осевом направлении и несколько развит в радиаль­ном; требования к чистоте и точности обработки деталей привода (кроме штока) невысокие; явления прилипания отсутствуют; диафрагменный привод очень чувствительный; правильно выполнен­ная и эксплуатируемая диафрагма выдерживает не менее 500 тыс. циклов работы (для специальных диафрагм); утечки сжатого воз­духа совершенно отсутствуют на протяжении всего периода эксплуатации, вплоть до полно­го износа (разрыва) диаф­рагмы; стоимость изготов­ления ниже поршневого.

 

Таблица 28.1

Расчет параметров пневмоцилиндра (гидроцилиндра).

Исходные данные: Q или D, t или υ, L, р

Параметры	Расчетная формула	Условные обозначения
Площадь (F), см^2: поршня штоковой по­лости	F1 = 0,01х0,785D^2 F2 = 0,01х0,785(D^2-d2)	D — диаметр цилиндра, мм; d — диаметр штока, мм
Усилие (Q), Н: толкающее тянущее	Q1=100F1pη Q2=100F2pη	р — расчетное давление: для воздуха — 0,5 МПа, для жидкости — 10 МПа; η — механический КПД: для воздуха — 0,85...0,95, для жидкости — 0,90...0,96
Диаметр цилиндра (D), мм		-
Скорость движения (υ) поршня (рабо­чий или холостой ход), м/с	υ = L/1000t	L — ход поршня, мм; t— время движения поршня, с
Время движения (t) поршня (рабо­чий или холостой ход), с	t= 1/(1000υ )	-
Расход воздуха (жидкости) за ход рабочий или хо­лостой (V), л/мин	V=6F υ	-
Внутренний диа­метр трубопровода (dT), мм		ω— скорость движения воздуха (жидкости) в трубопроводе, м/с: для воздуха — 17 м/с, для жидкости — 5...6 м/с

 

На рис. 28.2 приведена конструкция пневмокамеры, которая представляет собой силовой узел одно­стороннего действия и ко­торый состоит из двух штампованных чашек 2 и 6, между которыми зажата ре­зинотканевая диафрагма 4. При впуске сжатого возду­ха в полость 5 диафрагма оказывает давление на шай­бу 3 штока 1 и перемещает