Лекция 8 привода зажимных устройств
Для закрепления заготовок в приспособлениях с зажимными устройствами первой и третьей групп используются пневматические, гидравлические, электромеханические, электромагнитные, магнитные, вакуумные, электростатические и пружинные приводы. Выбор привода станочного приспособления определяется конструкцией станка, размерами партии обрабатываемых деталей, их конструкцией и другими факторами. Применение пневматических и гидравлических приводов обеспечивает возможность повышения производительности обработки также за счет автоматизации подвода-отвода или поворота прихватов.
8.1. Пневматический привод
Пневматические приводы используют сжатый воздух от цеховых сетей давлением 0,4 − 0,5 МПа. Пневматический привод состоит из пневмодвигателя, воздухопроводов и пневматической аппаратуры различного назначения. Расчет на прочность элементов пневмопривода производят при давлении Р = 0,6 МПа, а величину развиваемого им усилия Ри при давлении Р = 0,4 МПа.
Атмосферный воздух содержит много влаги и механических примесей, от которых сжатый воздух должен быть очищен. С этой целью на компрессорной станции устанавливаются специальные сушители и фильтры, в которых воздух осушается и очищается.
Кроме того, устанавливаются специальные водоотделители и фильтры непосредственно у каждого приспособления, в которых осаждаются водяные капли, полученные от конденсации воздуха, и задерживаются механическая примесь и ржавчина. Чем суше и чище будет сжатый воздух, тем меньше будут засоряться и лучше будут работать распределительные золотники и пневматические цилиндры, тем надежнее будет работать все приспособление в целом.
Для безопасности работы пневматических приспособлений применяют реле давления, осуществляющее блокировку привода зажима заготовок с приводом станка. При падении давления в пневмосистеме приспособлений реле давления отключает электродвигатель станка.
Преимущества пневмопривода:
1) простота конструкции благодаря возможности использования централизованного источника сжатого воздуха;
2) большая скорость срабатывания по сравнению с гидроприводом;
3) отработавший воздух не нуждается в отводе через особые трубы;
4) предъявляются меньшие требования в отношении герметичности;
5) работа пневсистем в меньшей степени зависит от изменений температуры;
6) отсутствует опасность возникновения коротких замыканий, часто наблюдаемых при пользовании электроэнергией;
7) трубы воздухопроводов не замерзают.
Недостатки пневмопривода:
1) большие габариты;
2) шум при работе;
3) изменение силы зажима при колебаниях давления в сети;
4) опасность вырыва детали в случае внезапного падения давления в сети.
Главным недостатком пневматических приводов является низкое давление рабочей среды — воздуха, что ограничивает исходное усилие, передаваемое на силовой механизм.
Пневматические приводы целесообразно применять лишь при отсутствии пространственных ограничений, в случаях неснимаемости приспособлений со станка, т.е. в специальных приспособлениях для крупносерийного и массового производства или в универсально-наладочных приспособлениях для мелкосерийного производства.
Пневмодвигатели выполняют в виде поршневых цилиндров и диафрагменных пневмокамер (мембранных пневмоцилиндров).
Поршневые пневмоцилиндры подразделяют на стационарные (линейного действия) и вращающиеся. Поршневые пневмоцилиндры бывают одностороннего (рис. 8.1., а) и двухстороннего (рис. 8.1., б) действия.
Рис. 8.1. Пневмоцилиндры: а - одностороннего действия (1 - поршень; 2 - пружина; 3 - шток; 4 - золотник; 5 - кран; А - бесштоковая полость пневмоцилиндра); б - двустороннего действия (1 - поршень; 2 - шток; 3 - золотник; 4 - кран; А - бесштоковая полость; Б - штоковая полость); Условные обозначения: Q - усилие на штоке пневмоцилиндра; р - давление воздуха на входе; D - диаметр поршня; d - диаметр штока.
В цилиндрах одностороннего действия обратный ход поршня осуществляется с помощью возвратной пружины 2, а двухстороннего действия — сжатым воздухом. Преимущества цилиндров одностороннего действия — вдвое меньший расход воздуха, экономия в стоимости трубопроводов, недостаток - ограниченный ход поршня. Цилиндры двухстороннего действия — наиболее распространенный тип пневмоцилиндров, широко используемый для механизации и автоматизации приспособлений.
Для пневмоцилиндров одностороннего действия:
;
;
,
где к – характеристика пружины,
а – величина сжатия.
Для пневмоцилиндров двухстороннего действия:
Где η – КПД ≈ 0,85,
q – сопротивление возвратной пружины.
Вращающиеся пневмоцилиндры применяют в тех случаях, когда необходимо периодическое (в делительных устройствах) или непрерывное (в токарных и шлифовальных станках) вращение.
а) б)
Рис.8.2. Вращающиеся нормализованные пневмоцилиндры
а – одинарный; б – сдвоенный
Сдвоенный пневмоцилиндр имеет две камеры, расположенные в корпусах 2 и 5, и стандартную воздухопроводящую муфту 1, присоединенную к вращающемуся корпусу 2 (см. рис. 8.2, б). Для движения штока 6 влево сжатый воздух подают через штуцер 9, трубку 7 и ряд отверстий в полой части штока 6 (возле правых торцов поршней 3 и 4), создавая на штоке тянущую силу. Толкающую силу на штоке 6 создает один поршень 3 при его перемещении вправо, так как сжатый воздух поступает через штуцер 8 и пазы в стержне 7 только в левую полость цилиндра 2.
Мембранные пневмоцилиндры (пневмокамеры) (рис. 8.3.) могут быть одностороннего и двухстороннего действия, а в зависимости от числа рабочих полостей — одинарные, сдвоенные или встроенные. Конструкция таких цилиндров более простая, чем поршневых цилиндров. Качество сжатого воздуха не оказывает существенного влияния на их работоспособность.
Рис.8.3. Пневмокамера двустороннего действия
1 - крышка; 2 - диафрагма; 3 - стальной диск;4 - шток; 5 - шпилька;
а, б - отверстия. Условные обозначения: D - диаметр диафрагмы; d - диаметр опорного диска; d1 - диаметр штока.
Для пневмокамер одностороннего действия
.
Для пневмокамер двухстороннего действия
Достоинства пневмокамер:
1) рабочая камера не обрабатывается и гораздо дешевле пневмоцилиндров;
2) герметичны;
3) долговечны.
Недостатки:
1) малый ход поршня;
2) непостоянство силы зажима;
3) диаметральные размеры больше осевых.