Привода зажимных устройств

ЛЕКЦИЯ 8

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 Р_и 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.

8.2. Гидравлический привод

В станочных приспособлениях применяют объемные гидропри­воды, рабочей средой для которых является масло. Гидравличес­кий привод — это самостоятельная установка, состоящая из рабочего гидроцилиндра, насоса для подачи масла в ци­линдр, бака для масла, аппаратуры управления и регулирования и трубопроводов. В зависимости от назначения и мощности гидравлический привод может обслуживать одно приспособление, группу из трех—пяти приспособлений на нескольких станках или группу из 25...35 приспособлений, установленных на различных станках цеха. Источник энергии в гидроприводах станочных приспособлений может быть механическим, пневматическим или электрическим, соответственно различают механогидравлические, пневмогидравлические и электрогидравлические привода.

Достоинства гидроприводов:

1) диаметры рабочих гидроцилиндров значительно меньше, чем у пневмоцилиндров, развивающих такое же усилие;

2) высокое давление ра­бочей жидкости в цилиндрах (100 МПа и выше) позволяет передавать силу зажима непосредственно штоком цилиндров зажимным элементам, ис­ключая применение силовых механизмов;

3) в гидравлических приспособлениях путем применения индиви­дуальных цилиндров конструктивно проще осуществлять много­точечные зажимы;

4) рабочая среда (масло) обеспечивает смазку трущихся частей гидроцилиндра;

5) работает плавно, бесшумно;

6) обеспечивает заданную производительность и точность

Недостатки гидроприводов:

1) сложность гидроустановки и необходимость в дополнительной площади для ее размещения;

2) высокие требования к точности изготовления деталей гидропривода и поэтому более высокая стоимость по сравнению с пневмоприводом;

3) наличие утечек масла в сопряжениях;

4) необходимость постоянного подержания давления в сети из-за утечек и потому повышенный расход энергии;

5) опасность вырыва детали в случае внезапного падения давления в сети.

Механогидравлические приводы. Источником высокого давления масла в механогидравлических приводах являются ручные насосы. Ручные насосы бывают рычажные и винтовые. Высокое давление масла

Рис. 8.4. Механогидравлический привод с винтовым насосом

(1 - рукоятка; 2- винт; 3 - резервуар; 4 - цилиндр; 5 - шток; 6 - пружина; 7 - поршень; 8 - плунжер).

со­здается за счет небольшого усилия рабочего (100... 150 Н), при­кладываемого к рукоятке насоса. Компактные и недорогие механогидравлические приводы, не нуждающиеся во внешнем ис­точнике энергии (за исключением усилия рабочего), являются наиболее простым средством механизации зажимов станочных приспособлений

Механогидравлические приводы эффективны в мелкосерийном производстве, а также на станках, где подвод воздуха или масла представляет значитель­ные трудности.

Электрогидравлический привод. Электрогидравлические приводы, состоящие из электродвига­теля, насоса, редукционного клапана и регулятора давления, мо­гут быть использованы лишь при наличии в зажимных устрой­ствах самотормозящихся звеньев, обеспечивающих работу насоса только в периоды цикла зажим и разжим заготовки, так как при постоянной работе насоса происходит интенсивный нагрев мас­ла, а следовательно, увеличение его утечки и падение давления.

На рис. 8.5. показана схема электрогидравлического привода станочного приспособления. При перемещении рукоятки 5 в крайнее положение пере­ключается золотник 4 и включается электродвигатель лопастного насоса 2. Масло из бака 1 по трубопроводу через лопастной насос 2 и трубопровод 3 подается в золотник 4, откуда по трубопроводам 7 поступает в правую или левую полость лопастного цилиндра 8.

Рис. 8.5. Схема гидропривода

(1 - бак; 2 - насос; 3 - поршень; 4 - золотник; 5 - рукоятка;
6 - манометр; 7, 13, 14 - трубопроводы; 8 - лопастной насос; 9 - ротор; 10 - упор; 11 - маслопровод; 12 - клапан).

При подаче масла в правую полость цилиндра лопатки с рото­ром 9 поворачиваются до упора 10 и вытесняют масло из левой полости. Масло через левый трубопровод 7, золотник 4 по трубо­проводу 14 стекает в бак 1. При переключении рукоятки 5 золот­ника 4 в другую сторону масло поступает в левую полость цилинд­ра 8, а из его правой полости и золотника 4 по трубопроводу 14 сливается в бак 1.

Масло, которое просочилось из золотника 4, отводится по тру­бопроводу 13 в бак. Необходимое давление масла в гидросистеме регулируется клапаном 12 и измеряется манометром 6. Все под­шипники качения смазываются маслом, которое скапливается от утечки в прикрепленном к муфте кожухе, и по трубопроводу 11 отводится в бак 1.

При отсутствии самотормозящихся механизмов в зажимных ме­ханизмах приспособлений применяют гидроаккумуляторы (рис. 8.6), которые служат для накопления энергии рабочей среды, находя­щейся под давлением. Насос включается только в период зажима-разжима заготовки. В процессе обработки давление поддерживается аккумулятором. Гидроаккумуляторы также гасят толчки давлений, возникающие в гидроприводе.

Рис. 8.6. Гидроаккумуляторы:
а - грузовой; б - пружинный; в - с упругим корпусом; г - пневмогидроаккумулятор.

8.3. Пневмогидравлические приводы

Пневмогидравлические приводы сочетают в себе преимущества пневмо- и гидроприводов и поэтому являются наиболее эффективным и перспективным типом привода станочных приспособлений. Для поддержания в гидроцилиндрах высокого давления масла в них используется низкое давление сжатого воздуха цеховых сетей.

Источником давления масла в таких приводах являются пневмогидравлические преобразователи давления (пневмогидроусилители), которые устанавливаются на столах станков или около них и соединяются по­очередно с гидросистемой приспособлений.

На рис. 8.7. изображен одноступенчатый пневмогидроусилитель, в котором шток поршня пневмоцилиндра является одновременно плунжером гидроцилин­дра. Условие равновесия давления воздуха и масла в пневмогидравлическом преобразователе (без учета трения) можно выразить:

р_м - давление масла в гидроцилиндре,

р_в - давление воздуха в пневмоцилиндре,

D₁ – диаметр пневмоцилиндра

d – диаметр плунжера гидроцилиндра

Отношение

называется коэффициентом усиления.

В практике конструирования принимают i = 16...21.

Рис.8.7. Пневмогидроусилитель

(1 - гидравлический цилиндр; 2 - пневмоцилиндр; 3 - поршень; 4 - шток; 5 - поршень гидроцилиндра; 6 - шток гидроцилиндра; А - бесштоковая полость).

При больших объемах масла применяют двухступенчатые (компаундные) пневмогидравлические преобразователи давления (рис. 8.8.), состоящие из пневмогидропреобразователя 4 и пневмогидровытеснителя 3 — устройства, предназначенного для переда­чи давления между двумя рабочими средами (воздухом и маслом) без изменения давления.

Цикл работы двухступенчатых преобразователей следующий:

Быстрый подвод зажимных элементов к заготовке и предва­рительный ее зажим. При этом работает ступень /. Сжатый воздух подается в пневмогидровытеснитель, и масло из него поступает в гидроцилиндры. Давление масла при предвари­тельном зажиме равно давлению воздуха.

Окончательный зажим (ступень //). Сжатый воздух поступает под поршень преобразователя, окончательно зажимая заготовку. Давление масла увеличивается во столько раз, во сколько раз пло­щадь поршня преобразователя больше площади его штока.

Разжим (ступень ///). Сжатый воздух поступает в штоковую по­лость пневмоцилиндра преобразователя, в результате чего поршень перемещается вверх, а масло из гидроцилиндров под действием воз­вратных пружин поршня или сжатого воздуха на поршни сливается через гидроцилиндр преобразователя в пневмогидровытеснитель.

Рис. 8.8. Двухступенчатый (компаундный) гидропневмопреобразователь

Контрольные задания.

Задание 8.1.

Достоинства и недостатки пневмопривода.

Задание 8.2.

Достоинства и недостатки пневмокамер.

Задание 8.3.

Когда применяют вращающиеся пневмоцилиндры?

Задание 8.4.

Достоинства и недостатки гидропривода.

Задание 8.5.

Какие источники энергии существуют в гидроприводах?

Задание 8.6.

Назначение и конструкции гидроаккумуляторов.

Задание 8.2.

Конструкция и применение пневмогидропривода

Дата добавления: 2014-01-15