Лекция 9

привода зажимных устройств (продолжение)

9.1. Электромеханические приводы

Электромеханические приводы состоят из электродвигателя, силового (передаточного) механизма и зажимных элементов. Обычно применяют асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором нормального исполнения с повышенным скольжением или повышенным пусковым моментом. Электродвигатель работает кратковременно только при зажиме или отжиме, поэтому в электромеханическом приводе всегда имеется самотормозящая передача для фиксирования состояния системы после зажима и отключения двигателя.

Рис. 9.1. Электромеханические приводы:
a - схема зажимного устройства с электромеханическим приводом для вращающегося приспособления (1 - мотор; 2 - редуктор; 3 - муфта; 4 - винт; 5 - гайка; 6 - шток; 7 - втулка; 8 - рычаг; 9 - кулачок; 10 - обрабатываемая деталь);
б - электромеханический привод для перемещения зажимных устройств в стационарном приспособлении (1 - электродвигатель; 2 - редуктор; 3 - зубчатое колесо; 4 - вал; 5 - гайка; 6 - шток; 7 - путевой выключатель; 8 - обрабатываемая деталь; 9 - прихват).

На рис. 9.1. изображены схемы электромеханических приводов а) – для токарного станка и б) – для стационарного приспособления.

Привод (см. рис. 9.1. а) состоит из электродвигателя 1 и редуктора 2, которые закреплены на заднем кон­це шпинделя станка. Выходной вал редуктора соединен муфтой 3 с винтом 5, при вращении которого гайка 6 перемещает тягу, передающую через рычаг 7 усилие кулачкам 8 патрона, зажимаю­щим заготовку 9. Сила зажима регулируется пружиной 4. По дос­тижении требуемой силы торцовые зубцы муфты отжимают пра­вую полумуфту, разъединяя винт 5 с валом редуктора. При этом наблюдается характерное пощелкивание зубцов муфты, что слу­жит акустическим сигналом для отключения электродвигателя. Правые и левые скосы зубьев муфты выполнены под различными углами, что обеспечивает наличие крутящего момента при раскреплении заготовки, большего, чем при зак­реплении. Это обусловливает высокую надежность работы, так как для вывинчивания винта 5 с самотормозящейся резьбой вслед­ствие заклинивания резьбы требуется больший крутящий момент, чем при завинчивании.

Отличительн6ой особенностью привода на рис. 9.1.б) является наличие путевого выключателя, в нужный момент размыкающего электрическую цепь для выключения электродвигателя.

Преимущества электромеханического привода:

1) потребляют энергию только во время зажима или разжима заготовки;

2) большая мощность при не­больших габаритах;

3) отсутствуют ис­точники давления рабочей среды (масла или воздуха);

4) легко автоматизируется;

5) высокая надежность;

6) невысокая стоимость.

Недостатки:

1) ограниченность применения в многоместных приспособлениях из-за наличия сложных передаточных механизмов;

2) опасность возникновения коротких замыканийэ

9.2. Электромагнитные и магнитные приводы

Эти приводы относятся к третьему типу зажимных устройств и не тре­буют наличия зажимных элементов, благодаря чему упрощается кон­струкция приспособления и сокращаются габаритные размеры. Закрепление осуществляется равномерным притяжением заготовки к установочной поверхности, что сводит к минимуму погрешность закрепления.

Рис. 9.2. Электромагнитный привод:

1 - обрабатываемая деталь; 2 - адаптерная плита; 3 - магнитопровод; 4 – прокладка; 5 - электромагнитные катушки; 6 - основание приспособления

9.2.1.Электромагнитные приспособления изготавливают в виде плит и патронов.

При прохождении через электромагнитные катушки постоянного тока напряжением 24, 48 или 110 В в сердечниках возбуждается магнитный поток, замыкающийся через магнитопровод 3, заготовку 1, основание 6. При этом заготовка притягивается к плите. Для раскрепления заготовки после ее обработки ток отключают и заготовку снимают с плиты. Для снятия остаточного магнетизма заготовку помещают на демагнетизатор.

Преимущества электромагнитных приспособлений:

1) простота и жесткость конструкции;

2) низкая стоимость;

3) возможность дистанционного управления;

4) легкость автоматизации;

5) практически неограниченные размеры;

6) возможность регулирования усилия притяжения.

Недостатки:

1) необходимость системы управления и токопровода;

2) нагрев за счет тепла, выделяемого катушками;

3) возможность возникновения опасности при аварийном отключении электроэнергии.

9.2.2. Приспособления с постоянными магнитами

Особенности конструкции и применения магнитных приспособлений зависят от типа используемых в них магнитов. По энергетическим характеристикам постоянные магниты, используемые в магнитной оснастке, могут быть разделены на три группы.

Первая: с энергией, приходящиеся на 1 м³ = 5 – 15 кДж (ферриты) Такие магниты из-за низких значений магнитной индукции не могут самостоятельно служить полюсами приспособлений и нуждаются в стальных концентраторах магнитной энергии, из-за чего используются в стальной арматуре.

Вторая: с энергией на 1 м³ = 20 – 40 кДж. (литые магниты)

Материалы литых магнитов − сплавы: алюминиево-никелекобальтожелезные ЮНДК15, ЮНДК18 и ЮНДК24 (типа ални или магнико), алюминиево-никележелезные ЮНД4, ЮНД12 и ЮНД8 (типа ални).

Третья: с энергией на 1м³ выше 40 кДж. (керамические магниты)

Керамические магни­ты изготовляют методом порошковой металлургии, т.е. спекани­ем под высоким давлением оксида железа и углекислого бария, поэтому они и получили название «керамические».

Преимущества магнитных приспособлений (сравнение с электромагнитными):

1) независимость (автономность) от внешнего источника энергии в процессе эксплуатации;

2) надежность работы в 3 — 4 раза выше;

3) жесткость плиты по­чти в 2 раза выше, чем у электромагнитных;

4) плита допускает большее число перешлифовок, чем у электромагнитных;

5) безопасность;

6) нет деформаций, обусловленных наличием внутренних источников теплоты, что повышает точность обработки;

7) постоянное повышение энергетических и эксплуатационных характеристик за счет использования новых магнитотвердых материалов.

8) сила притяжения плит одинаковых габаритов почти в 2 раза больше, чем электромагнитных.

Недостатки:

1) Наличие подвижных элементов

В приспособле­ниях с литыми магнитами (рис. 9.3, а) магниты 1, вставки 3 и 4, основание 8 и верхняя плита 2 образуют магнитопроводную си­стему. В положении «включено» магниты подвижного блока рас­положены под полюсниками верхней плиты и магнитный поток 7, выходящий из магнитов, обходя немагнитные прокладки 5, замы­кается через заготовку 6, притягивая ее к зеркалу верхней плиты.

В положении «выключено», когда подвижный магнитный блок сдвинут на половину шага между полюсами, магниты подвижно­го блока помещаются под верхней плитой так, что магнитный поток замыкается (шунтируется) верхней плитой и ее полюсни­ками, освобождая обработанную заготовку. Для размагничивания заготовки ее необходимо установить на демагнетизатор.

В приспособлениях с керамическими магнитами (рис. 9.3, б) магниты 10 и 11 подвижного 15 и неподвижного 14 блоков, встав­ки 9 подвижного и неподвижного блоков и верхняя плита 12 об­разуют магнитопроводную систему, расположенную на немагнит­ном основании 16.

В положении «включено» магниты подвижного блока находят­ся под магнитами неподвижного блока одинаковой полярности. При этом объединенный магнитный поток 13 из подвижного и неподвижного блоков через полюсники верхней плиты замыкает заготовку, притягивая ее к зеркалу плиты.

В положении «выключено» под магнитами неподвижного бло­ка располагаются магниты подвижного блока с противоположной полярностью. При этом магнитный поток магнитов подвижного блока нейтрализует магнитный поток магнитов неподвижного бло­ка. Поскольку высота магнитов нижнего блока больше, чем маг­нитов верхнего блока, то при выключении плиты не только ней­трализуется магнитное действие верхнего блока, но и создается небольшое поле с противоположным направлением магнитного потока, что обусловливает размагничивание заготовки и стружки.

Преимущества плит с керамическими магнитами (сравнение с литыми):

1) дешевле, так как в них не используются дорогостоящие материалы (никель и кобальт);

2) выше коэрцитивная сила, следовательно, они дольше сохраняют состояние намагниченности;

3) удельные силы притяжения выше;

4) отсутствует остаточный магне­тизм, так как при выключении магнитный поток полностью ком­пенсируется магнитным потоком блока внутри плиты;

5) отсутству­ет намагничивание заготовки, инструмента и станка

9.2.3. Приспособления с электроимпульсными магнитами

В электроимпульсных магнитных плитах сердечником катушек в отличие от электромагнит­ных плит являются постоянные литые магниты.

После установки заготовки на плиту в ка­тушку подают кратковременные (в течение 0,5 с) импульсы тока, в результате чего магнитная система, состоящая из постоянных магнитов, магнитопроводов и заготовки, намагничивается и за­готовка притягивается к зеркалу плиты. Для отключения плиты в катушку подают затухающие по амплитуде импульсы тока череду­ющейся полярности, в результате чего магнитная система размаг­ничивается.

Преимущества электроимпульсных магнитных плит:

1) отсутствие подвиж­ных элементов;

2) большая удельная сила притя­жжения;

3) простота управления и автоматизации, возможность дистанционного управления;

4) безопасность (при отключении энергии, детали удерживаются за счет энергии постоянных магнитов);

5) возможность регулирования усилия притяжения в широких пределах.

Недостатки:

1) неавтономность (наличие токопроводов);

2) наличие внутреннего источника теплоты (катушка) и дефицитных магнитотвердых материалов;

9.3. Вакуумные приводы

Так же относятся к третьему виду зажимных устройств и не требуют специальных зажимных элементов. Принцип действия основан на непосред­ственной передаче атмосферного давления на закрепляемую заго­товку. Между заготовкой и опорной поверхностью создается вакуум, и заготовка прижимается избыточным атмосферным давлением.

Конструкция приспособления изображена на рис. 8.4.

Рис. 9.4. Конструкция приспособления с вакуумным приводом

Корпус 1 приспособления устанавлива­ют и закрепляют на столе станка. С помощью штуцера 3 и специ­ального шланга камера приспособления соединяется с энергетической установкой, создающей вакуум. Штуцер крепится к корпусу по одному из двух вариантов (I или II). Вариант II — предпочтительней. Резиновая прокладка 2, размеща­емая в канавке корпуса, служит для уплотнения камеры приспо­собления и поддержания устойчивого разрежения в ней.

Сила зажима заготовки в вакуумном приспособлении находится по формуле:

где F — площадь, ограниченная внутренним контуром резиновой прокладки, см²;

р — избыточное (или рабочее) давление, Па; q — упругая сила сжатой прокладки, Н. Давление р определяется как разность между атмосферным р_а и остаточным р_о давлением в камере приспособления.

Вакуумную технологическую оснастку применяют для крепления следующих видов заготовок:

− корпусные детали с тонкими стенками, (закрепление в тисках приводит к короблению);

− заготовки, обрабатываемые по всему контуру;

− тонколистовые заготовки;

− мягкие или хрупкие материалы, легко разрушающиеся под нагрузкой (дерево, пластик, стекло и т.п.);

− крупногабаритные детали сложной формы, требующие длительного процесса закрепления при помощи наборов механических прижимов;

− заготовки, обработка которых целесообразна за один установ без переналадки;

− закрепление немагнитных материалов.

9.4. Электростатические приводы

В электростатических плитах заготовки притягиваются к зер­калу плиты под действием статических электрических зарядов противоположной полярности. Поверхность плиты имеет поляр­ность одного знака, а полярность заготовки — противоположного.

В основание стола встроен нагревательный элемент малой мощно­сти, поддерживающий температуру рабочей поверхности стола на несколько градусов выше, чем температура окружающей среды, что предотвращает конденсацию влаги из воздуха. Плита состоит из полупроводникового элемента 4, изолирован­ного от чугунного корпуса 1 и основания 10 диэлектрическими прокладками 2 и 9. Полупроводниковый элемент через токопроводящий слой 8 соединен с одним полюсом выпрямителя 7, а токопроводящая пластина 6 через корпус и основание — с про­тивоположным полюсом, к которому подводится переменный ток напряжением 110 В, преобразуемый в постоянный ток напряже­нием 3000 В. На зеркало полупроводникового элемента нанесен слой 3 эпоксидной смолы. Заготовку 5 устанавливают таким обра­зом, чтобы она контактировала с пластиной 6. При замыкании электрической цепи постоянный ток небольшой силы подводится к полупроводниковому элементу и заготовке, получающим заряды статического электричества проти­воположной полярности, вслед­ствие чего заготовка притягивает­ся к поверхности плиты.

Электростатические плиты ис­пользуются для закрепления заго­товок из алюминия, бронзы, меди, магния и других подобных материалов. На них также могут быть закреплены заготовки из ди­электрических материалов - стек­ла, керамики, пластмассы, рези­ны и т.д. Заготовки из таких мате­риалов предварительно покрыва­ют металлическим порошком или токопроводящим лаком

9.5. Системы закрепления холодом

Технология закрепления заготовок холодом - инновационный подход для решения сложных задач по фиксации заготовок без механического воздействия:

− хрупкие заготовки (керамика, пластик, стекло, полимерные материалы и т.п.);

− мелкие заготовки из любых материалов;

− ячеистые материалы из алюминия и стекловолокна, применяемые в авиастроении.

Закрепление производится на замораживающей плате, на рабочую поверхность которой предварительно распылен тонкий слой воды или нанесен специальный гель. Во время процесса закрепления происходит замораживание водного слоя и образуется тонкая ледяная пленка, которая прочно удерживает заготовку на рабочей поверхности платы. При этом заготовка не испытывает механических нагрузок и не деформируется. Для снятия заготовки достаточно перевести приспособление на режим нагрева рабочей поверхности.

Данная технология успешно используется при механической обработке на фрезерном, токарном и гравировальном оборудовании. Для всех устройств существует одно ограничение: при использование запрещена подача СОЖ в зону обработки.

Контрольные задания.

Задание 9.1.

Преимущества и недостатки электромеханического привода.

Задание 9.2.

Преимущества и недостатки электромагнитных приспособлений.

Задание 9.3.

Преимущества и недостатки магнитных приспособлений

Задание 9.4.

Конструкция и область применения вакуумного привода.

Задание 9.5.

Конструкция и применение электростатической плиты.

Дата добавления: 2014-01-15