Центрирующие механизмы с мембранами

 

Мембраны представляют собой гибкие металлические тонкие пластины или кольца с радиальными прорезями (тарельчатые пружины), силы упру­гости которых (при соответствующем направлении деформации) исполь­зуются для надежного закрепления обрабатываемой детали. Использова­ние их в зажимных устройствах обеспечивает центрирование высокой точ­ности (0,003...0,005 мм). Различают рожковые и кольцевые мембраны. Рожковые мембранные патроны предназначены для центрирования и зажима цилиндрических деталей типа колец. В зависимости от режима работы привода — тянущего или толкающего — различают разжимные и зажимные патроны. Как те, так и другие могут быть ручными и механизированными, с постоянными или сменными опорами. Число рожков мембраны выбирается в пределах 6...12 шт., в зависимости от диаметра закрепляемой детали.

При толкаю­щем режиме привода рожки мембраны расходятся (0,25...0,8 мм), осво­бождая заготовку, а центрирование и зажим происходит по наружной цилиндрической поверхности детали при снятии внешней силы привода (за счет силы упругости мембраны). Если привод работает в тянущем ре­жиме (мембраны прогибаются выпуклостью к концу шпинделя), то рожки мембраны сходятся, освобождая заготовку, которая базировалась по вну­тренней цилиндрической поверхности. Диаметры патронов D = 130... 400 мм, а диаметры закрепляемых деталей d = 20...350 мм. Суммарное усилие рожков 0,95...7,6 КН, а усилие разжима мембраны 2,2...14 КН. Разжимной рожковый патрон со сменными опорами 3 (рис.3.21) связан с механизированным приводом, работающим в тянущем режиме. Под воздействием силы Р, развиваемой штоком 6, мембрана 1 прогибается выпуклостью влево. При этом восемь рожков мембраны 1, несущие зажимающие винты 2 с базовыми поверхностями Е, сжимаются и освобождают заготовку, которая базировалась по центральному отвер­стию. Это отверстие должно быть предварительно обработано по 6…7 квалитетам точности. Так как заготовка базируется и по торцу, предусмотрены сменные поворотные опоры 3 с канавками под винты 4. Поворот опор на своих осях позволяет расширить диапазон наружных диаметров заготовок (например, для патрона с размером D = 130 мм наружный диаметр заготовки d = 20 мм). При прекращении действия силы Р ранее деформированная мембрана распрямляется, ее рожки разжимаются, цен­трируют и зажимают заготовку (кольцо) силами упругости мембраны. Винты 5 служат для закрепления кожуха патрона. Поверхности Е и пло­скости Г шлифуются на месте, при наладке. Радиальное биение поверх­ности Е и торцовое биение плоскости Г не должно превышать 0,004... 0,005 мм. Зажимные рожковые мембранные патроны выполняются с механизиро­ванным или с ручным (ключевым) приводом.

Кольцевые мембраны (тарельчатые пружины) применяются в различ­ного рода приспособлениях и в первую очередь в оправках и патронах как элементы центрирования и зажима обрабатываемых деталей. В отли­чие от стандартных применяемые в приспособлениях мембраны изготов­ляются толщиной S = 0,5...1,25 мм и имеют два ряда (наружный и вну­тренний) прорезей, что повышает их эластичность и уменьшает требуемые осевые силы зажима.

На рис. 3.22 изображена консольная оправка с кольцевыми мембра­нами. Оправка состоит из корпуса 1,упорного кольца 3, пакета мембран 4, нажимной втулки 2 и винта 5 с внутренним шестигранным отверстием под ключ. Пакет мембран имеет отверстие и цилиндрическую установочную поверхность, обработанные шлифованием до шерохова­тости Ra1,6 – Ra0,8; сопряжение пакета с корпусом оправки осуществляется по посадке H7/g6 или H7/h6. При вращении винта мембраны деформируются, их наружный диаметр увеличивается, а внутренний уменьшается, за счет чего проис­ходит центрирование и зажим обрабатываемой детали.
Одновременно де­таль левым торцом плотно поджимается к упору 3.

По такому же принципу работают и патроны. Пакеты мембран по посадке H7/g6 или H7/h6 закладываются в отверстие корпуса патрона и при деформации центрируют и зажимают устанавливаемую в отверстие пакета заготовку.

Диаметры установочных поверхностей мембран при деформации могут изменяться (увеличиваться или уменьшаться) на 0,15...0,4 мм в зависи­мости от их размера. Это позволяет зажимать детали, имеющие базирую­щие поверхности, выполненные с точностью от 6 до 11-го квалитетов.

Предусмотрено 38 размеров мембран (таблице 3.25). Самая малая из них имеет наружный диаметр D = 18 мм, внутренний d = 4 мм и тол­щину S = 0,5 мм. Путем последующей обработки наружный диаметр мембраны может быть уменьшен до 14 мм, а внутренний — увеличен до 7 мм.

Самая большая мембрана имеет размеры D = 200 мм, с возможным уменьшением до 195 мм; d = 160 мм, с возможным увеличением до 165мм и S =1,25 мм. Промежуточных размеров мембраны (36 типоразмеров) вы­браны так, что каждая из них по наружному диаметру может быть умень­шена до соответствующего размера предыдущей меньшей, а по внутреннему — увеличена до размера последующей большей. Таким образом, набор позволяет получить любой наружный диаметр от 14 до 200 мм и лю­бой внутренний от 4 до 165 мм.

По ширине кольцевого пояска мембраны разделяются на узкие, ши­рокие и особо широкие.

На рис. 3.23...3.25 показаны типовые конструкции оправок и патро­нов для закрепления самых разнообразных деталей. С целью повышения точности центрирования при конструировании подобных приспособлений необходимо соблюдать следующие требования.

1. Для заготовок с короткими базовыми отверстиями применять один пакет мембран, расположенных так, чтобы при затяжке устанавливаемая заготовка своим торцом автоматически плотно поджималась к упору 1. Упорные штифты могут быть расположены как впереди пакета пружин (рис. 3.23, а), так и сзади него (рис. 3.23, б); базовое отверстие и торец заготовки должны предварительно обрабатываться за одну установку.

2. Для заготовок с длинными базовыми отверстиями применять два максимально удаленных друг от друга пакета мембран (рис. 3.24 а, б, в). Расположение мембран в левом пакете должно обеспечивать автоматиче­ский поджим заготовки к осевому упору. Кроме того, в левом пакете число мембран должно быть меньше, чем в правом; последнее необходимо на случай, если базовое отверстие будет иметь конусность. При таком ис­полнении вначале зажимает за­готовку и подтягивает ее к осе­вому упору левый пакет, а за­тем зажимает правый. Упорные кольца 1 и промежуточные на­жимные втулки 2 выполнены в соответствии с условиями за­крепления деталей.

На рис. 3.25 пакеты мемб­ран 2 под действием тяги 1 рас­ширяют тонкостенную часть оп­равки 3, на которой устанавливаются и зажимаются обрабатываемые детали.

Мембраны изготовляются из стали марки 60С2А. Применяется также пружинная сталь по ГОСТ 14959—79 из листового и полосового проката, которая по своим качествам не ниже стали марки 60С2А.

Приспособления с мембранами имеют следующие преимущества:

1) они позволяют зажимать детали с базовыми поверх­ностями от 6 до 11-го квалитетов точности и при хорошем изготовлении обеспе­чивают центрирование с точностью до 0,01...0,03 мм;

2) при массовом изготовлении стандартных мем­бран путем штамповки и вырубки в них прорезей себестоимость приспо­соблений получается значительно ниже себестоимости цанговых.

Окончательное шлифование установочной поверхности производится в собранных оправках (патронах).

Перед окончательным шлифованием пакетам пружин задается предва­рительный

Таблица 3.5 Размеры кольцевых мембран (в мм) и передаваемые ими крутящие моменты моменты

натяг и требуется, чтобы после шлифования наружный диа­метр пружин оказался выполненным под посадку H7/k6 или H7/js6. Эти посадки при зажиме обеспечивают надежное центри­рование обрабатываемых деталей, а дальнейшей затяжкой производится их окончательное закрепление.

Мембраны	d	D	d1	D1	a,°	А	B	Наибольший крутящий мо­мент, переда­ваемый мембра­ной, 105 Па	Потребное осевое уси­лие на мембрану для ее затяжки, 10 Н
Вид	№
узкие   узкие									1.3...3.9	13...22
								3,9...9,5	22...32
								8,0...18	32.. 47
								12...27	47...70
								27... 48	70... 100

 

Продолжение таблицы 3.5

Мембраны	d	D	d1	D1	a,°	А	B	Наибольший крутящий мо­мент, переда­ваемый мембра­ной, 105 Па	Потребное осевое уси­лие на мембрану для ее затяжки, 10 Н
Вид	№
узкие									75...108	120...140
								108...147	140... 170
								147...190	170...190
								190... 240	190...210
								240... 300	210... 240
								300... 360	240...260
широкие     Ши- рокие									314...390	258...315
								390... 470	315...345
								470... 560	345... 380
								560... 655	380...410
								655... 750	410...440
								750... 870	440...475
								870... 1000	475...505
								1000...1130	505... 535
				ПО				1130...1270	535...565
								1270...1410	565... 600
								1410...1570	600...630
								1570... 1730	630... 660
								1380—1520	600—625
								1520—1660	625—650

Окончание таблицы 3.5

Мембраны	d	D	d1	D1	a,°	А	B	Наибольший крутящий мо­мент, переда­ваемый мембра­ной, в 105 Па	Потребное осевое уси­лие на мембрану для ее затяжки в 10 Н
Вид	№
Особо широкие	27								1660... 1800	650... 675
								1800... 1960	675... 700
								1960...2110	700... 725
								21 10...2280	725... 750
					7,5			2280... 2450	750... 775
					7,5			2450... 2620	775... 800
					7,5			2620... 2800	800... 825
					7,5			2800... 2990	825... 850
					7,5			2990...3190	850... 875
					7,5			3190...3390	875... 900
					7,5			3390... 3600	900... 925
					7,5			3600... 3810	925... 950
					7,5			3600... 3810	925... 950
Примечание.	b,°	s,мм	a, мм	r, мм	Наибольший допуск на диаметр базовой поверхности детали в мм
Мембраны	β,°	S, мм	a, мм	r1,мм	Наибольший допуск на диаметр базовой поверхности детали
Узкие	9...10	0,5...0,75	1...2	0,2	0,12... 0,18
Широкие и особо широкие		1,0...1,25	2...4	0,25	0,25...0,30

 

 

Контрольные вопросы

1. Что означает термин «базирование».

2. Как обозначаются на схемах опорные точки?

3. Чем различаются установочная, направляющая и опорная базы?

4. Опишите способы базирования цилиндрическому отверстию.

5. Какой из способов базирования по цилиндрическому отверстию обеспечивает наивысшую точность базирования?

Рекомендуемая литература

1. Ансеров М. А. Приспособления для металлорежущих станков / М.А.Ансеров. – Л.: Машиностроение, 1975. – 656 с.

2. Анухин В.И. Допуски и посадки: учеб. пособие / В.И.Анухин. – СПб.: Питер, 2005. – 219 с.

3. Горошкин А. К. Приспособления для металлорежущих станков / А.К.Горошкин. – М., Машиностроение, 1979. – 303 с.