Технологический процесс изготовления корпуса приспособления для крепления оправок с хвостовиком HSK-63 (стр. 8 из 19)
8.3 Расчет зажимного механизма патрона
Приступая к расчету зажимного механизма необходимо определиться с его конструкцией. В самоцентрирующих механизмах установочные элементы (в данном случае кулачки) должны быть подвижными в направлении зажима и закон их относительного движения необходимо выдержать с высокой точностью. Поэтому на движение кулачков накладываются условия: разнонаправленность, одновременность и равная скорость движения. Данное условие можно выдержать, обеспечивая движение трех кулачков от одного источника движения (силового привода).
В кулачковых патронах наибольшее применение получили рычажные и клиновые зажимные механизмы, движение которым передается центральной втулкой связанной с силовым приводом.
Рычажный механизм представляет собой неравноплечий угловой рычаг, смонтированный в корпусе патрона на неподвижных осях и который своими сферическими концами входит с посадкой в пазы постоянного кулачка и центральной втулки.
Клиновой зажимной механизм по конструкции проще рычажного и формируется втулкой и постоянным кулачком. Для этого во втулке выполнены наклонные под углом α Т-образные пазы, в которые входят своими Т-образными выступами постоянные кулачки. При перемещении втулки от силового привода кулачок перемещается в радиальном направлении в направляющих корпуса патрона. К постоянным кулачкам жестко крепятся сменные кулачки.
При расчете зажимного механизма определяется усилие Q, создаваемое силовым приводом, которое зажимным механизмом увеличивается и передается постоянному кулачку:
где ic – передаточное отношение по силе зажимного механизма (выигрыш в силе).
Данное отношение для рычажного механизма равно:
iс.р.м. = А/Б,
где А и Б – плечи рычага.
Клиновой зажимной механизм рекомендуется применять в патронах, наружный диаметр которых менее 200мм, при больших диаметрах предпочтение отдается рычажному зажимному механизму.
На этапе расчета наружный диаметр патрона можно определить по формуле:
Дп @d2+2Hк,
где Нк – длина постоянного кулачка.
Дп @ 100+2*80 = 260 мм.
Принимаем рычажный зажимной механизм с ic = 2.
8.4 Расчет силового привода
Для создания исходного усилия Q используется силовой привод, устанавливаемый на задний конец шпинделя. В его конструкции можно выделить силовую часть, вращающуюся совместно со шпинделем и муфту для подвода рабочей среды. В качестве приводов наибольшее применение получили пневматический и гидравлический вращающиеся цилиндры.
В данной работе вначале следует попытаться применить пневматический привод, так как в любом производстве имеются трубопроводы для подачи сжатого воздуха. Диаметр поршня пневмоцилиндра определяется по формуле [7]:
где Р – избыточное давление воздуха, принимаемое в расчетах равным 0,4 МПа.
В конструкции станка 16К20Ф3 можно встроить силовой привод с диаметром поршня не более 120мм, Если при расчете по вше указанной формуле диаметр поршня получится более 120мм, то следует применять гидравлический привод, где за счет регулирования давления масла можно получить большие исходные усилия. При заданном усилии Q подбираем давление масла (Рг = 1,0; 2,5; 5,0; 7,5 МПа), чтобы диаметр поршня не превышал 120мм.
Ход поршня цилиндра рассчитывается по формуле:
SQ = SW / Iп,
где SW – свободный ход кулачков, который можно принять равным 5мм;
iп = 1/ic – передаточное отношение зажимного механизма по перемещению. Значение SQпринимать с запасом 10…15мм.
В данном расчете имеем:
– для пневмопривода 
– для гидропривода.Принимаем гидравлический привод с D = 100мм, а SQ= 20мм.
8.5 Расчет погрешности установки заготовки в приспособлении
Данный раздел выполняется после разработки конструкции патрона и простановки размеров. Погрешность установки определяется по формуле:
где εб – погрешность базирования, равная при данной схеме нулю, так как измерительная база используется в качестве технологической.
εз – погрешность закрепления – это смещение измерительной базы под действием сил зажима (в данном расчете можно принять εз @ 0).
εпр – погрешность элементов приспособления, зависящая от точности их изготовления.
Используя размерную схему патрона с рычажным зажимным механизмом, найдём:
где ωАΔ – колебания замыкающего размера АΔ.
Δ1 и Δ3 – погрешности, возникающие вследствие неточности изготовления размеров А1 и А3 (Δ1 = ТА1, Δ3 = ТА3);
Δ2, Δ4 и Δ6 – погрешности из-за колебания зазоров в сопряжениях (Δ2, Δ4 и Δ6 = Sнб- Sнм);
Δ5 – погрешность, появляющаяся из-за неточности изготовления плеч рычага, равная
Δ5 = AsinΔβ (Δβ задавать 30, 20, 10).
Погрешность установки не должна превышать величин:
для черновой обработки – εудоп = zminчист (zminчист – минимальный припуск на чистовую обработку); εудоп = 0,25 мм.
Δ1 =0,025 мм. Δ2 = (0,062 + 0,015) – (0,40 – 0) = 0,037 мм. Δ3 = 0,015 мм.
Δ4 = (21 + 21) – (0) = 0,042 мм. Δ5 = 80*sin0,167 = 0,233 мм. Δ6 = 0,042 мм.
εудоп = 0,25 мм < εу = 0,13 мм, следовательно патрон разработан верно и может использоваться на 05-й токарной (черновой) операции.
8.6 Описание работы кулачкового самоцентрирующего патрона
Патрон работает следующим образом: масло под действием давления создаваемого насосом подаётся через систему каналов в муфте в правую полость гидроцилиндра. При этом поршень вместе со штоком, в паз которого вставлены рычаги, которые в свою очередь соединены с постоянными кулачками, патрона движется влево, зажимая при этом с помощью сменных кулачков заготовку. Как только заготовка зажата, шпиндель станка получает вращение от двигателя посредствам зубчатых передач, представляющих часть кинематической схемы станка. Шпиндель соединен с гидроцилиндром силового привода, а так же с корпусом патрона, в который вставлены постоянные кулачки. Патрон вместе с закреплённой в нём заготовкой получает вращение. После окончания обработки, когда шпиндель отключают от цепи главного движения станка, гидрораспределитель переключает гидроканалы и напорная полость становится сливной, а сливная напорной. Жидкость из правой полости гидроцилиндра сбрасывается в бак, а в левую полость поступает под давлением, заготовка разжимается.
9 Научные исследования
Плазменное напыление
Плазменный распылитель был разработан в 1956 г. фирмами Gianini Corp. и UC на основе работ Смита (пат. 2157498, 1939 г.), предложившего устройство для нанесения покрытий, содержащее катод в форме стержня и анод в форме сопла.
Рис. 1.
Схема плазменного распылителя:
1 - катодный узел;
2 - анодный узел;
3 - катод;
4 - анод;
5 - анодное пятно.
Плазменный распылитель (рис. 1) состоит из катодного 1 и анодного 2 узлов. Между катодом 3 и анодом 4 возбуждается электрическая дуга 5. Дуга в сопле анода отжимается газовым потоком от стенок охлаждаемого сопла, что увеличивает плотность ее энергии и повышает температуру столба дуги (рис. 2).
Рис. 2.
Зависимость энтальпии газов от температуры
Рис. 3.
Плазменные распылители:
а - с самоустанавливающейся дугой;
б - с фиксированной дугой.
Плазмотроны постоянного тока бывают с самоустанавливающейся (рис. 3, а) и фиксированной длиной дуги, когда дуга удлиняется за счет последовательного переключения на аноды, разделенные между собой электрически нейтральными межэлектродными вставками (рис. 3, б).
При использовании аргона в качестве плазмообразующего газа на плазмотроне с самоустанавливающейся дугой падение напряжения составляет 30 В, а с фиксированной дугой - 100 В и более. На рис. 4 представлены схемы пруткового и проволочного плазменных распылителей. Радиальная подача материала (см. рис. 4, а) используется и для подачи порошковых материалов для нанесения покрытий.
Рис. 4.
Схемы плазменных распылителей:
а - пруткового;
б - проволочного ("проволока - анод").
Схема проволочного распыления "проволока - анод" была разработана В.В. Кудиновым в конце 50-х годов. Тогда удалось получить невиданную производительность - 15 кг/ч вольфрама при мощности 12 кВт. Порошковые распылители (рис. 5) в зависимости от свойств и размеров частиц создавались с подачей в плазменную струю 1, под углом навстречу потоку 2, в сопло в заанодную зону дуги 3 или в доанодную зону, как в плазмотроне М8-27 конструкции В.М. Иванова (рис. 6).
