Лекция 6

Призмы

Призмы предназначены для базирования по наружным обработанным и необработанным цилиндрическим поверхностям.

Применяют в основном как основные опоры (но бывают и вспомогательными опорами).

 

Призмы подразделяются:

• опорные;

• применяемые в ориентирующих и самоцентрирующих механизмах;

• неподвижные;

• установочные;

• подвижные.

 

Рис. 7 –Призма опорная

 

Основные размеры призм: С, H, α, h, L, D.

По ГОСТ 12195 – 66: D = 5…150 мм; В = 16…70 мм.

 

При изготовлении призм необходимо обеспечить симметричность рабочих плоскостей призмы относительно оси углового паза А.

 

Рис. 8 –Возникновение смещения оси отверстия

при несимметричности призмы

 

В приспособлениях используют призмы с углами α, равными 60○, 90○, 120○. Наиболее применимы призмы с углом 90○.

Призмы с углом 60○ применяют когда требуется придать заготовке большую устойчивость под действием сил резания, действующих параллельно основанию призмы.

Призмы с углом 120○ применяются когда заготовка не имеет полной цилиндрической поверхности и требуется базирование по небольшой дуге.

Величина угла α влияет на погрешность базирования.

 

 

Рис. 9 –Схема базирования на призме при обработке лыски

 

Погрешность базирования для размеров А, Б, С, находится по формулам:

 

 

 

 

 

Широкая опорная призма, показанная на рис. 7 (ГОСТ 12195 – 66) предназначена для установки заготовок по обработанным поверхностям.

Применяют призмы с боковым креплением к торцу корпуса приспособления ГОСТ 12197 – 66.

Материал призм с размерами D = 5…150 мм, В = 16…70 мм – сталь 20Х с цементацией на глубину h = 0,8…1,2 мм и закалкой до твердости HRC 55…60.

Паз в конструкции призмы является технологическим и необходим для выхода шлифовального круга при шлифовании рабочих наклонных поверхностей призмы.

Фаски на рабочих гранях призмы необходимы для предотвращения повреждаемости поверхности заготовки.

 

При установке длинных валов применяют призмы с выемкой (рис.10) или две соосно установленные призмы.

 

 

 

 

Рис. 10 –Призма для установки по двойной направляющей базе

 

Для установки заготовок по необработанным поверхностям и для ступенчатых валов применяют узкие призмы с шириной рабочей поверхности 2 – 5 мм (рис.11). В этом случае снижается влияние погрешностей формы цилиндрической поверхности на устойчивость заготовки.

 

Рис. 11 –Призма с узкими рабочими поверхностями

При установке заготовок по необработанным поверхностям с большими погрешностями применяются призмы с опорными штырями (рис.12).

 

Рис. 12– Призма для установки заготовок по необработанным поверхностям

Призмы для заготовок больших размеров (D > 150 мм) выполняют литыми из чугуна или сварными. Рабочие поверхности выполняют в виде сменных стальных закаленных пластин, которые шлифуют в сборе с корпусом призмы (рис.13). Недостаток таких сборных призм – пониженная жесткость из-за дополнительных стыков.

 

 

 

 

Рис. 13 –Призма со сменными пластинами

 

Призмы могут использоваться как вспомогательные опоры, для придания заготовке дополнительной жесткости (рис.14).

 

 

 

Рис. 14 –Применение призмы в качестве вспомогательной опоры

 

Допустимая нагрузка Q на призму определяется исходя из контактной жесткости между заготовкой и рабочими поверхностями призмы. Для заготовок из стали и чугуна при угле призмы α = 90○ допустимая нагрузка может быть найдена по формуле:

Q = 7× b× D (Н),

 

где b – длина линии контакта заготовки с призмой, мм;

D – диаметр заготовки.

 

Призмы, применяемые в ориентирующих и самоцентрирующих механизмах:

а) неподвижные ГОСТ 12196 – 66;

б) подвижные ГОСТ 12194 – 66;

в) установочные ГОСТ 12193 – 66

 

Ориентирующие механизмы – ориентируют заготовку только по одной плоскости симметрии (рис.15).

Самоцентрирующие механизмы – ориентируют заготовку по двум взаимно перпендикулярным плоскостям (рис.16).

На рис.15 левая призма – неподвижная, правая – подвижная. На рис.16 обе призмы подвижные.

Призмы в подобных механизмах делают со скосом рабочих поверхностей под углом 7○ для создания вертикальной дополнительной прижимающей силы, действующей на заготовку (рис.17).

 

 

Рис. 15 –Пример ориентирующего механизма

 

 

 

Рис. 16 –Пример самоцентрирующего механизма

 

 

Рис. 17 –Призма ориентирующего или самоцентрирующего механизма

 

На рис. 18 показана установочная призма, применяемая для переналаживаемых приспособлений.

 

 

 

Рис. 18 –Установочная призма

 

Базирование заготовок по наружным цилиндрическим поверхностям 7 – 9 квалитетов может производиться во втулку.

 

 

БАЗИРОВАНИЕ ЗАГОТОВОК ПО ВНУТРЕННЕЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ И ПЕРПЕНДИКУЛЯРНОЙ К ЕЕ ОСИ ПЛОСКОСТИ

 

Для базирования заготовок по внутренней цилиндрической поверхности и перпендикулярной к ее оси плоскости применяют оправки и пальцы.

 

ОПРАВКИ

 

Оправки – предназначены для установки заготовок по внутренним цилиндрическим поверхностям при соотношении L ≥ d и чаще всего лишают по этой поверхности 4-х степеней свободы.

Подразделяются на жесткие и разжимные.

Разжимные оправки относятся к установочным элементам, объединяющим функции центрирования и зажима.

Жесткие оправки (рис.1):

а) – конические;

б) – цилиндрические для установки заготовок с гарантированным натягом;

в) – цилиндрические для базирования с гарантированным зазором.

 

 

Рис. 1 –Оправки

 

Оправки применяются для токарных, фрезерных, зубофрезерных, шлифовальных работ.

Оправки на станке устанавливаются на центра, в конус шпинделя, в патрон. Чаще всего в центра.

Крутящий момент на оправки передается или через хомутик (рис.1а), или делается квадрат (рис.1в), лыски или жесткий поводок (рис.1б).

Конические оправки или цилиндрические оправки для установки с натягом предназначены для заготовок с отверстием, выполненным по 6 – 8 квалитетам.

Точность центрирования 5 – 10 мкм ( эксцентриситет).

Недостаток конических оправок – смещение по оси, которое зависит от допуска на отверстие заготовки.

Установка заготовок с натягом требует дополнительного оборудования – пресса, который устанавливается возле металлорежущего станка.

При установке с зазором точность центрирования зависит от допуска на диаметр отверстия заготовки.

Оправки изготовляют из стали 20Х, цементируют на глубину 1,2…1,5 мм и закаливают до HRC 55…60.

Оправки диаметром более 80 мм делают полыми.

 

 

УСТАНОВОЧНЫЕ ПАЛЬЦЫ

 

Установочные пальцы служат для установки на них заготовок одним или двумя отверстиями.

Возможны два основных случая при базировании на палец (рис.2):

 

а) lк ≥ d; б) lк < d ;

где lк – длина контакта пальца с заготовкой;

d – диаметр отверстия (пальца).

 

 

а) б)

Рис. 2 –Схемы базирования на палец

 


 

Если lк ≥ d, то заготовка лишается пяти степеней свободы – четырех по отверстию и одной степени свободы по торцу. В этом случае применяется высокий цилиндрический палец. Отверстие является двойной направляющей базой, а торец – опорной.

Если lк < d, то заготовка также лишается пяти степеней свободы, но – двух степени свободы по отверстию и трех по торцу. Отверстие является двойной опорной базой, а торец – установочной. В этом случае применяется высокий цилиндрический палец.

При выборе высокого или низкого пальца необходимо учитывать какие требования по точности расположения поверхностей в детали при обработке необходимо выдержать.

Например, если lк ≈ d, но задан в одном случае допуск перпендикулярности, а в другом допуск параллельности оси обрабатываемого отверстия.

 

Вариант 1. Задан допуск перпендикулярности оси обрабатываемого отверстия относительно торца А (рис.3а).

Вариант 2. Задан допуск параллельности оси обрабатываемого отверстия относительно оси отверстия А (рис.3г).

 

 

а) б) в)

 

 

г) д) е)

 

Δ1 и Δ2 – зазор между пальцем и отверстием, обеспечивающий свободную установку заготовки на палец.

Рис. 3 –Возникновение погрешностей при неправильном базировании

 

Вариант 1. Необходимо устанавливать заготовку на низкий палец (lк < d) (рис.3б). Если установить на высокий, то при неперпендикулярности оси базового отверстия и торца А ось обработанного отверстия будет параллельна оси базового отверстия, но не будет выполнено требование по обеспечению допуска перпендикулярности оси обработанного отверстия относительно торца А.

Вариант 2. Необходимо устанавливать заготовку на высокий палец

(lк ≥ d) (рис.3д). Если установить на низкий, то при неперпендикулярности оси базового отверстия и торца ось обработанного отверстия будет перпендикулярна к базовому торцу, но не будет выполнено требование по обеспечению допуска параллельности оси обработанного отверстия относительно оси отверстия А.

 

Классификация установочних пальцев

 

Установочне пальцы подразделяются на постоянные, сменные, выдвижные.

В свою очередь они могут быть – высокие и низкие, цилиндрические и срезанные.

 

 

а) – цилиндрический палец с буртиком; б) – цилиндрический палец без буртика; в) – применение опорной шайбы с пальцем; г) – сменный цилиндрический палец; д) – срезанный палец; е), ж) – выдвижные пальцы

Рис. 4 –Установочные и выдвижные пальцы

 

 

Материал пальцев диаметром D < 16 мм – сталь У8А, при D > 16 мм – сталь 20Х с цементацией на глубину 0,8…1,2 мм и закалкой до HRC 55…60.

Диаметр D выполняют с точностью: g5, g6, f6, f7, e9.

 

УСТАНОВКА ЗАГОТОВОК ПО ДВУМ ОТВЕРСТИЯМ И ПЛОСКОСТИ

 

Установка заготовок по двум отверстиям и плоскости применяется для обработки деталей малых и средних размеров типа корпусов, плит, рычагов и т.д. По этой схеме производится базирование приспособлений-спутников на рабочих позициях автоматических линий (рис.5 а).

 

 

а) б)

Рис. 5 –Базирование по двум отверстиям и плоскости

 

Схема базирования а) (рис.5) наиболее часто применима.

 

Достоинства схемы (а):

– лишает заготовку 6-и степеней свободы и одновременно обеспечивает свободный доступ инструментов для обработки заготовки с разных сторон;

– позволяет реализовать принцип постоянства баз;

– позволяет достаточно просто и точно фиксировать заготовки и приспособления-спутники на поточных и автоматических линиях.

Плоскость и два отверстия – всегда чистовые базы.

Плоскость обрабатывают начисто на одной из первых операций. Отверстия обрабатывают, как правило, по 7 квалитету.

В качестве установочных элементов применяют опорные пластины, опорные шайбы и два неподвижных или выдвижных пальца.

Конструктивно различают установку :

а) на два цилиндрических пальца ;

б) на один цилиндрический или один срезанный пальцы.

Необходимо обеспечить условие установки на два пальца.

Диаметр одного из пальцев задают равным номинальному размеру диаметра базового отверстия, а допуск назначают по f6, f7, e9 в зависимости от точности отверстия.

Диаметр второго пальца определяют исходя из расчета.

 

 

УСЛОВИЕ ВОЗМОЖНОСТИ УСТАНОВКИ ЗАГОТОВКИ

НА ДВА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПАЛЬЦА

 

На рис.6 показано два возможных относительных положения двух отверстий в заготовке и цилиндрических пальцев приспособления. На рис.6 (а) изображен оптимальный вариант, а на рис.6 (б) – один из крайних возможных случаев, когда заготовка может быть установлена на два цилиндрических пальца.

LО и LП – номинальный размер межцентрового расстояния между отверстиями и пальцами.

величины допусков на межцентровое расстояние между отверстиями и пальцами соответственно.

минимальные зазоры между пальцем и отверстием для первого и второго пальца соответственно.

 

 

Рис. 6 –Схема относительного расположения двух отверстий в заготовке и пальцев приспособления

 

Крайние случаи, когда можно установить заготовку на два цилиндрических пальца по двум отверстиям при S1 и S2 – min; LП – min; LO – max (рис.6б) или S1 и S2 – min; LП – max; LO min (рис.7). На рис. 7 показано только левое отверстие и палец.

На рис. 7 показаны два крайних положення левого отверстия с осями ОО и О ІО относительно цилиндрического пальца.

 

 

 

Рис. 7 –Относительное положение пальца и отверстия если LП – max; LO – min

 

 

 

 

 

 

Условие возможности установки на два цилиндрических пальца:

 

Чтобы заготовка установилась на два цилиндрических пальца, нужно или увеличивать зазоры S1min и S2max , что приведет к снижению точности базирования, или уменьшать допуски на межцентровые расстояния Т м.п. и

Т м.о., что удорожает обработку базовых отверстий.

 

Диаметр второго пальца находится из условий:

 

где – минимальный диаметр второго отверстия;

– максимальный диаметр второго пальца.

Подставим (2) в (1):

отсюда

 

Допуск на второй палец назначается, как и на первый – по f6, f7, e9.

Пример: отверстия в заготовке

 

В первое отверстие устанавливается палец по f7; d1=

 

 

 

Повысить точность базирования на два пальца и плоскость можно, если второй палец будет срезанным, а не цилиндрическим.

 

Условие возможности установки заготовки на один срезанный палец и один цилиндрический:

 

Рис. 8 –Схема установки на один срезанный палец и один цилиндрический

На рис.8 показан один из двух крайних случаев, когда заготовка может быть установлена на один срезанный и один цилиндрический палец.

Х – зазор между срезанным пальцем и отверстием, аналогичен S2min ;

в – ширина рабочей части срезанного пальца, стандартная величина по ГОСТ 12210-66 или 12212-66;

– максимальный диаметр срезанного пальца;

– минимальный диаметр отверстия.

KN = C.

 

Условие возможности установки на один срезанный палец и один цилиндрический аналогично условию (1):

 

 

 

 

Величина h находится из двух треугольников:

 

 

отсюда

т.к. с = X + b, то

 

 

 

Подставив Х в уравнение (3) получим условие возможности установки на цилиндрический и срезанный пальцы:

 

 

 

Из уравнения (4)

 

 

 

 

Это условие возможности установки на цилиндрический и срезанный пальцы:

 

Пример: если b=3 мм, d1 = то

 

Для цилиндрического пальца:

 

Для срезанного пальца:

 

Установка заготовок на один срезанный палец и один цилиндрический позволяет обеспечить высокую точность базирования при невысокой точности межцентровых расстояний.

 

УСТАНОВКА ЗАГОТОВОК ПО ЦЕНТРОВЫМ ОТВЕРСТИЯМ

 

Установка заготовок по центровым отверстиям применяется для деталей класса валов и осей, а также труб.

Обработку заготовок в центрах выполняют на токарных, фрезерных, шлифовальных, зубофрезерных станках.

 

Достоинства установки заготовок по центровым отверстиям:

– Простота конструкции установочных элементов;

– Отсутствие погрешности базирования в радиальном направлении;

– Обеспечение принципа постоянства баз при обработке в центрах.

Недостаток:

– Обработка дополнительных поверхностей центровых отверстий в заготовке.

Рис. 9 –Схема базирования при установке заготовки в центрах

 

По конструкции центры различают:

 

Жесткие (упорные) центры (рис.10). Применяются на шлифовальных станках, токарных, фрезерных, зубообрабатывающих. При установке заготовки в жестких центрах заготовка вращается относительно неподвижного центра с трением скольжения.

 

 

Рис. 10 –Упорный (жесткий) центр

 

Вращающиеся центры (рис.11). Применяются для уменьшения трения между поверхностью центрового отверстия и рабочей поверхностью конуса центра. Вращающиеся центры имеют пониженную жесткость.

 

Рис. 11 –Вращающийся центр

 

Срезанные центры (рис.12). Бывают двух типов:

а) для базирования по центральному отверстию труб, по отверстиям с фасками (рис.12а). Такие центры называют грибковими;

б) для подрезки торцов и обработки поверхностей малого диаметра (рис.12б). Такие центры называют полуцентрами.

Срезанные центры типа (а) могут быть упорные или вращающиеся, а типа (б) – только упорные (невращающиеся).

 

Рис. 12 –Срезанные центры

 

Поводковые центры с рифлениями (рис.13).

 

 

Рис. 13 – Поводковый центр с рифлениями

 

 

Прямые и обратные центры (рис.14). Прямые центры имеют наружный рабочий конус (рис.10 – 13), а обратные – внутренний (рис.14б).

Обратные центры применяют для базирования заготовок, имеющих вместо центрових отверстий конические наружные поверхности по торцам. Это заготовки малого диаметра, не позволяющие получить центровые отверстия.

 

Рис. 14 – Обратный центр

 

Угол рабочего конуса центров 60○, 75○, 90○. Наиболее применим угол конуса 60○. Центры с углом 75○ и 90○ используются для крупных заготовок при больших силах резания.

 

При установке заготовки на упорный передний центр возникает погрешность базирования, влияющая на длины ступеней вала, равная:

 

 

 

где ТD.ц.о. – допуск на диаметр центрового отверстия;

α – угол конуса центрового отверстия.

 

Для устранения погрешности базирования применяют плавающие (утопающие) центра (рис.15).

 

 

Рис. 15 –Плавающий (утопающий) центр