Конструкции установочных элементов.

В качестве установочных элементов применяют опоры, которые могт быть основными или вспомогательными. Основными называются опоры, координирующие обрабатываемую деталь в 3-х взаимно перпендикулярных плоскостях, т.е. опоры, лишающие деталь всех степеней свободы относительно приспособления.

Так как опоры воспринимают кроме веса детали еще и силы зажима и силы резания, которые могут быть значительны, то их изготавливают из высокопрочных, износостойких материалов. Поэтому для опор применяют сталь 20Х или сталь 20 с цементацией рабочих поверхностей опор на глубину 0,8 – 1,2 мм и закалки до твердости HRC 58 – 62.

Рабочие поверхности для обеспечения лучшего прилегания к ним обрабатываемой детали должны быть по возможности небольших размеров. Для легкой и быстрой смены опор в случае износа или повреждения необходимо обеспечить свободный доступ к ним.

Основные опоры должны находиться на наибольшем расстоянии друг от друга так, чтобы направление усилия резания, зажима и центр тяжести детали находились в пределах опорного треугольника. Основные опоры могут быть постоянными и регулируемыми.

Постоянные опоры.

Для установки деталей плоскими поверхностями в приспособлениях используют цилиндрические (штыри) и пластинчатые опоры.

Цилиндрические опоры бывают трех видов: с плоской, сферической и насеченной головкой.

Для установки заготовки на черновые базовые поверхности применяют установочные штыри с насеченной (ГОСТ 13442-68) или сферической (ГОСТ 13441-68), а для установки на обработанные базовые поверхности – с плоской головкой (ГОСТ 13440-68). Отверстия под опоры в корпусе приспособления выполняются сквозными, сопряжения опор с отверстиями (Н7/р6; Н7/r6).

Предельные нагрузки на опоры со сферической головкой при установке стальных и чугунных заготовок:

D, мм
Р, кН

Для заготовок из цветных сплавов нагрузки на опоры следует уменьшать на 30-40%.

Опоры с рифленой головкой имеют нагрузку:

D, мм
Р, кН

Опорные пластины (ГОСТ 4743-68) бывают двух исполнений: плоские и с косыми пазами. Пластины крепятся двумя или тремя винтами к корпусу приспособления или плите. Плоские пластины целесообразно закреплять на вертикальных стенках корпуса, т.к. при горизонтальном их положении в углублениях под головками винтов скапливается мелкая стружка, которую трудно удалить. Пластины с косыми пазами устанавливают а горизонтальных поверхностях корпуса. В этом случае стружка при движении устанавливаемой детали попадает в углубления (косые пазы) и не нарушает контакта при установке. Пластины как и штыри закрепляют в корпусе и обрабатывают в сборе.

Опорные призмы.

Применяются для установки деталей наружными цилиндрическими поверхностями. Стандартная призма применяется для установки коротких изделий или как элемент опорной призмы, предназначенный для базирования длинных изделий.

Предельно допустимую нагрузку на призму с углом a = 90° из условий контактной прочности можно определять для заготовки из стали или чугуна по формуле:

,

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

D – диаметр заготовки, мм.

Призмы предназначены для базирования деталей с Æ 5 – 150 мм. Материал – сталь 20Х, твердость рабочих поверхностей HRC 55 – 60. Глубина цементированного слоя 0,8 – 1,2 мм. При установке детали по черновой базе рабочие поверхности делаются узкими.

Установочные пальцы.

Установку заготовок с базированием на отверстия производят на пальцы и оправки. Дополнительной базой служит торец заготовки, определяющий ее положение по длине, а также различные элементы (шпоночная канавка, радиальное отверстие и пр.), координирующие угловое положение заготовки.

Постоянные пальцы запрессовываются в корпус приспособления по , а диаметры их установочных поверхностей выполняются по полям допуска f или g от 9 до 6 квалитета в зависимости от требуемой точности базирования.

Сменные пальцы устанавливаются в закаленной промежуточной втулке по посадке или по резьбе. Пальцы диаметром до 16 мм изготавливают из стали У7А, диаметром более 16 мм – из стали 20Х с цементацией на глубину 0,8 – 1,2 мм и закалкой до твердости HRC 50…55.

Центры.

При обработке валов и некоторых других деталей с базированием на центровые гнезда (конические фаски) в качестве установочных элементов используют центры с углом равным 60°.

Их конструктивные разновидности:

Жесткий центр	Установка конической фаской на срезанный центр для деталей типа труб, гильз
Центр с тремя узкими ленточками	Поводковый центр, передающий крутящий момент от вдавливания рифлений в поверхность конической фаски при приложении к центру осевой силы. Он обеспечивает передачу момента, но портит поверхность фаски. Применяется для чистовой обработки.

Плавающий поводковый центр состоит из самоустанавливающейся сферической шайбы 2 с рифлениями 1 на трех участках, центра 3 плавающей конструкции, который смонтирован в промежуточной втулке 4 и шайбы 5, являющейся упорной базой.

Центры изготавливаются из стали 45, У6А, У8А и подвергают термической обработке до твердости HRC 40…42. Износостойкость центров может быть повышена наплавкой или напылением твердого сплава.

Сохранение правильной формы заднего центрового гнезда при токарной обработке обеспечивается применением вращающихся центров.

При установке заготовки в центрах имеют место контактные деформации в местах сопряжения центровых гнезд с центрами. Осадка заготовки в поперечном и осевом направлениях выражается параболической зависимостью от приложенной радиальной или осевой силы. Поперечное смещение заготовки (мкм) определяется по эмпирической формуле.

где С₁ – постоянная, зависящая от наружного диаметра гнезда;

P_y – радиальная сила, Н

Осевое смещение заготовки (мкм):

Коэффициенты С₁ и С₂ для заготовок из сталей 40 и 45, широко применяемых для деталей класса валов при давлении на поверхности контакта до 800 МПа имеют следующие значения:

D, мм			2,5				7,5
С1		3,7	2,7	1,8	1,2		0,9	0,7	0,3	0,2
С2	3,8	2,7	0,1	1,3	0,9	0,8	0,7	0,5	0,25	0,17

Оправки.

Для обеспечения точности и быстроходности машин ужесточаются требования к концентричности поверхностей их деталей. Во многих случаях допускается несоосность поверхностей менее 0,01 мм. Эта точность достигается применением центрирующих устройств приспособлений: жестких и разжимных оправок, которые играют роль установочного и зажимного механизма.

А. Типы жестких оправок.

1. Цельная конусная оправка.

Конусность:

a - половина угла при вершине конуса (a = 1…3’). Отверстие у заготовки обрабатывается по Н7. Точность центрирования 0,005 – 0,01 мм. Применяется в единичном и мелкосерийном производстве. Погрешность базирования наружной поверхности относительно внутренней = 0.

Недостаток – отсутствие точной фиксации заготовки по длине.

1. Оправка с буртиком для коротких деталей , устанавливаемых с натягом.

Применяется для обработки на токарных, иногда шлифовальных станках в серийном, крупносерийном и массовом производстве деталей с массивными стенками.

На этой оправке можно обрабатывать наружный диаметр и правый торец. Погрешность базирования наружной поверхности относительно внутренней .

Базирующее отверстие в заготовке обрабатывается по Н7. Точность центрирования 0,005 – 0,01 мм. При необходимости подрезать оба торца детали используют оправку без буртика. Для точного положения детали по длине применяют подкладные кольца.

2. Оправка с буртиком для установки детали с зазором.

Положение заготовки по длине определяется буртом оправки; от проворачивания на оправке ее предохраняет гайка 1 или шпонка 2 (при наличии в заготовке шпоночной канавки).

Базовое отверстие заготовки обрабатывается по 7 квалитету. Точность центрирования зависит от зазора и обычно не превышает 0,02 – 0,03 мм.

Оправки выполняют из стали 20Х с цементацией на глубину 1,2 – 1,5 мм и закалкой до твердости HRC 55…60. Рабочие поверхности шеек шлифуют до Ra 0,63 – 0,32. На центровых гнездах предусматривают фаски или поднутрения в целях защиты их от повреждений. Для передачи момента на конце оправки предусматривают квадрат, лыски или поводковый палец. Основное преимущество оправок с буртом в том, что в них строго определено положение детали вдоль оси оправки, а это позволяет работать на заранее настроенных станках.

Типы разжимных оправок.

1) Цанговые

Консольная разжимная оправка с цангой, т.е. разрезной пружинящей гильзой имеющей от 3 до 8 лепестков на рабочей шейке. Она выполняется из высоко углеродистой стали У10А или пружинной 65Г (65С2) и термически обрабатывается до твердости HRC 58…62 на губках и до твердости HRC 39 … 45 в хвостовой части. Угол конуса цанги 30 - 40°. При меньших углах возможно заклинивание.

Заготовка закрепляется затяжкой внутреннего конуса. Базовое отверстие заготовки обрабатывается по Н9 – Н12. Точность центрирования 0,02 – 0,04 мм. Цанги бывают тянущие или толкающие.

2. Оправки с гидропластмассами.

Зажим детали осуществляется затягиванием винта, который через плунжер передает давление на гидропластмассу и разжимает тонкостенную гильзу. На концах втулка имеет утолщенные бурты, которыми она с натягом (s6, r6) насаживается на корпус оправки. Поэтому при расчете втулку рассматривают как жестко закрепленную по краям балку. Толщина втулки (0,03 – 0,05)R. Материал втулки гильзы – углеродистая У7А или легированная сталь 30ХГСА. Гидропластмасса применяется двух составов:

1) СМ: 20% полихлорвинила, 78% дибутилфталата, 2% стеарата кальция; t плавления 135°С, объемная усадка 12% при охлаждении до 10°С.

2) 10% полихлорвинила, 88% дибутилфталата, 2% стеарата кальция. Более текуч, имеет t плавления 120 °С и усадку 10%.

Кроме перечисленных применяются оправки с тремя сухарями, разжимаемые внутренним конусом; с гофрированными втулками (при сжатии втулок с боков цилиндрическая часть их выпучивается и прочно закрепляет заготовку).

Регулируемые опоры применяются в том случае, когда колеблется величина припуска на обработку у различных партий деталей. В основной плоскости из 3-х опор одну делают регулируемой.

Регулируемые винтовые опоры могут быть с отверстием или шестигранной головкой.

Самостоятельно регулируемые опоры используют в направляющей и упорной плоскостях.

Винтовые регулируемые опоры могут применяться в качестве основных и вспомогательных.

Самоустанавливающиеся опоры. Представляют собой постоянную опору, разложенную на 2 или 3 точки. Нагрузка, приходящаяся на каждую точку суммируется в центре, давая здесь равнодействующую, воспринимаемую корпусом приспособления.

Вспомогательные опоры.

Вспомогательные опоры применяют дополнительно к основным когда необходимо повысить жесткость и устойчивость обрабатываемых деталей.

Они бывают регулируемого, подводимого и самоустанавливающегося типа.

При установке каждой заготовки опоры подводятся (или самоустанавливаются) к поверхности заготовки, а затем стопорятся превращаясь на время выполнения операции в жесткие опоры. Если количество основных опор не должно превышать шести, то число дополнительных опор не ограничено каким либо пределом, однако для упрощения конструкции приспособления число их должно быть минимальным.

Вспомогательные опоры бывают:

- винтовые (конструкции аналогичны регулируемым основным опорам);

- клиновые;

- самоустанавливающиеся.

Деталь имеет ступенчатую базовую плоскость. Размер h между плоскостями детали колеблется в пределах допуска и полное совмещение ступенчатых поверхностей невозможно. В этом случае за базу принимают одну плоскость, а под другую подводят самоустанавливающуюся вспомогательную опору.

Примером конструкции самоустанавливающейся опоры является опора по ГОСТ 13159-67.

Головка плунжера 1 при освобожденном винте 3 под действием пружины выступает несколько над тремя основными опорами при установке детали. Она силой своего веса опускает плунжер и устанавливается на основные опоры. После закрепления детали плунжер стопорится винтом 3, превращаясь в основную опору. Сила пружины должна быть такой, чтобы установленная на три основные опоры, но не закрепленная деталь не приподнималась плунжерами. Угол скоса a должен быть самотормозящим (6 - 10°), т.к. в противном случае при стопорении он может подниматься вверх и приподнимать деталь с основных опор.

Перед установкой каждой новой детали плунжер необходимо освобождать, иначе деталь может либо не коснуться основных опор, либо головки плунжера. Гайка 4 служит для предотвращения от попадания стружки.

При механизации и автоматизации приспособлений применяют вспомогательные опоры, управляемые с помощью пневмо- и гидроприводов.

Условные обозначения опор баз и зажимных усилий
(ГОСТ 3.1107-81, СТ СЭВ 1803-79):

Обозначения опор, зажимов, установочных устройств:

На одном виде несколько однотипных опор допускается заменять одним обозначением с указанием их количества.

Установочные устройства:

Установочно-зажимные устройства следует обозначать как сочетание обозначений установочных устройств и зажимов.

Рабочие поверхности опор, зажимов, установочных устройств.

Обозначение формы рабочих поверхностей наносят слева от обозначения опоры, зажима или установочного устройства.

Рельеф рабочих поверхностей опор зажимов и установочных устройств (рифленая, резьбовая, шлицевая) обозначают и наносят на их обозначение.

Для указания типа приводов зажимов применяют следующие обозначения:

- Р – пневматический;

- Н – гидравлический;

- Е – электрический;

- ЕМ – электромагнитный;

- М – магнитный.

Обозначение вида привода зажима наносят слева от обозначения привода