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.