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.

 
  Центрирующие механизмы с мембранами - student2.ru

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. Центрирующие механизмы с мембранами - student2.ru
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.

Центрирующие механизмы с мембранами - student2.ru Центрирующие механизмы с мембранами - student2.ru
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.

Центрирующие механизмы с мембранами - student2.ru
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.

 
  Центрирующие механизмы с мембранами - student2.ru

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.

Наши рекомендации