Эксцентриковый зажим является зажимным элементом усовершенствованных конструкции. Эксцентриковые зажимы (ЭЗМ) используются для непосредственного зажима заготовок и в сложных зажимных системах.
Ручные винтовые зажимы просты по конструкции, но имеют существенный недостаток - для закрепления детали рабочий должен выполнить большое количество вращательных движений ключом, что требует дополнительных затрат времени и усилий и в результате снижает производительность труда.
Приведенные соображения заставляют, там где это возможно, заменять ручные винтовые зажимы быстродействующими.
Наибольшее распространение получили и .
Хотя и отличается быстродействием, но не обеспечивает большой силы зажима детали, поэтому его применяют лишь при сравнительно небольших силах резания.
Преимущества:
- простота и компактность конструкции;
- широкое использование в конструкции стандартизованных деталей;
- удобство в наладке;
- способность к самоторможению;
- быстродействие (время срабатывания привода около 0.04 мин).
Недостатки:
- сосредоточенный характер сил, что не позволяет применять эксцентриковые механизмы для закрепления нежестких заготовок;
- силы закрепления круглыми эксцентриковыми кулачками нестабильны и существенно зависят от размеров заготовок;
- пониженная надежность в связи с интенсивным изнашиванием эксцентриковых кулачков.
Рис. 113. Эксцентриковый зажим: а - деталь не зажата; б - положение при зажатой детали
Конструкция эксцентрикового зажима
Круглый эксцентрик 1, представляющий собой диск со смещенным относительно его центра отверстием, показан на рис. 113, а. Эксцентрик свободно устанавливается на оси 2 и может вращаться вокруг нее. Расстояние е между центром С диска 1 и центром О оси называется эксцентриситетом.
К эксцентрику прикреплена рукоятка 3, поворотом которой осуществляется зажим детали в точке А (рис. 113, б). Из этого рисунка видно, что эксцентрик работает как криволинейный клин (см. заштрихованный участок). Во избежание отхода эксцентриков после зажима они должны быть самотормозящим и. Свойство самоторможения эксцентриков обеспечивается правильным выбором отношения диаметра D эксцентрика к его эксцентриситету е. Отношение D/e называется характеристикой эксцентрика.
При коэффициенте трения f = 0,1 (угол трения 5°43") характеристика эксцентрика должна быть D/e ≥ 20 ,а при коэффициенте трения f = 0,15 (угол трения 8°30")D/e ≥ 14.
Таким образом, все эксцентриковые зажимы, у которых диаметр D больше эксцентриситета е в 14 раз, обладают свойством самоторможения, т. е. обеспечивают надежный зажим.
Рисунок 5.5 - Схемы для расчета эксцентриковых кулачков: а – круглых, нестандартных; б- выполненных по спирали Архимеда.
В состав эксцентриковых зажимных механизмов входят эксцентриковые кулачки, опоры под них, цапфы, рукоятки и другие элементы. Различают три типа эксцентриковых кулачков: круглые с цилиндрической рабочей поверхностью; криволинейные, рабочие поверхности которых очерчены по спирали Архимеда (реже – по эвольвенте или логарифмической спирали); торцевые.
Круглые эксцентрики
Наибольшее распространение, из-за простоты изготовления, получили круглые эксцентрики.
Круглый эксцентрик (в соответствии с рисунком 5.5а) представляет собой диск или валик, поворачиваемый вокруг оси, смещенной относительно геометрической оси эксцентрика на величину А, называемой эксцентриситетом.
Криволинейные эксцентриковые кулачки (в соответствии с рисунком 5.5б) по сравнению с круглыми обеспечивают стабильную силу закрепления и больший (до 150°) угол поворота.
Материалы кулачков
Эксцентриковые кулачки изготавливают из стали 20Х с цементацией на глубину 0.8…1.2 мм и закалкой до твердости HRCэ 55-61.
Эксцентриковые кулачки различают следующих конструктивных исполнений: круглые эксцентриковые (ГОСТ 9061-68), эксцентриковые (ГОСТ 12189-66), эксцентриковые сдвоенные (ГОСТ 12190-66), эксцентриковые вильчатые (ГОСТ 12191-66), эксцентриковые двухопорные (ГОСТ 12468-67).
Практическое использование эксцентриковых механизмов в различных зажимных устройствах показано на рисунке 5.7
Рисунок 5.7 - Виды эксцентриковых зажимных механизмов
Расчет эксцентриковых зажимов
Исходными данными для определения геометрических параметров эксцентриков являются: допуск δ размера заготовки от ее установочной базы до места приложения зажимной силы; угол a поворота эксцентрика от нулевого (начального) положения; потребная сила FЗ зажима детали. Основными конструктивными параметрами эксцентриков являются: эксцентриситет А; диаметр dц и ширина b цапфы (оси) эксцентрика; наружный диаметр эксцентрика D; ширина рабочей части эксцентрика В.
Расчеты эксцентриковых зажимных механизмов выполняют в следующей последовательности:
Расчет зажимов со стандартным эксцентриковым круглым кулачком (ГОСТ 9061-68)
1. Определяют ход h к эксцентрикового кулачка, мм.:
Если угол поворота эксцентрикового кулачка не имеет ограничений (a ≤ 130°), то
где δ - допуск размера заготовки в направлении зажима, мм;
D гар = 0,2…0,4 мм – гарантированный зазор для удобной установки и снятия заготовки;
J = 9800…19600 кН/м – жёсткость эксцентрикового ЭЗМ;
D = 0,4...0,6 hк мм – запас хода, учитывающий износ и погрешности изготовления эксцентрикового кулачка.
Если угол поворота эксцентрикового кулачка ограничен (a ≤ 60°), то
2. Пользуясь таблицами 5.5 и 5.6 подбирают стандартный эксцентриковый кулачок. При этом должны соблюдаться условия: Fз ≤ F з max и h к ≤ h (размеры, материал, термическая обработка и другие технические условия по ГОСТ 9061-68. Проверять стандартный эксцентриковый кулачок на прочность нет необходимости.
Таблица 5.5 -Стандартный круглый эксцентриковый кулачок (ГОСТ 9061-68)
Обозначение | Наружный эксцентрикового кулачка, мм | Эксцентриситет, | Ход кулачка h, мм, не менее | |||
Угол поворота ограничен a≤60° | Угол поворота ограничен a≤130° |
|||||
Примечание: Для эксцентриковых кулачков 7013-0171…1013-0178 значения Fз мах и Ммах вычислены по параметру прочности, а для остальных – с учетом требований эргономики при предельной длине рукоятки L=320 мм. |
||||||
3. Определяют длину рукоятки эксцентрикового механизма, мм
Значения M max и P з max выбираются по таблице 5.5.
Таблица 5.6 - Кулачки эксцентриковые круглые (ГОСТ 9061-68). Размеры, мм
Рисунок - чертеж эксцентрикового кулачка
Эксцентриковый зажим своими руками
Видео подскажет как сделать самодельный эксцентриковый зажим, предназначенный для фиксации заготовки. Эксцентриковый прижим, изготовленный своими руками.
Эксцентриковые зажимы являются быстродействующими, но они развивают меньшую силу зажима, чем винтовые, имеет ограниченные линейные перемещения.
В станочных приспособлениях используют круглые и криволинейные эксцентриковые зажимы. Круглый эксцентрик применяемый в предлагаемой конструкции представляет собой диск, поворачиваемый вокруг оси О, смещенный относительно геометрической оси эксцентрика на некоторую величину е, называемую эксцентриситетом. Для крепления обрабатываемой детали эксцентриковые зажимы должны быть самотормозящимися.
Круглые эксцентрики изготавливают из стали 20Х, цементируют на глубину 0,6….1,2 мм и затем закаливают до твердости 58….62HRC э. Некоторые виды круглых эксцентриков выполняется по ГОСТ 9061-68
Из теоретической механики известно, что условие самоторможения двух трущихся тел следующие: угол трения больше или равен углу подъема, под которым происходит трение. Следовательно, если, угол подъема эксцентрика в определенном его положении не больше угла трения, то эксцентрика является самотормозящимся. Самотормозящиеся эксцентрики после зажима обрабатываемой детали не изменяемой своего положения. Самоторможение эксцентриковых зажимов обеспечиваются при определенном отношения его наружного диаметра и эксцентриситету е.
При расчете основных размеров круглого эксцентрика необходимо иметь следующие величины.
Эксцентриситет круглого эксцентрика (44):
Радиус наружной поверхности эксцентрика определяется из условия его самоторможения:
Угол поворота эксцентрика, соответствующей наименее выгодную для самоторможения положения зажима.
Они являются самыми быстродействующими из всех ручных зажимных механизмов. По быстродействию они сравнимы с пневмозажимами. Эксцентрики работают по принципу клина.
Применяются две конструктивных разновидности эксцентриков – круговые и криволинейные. Круговые эксцентрики представляют собой диск или валик со смещённой осью вращения. Они получили наибольшее распространение, так как просты в изготовлении. У криволинейных эксцентриков профиль очерчен по архимедовой или логарифмической спирали.
Недостатки эксцентриковых зажимов:
Малая величина рабочего хода, ограниченная величиной эксцентриситета.
Непостоянство силы зажима в партии заготовок при закреплении круговым эксцентриком.
Повышенная утомляемость рабочего, обусловленная свойством.
Неприменимость при наличии ударной работы или работе с вибрациями из-за опасности самооткрепления.
Несмотря на эти недостатки, эксцентриковые зажимы широко применяются в приспособлениях, особенно для мелкосерийного и серийного производства. Это объясняется простотой конструкции, невысокой стоимостью изготовления и высокой их производительностью.
Непостоянство силы зажима кругового эксцентрика связано с неравномерностью угла подъёма криволинейного клина. Круговой эксцентрик удовлетворительно зажимает заготовку при рабочих углах поворота β=30…130 . Даже при таких углах поворота сила зажима колеблется по величине на 20…25%.
Практикой установлено, что хорошо работают эксцентрики, у которых R/е 7. Они обеспечивают достаточный ход при угле поворота β в пределах 135 и обеспечивают самоторможение эксцентрика.
Криволинейные эксцентрики обеспечивают постоянство силы зажима, так как угол подъёма у них постоянный. Но эти эксцентрики сложны в изготовлении и поэтому применение их ограничено.
Расчёт силы зажима
Силу зажима круговым эксцентриком с достаточной для практических расчётов точностью можно определить, заменив действие эксцентрика действием плоского односкосого клина с углом α в зазоре между цапфой и поверхностью заготовки. Схема такой замены и сил, действующих на эксцентрик и фиктивный клин, приведены на рис 4.79.
Рис. 4.79. Схема сил, действующих на эксцентрик и фиктивный клин
На схеме сила W 1 - сила, действующая на плоскость зажима РР под углом α. Вдоль плоскости зажима действует сила Т=W 1 α. Эту силу можно рассматривать как внешнюю, действующую на клин КСР с углом α. Используя формулу для расчёта плоского односкосого клина, можно записать:
Силу W 1 можно определить, рассмотрев равновесие эксцентрика:
Так как , то .
Подставим значение W 1 в формулу (1) и опустим α как величину близкую к единице при малых углах α:
где R 1 и α – переменные величины.
Рабочая часть этих зажимов выполнена в виде цилиндрических или криволинейных кулачковых валиков. Зажим с их помощью осуществляется быстрее, чем с помощью винтовых устройств, однако возможность их применения более ограничена по сравнению с винтовыми, т.к. они хорошо работают только при незначительных отклонениях размеров поверхностей, по которым обрабатываемые детали укрепляются и при отсутствии вибраций.
1 – цилиндрический эксцентрик имеет широкое применение, т.к. прост в изготовлении. Недостатком такой конструкции является малый ход и непостоянство тормозящих свойств.
2 – отличается наличием среза для увеличения хода при установке и снятии обрабатываемой детали.
3 – имеет наибольшее применение на практике. Рабочая поверхность эксцентрика ограничивается сектором 60 - 90°, остальное срезается. Такой кулачок целесообразно применять для отвода зажимного механизма при установке и снятии детали на значительные расстояния (до 45 мм).
4 – зажим представляет собой сдвоенный кулачок 3 и применяется в центрирующих механизмах и плавающих тисках.
Все эти кулачки закрепляются на валу и при помощи рукоятки, прикрепленной к валу, вращаются вместе с ним.
5 – эксцентриковый рычаг, т.к. эксцентриковый кулачок в нем соединен с рукояткой. Диапазон их действия меньше, чем кулачков.
Сила зажима заготовки:
где Q – сила на рукоятке;
L – длина рукоятки;
j - угол трения покоя (» 8°);
е – эксцентриситет;
a - угол подъема клина;
6 и 7 – эксцентриковые валики. Применяются в качестве запирающих механизмов для точно исполненных подвижных частей приспособлений. В этих случаях не требуется значительный эксцентриситет, а следовательно, можно применить валик малого диаметра. предпочтение следует отдавать двухопорным валикам 6, как более жестким и надежным против изгиба.
Рабочая поверхность эксцентриков может выполняться в виде окружности и криволинейной – в виде эвольвенты и спирали Архимеда. Различие их в том, что в развертке круговых эксцентриков клин получается криволинейным с предельным углом a, отсюда нестабильность зажима. В то же время технология изготовления круговых эксцентриков значительно проще, чем криволинейных. Самотормозящие свойства эксцентриков увеличиваются с увеличением угла поворота. Рекомендуемый угол поворота a э = 30 - 135°
Материал для эксцентриков – сталь 20Х с цементацией на глубину 0,8 – 1,2 мм и закалкой до HRC 55…60.
Зажимы эксцентриковые просты в изготовлении по этой причине нашли широкое применение в станочных приспособлениях. Применение эксцентриковых зажимов позволяет значительно сократить время на зажим заготовки но усилие зажима уступает резьбовым.
Эксцентриковые зажимы выполняются в сочетании с прихватами и без них.
Рассмотрим эксцентриковый зажим с прихватом.
Эксцентриковые зажимы не могут работать при значительных отклонениях допуска (±δ) заготовки. При больших отклонениях допуска зажим требует постоянной регулировки винтом 1.
Расчёт эксцентрика
М
атериалом
применяемом для изготовления эксцентрика
являются У7А, У8Ас
термообработкой
до HR с 50....55ед,
сталь 20Х с цементацией на глубину 0,8...
1,2 С закалкой HR c
55...60ед.
Рассмотрим схему эксцентрика. Линия KN делит эксцентрик на дв? симметричные половины состоящие как бы из 2 х клиньев, навернутых на «начальную окружность».
Ось вращения эксцентрика смещена относительно его геометрической оси на величину эксцентриситета «е».
Для зажима обычно используется участок Nm нижнего клина.
Рассматривая механизм как комбинированный состоящий из рычага L и клина с трением на двух поверхностях на оси и точки «m» (точка зажима), получим силовую зависимость для расчёта усилия зажима.
где Q - усилие зажима
Р - усилие на рукоятке
L - плечо рукоятки
r -расстояние от оси вращения эксцентрика до точки соприкосновения с
заготовкой
α - угол подъёма кривой
α 1 - угол трения между эксцентриком и заготовкой
α 2 - угол трения на оси эксцентрика
Во избежание отхода эксцентрика во время работы необходимо соблюдать условие самоторможение эксцентрика
Условие самоторможения эксцентрика. = 12Р
о чяжима с экспентоиком
г
деα
-
угол
трения скольжения в точке касания
заготовки ø
-
коэффициент
трения
Для приближённых расчётов Q - 12Р Рассмотрим схему двухстороннего зажима с эксцентриком
Клиновые зажимы
Клиновые зажимные устройства нашли широкое применение в станочных приспособлениях. Основным элементом их является одно, двух и трёхскосые клинья. Использование таких элементов обусловлено простотой и компактностью конструкций, быстротой действия и надёжностью в работе, возможностью использования их в качестве зажимного элемента, действующего непосредственно на закрепляемую заготовку, так и качестве промежуточного звена, например, звена-усилителя в других зажимных устройствах. Обычно используются самотормозящиеся клинья. Условие самоторможения односкосого клина выражается зависимостью
α > 2 ρ
где α - угол клина
ρ - угол трения на поверхностях Г и Н контакта клина с сопрягаемыми деталями.
Самоторможение обеспечивается при угле α = 12°, однако для предотвращения того чтобы вибрации и колебания нагрузки в процессе использования зажима не ослабли крепления заготовки, часто применяют клинья с углом α <12°.
Вследствие того, что уменьшение угла приводит к усилению
самотормозящих свойств клина, необходимо при конструировании привода к клиновому механизму предусматривать устройства, облегчающие вывод клина из рабочего состояния, так как освободить нагруженный клин труднее, чем вывести его в рабочее состояние.
Этого можно достичь путём соединения штока приводного механизма с клином. При движении штока 1 влево он проходит путь «1» в холостую, а затем ударяясь в штифт 2, запрессованный в клин 3, выталкивает последний. При обратном ходе штока так же ударом в штифт заталкивает клин в рабочее положение. Это следует учитывать в случаях, когда клиновой механизм приводится в действие пневмо или гидроприводом. Тогда для обеспечения надёжности работы механизма следует создавать разное давление жидкости или сжатого воздуха с разных сторон поршня привода. Это различие при использовании пневмоприводов может быть достигнуто применением редукционного клапана в одной из трубок, подводящих воздух или жидкость к цилиндру. В случаях, когда самоторможение не требуется, целесообразно применять ролики на поверхностях контакта клина с сопряжёнными деталями приспособления, тем самым облегчается ввод клина в исходное положение. В этих случаях обязательно стопорение клина.
Рассмотрим схему действия сил в односкосом, наиболее часто применяемом в приспособлениях, клиновом механизме
Построим силовой многоугольник.
При передачи сил под прямым углом имеем следующую зависимость
Самоторможение имеет место при α<α 1 +α 2 Если α 1 =α 2 =α 3 =α зависимость более простая P = Qtg(α+2φ)
Цанговые зажимы
Цанговый зажимной механизм известен достаточно давно. Закрепление заготовок при помощи цанг оказался очень удобным при создании автоматизированных станков потому, что для закрепления заготовки требуется лишь одно поступательное движение зажимаемой цанги.
При работе цанговых механизмов должны выполняться следующие требования.
Силы закрепления должны обеспечиваться в соответствие с возникающими силами резания и не допускать перемещения заготовки или инструмента в процессе резания.
Процесс закрепления в общем цикле обработки является вспомогательным движением поэтому время срабатывание цангового зажима должно быть минимальным.
Размеры звеньев зажимного механизма должны определяться из условий их нормальной работы при закреплении заготовок как наибольшего так и наименьших размеров.
Погрешность базирования закрепляемых заготовок или инструмента должна быть минимальной.
Конструкция зажимного механизма должна обеспечивать наименьшие упругие отжатия в процессе обработки заготовок и обладать высокой виброустойчивостью.
Детали цангового зажимного и особенно зажимная цанга должны обладать высокой износоустойчивостью.
Конструкция зажимного устройства должна допускать его быструю смену и удобную регулировку.
Конструкция механизма должна предусматривать защиту цанг от попадания стружки.
Цанговые зажимные механизмы работают в широком диапазоне размеров. Практически минимальный допустимый размер для закрепления 0,5 мм. На многошпиндельных прутковых автоматах диаметры прутков, а
следовательно и отверстия цанг доходят до 100 мм. Цанги с большим диаметром отверстия применяются для закрепления тонкостенных труб, т.к. относительное равномерное закрепление по всей поверхности не вызывает больших деформаций труб.
Цанговый зажимной механизм позволяет производить закрепление заготовок различной формы поперечного сечения.
Стойкость цанговых зажимных механизмов колеблется в широких пределах и зависит от конструкции и правильности технологических процессов при изготовлении деталей механизма. Как правило раньше других их строя выходят зажимные цанги. При этом количество закреплений цангами колеблется от единицы (поломка цанги) до полумиллиона и более (износ губок). Работа цанги считается удовлетворительной, если она способна закрепить не менее 100000 заготовок.
Классификация цанг
Все цанги могут быть разбиты на три типа:
1. Цанги первого типа имеют «прямой» конус, вершина которого обращена от шпинделя станка.
Для закрепления необходимо создать силу втягивающую цангу в гайку, навинченную на шпиндель. Положительные качества этого типа цанг -они конструктивно достаточно просты и хорошо работают на сжатие (закалённая сталь имеет большое допустимое напряжение при сжатии чем при растяжении. Несмотря на это, цанги первого типа в настоящее время находят ограниченное применение из-за недостатков. Какие это недостатки:
а) осевая сила, действующая на цангу, стремится отпереть ее,
б) при подачи прутка возможно преждевременное запирание цанги,
в) при закреплении такой цангой возникает вредное воздействие на
г) наблюдается неудовлетворительное центрирование цанги в шпинделе, так как головка центрируется в гайке, положение которой на шпинделе не является стабильным из-за наличия резьбы.
Цанги второго типа имеют «обратный» конус, вершина которого обращена к шпинделю. Для закрепления необходимо создать силу, втягивающую цангу в коническое отверстие шпинделя станка.
Цангами этого типа обеспечивается хорошее центрирование закрепляемых заготовок, т. к. конус под цангу расположен непосредственно в шпинделе, во время подачи прутка до упора не может
возникнуть заклинивание, осевые рабочие силы не раскрывают цангу, а запирают её, увеличивая силу закрепления.
Вместе с тем ряд существенных недостатков снижает работоспособность цанг этого типа. Так многочисленных контактов с цангой коническое отверстие шпинделя сравнительно быстро изнашивается, резьба на цангах часто выходит из строя, не обеспечивая стабильного положения прутка по оси при закреплении - он уходит от упора. Тем не менее цанги второго типа получили широкое применение в станочных приспособлениях.
Цанги третьего типа имеют также обратный конус, но работают за счёт осевого перемещения втулки с коническим отверстием при этом сама цанга остаётся неподвижной.
Такая конструкция позволяет избежать большинства недостатков, присущих цангам первого и второго типа. Однако одним из существующих недостатков цанг этого типа является увеличение габаритных размеров всего зажимного узла по диаметру.
Для изготовления цанг средних и крупных размеров в основном используются стали марок 65Г, 12ХНЗА, У7А, У8А. Считается целесообразным использовать малоуглеродистые цементируемые стали. Опытные данные показывают, что цементируемые стали работают не хуже углеродистых. Наличие, например, никеля в цементируемой стали 12ХНЗА обеспечивает стойкость цанги на истирание, а цементация придает ей относительно хорошие пластические свойства. Тем не менее на большинстве заводов отдают предпочтение стали 65Г.
Р
ассмотрим
какие усилия возникают при работе цанги
при отсутствииосевого
упора.
P = (Q+Q")tg( α + φ )
Q - усилие зажима поверхности загото вки рассчитывается по формуле
М - момент резания М = Р z V подставим значения момента резания
Где - V - расстояние от оси до точки приложения силы резания R - радиус заготовки на участки зажима.q - составляющая часть усилия сдвигающая заготовку вдоль оси.
ƒ - стрела прогиба. к - коэффициент запаса
Q 1 - усилие необходимое для сжатия всех липесков цанги до соприкосновения с заготовкой.
φ - угол трения между цангой и корпусом
где Е - модуль упругости.
1 - момент инерции сектора в заделе цанги.
f - стрела прогиба.
l- длина леписка цанги от места задела до середины конуса.
Вакуумные зажимные устройства
Вакуумные зажимные устройства работают по принципу непосредственной передачи атмосферного давления на закрепляемую заготовку.
Вакуумные устройства могут применяться для удержания заготовок из различных материалов с плоской или криволинейной поверхностью. Сила закрепления достаточна для выполнения операций отделки и чистовой обработки. Вакуумные устройства весьма эффективны для закрепления тонких пластин. Базовые поверхности заготовки могут быть как чисто обработанными, так и чёрными, но достаточно ровными без заметных на глаз впадин и выступов.
При наличии шлифованных поверхностей допускается установка заготовок без уплотнения. Открепление заготовок осуществляется сообщением полости из которой выкачен воздух с атмосферой.
Сила прижимающая заготовку рассчитывается по такой формуле
Q = F(l,033-P) кг.
где F - площадь в см 2 , границы которой берутся по линии уплотнения Р -вакуум создаваемый в полости приспособления отсасывающим устройством.
На практике применяется вакуум 0,1 0,15кг/см 2
Применения более глубокого вакуума обходится дорого, а усилие закрепления увеличивается незначительно.
Для равномерного многоточечного прижима заготовки к плите на установочной плоскости выполняют большое количество отверстий равномерно расположенных.
В этом случае закрепление проходит без местного выпучивания и коробления заготовки. Вакуум для индивидуальных установок создается:
а) центробежными насосами Р = 0,3 кг/см 2
б) поршневыми одноступенчатыми Р = 0,005 кг/см 2
двухступенчатыми Р = 0,01 кг/см 2