О В Литвин - Вплив робочих процесів на точність базування заготовки у трикулачковому самоценруючому патроні - страница 1

Страницы:
1 

ВІСНИК ЖДТУ № 3 (50)

Технічні науки

УДК 621.9.06-229.323

О.В. Литвин, к.т.н., доц.

Національний технічний університет України «КПІ»

ВПЛИВ РОБОЧИХ ПРОЦЕСІВ НА ТОЧНІСТЬ БАЗУВАННЯ ЗАГОТОВКИ У ТРИКУЛАЧКОВОМУ САМОЦЕНРУЮЧОМУ ПАТРОНІ

У статті наведені результати теоретичних та практичних досліджень впливу різноманітних чинників на точність базування та закріплення заготовки у самоцентруючих затискних патронах, які використовуються для затиску штучних деталей.

Вступ. Для встановлення та затиску деталей на токарних верстатах зазвичай широко використовують трьохкулачкові самоцентруючі затискні патрони, в тому числі спірально-рейкові за ГОСТом 2675-89, призначені для встановлення на універсальних токарних, револьверних, внутрішньо шліфувальних верстатах, подільних головках та інших пристосуваннях.

З практики відомо, що при тривалій експлуатації трикулачкових самоцентруючих патронів при звичайних методах встановлення та затиску на оброблюваних поверхнях деталі можуть з'являтися «чорні» ділянки, що вказує на те, що розрахованого технологом міжопераційного припуску не вистачає.

При тривалій експлуатації і підвищеному зносі деталей механізму затиску в збільшені зазори між деталями патрона можуть попадати бруд, пил, окалина, стружка й інші тверді тіла, що не дозволяють деталям займати крайні положення. Це є причиною підвищеної похибки встановлення заготовки у самоцентруючому трикулачковому патроні.

Аналіз проведених досліджень. Дослідженнями геометричної точності, розробками та випробуваннями конструкцій затискних патронів для закріплення і обробки штучних деталей займалось ряд дослідників, у тому числі Ю.М. Кузнєцов [2], Р.І. Лякас [3] та інші. Але результатами досліджень було встановлено лише вплив геометричних параметрів патронів на складові точності закріплення в патроні. Фактор впливу зношення, як випадкового чинника, поки залишається поза увагою дослідників.

На практиці для досягнення точного положення заготовки після затиску використовують метод «вивіряння» [4]. Але в трикулачковому самоцентруючому патроні вивірці може піддаватися тільки вільний кінець заготівлі. Затиснутий у кулачках кінець заготовки вивірці не піддається (хіба тільки разом зі шпинделем).

Зміна положення краю заготовки, що затискається, може відбуватися при її переустановленні (повторному розтиску-затиску), при якому може відбутися зміна положення деталей клиноплунжерного механізму патрона відносно один одного. Тому на практиці для зменшення похибки установки заготівлі в патроні при розточуванні кулачків намічають положення патрона в просторі та маркером намічають одне з трьох гнізд для установки затискного ключа, і затиск-розтиск роблять на цьому гнізді.

Це виконується тому, що під дією сили земного тяжіння окремі деталі механізму затиску патрону (кулачки і спіраль Архімеда), вибравши зазори під дією сили земного тяжіння, майже завжди будуть знаходитися в крайнім нижнім положенні.

Мета роботи. Створити методику визначення впливу зношення елементів затискного патрона на похибку встановлення заготовки у трикулачковому самоцентруючому патроні, виконання розрахунків припусків з використаням запропонованої методики.

Результати проведених досліджень. Зробивши аналіз різних методів обробки деталей у трикулачковому самоцентруючому патроні, обробивши методами математичної статистики дані експериментальних досліджень, виконані в лабораторії верстатів кафедри конструювання верстатів і машин НТУУ «КПІ» напрошуються доповнення і зміни до пропозицій [1].

Деталі, що оброблюються в самоцентруючих патронах, можна розділити за двома показниками, при яких похибка встановлення приблизно однакова:

1. За методом обробки:

а) зовнішнє гостріння без виділення пилу;

б) зовнішнє гостріння і внутрішнє розточування глухих отворів з виділенням пилу;

в) розточування наскрізних отворів без виділення пилу;

г) внутрішнє шліфування, розточування наскрізних отворів з виділенням пилу.

Патрони, на яких виконувалась обробка заготовок на протязі хоча б 10 змін по методу "г", повинні розраховуватися з врахуванням похибки установки, незалежно від подальшого методу обробки.

2. За точністю обробки поверхні, що затискається:

а) до 0,1 мм;

б) до 0,3 мм;

в) понад 0,3 мм.

© О.В. Литвин, 2009

Рис. 1. Конструкція спірально-рейкового патрона та основні зазори, які впливають на роботоспроможність: Е та F - зазори в напрямних кулачка та корпусу патрона, G - зазор для вільного обертання диска зі спіраллю Архімеда в корпусі патрона, D - зазор між корпусом та боковими гранями кулачка

Для будь-якого патрона в загальному виді похибка встановлення заготовки в трикулачковому самоцентруючому патроні визначається як сума трьох похибок [2]:

де Еус - похибка встановлення заготовки; Еб - похибка базування; Ез - похибка закріплення; Впр -похибка виготовлення й експлуатації пристосування.

У свою чергу похибка Епр складається з чотирьох елементарних складових:

де Еп - похибка, пов'язана с направленим ріжучого інструмента, для трикулачкового патрона Еп = 0, Ее -похибка, пов'язана з встановленням патрона на верстаті.

Рис. 2. Викнення зазору S між кулачком та спіральним диском

На будь-яких моделях верстатів, де як затискне пристосування застосовується трикулачковий самоцентруючий патрон, передбачається можливість обробки "по місцю".

Крім того, на підприємствах з високою культурою виробництва періодичність перевірки й обробки кулачків вказується в технологічних процесах обробки деталей. Обробка кулачків виробляється, як правило, за розробленими методиками. Тому можна вважати, що Ее = 0.

Есб - похибка, пов'язана з точністю виготовлення і складання елементів патрона. Конструкція патрона передбачає рухливі бази (кулачки), що приводяться в рух зубчастим (конічним) і клиноплунжерним (спіраль Архімеда-кулачок) механізмами. Усі рухливі частини в сполученнях обов'язково повинні збиратися з гарантованими зазорами. На похибку установки заготовки, крім зазору S між кулачком та спіральним диском (рис. 2), будуть впливати зазори E, F і D (рис. 1), необхідні в плунжерному механізмі (кулачок-корпус патрона), і зазор G, необхідний для вільного обертання диска зі спіраллю Архімеда в корпусі патрона. Величина зазорів залежить від виконавчих розмірів і точності виготовлення цих розмірів (розміри 1, 2, 3 на рис. 1).

Ей - похибка, пов'язана із зношенням елементів передавально-підсилюючого механізму патрона. У трикулачковому самоцентруючому патроні ця похибка має найбільше значення із всіх елементарних похибок. Величина залежить від методу обробки заготівлі. Зношуються не самі настановні елементи (кулачки), що легко відновлюються обробкою "по місцю", а деталі механізму, що приводить у рух кулачки.

Розглянемо метод обробки - внутрішнє шліфування наскрізних отворів як найбільш значимий метод, що впливає на зношення деталей елементів передавально-підсилюючого механізму патрона. Підвищене зношення пояснюється тим, що при обертанні патрона кулачки спрацьовують як лопаті і затягують у середину патрона абразивний пил, а відцентрові сили змушують цей абразивний пил проникати в усі зазори, у тому числі і на поверхні тертя В і С (рис. 2) D, Е, і F (рис. 1) клино-плунжерного механізму, та на поверхню (рис. 1) обертання клинового механізму. Абразивний пил прилипає до робочих поверхонь і поступово накопичується.

Рис. 3. Кут в повороту спіралі Архімеда патрона Похибка встановлення заготовки у 3-кулачковому самоцентруючому патроні

Таблиця 1

Метод обробки

Допуск поверхні

затиску, мм

Напрямок сили різання

Діаметр базової поверхні, мм

 

 

 

6-10

10-18

18-30

30-50

50-80

80­120

120­180

Зовнішнє точіння і розточування глухих отворів

До 0,1 мм

Радіальний

100

120

150

200

300

450

650

 

 

Осьовий

70

80

100

130

200

300

470

 

До 0,3 мм

Радіальний

120

150

180

250

300

470

720

 

 

Осьовий

90

ПО

170

200

220

320

480

 

Понад 0,3 мм

Радіальний

150

200

220

280

400

500

800

ВІСНИК ЖДТУ № 3 (50)

Технічні науки

 

 

Осьовий

100

130

150

180

250

350

520

Зовнішнє точіння без пилу

До 0,1 мм

Радіальний

20

20

20

20

30

30

40

 

 

Осьовий

10

10

10

10

15

15

25

 

До 0,3 мм

Радіальний

50-80

100

 

 

Осьовий

30-50

80

 

Понад 0,3 мм

Радіальний

200

250

 

 

Осьовий

80

100

Розточування, розгортання наскрізних отворів

До 0,1мм

Радіальний

120

180

250

350

420

500

650

 

 

Осьовий

70

100

130

180

240

280

320

 

До 0,3 мм

Радіальний

180

250

320

450

620

700

750

 

 

Осьовий

80

120

160

220

280

320

350

 

Понад 0,3 мм

Радіальний

280

320

450

600

650

750

 

 

 

Осьовий

100

130

180

250

320

400

 

Розточування, розгортання наскрізних отворів

До 0,1 мм

Радіальний

150

280

350

420

520

650

 

 

 

Осьовий

100

160

220

250

280

350

 

 

До 0,3 мм

Радіальний

200

320

450

600

720

800

 

 

 

Осьовий

130

180

240

300

350

420

 

 

Понад 0,3 мм

Радіальний

280

350

500

600

800

1000

 

 

 

Осьовий

190

220

280

350

500

600

 

Залежно від величини допуску на розмір поверхні, по якій відбувається затиск заготовки, визначається кут повороту в спіралі Архімеда (рис. 3). Чим більший допуск, тим більший кут повороту спіралі Архімеда, тим більше абразивного пилу попадає між робочими поверхнями клинового механізму. Зусилля затиску досягає значних величин. Так, при довжині рукоятки ключа 250 мм зусилля затиску складає 25000 Н.

Абразивний пил переміщаючи під таким зусиллям по поверхні кулачка і спіралі Архімеда, при цьому відбувається зрізання з не шару металу. У результаті і кулачок, і спіраль піддаються впливу абразивного зношення.

a S

Рис. 4. Схема зношення кулачка та спіралі Архімеда

На рис. 4, а показано зношення кулачка та спіралі Архімеда - рис. 4, б. Розмір К визначається полем допуску на розмір поверхні, по якій виробляється затиск деталі. Заштриховані області - це шар абразивного зношення.

Вироблення на поверхні спіралі Архімеда створює новий кут у, що може бути більше кута самогальмування а, але кулачок буде утримуватися на поверхні спіралі за рахунок великого коефіцієнтатертя на поверхні із зношенням абразивним пилом (рис. 4, б). При несприятливому збігу обставин може відбутися розкріплення заготовки. Тому міжремонтні терміни служби патронів, що працюють на операціях внутрішнього шліфування, повинні бути скорочені до 1-2-х місяців.

Висновок. Виходячи з наведених матеріалів, розрахунок припусків необхідно робити, використовуючи запропоновану таблицю для визначення похибки встановлення заготовки у трикулачковому самоцентруючому патроні. У табл. 1 наведені осьові та радіальні відхилення, визначені дослідним шляхом для прямих кулачків.

ЛІТЕРАТУРА:

1. Справочник технолога-машиностроителя / Под ред. А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова. - М.: Машиностроение-1, 2003. - Т. 1. - 944 с.

2. Самонастраивающиеся зажимные механизмы: Справочник / Ю.Н. Кузнецов, А.А. Вачев, С.П. Сяров, А.Ц. Цървеников; Под ред. Ю.Н. Кузнецова. - К.: Техника; София: Гос. изд-во "Техника", 1988. - 222 с.

3. Лякас Р.И. Жесткость кулачков и точность центрирования токарных патронов // Станкостроение Литвы. - 1975. - Вып. 7. - С. 125-137.

4. Шаталин А.А. Технология машиностроения. - Л.: Машиностроение, 1985. - 511 с.

5. Ансеров Н.А. Приспособления для металлорежущих станков. - Л.: Машиностроение, 1975. -

665 с.

ЛИТВИН Олександр Валеріанович - кандидат технічних наук, доцент кафедри конструювання верстатів та машин Механіко-машинобудівного інституту національного технічного університету України «КПІ».

Наукові інтереси:

- моделювання та дослідження цільових механізмів верстатів;

- створення та правовий захист об'єктів промислової власності.

Подано 08.09.2009

Литвин О.В. Вплив робочих процесів на точність базування заготовки у трикулачковому самоцентруючому патроні

Литвин А.В. Влияние робочих процессов на точность базирования заготовки в трехкулачковом самоцентрирующемся патроне

УДК 621.9.06-229.323

Влияние робочих процессов на точность базирования заготовки в трехкулачковом самоцентрирующемся патроне / А.В. Литвин

В статье приведены результаты теоретических и практических исследований влияния разнообразных факторов на точность базирования и закрепления заготовки в самоцентрирующихся зажимных патронах, которые используются для зажима шучных деталей

Страницы:
1 


Похожие статьи

О В Литвин - Вплив робочих процесів на точність базування заготовки у трикулачковому самоценруючому патроні