3. Силовые приводы для автоматизации зажимных устройств в станочных приспособлениях

3.1. Пневматические приводы

Рис. 6. Пневмоприводы:

а – одностороннего действия;

б - двустороннего действия

В качестве пневматических силовых приводов в приспособлениях при-меняются пневматические цилиндры с поршнем (поршневые пневмоприводы) и пневматические камеры с диафрагмами (диафрагменные пневмоприводы). По способу соединения с приспособлением последние разделяются на встроенные, прикрепляемые и универсальные.

Встроенные пневмоприводы помещаются в корпусе приспособления и со-ставляют с ним одно целое. Прикрепляемые пневмоприводы отделены от корпуса приспособления и присоединяются к нему. Такой пневмоприводы может отделяться от данного приспособления и использоваться в другом приспособлении. Универсальный(агрегатированный) пневмопривод — это специальный пневмоагрегат, применяемый для перемещения зажимных элементов различных станочных приспособлений.

Поршневые приводы. Пневматические поршневые приводы бывают одностороннего и двустороннего действия. В пневмо-приводах одностороннего действия (рис. 6, а) сжатый воздух поступает только в одну полость 1 пневмоцилиндра и перемещает поршень 2 со што-ком 4 вправо при зажиме детали. При разжиме детали поршень 2 со штоком 4 отводится влево пружиной 3, установленной на штоке. В пневмоприводах двустороннего действия (рис. 6, б) сжатый воздух поочередно подается в обе полости 1 и 3 пневмоцилиндра и перемещает поршень 2 со штоком 4 при зажиме и разжиме деталей. Золотник 5 распределительного крана 6 служит для последовательной подачи сжатого воздуха в полость 1 или 8 пневмоцилиндра.

Пневмоприводы одностороннего действия используются в тех случаях, когда для разжима обрабатываемой детали не требуется больших усилий.

Рис. 7. Пневмоцилиндр для патронов токарных станков

Пневмоприводы двустороннего действия применяются тогда, когда, для за-жима нужны значительные силы или при большой длине хода поршня со штоком. Пневмоприводы применяются в приспособлениях, вращающихся при обработке детали (патроны токарных станков); в стационарных при-способлениях, устанавливаемых на столах станков; в приспособлениях, закрепляемых на вращающихся столах станков (приспособления к кару-сельно – фрезерным станкам с непрерывно вращающимся круглым столом или с делительным столом для позиционной обработки детали).

На рис. 7 показан пневмоцилиндр для перемещения кулачков пат-рона при зажиме и разжиме деталей, обрабатываемых на токарных станках. Пневмоцилиндр установлен на заднем конце шпинделя станка и вращается вместе с ним. На корпусе 1 пневмоцилиндра винтами закреплена крышка 12, в отверстие которой жестко посажена ось 11; на последней установлен не-вращающийся приемник сжатого воздуха 10. Внутри корпуса 1 находится поршень 3, закрепленный на штоке 4. На вращающейся оси 11 установлен шарикоподшипник, являющийся опорой для не вращающегося воздухо-приемника 10. В воздухоприемник 10 ввернуты штуцеры 7 и 8.

Во избежание просачивания сжатого воздуха из одной полости пневмо-цилиндра в другую применяются специальные уплотнения – манжеты 2 из маслостойкой резины, которые прижаты к поршню 3 кольцом 6. Утечке сжатого воздуха из пневмоцилиндра в атмосферу препятствует установленное в корпусе 1 резиновое уплотнение 5 и прокладки между крышкой 12 и корпусом 1, а утечке воздуха из воздухоприемника 10 препятствуют уплотнения - манжеты 9 и воротник.

При зажиме детали в патроне сжатый воздух подается к штуцеру 8 и, пройдя через верхнее отверстие в оси 11, крышке 12 и корпусе 1, посту-пает в правую полость пневмоцилиндра. Поршень 3 перемещается под дав-лением воздуха влево и через шток 4, тягу и другие промежуточные звенья патрона (на рисунке не показаны) сдвигает кулачки к центру патрона, при этом происходит зажим обрабатываемой детали. При разжиме детали сжатый воздух подается к штуцеру 7 и, пройдя через нижнее отверстие в оси 11, поступает в левую полость пневмоцилиндра. При этом поршень 3 перемещается вправо и через те же промежуточные звенья раздвигает ку­лачки патрона.

Рис. 8. Невращающийся пневмоцилиндр с полым штоком

для патронов токарных станков

Основные размеры вращающихся пневмоцилиндров нормализованы.

На рис. 8 показан невращающийся пневмоцилиндр с полым поршнем для перемещения зажимных устройств патрона при обработке деталей из прутка на токарном станке. Корпус 1 пневмоцилиндра неподвижно закреп­лен на передней бабке станка; следовательно, корпус 1 и поршень 2 не вращаются. Поршень перемещается вместе со втулкой 4 вдоль оси корпу­са 9, который закреплен на переднем конце шпинделя и вращается вместе с ним. При движении влево поршень, упираясь в подшипник 3, передвигает его и втулку 4 влево. При этом втулка 4 конической кольцевой выточкой а нажимает на шарики 8, установленные в отверстиях корпуса 9. В свою оче­редь шарики, нажимая на коническую поверхность б втулки 6, перемещают ее. При этом втулка 6 сжимает цангу 7, которая зажимает пруток. Крышка 5 ограничивает перемещение цанги 7 вправо.

Для увеличения силы на штоке применяют пневмоцилиндры с двумя или тремя поршнями, установленными на одном штоке. На рис. 9 показан пневмоцилиндр с двумя поршнями. Корпус 1 пневмоцилиндра разделен внутренней перегородкой 3 на две половины и закрыт крышками 4 и 6. Сжатый воздух подается в отверстие б, расходится по каналам а, в, г корпуса и, поступая в правые полости цилиндра, давит на поршни 2 и 5, перемещая их влево. При подаче в отверстие е сжатый воздух расходится по каналам д, жу и и, поступая в левые полости цилиндра, перемещает поршни вправо.

Рис. 9. Пневмоцилиндр с двумя поршнями на штоке

Пневмоцилиндры с несколькими поршнями на одном штоке применяются в качестве пневмоприводов стационарных и вращающихся приспособлений в том случае, когда шток должен передавать большую силу на зажимы приспособления, а конструкция станка или приспособления не позволяют применить пневмоцилиндр с поршнем большого диаметра (например, при установке пневмоцилиндров на шпинделях многошпиндельных автоматов, на машинных тисках и т. д.). Пневмоцилиндры с рычагом-усилителем развивают на штоке в несколько раз большую силу, чем пневмоцилиндры такого же диаметра без него, и применяются в приспособлениях, где требуется большая сила зажима обрабатываемой детали и нужен цилиндр небольшого диаметра. На рис. 10 показан пневмопривод с рычагом-усилителем для приведения в действие зажимов при закреплении и раскреплении обрабатываемых деталей в приспособлениях для фрезерных и сверлильных станков.

В пневмоцилиндре 1 установлен поршень 2 со штоком 3. На нижнем конце штока имеется паз, в который входит длинное плечо рычага-усилителя 4, установленного на оси 5. Короткое плечо рычага-усилителя входит в паз ползуна 6. В верхний конец ползуна ввинчена серьга 7, которая соединяется с зажимными устройствами приспособления. Сжатый воздух, последовательно поступая в бесштоковую и штоковую полости пневмоцилиндра, перемещает поршень со штоком вверх или вниз. Поршень через шток, рычаг-усилитель, ползун и серьгу перемещает зажимные устройства, которые зажимают или разжимают обрабатываемую деталь в приспособлении.

Рис. 10. Пневматический привод с усиливающим рычагом

Основные размеры поршневых пневмоцилиндров с усиливающим рычагом даны в справочной литературе.

Практически диаметр поршня выбирают по конструктивным сообра­жениям, а длину хода поршня в цилиндре — в зависимости от величины перемещения зажимных устройств приспособления.

Диафрагменные приводы. Пневмокамеры с упругими диафрагмами, как и поршневые пневмоцилиндры, бывают одностороннего и двустороннего действия. В зависимости от способа компоновки с приспособлениями пневмокамеры разделяются на универсальные, встраиваемые и прикрепляемые. На рис. 11 показана нормализованная пневмокамера одностороннего действия, применяемая для перемещения зажимов при закреплении деталей в стационарных приспо­соблениях.

Рис. 11. Нормализованная пневмокамера одностостороннего действия

Между двумя крышками 1 винтами зажата резинотканевая диафраг­ма 2, жестко прикрепленная к стальному диску 8, установленному на што­ке 4. Сжатый воздух через штуцер 5 поступает в бесштоковую полость пнев­мокамеры и перемещает диафрагму 2 с диском 3 и штоком 4 вправо; при этом осуществляется зажим детали в приспособлении. Когда сжатый воздух из бесштоковой полости выпускается в атмосферу, пружины 6 и 7 отводят ди­афрагму с диском и штоком в исходное положение, зажимы приспособления отходят от оси и разжимают обработанную деталь. Пневмокамера крепится к корпусу приспособления шпильками 3. Через отверстие а атмосферный воздух вытесняется из штоковой полости пневмокамеры при движении диа­фрагмы со штоком вправо.-

Рис. 12. Вращающаяся пневмокамера двустороннего

действия к токарному станку

На рис. 12 показана вращающаяся пневмокамера двустороннего дей­ствия, применяемая для перемещения кулачков патрона при зажиме и раз­жиме обрабатываемой детали. Пневмокамера устанавливается на заднем конце шпинделя токарного станка. Между крышками 1 и 2 винтами зажаты промежуточный диск 3 и две резинотканевые диафрагмы 5. Диск 4 жестко соединен со штоком 6 и диафрагмами 5. При впуске сжатого воздуха в пра­вую полость пневмокамеры диафрагмы с диском и штоком движутся влево через тягу, и промежуточные звенья патрона перемещают кулачки к его центру и происходит зажим обрабатываемой детали. При впуске сжатого воздуха в левую полость пневмокамеры диафрагмы с диском и штоком перемещаются вправо и через промежуточные звенья патрона разводят его ку­лачки, которые разжимают обрабатываемую деталь. На левом конце штока установлен воздухоприемник 7 двустороннего действия для последовательной подачи сжатого воздуха в левую и правую полости пневмокамеры. Во время работы станка воздухоприемник не вращается, но движется со штоком вдоль его оси.

Двусторонние пневмокамеры применяются в тех случаях, когда требу­ются значительные силы для зажима и разжима обрабатываемых деталей. Основные размеры пневмокамер нормализованы.

Пневмокамеры по сравнению с пневмоцилиндрами обладают некото­рыми преимуществами: 1) имеют более простую конструкцию и стоят де­шевле; 2) требуют меньшую точность изготовления и чистоты обработки по­верхностей деталей; 3) при нормальной эксплуатации диафрагмы пневмо­камер до износа выдерживают 500 ООО включений, тогда как манжеты пнев­моцилиндров — до 10 ООО включений; 4) исключают утечку сжатого воздуха до полного износа диафрагмы.

К недостаткам пневмокамер следует отнести небольшую величину пе­ремещения диафрагмы со штоком (5—35 мм), зависящую от диаметра, тол­щины и материала диафрагмы, и уменьшение усилия на штоке пневмока­меры при его перемещении от исходного положения. Поэтому пневмока­меры применяются в тех случаях, когда для зажима детали в приспособ­лении не требуется очень больших зажимных усилий и значительных перемещений диафрагмы со штоком.

В серийном и мелкосерийном производстве при обработке деталей на фрезерных, сверлильных и других станках применяются в основном уни­версальные приспособления с ручными зажимами. Чтобы повысить про­изводительность труда и облегчить условия работы станочника, необходимо ручные зажимы заменить механизированными. Для механизации зажимных устройств приспособлений следует применять универсальные пневмопри­воды (диафрагменные и поршневые).

Рис. 13. Универсальная пневмокамера двустороннего действия с рычажным усилителем

На рис. 13 показана универсальная пневмокамера двустороннего дей­ствия с рычажным усилителем, применяемая для механизации перемеще­ния зажимных устройств приспособлений при обработке деталей на фрезер­ных и сверлильных стан­ках. Внутри пневмока­меры установлены две резинотканевые диаф­рагмы 1, жестко прик­репленные к стальному штоку 8. В паз штока 8 справа и слева вставле­ны длинные плечи ры­чагов-усилителей 7, ус­тановленных на осях 6. На левом плече рыча­гов имеется по два ко­ротких отростка 5 и 4. Отростки 5 используют­ся для перемещения за­жимных устройств приспособления по вертикали, а отростки 4— по горизон­тали. При поочередной подаче сжатого воздуха в верхнюю и нижнюю по­лости пневмокамеры диафрагмы 1 и шток 8 будут опускаться или подни­маться и "через отростки рычага 7 перемещать зажимные устройства прис­пособлений при зажиме и разжиме обрабатываемых деталей. Благодаря на­личию двух рычагов пневмокамера может одновременно обслуживать два приспособления, так как каждое из них соединяется с одним из рычагов 7. Поочередная подача сжатого воздуха в полости пневмокамеры осуществ­ляется распределительным краном 2 при повороте рукоятки 3.

Основными величинами, определяющими работу пневмокамеры, яв­ляются сила Q на штоке и длина рабочего хода штока. В диафрагменных пневмоприводах сила Q зависит от отношения и расстояния штока от своего исходного положения (d — диаметр опорного диска, к которому прикреплена диафрагма, и D — диаметр рабочей части диафрагмы, или внутренний диаметр пневмокамеры). С увеличением отношения ~ сила Q на штоке возрастает. По мере удаления штока от своего исходного поло­жения сила Q уменьшается. В конце рабочего хода штока вся энергия сжа­того воздуха будет расходоваться на упругую деформацию диафрагмы; при этом полезное усилие на штоке снижается до нуля. Поэтому используют не всю длину рабочего хода штока диафрагмы, а только часть ее, чтобы сила на штоке составляла 80—85% силы при исходном положении штока. Прак­тически принимают отношение ~ = 0,7, при котором рабочая длина хода штока диафрагмы для тарельчатых диафрагм равна (0,22-f-0,30) D, а для плоских диафрагм — (0,16~0,2)D.

Рис. 14. Схема присоединения вращающегося пневмоцилиндра к воздушной сети и к патрону токарного станка

Вспомогательная аппаратура пневматических приводов. Для надежной работы приспособления с пневматическим приводом в сеть подвода сжатого воздуха включаются ряд приборов. На рис. 14 показана схема присоеди­нения вращающегося пневматического цилиндра 1 к воздушной сети и к пат­рону 5 токарного станка. Из цеховой сети сжатый воздух поступает в воз­душный фильтр 10, регулятор давления 2 с манометром 3, масленку 4, об­ратный клапан 6 распределительный кран 7 и по воздухопроводам 8 или 9 поочередно подается в правую или левую полости пневмоцилиндра 1 двустороннего действия.