среднее ПрОФессИОнАЛЬнОе ОБрАЗОВАнИе

В. В. ермолаеВ

технологическая

оснастка

Учебник

рекомендовано

Федеральным государственным учреждением

«Федеральный институт развития образования»

в качестве учебника для использования

в учебном процессе образовательных учреждений,

реализующих программы среднего

профессионального образования по укрупненной группе

специальностей 151000 «Технологические машины и оборудование»

регистрационный номер рецензии 464 от 04 октября 2010 г. ФГУ «ФИрО»

2-е издание, стереотипное УДК 621.7.07(075.32) ББК 30.605я723 Е741 Рецензент — преподаватель высшей категории ГОУ СПО «Московский государственный техникум технологий и права», канд. техн. наук, доц. А. И. Ильянков Ермолаев В. В.

Е741 Технологическая оснастка : учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / В. В. Ермолаев. — 2-е изд., стер. — М. : Издательский центр «Академия», 2013. — 256 с.

ISBN 978-5-4468-0270- Рассмотрены основные вопросы конструирования и расчета технологической оснастки, типовые элементы станочных приспособлений, а также приспособления для металлорежущих станков основных групп. Описаны способы базирования и зажима заготовок и расчета погрешностей установки изделий в приспособлении. Уделено внимание оснастке для станков с ЧПУ и приспособлениям для гибких производственных систем. Изложены вопросы технологии применения сборочных и контрольных приспособлений.

Учебник может быть использован при изучении общепрофессиональной дисциплины «Технологическая оснастка» в соответствии с ФГОС СПО для специальности 151901 «Технология машиностроения».

Для студентов учреждений среднего профессионального образования.

УДК 621.7.07(075.32) Учебное издание ББК 30.605я Ермолаев Валерий Вячеславович Технологическая оснастка Учебник 2-е издание, стереотипное Редактор В. Н. Махова. Технический редактор Е. Ф. Коржуева Компьютерная верстка: Р. Ю. Волкова. Корректор С. Ю. Свиридова Изд. № 102114330. Подписано в печать 09.07.2013. Формат 60 90/16.

Бумага офс. № 1. Гарнитура «Балтика». Печать офсетная. Усл. печ. л. 16,0.

Тираж 1 000 экз. Заказ № ООО «Издательский центр «Академия». www.academia-moscow.ru 129085, Москва, пр-т Мира, 101В, стр. 1.

Тел./факс: (495) 648-0507, 616-00-29.

Санитарно-эпидемиологическое заключение № РОСС RU. AE51. H 16476 от 05.04.2013.

Отпечатано с электронных носителей издательства.

ОАО «Тверской полиграфический комбинат», 170024, г. Тверь, пр-т Ленина, 5.

Телефон: (4822) 44-52-03, 44-50-34. Телефон/факс: (4822) 44-42-15.

Home page — www.tverpk.ru Электронная почта (E-mail) — [email protected] Оригинал-макет данного издания является собственностью Издательского центра «Академия», и его воспроизведение любым способом без согласия правообладателя запрещается © Ермолаев В. В., © Образовательно-издательский центр «Академия», © Оформление. Издательский центр «Академия», ISBN 978-5-4468-0270- Уважаемый читатель!

Данный учебник является частью учебно-методического комплекта по специальности «Технология машиностроения».

Учебник предназначен для изучения общепрофессиональной дисциплины «Технологическая оснастка».

Учебно-методические комплекты нового поколения включают в себя традиционные и инновационные учебные материалы, позволяющие обеспечить изучение общеобразовательных и общепрофессиональных дисциплин и профессиональных модулей. Каждый комплект содержит учебники и учебные пособия, средства обучения и контроля, необходимые для освоения общих и профессиональных компетенций, в том числе и с учетом требований работодателя.

Учебные издания дополняются электронными образовательными ресурсами. Электронные ресурсы содержат теоретические и практические модули с интерактивными упражнениями и тренажерами, мультимедийные объекты, ссылки на дополнительные материалы и ресурсы в Интернете. В них включен терминологический словарь и электронный журнал, в котором фиксируются основные параметры учебного процесса: время работы, результат выполнения контрольных и практических заданий. Электронные ресурсы легко встраиваются в учебный процесс и могут быть адаптированы к различным учебным программам.

Учебно-методический комплект по дисциплине «Технологическая оснастка» включает в себя электронный образовательный ресурс «Технологическая оснастка».

Учебно-методический комплект разработан на основании Федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования с учетом его профиля.

Предисловие Повышение производительности механической обработки и сборки изделий в значительной степени зависит от уровня механизации и автоматизации станочных приспособлений. Внедрение станков с ЧПУ определяет ряд специфических требований, обусловленных особенностями их применения.

Соответственно предъявляются требования и к станочным приспособлениям, их конструкции, расчету и применению. Станочные приспособления должны иметь повышенную точность. Погрешности базирования и закрепления, возникающие при установке заготовок в этих приспособлениях, должны быть сведены к минимуму. Для обеспечения возможности использования полной мощности станка на черновых операциях станочное приспособление должно иметь повышенную жесткость и вместе с тем его конструкция должна обеспечивать получение высокой точности на чистовых операциях.

Относительное перемещение заготовок и инструмента на станках с ЧПУ осуществляется в системе заранее заданных координат.

Следовательно, заготовки должны иметь полное базирование, а их базы — строго определенное положение относительно начала координат станка, т. е. его нулевой точки.

Современные станки, снабженные числовым программным управлением, позволяют уменьшить время зажима-разжима заготовок, а значит, и время простоя станков. Эффективность таких станков характеризуется ростом производительности, сокращением срока подготовки производства и технологической оснастки, уменьшением брака, обеспечением взаимозаменяемости деталей, сокращением или полной ликвидацией разметочных и слесарноподгоночных работ, существенным уменьшением трудоемкости изготовления деталей и повышением производительности труда.

В связи с изложенным основное место в данном учебнике уделяется принципам действия приспособлений для оснащения станков основных технологических групп и станков с ЧПУ.

В учебнике также приведены общие методологические положения по проектированию станочных приспособлений, усвоив которые студент может творчески подойти к созданию приспособлений различного назначения.

При подготовке учебника были использованы отраслевые нормативно-технические материалы, государственные стандарты, проспекты отечественных и зарубежных фирм, справочная и производственная литература.

От других изданий, посвященных станочным приспособлениям, данный учебник отличается насыщенностью иллюстративного материала, анализом схем базирования и закрепления заготовок, наличием материала по прогрессивной технологической оснастке и оснастке для станков с ЧПУ и гибких производственных систем.

Учебник написан в соответствии с программой курса «Технологическая оснастка», посвященного станочным приспособлениям, который тесно связан с курсами «Процессы формообразования и инструменты», «Гидравлические и пневматические системы», «Технология машиностроения», «Оборудование машиностроительного производства» и др.

Учебник содержит сведения, которые могут быть использованы при конструировании технологической оснастки на предприятиях.

Введение Развитие технологии машиностроения в настоящее время определяет ее важная составляющая часть — технологическая оснастка.

Технологической оснасткой являются средства технологического оснащения, дополняющие технологическое оборудование для выполнения определенной части технологического процесса.

Например, к технологической оснастке относятся режущие инструменты, штампы, пресс-формы, литейные формы, приспособления.

Приспособления, предназначенные для установки заготовок или для направления режущих инструментов при выполнении технологических операций механической обработки на металлорежущих станках, называются станочными приспособлениями. В зависимости от типа станка станочные приспособления подразделяются на сверлильные, фрезерные, токарные, шлифовальные и др. С помощью станочных приспособлений и приспособлений для установки и закрепления режущего инструмента осуществляется наладка системы станок — приспособление — заготовка, обеспечивающей оптимальную работу и выполнение станочных операций.

Интенсификация производства в машиностроении связана с модернизацией оборудования на базе применения новейших достижений науки и техники. Техническое перевооружение, подготовка производства новых видов продукции машиностроения и их модернизация неизбежно включают в себя процессы проектирования средств технологического оснащения и их изготовления.

В машиностроении в общем объеме средств технологического оснащения примерно 50 % составляют станочные приспособления, применение которых позволяет:

надежно базировать и закреплять обрабатываемую деталь с сохранением ее жесткости в процессе обработки;

стабильно обеспечивать высокое качество обрабатываемых деталей при минимальной зависимости качества от квалификации рабочего;

повысить производительность и облегчить условия труда за счет внедрения механизации;

расширить технологические возможности используемого оборудования.

В процессе обработки детали образуется технологическая система, включающая в себя станок, приспособление, инструмент, заготовку, средства измерения и контроля, оператора и окружающую среду, воздействующую на систему человек — машина.

При обработке заготовки силы резания вызывают упругие деформации технологической системы. Колебания сил резания и жесткости элементов технологической системы в различных сечениях приводят к появлению погрешностей формы и размеров обрабатываемых деталей. Погрешности, возникающие под влиянием упругих деформаций, составляют 80 % от всех погрешностей обработки.

Следовательно, точность обрабатываемых деталей зависит от жесткости элементов технологической системы, т. е. с увеличением жесткости этих элементов повышается точность и производительность обработки. Особенно велика роль жесткости элементов в станках, на которых совмещены черновая и чистовая обработка. Также существенно зависит от жесткости вибрация станков, которая рассматривается как точность под нагрузкой.

Технологическая система — это система для выполнения технологических процессов и операций, в состав которой входят следующие компоненты: станок, станочное приспособление, инструмент, заготовка, средства измерения и контроля, оператор, окружающая среда и готовое изделие. Основное требование, предъявляемое к технологической системе, — обеспечение требуемых производительности и точности обработки (включая точность размеров, формы и взаимного расположения обработанных поверхностей, их волнистость и шероховатость). На точность обработки влияют все компоненты технологической системы.

Станок — это технологическая машина, предназначенная для размерной обработки заготовок, главным образом снятием стружки режущим инструментом. При этом используются также специальные методы обработки (электрофизические, электрохимические, лазерным лучом, пластическим деформированием) и операции, связанные с измерением или с контролем заготовок и деталей, а в ряде случаев и с их сборкой.

При работе станка учитываются следующие его параметры:

жесткость, геометрическая и объемная точность, кинематическая точность, точность позиционирования, точность компоновки, точность настройки;

температура, износ, скорость резания, подача, глубина резания.

Приспособление (станочное, сборочное, контрольное и др.) является одним из определяющих компонентов технологической системы. Приспособления должны обеспечивать заданную точность положения инструмента или заготовки при обработке на станке.

Деформация и изнашивание зажимных элементов приспособления, посадочных, установочных и направляющих поверхностей изменяют начальные характеристики его точности и увеличивают с течением времени соответствующую составляющую суммарной погрешности обработки. Характеристики приспособлений: жесткость, геометрическая точность, точность установки, температура, износ.

Инструмент — компонент технологической системы, с использованием которого на заготовке образуется поверхность заданной формы. Характеристики инструмента: жесткость, точность, температура, материал, износ, конструкция.

Заготовка — предмет производства, из которого изменением формы, размеров, шероховатости поверхности и свойств материала изготовляют деталь. Заготовку характеризуют:

ее входные данные;

жесткость, точность, материал, твердость, структура, температура;

размер и форма необходимой технологической базы;

размеры самой заготовки и точность ее установки.

Средства измерения и контроля различают по следующим признакам:

тип и вид контролируемых величин;

назначение (универсальные средства и специальные);

число проверяемых параметров при одной установке объекта измерения (одномерные и многомерные);

степень механизации и автоматизации измерений (ручные, механизированные, полуавтоматические, автоматические).

В машиностроении средства измерения и контроля используют для определения следующих геометрических величин: больших длин и диаметров, линейных размеров, углов и конусов зубчатых колес, формы и расположения поверхностей зубчатых колес, размеров резьб, шпоночных и шлицевых соединений, толщины покрытия, шероховатости и волнистости.

Оператор — это рабочий-станочник, участвующий в осуществлении технологического процесса, который также может вносить погрешности в точность обработки или, наоборот, способствовать достижению более высокой точности. Процесс обработки — это реализация взаимодействий сложной системы человек — машина.

Окружающая среда — это совокупность физических, химических, биологических и психологических факторов, воздействующих на систему человек — машина.

Готовое изделие характеризуется размером, формой, взаимным расположением поверхностей, качеством поверхностного слоя, т. е. готовое изделие должно соответствовать определенным данным, соответствующим чертежу.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

О ПРИСПОСОБЛЕНИЯХ

РАЗДЕЛ

Глава 1. Классификация приспособлений Глава 2. Основные положения теории базирования Глава 3. Элементы приспособлений Глава 4. Зажимные механизмы глава 1.1. УстояВшиеся назВания станочноЙ Применяемые в машиностроении приспособления, в том числе станочные, имеют определенные названия. Рассмотрим некоторые устоявшиеся названия приспособлений.

Центры — приспособления, предназначенные для центрирования деталей типа валов, а также для центрирования деталей и сообщения им вращательного движения (поводковые). В основном центры применяются для токарных и круглошлифовальных станков.

Оправки — приспособления, предназначенные для центрирования деталей типа втулок и дисков. Оправка вращается вокруг своей оси, и ее базовой поверхностью является, как правило, цилиндрическая поверхность и реже торцевая. Наиболее распространено применение оправок при токарных, круглошлифовальных, зубообрабатывающих и фрезерных работах.

Патроны и планшайбы — приспособления, предназначенные для базирования, закрепления деталей и для сообщения им вращательного движения. Патроны и планшайбы имеют корпус, выполненный в виде тела вращения (фланца, диска, цилиндра), на котором располагаются постоянные или сменные устройства (кулачки, пальцы — поводки и др.). Конструкция патрона предусматривает встроенный механизм с постоянными или сменными элементами, служащими для закрепления и базирования деталей. Патрон отличается от оправки тем, что закрепление детали типа втулки и ее базирование осуществляются не по всей поверхности отверстия, а по отдельным ее точкам, которые имеют контакт с подвижными зажимными элементами патрона. Планшайбы представляют собой устройства для закрепления и центрирования обрабатываемых деталей, при этом в них предусмотрена возможность установки сменных крепежных элементов, в то время как встроенные постоянные механизмы для зажима в планшайбах отсутствуют.

Тиски — приспособления, предназначенные для зажима деталей между элементами, смонтированными на специальном корпусе (основании).

Столы и плиты — приспособления, предназначенные для закрепления деталей и размещения сменных элементов. Отличительные особенности этих приспособлений следующие: плоскопараллельная форма; наличие привода, используемого для закрепления деталей; наличие базовой поверхности с пазами, которые могут быть использованы для размещения сменных элементов.

Столы и плиты могут иметь прямоугольную или круглую форму.

Круглые столы и плиты могут поворачиваться относительно некоторой оси, что сообщает этим приспособлениям дополнительные возможности. Круглые (поворотные) столы напоминают патроны и планшайбы, только в отличие от патронов и планшайб, совершающих главное движение при обработке, столы совершают движение подачи.

Кондукторы — приспособления, предназначенные для направления инструмента в сверлильных и резьбонарезных операциях.

Делительные головки и приспособления предназначены для сверлильных и фрезерных работ.

1.2. классиФикаЦия ПрисПособлениЙ По стеПени сПеЦиализаЦии Уточнение конструктивных особенностей приспособлений происходит посредством подразделения их на типы. В качестве признака, определяющего тип приспособления, выбирается степень универсальности (или специализации) оснастки.

По степени специализации технологическую оснастку можно подразделить на следующие группы:

универсально-безналадочные приспособления;

универсально-наладочные приспособления;

универсально-сборные приспособления;

сборно-разборные приспособления;

неразборные специальные приспособления;

специализированные наладочные приспособления;

универсально-сборные переналаживаемые приспособления.

Универсально-безналадочные приспособления (УБП) включают в себя универсальные приспособления общего назначения:

центры, поводковые устройства, оправки, токарные патроны, цанговые приспособления, плиты магнитные и электромагнитные, столы и т. д. Они изготовляются как элементы, принадлежащие станку, заводом — изготовителем станков или специализированными предприятиями. Применяются УБП в единичном и мелкосерийном производстве.

Универсально-наладочные приспособления (УНП) включают в себя приспособления, состоящие из постоянной части и сменных наладок. Постоянная часть во всех случаях остается неизменной, а сменная наладка заменяется в зависимости от конкретной обрабатываемой детали. Постоянная часть имеет корпус и зажимное устройство с приводом (чаще пневматическим). Иногда в нее встраивают делительное устройство и другие элементы (кроме опорных и направляющих). Постоянная часть изготовляется заранее и применяется многократно.

Перед очередным использованием УНП требуется произвести лишь смену наладки или некоторую дополнительную обработку.

Наладка представляет собой сменные опорные и направляющие элементы. Каждый комплект наладки, предназначенный только для конкретной детали и конкретной операции обработки, в данном случае является специальным. С помощью УНП заготовка устанавливается с такой же точностью и быстротой, как и при использовании дорогостоящего специального приспособления. Универсальность УНП несколько ограничивается определенными размерами постоянной части, которая обычно нормализуется в пределах предприятия или отрасли. К числу нормализованных приспособлений, на базе которых собирают УНП, относятся машинные тиски, скальчатые кондукторы, пневматические патроны со сменными кулачками, планшайбы с переставными угольниками для растачивания на токарном станке деталей сложной формы и т. д. Универсально-наладочные приспособления применяются в серийном производстве, а на станках с ЧПУ — в мелкосерийном производстве.

Универсально-сборные приспособления (УСП) включают в себя приспособления, компонуемые из нормализованных деталей и узлов. Каждая компоновка УСП обладает всеми основными свойствами специального приспособления: предназначена для обработки конкретной детали на определенной операции, обеспечивает базирование заготовки без выверки и требуемую точность.

По истечении надобности в таком приспособлении оно разбирается на составные детали и узлы, которые могут многократно использоваться для компоновки других приспособлений. Отличительной особенностью УСП является крестообразное взаимноперпендикулярное расположение на сопрягаемых поверхностях Т-образных и шпоночных пазов. Основные детали и сборочные единицы, из которых компонуются УСП, условно подразделяются на следующие группы:

базовые детали (плиты прямоугольные и круглые, угольники);

корпусные детали (опоры, призмы, подкладки и др.);

установочные детали (шпонки, штыри, пальцы и др.);

прижимные детали (прихваты, планки);

крепежные детали (болты, шпильки, винты и др.);

разные детали (ушки, вилки, хомутики, оси, рукоятки и др.);

сборочные единицы (поворотные головки, кронштейны, центровые бабки и др.).

В приборостроении и машиностроении используются комплекты УСП с шириной П-образного и верхней части Т-образного пазов соответственно 8; 12 и 16 мм, образующие серии. Комплекты УСП применяются в единичном и мелкосерийном производстве.

При использовании вместо ручных зажимов гидрозажимов или пневмозажимов УСП можно применять и в крупносерийном производстве. На станках с ЧПУ УСП применяются в единичном и мелкосерийном производстве.

Сборно-разборные приспособления (СРП) являются разновидностью УСП. В компоновках СРП в отличие от УСП число сборочных единиц преобладает над числом деталей. Эти приспособления переналаживаются посредством перекомпоновки, регулирования положений базирующих и зажимных элементов или замены сменных наладок. Обычно СРП собирают на период выпуска определенного изделия. После обработки партии деталей такое приспособление снимают со станка и хранят до запуска в обработку новой партии. Разбирают СРП только при смене объекта производства.

Компонуются СРП из стандартных деталей и сборочных единиц, фиксируемых относительно друг друга системой палец — отверстие, для чего в базовых деталях имеются сетки точных координатнофиксирующих отверстий. К столу станка детали и сборочные единицы СРП крепятся с помощью Т-образных пазов. Применяются эти приспособления в единичном и мелкосерийном производстве, а на станках с ЧПУ — в мелкосерийном производстве.

Неразборные специальные приспособления (НСП) служат для обработки только определенной детали на одной конкретной операции. Специальные приспособления имеют следующее преимущество: позволяют без выверки придать заготовке требуемое положение относительно станка и режущего инструмента и благодаря этому при одной настройке обработать всю партию заготовок.

К НСП относятся патроны для токарных автоматов и полуавтоматов, мембранные патроны, гидропластмассовые приспособления и др. Применяются НСП в крупносерийном и массовом производстве. На станках с ЧПУ такие приспособления можно применять лишь в качестве исключения, если нельзя использовать ни одну из переналаживаемых систем.

Специализированные наладочные приспособления (СНП) обладают определенной универсальностью вследствие наличия в них элементов, допускающих наладку посредством регулировки.

Благодаря этому одно и то же СНП можно применять для обработки ряда деталей одной конструкторско-технологической группы.

К этим устройствам относятся переналаживаемые планшайбы, патроны, оправки, кондукторы и т. д. Применяются СНП в серийном и крупносерийном производстве, а также на станках с ЧПУ.

Универсально-сборные переналаживаемые приспособления (УСПО) представляют собой комплекс элементов, каждый из которых многократно используется и не требует подгонки к другим элементам. Такой комплекс элементов имеет повышенные износостойкость, виброустойчивость и стабильность точностных параметров. Материалом для более 80 % всех деталей УСПО служит сталь 12ХН3А. Жесткость конструкции УСПО позволяет в сравнении с УСП повысить скорость резания в 1,5 — 1,7 раза.

1.3. классиФикаЦия ПрисПособлениЙ По ЦелеВомУ назначению Технологический процесс включает в себя операции закрепления заготовок и рабочего инструмента, сборочные, контрольные операции, а также операции захвата, перемещения и перевертывания заготовок. Следовательно, по целевому назначению все приспособления можно подразделить на следующие группы:

станочные приспособления для установки и закрепления обрабатываемых заготовок. К ним относятся приспособления сверлильные, фрезерные, расточные, токарные и др. (различаются по группам станков);

станочные приспособления для установки и закрепления рабочего инструмента. К ним относятся патроны для сверл, разверток, метчиков, многошпиндельные сверлильные и фрезерные головки, инструментальные державки для токарно-револьверных станков и автоматов и другие устройства. Эти приспособления называются вспомогательным инструментом;

сборочные приспособления, т. е. используемые для соединения деталей в изделии. Они обеспечивают крепление базовых деталей собираемого изделия, правильную установку соединяемых элементов, предварительное деформирование устанавливаемых упругих элементов, операции запрессовки, клепки, развальцовывания;

контрольные приспособления, применяемые для проверки заготовок при промежуточном и окончательном контроле деталей, а также при сборке машин;

приспособления для захвата, перемещения и перевертывания заготовок, деталей и собираемых изделий.

контрольные ВоПросы 1. Как классифицируются станочные приспособления по устоявшимся названиям?

2. Как подразделяются станочные приспособления по степени 3. Как классифицируются станочные приспособления по целевому