Станочных приспособлений для заготовок

1.1 Назначение оснастки, влияние
на производительность обработки, классификация

Применение приспособлений при изготовлении деталей
исключает разметку заготовок и выверку их при установке
на станках, расширяет их технологические возможности,
повышает производительность труда.

Ориентирование заготовок и деталей в приспособлениях
происходит автоматически за счёт контактирования их базо-
вых поверхностей с установочными элементами. При этом
обеспечиваются заданные точность и качество обрабатывае-
мых поверхностей, устраняются погрешности, связанные с
разметкой и выверкой заготовок.

Расширение технологических возможностей универсаль-
ных станков достигается за счёт их оснащения специальны-
ми приспособлениями. С помощью таких приспособлений,
например, на токарных станках можно осуществлять формо-
образование и отделочно-упрочняющую обработку поверхно-
стей, шлифование, протягивание, строгание, фрезерование и
другие процессы; на фрезерных — растачивание, долбление,
накатывание и вибронакатывание; на сверлильных — обра-
ботку точных по размерам и относительному положению от-
верстий, их хонингование, дорнование и раскатывание. В ре-
зультате оснащения приспособлениями можно сократить но-
менклатуру потребных станков, на типовом оборудовании —
изготавливать детали из труднообрабатываемых конструкци-
онных материалов.

С помощью приспособлений можно осуществлять уста-
новку инструментов, использование которых на данном станке
не предусмотрено, дополнительные перемещения обрабаты-

ваемой заготовки и инструмента, перемещение инструмента
относительно заготовки в требуемой последовательности. При
этом возможны установка заготовок и инструментов на не
предназначенных для этих целей поверхностях станков, по-
вышение точности положения и перемещения инструмента,
осуществление видов обработки, для которых данный ста-
нок не предназначен.

Применение приспособлений положительно сказывают-
ся на производительности труда. Это связано с сокращени-
ем штучного £_ш (штучно-калькуляционного t_lu _K) времени на
выполнение операций. Структура t_m _K, мин. выражается фор-
мулой

%.к. ~ ^ш ⁺ *п,з. ⁼ *о ⁺ *в ⁺ *т.о. ⁺ *о.о. ⁺ 'га ⁺ *п.з./^п»

где t₀ — основное время обработки;

t_e — вспомогательное время;

t_m₀ — время технического обслуживания рабочего ме-
ста;

t₀₀ — время организации обслуживания рабочего места;

t_n — время регламентированных перерывов;

t_n₃ и Т_п^ — подготовительно-заключительное время со-
ответственно на одну заготовку и на партию заготовок;

п — число заготовок в партии, шт.

При использовании приспособлений t_Q сокращается за счёт
совмещения обработки нескольких заготовок и различных
поверхностей одной заготовки, увеличения числа одновре-
менно работающих инструментов, повышения значений па-
раметров режима обработки. В этих целях обычно применя-
ются многоместные приспособления, многошпиндельные го-
ловки, многорезцовые державки, приспособления, повыша-
ющие жёсткость технологической системы (станок-приспо-
собление-инструмент-заготовка). Высокая жёсткость приспо-
соблений способствует устранению вибрации при обработке
и улучшению качества деталей, обеспечивает повышение
значений параметров режима и многоинструментальную об-
работку.

Вспомогательное время с применением приспособлений
уменьшается в результате автоматической ориентации (ба-
зирования) заготовок и деталей, сокращения времени на их
закрепление-открепление, совмещения t_g с t₀ использования
в конструкциях быстродействующих зажимных устройств,
механизации и автоматизации их работы, автоматических
загрузочных устройств, выталкивателей и фиксаторов, пово-
ротных и других устройств. За счёт применения многомест-
ных, многопозиционных и непрерывно действующих приспо-
соблений достигается перекрытие времени на установку —
снятие заготовок t₀.

В целях сокращения оперативного времени t_on (t_on = t₀ + t_e)
целесообразно использовать приспособления, повышающие
степень концентрации переходов и расширяющие возможнос-
ти интенсификации техпроцессов за счёт использования па-
раллельных и параллельно-последовательных схем, комбини-
рованной и совмещённой обработки поверхностей заготовок.

Время t_mo можно уменьшить путём применения много-
резцовых державок и блоков, быстросменных патронов, гиб-
ких легкопереналаживаемых приспособлений и устройств для
совмещённой и комбинированной обработки.

Время t₀₀ уменьшается прежде всего за счёт совершен-
ствования конструкции приспособлений и других мероприя-
тий, заключающихся в создании окон и лотков для отвода
стружки, очистки рабочих поверхностей установочных и за-
жимных элементов потоком смазочно-охлаждающих жидко-
стей (СОЖ) или струёй отработавшего сжатого воздуха, авто-
матического сбора и транспортирования стружки.

С возрастанием производительности труда снижается t_n,
так как в этом случае при одинаковом времени отдыха в
смену рабочий обрабатывает (собирает) большее количество
заготовок (сборочных единиц). Кроме того, t_n сокращается
при использовании приспособлений в результате облегчения
труда рабочих.

Обычно t_mj₀, t₀₀ и t_n принимаются в процентах от t_on.
Поэтому уменьшение t_on при применении приспособлений ав-

тематически приводит к сокращению времен t_mo, t₀₀ и t_n в
составе х_ш, ъ_шм.

Приспособления классифицируются по целевому назна-
чению, степени специализации, механизации и автоматиза-
ции, другим признакам.

По целевому назначению приспособления делятся на пять
групп:

— станочные приспособления для установки и закрепле-
ния заготовок; они обеспечивают связь заготовки со
станком, составляют до 80 % от общего количества при-
способлений и в зависимости от вида обработки под-
разделяются на токарные, фрезерные, шлифовальные,
сверлильные, расточные, строгальные и др.;

— станочные приспособления для установки и закрепле-
ния обрабатывающих инструментов (вспомогательный
инструмент), характеризующиеся в силу широкого ис-
пользования нормализованных и стандартных обраба-
тывающих инструментов большим количеством норма-
лизованных конструкций в виде различных патронов,
резцедержателей, оправок и других устройств. Сюда
относятся приспособления для обработки ППД (при-
способления группы обеспечивают связь инструмента
со станком);

— сборочные приспособления, используемые для уста-
новки базовых деталей, обеспечения правильного по-
ложения одной детали относительно другой, предва-
рительного деформирования собираемых упругих эле-
ментов (резиновых деталей, пружин, рессор), напрес-
совки, запрессовки, вальцовки, клёпки, пайки, свар-
ки, гибки по месту соединения и других сборочных
операций;

— контрольные приспособления, предназначенные для
проверки заготовок, промежуточного и окончательного
контроля изготавливаемых деталей, сборочных опера-
ций и единиц, машин. К этой группе относятся также
испытательные и контрольно-измерительные стенды;

— транспортно-кантовальные приспособления, использу-
емые для захвата, перемещения и перевёртывания об-
рабатываемых заготовок и собираемых изделий (обыч-
но в массовом и крупносерийном производствах).

По степени специализации приспособления подразделя-
ются на три группы:

— универсальные, включающие системы универсально-
безналадочных приспособлений (УБП), универсально-
наладочных приспособлений (УНП) и универсальных
устройств и средств (УУС);

— специализированные, состоящие из систем специали-
зированных безналадочных приспособлений (СБП) и из
специализированных наладочных приспособлений
(СНП);

^:; ■— специальные, в состав которых входят системы не-
разборных специальных приспособлений (НСП), уни-
версально-сборных приспособлений (УСП) и универ-
сально-сборных переналаживаемых приспособлений
(УСПП).
В переналаживаемых приспособлениях широко исполь-
зуются унифицированные функциональные фрагменты (УФФ)
в виде пространственно упорядоченных устойчивых наборов
деталей (сборочных единиц), выполняющих определённые
функции, например зажимного устройства и связи.

По степени механизации и автоматизации приспособ-
ления могут быть ручные, механизированные, автоматизи-
рованные (полуавтоматические) и автоматические.

Несмотря на большие различия в конструктивном офор-
млении, приспособления имеют практически одинаковую
структуру и состоят из:

— установочных элементов (опор);

— зажимных элементов, устройств и их приводов;

— элементов для определения положения и направления
инструментов;

— корпусов;

— вспомогательных устройств и элементов.

1.2 Установочные элементы
и дополнительные опоры

Установочные элементы (опоры) служат для ориента-
ции — базирования заготовок, деталей, сборочных единиц в
пространстве при обработке, сборке и контроле. Опоры могут
быть неподвижными, подвижными, плавающими и регули-
руемыми.

Неподвижные (постоянные) опоры соединяются жёстко с
корпусами приспособлений.

Подвижные опоры могут перемещаться по базе в процессе
обработки заготовок, убираться при необходимости обработки
базовых поверхностей или обеспечения возможности устано-
вок заготовок в приспособлениях по упрощённой кинематике
их перемещения (задвигания). Примерами таких установоч-
ных элементов могут быть опоры подвижных люнетов токар-
ных станков, убираемые упоры токарных и фрезерных стан-
ков, утопающие пальцы автоматических приспособлений.

Плавающие опоры используются для обеспечения кон-
тактирования нескольких баз заготовок одновременно с не-
сколькими установочными элементами. Они могут быть в
виде плавающих конических пальцев, плавающих центров
и других подобных элементов.

Регулируемые опоры могут использоваться в качестве
установочных элементов и обеспечивают путём регулирова-
ния их положения компенсацию износа по высоте или пере-
наладку приспособлений. Но чаще всего они используются в
роли дополнительных опор для повышения жёсткости нежё-
стких заготовок и подразделяются на подводимые и самоус-
танавливающиеся.

При базировании заготовок по плоским поверхностям
используются при необработанных базах точечные опоры со
сферической, плоской и рифленой рабочими поверхностями;
при обработанных базах — опорные пластины. Выбор точеч-
ных опор, опорных пластин, регулируемых опор, самоуста-
навливающихся осуществляется по ГОСТ.

По внешним цилиндрическим поверхностям заготовки
(детали) устанавливаются в призмы, втулки, полувтулки,
цанги, кулачки самоцентрирующихся патронов. По внутрен-
ним цилиндрическим и коническим поверхностям — на оп-
равки, пальцы, сухари, кулачки и другие установочные и
установочно-зажимные элементы.

Для установки заготовок (деталей) по центровым отвер-
стиям (гнёздам) и фаскам отверстий используются различные
центры, для установки зубчатых колёс по эвольвентным про-
филям — ролики, шары, витые пружины и другие элементы.

Разновидности наиболее распространённых установочных
элементов, центровых гнёзд (фасок) и дополнительных опор
показаны на рисунках 1.1, 1.2, 1.3 и 1.4. Установочные эле-
менты для установки заготовок по плоским базам (рис. 1.1)

Рис. 1.1 Установочные элементы для базирования

заготовок (деталей) по плоскостям:

а, б, в, г — точечные опоры соответственно со сферической,

плоской, рифлёной поверхностями; д — опорная пластина

по ГОСТ изготавливаются с размерами (мм): точечные опо-
ры — D = 6...40, d = 8...25, Я = 10...76, h = 6...40; опорные
пластины L = 60...220, В = 16...35, Н = 10...25. Установоч-
ные элементы для установки заготовок по цилиндрическим
поверхностям (рис. 1.2, а, б, г, д, е, ж) выполняются с пара-
метрами (мм): призмы — L = 25...150, В = 32...190,
Н= 10...70, а = 90° (реже 60°, 120°), значения диаметров
заготовок (деталей) D₃ = 5... 150; пальцы — L — Э...85;
I = 3...36; D = 1,6...50; d = 2,5...32, С = 0.5...6; а = 15 °: для
срезанных пальцев В = D - (0,5...5). Втулки 1 (рис. 1.2, в)
служат для установки заготовок 2 по пояскам и перпендику-
лярным им плоскостям и обработки инструментом 3 в разме-
ры Aw. Б.

Рис. 1.2 Установочные элементы для базирования

заготовок (деталей) по наружным и внутренним.

цилиндрическим и коническим поверхностям:

а, б — призмы длинная (широкая) и сдвоенная (узкая);

в — втулка; г, д, е, ж — пальцы постоянные с буртом

и без бурта, сменный с буртом, срезанный (ромбический);

з — плавающий (конический)

Плавающий конический палец 2 (рис. 1.2, з) распола-
гается во втулке 4 и в исходном положении находится под
действием пружины 5 в крайнем верхнем положении в пре-
делах паза до касания нижней его кромки с упором 6. При
установке заготовки 1 на подпружиненный конус 2, она
центрируется по коническому отверстию и под действием
собственного веса смещается вниз до контакта торцевой
поверхности с опорными пластинами 3. Таким образом, у
заготовки отнимается необходимых пять степеней свободы
перемещения. В этом положении она закрепляется при-
хватами 7.

Центры (рис. 1.3, а, г) могут быть цельными (исполне-
ние 1) и составными со вставками из твёрдых сплавов ВК6,
Т15К6 и др. (исполнение 2). Кроме того, центры изготавли-
ваются нормальной и повышенной точности. У первых пара-
метр Ra шероховатости рабочих поверхностей не должен быть
больше 0,63 мкм, а биение рабочих конусов с углом 60 ° от-
носительно конусов хвостовиков — 0,01 мм. У конусов по-
вышенной точности эти параметры соответственно уменьша-
ются до 0,32 мкм и 0,005 мм.

Плавающий центр (рис. 1.3, б) устанавливается в шпин-
дель токарного станка и предназначен для повышения точ-
ности базирования заготовки в осевом направлении. В ис-
ходном положении центр 2, размещённый в корпусе 1, выд-
винут под действием пружины 5 вперёд до упора правой по-
верхности паза в стопор 4. При поджиме центром задней баб-
ки заготовки 3 центр, центрируя заготовку, утопает, и она
своим торцом касается торца корпуса 1, установленного в
шпинделе станка. Вращающийся центр (рис. 1.3, в) исполь-
зуется для уменьшения потерь на трение и устанавливается
в пиноль задней бабки токарных станков. Эти центры обес-
печивают менее точное базирование заготовок в радиальном
направлении из-за наличия в них радиальных зазоров. Спе-
циальные центры могут быть срезанными (рис. 1.3, г). Они
обеспечивают возможность обработки торцов заготовки; гриб-
ковые — для установки заготовок по фаскам отверстий боль-

Рис. 1.3 Центры и центровые фаски в заготовках (деталях):

а, б, в, г — центры упорной обычной конструкции

(исполнение 1), плавающий, вращающийся для работ средней

тяжести, специальный (срезанный полуцентр, исполнение 2);

д, е, ж — центровые гнёзда обыкновенные, с защитной

фаской (выточкой), с внутренней резьбой

шого диаметра, поводковые для передачи крутящего момен-
та от шпинделя станка к заготовке и др.

Центровые гнёзда (рис. 1.3, д, е, ж) чаще всего являют-
ся искусственными базами. Они имеют следующие парамет-
ры: а = 60 °; D = 2,5d; а₂ = 120 °; D_x > D. Фаска под углом а₂ или выточка диаметром D_x служат для защиты основной
поверхности гнезда от забоин и других повреждений. Вы-
точка диаметром d_x служит для предотвращения смятия

1 С\

первой нитки резьбы, которая является конструктивным
элементом детали.

Если точечные опоры и постоянные пальцы запрессовы-
ваются в корпуса приспособлений, то регулируемые устано-
вочные элементы (рис. 1.1, г) чаще всего соединяются с кор-
пусами посредством резьбы и стопорятся контргайками.

Дополнительные подводные опоры могут быть винтовые
(рис. 1.1, г) или винтоклиновые. Из схемы винтоклиновой
опоры (рис. 1.4, а) следует, что при вращении винта 1 в кор-
пусе 2 клин 3 перемещается и подводит опору 4 к заготов-
ке 5. Для опускания опоры винт вращается в обратном на-
правлении. Указанный винтоклиновой механизм является са-
мотормозящейся системой, так как угол клина 3 принимает-
ся а < 8...Э °. Является самотормозящимся и винтовое соеди-
нение. Поэтому в указанной конструкции отпадает потреб-
ность в стопорном устройстве. Такие опоры используются для
обработки тяжёлых заготовок. При наличии в приспособле-
нии нескольких винтоклиновых подводных опор желательно
централизованное их управление от одного привода.

Рис. 1.4 Дополнительные опоры:

а — регулируемая (подводимая);

б — самоустанавливающаяся

Конструкция самоустанавливающейся дополнительной опо-
ры (унифицированный функциональный фрагмент — УФФ)

показана на рисунке 1.4, б. Опора 1 своим хвостовиком под-
вижно установлена в отверстии корпуса 7 и под действием
пружины 6 находится в верхнем положении. При действии
веса заготовки 8 она утопает, и заготовка своей базовой повер-
хностью контактирует с установочными элементами. В таком
положении опора по скосу на хвостовике под углом а фикси-
руется пальцем 3, поджимаемым вращением винта 4. Корпус 7
своим хвостовиком А диаметром 25, 32, 40 мм устанавливает-
ся по посадке H7/J6 в корпус 5 приспособления. Угол скоса
а = 9 °. Колпачок 2 предохраняет подвижное соединение от
загрязнения. Стандартом, помимо описанной (исполнение 2),
предусмотрена опора (исполнение 1) с фланцевым креплением
к корпусу приспособления.

Требования к установочным элементам связаны с их фун-
кциональным назначением. Они должны длительное время
сохранять свои размеры и относительное положение, быть
износостойкими. Для этого они изготавливаются из угле-
родистых и легированных сталей (У7, У8, У10А, 65Г и др.)
с закалкой до твёрдости 58...63 HRC₃ или из конструкци-
онных сталей (15ХН, 20, 20Х и др.) с цементацией слоя
толщиной 0,8...1,2 мм и последующей закалкой до той же
твёрдости. В ряде случаев они изготавливаются из твёрдых
сплавов (ВК6М, ВК8 и др.), армируются ими или другими
твёрдыми и износостойкими материалами. Шероховатость
рабочих поверхностей элементов для установки заготовок
по обработанным базам обычно соответствует параметру
Ra = 2,5...0,2 мкм.

Кроме того, установочные элементы не должны ухудшать
качество поверхностей деталей. Стыки их с другими элемен-
тами приспособлений в направлении действия сил должны
быть жёсткими, что достигается тщательной отделкой, кон-
тактирующих поверхностей, повышенной твёрдостью мате-
риала и предварительной затяжкой (притягиванием элемен-
тов к корпусам). В целях упрощения и ускорения ремонта и
переналадки приспособлений установочные элементы следу-
ет выполнять легкосменными и легкофиксируемыми в за-

данном положении на корпусах. Всё сказанное в большой
мере относится и к дополнительным опорам, которые в свя-
зи с их подвижностью могут изготавливаться из сталей 45,
50 и других с закалкой до твёрдости 50...57 HRC.

1.3 Зажимные элементы, устройства и приводы

Зажимные элементы приспособлений могут быть выпол-
нены в виде контактирующих с заготовками частей винтов,
рычагов (прихватов), в форме призм, пластин, других дета-
лей приспособлений. Они предназначены для обеспечения
надёжного контакта базовых поверхностей заготовок (дета-
лей, инструмента) с установочными элементами приспособ-
лений и предупреждения смещения их при обработке, сбор-
ке или контроле. В ряде случаев зажимные элементы одно-
временно выполняют функции установочных (кулачки, при-
змы и лепестки цанг в самоцентрирующихся кулачковых,
призматических и цанговых патронах, пластины подвижных
губок тисков и т.п.).

Зажимные устройства обеспечивают необходимые силы
зажима. Наиболее распространены элементарные зажимные
устройства: винтовые, клиновые, рычажные, эксцентрико-
вые и цанговые. Чаще всего в приспособлениях используют-
ся комбинированные зажимные устройства, состоящие из двух
или нескольких элементарных.

Требования к зажимным элементам и устройствам: про-
стота конструкции, надёжность в работе и удобство в обслу-
живании; равномерность распределения сил зажима загото-
вок (деталей) в многоместных приспособлениях; износостой-
кость и легкосменность; достаточный ход (отвод элементов),
обеспечивающий удобство в установке и снятии заготовок
(деталей); отсутствие деформации закрепляемых заготовок
(деталей) и порчи их поверхностей; исключение самопроиз-
вольного отключения зажима; обеспечение закрепления и
открепления заготовок с минимальными затратами сил и
времени рабочего. Так, необходимая сила воздействия рабо-

чего на рукоятку (штурвал, маховик) ручного привода не
должна превышать 150 Н.

Зажимные устройства могут изменять направление дей-
ствия сил и их значения. Приведение в действие зажимных
устройств обеспечивается приводами. Наиболее широкое рас-
пространение получили пневматические приводы (поршне-
вые, диафрагменные, лопастные, сильфонные), обеспечива-
ющие высокое быстродействие, стабильность, простоту регу-
лирования и контроля возбуждаемых ими сил закрепления
заготовок (деталей). Этим приводам присущи простота в из-
готовлении и обслуживании, высокая работоспособность не-
зависимо от температуры окружающей среды. Давление сжа-
того воздуха в пневмосистемах предприятий — 0,4...0,6 МПа».

Существуют также вакуумные пневмоприводы. Однако
их широкое использование сдерживается необходимостью
применения вакуумных одно- и двухступенчатых поршне-
вых и струйных насосов (эжекторов), работающих с исполь-
зованием сжатого воздуха.

Для обеспечения больших по значению сил зажима с по-
мощью малогабаритных устройств применяются гидравличес-
кие, пневмо- и механо-гидравлические приводы. Большие силы
при малых габаритах гидроприводов создаются за счёт высо-
кого давления жидкости в гидросистемах (10 МПа и более).

Гидравлические приводы приспособлений возможно при-
менять лишь при использовании их на гидрофицированных
станках. Гидроприводы в 20 и более раз менее быстродей-
ствующие по сравнению с пневмоприводами, так как ско-
рость истечения (передачи давления) сжатого воздуха дости-
гает 180 м/с, а скорость передачи давления жидкости
2,5...5 м/с и не превышает 9 м/с. Кроме того, на этих приво-
дах сложно обеспечить надёжности уплотнений. Надёжность
работы приводов и быстродействие их зависят от температу-
ры окружающей среды.

Для примера на рисунке 1.5 показан УФФ в виде рычаж-
ного зажимного устройства системы УСПП с гидроприводом.
Зажимным элементом является часть А прихвата (рычага) 3,

обеспечивающая непосредственный зажим с силой W заго-
товки 8. Вращением винта 1 и опоры 4 можно изменять по-
ложение по высоте прихвата 3, которое фиксируется упо-
ром 11. С помощью сферической шайбы обеспечивается са-
моустанавливаемость зажимного элемента по поверхности за-
готовки 8. При подаче масла через резьбовое отверстие Б под
поршень 6 посредством опоры 4 сила на штоке гидропривода
действует на правый конец прихвата 3, увеличивается обрат-
но пропорционально плечам рычага и изменяет направление
на обратное. Устройство устанавливается на корпус приспо-
собления и головкой винта-втулки 7 входит в его Т-образ-
ный паз, после чего закрепляется в нужном положении гай-
кой 9. Винт 1 стопорится контргайкой 10.

Базовая модель пневмоцилиндра двухстороннего действия
с односторонним штоком и креплением на удлинённых стяж-
ках (рис. 1.6) состоит из штока 1, уплотнённого манжета-
ми 2; бронзовой втулки 3, крышек 4 и 8; поршня 6, уплот-