Современная технологическая оснастка


                СОВРЕМЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ
                ОСНАСТКА




Рекомендовано федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего профессионального образования «Московский государственный технологический университет «СТАНКИН» в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», «Автоматизация технологических процессов и производств»






НОВОСИБИРСК
2013

УДК 621.9.06-529(075.8)
     С 568

Коллектив авторов:
                             Х.М. Рахимянов Б.А. Красильников Э.З. Мартынов В. В. Янполъский

Рецензенты:
               д-р техн. наук, проф. В.Г Атапин, НГТУ д-р техн. наук, проф. В.Ю. Блюменштейн, КГТУ


С 568 Современная технологическая оснастка : учеб. пособие / Х.М. Рахимянов, Б.А. Красильников, Э.З. Мартынов, В.В. Янпольский. -2-е изд. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2013. - 268 с. (Серия «Учебники НГТУ»).
         ISBN 978-5-7782-2269-4
         Общеизвестные положения по проектированию и расчетам станочной оснастки излагаются кратко. Основное внимание уделяется переналаживаемой оснастке и ее применению для станков с ЧПУ. Дается описание конструкций систем УСП, У СПО, СРП, СРП-ЧПУ и т.п. Материал пособия ориентирован на серийное производство.
         В пособии предлагается информация по современным отечественным и зарубежным фирмам, производящим технологическую оснастку.
         Учебное пособие предназначено для студентов специальности 151001, 151002 и 220301, выполняющих курсовые проекты по дисциплинам «Технологическая оснастка» и «Технология машиностроения». Может быть использовано при работе над дипломными проектами по технологической тематике указанных специальностей.

УДК 621.9.06-529(075.8)

ISBN 978-5-7782-2269-4                © Рахимянов Х.М., Красильников Б.А.,
                                         Мартынов Э.З., Янпольский В.В., 2012, 2013
                                       © Новосибирский государственный технический университет, 2012, 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ


Введение..............................................................
Глава 1. Назначение и классификация приспособлений....................
        1.1. Служебное назначение приспособлений......................
        1.2. Общая классификация станочных приспособлений.............
        1.3. Технико-экономическое обоснование применения станочных приспособлений.................................................
        1.4. Основные конструктивные элементы станочных приспособлений.
Глава 2. Установка и базирование заготовок в приспособлениях..........
        2.1. Принципы базирования заготовок в приспособлениях.........
        2.2. Типовые конструкции базирующих элементов.................
        2.3. Дополнительные подводимые и регулируемые опоры...........
        2.4. Расчет погрешностей установки заготовок..................
        2.5. Назначение допусков и посадок на элементы приспособлений.
Глава 3. Закрепление заготовок в приспособлениях......................
        3.1. Зажимные устройства......................................
        3.2. Виды зажимных устройств и их расчет......................
        3.3. Прочностные расчеты элементов приспособлений.............
        3.4. Выбор и расчет приводов..................................
Глава 4. Универсальная безнал ад очная оснастка.......................
        4.1. Оснастка для токарных станков............................
        4.2. Оснастка для сверлильных и расточных станков.............
        4.3. Оснастка для фрезерных станков...........................
        4.4. Оснастка для шлифовальных станков........................
Глава 5. Системы переналаживаемой оснастки............................
        5.1. Универсально-сборные приспособления......................
        5.2. Универсально-сборная переналаживаемая оснастка...........
        5.3. Сборно-разборные приспособления..........................

..7
..9
..9
11

..21 ..26 ..31 ..31 ..34 ..42 ..46 ..56 ..61 ..61 ..67 ..77 ..82 ..95 ..95 100 107 110 117 117 128 136

Глава 6. Приспособления для станков с ЧПУ............................145
        6.1. Особенности конструкций приспособлений для станков с ЧПУ.145
        6.2. Приспособления к токарным станкам с ЧПУ.................148
        6.3. Приспособления к сверлильно-фрезерно-расточным станкам...163
        6.4. Установка приспособлений на станки с ЧПУ................178
Глава 7. Универсальная быстродействующая оснастка.....................183
        7.1. Электромагнитные приводы и магнитные приспособления.....183
        7.2. Вакуумные зажимные устройства............................189
        7.3. Конструктивные особенности технологической оснастки зарубежных фирм (IMAO, EROWA, ALLMATIC, AMF, FORCARD).................193
Глава 8. Методика проектирования станочных приспособлений............209
        8.1. Общая методика конструирования приспособлений...........210
        8.2. Примеры конструирования приспособлений..................213
        8.3. Конструирование корпусов приспособлений.................220
        8.4. Обеспечение точности приспособлений.....................225
Глава 9. Контрольные приспособления..................................227
        9.1. Назначение и типы контрольных приспособлений............227
        9.2. Основные элементы контрольных приспособлений............232
        9.3. Типовые схемы измерения отклонений расположения поверхностей..........................................................241

        9.4. Примеры контрольных приспособлений.......................244
        9.5. Расчет погрешности измерения на контрольных приспособлениях.250
        9.6. Координатно-измерительные машины.........................257
Библиографический список..............................................266

ВВЕДЕНИЕ

исциплина «Технологическая оснастка» является одной из основных составляющих в цикле подготовки инженера-механика по специаль

ностям 151001, 151002. В ней студенты изучают теоретические основы проектирования станочных приспособлений, учатся выполнять расчеты погрешностей, возникающие при установке деталей в приспособления. Овладевают техникой расчета усилий зажима и параметров силовых приводов приспособлений. Знакомятся с требованиями стандартов по оформлению конструкторской документации на проектируемую оснастку.
   Традиционный курс по технологической оснастке ориентирован на конструирование специальных станочных приспособлений, применяемых в массовом и крупносерийном производстве. Однако развитие рыночных отношений настоятельно требует совершенствования серийного и мелкосерийного производства, выпускающего преобладающее количество машиностроительной продукции.
   Технический прогресс в мелкосерийном производстве связывается в основном с внедрением станков с ЧПУ. Автоматическое получение размеров на станках с ЧПУ требует от применяемой оснастки не только удерживать заготовку, но и придавать ей точное положение относительно базовых поверхностей станка.
   Для станков с ЧПУ целесообразно применение систем переналаживаемой оснастки. Специальная оснастка рекомендуется только для точной установки деталей со сложными формами. Для оснастки станков с числовым программным управлением (ЧПУ) должны применяться приспособления конструктивно упрощенных форм. С одной стороны, длительный цикл обработки допускает применение винтовых зажимных устройств с ручным зажимом, с другой -интенсивные режимы резания, используемые на станках с ЧПУ, требуют большей жесткости приспособлений, больших усилий зажима.
   В настоящем пособии изложение материала существенно отличается от обычного вузовского курса. В первых трех главах в основном рассматривают

ся общие положения по проектированию станочных приспособлений с учетом некоторых моментов, изложенных выше. Глава 4 предлагает описание различных видов универсальной оснастки, применяемой в мелкосерийном производстве. Глава 5 посвящена различным системам переналаживаемой оснастки (УСП, УСПО, СРП и т. п.). В главе 6 описана оснастка, применяемая для станков с ЧПУ, предлагаемая как отечественными, так и зарубежными фирмами. Глава 7 дает сведения по некоторым видам быстродействующей оснастки: магнитной, вакуумной и др. В главе 8 излагается общепринятая методика проектирования приспособлений. В главе 9 приводится материал по проектированию контрольно-измерительной оснастки, применяемой для контроля относительного положения поверхностей. Материал пособия сопровождается большим количеством иллюстраций.
   Содержание учебного пособия обобщает опыт работы кафедры «Технология машиностроения» НГТУ в преподавании данной дисциплины за последние 12 лет. В настоящее время дисциплина «Технологическая оснастка» полностью компьютеризирована: лекции проводятся в режиме презентаций, имеется электронный учебник по проектированию станочных приспособлений (руководство по курсовому проектированию), электронный WEB-справочник «Станочные приспособления».
   Материал пособия апробирован в 2010 году при чтении лекций на заводе ЭлСиб на курсах повышения квалификации технологов по оснастке.

Глава 1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ


   (П / *ехнологическая оснастка является важнейшим фактором техниче-JJLL ского прогресса в машиностроении. В промышленности эксплуатируется более 25 миллионов специальных станочных приспособлений. Затраты на технологическую оснастку составляют 20 % от себестоимости изделия. Длительность цикла изготовления оснастки средней сложности достигает 75 дней.
   Для рыночной экономики характерно постоянное обновление выпускаемой продукции. Смена моделей машин, оборудования, приборов происходит намного быстрее, чем 10-15 лет назад. Растут трудовые и материальные затраты на подготовку производства, на проектирование и изготовление технологической оснастки.
   Технологическая оснастка способствует повышению производительности труда и ориентирует производство на интенсивные методы его ведения. Применение технологической оснастки, особенно переналаживаемого типа, расширяет технологические возможности как универсальных, так и станков с ЧПУ, гибких производственных систем.


1.1. Служебное назначение приспособлений

   Станочные приспособления являются неотъемлемым элементом обрабатывающей системы станок-приспособление-инструмент-деталь (СПИД), рис. 1.1.
   Главное назначение станочных приспособлений состоит в том, чтобы надежно удерживать обрабатываемую заготовку в определенном положении относительно станка и режущего инструмента, сопротивляясь силам резания.
   Развитие технического прогресса привело к расширению функциональных возможностей технологической оснастки.

Глава 1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИСПОСОБЛЕНИИ

   В первую очередь использовалась возможность точной и стабильной ориентации обрабатываемых заготовок с целью автоматического получения размеров при обработке на настроенных станках. Это повышает производительность обработки за счет сокращения времени на разметку, выверку детали на станке, взятие пробных стружек, а также за счет однопроходной обработки и

автоматического получения размеров.

   При обработке методом пробных проходов точность детали зависит в основном от квалификации рабочих. Применение автоматического метода получения размеров практически полностью устраняет влияние уровня квалификации рабочего на точность обработки. Качество деталей в этом случае в значительной степени зависит от станочного приспособления, его точности и способности сохранять эту точность в процессе эксплуа
Pwc. 1.1. Технологическая система тации.
            СПИД                 Эти две функциональные возможности
                               (надежный зажим и точная ориентация) станочных приспособлений автоматически ведут к повышению производительности обработки. Повышение производительности труда при применении техно

логической оснастки обеспечивается:

   1)    сокращением вспомогательного времени на установку и закрепление заготовки в приспособлении;
   2)    некоторой интенсификацией режимов резания за счет увеличения прочности, жесткости и виброустойчивости приспособлений;
   3)    расширением многостаночного обслуживания путем обработки группы деталей, установленной в многоместном приспособлении;
   4)    сокращением объема пригоночных работ при последующей сборке за счет повышения точности и стабильности получаемых в приспособлениях размеров деталей.
   Достигнутый прогресс в использовании режущих материалов все меньше оставляет возможностей повышения производительности труда за счет интенсификации процесса резания. Главным резервом становится сокращение вспо

могательного времени, связанного с затратами живого труда.
   Снижение вспомогательного времени при использовании станочных приспособлений возможно за счет:

   • автоматической ориентации заготовок;

1.2. Общая классификация станочных приспособлений

11

   •    сокращения времени на их закрепление путем применения механизированных приводов с высокой скоростью срабатывания (3...5 с);
   •    минимизации затрат на управление и ориентацию режущего инструмента относительно заготовки;
   • сокращения времени на операционный контроль;
   •    применения «маятникового» метода обработки, при котором время установки заготовки и съема готовой детали совмещается с основным технологическим временем.
   Таким образом, применение станочных приспособлений позволяет:
   -     устранить разметку заготовок перед обработкой и исключить их выверку на станке по разметке;
   -     значительно повысить производительность труда в результате сокращения вспомогательного времени;
   -     обеспечить условия для многостаночного обслуживания нескольких станков одним рабочим;
   -     значительно облегчить труд рабочих-станочников, а также использовать рабочих с низкой квалификацией;
   -  повысить точность изготовления деталей;
   -  расширить технологические возможности станков;
   -  снизить себестоимость изготовления деталей.

1.2. Общая классификация станочных приспособлений
   Сегодня все многообразие станочной оснастки классифицируется по нескольким признакам.
   По целевому назначению приспособления делят на пять групп:
   1.    Станочные приспособления - используются для установки и закрепления обрабатываемых заготовок на станках: токарных, сверлильных, фрезерных, расточных, шлифовальных и других. Они являются самой многочисленной группой и составляют 70-80 % общего числа приспособлений.
   2.    Приспособления для крепления режущих инструментов - характеризуются большим числом нормализованных конструкций. Это - переходные втулки для сверл, патроны для метчиков, оправки для фрез.
   3.    Сборочные приспособления - используют для соединения сопрягаемых деталей и сборочных единиц, крепления базовых деталей собираемого изделия, выполнения сборочных операций и др.
   4.    Контрольные приспособления - применяют для контроля заготовок, промежуточного и окончательного контроля обрабатываемых деталей, а также для проверки собранных сборочных единиц и машин.

Глава 1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИСПОСОБЛЕНИИ

   5.    Приспособления для манипулирования обрабатываемыми заготовками. Различные захваты, крюки, подвески и т. п.
   По степени специализации приспособления делят на шесть систем.


Рис. 1.2. Неразборное специальное приспособление [7]

   1.    Неразборные специальные приспособления (КП) (рис. 1.2) - применяются в условиях крупносерийного и массового производства при редкой (раз в 3-5 лет) смене производства изделий. Высокая стабильность точности и жесткость этих приспособлений достигается беззазорным способом соединения деталей, минимальным числом разъемных соединений и применением крепежных элементов оптимального размера.
   В НСП используют быстродействующие зажимные устройства, а в ряде случаев и автоматизацию установки заготовок и съем готовых деталей. Основным недостатком НСП является необратимость конструкций, т. е. приспособ

1.2. Общая классификация станочных приспособлений

13

ление отправляется на переплавку после смены объекта производства на другую модель.
   2.    Универсалыю-безналадонные приспособления (УБП) (рис. 1.3) - применяются в условиях единичного, мелко- и среднесерийного производства при оснащении малотрудоемких по подготовительному времени операций. Они представляют собой законченные механизмы многократного использования. Большинство конструкций УБП поставляют вместе со станками в виде определенных принадлежностей (универсальные токарные патроны, центры, машинные тиски с постоянными губками и др.).


Рис. 1.3. Двухкулачковый (а) и трехкулачковый (б) самоцентирующие патроны:
1 - заготовка [7]

   Недостатком УБП является продолжение их достоинства: сложность приспособления к нестандартным условиям эксплуатации.
   3.   Универсально-наладонные приспособления (УНП) (рис. 1.4) - применяются в условиях многономенклатурного серийного производства, а также при групповой обработке заготовок. Они состоят из базовой сборочной единицы и сменных наладочных элементов (наладки). Наладка УНП осуществляется в основном за счет регулирования наладочных элементов.
   4.    Специализированные наладонные приспособления (СНП) (рис. 1.5) - используются в условиях серийного производства. Они состоят из специализированной, чаще всего механизированной, базовой сборочной единицы и специальных сменных наладок для установки близких по схемам базирования, закреплению и по характеру обработки заготовок. Наладка СНП осуществляется за счет смены специальной наладки. По состоянию готовности к работе,

Глава 1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИСПОСОБЛЕНИИ

по степени механизации закрепления заготовки эти приспособления близки к образцам специальной станочной оснастки.


Рис. 1.4. Сменная наладка тисков:
1 - губка; 2 - штыри; 3 - сменная губка; 4 - заготовка [7]

Рис. 1.5. Универсально-сборный накладной кондуктор

   Базовый агрегат УНП и СНП состоит из одной или нескольких сборочных единиц и представляет собой на 80-95 % готовое к работе станочное приспособление.
   В мелкосерийном производстве применяют, как правило, немеханизированные наладочные приспособления, а в серийном и крупносерийном - при-