Материал: Проектирование станочных приспособлений. Сай В.А., Бородкин В.В

Диафрагменные пневмокамеры (рис. 7.2) в силовом отношении отличаются от поршневых тем, что развиваемое ими усилие Р_и изменяется по мере движения штока.

Достоинства пневмокамер:

• рабочая камера не обрабатывается и гораздо дешевле пневмоцилиндров;

• герметичны;

• долговечны.

Недостатки:

• малый ход поршня;

• падения усилия по длине хода штока;

• диаметральные размеры больше осевых.

7.1.3. Гидравлический привод

Гидравлический привод состоит из силового гидравлического цилиндра, насоса, бака, трубопроводов, аппаратуры управления и регулирования. Гидроцилиндры бывают одностороннего и двухстороннего действия. Благодаря использованию более высокого давления жидкости по сравнению с пневмоприводом при тех же развиваемых усилиях имеет меньшие габариты и вес; масло обеспечивает смазку трущихся частей.

Недостатки гидроприводов:

• сложность гидроустановки и необходимость в дополнительной площади для ее размещения;

• большая стоимость.

Простейшая схема с одним насосом приведена на рис 7.3.

Масло от насоса 4 направляется золотником управления 2 в одну из полостей гидроцилиндра 1. Когда передается к зажимным элементам несамотормозящияся, масло должно подаваться в систему под рабочим давлением в течении всего времени работы механизма зажима и почти весь расход масла (за исключением утечек) должен проходить через переливной клапан 3, настроенный на рабочее давление, что вызывает нагрев масла и непроизводительным затрат энергии. Поэтому такую схему целесообразно применять в случаях, когда передают к зажимным элементам самотормозящяся и насос после зажима может отключаться .

Рис. 7.3. Схема гидропривода с одним насосом

Для уменьшения затрат мощности выполняют привод с двумя насосами^

Рис. 7.4. Схема гидропривода с двумя насосами

5 - низкого давления и большой производительности и 4 - высокого давления и малой производительности. При холостом ходе масло поступает в цилиндр 1 одновременно от обоих насосов. После замыкания механизма (упора зажимного элемента в деталях) давления в системе увеличивается, и напорный золотник 6 отключает насос низкого давления. В дальнейшем будет уже работать только насос высокого давления (рис. 7.4).

Можно выполнить привод только с одним насосом низкого давления в сочетании с мультипликатором 7. При повышениях давления в системе специальный напорный золотник 8 включает мультипликатор, который благодаря разности площадей поршня и штока-плунжера повышает давления в цилиндре; обратный клапан 9 отключает часть системы с низким давлением. Такое устройство (рис. 7.5) может быть использовано при самотормозящихся передачах; при несамотрмозящих передачах можно использовать только для кратковременного зажима. В противном случае мультипликатор должен был бы компенсировать большие объемные потери масла и его габаритные размеры при этом сильно бы возросли.

Применяют также привод с насосом 10, (рис. 7.6) автоматически регулирующим производительность по давлению. При увеличении давления в системе цилиндр управления 11 уменьшают производительность насоса до величины, необходимой для компенсации объемных утечек.

Рис. 7.5. Схема гидропривода с одним насосом и мультипликатором

Можно выполнить привод только с одним насосом высокого давления, но малой производительности (рис. 7.7) в сочетании с гидроаккумуляторами 13. Здесь при зажиме масло подается одновременно аккумуляторам и насосам. После зажима насос через клапанную пробку 12 пополняет аккумулятор.

Рис. 7.6. Схема гидропривода с одним насосом

Производительность насоса должна обеспечить зарядку аккумулятора за время зажима - выполнения рабочих операций. Такую схему применяют при сравнительно небольшом времени зажима.

При большой продолжительности выполнения рабочих операций выполнят более сложную схему с гидроаккумулятора (рис. 7.8). Насос 4 высокого давления и большой производительности подает масло через обратный клапан 9, золотник 2 с электроуправлением в гидроцилиндр 1 и гидроаккумулятор 13. когда давление в гидросистеме достигает максимального значения, на которое настроен предохранительный клапан 14, реле давления 15 с помощью золотника 14 переключает поток масла от насоса на слив. Тогда давление в системе поддерживается аккумулятором. При падении давления до минимального рабочего срабатывает реле давления 16, переключающее золотник 14, вследствие чего насос снова нагнетает масло в систему и заряжает аккумулятор.

Рис. 7.7. Схема гидропривода с одним насосом и гидроаккумулятором

Рис. 7.8. Схема гидропривода с насосом и аккумулятором

7.1.4. Пневмогидропривод

Пневмогидропривод (рис. 7.9) состоит из силового гидравлического цилиндра и пневмогидравлического усилителя давления. Усилители давления бывают двух типов: прямого и последовательного.

Принцип работы усилителя прямого действия основан на непосредственном преобразовании сжатого воздуха низкого

Рис. 7.9. Пневмогидропривод

давления Р_в в высокое давление жидкости Р_г. Отношение (D_в/d_г)² называется коэффициентом усиления.

Контрольные задания. Задание 7.1.

Достоинства и недостатки пневмокамер.

Задание 7.2.

Конструкция и применение пневмогидропривода.

8 Приводы станочных приспособлений

8.1. Электромеханические приводы защитных устройств

Электромеханические зажимные устройства (ЭМЗУ) состоят из электродвигателя, передаточного механизма, зажимных элементов. Обычно в ЭМЗУ применяют асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором нормального исполнения с повышенным скольжением или повышенным пусковым моментом. Электродвигатель работает кратковременно только при зажиме или отжиме, поэтому в ЭМЗУ всегда имеется самотормозящая передача для фиксирования состояния системы после зажима и отключения двигателя.

По принципу действия привода ЭМЗУ делят на квазистатические и динамические.

В квазистатических ЭМЗУ сила зажима создается только за счет электромагнитного момента двигателя и величина этой силы определяется настройкой динамометрирующих упругих элементов, в частности муфты предельного момента, расположенной в кинематической цепи. Момент, развиваемый двигателем при зажиме, всегда меньше его критического (максимального) момента.

В динамических ЭМЗУ сила зажима создается как за счет электромагнитного момента двигателя, так и за счет кинетической энергии вращающихся частей, за вычетом потерь на трение. Отключение двигателя происходит после достижения требуемой силы зажима, которая определяется по силе тока в цепи двигателя с помощью реле или по величине соответствующей деформации упругого звена механизма, вызывающей срабатывание электроаппаратуры.

На (рис. 8.1 а) показана схема квазистатического действия , на (рис. 8.1 б) -схема динамического действия.

Двигатель 1 через разгонную муфту 2, передаточный механизм, включающий упругий приведенный вал 7 и самотормозящую передачу 8, перемещает зажимной элемент 9, который при зажиме прижимает деталь 10 к неподвижной опоре 11 и создает натяжение всех звеньев системы. После окончания зажима и отключения двигателя деталь 10 удерживается в зажатом состоянии силами натяжения упругих звеньев участка системы от опору 11 до самотормозящей передачи 8. оба диска разгонной муфты 2 имеют на больших дугах наружной поверхности по одному выступу, благодаря чему пуск двигателя и почти целый оборот его вала могут происходить без нагрузки до момента встречи выступов.

В схеме квазистатического действия сила зажима определяется силой натяжения упругого звена 4 муфты предельного момента 5. При достижении требуемой силы зажима перемещение одной из частей муфты 5 воздействует на выключатель, который отключает двигатель.

В схеме динамического действия в зависимости от ее параметров общее число последовательных этапов процесса может быть различным и достигать шести. Но во всех случаях при зажиме первые два этапа, при которых момент зажима возрастает, осуществляются одинаково. Первый этап соответствует времени от момента начала зажима (соприкосновения зажимным элемента с деталью) до момента отключения двигателя до остановки ротора в положении, соответствующим максимальной деформации элементов механизма. В конце второго этапа зажим осуществлен и зажатая деталь удерживается самотормозящей передачей. Последующие этапы соответствуют движению элементов системы под действием сил энергии и упругости до их остановки.

8.2. Вакуумный привод

Принцип действия вакуумного привода основан на непосредственной передаче атмосферного давления закрепляемой заготовке 2. Для создания избыточного атмосферного давления между опорной поверхностью заготовки 2 и приспособлением 1 образуют полость с вакуумом (рис.8.2).

Рис.8.2. Схема вакуумного приспособления с заготовкой в открытом (а) и прижатом (б)состояниях

Величину исходного усилия Ри определяют по формуле:

где: F_n - полезная площадь заготовки, ограниченная уплотнением в мм²; р_ИЗ - избыточное давление, равное разности между атмосферным давлением и вакуумом в полости;  - коэффициент герметичности системы, = 0,80,85.

Вакуумные приводы весьма эффективны для крепления заготовок типа пластин.

8.3. Электростатические плиты

Электростатические плиты (рис.8.3) применяют для закрепления заготовок из различных материалов.

1 - заготовка; 2 - диэлектрическое покрытие; 3 - изоляция; 4 - блок питания (3000 В); 5 - корпус (соединен с плюсом блока питания); 6 - электрод (соединен с минусом блока питания); 7 - полупроводник; 8 - контактная планка.

Рис. 8.3. Электростатическая плита

Принцип работы плиты основан на взаимодействии разноименно заряженных тел (Закон Кулона).

Контрольные задания.

Задание 8.1.

Конструкция и применение вакуумного привода.

Задание 8.2.

Конструкция и применение электростатической плиты

9. Магнитные и электромагнитные приспособления в металлообработке

Значительный прогресс в металлообработке может быть достигнут за счет применения универсальных приспособлений, использующих энергию магнитного поля. Такие приспособления могут применяться в условиях единичного, серийного и массового производств.

Можно выделить четыре основных этапа процесса использования магнитных полей в металлообработке: 1) намагничивание изделий; 2) удержание их магнитным полем во время обработки; 3) размагничивание приспособления для снятия изделий; 4) размагничивание самих изделий после обработки (при необходимости).

Первые три этапа осуществляются соответствующими приспособлениями, снабженными специальными системами управления, четвертый - отдельными системами размагничивания.

По типу источника магнитной энергии приспособления разделяют на:

• электромагнитные (источник - электромагнита);

• с постоянными магнитами (источник - постоянные магниты);

• электропостоянные (источник - постоянный магнит и электромагнит).

9.1. Электромагнитные приспособления

Электромагнитные приспособления известны и применяются более 200 лет. Их силовой блок содержит катушку, обтекаемые электрическим током и намотаны вокруг стальных сердечников для концентрации магнитной энергии.

Катушка с сердечником образует магнитную систему, которые могут быть двух видов: Н- или П- и Ш- образные (рис. 9.1).

Момент зажима, соответствующий окончанию второго этапа работы:

где: М_н - номинальный крутящий (вращающий) момент двигателя; К_п -коэффициент перегрузки (K_п= 1,2(1,5); К_д - коэффициент динамичности.

где: Т_м = v*₀*I – механическая постоянная времени

- частота свободных колебаний механизма;

v - коэффициент крутизны лижаризованной статической характеристики двигателя.

где: Мд - момент (электромагнитный двигателя;  - угловая скорость вала двигателя; ₀ — синхронная угловая скорость; I - момент инерции ротора двигателя и связанных с ним вращающихся частей; С_Пр - приведенная к валу двигателя жесткость системы механизма; К_д =6 - 10.