Механизмы подачи и зажима заготовки из бунта, прутка и трубы

На автоматизированных станках детали обрабатываются из бунта, прутка, грубы или штучных заготовок. При обработке деталей из бунта главное движение и движение подачи сообщаются узлам, несущим инструмент. Проволока из бунта предварительно на том же автомате подвергается правке вращающимися роликами.

В подавляющем большинстве случаев на автоматах производится обработка деталей из прутка (реже — из трубы). Следовательно, эти станки должны иметь специальное устройство для периодической подачи (выдвижения) прутка на необходимую длину. Механизмы подачи прутков или труб должны подавать пруток и допускать регулировку величины подачи соответственно длине изготавливаемой детали. Подача материала должна производиться за минимальное время при минимальной скорости в конце хода. Подача прутков может производиться устройством, помещенным внутри шпинделя или вне его.

Узел подачи прутка выполняется по одному из следующих конструктивных вариантов: подающая труба с цангой, подающие ролики, груз или пружина, пневматика или гидравлика.

Наиболее распространенным является первый вариант. Внутри отверстия (канала) шпинделя или трубы зажима, расположенной в отверстии шпинделя, помещается труба подачи прутка. На передний конец трубы навинчена пружинящая цанга, которая должна быть расположена возможно ближе к зажимной цанге, чтобы пруток мог быть использован почти на всю длину. Подающая цанга при зажатом прутке проскальзывает по прутку, возвращаясь в исходное положение, а при разжатом зажимном устройстве перемещается вперед вместе с прутком, удерживая его силой предварительного сжатия (натяга). После зажима прутка цикл повторяется.

Подающая цанга представляет собой разрезную втулку, губки (лепестки) которой во время термообработки получают предварительное сжатие, обеспечивающее зажим прутка с заданной силой. Основные размеры подающих цанг стандартизованы. Переходные вкладыши могут иметь круглые, квадратные или шестигранные отверстия. К механизмам подачи прутка (или трубы) при помощи подающей цанги предъявляются следующие требования. Сила зажима прутка подающей цангой должна исключать проскальзывание во время подачи. Износ подающей цанги от проскальзывания ее по прутку при возвращении в исходное положение должен быть минимальным.

Последовательность подачи прутка (или трубы) и работы зажимных приспособлений обеспечивается при помощи устройств, управляющих циклом движений автомата. Регулировка длины подачи прутка (или трубы) может производиться либо сменными кулачками (применяется редко), либо постоянными кривыми в сочетании с кулисным механизмом или с переставными устройствами. Для уменьшения затрат времени на наладку автоматов пользуются, как правило, кривыми, рассчитанными на наибольшую длину обработки, а регулировку подачи соответственно действительной длине детали выполняют посредством кулисных или других устройств.

Минимальная продолжительность подачи прутка при минимальной скорости в конце подачи обеспечивается цилиндрическим кулачком; профилированным по параболической кривой. Ввиду того, что выполнение параболической кривой представляет значительные трудности, часто применяют винтовой профиль, который, однако, в значительно меньшей степени удовлетворяет требованиям, предъявляемым к этим механизмам.

Длина подачи прутка ограничивается упором. Однако вследствие «отскока» при ударе прытка об упор величина выдвижения прутка колеблется иногда в значительных пределах (до 5 мм), что делает необходимой дополнительную обработку переднего конца прутка и связано с излишним расходом материала, инструмента и времени. Как показало исследование этого явления, на процесс отскока оказывают влияние главным образом скорость и масса прутка, жесткость упора, силы сопротивления, упругая сила подающей пружины и сила сцепления подающей цанги с прутком.

В механизме подачи необходимо устройство, автоматически выключающее привод автомата при израсходовании прутка. Отсутствие такого предохранительного устройства привело бы к тому, что подающая цанга при отводе: ее полностью сходила бы с остатка прутка и при следующем движении вперед наталкивалась на него, что могло бы вызвать повреждение цанги и инструментов.

Для этой цели применяются устройства двух типов: с выключением главного привода станка либо с выключением привода распределительного вала. Работа механизмов подачи, самовыключающихся при израсходовании прутка, основана на том, что, если при обратном ходе подающая цанга не скользит по прутку, механизм не испытывает сопротивления трения, и вследствие этого срабатывает предохранительное устройство.

Наружная подача прутка при помощи роликов основана на принципе периодического включения вращения цилиндрических или конических роликов, в которых зажимается пруток.

Независимо от формы заготовки (бунт, пруток, труба, штучная) зажимные устройства автоматизированных станков должны выполнять следующие функции. Фиксировать заготовку в требуемом положении с предписанной точностью. Создавать усилие зажима, достаточное для надежного крепления заготовки и исключающее самопроизвольное перемещение ее во время резания. Обеспечивать равномерное распределение зажимного усилия. Допускать регулирование зажимного усилия при переходе на обработку других деталей. Допускать определенное колебание поперечного размера (диаметра и т. п.) обрабатываемой заготовки без значительного изменения усилия зажима. Воспринимать возникающие в процессе резания усилия без чрезмерных деформаций и вибраций. Обеспечивать зажим и освобождение заготовки в минимально короткое время.

Конструкции зажимных устройств и механизмов управления ими должны быть сообразованы с родом заготовок, технологией обработки и способом выполнения зажима—автоматически (автоматы) или вручную (полуавтоматы).

В автоматах для работы из бунта, прутка или трубы зажим осуществляется при помощи зажимной цанги с пружинящими калеными прорезными губками. Конструкции цангового зажима с трубой можно подразделить на два основных типа по следующему признаку: труба работает на сжатие либо труба работает на растяжение.

Цанговые зажимные устройства, в которых труба работает на сжатие, Выполняются в нескольких вариантах:
а) вершина зажимного конуса цанги обращена к переднему концу шпинделя; при зажиме перемещается труба с цангой;
б) вершина зажимного конуса цанги обращена к заднему концу шпинделя, а плоскость переднего торца цанги перпендикулярна ее оси или имеет наружный конус с большим углом; при зажиме перемещается труба, а цанга остается неподвижной в осевом направлении;
в) зажимная цанга имеет два зажимных конуса с вершинами, обращенными соответственно к переднему и заднему концам шпинделя; при разжиме перемещается труба и цанга.

При оценке конструкции зажимного устройства необходимо принимать во внимание следующие соображения. При больших усилиях резания, меняющихся к тому же по величине, важно увеличение усилия зажима, что в большей степени обеспечивается в конструкциях с трубой, работающей на растяжение. В вариантах с трубой, работающей на сжатие, все усилие зажима воспринимается шпиндельной гайкой, т. е. резьбой. В зажимном устройстве с трубой, работающей на растяжение, обрабатываемый пруток несколько оттягивается от упора, что сказывается благоприятно при выполнении тяжелых работ, при обработке прутков малого диаметра это может оказаться отрицательным фактором, так как требуемая точность линейных размеров здесь выше, чем в станках для обработки прутков большого поперечного сечения. Наибольшие точность и стабильность положения прутка в осевом направлении при зажиме могут быть обеспечены неподвижной цангой.

Основной деталью цанговых зажимных устройств является зажимная цанга. Она представляет собой втулку с конусной головкой и несколькими губками (лепестками), которые под действием приложенных к цанге внешних сил сближаются и зажимают при этом пруток.

Зажимные цанги должны обеспечивать:
1) надежный зажим прутков и штучных деталей с допуском по наружному диаметру для малых диаметров 0,01 мм и до 0,10 мм — для крупных диаметров;
2) точность зажима;
3) постоянство пружинящих свойств (допуск +10%);
4) износостойкость губок (зажим 50 000 - 100 000 деталей).

Большинство заводов изготовляет зажимные цанги из сталей У8А, У10А, 65Г и 9ХС, реже применяют сталь 12ХНЗА; для зажимных цанг мелких размеров лучшими считаются стали 9ХС, 65Г и 12ХНЗА. Термообработка назначается соответственно марке стали. Она должна обеспечивать твердость рабочей части цанги.

В последнее время наблюдается тенденция внедрять зажимные цанги с переходными сменными губками, которые особенно выгодны в серийном производстве, так как позволяют зажимать прутки и заготовки различных диаметров. Расчет трубы зажима производится, в зависимости от конструкции, на растяжение или сжатие и на устойчивость (продольный изгиб). Труба должна иметь минимальную толщину стенок.

Быстрый разжим цанги после снятия с нее зажимающего усилия обычно производится пружиной, которую помещают между цангой и зажимной трубой. Компенсаторами, регулирующими перемещение зажимной трубы в зависимости от допуска на диаметр прутка, обычно служат пружины или резиновые прокладки. В магазинных вариантах, построенных на базе прутковых автоматов, механизм подачи прутка обычно используется как упор, фиксирующий заготовку в осевом направлении, и как механизм для выталкивания обработанной детали.