Мембранные зажимные приспособления. Конструкции и принцип работы

Мембранные зажимы применяют для установки и закрепления та­ких заготовок, как диски, втулки, кольца и т.п. при помощи как внутренних, так и наружных поверхоностей. Основной деталью таких зажимов является упругая мембрана, которая по форме может быть рожково-, чашечно- и кольцеподобной.

Мембранный патрон (рис. 2, а) имеет круглую, закрепленную на планшайбе станка мембрану 1 с симетрично розмещенными на ней кулачками 2. Количество кулачков зависит от размеров мембраны, их может быть от 6 до 12. В шпинделе расположен шток 4 пневмо- или гидроцилиндра, который, двигаясь вправо, изгибает мембрану и раскрывает ее кулачки (рис. 2, б), освобождая заготовку. Движение штока влево дает возможность при помощи кулачков центрировать и зажимать заготовку.

Изготовляют мембраны из высокоуглеродистых сталей (У7 А, 30ХГС, 60С2А, 65Г) с закалкой их до твердости 40...45 HRC.

Мембранные патроны могут обеспечивать точность центрирования до 0,005 мм. Достигают такой высокой точности центрирования путем дополнительной обработки кулачков в собраном патроне.

Рис. 2. Мембранные центровально-зажимные патроны

Исходными данными для расчета патрона являются наибольший момент резан­ия, диаметр базовой поверхности заготовки и расстояние от середины кулачков до средней плоскости мембраны (Рис.2, а). Из условия равновесия отдельного кулачка мембраны радиальная сила на нем

(1)

где k - коэффициент запаса; М - момент сил резания, Н·мм; n – количество кулачков; f - коэффициент трения между кулачками и заготовкой; d – диаметр заготовки, мм.

Силы Q изгибают мембрану. Для большого количества кулач­ков, учитывая размещение их по окружности радиусом d/2, изгибающий момент

(2)

где М - момент сил, изгибающих мембрану, Н·мм; l - расстояние от мем­браны до середины кулачка, мм. Силу, которую необходимо приложить к штоку для раскрытия кулачков с мембраной на угол φ, определяют из схемы для расчета мембранногопатрона (рис. 3). С некоторыми упрощениями имеем

или (3)

где d₁ - наружный (большой) диаметр мембраны, мм; h - толщина мембра­ны,мм;

Рис. 3. Схемы для расчета мембранного патрона

(4)

где φ' - угол раскрытия кулачков (изгиба мембраны), град; φ - наименьшее значение угла раскрытия кулачков (изгиба мембраны), необходимого для охвата заготовки наименьшего диаметра, которуюопределяют как

(5)

где T_d - допуск диаметра заготовки , мм; S_max - наибольший зазор между заготовкой и кулачками, мм; Е и μ - соответственно модуль упругости и коэффициент Пуассона для материала мембраны; k_т - коэффициент момента сил, зависящий от соотношения d₁/d и приблизительно может быть определен по такому отношению:

По значеннию этой силы определяют наибольшее напряжение материала мембраны как

(6)

где σ_т – внутреннее напряжение в мембране, МПа; μ - коэффициент Пуассона; r₀ – радиус окружности контакта штока и мембраны, мм; h - толщина мембраны, мм. Толщину мембраны принимают от 0,03 до 0,06d₁, а радиус окружности контакта мембраны и штока r₀ от 3 до 5 мм.

Кроме сплошных применяют также мембраны с центральным отверстием диаметром d_ц для прохода длинных прутковых заготовок. Для таких мембран угол раскрытия, определенный по формуле (4), умножают на коэффициент k₁, а силу на штоке, определенную по формуле (3), - на коэффициент k₂ (табл. 1), которые определяют по табл. 1 согласно значению отношений d₁/d_ц та d₁/d.

Таблица 1Значения коэффициентов k₁ и k₂