Фиксирующие и зажимные элементы сборочного оборудования

Для сборочных стендов, применяемых на заводах тяжелого машиностроения, разработаны типовые фиксирующие и зажимные элементы. Фиксирующие элементы предназначены для правильной установки деталей собираемого изделия в сборочном стенде. Они должны обеспечивать требуемую точность сварного узла, удобную установку элементов в сборочный стенд, свободный доступ для прихватки (для сборочных стендов) и сварки (для сборочно- сварочных стендов), свободный съем собранного или сваренного

изделия со стенда. Зажимные элементы служат для поджима и закрепления деталей сварной конструкции.

Ниже приведены примеры механизированных и ручных фиксирующих элементов, применяемых в тяжелом машиностроении.

Стойка базовая пневматическая является самостоятельным силовым узлом для сборочных приспособлений, применяют ее в случаях, когда нужно выдержать точный размер устанавливаемых для сварки двух заготовок и закрепить их в нужном положении.

Стойка представляет собой сварной корпус, в котором размещены два подвижных стакана и плавающий пневматический цилиндр, соединенный с внутренними стаканами.

Подвижными стаканами устанавливается заданный размер между двумя параллельными заготовками. Перемещение их в корпусе осуществляется пневматическим цилиндром с помощью внутренних стаканов за счет создаваемого трения с шариками. Заклиниванием шариков в канавках цилиндра одновременно фиксируется положение подвижных стаканов.

Дополнительное регулирование на заданный размер при установке заготовок выполняется упорами. Управление пневмо- цилиндром осуществляется с пульта ручным распределительным краном. В зависимости от длины свариваемых заготовок устанавливается необходимое число стоек.

Стойка пневматическая служит для фиксации и прижима вертикальных листов по вырезанным в них отверстиям.

Конструкция стойки представляет собой сварной коробчатый корпус, который устанавливают на раму. Прижим и фиксирование заготовки обеспечиваются под действием качающего пневматического цилиндра с помощью качалки, заведенной в отверстие листа. В конструкции предусмотрено крепление двух вертикальных листов.

При необходимости можно использовать один цилиндр для крепления одного листа.

Оправка центрирующая пневматическая применяется в сборочно-сварочных стендах для поджима и центрирования по отверстию заготовок большой массы из отливок или поковок. В сварном корпусе смонтированном в соответствующем сборочно сварочном устройстве, размещен пневматический цилиндр диаметром 320 мм. В цилиндре неподвижно с помощью штока закреплен поршень пневматического цилиндра, переключающего оправки. Цилиндр оправки диафрагмой и гильзой разделен на две камеры: I и II.

Движение оправки и ввод ее в центрируемое отверстие заготовки обеспечивается с помощью воздушной камеры. Положение оправки фиксируется шпонкой и шпоночным пазом. Воздушная камера служит для обеспечения работы кулачкового устройства оправки, которым поджимается и центрируется отверстие заготовки. Кулачковое устройство состоит из сухаря, кулачков и пружин. Шесть кулачков, расположенных в два ряда в направляемых отверстиях оправки, упираются в конусные скосы сухаря. Шток с закрепленным на нем сухарем, равномерно перемещаясь, кулачками центрирует отверстие заготовки. При обратном ходе штока сухарь освобождает кулачки, которые усилием пластинчатых пружин возвращаются з исходное положение. Управление пневматическими камерами осуществляется двумя распределительными кранами.

Оправка пневматическая для вертикальной фиксации предназначена для вертикального прижима и фиксации по базовому отверстию заготовок, выполненных из отливок или поковок в сборочно-сварочных стендах.

В сварном корпусе, установленном в сборочно-сварочном стенде, размещена пневматическая оправка. Пневматический цилиндр оправки разделен диафрагмой на две воздушные камеры. Нижняя камера служит для перемещения оправки при фиксации с помощью неподвижно закрепленного поршня штоком, верхняя, обеспечивает работу кулачкового устройства оправки, состоящего из сухаря и шести кулачков, расположенных в два ряда. Сухарь, закрепленный на штоке поршня, имеет два ряда угловых Т-образных пазов, в которые входят кулачки с соответствующим профилем.

При подаче сжатого воздуха в верхнюю воздушную камеру поршень перемещает шток с сухарем, который своими угловыми пазами перемещает кулачки, фиксирующие заготовку по базовому отверстию и закрепляющие ее. При подаче сжатого воздуха в противоположные полости камер кулачки отжимаются и оправки выводятся из отверстия. Управление пневматическими цилиндрами производится двумя пневматическими распределительными кранами с пульта управления.

Оправка центрирующая пневматическая предназначена для установки и закрепления двух заготовок, оси отверстий которых пересекаются под прямым углом. Применяют оправку как силовое устройство для механизированного крепления заготовок в сборочно-сварочных стендах и приспособлениях.

В сварной корпус встроен пневматический цилиндр диаметром 300 мм и смонтированы две пневматические оправки и с полостью цилиндра диаметром 250 мм.

При подаче сжатого воздуха в нижнюю полость цилиндра оправки поршень, на штоке которого закреплен сухарь со скосами, перемещает три кулачка, которые центрируют и закрепляют заготовки. Для отжима заготовки сжатый воздух подается в верхнюю полость цилиндра, шток перемещается вниз, кулачки освобождаются от усилий сухаря и усилием пружин возвращаются в исходное положение.

В оправке аналогичной конструкции имеется шток поршня, на котором закреплен сухарь с двумя рядами Т-образных пазов, выполненных под углом 15°. По пазам перемещаются шесть кулачков 8t зажимающих и отжимающих заготовки при перемещении поршня цилиндра вверх или вниз.

Для обеспечения поджима торца к бурту оправки конструкцией предусмотрено перемещение пневматического цилиндра вдоль горизонтальной оси поршня, жестко закрепленного штоком к корпусу.

Управление центрирующими оправками осуществляется распределительными пневматическими кранами.

Прижим пневматический откидной применяют как силовой узел в сборочно-сварочных стендах и приспособлениях для крепления плоских заготовок в горизонтальном положении.

Прижим представляет собой сварной кронштейн, в котором на цапфах подвешен пневматический цилиндр. На штоке поршня шарниром закреплена качалка, поворачивающаяся на 90° при зажиме заготовки. После сварки качалка возвращается в исходное положение. Пневматический цилиндр на цапфах поворачивается на необходимый угол. Такая конструкция прижима обеспечивает быстрое закрепление и освобождение изделия при производстве сварочных работ. Управление пневмоцилиндром осуществляется с пульта ручным распределительным краном.

Заготовку устанавливают и крепят в призме с помощью рычажно-пневматического устройства, состоящего из сварного корпуса, пневматического цилиндра, клина, качалки и рычажной системы. Все рабочие части, смонтированные в корпусе, закрыты кожухом для предохранения механизма от повреждений. При подаче сжатого воздуха в полость пневматического цилиндра, закрепленного на корпусе, шток поршня цилиндра перемещает клин с рычагом. Последний с помощью втулки на оси соединен с качалкой, которая, перемещаясь, закрепляет заготовку в призме. Для регулирования хода качалки при различных диаметрах закрепляемых заготовок втулка с осью передвигается вдоль паза рычага и закрепляется в нужном положении. Управление пневмозажимом осуществляется с пульта ручным пневматическим краном.

При подаче сжатого воздуха в полость пневматического цилиндра поршень его опускается вниз и штоком перемещает сухарь, который нажимает на ролики кулачков, центрирующих верхнюю часть заготовки. Одновременно с перемещением поршня вниз корпус пневматического цилиндра поднимается вверх и втулкой поднимает сухарь.

Последний нажимает на ролики кулачков, центрирующих нижнюю часть заготовки.

При подаче сжатого воздуха в полость II пневматического цилиндра поршень перемещает его вверх, корпус цилиндра опускается вниз, происходит обратный ход сухарей, освобождаются кулачки и пружинами и возвращаются в исходное положение.

Применение роликов в конструкции кулачков уменьшает трение при зажиме, что позволяет уменьшить угол скоса сухарей и увеличить усилие закрепления заготовки. Конструкция прижима позволяет надежно центрировать заготовки со значительным перепадом диаметров.

Прижим пневматический для сборки балок применяют в сборочных стендах для фиксации и крепления вертикальных листовых заготовок при сварке балки коробчатой формы.

Прижим представляет собой двойной силовой привод, в котором левая и правая части выполнены одинаково. Прижим состоит из пневматических цилиндров, рычагов, стоек с направляющими втулками и фиксаторами.

На сварной раме установлены два пневматических цилиндра штоки которых соединены с рычагами перемещающимися с помощью пневматических цилиндров в направляющих втулках стоек. На поверхности рычагов имеются винтообразные пазы, в которые входят ролики фиксатора.

При ходе пневматических цилиндров рычаги с помощью винтовых пазов, направляемых фиксатором, поворачиваются на 90°, что дает возможность свободно заводить заготовки и снимать сваренную деталь. Имеющийся в фиксаторе ролик 6 служит для уменьшения трения при закреплении и освобождении рычагов. В зависимости от длины свариваемых деталей на стенде устанавливают необходимое число прижимов.

Прижим пневматический для двух вертикальных листов устанавливают в сборочно-сварочных стендах как силовой узел для поджатия двух вертикальных элементов к горизонтальным, при этом обеспечиваются минимальные зазоры для автоматической сварки. Основными узлами прижима являются сварная рама, плавающий пневматический цилиндр и система рычагов.

На сварной раме имеются две пары кронштейнов — верхних и нижних. На кронштейнах осями к шарниром закреплены рычаги и, соединенные между собой рычагом и осями. Между левыми и правыми рычагами размещен плавающий пневматический цилиндр, соединенный с рычагами осями.

При подаче сжатого воздуха в полость пневматического цилиндра последний приводит в действие рычаги, которыми закрепляются заготовки. Для ограничения хода пневматического цилиндра влево и вправо на раме имеются ограничители. Сила прижима и размер зажима регулируются длиной рычага. Применение рычажной системы в конструкции обеспечивает значительное зажимное усилие при сборке. В зависимости от длины свариваемой конструкции устанавливают необходимое число прижимов.

Цилиндры пневматические без воздушного буфера, качающиеся являются унифицированными силовыми узлами, применяемыми в сборочных стендах и приспособлениях для привода зажимных и фиксирующих механизмов.

Цилиндр состоит из корпуса, поршня со штоком, перемещающихся при подаче сжатого воздуха. Крышки и цилиндра закрепляются резьбовыми стяжками, которые одновременно закрепляют кольца цапф.

Пневматические цилиндры без воздушного буфера применяют в тех случаях, когда в ведомом механизме предусмотрены специальные внешние ограничители хода для крайних положений поршня. Необходимый диаметр цилиндра выбирают по расчетному усилию, увеличенному на 15%, с^учетом потерь в воздухопроводе и на трение.

Цилиндры пневматические с воздушным буфером на цапфах и лапах являются унифицированными силовыми узлами для привода зажимных и фиксирующих механизмов.

Цилиндр на цапфах (качающийся) состоит из корпуса, поршня со штоком, на котором закреплены запорные втулки, входящие при крайних положениях поршня во втулки и предотвращающие удары поршня о крышки при работе. Крышки цилиндра закрепляются специальными резьбовыми стяжками, которые одновременно закрепляют кольцами цапф.

Цилиндр на лапах по своей конструкции и назначению не отличается от цилиндра на цапфах, за исключением крышек, которые выполнены с лапами для стационарной установки.

Цилиндры пневматические с воздушным буфером применяют в случаях, когда в ведомом механизме не предусмотрены специальные внешние ограничители хода при крайних положениях поршня и требуется предоставить удары поршня о крышки цилиндра.

Диаметр цилиндра выбирают по расчетному усилию, увеличенному на 15%, с учетом потерь в воздухопроводе и на трение. 

Пневмогидравлический усилитель устанавливают в сборочносварочных стендах как силовой узел, предназначенный для привода различных элементов стендовых приспособлений со значительными усилиями.

Устройство состоит из двух цилиндров — низкого и высокого давления, соединенных между собой обоймой. Цилиндр низкого давления служит для предварительного крепления, цилиндр высокого давления — для окончательного закрепления.

При подаче сжатого воздуха через отверстие обоймы в полость поршень цилиндра со штоком перемещаются в крайнее левое положение. При этом отверстие диаметром 8 мм в верхней части штока совмещается с отверстием обоймы.

Это отверстие соединено шлангом с масляным баком, от которого усилием сжатого воздуха масло под давлением поступает через шесть отверстий диаметром 8 мм в полость и создает давление на поршень со штоком цилиндра, которые перемещаются вправо, осуществляя предварительный поджим. Резьбовая проточка на конце штока служит для присоединения приспособлений.

Переключением пневматического крана сжатый воздух подается через отверстие в полость цилиндра, а полость соединяется с внешней воздушной средой. От усилия сжатого воздуха поршень со штоком перемещаются вправо, при этом отверстие перекрывается, масло, находящееся в полости цилиндра, получает дополнительное давление от штока, и происходит окончательный зажим.

Для производства отжима сжатый воздух подается в полости цилиндров, и поршни цилиндров возвращаются в исходное положение. Пневмогидравлический усилитель создает в приводах приспособлений большие усилия, и в результате во многих случаях нет необходимости применять дорогостоящие гидравлические насосные станции.

Кроме механизированных фиксирующих и зажимных элементов, обладающих большими преимуществами, на практике часто применяют всевозможные ручные. Ручные устройства характеризуются простотой конструкции, и их можно быстро изготовить. Ниже приведено описание наиболее распространенных конструкций ручных устройств.

Стойка базовая с прижимом предназначена для сборочных стендов как узел для ручной фиксации и поджима вертикальной листовой заготовки к горизонтальным, имеющим базовые отверстия.

Стойка состоит из сварного кронштейна, в котором на оси закреплено прижимное устройство с качалкой, и сварного корпуса с базовыми поверхностями и качалкой. Оба узла стойки — сварной кронштейн с прижимным устройством и сварной базовый корпус — установлены на общей площадке сварной рамы.

При сборке свариваемой конструкции горизонтальные элементы ее укладывают на базовые поверхности корпуса и фиксируют стержнями. Закрепляют их качалками с помощью винтов.

Вертикальные элементы конструкции заводят в просвет стойки и прижимным устройством фиксируют к торцам горизонтальных элементов конструкции. Прижимное устройство состоит из качалки, шарниром закрепленной на его ползуне, перемещаемом винтом. Для быстрого отвода качалки при съеме собранной конструкции прижимное устройство отводится в сторону.

В зависимости от длины свариваемой конструкции устанавливают необходимое число стоек. Габаритные размеры (длина, ширина, высота) 450 X 340 X 450 мм, масса 88 кг.

Стойка с откидным упором служит как фиксирующий узел на сборочных стендах и приспособлениях для фиксации и поджима заготовок из гнутого профиля, имеющего базовые отверстия.

Стойка представляет собой сварной корпус в котором на оси закреплен откидной упор, имеющий съемный фиксатор. Откидной упор закрепляют в рабочем положении валиком. Поджим гнутого профиля и его закрепление после установки фиксатора в отверстие заготовки осуществляется винтом, на конце которого может быть выполнен посадочный поясок. Габаритные размеры (длина, ширина, высота) 500 X 420 X 800 мм, масса 103 кг.

*

Стойка с ручным прижимом применяется в сборочных приспособлениях для ручной фиксации и поджима деталей. Стойка состоит из сварного корпуса, устанавливаемого на приспособлении, и откидного упора, являющегося базой стойки. Детали прямоугольного сечения и балки фиксируются и закрепляются с помощью упора вращающегося на оси и закрепляемого в рабочем положении фиксатором. Деталь поднимается до упора винтом, которым можно фиксировать деталь по базовому отверстию или без отверстия.

Габаритные размеры (длина, ширина, высота) 500 X 450 X 48 мм, масса 38 кг.

Оправка центрирующая с ручным приводом служит для укомплектования сборочно-сварочных стендов и приспособлений. С помощью оправки центрируются заготовки, выполненные из отливок или поковок и имеющие базовые отверстия.

Сварной корпус оправки имеет перемещающуюся гильзу, с одной стороны которой приварено кольцо с упорной шайбой. На другом конце гильзы приварена втулка, в которой размещен сухарь. Сухарь имеет три Т-образных паза, расположенных под углом, в которых перемещаются кулачки, размещенные в отверстиях втулки.

При вращении винта сухарь перемещается по резьбе в направлении вращения винта. Конусные пазы его ведут кулачки и радиально перемещают их в отверстиях втулки 3 на зажим или отжим заготовки. Два штыря ограничивают перемещение сухаря.

Широкая номенклатура типовых конструкций механизированных и ручных фиксирующих и зажимных элементов позволяет создавать сборочные стенды и приспособления для сборки различных сварных узлов. Некоторые конструкции стендов будут описаны ниже.

В единичном производстве для создания специализированных сборочных стендов для каждого сварного узла требуются большие затраты времени и средств, поэтому применение их во многих случаях оказывается экономически нецелесообразным. Для выполнения сборочных операций в единичном сварочном производстве эффективное применение находят универсально-сборные приспособления (УСПС). Сборочный стенд в этом случае собирают из разборных стандартных элементов. При переходе на сборку новой сварной конструкции стенд легко переналаживается. Особенно целесообразно применять УСПС там, где малая серийность сочетается с высокими требованиями к точности изготовления.

Комплекты УСПС разработаны НИИПТмашем. При этом были проведены тщательный анализ и классификация сварных конструкций тяжелого машиностроения, на основании которых было разработано два комплекса УСПС: малогабаритный (УСПСм) и среднегабаритный (УСПСс).

Основанием комплекта УСПСм являются базовые плиты, имеющие Т-образные пазы шириной 12 мм. Пазы расположены с шагом 600 мм. Предусмотрено пять типоразмеров плит. Конструкция их такова, что при необходимости они могут скрепляться друг с другом болтами и шпонками без применения соединительных планок. В комплект УСПСм входит ряд корпусных деталей: подкладки, регулируемые опоры, угольники и 27 наименований фиксирующих и прижимных элементов.

Основанием УСПСс служит плитный настил, собранный из плит размерами 1920 X 1440 X 180 мм. Плиты имеют пазы шириной 24 мм с шагом между осями пазов 120 мм. Корпусные элементы комплекта включают пять типоразмеров угольников, опоры и 11 типоразмеров подкладок. Для фиксации и прижима деталей сварных конструкций при сборке в комплекте предусмотрено 18 наименований фиксирующих и 21 типоразмер прижимных элементов. Элементы крепятся в компоновке шпонками, болтами, сухарями, шпильками.

Высокая твердость и износостойкость поверхности деталей комплекта обеспечивает срок службы элементов УСПС не менее 10—15 лет. Для защиты от прилипания брызг металла при сварке на элементы УСПС при изготовлении наносят стойкое покрытие. Предусмотрена защита резьбовых соединений от брызг металла и шлака.

Опыт внедрения и технико-экономические расчеты показывают, что применение универсально-сборных приспособлений для сборки металлоконструкций под сварку дает большой экономический эффект, облегчает труд слесарей-сборщиков и улучшает качество сборки в единичном и мелкосерийном производстве. Снижение трудоемкости работ с применением УСПС по сравнению со сборкой без приспособлений составляет 35—40%.

В перспективе УСПС в тяжелом машиностроении будут применять в широких масштабах. Намечается провести стандартизацию элементов, включение в комплекты быстродействующих зажимных и фиксирующих устройств, расширение габаритных размеров собираемых сварных конструкций и пр.

На некоторых предприятиях страны и за рубежом получают широкое распространение магнитные приспособления для механизации сборочных работ при производстве сварных конструкций.

Различают два вида приспособлений: с электромагнитами и постоянными магнитами. Преимуществом этих приспособлений является универсальность, быстрота действия, отсутствие движущихся частей. Особенно перспективны постоянные магниты, так как они не требуют внешних источников энергии, в то время как для питания электромагнитов требуется постоянный ток.

Постоянные магниты применяют как прижимные элементы, заменяющие скобы, планки и т. д. Для сборки крупных листов встык используют специальные стенды с электромагнитными приспособлениями. Из зарубежной практики известен стенд для сборки и сварки листовых полотнищ, состоящий из 12 электромагнитов. Он позволяет стыковать листы толщиной 4—20 мм размером 7000 х 1800. Каждый магнит обеспечивает усилие притяжения ~2 тс при толщине листов 17 мм и 1 тс при толщине листов 9 мм.

Фирмой «Магнетор» (ФРГ) выпущена серия компактных приспособлений, сделанных на базе, силовых электромагнитов, служащих для фиксации деталей в процессах сборки и сварки.