Трехкулачковый патрон назначение. Кулачковые токарные патроны
Токарный патрон – это основной элемент оснастки токарного станка, зажимное устройство обеспечивающее фиксацию заготовок на шпинделе. Применение патронов позволяет производить обработку на высоких скоростях вращения, обеспечивает точность установки и необходимое усилие зажима.
Данный элемент оснастки изготавливается из прочных марок чугуна или закаленной инструментальной стали, имеет различные варианты исполнения, обеспечивающие широкие возможности обработки деталей различной конфигурации.
Назначение и основные параметры
Токарный патрон является одним из основных элементов техоснастки и необходим для надежного крепления заготовок различного размера и формы на шпиндель. Высокая точность зажима обеспечивает центрование и перпендикулярность поверхности оси обработки. Патрон необходим для проведения практически всех токарных операций, входит в обязательный комплект оснастки металлообрабатывающих ручных, полуавтоматических и автоматических станков.
Данный тип зажима устанавливается на переднюю бабку станка. Передача вращения осуществляется от электромотора через коробку передач и раздаточную коробку. Для обеспечения производства деталей необходимо несколько токарных патронов, которые подбираются с учетом основных эксплуатационных и технических параметров:
- Вариант исполнения и количество кулачков (зажимных элементов) – определяет возможность фиксации того или иного типа заготовок, расположение кулачков, возможность установки нескольких заготовок.
- Рабочий диаметр патрона. Это наружный размер, диаметр присоединительного пояска, а также расположение и параметры крепежных отверстий.
- Параметры заготовки. Необходимо учесть наибольший и наименьший диаметры, учесть способ крепления – наружный или внутренний через обратные кулачки. Также необходимо учесть и допустимую массу детали.
- Диаметр отверстия в корпусе патрона. Необходим при обработке длинного прутка.
- Максимальное значение частот вращения.
Основные варианты конструкции
Токарные патроны изготавливаются из прочного чугуна маркой не менее СЧ-30 или инструментальных марок стали прочностью не менее 500 МПа.
Существуют различные варианты конструкции токарных патронов, остановимся на наиболее часто используемых в современном производстве:
- Патрон рычажный . Зажим происходит благодаря смещению кулачков с зажимами благодаря действию двухплечевого рычага. Основной характеристикой является количество кулачков и степень смещения на рабочем диске. К недостаткам можно отнести сложность настройки, особенно при проведении нетиповых операций. Кулачки могут настраиваться путем одновременного смещения посредством ключа или отдельной регулировкой каждого зажима. Данный тип оснастки, как правило, применяется для черновой или получистовой обработки.
- Клиновые токарные патроны – это усовершенствованный вариант конструкции рычажного зажима. Высокую точность фиксации обеспечивает наличие собственного механического или пневмопривода для каждого кулачка. Имеет возможность фиксации заготовки со смещением относительно центра вращения, что позволяет производить обработку деталей сложной конфигурации.
- Мембранные токарные патроны. Обеспечивают наиболее высокую точность фиксации благодаря мембранам из упругого материала. Заготовка фиксируется путем отключения гидропривода, что приводит к расширению мембраны. Характерными особенностями конструкции является большое количество зажимов при сравнительно низком усилии сжатия. Поэтому основной сферой применения данного типа оснастки является чистовая обработка деталей на малых скоростях вращения.
Виды и классификация токарных патронов
Одним из основных параметров классификации патронов, определяющим возможности обработки тех или иных заготовок, является количество и конструкция кулачков. По количеству зажимов патроны подразделяются на:
- Двухкулачковые патроны . Оптимальны для зажима заготовок небольшого размера несимметричной формы – поковок, арматуры и т. д.
- Трёхкулачковые патроны самоцентрирующиеся. Используются для крепления заготовок круглой и шестигранной форм. Обеспечивает возможность быстрой центровки и фиксации.
- Четырехкулачковые патроны с независимой фиксацией зажимов. Данный тип оснастки применяется для установки заготовок прямоугольной и нессиметричной формы, квадратных прутков.
- Шестикулачковые патроны самоцентрирующиеся. Оптимальны для работы с тонкостенными деталями благодаря минимальному усилию смятия. Шесть кулачков обеспечивают равномерное распределение усилий сжатия.
По типу зажима кулачков патроны подразделяются на прямые и обратные. Первые обеспечивают зажим по наружной поверхности, обратные – по внутреннему отверстию. Применение обратных кулачков позволяет обработать всю поверхность детали.
По классу точности данный тип оснастки подразделяется на 5 ступеней:
- Н – нормальная;
- П – повышенная;
- В – высокая;
- А – особо высокая.
Основные размеры и обозначения
Если взять наиболее распространенные трехкулачковые патроны (ГОСТ 2675-80) то действующим стандартом предусмотрено десять типоразмеров определяемых общим диаметром оснастки: 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500 и 630 мм (см. табл. 1)
В зависимости от способа установки на шпиндель оснастка подразделяется на три типа:
- С пояском и фиксацией посредством вспомогательного фланца (Тип 1);
- С фиксацией через фланец на конце шпинделя под поворотную шайбу (Тип 2);
- С фиксацией через фланец на конце шпинделя (Тип 3).
Существует единая система обозначений основных параметров патрона состоящая из 8 цифр и буквы указывающей класс точности оснастки. Воспользовавшись таблицей в ГОСТ 2675-80 по маркировке изделия можно определить:
- Количество зажимов;
- Диаметр изделия;
- Основные размеры;
- Тип крепления оснастки на шпиндель;
- Исполнение зажимов;
- Класс точности.
Так, например Патрон 7100-0032-П ГОСТ 2675-80 обозначает второй тип, диаметр 200 мм, монтаж на шпиндель с 5 условным размером, сборные кулачки и повышенный класс точности (П).
Действующие ГОСТы
Регулирует параметры токарных патронов ГОСТ 1654-86. В нём регламентируются технические условия патронов общего назначения. Также действует множество других стандартов. Так, самоцентрирующиеся 3-кулачковые патроны регулируются ГОСТ 2675-80. На двухкулачковые зажимы с самостоятельной центровкой действует ГОСТ 14903-69.
Наибольшее применение для закрепления заготовок при обработке на токарных станках получили трехкулачковые самоцентрирующиеся патроны с ручным приводом и центры. Основным инструментом для обработки на токарном станке является резец, который закрепляется непосредственно в резцедержателе станка с помощью прокладок, позволяющих установить резец так, чтобы его вершина находилась точно на линии центров.
Самоцентрирующийся трехкулачковый патрон
Самоцентрирующийся трехкулачковый патрон (рис. 6.2) состоит из корпуса 6 с пазами, в которых перемещаются кулачки 1,2, 3. Перемещение кулачков от периферии к центру патрона происходит при помощи спиральной нарезки, выполненной на диске 4. Диск приводится во вращательное движение при помощи специального ключа, устанавливаемого в квадратное отверстие конического зубчатого колеса 5. Зубчатое коническое колесо J находится в зацеплении с диском 4, на котором нарезаны зубья. Кулачки изготовляют трехступенчатыми, что позволяет закреплять заготовки с базированием по внутреннему диаметру различного размера. Для повышения износостойкости кулачков они подвергаются закалке.
Центры (рис. 6.3) в зависимости от формы и размеров обрабатываемых заготовок имеют различную форму и размеры. Угол при вершине рабочей части 1 центра, как правило, составляет 60°. Хвостовая часть 2 центра выполнена с конусом Морзе. Для удаления центра из отверстия шпинделя станка или пиноли задней бабки служит опорная часть 3, диаметр которой меньше диаметра хвостовой части конуса, что позволяет удалять центр без повреждения его конической части.
Конструкция центра выбирается в зависимости от конструкции заготовки и характера выполняемой обработки.
При обработке заготовок небольшого диаметра (до 4 мм) сложно выполнить в них центровое отверстие, поэтому торцевая часть такой заготовки обрабатывается под углом 60°, а ее закрепление выполняется при помощи центра с обратным конусом (рис. 6.3, б). Если в процессе обработки необходимо подрезать торец у закрепляемой в центрах заготовки, то используется центр со срезанным конусом (рис. 6.3, в), который устанавливается только в пиноли задней бабки. Когда ось обрабатываемой заготовки не совпадает с осью шпинделя, для ее закрепления применяется сферический центр (рис. 6.3, г). Центр с рифленой рабочей поверхностью (рис. 6.3, д) используется при обработке без поводкового патрона заготовок с большим размером центрового отверстия. В связи с тем что при обработке в центрах возникают большие силы трения, для повышения долговечности центров для их рабочей части употребляют твердый сплав (рис. 6.3, е); такие центры устанавливаются в пи- ноль задней бабки. Наряду с цельными центрами широкое применение находят вращающиеся центры (рис. 6.4). Такой центр состоит из корпуса 4 с коническим хвостовиком, в котором установлены два шариковых 3 и 5 и один роликовый 2 подшипники. На подшипниках устанавливается вращающийся центр 1.
Для передачи вращательного движения от шпинделя к обрабатываемой заготовке служат также поводковые патроны и хомутики.
Поводковые патроны
Поводковые патроны (рис. 6.5) применяются при обработке заготовок 5 в центрах 4 и 6. Передача движения осуществляется поводковым патроном 7 через палец-поводок 2 и хомутик 3, закрепленный на заготовке винтом.
Хомутик (рис. 6.6) надевается на обрабатываемую в центрах заготовку и закрепляется винтом 1. Хвостовиком 2 хомутик упирается в палец поводкового патрона.
Прокладки предназначены для установки вершины резца по линии центров; они представляют собой металлические пластины различной толщины с размерами, соответствующими размерам опорной поверхности резца. Пластины устанавливаются в резцедержатель под резец, при этом толщина комплекта подбирается такой, чтобы вершина резца оказалась на линии центров. Положение вершины резца контролируется по вершине центра, установленного в пиноли задней бабки. После выверки положения вершины резца он закрепляется в резцедержателе станка вместе с комплектом подобранных пластин. В комплекте не должно быть больше трех пластин.
На токарных станках применяют двух-, трех- и четырехкулачковые патроны с ручным и механизированным приводом зажима. В двухкулачковых самоцентрирующих патронах закрепляют различные фасонные отливки и поковки; кулачки таких патронов, как правило, предназначены для закрепления только одной детали. В трехкулачковых самоцентрирующих патронах закрепляют заготовки круглой и шестигранной формы или круглые прутки большого диаметра. В четырехкулачковых самоцентрирующих патронах закрепляют прутки квадратного сечения, а в патронах с индивидуальной регулировкой кулачков - детали прямоугольной или несимметричной формы.
Наиболее широко применяют трехкулачковый самоцентрирующий патрон (рисунок ниже). Кулачки 1, 2 и 3 патрона перемещаются одновременно с помощью диска 4. На одной стороне этого диска выполнены пазы (имеющие форму архимедовой спирали), в которых расположены нижние выступы кулачков, а на другой - нарезано коническое зубчатое колесо, сопряженное с тремя коническими зубчатыми колесами 5. При повороте ключом одного из колес 5 диск 4 (благодаря зубчатому зацеплению) также поворачивается и посредством спирали перемещает одновременно и равномерно все три кулачка по пазам корпуса 6 патрона. В зависимости от направления вращения диска кулачки приближаются к центру патрона или удаляются от него, зажимая или освобождая деталь. Кулачки обычно изготовляют трехступенчатыми и для повышения износостойкости закаливают. Различают кулачки крепления заготовок по внутренней и наружной поверхностям; при креплении по внутренней поверхности заготовка должна иметь отверстие, в котором могут разместиться кулачки.
Кулачковые патроны могут оснащаться механизированным приводом - тяговым или встроенным. Патроны с тяговым приводом имеют зажимные элементы, связанные цельными или пустотелыми тягами с пневмо- или гидроцилиндром. На рисунке ниже представлена конструкция двухкулачкового рычажного патрона со сменными кулачками 14, которые предварительно устанавливаются по заготовке (относительно оси вращения) путем смещения сухарей 12 (скрепленных с кулачками 14 винтами 13) по пазам в ползунах 11. Ползуны 11 перемещаются к центру патрона рычагами 10, которые при движении упора 15 (вместе с тягой 3) поворачиваются вокруг оси 9 в корпусе 8. При повороте рычаги 10 опираются на поверхности 7. Перемещение ползунов 11 (вместе с кулачками 14) от центра патрона производится конической поверхностью упора 15 при обратном движении тяги 3, связанной с упором посредством направляющей втулки 6 и соединительных деталей 2, 4 и 5. Патрон крепится к станку винтами 1.
Патрон с встроенным приводом (рисунок ниже) имеет встроенный пневмоцилиндр 6 с поршнем 5 и крепится к станку фланцем 1. Резиновое кольцо 11 смягчает удары поршня о фланец 4. Уплотнительные кольца 10 и 12 обеспечивают герметичность пневмопривода. Ползуны 7 (с зажимными кулачками 8) имеют выступы 9, которые входят в пазы поршня 5. Угол наклона пазов 40,5 градуса, что обеспечивает условия самоторможения. При подаче воздуха по каналам 2 и 3 в левую или правую полость цилиндра ползуны 7 перемещаются от центра патрона или к его центру и через кулачки 8 разжимают или зажимают заготовку.
Выдача займов под залог недвижимости в Москве.
Четырехкулачковый патрон с независимым перемещением кулачков (рисунок ниже) состоит из корпуса 1, в котором выполнены четыре паза, в каждом пазу смонтирован кулачок 4 с винтом 3, используемым для независимого перемещения кулачков по пазам в радиальном направлении. От осевого смещения винт 3 удерживается сухарем 2. При повороте кулачков на 180 градусов патрон может применяться для крепления заготовок по внутренней поверхности. На передней поверхности патрона нанесены концентричные круговые риски (расстояние между рисками 10-15 мм), с помощью которых кулачки выставляются на одинаковом расстоянии от центра патрона.
Кулачковый патрон для обработки эксцентричных поверхностей
Цанговые зажимы к трехкулачковому патрону
Трехкулачковый патрон с регулируемыми кулачками
Обработку эксцентричных поверхностей на токарных станках производят с помощью различных приспособлений. Однако в большинстве своем они не отвечают требованиям современного производства. Одни из них сложны и громоздки, другие требуют трудоемкой настройки.
На Ленинградском заводе станков-автоматов новатором С. В. Литвиновым разработан и внедрен патрон, отличающийся простотой в изготовлении и настройке, а также обладающий высокой жесткостью и универсальностью. Основной деталью патрона (рис. 1) является оправка 9, имеющая три части: конусный хвостовик с конусом Морзе № 5, цилиндрический поясок диаметром D1=70 мм и фланец. На цилиндрический поясок надета планшайба 4, соединенная с ним шпонкой 8 и прикрепленная к фланцу тремя винтами 12. На торце планшайбы выполнена кольцевая «выборка» с осью //, смещенной от оси /, общей для хвостовика и цилиндрической поверхности оправки, на величину 5 мм. В эту выборку установлены скрепленные между собой винтами 2 и 13 кольцо 5, переходник 3 и стандартный трехкулачковый патрон / диаметром 130 мм. Причем патрон посажен на поясок переходника диаметром D3, ось /// которого смещена на 5 мм от оси //. Таким образом, ось патрона, в котором устанавливается деталь в приведенном на чертеже положении, эксцентрична по отношению к оси вращения шпинделя на максимальную величину- 10 мм.
В выборке весь блок можно повернуть на любое угловое положение и закрепить с помощью трех Т-образных болтов 6 и гаек 7. Болты своими головками заведены в Т-образный круговой паз кольца 5 и пропущены в отверстие планшайбы.
На переднем торце планшайбы нанесены деления 11. Каждое деление соответствует такому угловому положению блока, при котором ось /// смещается в сторону оси / на 1/10 от максимального эксцентриситета 10 мм, т. е. на 1 мм. Для установки блока в требуемое положение на переходнике 3 имеется угловая риска (канавка) 10.
Чтобы настроить патрон / на требуемый эксцентриситет обработки, необходимо ослабить гайки 7, повернуть блок, расположив риску 10 против нужного деления на планшайбе, и зажать гайки 7.
Точность установки величины эксцентриситета зависит от точности изготовления деталей приспособления и практически не будет превышать суммы погрешностей эксцентриситетов поверхностей D2 и D3. Так, при погрешности последних ±0,05 мм, что технологически легко достижимо, точность настройки не будет превышать ±0,1 мм.
Данное приспособление позволяет настраивать эксцентриситет с более высокой точностью. Чтобы ее добиться, необходимо воспользоваться индикатором и произвести поднастройку непосредственно на станке.
Габаритные размеры патрона: диаметр - 260 мм, длина - 170 мм. Масса - 15 кг.
Годовой экономический эффект от внедрения одного патрона составил 1,2 тыс. руб.
Токарные 3-х кулачковые патроны
Токарные 3-х кулачковые патроны используются в составе передней шпиндельной бабки токарного станка для зажима обрабатываемой детали. В отдельных случаях эту оснастку используют в составе поворотных столов и делительных головок.
Различают самоцентрирующиеся 3-х кулачковые патроны и патроны с независимыми губками. На оси шпинделя патрон может крепиться: тип 1 - с цилиндрическим центрирующим пояском и с креплением через промежуточный фланец (планшайба); тип 2 – с креплением непосредственно на фланцевые концы шпинделей под поворотную шайбу; тип 3 – с креплением непосредственно на фланцевые концы шпинделей.
В комплект поставки стандартно входят сам трехкулачковый токарный патрон, обратные и прямые кулачки, зажимной ключ.
Центр токарный вращающийся применяется для установки заготовок типа тел вращения при выполнении точных работ на металлорежущих станках с ручным и программным управлением. Оснастки этого типа обеспечивает возможность зажима заготовки максимального диаметра и габаритов для обработки резанием на максимальной скорости вращения при минимальном биении. По техническим параметрам различают стандартные и удлиненные вращающиеся токарные центры.
Резцедержатель применяется для закрепления инструмента различного сечения с помощью сменной планки и болтов, например токарных резцов на станке 16К20. Эта техоснастка характеризуется высокой точностью позиционирования и долговечностью. Хвостовик быстросъемного резцедержателя стандартно соответствует общепринятым ГОСТам.
На токарной операции применим трехкулачковый патрон. Такие патроны изготавливают с двумя или тремя эксцентриковыми кулачками с насечкой, которые в начале обработки под действием сил резания зажимают обрабатываемую деталь, установленную в центрах станка и передают ей крутящий момент от шпинделя станка. Равномерный зажим детали всеми кулачками обеспечивается тем, что применяют плавающие кулачки или кулачки с независимым перемещением. Самозажимные поводковые патроны позволяют устанавливать кулачки на различный размер обрабатываемой детали.
Деталь закрепляется по необработанной поверхности с одновременным центрированием центром 8. Давлением детали центр 8 утопляется и обеспечивает досылку торца детали до упора в базовую поверхность втулки 14. Планшайбу 6 патрона устанавливают коническим отверстием на шпиндель станка и крепят стяжками 7 к планшайбе. Фланец 1 патрона соединён с планшайбой винтами 24 и фиксируется винтом 23. Кулачки 3 закрепляют в патроне винтами 4. Для одновременного зажима детали двумя кулачками фланец 1 может перемещаться относительно планшайбы 6 в направлении его пазов и пружиной поворачивается в начальное положение. Кулачки 3 соединены с противовесами 15 с помощью штифтов 20.
В момент включения станка шпиндель с патроном начинают вращаться и кулачки 3 под действием центробежных сил от противовесов, мгновенно проворачиваясь на пальцах, предварительно зажимают деталь, и предупреждают её от проворачивания вначале резания от составляющих сил резания. После обработки детали станок выключается, шпиндель не вращается, кулачки 3 толкателями 19 под действием пружин поворачиваются на пальцах в исходное положение и деталь отжимается.
Расчёт патрона на точность
При расчете на точность суммарная погрешность при обработке детали не должна превышать величины допуска Т размера.
Суммарная погрешность зависит от ряда факторов и в общем случае точность приспособления рассчитывается по формуле:
пр = Т - К т1 ·
где, Т - допуск выполняемого размера, мм;
б - погрешность базирования,
б = 0, мм так как деталь закрепляется в центрах;
з - погрешность закрепления, з = 0 мм при закреплении заготовки в центрах;
у - погрешность установки приспособления на станке,
у = 0,025 мм, так как патрон устанавливается в шпиндель с конусом Морзе №6;
и - погрешность положения детали из-за износа установочных элементов приспособления, и = 0,014 мм;
пи - погрешность смещения режущего инструмента, пи = 0 мм, так как отсутствуют направляющие элементы в приспособлении;
К т1 - коэффициент, учитывающий отклонение рассеяния значений составляющих величин от закона нормального распределения, К т1 =0,8;
Экономическая точность обработки;
k т1 - коэффициент, учитывающий уменьшение предельного значения погрешности базирования на настроенных станках, k т1 =1;
k т2 - коэффициент, учитывающий долю погрешности обработки в суммарной погрешности, вызываемой факторами, не зависящими от приспособления, k т2 = 0,6;
Подставляя в формулу значения всех погрешностей получим следующую погрешность приспособления.
Токарный патрон - важный элемент оснастки токарного станка . От того, насколько надежно закреплена заготовка на станке, зависит точность обработки. От качества изготовления патрона - зависит длительность эксплуатации. В процессе совершенствования металлообрабатывающих технологий было разработано множество конструкций патронов, из которых были выбраны наиболее эффективные.
Закрепление патронов на токарном станке
Крепление и центрирование токарных патронов производится на шпинделе токарного станка. Диаметры патронов и способы их крепления - стандартизированы. В зависимости от производителя патроны будут обозначаться типом (по ISO) или исполнением (по Гост). Распространенная конструкция конца шпинделя - это крепление типа С или типа D (cam-lock). Существуют и другие конструкции шпинделя.
Для крепления токарных патронов широко используются фланцы и планшайбы, размещаемые на шпинделе. Они имеют такую же конструкцию, как и фланец токарного патрона, однако такие приспособления позволяют значительно повысить универсальность, поскольку на них можно устанавливать различные патроны. На планшайбах имеются многочисленные отверстия для затяжных болтов и центрирующий выступ. При установке патрона на планшайбу или фланец также можно добиться высокой точности.
Виды токарных патронов
Токарные патроны делятся на такие виды:
- Механические. Наиболее распространенный класс патронов, разделяется на кулачковые, поводковые, цанговые. Первая группа сейчас практически вытеснила вторую и, в свою очередь, делится на самоцентрирующиеся, обычно с 3 кулачками, и несамоцентрирующиеся, у которых количество кулачков может быть 2, 4 или 6. Шестикулачковые патроны используются реже всего.
- Механизированные: Пневматические, гидравлические, электрические. Автоматизируют процесс зажима-разжима заготовки с заданным усилием. Гидравлические патроны чаще используются на станках с диаметром патрона больше 200 мм (диаметры импортных патронов указаны в дюймах 6, 8, 10, 12, 15 и далее дюймов). Пневматические патроны применяются на токарных автоматах. Цанговые патроны служат для зажима прутковой заготовки относительно небольшого диаметра. Электрические. не получили широкого распространения.
Наружный диаметр токарных патронов находится в пределах 80-1000 мм, из которых наибольшей популярностью пользуются патроны диаметром 80-400 мм. Для изготовления токарных патронов используется сталь и чугун. Особенно прочными выполняются кулачки для токарных патронов, которые испытывают значительные поверхностные и истирающие нагрузки в процессе работы. Поэтому для их производства применяется высококачественная сталь, которая подвергается закалке.