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.
Трех кулачковый клиновой патрон предназначен для закрепления штучных заготовок, обрабатываемых на станках токарной группы в условиях серийного и массового производства. Закрепление (открепление) заготовки осуществляется с помощью пневматического привода, размещенного на заднем конце полого шпинделя (или встроенного в патрон) и связанного штоком с патроном. Принцип действия клиновых патронов основан на одновременном перемещении кулачков патрона с помощью осевого движения втулки, которая имеет клиновые выступы (пазы), сопрягающиеся с клиновыми пазами (выступами) на кулачках (рисунок 1). При осевом движении Dпр втулки 1 кулачки 2 перемещаются в радиальном направлении Dз и зажимают заготовку 3. При противоположном движении втулки происходит открепление заготовки.
Рисунок 2 - Схема работы клинового патрона: а – патрон открыт, б – патрон закрыт 1 – втулка; 2 – кулачок, 3 – заготовка.
Прямые кулачки устанавливают в паз наружу ступенями, и деталь зажимается сверху внутренними поверхностями или наружной поверхностью ступеней по внутренней поверхности изделия. Кулачки маркируются порядковым номером, которому нужно следовать при монтаже в патрон.
Для детали «Стакан» В соответствии со стандартами был выбран патрон с наружными диаметрами равным 200 мм.
К достоинствам клинового патрона следует отнести:
1. компактность и жесткость, так как механизм патрона состоит всего из четырех подвижных частей (скользящей муфты и кулачков);
2. износоустойчивость, так как соединение муфты с кулачками происходит по поверхностям с равномерно распределенным давлением, а возможность быстрого съема кулачков способствует хорошей их чистке и смазке.
Недостатком клинового патрона является малый диапазон радиального перемещения кулачков, не позволяющий закреплять детали различных размеров. Поэтому такие патроны нужно переналаживать на закрепление деталей других размеров. Переналадка может производиться как вручную, так и автоматически.
Клиновой токарный патрон крепится через сквозные отверстия.
Наиболее распространенный трехкулачковый клиновой патрон показан на рисунке 2. Основой патрона является муфта, имеющая три паза, расположенные под углом 15° (что позволяет обеспечить максимального зажимного усилия при достаточной длине хода кулачка), к оси патрона, в которые входят выступы основных кулачков. Пазы муфты и выступы основных кулачков образуют клиновые пары. При осевом перемещении винта влево муфта также смещается влево. При этом основные кулачки сдвигаются к оси патрона под действием клинового соединения выступов кулачков и впадин муфты, вместе с основными кулачками 3 приходят в движение и накладные кулачки – происходит закрепление обрабатываемой заготовки. Для открепления детали винт перемещают вправо. Патрон имеет легкосменные основные кулачки. Смена кулачков упрощается за счет имеющегося в основных кулачках специального винта с отверстием под ключ. После поворота ключом винт ослабляет зажим сменного кулачка к основному посредством клиновидного сухаря.
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.
1. Стандарт распространяется на самоцентрирующие спираль-но-реечные трехкулачковые патроны классов точности Н, П, В, А, устанавливаемые на шпиндели станков через переходные фланцы и непосредственно на фланцевые концы шпинделей.
2.Патроны должны изготавливаться типов:
Тип 1 - с цилиндрическим, центрирующим пояском и с креплением через промежуточный фланец по ГОСТ 3889-80.
Тип 2 - с креплением непосредственно на фланцевые концы шпин-делей под поворотную шайбу по ГОСТ 12593-72;
Тип 3 - с креплением непосредственно на фланцевые концы шпин-делей по ГОСТ 12595-85.
1, 2. (Измененная редакция, изм. № 1).
3. Патроны всех типов изготавливаются исполнений:
С цельными кулачками,
Со сборными кулачками.
4. Основные размеры патронов типов 1, 2, 3 должны соответст-вовать указанным на чертеже 1 и в таблице 1.
Пример условного обозначения патрона типа 1, диаметром 200 мм с цельными кулачками, класса точности Н:
Патрон 7100-0007 ГОСТ 2675- 80
То же, патрона типа 2 диаметром 200 мм, устанавливаемого на шпиндель с условным размером 5, со сборными кулачками, класса точности П:
Патрон 7100-0032-П ГОСТ 2675-80
Присоединительные размеры патронов типа 1 должны соот-ветствовать указанным на чертеже 1 и в таблице 2.
Присоединительные размеры патронов типов 2 и 3 должны соответствовать указанным на чертеже 2 и в таблице 3.
Фиксация заготовки в токарном станке для ее дальнейшей обработки происходит с помощью токарного патрона. Этот элемент оборудования может иметь различную конструкцию, которая определяется функциональностью и технологическими требованиями.
Назначение и особенности эксплуатации
Токарные работы характеризуются высокой скоростью вращения детали. Поэтому к патронам предъявляются особые требования. Они устанавливаются на переднюю шпиндельную бабку станка, которая соединена с электродвигателем посредством коробки передач и раздаточной коробки.
Для выбора оптимальной модели необходимо знать основные технические характеристики, которыми обладают токарные патроны. Они во многом зависят от токарного станка, а также перечня выполняемых операций на нем. Поэтому методика выбора должна быть комплексной.
Существуют следующие эксплуатационные и технические параметры, согласно которым подбираются токарные патроны для станков:
- конструкция. Определяет способ фиксации заготовки, количество зажимных элементов, их расположение и возможность установки нескольких деталей;
- рабочие диаметры. К ним относятся наружный, присоединительного пояска, а также расположение и размеры крепежных отверстий;
- характеристики обрабатываемого изделия. Диапазон размеров: максимальный и минимальный диаметр (наружный и внутренний) в зависимости от способа крепления — на прямых или обратных кулачках. Учитывается максимально допустимая масса заготовки;
- диаметр отверстия в корпусе. Оно предназначено для установки прутка;
- пределы частот вращения токарного патрона.
Изделия этого класса относятся к сложным технологическим конструкциям. Для их изготовления применяются несколько типов материалов. Корпус делается из чугуна специальной марки, не ниже СЧ-30. Остальные компоненты изготавливаются из инструментальной стали, у которой предел прочности не может быть меньше 500 МПа.
Характеристики шероховатости патронов зависят от конкретного компонента. Так, для передней цилиндрической части этот показатель не может быть более 0,8. Рабочие поверхности обладают шероховатостью до 1,6.
Классификация токарных патронов
Цанговые
Этот тип крепежного элемента представляет собой втулку, в которой находится несколько осевых прорезей. В них расположены фиксирующие лепестки, количество которых различно и может составлять от 3-х до 6-ти штук.
Конструктивно токарный патрон этого типа состоит из подающей цанги, в которой находится втулка с разрезами, формирующими лепестки. Для фиксации заготовки устанавливается цельная зажимная цанга с лепестками пружинного типа. Для увеличения показателя сцепления происходит смещение цельной цанги относительно заготовки и лепестков.
Область применения токарных патронов цангового типа для станков:
- заточка сверл и фрез;
- обработка металлических прутков;
- использование для крепления заготовки с обратной поверхностью.
К недостаткам этого типа сверлильных патронов можно отнести относительно небольшие максимальные диаметры деталей, а также невозможность обрабатывать заготовки с большой массой.
Если конфигурация поверхности заготовки не соответствует размерам – необходимо применять специальные выравнивающие вкладыши.
Рычажные
До недавнего времени были самыми популярными типами креплений в токарных станках. Принцип действия основан на смещении кулачков с зажимами посредством движения двуплечего рычага. Для оптимизации настройки в конструкции есть гидропривод.
Главной характеристикой патронов этого типа является количество фиксирующих кулачок и степень их смещения на рабочем диске. Настройка положения заготовки является сложным процессом. В особенности если необходима нестандартная обработка.
Способы переналадки токарного патрона этого типа:
- одновременное смещение кулачков с помощью ключа. Он устанавливается в прорезь регулирования гидравлического привода;
- регулировка каждого кулачка в отдельности. Эта операция требует много времени и не каждая конструкция токарного патрона рычажного типа имеет такую функцию.
В процессе работы может наблюдаться незначительный люфт детали во время ее вращения. Поэтому рычажные фиксирующие компоненты станка применяются в основном только для черновой обработки.
Клиновые
Эта модель токарного патрона представляет собой усовершенствованную конструкцию вышеописанного рычажного механизма. Для обеспечения большей точности для каждого кулачка есть свой пневматический или механический привод.
Подобная конструкция применяется для выполнения точных операций по токарной обработке. Преимуществом ее эксплуатации является возможность смещения центра заготовки относительно оси вращения. Таким образом можно изготавливать детали сложной формы.
К особенностям работы с клиновыми токарными патронами можно отнести следующие факторы:
- сложность настройки;
- высокая точность выставляемых параметров, низкий процент погрешности обработки;
- надежность фиксации за счет равномерного распределения усилия давления на каждом кулачке.
Для токарных станков с блоком ЧПУ важна возможность быстрой перенастройки. Поэтому в подобном оборудовании используются специальные модели зажимных устройств, подключаемые к блоку управления.
К материалу изготовления клиновых патронов предъявляются особые требования. Зачастую обработка происходит на высоких оборотах, поэтому свойства фиксирующего устройства не должны измениться во время выполнения этого процесса.
Мембранные
Наиболее высокими показателями точности фиксации обладают мембранные модели токарных патронов. Мембраны из упругого материала крепятся к фланцу. После установки заготовки отключается гидропривод и деталь крепится с помощью расширения мембраны.
Для этой модели фиксирующего устройства характерно большое количество кулачков и низкая степень зажима. Поэтому мембранные патроны в основном используются для чистовой обработки, выполняемой на низких скоростях.
В видеоматериале показан пример установки и эксплуатации:
Loading...