Материал: Расширение технологических возможностей станков и станочных комплексов. Пачевский В.М., Яценко С.Н

5.3.2. Переналаживаемые зажимные патроны

Многочисленные конструкции зажимных приспособлений для токарных станков окатывают большинство производственных ситуаций. Наибольший интерес применительно к условиям малых предприятий представляют переналаживаемые приспособления. На рис. 56 представлен автоматический самоцентрирующий зажимной патрон /33/.

Рис. 56. Автоматический самоцентрирующий зажимной патрон

Патрон содержит корпус 1, радиально перемещаемые в нем наружные зажимные кулачки 2, на которых закреплены зажимные губки 3. Внутри корпуса размещен ползун 4, с которым радиально перемещаются внутренние кулачки 5, каждый из которых сопряжен посредством клинового соединения с одним из зажимных кулачков 2.

На ползуне установлен с возможностью вращения относительно него спиральный диск 6, спираль которого взаимодействует с зубьями внутренних кулачков 5.

Внутри корпуса размещен зубчатый венец 7 посредством поводков 8 (выходное звено привода), взаимодействующий со спиральным диском. Зубчатый венец 7 находится в зацеплении с шестерней 9, вращающейся вместе с шестерней 10, которая находится в зацеплении с ведущим зубчатым венцом (входное звено) 11, расположенным на внешней поверхности корпуса и взаимодействующим с нормально открытым, фиксатором 12. Осевое перемещение ведущего зубчатого венца (входного звена) 11 ограничено фланцем 13. Фиксатор 12 связан с системой управления патроном.

Операция зажима заготовки происходит при невращающемся патроне. Ползун 4 находится, в крайнем правом положении. Обрабатываемая заготовка 14 перемещается, в пространство между губками 3, включается привод механизма зажима (не показан) и ползун 4 перемещается влево. Вместе с ползуном перемещается спиральный диск 6 и внутренние кулачки 5. Наружные зажимные кулачки 2, сопряженные с внутренними кулачками 5 посредством клинового соединения, при этом перемещаются радиально в направлении к центру и зажимают заготовку 14 губками 3. Разжатие заготовки осуществляется при перемещении ползуна 4 вправо.

Операция переналадки кулачков на другой диаметр закрепления производится при невращающемся патроне. Фиксатор 12 перемещается вправо и взаимодействует с зубчатым сектором 11. Посредством системы управления включается медленное вращение патрона. При этом зубчатый венец 11 остается неподвижным относительно фиксатора 12. Корпус 1 патрона вращается относительно зубчатого венца 11. При этом шестерня 10 обегает зубчатый венец 11, передает вращение через шестерню 9 на внутренний зубчатый венец 7, который начинает вращаться относительно корпуса и через поводки 8 передает вращение на спиральный диск 6. Спираль спирального диска при вращении, взаимодействуя с зубьями внутренних кулачков 5, перемещает кулачки 5 и сцепленные с ними зажимные кулачки 2 в радиальном направлении до установки их на требуемый диаметр закрепления. После этого вращение патрона прекращается. Фиксатор 12 выходит из зацепления с зубчатым венцом 11. Патрон готов к зажиму заготовки. Перемещение кулачков в обратном направлении (разведение) осуществляется реверсированием вращения патрона.

Если предприятие имеет станки с ЧПУ, то вопрос переналадки приспособлений является первоочередным. Предлагаются конструкции следующих переналаживаемых патронов.

Схема патрона реечного типа представлена на рис. 57 /34/.

Рис. 57. Быстропереналаживаемый патрон реечного типа

В этом патроне три рейки 5 соединены с центральным кольцом 7 цапфами и сухарями 6. При вращении винта 9 гайка 8, шарнирно соединенная с центральным кольцом 7, вращает его, в результате чего косозубые рейки 5 получают синхронное перемещение в пазах корпуса и, взаимодействуя с рейками, выполненными на кулачках 3, перемещают последние к центру или к периферии патрона для закрепления заготовки. Для смены кулачков винт вращают до тех пор, пока рейки 5 не переместятся в крайнее положение. При этом зубья выйдут из зацепления с зубьями кулачков 3. Нажимая на подпружиненную кнопку 2, шариковый наконечник 4 выводит фиксатор 1 из зацепления с зубьями кулачка, после чего кулачок быстро вынимают, переустанавливают или заменяют. Подпружиненный фиксатор 1 фиксирует положение кулачка. После переустановки или замены кулачков вращением винта 9 перемещают рейки 5, и они входят в зацепление с зубьями кулачков 3.

Для смены кулачка специальный ключ вставляют в отверстие эксцентрикового валика, установленного в отверстиях основного кулачка и зубчатого ползуна, и перемещают валик к центру патрона до тех пор, пока его конец не войдет в отверстие втулки, соединенной с рычагами, взаимодействующими с кулачками и поршнем гидроцилиндра, установленного на заднем конце шпинделя станка. Это положение валика фиксируется подпружиненным шариком. Таким образом, смена кулачков может быть осуществлена лишь после того, когда кулачки будут в положении разжима заготовки, т.е. втулка и поршень гидроцилиндра будут в крайнем правом положении. При этом устройство контроля хода поршня гидроцилиндра блокирует включение станка. При повороте ключа на 180° против часовой стрелки эксцентриковый валик переместит зубчатый ползун внутрь кулачка, в результате чего зубья ползуна выйдут из зацепления с зубьями кулачка. После этого кулачок может быть сдвинут к центру или от центра патрона, перевернут на 180° или заменен.

Для перестановки кулачка в радиальном направлении на требуемый диаметр на торце патрона нанесены линии с указанием диаметра. При переустановке или смене кулачка его положение фиксируется подпружиненным фиксатором. После переустановки или смены кулачка ключ поворачивают на 180° по часовой стрелке и вводят зубья ползуна в зацепление с зубьями кулачка. Таким образом, возвращение ключа в исходное положение гарантирует правильное закрепление ключа. Ключ может быть вынут из патрона только тогда, когда он находится в исходной позиции. Центральное отверстие патрона большого диаметра обеспечивает возможность обработки как штучных, так и прутковых заготовок. Патрон снабжен противовесами кулачков для снижения центробежных сил на силу зажима заготовок.

Для обработки на токарных станках заготовок деталей типа "фланец" и "вал" необходима замена самоцентрирующих трехкулачковых патронов поводковыми, на что затрачивается время, обусловливающее значительные простои дорогостоящих станках с ЧПУ. Для сокращения времени переналадки станка с патронных на центровые работы применяют универсально-наладочные патроны, обеспечивающие быструю переналадку патронов с самоцентрирующих на поводковые за счет смены вставок, устанавливаемых в отверстие патрона, не снимая последний со станка.

В этом отношении интерес представляют универсально-наладочные клиновые патроны. На рис. 58 представлен патрон со вставкой для обработки заготовок деталей типа "вал".

Рис. 58. Переналаживаемый клиновой патрон

После установки в патрон вставки 2 (рис. 58 в) с центром 5 и пружиной 6, он становится поводковым, поскольку его диаметр меньше диаметра отверстия втулки 3 на 3-7 мм (в зависимости от диаметра патрона).

Заготовку детали типа "вал" устанавливают по центровым гнездам в центры патрона 5 и задней бабки. При перемещении втулки 4 тягой, соединенной со штоком поршня вращающегося пневмо- или гидроцилиндра, перемещается втулка 3 с клиновыми скосами, которые перемещают кулачки 1 к центру патрона. При этом, благодаря зазору между хвостовиком вставки и отверстием во втулке 3, последняя будет плавающей, в результате чего кулачки патрона самоустанавливаются на наружной цилиндрической поверхности заготовки, не центрируя последнюю, а только передавая ее крутящий момент в процессе обработки. При замене вставки 2 вставкой 7 (рис. 58, б) патрон становится самоцентрирующим, поскольку хвостовик вставки 7 устанавливается в отверстие втулки 3 без зазора, и при ее перемещении приводом кулачки, двигаясь к центру патрона, центрируют и закрепляют заготовку.

На прецизионных станках необходимо обеспечить высокую соосность задетой в патроне заготовки оси шпинделя станка. Представляет интерес новая оригинальная конструкция самоцентрирующих трех- и шестикулачковых патронов /34/. Патрон содержит модуль, добавляемый к стандартному патрону. Он обеспечивает регулирование положения оси вращения патрона посредством трех, микрометрических винтов (рис. 59). Пои этом обеспечивается концентричность, соосность оси патрона и шпинделя в пределах 0,003 мм.

Разработана оригинальная конструкция накладных закаленных кулачков (рис. 60), контактирующих с цилиндрической поверхностью заготовки в двух точках. Они обеспечивает закрепление заготовок широкого диапазона диаметров одним комплектом кулачков (рис. 60, а); уменьшение деформации заготовки, поскольку контакт с тремя кулачками осуществляется в шести точках (рис. 60, б); регулирование длины кулачков за счет сменных опор различной высоты (рис. 60, в). При применении таких кулачков уменьшается их износ, а также влияние центробежных сил на силу зажима заготовки при больших частотах вращения из-за уменьшения массы кулачков.

Рис. 59. Патрон модульного типа

Рис. 60. Конструкции сменных кулачков:

а – кулачек; б – схема зажима заготовки;

в – сменные опоры кулачков

Для обработки валов применяют штырьковые поводковые патроны. При этом заготовка устанавливается центровыми гнездами на последний подпружиненный центр патрона и вращающийся центр задней бабки станка. Заготовка принимается вращающимся центром к штырькам, которые врезаются в ее торец на одинаковую глубину благодаря тому, что штырьки самоустанавливаются по торцу заготовки. При обработке заготовки крутящий момент передается штырьками /34/. Преимущество таких патронов - полная токарная обработка заготовки с одной установки. На рис. 61 представлена конструкция такого патрона.

Рис. 61. Штырьковые поводковые патроны:

а – диаметром 40-60 мм; б – диаметром менее 40 мм

Корпус Патрона 1 имеет в зависимости от исполнения присоединительный конус Морзе или внутренний конус для крепления к шпинделю станка. К корпусу винтами крепится стакан 2, в котором устанавливается плавающий центр 6, штырьки 3 и плунжеры 4. Штырьки соединены между собой общей полостью Б, заполненной гидропластом. Толкатель 6 центра подпружинен пружиной 7, расположенной во втулке 8. Резьбовая пробка 9 предназначена для регулирования сжатия пружины. Для наполнения полости 5 гидропластом имеются отверстия В, закрытые пробками 10 и плунжерами 11.

Патрон Для установки валов диаметром до 40 мм показан на рис. 61 б. Заполнение гидропластом полости 5 производится через отверстие Г при снятых резьбовой пробке 13 и плунжере 14. Заготовка устанавливается на центр 5 и поджимается центром задней бабки станка. Центр утопает до величины, требуемой для врезания поводков 3 в торец заготовки. Крышка 12 исключает проворачивание поводков. После обработки и съема заготовки центр возвращается в исходное положение пружиной 7.

5.3.3. Самозажимные патроны

Разновидностью переналаживаемых зажимных приспособлений являются самозажимные патроны. Этот вид приспособлений прост в разработке, несложен в изготовлении, удобен в эксплуатации, легко переналаживается /25/. Понимая идею конструирования таких приспособлений, легко разработать необходимую конструкцию для конкретных производственных условий. Для примера на рис. 62 приведены две конструкции таких патронов.

На рис. 62, а приведена схема закрепления заготовки 2 на однороликовой зажимной оправке 3. Под действием сил резания (момента резания), возникающих при обработке заготовки резцом 1, ролик 4, заклиниваясь между оправкой и заготовкой 2, передает оправке вращение от шпинделя станка. При этом силы зажима растут пропорционально моменту резания. Роликовые оправки нецелесообразно применять при многорезцовой обработке или при работе одним резцом с большими сечениями стружки. Угол  назначают из условия самоторможения зажимной системы, но он не должен быть мая, так как в противном случае для расклинивания системы после окончания обработки путем поворота заготовки в противоположном направлении потребуется прикладывать значительные силы. В этих оправках силы зажима оказывают одностороннее действие на заготовку, сдвигая ее в сторону, противоположную ролику. Поэтому для уменьшения зазора между заготовкой и оправкой отверстие в заготовке обрабатывают с точностью по 7-9-му квалитету. Этого недостатка лишены самозажимные приспособления с тремя роликами или тремя эксцентриками, расположенными под углом 120°. Самозажимные приспособления с тремя эксцентриками, в частности, применяют для сверления центрального отверстия в заготовках зубчатых колес на вертикально-сверлильных станках, а с тремя роликами - для шлифования отверстий в зубчатых колесах.

Рис. 62. Переналаживаемые самозажимные патроны

По такому же принципу работают поводковые патроны с двумя эксцентриковыми кулачками (рис. 62, б). Заготовку 8 устанавливают в центрах станка 7. В результате действия сил резания произойдет заклинивание заготовки между кулачками 5, которые будут поворачиваться вокруг осей в направлении, показанном стрелками. Во избежание одностороннего давления от кулачков на передний центр, кулачки монтируют на плавающей постели 6.

При использовании самозажимных приспособлений перед началом резания производят предварительную затяжку установленной заготовки с помощью специальных устройств, предусмотренных в приспособлении, либо поворачивают заготовку вручную в направлении, противоположном направлению ее вращения при резании.

Таким образом, используя различные конструкции технологической оснастки, на токарных станках можно выполнять большой объем фрезерных, сверлильных, шлифовальных работ, что позволяет при большом разнообразии работ иметь компактный станочный парк.

6. Расширение технологических

ВОЗМОЖНОСТЕЙ ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ

6.1. Обработка поверхностей сложной формы

Изготовление поверхностей сложной формы удобно выполнять на станках с ЧПУ. При использовании универсального оборудования этот процесс является трудоемким и требует рабочих высокой квалификации. Во многих случаях экономически целесообразно использовать для изготовления поверхностей сложной формы специализированную технологическую оснастку. На рис. 63 представлено приспособление для обработки сферических поверхностей /35/. Приспособление содержит трехшпиндельную фрезерную головку 1, закрепленную на вертикальных направляющих 2 станины станка. В головке установлены шпиндели с оправками 3 для закрепления фрез 4. В поворотно-зажимном устройстве (на чертежах не показано) на поворотной оси 5, перпендикулярной осям оправок 3, установлена траверса 6, продольная ось которой также перпендикулярна осям оправок. Ось 5 имеет привод возвратно-поступательного перемещения вдоль осей оправок 3. Привод возвратно-поступательного перемещения и поворота траверсы на чертежах не показаны. Траверса 6 имеет подвижные 7 и неподвижные 8 губки, образующие гнезда для закрепления заготовок 9 и установленные таким образом, чтобы закрепленная заготовка была соосна с оправкой. Губки 7 связаны со штоками гидроцилиндров 10, установленных в траверсе.

Рис. 63. Приспособление для обработки сферических

поверхностей

Приспособление снабжено загрузочным устройством, представляющим собой планку 11, параллельную траверсе 6. На планке на осях 12 установлены подпружиненные призмы 13, предназначенные для установки заготовок на уровне гнезд траверсы. Планка 11 установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль осей оправок и перпендикулярно своей продольной оси. Гидроцилиндр 14 является приводом планки 11. Для переналадки приспособления на другой типоразмер заготовок предусмотрена регулировка положения траверсы относительно фрез и неподвижные губки выполнены сменными.

Приспособление работает в автоматическом цикле. При включенном главном движении фрез на призмы 13 устанавливают заготовки. Траверсу 6 вместе с осью поворотно-зажим-ного устройства перемещают вдоль осей оправок 3 и фиксируют на определенном расстоянии от фрез 4. Гидроцилиндром 14 перемещают планку 11 загрузочного; устройства по направлению к траверсе к вводят заготовки 9 в гнезда траверсы между подвижными 7 и неподвижными 8 зажимными губками. При этом призмы 13, поворачиваясь на осях 12, обеспечивают, возможность смещения заготовки в сторону неподвижной губки. Гидроцилиндрами 10 прижимают подвижные губки к заготовкам, закрепляя их в гнездах. Гидроцилиндром 14 отводят -планку 11 от траверсы. Включают привод поворота траверсы. Поворачивая, ось 5 с траверсой 6, выводят торец заготовок 9 за пределы окружностей, описываемых вершинами зубьев фрез 4, устанавливая их (торцы) в исходное положение перед обработкой. Далее производят подвод поворотно-зажимного устройства вместе с траверсой 6 к фрезам 4 и поворот заготовок до горизонтального положения. Во время поворота происходит обработка сферических поверхностей на торцах.

После обработки сферических поверхностей траверсу 6 отводят от фрез 4, гидроцилиндрами 10 освобождают заготовки, под действием собственного веса они падают на склиз и поступают в приемный лоток (на чертежах не показан). Во время обработки предыдущих заготовок на призмы 13 устанавливают следующую партию заготовок. Работа в автоматическом режиме продолжается.

Преимущества предлагаемого приспособления перед известными заключаются в том, что его конструкция обеспечивает возможность обработки сферических поверхностей на фрезерном станке в автоматическом режиме работы, а также простоту создания многоместных приспособлений, например для обработки одновременно трех заготовок и, следовательно, повышение производительности в 3-4 раза.

Криволинейные поверхности, в частности пазы, можно изготавливать при помощи устройства, представленного на рис. 64 /36/.

Устройство выполнено в виде планетарного механизма вертикально-фрезерного станка, основная ось которого совпадает с осью вращения шпинделя. Устройство содержит корпус I, закрепленный неподвижно на станке 2. На ведущем водиле-кривошипе 3, соединенном со шпинделем 4, установлен двухвенцовый сателлит, один из зубчатых венцов 5 которого может поочередно взаимодействовать с двумя неподвижными зубчатыми секторами б и 7, имеющими соответственно внутренние 6 и внешние 7 зубья. Второй венец 8 сателлита находится в постоянном зацеплении с ведомой шестерней 9, в диске которой выполнена радиальная прорезь 10. В прорези 10 установлен ползун 11, жестко связанный с державкой 12, которая соединена с резцедержателем 13. В нижней крышке 14 корпуса 1 через фигурную прорезь 15 проходит стержень державки 12 с возможностью взаимодействия с боковыми кромками прорези и перемещения вдоль нее. Резцедержатель 13 выполнен в виде двухплечевого рычага и соединен с державкой 12 осью 16 с возможностью ограниченного поворота вокруг этой оси, а между плечом рычага, на котором закреплен резец 17, и державкой 12 установлена распорная пружина 18. Кинематика механизма не изменится, если зубчатый сектор 7 с внешними зубьями установить неподвижно на крышке 14 так, чтобы венец 5 сателлита мог взаимодействовать только с сектором 6, а венец 8 - с сектором 7 и с ведомой шестерней 9.