Кулачковые патроны

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. производство токарно винторезных станков

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.

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.

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.

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.

Патрон токарный самоцетрирующий трехкулачковый относится к классу спирально-реечных самоцентрирующих трехкулачковых патронов с цилиндрическим пояском и креплением на токарном станке через промежуточный фланец. Самоцентрирующие спирально-реечные токарные патроны предназначены для установки на универсальные токарные, револьверные, внутришлифовальные станки.

Применяются в условиях единичного, мелкосерийного и серийного производства.В трехкулачковых самоцентрирующих патронах закрепляют заготовки круглой и шестигранной формы или круглые прутки большого диаметра. В отличие от токарных патронов клинореечного типа, не требуют времени на переналадку в том случае, когда требуется установка на другой диаметр зажима.

Технические характеристики.

Корпус патрона выполнен из высококачественного специального чугуна

Рис.1 — Общий вид и основные размеры трехкулачкового токарного патрона.

Технические характеристики токарного патрона приведены в таблице 1

Таблица 1

Наименование параметров	Значения величин
Диаметр наружный D, мм	250
Диаметр присоединительного пояска D2, мм	200H7
Диаметр отверстия в корпус D1, мм	76
Диаметр расположения крепежных отверстий, мм, D3	224
Наружный диаметр изделия, зажимаемого в прямых кулачках,мм наибольший	120
Наружный диаметр изделия, зажима­емого в обратных кулачках, мм наибольший	266
Максимально допустимая частота вращения, мин ‘	2000
Высота бортика под фланец	5
Высота патрона без кулачков	85
Высота патрона в сборе	119
Масса патрона, кг	29
Крепеж	6 болтов М12

С помощью токарного патрона, используя прямые и обратные кулачки, можно зафиксировать заготовки следующего диапазона размеров

Кулачок прямой предназначен для закрепления обрабатываемой заготовки за наружную поверхность для вала или за внутреннюю поверхность отверстия в заготовке. Кулачок обратный предназначен для закрепления обрабатываемой заготовки за наружную поверхность.

Точностные характеристики токарного патрона

Рис.2.1 — Токарный патрон на холостом ходу

патрон обеспечивает следующие точностные характеристики: Радиальное биение a – 0,045мм;

Торцевое биение c – 0,025мм.

Закрепляя заготовку в патроне можно добиться следующих характеристик:

Рис. 2.2 — Токарный патрон с креплением за внешнюю поверхность заготовки с прямыми кулачками.

диапазон закрепляемых заготовок от 5 до 118мм;

Радиальное биение a на длине 80 мм – 0,040мм.

Рис. 2.3 — Токарный патрон с креплением заготовки за внешнюю поверхность с обратными кулачками.

диапазон закрепляемых заготовок от 77 до 188мм и от 160 до 250мм;

Радиальное биение a – 0,045мм;

Торцевое биение c – 0,025мм.

Рис. 2.4 — Токарный патрон с креплением заготовки за внутреннюю поверхность с прямыми кулачками.

диапазон закрепляемых заготовок от 62 до 174мм и от 145 до 256мм;

Радиальное биение a – 0,045мм;

Торцевое биение c – 0,025мм.

Устройство и принцип работы.

3.1. Конструкция спирально-реечного токарного патрона представлена на рис.3.

Рис.3 — Конструкция спирально-реечного токарного патрона.

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 изготовляют трехступенчатыми и для повышения износостойкости закаливают.

Порядок работы и техническое обслуживание.

4.1. Патрон токарный расконсервировать, ознакомиться с паспортом на изделие.

4.2. Закрепить патрон на станок, затянув все болты и проверив надежность крепления.

4.3. Запустить станок, установить малые обороты и проверить с помощью вспомогательного измерительного инструмента значения радиального и торцевого биений патрона на холостом ходу.

4.4. После проверки правильности крепления можно перейти к работе на станке.

Комплектность.

В комплект входят:

• патрон токарный в сборе с прямыми кулачками;
• комплект обратных кулачков
• комплект крепежных элементов (болты М12)
• ключ шестигранный S10
• ключ четырехгранный ⅔′′
• паспорт

Требования безопасности.

6.1. Крепление патрона токарного должно быть надежным, исключающим самопроизвольное ослабление в процессе работы.

Сведения о консервации.

7.1. Патрон токарный подвергнут консервации в соответствии с требованиями ГОСТ 9014-76. Наименование и марка консерванта – масло консервационное К-17.

6.2. Срок хранения патрона токарного без переконсервации – 2 года, при условии хранения в условиях по ГОСТ 15150-69.

Правила хранения.

Условия эксплуатации токарного патрона трехкулачкового — ГОСТ 15150-69 в закрытом помещении при отсутствии паров агрессивных веществ, вызывающих коррозию патрона.

Гарантийные обязательства.

Гарантийный срок эксплуатации изделия – 1 год, со дня продажи (получения покупателем) патрона трехкулачкового, при условии соблюдения потребителем правил хранения и эксплуатации изделия.

Скачать технический паспорт бесплатно можно по ссылке ниже.