Приспособления для закрепления деталей за наружную поверхность токарного патрона

Приспособления для закрепления деталей за наружную поверхность токарного патрона

Трехкулачковые самоцентрирующие патроны представляют собой многофункциональные инструменты, используемые в токарной обработке. Существует несколько разновидностей таких патронов с ручным механизмом, отличающихся устройством для перемещения кулачков. Несмотря на различные конструкции, перемещение кулачков у всех типов патронов осуществляется одновременно и с одинаковой скоростью. Важно, чтобы ось цилиндрической поверхности, на которой устанавливается деталь, совпадала с осью вращения шпинделя токарного станка.

Наиболее распространенным является спиральный самоцентрирующий трехкулачковый патрон (рис. 46). В корпусе 3 данного патрона встроена стальная коническая шестерня 4, на обратной стороне которой имеется спиральная канавка. Кулачки 2 патрона снабжены несколькими выступами, которые входят в спиральную канавку шестерни 4. При вращении одной из трех шестерен 1 с помощью ключа (квадратный хвост которого входит в аналогичное отверстие на торце шестерни) приводит в движение шестерню 4. Под воздействием спиральной поверхности, выполненной на обратной стороне шестерни, кулачки будут перемещаться в пазах корпуса патрона, что необходимо для надежного закрепления детали.

У рассматриваемого патрона предусмотрены два комплекта кулачков: один комплект (кулачки 2) используется для зажима детали за ее внутреннюю поверхность, а другой (кулачки 5) — за наружную.

При небольшой величине наружной поверхности, на которую деталь устанавливается в патроне, возможно использование кулачков 2. Они в этом случае контактируют с заготовкой в области поверхностей A. Такой метод применяется особенно часто при изготовлении деталей из прутка, который проходит через отверстие в шпинделе. Кулачки 5 иногда используются для удержания детали за поверхность её отверстия, соприкасаясь с деталями по поверхности B и действуя «на разжим».

При замене одного набора кулачков на другой необходимо сначала установить в паз корпуса кулачок с цифрой 1 (или один отмеченный керном) и, после того как его выступ войдет в спиральную канавку, можно вставлять кулачки с цифрами 2 и 3 последовательно. При правильной установке все кулачки, доведенные вращением большой шестерни к центру, должны плотно касаться друг друга. Если установка неправильно выполнена, то только два кулачка будут соприкасаться, а третий останется свободным. В этом случае необходимо извлечь все кулачки и произвести установку заново, следуя указанным выше шагам.

Биение качественно обработанной детали, установленной в новом спиральном патроне, составляет 0,06—0,12 мм (в зависимости от диаметра патрона). Это биение может увеличиваться из-за износа рабочих поверхностей спирали шестерни и выступов кулачков. Точность центрирования патроном также зависит от состояния пазов, в которых перемещаются кулачки. При износе этих пазов, кулачки отходят от корпуса патрона (рис. 47), что может привести к неправильному положению детали.

Для повышения точности центрирования патроном можно использовать разрезную чугунную втулку (рис. 48, а).

Эта втулка подготавливается на черновую обработку, затем разрезается и зажимается в кулачки патрона. После этого производится расточка втулки по диаметру обрабатываемой детали. На время растачивания в месте разреза можно установить медную прокладку, которую нужно удалить после завершения обработки.
Положение втулки в отношении к кулачкам должно быть неизменным, поэтому на втулке и на одном из кулачков делают отметки мелом или закернивают. Оптимально, если в боковую поверхность втулки ввернуть небольшой винт, который на протяжении всей работы будет плотно прилегать к одному из кулачков патрона. Заплечик на втулке следует делать для предотвращения её перемещения вдоль оси патрона.

При больших размерах детали разрезная втулка может плохо пружинить. В этих случаях также для улучшения центрирования изготавливают чугунные кольца, которые надеваются на кулачки патрона и фиксируются стопорными винтами (рис. 48, б). Головки винтов не должны выступать над поверхностью колец. Установив кулачки в предварительное положение для зажима детали, выполняют в кольцах проточку по диаметру детали.

Использование разрезной втулки и колец не только повышает точность установки детали, но и предохраняет её поверхность от повреждений резьбами кулачков патрона.

Расширение возможностей применения трехкулачковых патронов. Для зажимания некоторых деталей, таких как длинные (рис. 49, а) или, наоборот, короткие, но с большим диаметром (рис. 49, б), могут быть весьма полезны специальные накладные кулачки, аналогичные показанным на рисунках. На этих рисунках: 1 — корпус патрона; 2 — основные кулачки; 3 — накладные кулачки; 4 — обрабатываемая деталь.

Накладные кулачки часто изготавливают немодифицированными (незакаленными), чтобы их рабочие поверхности можно было протачивать после установки на основных кулачках. Это протачивание обязательно для вновь изготовленных накладных кулачков, но также полезно делать и время от времени в процессе дальнейшего использования патрона. Процесс протачивания кулачков следует производить на том станке, на котором будет работать данный патрон. При создании простых форм рабочих поверхностей кулачки могут быть также и закаленными. Рабочие поверхности кулачков следует шлифовать, используя для этого переносную шлифовальную машину.

Детали, фиксируемые в трехкулачковом самоцентрирующем патроне. Из всего вышеизложенного следует, что деталь, подвергаемая обработке на токарном станке, необходимо закреплять в трехкулачковом самоцентрирующем патроне в следующих ситуациях:

1. если деталь обладает цилиндрической поверхностью (внешней или внутренней), что позволяет надежно зафиксировать её в патроне;
2. если обработка детали может осуществляться без значительного усилия, имеющего негативное влияние на патрон;
3. если при обработке далеких от патрона поверхностей установка не нарушается и сама деталь не деформируется;
4. если вся обработка детали в патроне может быть выполнена за одно установочное время;
5. если обработка детали требует нескольких установок, но строгое соблюдение концентричности поверхностей при разных установках не критично.

Длинные детали, установленные в трехкулачковом самоцентрирующем патроне, рекомендуется дополнительно поддерживать задним центром.

Двухкулачковые самоцентрирующие патроны. Перемещение основных кулачков 2 этого патрона (рис. 50) осуществляется с помощью винта 4, один конец которого, например, A, снабжен правой резьбой, а другой, B, — левой. В кулачках 2 имеются соответствующие резьбы. В средней части винта находится шейка Б с заплечиками, которые охватывают полуподшипник 1. Этот полуподшипник жестко прикреплён к корпусу патрона. Таким образом, при вращении винта с помощью ключа за квадратный конец (любой) осевое перемещение не происходит, а основные кулачки 2 с прикрепленными к ним накладными кулачками 3 перемещаются с равной скоростью.

На (рис. 51) представлены примеры конструкций деталей, обрабатываемых с помощью двухкулачковых патронов. На основе их анализа видно, что трехкулачковые патроны не подходят для обработки таких деталей.

Форма накладных кулачков 3 (рис. 50), спроектированных специально для обработки одной или нескольких деталей, обеспечивает надежное центрирование при установке и фиксации. Например, для детали на рис. 51, б (симметричной относительно оси 00), накладные кулачки имеют идентичные вырезы по контуру Г (рис. 50), в то время как для другой детали (рис. 51, а) форма накладных кулачков различна, что необходимо для обеспечения симметричной установки относительно оси OO.

В некоторых случаях в двухкулачковых патронах возможно также центрировать и фиксировать детали по цилиндрическим поверхностям.

Детали, закрепляемые в двухкулачковом самоцентрирующем патроне. Данный патрон следует применять в следующих обстоятельствах:

1) если поверхность, за которую происходит установка и центрирование детали, имеет нецилиндрическую, но симметричную хотя бы вокруг одной оси форму;

2) если поверхность крепления и центрирования имеет цилиндрическую форму, но кулачки трехкулачкового патрона не обладают доступом к данной поверхности, требуя накладные кулачки специальной формы, например, таких, как показано на рис. 52.

Четырехкулачковые патроны с независимым перемещением кулачков. Кулачки 1 этого патрона (рис. 53) входят своими квадратными выступами 4 в пазы патрона и удерживаются гайками 2, которые необходимо затягивать так, чтобы кулачки могли перемещаться, без излишней и вредной слабины. Для перемещения кулачков используются винты 3 с квадратными головками A, проходящие через выступы кулачков. Эти винты не должны перемещаться осевым образом, так как они упираются в дно паза, а заплечик, усеченный рядом с квадратным концом — в обод патрона. Квадратные головки винтов размещены в углублениях обода патрона и не должны выступать над его поверхностью (в целях безопасности).

На передней стороне патрона имеются круговые риски на расстоянии 10—15 мм одна от другой. С помощью этих рисок можно быстро устанавливать все кулачки на равное расстояние от центра патрона. В рис. 53 кулачки располагаются для зажатия детали за наружную поверхность. При необходимости кулачки можно перевернуть и зажать обрабатываемую деталь за внутреннюю поверхность.

Серьезным недостатком четырехкулачковых патронов является длительность контроля положения закрепленных в них деталей, однако этот процесс улучшается по мере накопления навыка.

Контроль установки детали, обрабатываемой в четырехкулачковом патроне. Данная проверка осуществляется по боковой или торцевой поверхности устанавливаемой детали или по обеим.

Контроль установки детали, выполненной из грубой отливки или поковки, по боковой необработанной поверхности следует производить с помощью мела. Для этого с использованием круговых рисок грубо устанавливают деталь в патроне и после предварительного закрепления запускают станок с небольшими оборотами. Затем к детали подводят кусок мела. Мел обычно берется в правую руку, при этом левая рука поддерживает её для большей стабильности. Положение рук должно быть таким, как показано на рис. 54, а. Никогда не следует держать руки так, как показано на рис. 54, б, так как при слишком сильном нажатии на поверхность детали мел может «подхватить», что иногда приводит к травмам. Лучше опереть руку на зажатый в резцедержателе и подведенный к обрабатываемой детали резец.

Мел, соприкасаясь с деталью, оставит отметку на той части поверхности, которая наиболее удалена от оси вращения, а значит, деталь нужно будет сдвинуть в сторону, противоположную меловой отметке. Для этого следует остановить станок, ослабить одни кулачки и подтянуть другие. Обрабатываемая деталь сдвинется в сторону ослабленных кулачков.

После этого станок запускается снова, и вновь с помощью мела определяется «высокое» место детали и так далее, пока мел не начнёт касаться поверхности со всех сторон равномерно.

На рис. 55 представлены три характерных варианта расположения меловой риски на боковой поверхности проверяемой детали. На рисунке цифрами 1, 2, 3, 4 обозначены кулачки патрона, 5 — обрабатываемая деталь, 6 — меловые риски и 7 — стрелки, указывающие направление, в котором должна быть сдвинута деталь. Если риска расположена, как на рис. 55, а, т.е. симметрично по отношению к кулачку 4, необходимо немного ослабить (равномерно) кулачки 1 и 3, больше ослабить кулачок 2, подтянуть кулачок 4 и снова зафиксировать кулачки 1 и 3.

Если риска располагается точно между двумя кулачками, например, между кулачками 4 и 1 (рис. 55, б), для правильной установки детали необходимо одинаково ослабить кулачки 2 и 3, а кулачки 1 и 4 подтянуть.

Когда риска располагается, как показано на рис. 55, в, следует незначительно ослабить кулачок 3, немного больше кулачок 2 и после этого зафиксировать кулачки 1 и 4.

Предварительную проверку установки по боковой поверхности деталей, изготавливаемых из более точных заготовок (как штамповка, прокат), нужно производить также с использованием мела, однако окончательная проверка таких деталей (учитывая малый припуск) осуществляется с помощью рейсмуса. Его можно установить либо на суппорт станка, либо на стальную плитку, размещенную на станине (рис. 56). Загнутый конец иглы рейсмуса подводят к поверхности проверяемой детали, оставляя промежуток в 0,3—0,5 мм. Затем деталь медленно вращается, и наблюдаются изменения величины этого просвета. Изменяя установку детали (перемещая для этого кулачки патрона, как указано выше), стремятся к тому, чтобы изменения просвета были минимальными.
После этого деталь необходимо окончательно зафиксировать.

Иногда возникает необходимость проверить корректность установки детали по торцовой обработанной поверхности. В этом случае процедура аналогична той, что применяется при проверке (рейсмусом) установки детали по боковой поверхности. Чем ближе будет конец иглы к поверхности детали, тем точнее будет проверена установка.

Заметим в заключение, что при всех описанных выше проверках установки детали с использованием рейсмуса изменения в просвете между иглой и поверхностью детали наблюдаются более явно, если за иглой держать лист бумаги белого цвета.

Более точная проверка положения детали по ее обработанной поверхности выполняется с использованием индикатора. Общий вид и некоторые отдельные элементы индикатора представлены на рис. 57.

В основании 9 индикатора (рис. 57, а) с помощью накатной гайки 10 закрепляется стойка 8, на которой с зажимом 4 удерживается стержень 2. Этот стержень зажимом 1 соединен с стержнем 5, на котором с помощью зажима 6 установлен индикатор 5 с кнопкой 7. Освободив винты зажимов 1, 4 и 6, а также гайку 10, можно установить индикатор 3 в любое положение. После этого зажимы надо снова зафиксировать. Кнопка 7 является концом стержня 16, который проходит через корпус индикатора. На участке стержня внутри корпуса нарезаны зубья, образующие рейку, сцепленную с малой шестерней 12. При перемещении стержня 16 вдоль оси шестерня 12 вращается, а его вращение через шестерни 11 и 13 передается оси, на которой закреплена стрелка 15. Конец стрелки располагается над шкалой, где каждое деление соответствует перемещению стержня 16 на 0,01 мм. Благодаря пружине 14 стержень 16 прижимается к проверяемой поверхности.

Установив основание индикатора на суппорт станка или на плиту, помещенную на станину, подводят кнопку индикатора к поверхности детали и медленно вращают деталь. При корректном положении детали стрелка индикатора не должна отклоняться от первоначального положения.

Детали, фиксируемые в четырехкулачковом патроне. Этот тип патрона используется, когда необходимо закрепить деталь за наружную цилиндрическую поверхность в следующих случаях:

1. если обработка детали требуется с большим зажимным усилием;
2. когда фиксация детали производится за необработанную или нестандартную поверхность;
3. если обработка детали в самозажимных (трехкулачковых или двухкулачковых) патронах невозможна, например, в случае малых размеров или сложной конфигурации деталей;
4. когда необходимо обеспечить точное положение детали, установляемой по ранее обработанной поверхности (например, с помощью рейсмуса или индикатора, что актуально при ремонте тяжелых деталей).

Четырехкулачковые патроны также имеют применение в других ситуациях, например, когда у детали обрабатываемая поверхность (внешняя или внутренняя) смещена относительно цилиндрической поверхности, используемой для зажима, и так далее.

Уход за патронами. Вне зависимости от конструкции патрона, его точность и срок службы напрямую зависят от правил ухода за ним.

Если патрон не используется, его требуется протереть сухой тряпкой (особенно обращая внимание на пазы для кулачков; особенно тщательно это следует делать, если в патроне обрабатывалась чугунная деталь), а также защитить концами нарезанного отверстия патрона и открытые части пазов для кулачков от попадания пыли. Периодически патрон следует разбирать и очищать. Перед тем, как установить патрон на шпиндель станка, необходимо протереть шпиндель сначала сухой тряпкой, затем тряпкой, смоченной в керосине, и, в конечном итоге, слегка смазать чистым маслом (это позволяет облегчить процесс упаковки патрона, если он крепится на резьбовом конце шпинделя). Резьбу в патроне также следует прочищать перед каждым его установлением на шпиндель станка.

Важно отметить, что при правильном использовании и обслуживании, а также при наличии необходимых приспособлений, таких как цанговые патроны и цанги для токарных станков и оснастка для токарных станков, использование токарного патрона становится эффективным и позволяет достигать высоких результатов в обработке материалов.