Центроваяоснастка и патроны токарных станков
Центровая оснасткавключает в себя центры, устанавливаемые в передней и задней бабках станка, иповодковые устройства для передачи вращения и крутящего момента от шпинделя кзаготовке. Центр передней бабки токарных станков вращается вместе с заготовкойи шпинделем станка, поэтому всегда выполняется жестким. Он неподвиженотносительно заготовки и не имеет трения об неё во время обработки. Центрзадней бабки может быть неподвижным или вращающимся. Неподвижный центр из-затрения о заготовку нагревается и изнашивается, поэтому в ответственных случаяхвыполняется с твердосплавной вставкой. Он требует консистентной смазки, однакопри высоких частотах вращения смазка горит, поэтому применяют вращающиесяцентры различных конструкций. Ниже приводятся прогрессивные конструкциивращающихся центров
/>
Центры фирмы Sandvik Coromant имеют и длинную вращающуюся часть, атакже развитую систему подшипников. Тарельчатые пружины поддерживают постоянноеусилие поджима заготовки центром (при жестком центре из-за постепенного износаи смятия поверхности контакта заготовки усилие уменьшается).
/>
1) При 100 об /мин и сроке службы 4000часов
/>
/>
/>
/>
/>
Имеется конструкция, позволяющая по цвету полоски украя корпуса центра приблизительно оценить усилие поджима центра
Центры выполняются разной формы и применяются дляразличных форм центровых отверстий деталей, в том числе для деталей с наружнымицентрами, а также для установки по наружным и внутренним фаскам.
/>
/>
Взамен традиционного хомутика применяются болеесовершенные поводковые устройства типа «face driver»для вращения детали и передачи крутящего момента от шпинделя к заготовке.
/>
/>
/>
Преимуществом поводковых устройств типа «face driver» является возможность обточки заготовки по всейдлине. Кроме того, при перекосе торца заготовки относительно оси ведущие зубьяврезаются в торец на одинаковую глубину за счёт способности устройствавыравнивать усилия. Для этого применяются «эластичные среды» – втулки изспециальных пластиков или густые масла, заполняющие внутреннюю полость вкорпусе устройства. Зубцы давят на поршни, которые, в свою очередь действуют наэластичный элемент или масло. Допустимый перекос торца составляет для различныхтипоразмеров до 5°..7°.
Зубцы врезаются в торец на глубину до 0.8 мм. Это является недостатком устройства, так как для удаления следов возникает необходимость вподрезке этого торца, хотя при перекошенном торце это нужно делать при любомповодковом устройстве.
Ниже приводится рисунок устройства в разобранном виде.На рисунке:
1– концевая пробка
2– проставка
3– гнездо пружины
4– пружина
5– хвостовик
6–пробка на отверстии для заливки масла
7–отверстие для контроля при заливке и слива масла
8–фланец
9–ограничитель хода поршня 17–крепёжный винт
10– поршень в сборе с уплотнениями 18–эластичнаявставка
11–эластичное кольцо 19–ведущий зубец
12–штифт поршня 20–нажимной штифт
13–уплотняющее кольцо 21–центр
14–«удерживатель» центра 22–винт фиксации крышки
15–ведущая головка 23–передняя крышка
16–«удерживатель» зубцов 24–ключ
/>
Ниже приводятся специальные конструкции поводковыхустройств типа «face driver»
/>
1. С выталкивающим движением центрапри раскреплении детали после обработки
/>
/>
2. С двумя рядами зубцов, внешний из Детальособой формы которых убирается при обработке левого торца
/>
3. Для приведенной выше детали (ниже показан зажимдетали зубцами) которых убирается для обработки левого торца.
/>
/>
4. Комбинация «face driver»с пневматическим патроном
Усилие для внедрения зубцов в торец детали может бытьполучено от давления масла, при этом каждый зубец становится миниатюрнымгидроцилиндром (плунжером). Компрессором, подающим масло под давлением, служитцилиндр, смонтированный вместо упругого элемента (пружины) обычных устойств.
/>
Основным вопросом конструирования устройства «face driver» является определение силы зажима заготовки задним центроми числа ведущих зубцов. Сила зажима зависит от сечения срезаемого слоя F=t´s мм2 и отношениядиаметра заготовки к диаметру окружности расположения ведущих зубцов dз/dв.з.
/>F
dз/dв.з.
Усилия в графах таблицы в кгс, A=t (глубина резания).В зависимости от направления подачи, усилие следует умножить на поправочныйкоэффициент: при направлении к шпинделю станка он равен 1, при направлении кзаднему центру 2, при поперечной подаче 1,5. Кроме того, имеется поправочныйкоэффициент в зависимости от механических свойств материала заготовки, приводимыйниже в таблицеТвёрдость HB 350 290 230 170 110 90 Алюминий, бронза и пр.
Прочность sв 120 100 80 60 40 30 Коэффициент 1,5 1,4 1,2 1,0 0,9 0,8 0,7
Далее следует вычислить суммарную длину ведущих кромокзубцов выбранного устройства (она равна произведению длины кромки одного зубцавыбранного типа на число зубцов устройства) и поделить найденное выше усилие насуммарную длину ведущих кромок. Полученная величина удельной силы в кгс/ммдолжна лежать в пределах 25–35 кгс/мм. Если получилось меньше, то следуетвыбрать устройство меньших размеров или с меньшей длиной ведущих кромок зубцов,если больше – больших размеров или с большей длиной ведущих кромок зубцов.Диаметр окружности расположения зубцов должен быть выбран как можно большихразмеров, но зубцы не должны мешать обработке детали.
Патроны токарныхстанков
/>
Патроны – неотъемлемая принадлежность всех токарныхстанков, число их конструктивных разновидностей очень велико. Классификация иперечень требований к зажимным устройствам станков вообще и к патронам вчастности подробно изложены в / 5 /. Объектом зажима могут быть не толькозаготовки, но и режущие инструменты и рабочие органы станка. Последний случай далеене рассматривается.
Патроны можно разделить на разновидности по шестипризнакам:
- по способу зажима
- по конструктивному исполнению
- по назначению (объектузакрепления)
- по действию
- по габаритам
- по точности
/>
Классификация зажимных устройств металлорежущихстанков по /5/.
Вследствие важности патронов к ним предъявляютсявысокие и разнообразные требования, перечисленные в приведенной ниже схеме. Оникасаются таких свойств, как надёжность закрепления, удобство в эксплуатации,безопасность, прочность, долговечность, простота управления, быстродействие,энергоэкономичности и других (см. схему)
/>
Структура требований к зажимнымустройствам металлорежущих станков вообще и к патронам в частности по / 5 /Обозначения на схеме: ЗМ – зажимной механизм, Пр–П–привод–патрон, П–З – патрон –заготовка
Выполнение этих требований зависит от технического совершенства узлов иустройств: зажимного механизма и его привода, статической и динамическойжёсткости и точности системы П–З; на их выполнения влияют также характеристикистанка и процесса резания, причём удачная конструкция патрона можетспособствовать улучшению этих характеристик(напр., повысить виброустойчивость ит. д.).
На токарных станках наиболее распространеныспирально-кулачковые самоцентрирующие патроны (рис. 1 )
/>/>
/> />
Рис. 1. Конструкция спирально-кулачковогосамоцентрирующего патрона и схема сил, действующих на заготовку.
Расчётспирально-кулачкового патрона
/>
Рис. 2. Расчётная схема
При зажиме заготовки к ключу патрона прикладываетсясила Q (рис. 2). Порядка 200...300 Н (Однако!). Длинарукоятки ключа L' обычноравна габариту патрона D (рис. 1). Из условия равновесия шестерни имеем
/> ( 1 )
где F´– тангенциальная сила,действующая по среднему радиусу делительной окружности шестерни; r1 – средний радиусделительной окружности; F – суммарная сила трения в контакте; dш – диаметр шестерни вверхней опоре (рис. 2);
Для определения силы трения Fcнеобходимо определить действующие в контакте радиальную Frи осевую Foсилы:
/>/> /> ( 2) в то же время />, где α –нормальный угол зацепления (20º),
f –коэффициент трения (0.1…0.2), β2 – половина угла делительногоконуса шестерни;
/> – суммарная сила от составляющих F’ и Fo. После замены и преобразований получим окончательную зависимость
/>
Сила F’ создаёт на короне крутящий момент и на среднемдиаметре реализует силу F, передвигающую кулачёк в радиальном направлении. Силаопределяется из условия />, где />. Отсюда />. Сила F,л\действуя на спираль, создаёт осевую силу />, где αсп=αср– угол подъёма спирали; φ – угол трения притрении сталь по стали φ=5˚43΄. Полученная таким образомсила F1 большерадиальной силы зажима T, так как часть её расходуется на преодоление трениякулачкой в направляющих корпуса патрона (рис. 3).
/>
Рис. 3. Схема сил, действующих на кулачок патрона
Для определения сил пользуются прямоугольной системойкоординат OXYZ. В данной системе сила F стремитсяпереместить кулачок по направлению Y и повернуть вокруг оси Z. Изусловия равновесия сил и моментов/>/>/>/>
/>: />
/>: />
/>: />
/>: />
Отсюда можно определить статическую силу зажима T.
При работе станка, например, токарного, с определённойчастотой вращения шпинделя niсоздаётся центробежная сила />, где m –масса кулачка, R – мгновенный радиус центра тяжести кулачка. С учётомцентробежной силы действительная сила зажима заготовки
/>
Если сила /> недостаточна для осуществления обработки заготовки, необходимо увеличитьсилу Q на плече />. При частоте ni
В практике необходимо определять максимальнуюмощность, передаваемую от привода станка к патрону без проскальзывания(проворота) заготовки, т.е. зону применения данного патрона. Эту зону определяютв зависимости от крутящего момента резания Mр, для которого необходимая сила зажима, кН,
/>,
где />–коэффициент запаса; z – число кулачков патрона; /> –коэффициент сцепления кулачков и заготовки (при рифлениях на поверхностикулачков принимают />=0.3..0.4; d –диаметр заготовки; t – глубина резания; />–крутящий момент от главной составляющей силы резания /> (приложена в середине срезаемого слоя).
С учётом того, что развиваемый двигателем момент /> (/>=0.7..0.9 – механический КПД) должен обеспечивать момент резания Mр, который определяется действительной силой зажима,пренебрегая глубиной резания (считая d=dобр), получаем удобную для практики зависимость мощностизажима, кВт,
/>,
где />–cсуммарнаясила зажима, кН; />–скорость резания, м/мин.
Другие конструкции патронов см. приложение к лекции 7, а также в источнике /5/.