Зажимные патроны для станков с чпу

Зажимной патрон станка с ЧПУ

Способ зажима, который имеет зажимной патрон станка, во многом определяется направлением зажимного усилия вместе контакта зажимного элемента с объектом закрепления. Рассмотрим на примере зажим деталей типа тел вращения.

Зажим цилиндрической детали может определяться силой ЅΣ или моментом Мз привода, создающими направление зажимного усилия. В плоскости оси детали существует 8 направлений (рис. 1, α), а в перпендикулярной плоскости — еще 6 направлений (рис. 1, б), определяющих тип зажима: радиальный, угловой, торцевой, заклинивающий, поводковый и комбинированный. Для зажима прутков можно применять только наружный зажим (радиальный, заклинивающий, угловой и комбинированный) с направлениями зажимного усилия (рис. 1): 1, 2, 8, 9, 14.

Рис. 1. Результирующие усилия зажима в патроне станка

Основные показатели зажима во многом определяются типом зажимного патрона станка и схемой замыкания в нем зажимных сил.

В зажимных патронах механического исполнения в зависимости от требуемого хода зажимных элементов (ЗЭ), силы и точности зажима различают передаточно усилительные звенья (ПУЗ): рычажные (Р), клиновые (К), мембранные (М), упругие (У) и их сочетания.

В замкнутой системе зажимного механизма силовой контур зажимного патрона (рис. 2) может быть замкнутым (радиальные силы зажима представляют замкнутый многоугольник в плоскости, перпендикулярной оси патрона), разомкнутым (нормальные силы зажима параллельны оси патрона) и комбинированным (результирующие силы зажима действуют в двух плоскостях и сходятся к вершине многогранной пирамиды). В свою очередь замкнутый силовой контур зажимного патрона может быть открытым (зажимные элементы не охвачены общим корпусом) и закрытым, что определяется типом последнего передаточно-усилительного звена патрона.

Читайте также:  Токарный станок чпу с наклонной станин

Рис. 2. Силовой контур зажимного патрона. ∆р и К — соответственно радиальное биение и конусность на определенном вылете ↓ — меньше погрешность; ↑ — больше погрешность.

Принцип зажима и тип патрона во многом определяется типом и размером детали. Прутковая заготовка характеризуется изменяемым соотношением диаметрально длинновых параметров. У деталей с одним вырожденным или гиперболизированным размером число вариантов зажима сокращается. Например, деталь типа мембраны можно нажимать только по плоскости, так как толщина (длина) стремится к нулю и, наоборот, пруток или проволоку нужно зажимать и поддерживать вдоль большего размера, а для исключения прогибов — в двух и более местах.

При синтезе структур и схем зажимных патронов станков целесообразно применять дифференциально морфологический метод, представляющий собой развитие и комбинацию известных. Сущность метода заключается в том, что для разрешения противоречий на стадии поиска структур используются эвристические приемы полного, неполного и комбинированного расчленения зажимного элемента, дифференцирующие и интегрирующие функции и поверхности, что дает различные основные и дополнительные эффекты, а при полном однонаправленном расчленении синтезируемые структуры соответствуют новым принципам зажима или обеспечивают новые качества. В соответствии с основным эффектом расчленения на стадии структурного синтеза выбирают несколько предпочтительных структур по полуформализуемому частному критерию качества, отражающему основное требование к синтезируемому зажимному механизму, а далее проводят морфологический анализ схем с использованием приемов перестановки, сочетания, установки последовательности работы, функции зажимных элементов и передаточно усилительных звеньев, введения различных связей, выбора их места. Различные структуры и схемы патронов могут быть получены предложенным методом в сочетании с методами комбинаторики.

Приемы расчленения зажимных элементов относятся к эвристическим и используются не только при синтезе структур и схем, но и при выборе принципа зажима. Сущность приемов рас членения проследим на синтезе структур зажимных патронов станка с клиновым передаточно усилительным звеном (ПУЗ) к которым относятся цанговые патроны.

Каждый вид расчленения дает определенный эффект — основной и дополнительный. Расчленение может быть: полное, (продольное, поперечное, угловое, звездой, гранное), неполное и комбинированное.

Из анализа расчленений зажимных элементов с клиновым передаточно усилительным звеном установлено, что новые принципы зажима и существенное улучшение показателей качества достигаются только полным однонаправленным расчленением. Например, расчленение вдоль оси патрона дает эффект осевой точности, перпендикулярно оси с раздвижением — высокой жесткости, угловое — самонастройка на размер, гранное — широкодиапазонность, многослойное — чувствительность и сыпучесть и т. д. Неполное расчленение служит для выравнивания эпюр контактных давлений, компенсации технологических погрешностей изготовления элементов зажимного патрона и погрешностей формы деталей, а также для уменьшения неравномерности характеристик зажима. Наивысшую радиальную точность зажима обеспечивает отсутствие сквозного расчленения в поперечном сечении кругового контура зажимного элемента.

Расчленение по оси X-X выделяет из основного зажимного элемента промежуточный, а сечение по оси Y-Y делит зажимной элемент на основной и дополнительный. Если дополнительный элемент сместить вдоль оси, образуется двойной зажим; если сечений, параллельных оси Y-Y, несколько, образуется много рядный зажим.

С введением различных связей (рис. 3) для одной структуры патрона появляется множество схем. Различные варианты схем высокоточных патронов с одинарным зажимом и цилиндрической цангой, служащей в качестве промежуточного зажимного элемента, могут быть созданы из зажимной цанги тянущего типа полным расчленением по оси X-X и введением различных связей промежуточного зажимного элемента — цилиндрической цанги со шпинделем и выбором различного места связи (рис. 3, α, б). Положительный эффект применения зажимных патронов станка с цилиндрической цангой — высокая осевая точность зажима, так как полное продольное расчленение разорвало связь между приводом и деталью через основной зажимной элемент введением промежуточного зажимного элемента, неподвижного в осевом направлении.

Цанговый зажимной патрон

Цанговые зажимные патроны с двойным зажимом могут быть созданы из затяжной цанги полным расчленением по оси Ү-Ү, введением различных связей с приводом, между дополнительными и основными зажимным элементом или между цангами (рис. 3, в). Положительный эффект применения таких зажимных патронов — высокая жесткость зажима. При отсутствии жесткой связи основной или дополнительной цанг со шпинделем такое расчленение сохранило недостаток затяжных цанг — оттягивание детали при зажиме. Избавиться от этого недостатка можно, например, введением жесткой связи дополнительного зажимного элемента со шпинделем и его перестановкой (вершина его конуса и конуса основного зажимного элемента обращены в противоположные стороны).

Проблема надежного зажима горячекатаных прутков на токарных автоматах успешно решена путем применения самонастраивающихся цанговых патронов (СЦП). Самонастройка в них осуществляется за счет того, что подпружиненные зажимные элементы «следят» за размером заготовки (прутка), выбирая в системе привод — патрон — деталь (Пр-П-Д) зазоры или сводя их к минимуму. Самонастраивающиеся цанговые патроны, реализующие этот принцип, получены путем полного углового расчленения (в продольном направлении) клинового зажима элемента и введением упругих связей в осевом направлении промежуточного элемента (ПЭ), клина со шпинделем станка (корпусом зажимного патрона), или с основными зажимными элементами (ОЭ) в виде зажимной цанги, или кулачков патрона с различными передаточно-усилительными звеньями (рис. 3, г).

Рис. 3. Варианты связей элементов (Сж — жестких, Су — упругих) в зажимных патронах; α, б — с цилиндрической цангой; в — с двойным зажимом г — самонастраивающихся

К передаточно-усилительным звеньям прием расчленения неприменим, и синтез новых схем патронов в основном строится на приемах сочетания различных передаточно усилительных звеньев, их перестановки, взаимодействия с различными зажимными элементами, а также введением различных связей. Выбор схемы и элементов конструкции цангового зажимного патрона производится исходя из вида и размеров заготовок, требований по силе, жесткости и точности зажима, а также требований технологического процесса, обеспечения долговечности и надежности работы патронов.

Многообразие существующих конструкций цанговых зажимных патронов станков в значительной мере вызвано различными требованиями, предъявляемыми к ним, и поиском лучших вариантов, обеспечивающих в наибольшей мере доминирующие требования. Установившихся широко применяемых конструкций сравнительно мало.

Наиболее часто применяемые цанги (ГОСТ 2876-80) можно разделить на подвижные, имеющие осевое перемещение от привода, и неподвижные в осевом направлении. В зависимости от точности обработки деталей зажимные цанги делятся на две группы: повышенной и нормальной точности.

Для точной обработки деталей должны применяться только калиброванные прутки и зажимные цанги повышенной точности, у которых диаметр рабочего отверстия выполняют меньшим или равным минимальному диаметру прутка.

При расчете затяжной цанги для зажима калиброванных заготовок может быть принято условие d = dо, и тогда за жим осуществляется двумя этапами при наличии разводки лепестков или даже за один этап при отсутствии разводки.

Расчет в данном случае может выполняться по методике DIN 6341, но с учетом условий контактирования цанги со шпинделем в поперечном сечении (введением приведенного угла трения φпр) и изгибной жесткости лепестков.

На рис. 4, α представлена расчетная схема для зажима калиброванной заготовки затяжной цангой с упором. Согласно этой схеме на губку цанги действуют: SΣ — суммарная осевая сила затяжки; S — осевая сила, действующая на один лепесток цанги; Ру — сила упругости лепестка на длине L; R — нормальная составляющая, действующая со стороны шпинделя на конус цанги; F1 = Rfпр — сила трения на зажимном конусе; fпр = arctg φпр — приведенный коэффициент трения между конусом цанги и шпинделя, а φпр — приведенный угол трения; Т — радиальная сила зажима заготовки одной губкой; F2 = μ2T — сила трения (сцепления) на поверхности зажатой заготовки; μ2 — коэффициент трения (сцепления) между губкой цанги и за готовкой при проскальзывании цанги в осевом направлении.

Рис. 4. Расчетная схема для определения силовых характеристик цангового зажимного патрона

Источник

Как выбрать фрезерный патрон для станка – тип хвостовика, тип гайки для цанг, оснастка под конкретный режущий инструмент

Основные типы хвостовиков патронов

Конусы – самый распространенный тип хвостовиков фрезерных патронов. Преимущества: быстрая смена оснастки и инструмента, высокая точность центрирования, надежность крепления.

На сегодняшний день применяются следующие фрезерные оправки по способу закрепления в шпинделе:

    Конус Морзе(DIN 228, ГОСТ 25551, конусность 1:19

1:20) Для ЧПУ не предназначен, один из самых старых инструментальных конусов. Ставится на универсальные фрезерные центры, сверлильные. Самоторможение или самозаклинивание не позволяет автоматически поменять оснастку, как на автоматическом оборудовании. Как правило, отбалансированы на частоту вращения не более 12000 об/мин.

  • Конус 7:24 ISO, соотношение 7:24 (SK – DIN 69871, BT – MAS 403, NT – DIN 2080). Как правило, отбалансированы на частоту вращения не более 25 000 об/мин.
  • SK и BT применяются на станках с ЧПУ и позволяют автоматически заменять инструмент. Вид NT ставится на универсальное оборудование, где невозможна автоматическая смена оснастки, сюда относятся также советские фрезерные или расточные станки.

    Конусы 7:24 ускорили процесс металлообработки, но конструкция из-за массы все равно оставалась достаточно медленной. Скорость вращения можно было разогнать максимум до 25 000 оборотов в минуту.

    Для обработки алюминия и других мягких материалов нужны были более легкие конструкции, которые можно было бы разгонять до больших оборотов, при этом сохраняя быстросменность оснастки. Тогда появилось решение этих задач – виды HSK и PSK.

      Современные конусы – HSK (соотношение 1:10), PSK Capto (соотношение как у Морзе 1:19

    1:20). Стандарт DIN 69893. Позволяют работать на больших оборотах, и предназначены для автоматических центров с числовым программным управлением. Скорость вращения можно разогнать до 40 000-50 000 оборотов в минуту. В HSK есть возможность закреплять токарные резцы через переходники.

  • Цилиндрический хвостовик. Находят применение на фрезерном или сверлильном оборудовании, их можно вставить в более крупный цанговый патрон, или в Weldon, а также в осевой держатель инструмента на токарном центре.
  • Особенности патронов с конусом Морзе

    Основной размерный ряд Морзе по номерам: от 0 до 6. Метрические размеры: 80, 100, 120, 160, 200. Помимо шпинделя КМ может вставляться в заднюю бабку токарного оборудования.

    1. Хвостовик Морзе с лапкой –MTA

    Оправки MTA с лапкой используют для сверления в токарных, фрезерных и сверлильных центрах. Переходные втулки для Морзе расширяют возможности оборудования.

    Хвостовики MTA предназначены в основном для закрепления сверл.

    1. Хвостовик Морзе с резьбой –MTB

    Оснастка MTB фиксируется на резьбу (осевое отверстие с резьбой в хвостовике). Такое крепление более надежное и жесткое, подходит для фрезерных операций на фрезерных центрах.

    Хвостовики MTB предназначены в основном для фиксации фрез.

    1. Хвостовик Морзе укороченный –B

    Укороченные хвостовики применяются в основном в сверлильной оснастке.

    Основные размеры: В7, В10, В12, В16, В18, В22, В24, В32, В45, где цифра после буквы B обозначает больший диметр.

    Особенности оснастки с конусами 7:24 ISO

    Оправки имеют размерный ряд хвостовиков в зависимости от величины станка: 30, 40, 50 и т.д. Например, BT40 – для средних по размеру обрабатывающих центров. Проще всего определить размер метрического конуса по внутренней резьбе. Для 30го размера резьба будет M12, для 40го – M16 и для размера 50 – M24. Передача крутящего момента осуществляется через пазы во фланце. Существуют также оснастка не с метрической резьбой, а с дюймовой, например типа CAT.

    Вторая (обратная) часть оправки используется для фиксации режущих элементов – напрямую или через цанги (ER, OZ, EOS, SC, GT, TC и другие).

    Получается, что в цанговые патроны можно крепить монолитные фрезы, сверла, метчики и другой режущий инструмент с цилиндрическим хвостовиком. В другие виды оснастки можно зажимать сверла, в том числе корпусные, насадные фрезы, включая модели со сменными пластинами. Существуют также конуса ISO для расточных систем.

    Под каждый вид оснастки используется свой штревель (винт) для фиксации и удержания в станке во время обработки.

    По подаче смазочно-охлаждающих жидкостей оправки ISO бывают четырех типов:

    • A – нет подачи СОЖ
    • B – подача СОЖ через фланец
    • AD – подача СОЖ через центральное отверстие
    • AD/B – подача СОЖ через отверстие или фланец

    Кратко рассмотрим отличительные особенности распространенных стандартов метрических конусов.

    SK – DIN 69871

    Основные особенности SK:

    • Стандарты DIN 69871, ISO 7388/1, ГОСТ 25827 исполнение 2, DAT, AT.
    • Возможно использование на станках с ЧПУ.
    • Чаще всего ставятся на европейские станки.
    • Закрепление в шпинделе штревелем или винтом.
    • Два паза на фланце оправки, паз вырезан полностью на всю ширину фланца.
    • Визуально два кольца на фланце одинаковой ширины.

    Пазы на фланце SK:

    BT MAS 403

    Основные особенности BT:

    • Стандарты MAS 403, JIS B 6339.
    • Возможно использование на ЧПУ.
    • Чаще всего стоят на азиатских станках.
    • Закрепление в шпинделе штревелем или винтом.
    • Два паза на фланце оправки, паз вырезан не до конца фланца.
    • Визуально верхнее кольцо на фланце шире, чем нижнее.

    Пазы на фланце BT:

    NT DIN 2080

    Основные особенности NT:

    • Стандарты DIN 2080, ISO 7388/2, ГОСТ 25827 исполнение 1.
    • Использование на универсальном оборудовании.
    • Нельзя использовать на автоматических центрах, только ручная смена оснастки.
    • Закрепление в шпинделе штревелем или винтом.
    • Два паза на фланце оправки.
    • Визуально одно кольцо на фланце и удлиненная резьбовая часть в виде цилиндра.
    • Некоторые модели могут закрепляться в станке как на внутреннюю резьбу, так и за внешние выступы удлиненной части оправки.

    Пазы на фланце NT:

    Особенности конусов HSK и PSK

    Основные особенности HSK:

    • Стандарт DIN 69893.
    • Укороченный облегченный конус 1:10
    • Закрепление в оборудовании не через штревель, а разжимной цангой.
    • Крутящий момент передается через пазы.
    • Существует несколько видов HSK: A, T (для токарного инструмента), B, C, D, E и F.
    • Используется как на центрах с ЧПУ, так и с ручной сменой инструмента (C и D).
    • A, B, C и D применяются на низкоскоростных станках, E и F – для высокоскоростной обработки (симметричны во избежание биения).
    • Облегченная конструкция, скорость доходит до 50 000 об/мин.
    • Можно фиксировать токарные резцы и державки с помощью переходников.

    Основные особенности PSK Capto:

    • Стандарт ISO 26623-1
    • Соотношение 1:19

    1:20

  • Сечение оснастки не круг, а полигон (треугольник с округлыми углами и вогнутыми сторонами).
  • Крутящий момент передается через полигональный конус.
  • Более жесткая конструкция и более точное позиционирование, чем у HSK.
  • Дороговизна оснастки, зачастую использование материально нецелесообразно.
  • Преимущества современной оснастки HSK и PSK в полной мере можно оценить при обработке легких материалов – дерева, алюминия и т.д.

    Особенности фрезерных оправок с цилиндрическим хвостовиком

    Основные особенности оправок с цилиндром:

    • Прямой цилиндрический хвостовик с лыской или без нее.
    • Обычно закрепляются на фрезерном или сверлильном станке в более крупный цанговый патрон, или в Weldon, а также в осевой держатель инструмента на токарном станке.
    • Цанговые патроны удобно использовать при большом вылете и для фиксации цанг малого размера. Чаще всего оснастку такого вида относят к переходникам-удлинителям и используют во фрезерных обрабатывающих центрах. Мини-гайка позволяет работать в труднодоступных местах.
    • Сверлильные патроны рекомендуются для токарного оборудования.

    Фрезерные патроны с цилиндрическими хвостовиками по своей сути – переходные втулки, но также могут использоваться в токарных станках в держателях для расточных резцов (с лыской).

    Типы гаек цанговых патронов для фрезерного станка

    Цанги для фрез, сверл и другого инструмента с цилиндрическим концом обычно закручиваются в оснастке гайками четрех видов: тип A, UM, OZ (EOC) и мини-гайка.

    • Обычная гайка A имеет несколько граней и затягивается гаечным ключом. Чаще всего оправки с гайкой A выпускаются для цанг малых размеров – ER11, ER16, ER20.
    • Гайка UM имеет шесть небольших пазов, затягивается специальным ключом. Чаще всего гайку UM используют для зажима цанг от ER25 и выше.
    • Гайка OZ используется во фрезерных патронах OZ (EOC), для зажима подходящих цанг. Для затягивания используется ключ типа C. Этот же ключ может использоваться в силовых и сверлильных патронах.
    • Мини-гайка используется, когда нужно подлезть в более узкие места, когда необходим большой вылет или нужно закрепить инструмент малого диаметра. Для фиксации цанг также необходим специальный ключ.

    Типы оправок под различный режущий инструмент

    Рассмотрим основные виды такой фрезерной оснастки по способу фиксации инструмента:

    ER, ERM – цанговые патроны для стандартных и мини-гаек.

    Используются для зажима фрез, сверл, разверток и другого инструмента с цилиндрическим концом в цангах ER.

    SC, HC – силовые фрезерные патроны для прямых цанг.

    Благодаря роликовым подшипникам более сильный зажим хвостовой части, чем в обычных цанговых.

    Weldon (SL) – для зажима инструмента с хвостовиком Велдон (с боковыми лысками). Сюда относятся корпусные сверла, различные фрезы. Оправка имеет один или два зажимных винта.

    Whistle Notch – как и Велдон, зажимает хвостовик с лысками, но под углом не 90°, а 88°, что предотвращает осевое смещение инструмента, его «вытягивание».

    Также имеет один или два зажимных винта. Стандарт инструмента DIN 1835E – цилиндрический хвостовик с наклонной лыской (угол наклона 2°).

    MTA, MTB – для фиксации сверл (с лапкой) и фрез (с резьбой) с конусом Морзе.

    FMB, SEMC – для крепления насадных фрез. Крутящий момент передается через шпонки.

    APU, KPU – сверлильные патроны. Зажимают сверла различных диаметров (от 1 до 13 и от 3 до 16 мм).

    Резьбонарезные патроны с осевой компенсацией и без нее – для машинных метчиков (TC, GT). Метчик фиксируется в специальной цанге (головке).

    SOM – оснастка для сменных фрезерных головок, которые закручиваются непосредственно в патрон.

    SF – термозажимные патроны для осевого инструмента. Отверстие в такой конструкции немного меньше чем диаметр хвостовика инструмента, расширяется при нагреве. Оправки позволяют работать с большой жесткостью на высоком вылете. Применяются для концевых фрез, разверток. Дают высокую точность обработки за счет точной посадки инструмента в патроне.

    Гидропластовые патроны – высокое усилие зажима и точность по биению благодаря давлению жидкости. Мембрана либо сужается, либо расширяется при регулировке винтом. Часто используется при зажиме концевых фрез, разверток.

    Обратите внимание: у различных производителей встречается и другая маркировка.

    Как расшифровать маркировку фрезерного патрона

    Попробуем по названию определить, что за оснастка перед нами. Например, у нас есть три патрона – BT40-ER16-100, SK50-SEMC22-55 и MTB3-FMB27-25.

    • BT40-ER16-100– тип BT, размер конуса 40, для цанг ER размера 16, вылет от шпинделя 100 мм. Это классический цанговый патрон для станка с ЧПУ, инструментальный конус 7:24. Если у вас азиатский станок среднего размера и вам нужно найти оправку для цанг ER, чтобы зажать фрезу или сверло, то, скорее всего оснастка BT-ER вам подойдет.
    • SK50-SEMC22-55– тип SK, размер конуса 50, комбинированный патрон для насадных фрез с посадочным диаметром 22 мм, вылет от шпинделя 55 мм. Комбинированные оправки SEMC подходят для зажима насадных фрез, в том числе отрезных дисковых – с поперечными и продольными пазами. SK также применяются на автоматических центрах, но европейского производства.
    • MTB3-FMB27-25– патрон с хвостовиком конус Морзе №3 с резьбой для насадных фрез, посадочный диаметр 27 мм, вылет от шпинделя 25 мм. Хвостовики Морзе с резьбой можно использовать для фрезерования. Насадные фрезы должны иметь поперечные пазы.

    Вот и все. Ничего сложного, правда? Надеемся, статья помогла вам разобраться в ассортименте патронов для обрабатываемых центров. Как правило, производители станка в характеристиках указывают тип используемого патрона (BT, SK или другой). Дальше останется только выбрать такие патроны, которые необходимы для тех или иных технологических операций.

    Будем рады подобрать инструмент и оснастку для вашего токарного или фрезерного станка. При необходимости наш технолог поможет решить ваши технологические задачи.

    Источник

    Оцените статью