Устройство и эксплуатация токарных патронов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

УСТРОЙСТВО И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ТОКАРНЫХ ПАТРОНОВ

Трехкулачковый самоцентрирующий патрон с ручным зажимом самое распространённое устройство для крепления деталей на токарных станках. Мы будем рассматривать лишь небольшой размерный ряд трехкулачковых самоцентрирующих патронов от разных производителей.

Обладая мощным, но чувствительным механизмом, патрон позволяет надежно крепить детали с высокой точностью их центрирования , как для выполнения высокорежимной обработки, так для более тонких работ.

Основные детали трехкулачкового патрона с ручным зажимом : корпус из чугуна или стали, который у этого патрона состоит из двух частей, а данной конструкции из одной. Во внутренней части корпуса патрона находится деталь один торец которой выполнен в форме конической шестерни, а на другом торце нарезана архимедова спираль. Эта деталь называется спиральный диск, который еще называют технически-жаргонно - архимедовой спиралью, спиралью, улиткой, планетаркой.

Малых конических шестерен с гнездом для ключа в патроне может быть от одной до нескольких.

Как правило комплектов кулачков у патрона два - прямые кулачки для крепления деталей на сжим и разжим и обратные кулачки для крепления на сжим деталей с большими диаметрами. Многие производители вводят в стандартный набор патрона, или поставляют отдельно еще и комплект кулачковых реек на которые могут крепиться произвольные по формам насадки из незакаленной стали.

Эти сменные насадки принято называть сырыми кулачками.

По точности центрирования патроны могут быть разных классов. Класс 1 по стандартам DIN или класс "А" по ГОСТу самый высокие по точности.

Кроме трехкулачковых самоцентрирующих патронов, существуют патроны, также самоцентрирующие, но с двумя, четырьмя и шестью кулачками.

Пользование патроном. Около одного из гнезд для ключа на патроне стоит метка "0". Для большей видимости это гнездо обычно метится станочником дополнительно. Чтобы центрирование патрона было более стабильным, зажим патрона выполняется только одним этим гнездом для ключа. Другие гнезда могут использоваться для менее ответственных по точности центрирования зажимов.

Кулачки патрона, например, диаметром 250мм при максимальном усилии рук развивают давление до 4,5 тн. Несоразмерное усилие зажима патрона может привести к браку детали, выраженному в смятии ее чистовой поверхности, деформации тонкостенной детали, а может и просто сломать хрупкий материал детали.

Другая сторона несоразмерности усилия, а именно недостаточно надежный зажим может привести к вырыванию детали из кулачков силами резания или к провороту детали в кулачках.

Поэтому следует применять различные усилия зажатия деталей в зависимости от условий их обработки.

Заводские ключи имеют равноплечий рычаг. Многие станочники делают этот рычаг неравноплечим, а именно под левую руку более короткое плечо рычага, а более длинный рычаг - для правой руки. Это дает выигрыш в силе зажатия при меньшей нагрузке на руки.

Менять на ключе рычаг не более длинный и использовать для удлинения рычага трубу не допустимо, так как это может к излому деталей патрона.

Эксплуатировать патрон, в диапазонах раствора кулачков, при которых спираль диска даже частично выходит из зацепления с гребенками кулачков, нельзя во избежание излома гребенок или спирали. При необходимости следует применить кулачки другого вида - обратные или специальные сырые.

Усилия руки или рук на ключ можно подразделить на такие уровни:

1. кистевое усилие без рычага- зажим одной рукой , с приложением ее у оси ключа.

2. кистевое усилие на рычаг ключа- одна рука на коротком плече ключа почти без усилия, вторая рука действует на длинный рычаг ключа усилием открытой кисти.

3. локтевое усилие - одна рука действует, как контр-опора, другая рука, согнутая в локте, воздействует на длинный рычаг ключа. Это усилие наиболее применяемое и имеет довольно большой силовой диапазон . Зажим- отжим может производится, как рывком, так и без рывка.

4. плечевой зажим - предельный по силе, когда одна рука действует, как контр-опора, а вторая, не согнутая в локте, прикладывается к длинной стороне рычага.

Каждый из вышеизложенных уровней можно в свою очередь подразделить на легкие, умеренные или предельные.

Плечевые зажимы производится силами только поворота торса, рывком или плавно. Отжимы следует делать не давлением рук, с участием сил своего веса, а коротким, энергичным толчком с использованием люфтов в ключе и механизме патрона для разгона движения. Особо ваше заострю внимание, что при зажатиях и отжатиях рывком и толчком использование веса также недопустимо, во избежание неконтролируемых потерь равновесия при срыве или поломке ключа.

Рывки и толчки при зажиме и отжиме нужно делать только силами рук и поворота торса.

Отжим толчком применяется, в частности, когда надо снять основной натяг зажима для того, чтобы оставшийся отжим выполнить одной рукой, когда вторая занята Технику вращения ключа одной левой рукой, нужно выработать, так как этот навык полезен при установке тяжелых деталей силами одного станочника.

Снятие-установка кулачков. Кулачки патрона имеют порядковый номер, такой же, как и пазы в патроне, в которые они установлены. Номера кулачков выбиваются на нерабочих поверхностях их пазов, а номера гнезд патрона, соответствующие кулачкам - на внутренних торцах кулачковых пазов. Кроме этого на нумерацию кулачков указывает размер их входной части на гребенке. Меньший величина захода у первого кулачка и с увеличением размера захода увеличивается нумерация. При вращении ключа против часовой стрелки кулачки выходят из зацепления с архимедовой спиралью и легко вынимаются из своих пазов.

Для установки кулачков гнездо ключа с меткой "0" должно быть наверху, таким образом паз для первого кулачка, стандартно, будет находится внизу. Вращая ключ по часовой стрелке смотрим когда начало спирали появится в пазу первого кулачка (нижнем). Далее- полоборота назад и вставляем кулачек до упора в спираль.

Прижимая кулачек вверх, поворачиваем ключ по частовой стрелке на 2-3 оборота.

Проверяем произошел-ли захват кулачка спиралью. Вставляем второй кулачек в соответствующий паз и делаем 2-3 оборота и с третьим кулачком также.

Правильно собранные кулачки сходятся вместе, плотно смыкая свои фаски.

На практике могут встретится такие патроны у которых порядок установки кулачков изменен или производителем, или предыдущим пользователем, а также отсутствует нумерация кулачков и их пазов.

В этом случае правильный порядок установки кулачков определяется опытно по лучшему показателю центрирования зажимными или разжимными поверхностями кулачков.

Подготовка посадочных мест под патрон.

Перед дальнейшим ознакомлении вас с условиями эксплуатации патрона, ознакомьтесь с таблицей допустимых отклонений от центрирования для трехкулачковых самоцентрирующих патронов размерами от 80 до 400мм 1-го и 2-го классов точности по стандартам DIN , что вполне соответствует классам "А" и "Б" по ГОСТ.

Некоторые величины допусков, которые я буду вам в дальнейшем озвучивать и которые не соответствуют приведенной таблице, нами ужесточены сознательно и обоснованно. Выбор между стандартными требованиями и нашими ужесточенными рекомендациями вы делаете сами, исходя из вашего отношения к высокой точности центрирования, наличия квалификации для выполнения мер в достижении этого и общих технологических возможностей.

Токарный патрон может устанавливаться на шпиндель станка или устройства как непосредственно на конусно-торцевую посадку, так и через переходные фланцы.

Переходные фланцы обеспечивают возможность крепления патронов со стандартными посадочными базами на любые другие различные посадочные базы шпинделей, в частности резьбовые.

Также применяются в стандартном исполнении посадки патронов на конуса Морзе различных номеров. Нестандартных вариантов крепления патронов к шпинделям разных станков и механизмов может существовать сколько угодно.

Если установка патрона на каком-то станке делается вами впервые , то следует проверить на фланце шпинделя состояние посадочных поверхностей, а именно торца и конуса фланца. На них не должно быть даже малейших , выступающих над поверхностью забоин и заусенцев. Забоины устраняются их местной обработкой надфилем или шабером.

Требования к радиальным и торцевым отклонениям установочных поверхностей на шпинделе для установки патрона очень жесткие, для торца 0,003мм, для конуса 005мкм.

В случае наличия больших отклонений на торце и конусе шпинделя, а также при множественных забоинах на них, потребуется выполнить их восстановительные проточки со снятием минимально возможных припусков, или, "как чисто".

Реставрация посадочной базы под патрон , состоят из токарных операций, требующих достаточной квалификации токаря и мы будем рассматривать их отдельно, в темах, посвященных восстановлению центрирования патронов.

Перед установкой патрона на посадочную базу шпинделя все сопрягаемые поверхности патрона и шпинделя после осмотра и исправлений обдуваются сжатым воздухом. Запорную шайбу на шпинделе поворачиваем в положение прохода патронных шпилек с гайками, патрон вводится в контакт со шпинделем до упора, шайба поворачивается в запорное положение и гайки зажимаются до очень легкого упора. В этом положении до окончательного затяга между торцами патрона и фланца шпинделя должен быть зазор 0,04-0,08мм.

Гайки затягиваются в порядке через 180гр с последовательным увеличением усилия затяжки и так по полного закрепления.

Все допуски на точность установки патронов и точность их центрирования для патронов разные в зависимости от их размера и класса точности. У новых патронов данные их точности указаны в паспортах и картах их заводских индивидуальных испытаний.. Первым следует проверить торцевое биение корпуса патрона со снятыми кулачками.

Биение торца патрона должно быть в пределах 0,005 мм. Если вами выявлено биение сверх допустимого, то более вероятно, что причиной его явилась попавшая между торцами при сборке мелкая твердая частица. В этом случае выполняется разборка, удаление причины биения и повторная сборка. При допустимом торцевом биении, проверяется биение радиальное, которое должно быть в пределах 0,007мм.

Если соединение патрона со шпинделем происходит через планшайбу , то причины появления биений корпуса патрона могут быть и в его сопряжении с планшайбой.

Методы исправление дефектов планшайб также, как и технология реставрации посадочной базы шпинделя будут показаны в другом, более позднем, видеоуроке.

Качество работы патрона

Качество работы патрона состоит из нескольких показателей. Эти показатели, при зажиме прямыми кулачками контрольного вала, такие: - равномерность обжима контрольного вала .

- точность центрирования контрольного вала.

Контрольным валом может быть любой отшлифованный, без геометрических отклонений вал, с диаметром 30-60% от диаметра отверстия в патроне и с длиной равной 2-3 длинам прямых кулачков патрона. Для проверки стабильности центрирования применяются контрольные валы с различными диаметрами от минимально зажимаемого данным патроном до диаметра равного отверстию в патроне.

Перед проверкой патрона на точность центрирования, его спиральный диск, пазы кулачков и сами кулачки подвергаются тщательной промывке в керосине, дизтопливе или уайт-спирите и обдуваются сжатым воздухом. Смазывать механизм патрона перед контрольной проверкой не надо.

Проверка равномерности обжима основной поверхностью прямых кулачков Основные зажимающие поверхности прямых кулачков патрона обычно эксплуатируется значительно больше, чем все остальные. В результате на них появляется неравномерный износ , деформации, наклепы, которые влияют на жесткость и точность центрирования. В меньшей степени на нарушения качества обжима влияет износ направляющих поверхностей пазов патрона и кулачков. Неравномерный обжим кулачками является одной из причин возникновения вибраций при резании.

Проверить зажимающие поверхности кулачков на отсутствие на них местных наклепов или местных деформаций, вызванных случайным имевшимся вдавливанием в них инородного твердого тела, можно визуально или контрольным валом. Для этого вал обрабатывается тончайшим слоем индикаторной краски, например - смеси масляной художественной краски темно-синего или темно-красного цвета с любым машинным маслом. Вал сжимается усилием, при котором возможен его плотный проворот силами руки и проворачивается на 30-40гр. Выступающие из поверхности кулачков дефекты окрасятся.

Эти дефекты удаляются их местной обработкой ручным алмазным инструментом.

Как правило общее нарушение обжима проявляется в разнице износа передней и задней частей зажимных поверхностей кулачков или, как говорят, кулачки начинают "конусит".

Зажмем в кулачки контрольный вал с минимальным, кистевым усилием.

Индикатором, как можно ближе к кулачкам, измеряем смещение вала при воздействии рукой на рычаг его вылета из кулачков. Запомнив показатели измерений, переместим индикатор по валу на расстояние, равное длине зажимающей поверхности кулачков. После сравнения показаний индикатора у кулачков и на удалении от них делаем следующие выводы: 1. Оба показания индикатора в пределах 0,01-0,02мм - обхват хороший 2. Показания индикатора у края кулачков равны "0", а на удалении от них увеличиваются- - неравномерный обхват , при котором задняя зажимающая часть кулачков отстает от зажима.

3. Показания индикатора у кулачков вдвое меньше, чем на удалении от них - - неравномерный обхват, при котором передняя зажимающая часть кулачков отстает от зажима.

Если разница в отставании от зажима в той или иной части кулачков в пределах 0,1мм, то ее легко устранить способом местной притирки.

А на этих кулачках видны последствия проворота детали в них из-за недостаточности зажима. Следствие этого аварийного случая это потеря кулачками и точности обхвата и точности центрирования, исправление которых требует более радикальных мер, таких, как растачивание или шлифование с последующей притиркой.

Точность центрирования. Полноценность обхвата поверхностями кулачков детали необходима, но это еще не означает, что автоматически будет иметься центрирование детали с высокой точностью.

Перейдем к проверке патрона на точность центрирования , которая будет достоверной только при условии качественного обжима кулачками контрольного вала.

В промытый о обдутый сжатым воздухом механизм патрона зажимаем контрольный вал, с небольшим его проворотом при начале обхвата кулачками. Длина обхвата кулачками по их длине должна быть полной. Ножка индикатор ставится на вал в удалении от кулачков патрона на расстояние согласно таблице. Проверка выполняется с тремя перезажатиями и за отклонения центрирования принимаются средние показания индикатора. Допустимые отклонения от центрирования или радиальные и торцевые биения всех крепящих баз кулачков бывают разные , в зависимости от класса точности патрона и его диаметра и соответствующие стандартам DIN, приведены таблице, которая будет приведена далее.

НАРУШЕНИЯ ЦЕНТРИРОВАНИЯ И ПРИЧИНЫ

Нарушение центрирования патрона может быть из-з микрозадиров на шлифованных рабочих поверхностях спирали диска и гребенках кулачков. Они выглядят как радиальные риски разной глубины, которые видны при осмотре очищенных деталей.

Легко увидеть разницу между правильно работавшей поверхностью и поврежденной.

Совсем критичное состояние рабочих поверхностей патрона создают макрозадиры в каких-либо точках спирали или гребенок кулачков, что приводит к возникновению биений зажатых в патроне деталей величиной и 0,2мм и более.

Вот так выглядит местный макрозадир, появившийся из-за попытки развинчивания кулачков с большими усилиями при сильном засорении сопряжения гребенок кулачков и спирали стружкой. Причины приводящие к повреждениям спирального диска и кулачков мы сейчас и рассмотрим 1 причина- микрозасорения, отсутствие смазки.

Несмотря на то, что во всех инструкциях по эксплуатации любых патронов указано в, частности, что их нужно регулярно промывать, чистить и смазывать, этому требованию эксплуатации начинает противодействовать неизвестно откуда взявшееся, но очень давнее поверие, что смазывать патроны не надо и даже нельзя.

Все патроны, вращаясь работают, как центробежные насосы, захватывая воздух от центра и выбрасывая его за свои пределы плоскостями кулачков. Попутно с воздухом захватываются аэрозоли и пары смазывающе-охлаждающих жидкостей, сокращенно - СОЖ . В результате спираль диска и кулачки выглядят смазанными, а на самом деле они покрыты смесью масел, содержащимися в СОЖ , мешанными с продуктами отходов резания, такими как мелкие частицы металла, окалина, а также абразив от сухой шлифовки наждачной бумагой, особенно отверстий.

Думаю, что не надо объяснять какой вред наносит любому механизму смесь абразивов с маслом. Если СОЖ на станке применяется редко, механизм патрона будет работать в режиме сухого трения, что неминуемо вызывает микро, и даже макро -задиры на нагруженных трущихся поверхностях, а именно на гребенках кулачков и спирали диска.

Несколько слов о производственной грязи. Любая темная или черная капля масла несет в себе множество металлических, абразивных и прочих включений. Если нанести каплю грязного масла на микрометр, то сдвинув измеряющие поверхности микрометра, можно увидеть размер самых больших микрочастиц, составляющих темный цвет масла.

Понятно, что от нахождение в механизме патроне, вместо чистой специальной смазки такой промасленной грязи к ничему хорошему не приводило и не приведет.

2 причина - макрозагрязнения.

Кроме микрозагрязнений есть еще и загрязнения мелкой металлической стружкой.

При растачивании сквозных отверстий мелка стружка неминуемо попадает в незащищенные зазоры во внутренних полостях патрона. Попадая также в сопряжения гребенок кулачков со спиральным диском, стружка может создать очень сильные засоры между ними и, как следствие ,заклинивание этих сопряжений. Попытки убрать такие сильные засоры силовым выкручиванием кулачков, да еще и с удлинением рычага ключа трубой приводит к макрозадирам на прецизионных поверхностях.

Вот так выглядить местный макрозадир. Исправление макрозадиров не всегда возможно и чаще всего приводит к выбраковке всего патрона и задранных кулачков.

Для справки стоимость такого нового патрона 1 класса, диаметром 250мм, на период 2011г , более 1200 долларов или 36000рублей, что можно приравнять к зарплате станочника за 1месяц работы.

3 причина - применение кулачков с поврежденными поверхностями У каждого станочника есть несколько комплектов кулачков в том числе и специальных .

При замене старого патрона на новый, аналогичный, кулачки старого оставляются в запасе и используются при необходимости. Кроме этого бывают заимствования кулачков у коллег.

Если кулачки старого комплекта будут с дефектами на поверхностях своих гребенок, то при контакте с качественной поверхностью спирального диска нового патрона, они под воздействием нагрузок наделают на рабочей поверхности спирали микроотпечатков своих дефектов, что нарушит поверхность спирали , а значит и ее точность .

Нужно сказать, что любые комплекты кулачков могут поставляться их производителями и дилерами отдельно от патронов и приобрести их будет рациональней, чем частично использовать на новых или исправных патронах старые кулачки сомнительного качества.

Выводы

патрон кулачок зажим центрирование

Выводы из вышесказанного просты - токарному патрону, как любому другому точному механизму нужно своевременно обеспечивать элементарные условия, при которых патроны работают точно и долго: Один раз в 5 дней следует делать чистку архимедовой спирали, кулачковых пазов и самих кулачков с промывкой керосином или дизтопливом или уайт-спиритом, применяя для обработки труднодоступных мест узкие щетки, зубную щетку, например, губки.

После промывки - обдув сжатым воздухом или протирка. Промывать лучше в конце работы, а собирать кулачки и смазывать в начале следующего рабочего дня.

Нужно заметить, что просто обдувка деталей патрона сжатым воздухом без их промывки недостаточна, поскольку не в состоянии сдуть промасленную грязь полностью.

Для смазывания патронов применяются пластические, то есть густые смазки.

В частности удобна в применении молибденовая смазка с аэрозольным распылением, применяемая для автотехники. Периодичность смазки - один раз в 5 дней, после чистки.

Для предотвращения засорения патрона стружкой есть такие нехитрые средства : - вставка из тонкого листового металла в отверстие патрона при растачивании деталей.

Доступ стружке в пазы со стороны торца патрона можно пресечь вставленными поролоновыми пыжами.

- при выходе кулачков за границы отверстия в патроне для закрытия доступа мелкого мусора и стружки в его механизм можно использовать густые тугоплавкие пластические смазки. Смазка не должна смываться СОЖ, выдерживать нагрев от стружки и не растекаться под воздействием центробежной силы от вращения.

Подходят для этого густые тугоплавкие смазки, в частности применяемые для автомобилей, а поэтому доступные в соответствующих местах торговли.

Показателем засоренности механизма патрона является затрудненное перемещение кулачков в холостом режиме. У обкатанного чистого патрона холостое перемещение кулачков должно производиться усилием одного пальца на ключ, вот так, легко и быстро. У нового, необкатанного патрона, усилие может быть бОльшим, но не больше, чем кистевое усилие одной руки.

В случае возникновение кратковременных препятствий свободному перемещению кулачков не следует преодолевать его силой, а попытаться сделать это вращением с раскачкой - туда-обратно.

Ну, и если кулачки вошли со спиралью в жесткий клин, применение силового раскручивания недопустимо. Выход из положения - снятие патрона, его разборка и чистка, а потом принятие мер по недопущению подобного.

На основании вышеизложенного, можно сделать вывод и запомнить его станочникам, что внезапное появление нарушения центрирования у патронов любых типоразмеров и марок само по себе не происходит, а происходит по причине действий или бездействий самого станочника.

Правильная эксплуатация патрона не содержит в себе больших материальных и трудовых затрат. Если даже не брать во внимание высокую стоимость прецизионных патронов, гораздо больше времени, сил и материалов уходит на изготовление спецоснастки для соосной установке деталей в патронах, которые уже сами не могут точно центрировать детали .

Если к этому прибавить необходимость периодического растачивания кулачков для создания хоть какой-то точности центрирования, то правильная эксплуатация патрона выглядит очень выигрышно во всех отношениях.

ДРУГИЕ ЗАЖИМАЮЩИЕ БАЗЫ КУЛАЧКОВ. Кроме основных зажимающих поверхностей прямых кулачков, которыми осуществляется только точная радиальная установка деталей с соответствующей для этого установочной базой, на кулачках есть и другие крепящие базы. Крепящие базы прямых, обратных и аналогичные им конфигурации сырых кулачков состоят из радиусных поверхностей, обеспечивающих центрирование деталей и прилежащих к ним торцевых плоскостей , которыми обеспечивается торцевая установка деталей, то есть под прямым углом к оси вращения детали. Иначе можно сказать, что в крепящих базах кулачков можно крепить детали за их аналогичные установочные базы, то есть диаметр + торец или уступ.

У прямых кулачков два ряда крепящих баз работают при разжиме кулачков, осуществляя крепления деталей за отверстия, соответствующие нужному ряду. В обратных кулачках также два ряда крепящих баз, но работающих на сжатие. Крепящие базы сырых кулачков выполняются самим станочником и могут быть любыми необходимыми, в том числе и такими, как основные зажимающие поверхности прямых кулачков. Точность установки крепящими базами обратных кулачков , работающими на сжатие проверяется с помощью установленных в них контрольных фланцах .

Точность центрирования крепящими базами прямых кулачков, работающими на разжим проверяются с помощью установленных в них контрольных колец.

Размерные величины для контрольных колец и фланцев разные для разных размеров патронов и их можно определить по приведенной таблице.

Можно добавить, что отклонения от параллельности торцев контрольных фланцев и колец должны быть в пределах 0,003мм. Для полного прилегания торца контрольных фланцев или колец к плоскостям крепежных баз, их зажим производится при одновременном легком поджатии пинолью задней бабки или с применением пристукивания после зажима медным ударным инструментом в зоне контакта фланца или кольца с кулачками. Торцевое биение на контрольном фланце или кольце проверяется ближе к их наибольшему диаметру и не должно превышать тех величин, которые приведены в таблице (выше), соответствующей стандартам DIN.

В заключении можно сказать, основываясь на практическом опыте, что у токарные патронов, сделанных по современным технологиям, соответствующим стандартам DIN, срок их эксплуатации не ограничивается десятилетним сроком, о котором заявляют фирмы-изготовители, в течение которого точность центрирования у них может поддерживаться в требуемых величинах.

В то же время, в результате неправильной эксплуатации превращение прецизионного механизма патрона в зажимное устройства с точностью не большей, чем у слесарных тисков может произойти за полгода.

Размещено на Allbest.ru