Модернизация универсальных токарных станков: изменение конструкции зажимных приспособлений

13 Января 2012

Среди широкой номенклатуры работ по модер­низации универсальных токарных работ большое место занимает замена (или совершенствование) действующих зажимных приспособлений, связан­ная чаще всего с необходимостью перехода к обра­ботке заготовки другой конструкции, с повышени­ем требований к производительности и точности обработки на станке, с ликвидацией физического износа приспособления и необходимостью установ­ления нового приспособления, желательно с допол­нительными функциями, например: переналаживаемость на выпуск нескольких типов деталей и др.

По конструктивному признаку (в зависимости от способа установки и закрепления заготовок) то­карные приспособления, применяемые для модер­низации универсальных станков, подразделяют на следующие группы: кулачковые, поводковые, цан­говые и мембранные патроны; токарные центры; токарные оправки, базируемые в конусе шпинделя; люнеты; планшайбы.

Кулачковые патроны определяют конструкцию обрабатываемой детали. В этом случае модерниза­ция станка заключается в смене кулачкового па­трона. Они бывают двух-, трех- и четырехкулачковые. Кулачковые патроны выполняются с ручным и механизированным приводом зажимных меха­низмов. Известны конструкции патронов с числом кулачков 6 и 12.

В двухкулачковых самоцентрирующих патронах (рис. 1, а) закрепляют различные фасонные отлив­ки и поковки, причем кулачки таких патронов час­то предназначены для закрепления заготовки толь­ко одного типоразмера. В этом случае при смене обрабатываемой детали нужно только заменить или расточить кулачки.

Автоматизированный двухкулачковый патрон (рис. 2) крепится на шпинделе с помощью план­шайбы 1, к которой четырьмя винтами 15 прикре­плен корпус 2 патрона. Ползуны 4, связанные с ку­лачками патрона, перемещаются в пазах корпуса. Патрон работает от пневмоцилиндра, закреплен­ного на заднем конце шпинделя. Заготовка зажи­мается в тот момент, когда ползун 16, перемещаясь влево, поворачивает рычаги 3 вокруг осей 13, сдви­гая кулачки 8 к центру. Для снятия обработанной детали ползун 14 перемещается вправо. Сменные кулачки 8 предварительно регулируют на заданный размер заготовки вручную винтом 5.

На патрон в зависимости от размера и формы заготовок устанавливают сменные кулачки 8 на вы­ступы оснований 6 и 11 и прикрепляют винтами 7 и 12. Упоры 17 устанавливают по размеру заготовки и фиксируют винтами 18, передвигающимися в Т-образных пазах корпуса и гайки 19. Стержень 9 с помощью шпонок 10 обеспечивает одновремен­ное перемещение кулачков при наладке патрона.

Применение автоматизированного патрона со­кращает время на зажим заготовки и открепление обработанной детали по сравнению с ручным ме­ханизмом на 70...80 % — это в значительной мере облегчает труд рабочего.

Наиболее массовые трехкулачковые самоцен­трирующие патроны (рис. 1, б) используют при об­работке заготовок круглой и шестигранной формы или круглых прутков большого диаметра.

Самоцентрирующие четырехкулачковые клино­вые быстропереналаживаемые патроны (рис. 3) предназначены для базирования и закрепления за­готовок типа вала и диска при обработке на токар­ных станках, в том числе с ЧПУ.

Патрон (рис. 3, а) состоит из корпуса 7, основ­ных 1 и накладных 3 кулачков, сменной вставки 6 с плавающим центром 5 и эксцентриков 2, в коль­цевые пазы которых входят штифты 13. Быстрый зажим и разжим накладных кулачков при их пере­наладке осуществляется тягами 4 через эксцентри­ки 2. Для обработки заготовок типа вала в патрон устанавливают сменную вставку 6 с плавающим центром 5 и выточкой по наружному диаметру. За­готовку располагают в центрах (центре 5 и заднем центре станка) и зажимают плавающими кулачками с помощью втулки 8 с клиновыми замками. Втулка соединена с приводом, закрепленным на заднем конце шпинделя станка. Разжим осуществляется с помощью фланца 11. Для выполнения работ в па­троне с самоцентрирующими кулачками сменную вставку 6 заменяют вставкой 14 (рис. 3, б), которая не имеет выточки по наружному диаметру, благо­даря чему обеспечивается самоцентрирование па­трона. Патрон крепят на шпиндель станка с помо­щью фланца 12 (см. рис. 3, а). К приводу патрон присоединяют втулкой 9 и винтом 10.

В четырехкулачковых самоцентрирующих па­тронах (рис. 4) закрепляют прутки квадратного се­чения, а в патронах — заготовки с индивидуальной или несимметричной формой. В корпусе 1 четырехкулачкового патрона выполнены четыре паза, в каждом из которых смонтирован кулачок 4 с вин­том 3 для независимого перемещения кулачков в радиальном направлении. От осевого смещения винт 3 удерживается сухарем 2. Кулачки могут быть повернуты на 180° для закрепления заготовок по внутренней или наружной поверхности. На перед­ней поверхности патрона нанесены концентрич­ные риски (расстояние между ними составляет 10... 15 мм), которые позволяют выставить кулачки на одинаковом расстоянии от центра патрона.

Многообразие конструкций кулачковых патро­нов не позволяет описать особенности функциони­рования каждого из них. На рис. 5 приведены при­меры самоцентрирующих кулачковых патронов не­традиционной конструкции, с системой двойного захвата и др. Такие патроны используют при точ­ной обработке, когда необходимо исключить лю­бую возможность деформации заготовки.

Приспособление обеспечивает закрепление за­готовки в две стадии (последовательно) посредст­вом двойного захвата тремя кулачками. Положение кулачков определяется приводящей в действие от­дельной втулкой. Ход ползушки достаточен для компенсации разности диаметров заготовки между двумя захватами.

Широко открывающийся самоцентрирующий па­трон (рис. 5, а) предназначен для токарной обработки деталей типа вилок. Длина хода зажима 210 мм. Сис­тема перемещения заготовки — рычажная.

На рис. 5, б показан патрон со специальным встроенным цилиндром. Патрон предназначен для токарной обработки заготовки в центрах. Плаваю­щие захваты компенсируют шероховатость на по­верхности заготовки при ее установке.

Приспособление, представленное на рис. 5, в, служит для закрепления алюминиевого корпуса на­соса при обработке его на токарном станке. Ком­плект из трех кулачков, зажимая деформирующую­ся часть (диафрагму) заготовки, центрирует ее с по­мощью штифтов для предварительной установки. Затем заготовка зажимается прихватами. Привод патрона — гидравлический цилиндр.

При обработке концентричной заготовки, для закрепления которой необходимо автономное пе­ремещение кулачков, применяется патрон, пока­занный на рис. 5, г.

Специальные зажимные приспособления (рис. 5, д, е, ж, з) применяются при обработке де­талей типа высокоточных колец на токарных стан­ках. На рис. 5, д показаны патроны с маятниковы­ми кулачками зажима по наружному и внутреннему диаметрам деталей типа колец.

В качестве механизированных зажимных при­способлений при модернизации находят примене­ние шестикулачковые патроны с наружным диа­метром до 2500 мм, в которых по два соседних ку­лачка смещены относительно друг друга на 60° и обладают механической маятниковой компенсаци­ей в системе привода (рис. 5, е). Это компенсаци­онное действие кулачковых пар патрона (простые смешения ступенчатых кулачков при центрирован­ном действии) центрированного зажима обеспечи­вает равномерное распределение зажимного уси­лия на шесть точек даже при некруглых заготовках необработанных колец.

При шестикулачковом креплении можно обой­тись без крупных тяжелых маятниковых кулачков (для различных диаметров заготовок), необходи­мых для трехкулачкового патрона. Для окончатель­ной обработки колец применяют трехкулачковые патроны с чашеобразными основами кулачков из концентрических колец, схематично показанными на рис. 5, ж.

Круглые чашеобразные поверхности центриче­ски расшлифовываются с учетом давления зажима. Они служат для приема сегментных зажимных вставок, которые могут быть изготовлены простым разрезанием концентрических колец. При измене­нии диаметра зажима для обработки различных из­делий можно отказаться от необходимой в других случаях расшлифовки зажимных поверхностей в патроне. После так называемого плотного закреп­ления в точно расшлифованных чашах сегменты концентрической формы обеспечивают отсутствие радиального биения.

Применяемые в настоящее время высокие час­тоты вращения шпинделей все чаще при модерни­зации обусловливают использование так называе­мых центробежных патронов. Это кулачковые патроны, в корпус которых встроены грузики, противодействующие понижению (а при внутрен­нем зажиме — повышению) зажимного усилия центробежными силами (рис. 5, з). Приданный ка­ждому зажимному кулачку грузик с рычажной пе­редачей позволяет поддерживать без изменения да­же малые зажимные усилия в диапазоне высоких частот вращения. Кулачковые патроны без таких грузиков должны развивать большое зажимное усилие при неподвижном состоянии шпинделя, чтобы компенсировать центробежную силу, дейст­вующую при высоких частотах вращения; тонко­стенные кольцеобразные изделия часто не выносят необходимых радиальных усилий.

Поводковые патроны используют на токарных станках при обработке заготовок деталей типа вала в центрах станка. При модернизации токарного станка для обработки таких деталей применяют универсальный поводковый патрон (рис. 6), обес­печивающий базирование заготовок типа вала и передачи им крутящего момента при обработке в центрах на токарных станках, в том числе с ЧПУ.

В отверстии корпуса 4 хвостовика установлен плавающий центр 9 и пружина 2, расположенная между резьбовыми втулками 1 и 5. В задний торец центра установлена штанга 3. Корпус 11 патрона имеет выточку под диск 10, в котором закреплены через 120° три неподвижных пальца 6. На диске ус­тановлены также три пальца 7, на которых закреп­ляют сменные эксцентриковые кулачки 8 с зубча­тыми поверхностями и поворотный кожух 12. Диск 10, поворачиваясь, увлекает за собой кулачки, ко­торые пазами охватывают неподвижные пальцы 6 и, перемещаясь вместе с диском, поворачиваются относительно пальцев 7, в результате чего кулачки равномерно зажимают заготовку, передавая ей кру­тящий момент. При повороте кожуха против часо­вой стрелки кулачки раскрываются и фиксируются подпружиненным фиксатором 13.

Цанговые патроны служат для зажима прутков или повторного зажима заготовок по предваритель­но обработанной поверхности. Переход на обработку заготовки другого диаметра требует, как правило, другого цангового патрона (или лепестков), так как формы и размеры отверстия цанги должны соответ­ствовать профилю заготовки-прутка.

В случае модернизации токарных станков с це­лью повышения точности центрирования заготов­ки применяют мембранные патроны. Эти патроны эффективны, если необходимо обработать партию заготовок.

В мембранном патроне рожкового типа (рис. 7) заготовку 3 устанавливают между торцами винтов 2, которые через рожки 1 связаны с мембраной 4. При прогибе мембраны в сторону заготовки концы рож­ков с винтами расходятся и освобождают заготов­ку, а при снятии нагрузки с мембраны — закреп­ляют ее. Настройка патрона на размер заготовки и регулирование силы зажима осуществляется с по­мощью винта 2.

Токарные центры используют при обработке за­готовок различной формы и размеров, длина кото­рых существенно больше диаметра. Старые токар­ные станки имеют, как правило, невращающиеся задние центры. При модернизации станка для об­работки с большими скоростями и нагрузками применяют задние вращающиеся центры (рис. 8). Показанная конструкция вращающегося центра с указателем осевого усилия предназначена для ба­зирования и закрепления заготовок типа вала, ус­танавливаемых в поводковых патронах при обра­ботке на токарных станках, в том числе с ЧПУ.

Вращающийся центр обеспечивает передачу больших осевых сил и контроль силы прижима штырей к торцу заготовки. При поджиме заготовки вращающимся центром с помощью пневмо- или гидропривода пиноли задней бабки центр 2 через подшипники 6 и 14 и фланец 9 сжимает пакет та­рельчатых пружин 10. При этом индикатор указа­теля 8 значений осевых сил показывает также зна­чения деформации тарельчатых пружин. Перед эксплуатацией индикатор тарируют, нагружая центр заранее известной осевой силой.

Задний конец центра 2 вращается в игольчатом подшипнике 11, который крепится в корпусе 1 за­глушкой 12. Фланец 9 связан с корпусом 1 посред­ством винта 13. Перемещение фланца в осевом на­правлении ограничивается кольцом 7. Вытеканию смазки препятствует уплотнение 3, смонтирован­ное в гайке 4, законтренной винтом 5.

В зависимости от конкретной обрабатываемой де­тали в ряде случаев при модернизации заменяют центр. Рассмотрим применяемые конструкции. Угол при вершине рабочей части 1 центра (рис. 9, а, б) обычно равен 60°. Диаметр опорной части 3 меньше наименьшего диаметра хвостовой части 2 конуса. Это позволяет вынимать центр из гнезда без повреждения конической поверхности хвостовой части заготовки.

Центр, показанный на рис. 9, б, служит для ус­тановки заготовок диаметром до 4 мм. В таких за­готовках вместо центровых отверстий имеются на­ружные углубления — конические поверхности с углом при вершине 60°, в которые входит внутрен­ний конус центра, называемый обратным. Если не­обходимо подрезать торец заготовки, применяют срезанный центр (рис. 9, в), который устанавливают только в пиноль задней бабки. Центр со сферической рабочей частью (рис. 9, г) используют в тех случаях, когда требуется обработать заготовку, ось которой не совпадает с осью вращения шпинделя станка.

Центр с рифленой рабочей поверхностью рабочей части (рис. 9, д) предназначен для обработки заго­товок с большим центровым отверстием без повод­кового патрона.

В процессе обработки заготовки в центрах пе­редний центр вращается вместе с ней и служит только опорой; задний центр при этом неподви­жен. Вследствие нагрева при вращении он теряет твердость и интенсивно изнашивается. Поэтому задний центр изготовляют из углеродистой стали с твердосплавной рабочей частью (рис. 9, ё).

Токарные центры работают совместно с поводко­выми самозажимными патронами. Патрон (рис. 10) предназначен для базирования и передачи крутяще­го момента заготовкам типа вала, установленным в центрах токарных станков, в том числе с ЧПУ.

При поджиме заготовки пинолью задней бабки подпружиненный плавающий центр 2 утопает, и торец заготовки устанавливается на базирующий торец подвижного корпуса 4 с предварительным натягом. При дальнейшем движении пиноли корпус 4 перемещается в осевом направлении, сжимая возвратную пружину 5, и поворачивается по часо­вой стрелке по винтовому пазу относительно уста­новленной в корпусе 6 цилиндрической шпонки с зубчатыми секторами 8.

Венец корпуса 4 выполнен с круговым пазом 3, в котором установлены сухари 9 с закрепленными на них осями 1. При повороте корпуса 4 зубчатые колеса-кулачки 7, установленные на осях 1 и вхо­дящие в зацепление с зубчатым сектором 8, пово­рачиваются против часовой стрелки до соприкос­новения с заготовкой с усилием натяга, создавае­мого пружинами 11, закрепленными на штифтах 10 к 12 в корпусе 4 и сухарях 9. После фиксации ку­лачков 7 на поверхности заготовки дальнейший по­ворот кулачков прекращается. Это устраняет воз­можность смещения заготовки с плавающего цен­тра. При дальнейшем повороте корпуса 4 до упора в корпус б сухари 9 (с осями 1 и кулачками 7) пе­ремещаются в пазу корпуса 4, растягивая пружины 11. При этом корпус 4, кулачок 7, заготовка и за­щитный кожух перемещаются в осевом направле­нии. Зажим заготовки осуществляется одновремен­ным базированием на плавающий центр и непод­вижный торец корпуса 6.

Токарные оправки применяют при модерниза­ции токарных станков в случае закрепления заготов­ки в центрах, если требования к качеству обработки высокие. Разжимная токарная оправка (рис. 11) предназначена для базирования и закрепления за­готовок при необходимости обработки наружных поверхностей деталей типов фланца, зубчатого ко­леса, втулки, стакана и др.

Заготовку насаживают на цангу 3 оправки 2 до упора в разжимное упорное кольцо 1 или проме­жуточную втулку и закрепляют гайкой 4. При этом цанга, перемещаясь по конусной поверхности оп­равки, разжимается, закрепляя заготовку. Оправку с заготовкой устанавливают в шпиндель станка. После обработки заготовки оправку снимают со станка. Для разжима заготовки гайку вращают в противоположном направлении, в результате чего цанга перемещается в исходное положение.

Для закрепления заготовки могут быть примене­ны токарные оправки с упругой оболочкой (рис. 12). Корпус 3 оправки крепится к фланцу шпинделя станка. На корпусе закрепляется втулка 4, канавки которой вместе с канавками корпуса образуют по­лости А, В и С, заполняемые гидропластом. При вращении винта 7 плунжер 2 перемещается, выдав­ливая гидропласт из полости С в полость А. Тонкая стенка втулки под давлением гидропласта деформи­руется, увеличивая посадочный диаметр втулки и создавая натяг при закреплении заготовки 5. Упор 1 ограничивает перемещение плунжера 2, а пробка 6 закрывает отверстие, через которое выходит воздух при заполнении полостей оправки гидропластом.

Планшайбы отличаются конструкцией, наруж­ными диаметрами, числом пазов для крепления на­ладок, размерами и расположением центрирующих элементов. Их целесообразно использовать при модернизации токарных станков, работающих в условиях мелкосерийного производства.

На рис. 13 представлена конструкция унифици­рованной переналаживаемой токарной планшайбы многократного применения, предназначенной для обработки мелких и средних заготовок. Приспо­собление состоит из диска, который навинчивается на шпиндель станка, и дополнительного диска 1, прикрепленного к корпусу болтами. Три прихвата 2 передвигаются по пазам диска 1 на сухарях. Заго­товка устанавливается на сменной наладке и закре­пляется вручную прихватами или прихватами с ре­гулируемой опорой, устанавливаемыми в один из рядов 33-х отверстий. В отдельных случаях исполь­зуется центральный зажим. Для установки наладок может быть использована также кольцевая выточка.

Заготовку можно устанавливать непосредствен­но на диск. При выполнении работ, связанных с высокими требованиями к соосности обработан­ных поверхностей, диск приспособления можно выверить с помощью индикатора по круговой ка­навке. После наладки приспособление закрывают защитным кожухом.

При проведении модернизации токарных стан­ков создаются специальные и специализированные зажимные приспособления. Специализированное приспособление предназначено для многократного применения, имеет переналаживаемые базирую­щие поверхности для установки аналогичных заго­товок типовых конфигураций в пределах опреде­ленных размеров.

Специализированное приспособление для то­карной обработки сегментных колец представлено на рис. 14. Заготовку 4собирают с кассетой 3 и вме­сте с ней устанавливают до упора на опорную по­верхность базового элемента 2. Центрирование производится с помощью калибра 5 по втулке 6. За­крепление осуществляется винтом 1 с передачей за­жимного усилия через гидравлическую среду на пор­шень 8 и кулачки 7. Для обработки сегментного коль­ца другого размера необходимо сменить наладку.