Токарный самоцентрирующий клиновой патрон

(72) Кадыров Жаннат Нургалиевич Кадыров Байсал Жаннатович Кадыров Ильяс Жаннатович Кадырова Мадина Жаннатовна Нургали Омар Жаннатулы(73) Кадыров Жаннат Нургалиевич, Кадыров Байсал Жаннатович, Кадыров Ильяс Жаннатович ,Нургали Омар Жаннатулы, Кадырова Мадина Жаннатовна(54) ТОКАРНЫЙ САМОЦЕНТРИРУЮЩИЙ КЛИНОВОЙ ПАТРОН(57) Изобретение относится к приспособлениям для зажима заготовок при обработке на станках токарной группы, преимущественно двухшпиндельной компоновки с оппозитно расположенными шпиндельными бабками. Технологический процесс изготовления деталей на таких станках включает последовательную обработку одной стороны детали, перехват детали из патрона одной шпиндельной бабки в патрон бабки с противошпинделем и обработку второй стороны детали. Даже при самом лучшем исполнении направляющих элементов подвижных узлов станка имеющая место на детали после завершения обработки величина отклонения от соосности превышает предельно допустимые значения и деталь не удовлетворяет требованиям точности. В связи с этим возникает задача компенсации погрешности установки детали в патроне шпиндельной бабки с противошпинделем. Технический результат при использовании предлагаемого устройства заключается в расширении функциональных возможностей - изготовлении деталей с высокой степенью точности в широком диапазоне диаметральных размеров. В корпусе основного кулачка выполнена наклонная поверхность. В состав основного кулачка входят также микрометрический винт подачи мягкого кулачка и клин выборки зазоров. Мягкие кулачки выполнены сборными и состоящими из корпуса с размещенными внутри него штоком, изоляционной втулкой и пакетом пьезокерамических пластин. К патрону прилагается комплект сменных наконечников, жестко прикрепленных к штоку мягкого кулачка. 11400 Изобретение относится к приспособлениям для зажима заготовок при обработке на станках токарной группы, преимущественно двухшпиндельной компоновки с оппозитно расположенными шпиндельными бабками. Технологический процесс изготовления деталей на таких станках включает последовательную обработку одной стороны детали, перехват детали из патрона одной шпиндельной бабки в патрон бабки с противошпинделем и обработку второй стороны детали. Даже при самом лучшем исполнении направляющих элементов подвижных узлов станка имеющая место на детали после завершения обработки величина отклонения от соосности превышает предельно допустимые значения и деталь не удовлетворяет требованиям точности. В связи с этим возникает задача компенсации погрешности установки детали в патроне шпиндельной бабки с противошпинделем. Известен токарный патрон по а. с. СССР 895593, кл. В 23 В 31/10, 1982, содержащий корпус, в радиальных пазах которого установлены кулачки, несущие зажимные губки, снабженные механизмом их подналадки. Патрон конструктивно сложен, значительные технологические трудности представляет изготовление отдельных конструктивных поверхностей и деталей. Известен токарный патрон по а. с. СССР 917940, кл. В 23 В 31/10, 1982, кулачки которого имеют в своем составе устройства подналадки положения его рабочих поверхностей. К недостатку патрона можно отнести сложность процедуры подналадки кулачков, требующей продолжительного времени на реализацию и специальной подготовки оператора. Известен токарный патрон по а. с. СССР 1426704, кл. В 23 В 31/28, 1988, содержащий корпус с установленными в нем подвижными зажимными кулачками, каждый из которых снабжен механизмом подналадки положения зажимных поверхностей кулачка. Патрон реализован не на базе серийно выпускаемого патрона, что делает его неприемлемым для широкого внедрения. Наиболее близким аналогом к изобретению является конструкция патрона, серийно изготовляемая Барановичским заводом станкопринадлежностей мод. 7102-0070-1-2 (Патроны токарные самоцентрирующие трехкулачковые клиновые с мягкими кулачками // Паспорт 7102-0066-1-1 ПС. Минск Полымя, 1985, с. 5, рис. 4). Патрон мод. 7102 изготавливается в соответствии с ГОСТ 24351-80 и находит широкое применение для токарных станков одно- и двухшпиндельной компоновки. Известный патрон содержит корпус, три основных и три мягких кулачка, взаимодействующих друг с другом через сопряженные Т-образные поверхности наружной и внутренней конфигурации. Движение кулачков в радиальном направлении обеспечивается при осевом перемещении связанного через тягу с силовым приводом штока. 2 Известный патрон имеет недостатки. Опыт эксплуатации патронов мод. 7102 показал, что точность центрирования детали в кулачках патрона невысокая и лежит в пределах 0,010-0,015 мм, что недостаточно для изготовления деталей с высокими требованиями по соосности поверхностей, особенно для токарных станков двухшпиндельной компоновки. Большинство деталей машиностроения должно быть изготовлено по параметру отклонение от соосности, регламентируемому ГОСТ 24643-81 по 3-4 степени точности. Такие требования продиктованы условиями работы данных деталей в узлах машин. Известный патрон не обеспечивает изготовления деталей с такими высокими требованиями по точности. Отсутствие возможности внесения поправок в положение детали предполагает изготовление детали со значительными отклонениями от соосности ступеней, что требует дополнительных технологических операций по исправлению погрешности взаимного расположения поверхностей. Задача изобретения - разработка самоцентрирующего клинового патрона с расширенными функциональными возможностями (изготовление деталей с высокой степенью точности в широком диапазоне диаметральных размеров) за счет возможности управления положением детали в кулачках патрона созданием последними пусконаладочных микроперемещений в направлении, перпендикулярном оси детали. Для этого в токарном самоцентрирующем клиновом патроне, содержащем корпус, три основных и три мягких кулачка, взаимодействующих друг с другом через сопряженные Т-образные пазы основных кулачков и Т-образные выступы мягких кулачков, выполненных в корпусе каждого кулачка, согласно изобретению, каждый основной кулачок дополнительно содержит микрометрический винт подачи мягкого кулачка и клин выборки зазоров, связанный с регулировочным винтом, причем на каждом винте выполнен буртик, в корпусе основного кулачка поверхность одной из сторон Т-образного паза в пределах его длины выполнена наклонной,сопрягаемой с идентичной наклонной поверхностью клина, и ограничена на противоположных концах паза верхней и нижней стенками корпуса основного кулачка, взаимодействующими с шейками микрометрического и регулировочного винтов, расположенными между их головками и буртиками, внутри корпуса каждого мягкого кулачка размещены ступенчатый шток с отверстием на ступени большего диаметра и Т-образным выступом на ступени малого диаметра, изоляционная втулка, пакет пьезокерамических пластин, между стенками корпуса и ступенью малого диаметра штока размещена пружина сжатия, при этом на Т-образном выступе корпуса мягкого кулачка выполнено резьбовое отверстие, а с Т-образным выступом штока соединен сменный наконечник для взаимодействия с поверхностью зажимаемой в патроне детали. Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен предлагаемый патрон в осевом сечении в положении, когда один из кулачков 11400 совмещен с вертикальной осью симметрии патрона на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1 с разрезом вдоль микрометрического винта на одном кулачке на фиг. 3 вид по стрелке Б на фиг. 1 на фиг. 4 - аксонометрическое изображение патрона на фиг. 5 - схема сборки патрона. Токарный самоцентрирующий клиновой патрон состоит из корпуса 1, который винтами 2 жестко крепится к выходному концу шпинделя 3 токарного станка. Внутри корпуса патрона и центрального отверстия шпинделя размещен шток 4,соединенный тягой с приводом возвратнопоступательного движения. В конструкции станка использован механизированный привод пневматического типа, устанавливаемый на заднем конце шпинделя (на фиг не показан). Центрирование штока 4 внутри корпуса патрона при его осевых перемещениях осуществляется за счет взаимодействия сопряженных цилиндрических поверхностей 6 и 7,принадлежащих, соответственно, штоку 4 и корпусу 1, а трансформация осевых перемещений штока 4 в радиальные перемещения основных кулачков 8 происходит за счет взаимодействия сопряженных клиновых поверхностей 9 и 10, принадлежащих,соответственно, штоку 4 и основным кулачкам 8. Угол наклона поверхностей штока 4 и основных кулачков 8 равен 12. В корпусе основного кулачка 8 одна из сторон 12 Т-образного паза 11 в пределах его длины выполнена наклонной и ограничена на противоположных концах паза 11 стенками кулачка 13 и 14. В состав каждого основного кулачка 8 входят также микрометрический винт 15 подачи мягкого кулачка,регулировочный винт 16 и клин 17 выборки зазоров в сопряжениях, причем винт 16 и клин 17 связаны через резьбовую поверхность винта. На винтах 15 и 16 на расстоянии от головки винта, равном, соответственно, ширине стенок 13 и 14, выполнены буртики 18, образующие между головкой винта и буртиком 18 утонченные по диаметру шейки, взаимодействующие со стенками паза основного кулачка. В состав патрона входят также по три мягких кулачка, выполненных сборными и состоящими из корпуса 19 с Т-образным выступом. Внутри корпуса 19 размещены ступенчатый шток 20 с отверстием 21 на ступени большого диаметра (фиг. 5) и Тобразный выступ 22 на ступени малого диаметра(фиг. 5) штока 20. Внутри отверстия 21 штока 20 размещены изоляционная втулка 23 и пакет 24 пьезокерамических пластин. В пространстве между стенками корпуса 19 и ступенью малого диаметра штока 20 размещена пружина сжатия 25. На Тобразном выступе корпуса 19 мягкого кулачка выполнено резьбовое отверстие, взаимодействующее с поверхностью микрометрического винта 15 подачи. С Т-образным выступом 22 штока 20 сопряжен сменный наконечник 26, взаимодействующий с поверхностью зажимаемой в патроне детали (не показана). К патрону прилагается комплект разнообразных по форме сменных наконечников 26, фикси руемых винтами 27. От выпадания пружины 25 применена крышка 28, крепящаяся винтами 29 (фиг. 5) к корпусу 19 мягкого кулачка. Для комплектации набора 24 применены типовые пластины, выпускаемые Волгоградским заводом пьезокерамических пластин в виде тонких дисков (толщиной 1-2 мм и диаметром 12-16 мм). Для повышения технологичности сборки мягкие кулачки собирают отдельно и в виде готового подузла сопрягают с основными кулачками 8 патрона. При этом жесткость пружин 25 выбирается таким образом, чтобы после их деформации (сжатии) при совершении наборами пьезокерамических пластин подналадочных перемещений (например, их удлинением) и снятии электрического потенциала с пластин (их укорочением) пружины 8 обеспечивали бы беззазорность в сопряжениях деталей корпус 19 мягкого кулачка - шток 20 - пружина 25 - крышка 28. Для подвода электрической энергии к пакету 24 пьезокерамических пластин в конструкции патрона предусмотрен многосекционный контактный токосъемник, в состав которого входят изоляционная втулка 30, напрессованная на корпус 1 патрона, и медные диски 31, взаимодействующие с подпружиненными щетками (не показаны). При сборке патрона заранее собранные мягкие кулачки через резьбовые отверстия на Т-образном выступе корпуса 19 сопрягают с резьбовой поверхностью микрометрического винта 15 подачи. При этом вращением винтов 15 через шлицевые пазы 32 добиваются синхронного выхода сборных мягких кулачков на диаметральный размер, равный поверхности зажимаемой детали. Длина винта 15 такова,что можно обеспечить зажим деталей в диапазоне диаметральных размеров 4-60 мм, а шаг резьбовой поверхности винта 15 обеспечивает точность установки кулачков 0,1 мм. Вращением винта 16 добиваются смещения клина 17 вдоль сопряженной наклонной поверхности 12 основного кулачка таким образом, чтобы обеспечить фиксацию достигнутого положения в радиальном направлении каждого мягкого кулачка. Угол наклонной поверхности клина 17 и поверхности 12 равен 5. В зафиксированном положении мягких кулачков производят растачивание поверхностей сменных наконечников 26. Токарный патрон работает следующим образом. Наиболее эффективно использование патрона для токарного станка двухшпиндельной компоновки при оснащении им бабки с противошпинделем. После перехвата детали и до начала обработки второй стороны с помощью внешних измерительных устройств (например, измерительных головок, на фиг. не показаны) производят измерение фактического положения оси детали в кулачках патрона противошпинделя. Зная положение в пространстве оси противошпинделя, с помощью микропроцессорного вычислительного устройства находится в общем виде величина и направление в пространстве вектора рассогласования между фактическим положени 3 11400 ем оси детали и осью вращения противошпинделя и далее рассчитываются радиальные подналадочные перемещения для каждого кулачка. Выделенный сигнал управления для каждого кулачка преобразуется в пропорциональный электрический потенциал,подаваемый на каждый пакет пьезокерамических пластин. Под действием поданного напряжения в результате обратного пьезоэффекта размер пакета 24 изменяется (увеличивается или укорачивается в зависимости от направления подналадочного значения), в результате чего шток 20 каждого мягкого кулачка вместе со сменным наконечником 26 изменяет свое положение в пространстве на величину,индивидуальную по размерам и направлению для каждого мягкого кулачка. В результате одновременных подналадочных перемещений всех трех мягких кулачков происходит переориентация положения оси детали таким образом, что ее ось совпадает с осью вращения противошпинделя. В результате проведенной процедуры подналадки компенсируется доминирующая погрешность для станков двухшпиндельной компоновки - неточность установки детали в зажимном приспособлении (патроне) станка. После окончания процедуры подналадки возможен повторный проверочный контроль фактического положения оси детали. При этом, если величина отклонения от соосности находится в пределах допустимых значений, выдается команда на продолжение технологического цикла изготовления детали - обработку ее второй стороны. Подналадка кулачков патрона может производиться как в статическом положении (без вращения), так и в процессе резания. Предлагаемый патрон реализован на базе серийно выпускаемого патрона мод. 7102-0070-1-2. Незначительные конструкторские изменения, касающиеся, например, изготовления наклонной поверхности 12 в основных кулачках 8 патрона, не усложняют его конструкцию. Мягкие кулачки в сборе представляют собой законченный функциональный узел, отличающийся взаимозаменяемостью монтажа, удобством обслуживания. В его конструкции широко использованы типовые комплектующие элементы - пружины, пьезокерамические пластины, что создает хорошие предпосылки к тиражированию разработки. Достоинством предлагаемого патрона являются его расширенные функциональные возможности. В максимальной мере соблюдены принципы конструктивного подобия (то есть модернизация прове 4 дена на базе штатных деталей патрона, например,на базе основных кулачков), модульности элементов конструкции (мягкие кулачки - самостоятельный функциональный модуль), а также инвариантности конструкции по отношению к типоразмерам и конфигурации зажимаемых в патроне деталей (для любых деталей типа тел вращения в диапазоне диаметральных размеров от 4 до 60 мм). Патрон прошел лабораторные и цеховые испытания в составе двухшпиндельного станка ПБ 4 ОПФ 4 и подтвердил свои хорошие функциональные и эксплуатационные (в том числе, точностные) характеристики. Отмеченные достоинства делают предлагаемый патрон предпочтительным для токарных одно- и двухшпиндельных станков, работающих в широкономенклатурном производстве. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Токарный самоцентрирующий клиновой патрон,содержащий корпус, три основных и три мягких кулачка, взаимодействующих друг с другом через сопряженные Т-образные пазы основных кулачков и Т-образные выступы мягких кулачков, выполненные в корпусе каждого кулачка, отличающийся тем, что каждый основной кулачок дополнительно содержит микрометрический винт подачи мягкого кулачка и клин выборки зазоров, связанный с регулировочным винтом, причем на каждом винте выполнен буртик, в корпусе основного кулачка поверхность одной из сторон Т-образного паза в пределах его длины выполнена наклонной, сопрягаемой с идентичной наклонной поверхностью клина, и ограничена на противоположных концах паза верхней и нижней стенками корпуса основного кулачка,взаимодействующими с шейками микрометрического и регулировочного винтов, расположенными между их головками и буртиками, внутри корпуса каждого мягкого кулачка размещены ступенчатый шток с отверстием на ступени большего диаметра и Т-образным выступом на ступени малого диаметра,изоляционная втулка, пакет пьезокерамических пластин, между стенками корпуса и ступенью малого диаметра штока размещена пружина сжатия, при этом на Т-образном выступе корпуса мягкого кулачка выполнено резьбовое отверстие, а с Тобразным выступом штока соединен сменный наконечник для взаимодействия с поверхностью зажимаемой в патроне детали.