ОПРАВКА С РАЗРЕЗНОЙ ЦАНГОЙ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ЗАГОТОВКИ НА СТАНКЕ

Полезная модель относится к станкостроению и может быть использована в качестве станочного приспособления для механизированного закрепления заготовок.
Известны приспособления (патроны и оправки) с цангами разрезанными пазами с одного их торца, см. Станочные приспособления: Справочник. 2-ой том. / Под ред. Б.Н. Вардашкина и В.В. Данилевского - М: Машиностроение, 1984, с. 177-179. Эти приспособления имеют особенность контакта с заготовкой - взаимодействие осуществляется в локальных областях узкого кольцевого пояска. Отсюда они не обеспечивают высокой точности при обработке заготовок и применяются чаще всего для закрепления протяженных заготовок или прутков, полученных прокаткой.
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству (прототипом) является оправка с разрезной цангой, см. патент на изобретение SU 2412787, В23В 31/40, 2011 г. Эта оправка, цанга которой разрезана по одним и тем же образующим пазами с 2-х торцов, является высокоточной. Каждый паз цанги оканчивается отверстием, необходимым для свободного выхода инструмента при изготовлении цанги и снижения концентрации напряжений. Цанга имеет у торцов внутренние конические поверхности, одна из которых взаимодействует с конической поверхностью вала, а другая - с конической поверхностью корпуса. По существу цанга является жестким кольцом (в средней по длине ее части), в две стороны от которого вдоль оси отходят стержни (балки). За счет изгиба стержней под действием сил со стороны конических поверхностей вала и корпуса цанга разжимается и крепит заготовку. При этом изгибается только часть стержня от жесткого кольца до кольцевого утолщения с конической поверхностью у торца цанги. Правда это утолщение поворачивается при изгибе как жесткое целое, увеличивая общий разжим.
Отсюда основным недостатком рассматриваемой зажимной оправки является малый диапазон диаметров базового отверстия закрепляемых заготовок. В основном ее можно использовать для закрепления заготовок с одним номинальным диаметром отверстия, имеющем достаточно узкое поле допуска. Если протяженность базового отверстия заготовки, а вместе с ним и длина цанги будут уменьшаться, то ширина поля допуска будет сужаться. Например, в этом случае можно будет закреплять заготовки только с точным (имеющим узкое поле допуска) шлифованным отверстием.
Другим недостатком устройства-прототипа является низкая прочность его стержней, которые, кроме изгиба, подвергаются кручению от силы резания. Этот недостаток может ограничивать режимы обработки заготовок, что также снижает технологические возможности устройства-прототипа.
Задачей изобретения является предложить конструкцию оправки с разрезной цангой, обладающей более широкими технологическими возможностями.
Поставленная задача достигается тем, что оправка с разрезной цангой для закрепления заготовки на станке, содержит выполненный с возможностью закрепления на шпинделе станка корпус с наружной конической поверхностью и с соосным ей направляющим отверстием, в котором с возможностью осевого перемещения установлен вал с наружной конической поверхностью, выполненный с возможностью соединения с приводом, разрезную цангу, имеющую наружную цилиндрическую базовую поверхность для размещения закрепляемой заготовки и внутренние конические и цилиндрическую поверхности и выполненную с равномерно расположенными по окружности вдоль образующих ее наружной цилиндрической базовой поверхности с двух ее торцов пазами одинаковой длины меньшей, чем длина цанги, которые заканчиваются отверстиями. Внутренние конические поверхности цанги, выполненные с несамотормозящими углами, расположены у ее торцов с возможностью сопрягаемого взаимодействия соответственно с наружной конической поверхностью корпуса и с наружной конической поверхностью вала, а наибольшие диаметры конических поверхностей цанги расположены на их пересечении с торцами цанги и равны между собой. При этом пазы цанги, выполненные с одного из торцов, расположены между пазами, выполненными с другого торца, а наибольший диаметр внутренних конических поверхностей цанги равен диаметру ее внутренней цилиндрической поверхности.
Изобретение поясняется прилагаемым чертежом (см. фиг. 1), на котором показана заявляемая оправка с разрезной цангой для закрепления заготовки на станке с вырезом ее четвертой части. На фиг. 1 не показаны элементы крепления корпуса оправки к шпинделю станка, а также конструктивные элементы вала для соединения с механизированным приводом. Штрихпунктирной линией на фиг. 1 условно показан контур кольцевой заготовки.
Оправка с разрезной цангой для закрепления заготовки на станке (фиг. 1) состоит из корпуса 1, имеющего направляющее отверстие «А» и соосно ему коническую поверхность «Б», вала 2 с конической поверхностью «В» и разрезной цанги 3. Вал 2 установлен в отверстие «А» корпуса 1 с возможностью осевого перемещения.
Разрезная цанга 3 (см. фиг. 1) по образующим, которые равномерно расположены по окружности, прорезана с противоположных ее торцов пазами «Г» равной длины, заканчивающимися отверстиями «Д». При этом пазы цанги, выполненные с одного из торцов, расположены между пазами, выполненными с другого ее торца. Длина пазов «Г» незначительно меньше длины цанги.
1
1
2
Разрезная цанга (см. фиг. 1) имеет наружную цилиндрическую базовую поверхность «Е», внутреннюю цилиндрическую поверхность «Ж» и около торцов внутренние конические поверхности, одна из которых сопрягается с конической поверхностью «Б» корпуса, а другая - с конической поверхностью «В» вала. При этом наибольшие равные между собой диаметры D внутренних конических поверхностей разрезной цанги расположены на их пересечении с торцами разрезной цанги. Диаметры D равны диаметру D ее внутренней цилиндрической поверхности «Ж».
В корпусе 1 (см. фиг. 1) имеются отверстия «И», в которые установлены базовые торцовые упоры 4, количество которых обычно равно трем.
Работа заявляемой оправки с разрезной цангой для закрепления заготовки на станке. В исходном положении вал 2 занимает крайнее правое положение, см. фиг. 1. При этом на цангу не действует нагрузка, и нет ее деформаций. Заготовка, которая на фиг. 1 показана штрихпунктирными линиями, устанавливается на наружную цилиндрическую базовую поверхность цанги и базируется в осевом направлении по упорам 4.
1
2
Далее включается механизированный привод, который тянет с осевой силой вал 2 влево, см. фиг. 1. На конических поверхностях «Б» и «В» осевая сила от привода преобразуется в радиальные силы, действующие на цангу. Цанга, деформируясь, закрепляет заготовку в двух кольцевых сечениях по торцам цанги. Для увеличения разжимной способности цанги заявляемого устройства рекомендуется равенство наибольшего диаметра D (см. фиг. 1) внутренних конических поверхностей разрезной цанги диаметру D ее внутренней цилиндрической поверхности.
Для повышения жесткости заявляемой оправки и точности обработки заготовки в центровое отверстие вала 2 (см. фиг. 1) можно ввести конус заднего центра станка.
После обработки заготовки механизированный привод перемещает вал 2 вправо, см. фиг. 1. Нагрузка снимается, цанга легко и без ударов разжимает заготовку, так как углы конусов сопрягаемых конических поверхностей несамотормозящие.
Заявляемое устройство по сравнению с устройством-прототипом:
1. Обеспечивает больший разжим цанги, за счет чего расширяются технологические возможности оправки с разрезной цангой. Расчетная модель и схема деформации цанги (предлагаемого устройства), которую можно рассматривать как кольцевую пружину, сложная. Схема деформации предлагаемой разрезной цанги схожа со схемой деформации разрезной цанги центровых оправок с ручным зажимом, см. Блинов Д.С., Шатилов А.А. Исследование напряженно-деформированного состояния разрезных цанг. Ж. Вестник машиностроения, №1, 2013 г. - с. 3-8. В этой статье определено, что диаметральный разжим разрезной цанги достигает 7÷10% от исходного диаметра. В другой статье, см. Блинов Д.С., Шатилов А.А. Экспериментальное исследование точности установки и обработки заготовок при использовании широкодиапазонных оправок с разрезной цангой. Ж. Вестник машиностроения, №7, 2013 г. - с. 60-63, установлено, что центровые оправки с разрезными цангами являются высокоточными. Основываясь на аналогичном принципе деформирования разрезных цанг (предлагаемого устройства и центровой оправки), можно сделать вывод, что заявляемое устройство является широкодиапазонным и высокоточным.
2. Прочность цанги заявляемого устройства выше прочности цанги устройства-прототипа, так как цанга заявляемого устройства представляет собой единую деталь, в которой отсутствуют заделанные консольные стержни. Кроме того, в первой из указанных в п. 1 статей выполнен прочностной расчет разрезной цанги, аналогичной цанге заявляемой конструкции. Он показал высокую прочность разрезной цанги, а экспериментальные исследования (см. 2-у статью) подтвердили это. Отсюда прочность цанги заявляемого устройства не будет лимитировать режимы резания при обработке заготовок. Это равноценно расширению технологических возможностей заявляемой оправки с разрезной цангой.