ЦАНГОВЫЙ ПАТРОН

Полезная модель относится к машиностроению, а именно, к устройствам для зажима деталей, преимущественно в машинах сварки трением.
Известен цанговый патрон, содержащий корпус, цангу и конусное кольцо, который применяется для закрепления деталей в машинах сварки трением (см. Виль В.И. Сварка металлов трением. Л., Машиностроение, 1970, с. 139, рис. 58.).
Недостатком известного патрона является неточность зажатия детали ступенчатой детали с двумя короткими базовыми поверхностями, а также имеющей конусность или бочкообразность. Такой патрон обеспечивает точное зажатие только детали с точной цилиндрической и достаточно длинной базовой поверхностью, по которой она соприкасается с обжимающей поверхностью цанги. Зажатие детали с двумя короткими базовыми поверхностями в таком патроне при допуске на диаметры базовых поверхностей более 0,3 мм будет осуществляться преимущественно только по одной из них, имеющей большее плюсовое отклонение и зажатие детали может быть с перекосом относительно оси патрона. При зажатии деталей с конусностью или бочкообразностью базовой поверхности, ее контакт с обжимающей поверхностью цанги осуществляется по окружности максимального диаметра и имеет малую площадь, вследствие этого зажатие детали также может быть с угловым перекосом относительно оси патрона. Этот недостаток проявился при использовании такого патрона в машинах сварки трением. Зажатие ступенчатой детали с короткими базовыми поверхностями и большими допусками на диаметры базовых поверхностей как правило оказывается ненадежным, сварка происходит с проскальзыванием детали, а приварка с перекосом. Недостаток такого патрона проявился и при использовании его в машинах для приварки цилиндрических замковых деталей к трубам в производстве бурильных труб. Замковые детали имеют допуск на диаметр базовой поверхности, по которой производится зажатие до 1,2 мм. В пределах данного допуска может быть конусность и овальность. Перекос оси замковой детали при зажатии в патроне и после приварки к трубе не должен превышать 0,1 мм на 100 мм. Для получения требуемой точности ужесточаются требования к замковым деталям по конусности и овальности, что удорожает их производство.
Известен универсальный цанговый патрон (SU 1816549, B21B 31/20), содержащий расположенные в корпусе две цанги: одну цангу для зажима детали по наружному диаметру и вторую цангу для зажима детали по внутреннему диаметру. При этом цанга для зажима деталей по наружному диаметру установлена на поверхности корпуса, а цанга для зажима детали по внутреннему диаметру расположена на внутренней поверхности корпуса. Каждая цанга снабжена своим приводом. Цанги имеют возможность перемещения соответственно по внутренней и наружной поверхностям хвостовика патрона. Патрон позволяет производить обработку детали, как по внутренней поверхности, так и по наружной без перезакрепления ее в другом патроне.
Недостатком известного цангового патрона является то, что его конструкция обеспечивает закрепление деталей только трубчатой формы и ограничивает возможность зажима без перекоса деталей с конусной, бочкообразной и др. поверхностями, а обработка трубчатых деталей с требуемой точностью, например, без перекоса по оси, осуществляется снабжением патрона вторым приводом, то есть каждая цанга имеет свой привод, что усложняет конструкцию патрона.
Технической задачей предлагаемого решения является расширение возможностей цангового патрона, обеспечивающего зажатие без перекоса относительно оси патрона деталей ступенчатых с короткими базовыми поверхностями, а также деталей с несовершенной геометрической формой, например, с конусной или бочкообразной базовой поверхностью, при одновременном упрощении конструкции патрона.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в цанговом патроне, содержащем корпус с базовыми элементами, две цанги для зажима детали, состоящие каждая из хвостовой части и лепестков с кулачками с конической поверхностью, взаимодействующими с поверхностями базовых элементов корпуса, опорную шайбу, соединенную со штоком привода цанг, привод перемещения цанг, согласно предложению, в хвостовой части одной цанги с внутренней конической поверхностью соосно с ней расположена хвостовая часть второй цанги с наружной конической поверхностью, при этом в полости, образованной указанными коническими поверхностями с противоположно направленными вершинами, помещено кольцо с радиальными прорезями и фасками, подобными соответствующим коническим поверхностям хвостовых частей цанг и сопряженными с ними, связанное посредством диска, имеющего выступы, с опорной шайбой штока привода.
Выполнение хвостовой части одной цанги с внутренней конической поверхностью и соосное расположение в ней, согласно полезной модели, хвостовой части второй цанги с наружной конической поверхностью образует полость, в которой помещенное кольцо с радиальными прорезями и фасками, связанное посредством выступов диска с опорной шайбой штока привода, позволяет осуществить зажатие детали обеими цангами по наружной поверхности, исключая тем самым осевой перекос детали с несовершенной геометрической формой, например, ступенчатой или с короткими базовыми поверхностями, или с конусностью, или бочкообразностью.
Кроме того, благодаря наличию прорезей и фасок, кольцо, обладая упругой радиально-окружной и осевой податливостью, позволяет осуществить зажатие детали обеими цангами одним приводом и тем самым упростить конструкцию патрона.
Заявляемый цанговый патрон иллюстрируется чертежами, где на:
фиг. 1 дан общий вид патрона в вертикальном продольном разрезе;
фиг. 2 - вид по стрелке на А фиг. 1;
фиг. 3 - вид Б на фиг. 2;
фиг. 4 - вид патрона в вертикальном продольном разрезе с зажатой ступенчатой деталью с короткими базовыми поверхностями и большой разницей отклонений от номинальных размеров диаметров базовых поверхностей.
Цанговый патрон состоит из корпуса 1 с кольцевыми базовыми элементами 2 и 3 с центрирующими коническими поверхностями, в котором размещены цанга 4 и цанга 5, а также шток 6 для соединения цанг 4 и 5 с приводом (привод на фиг. 1 не показан).
Цанга 4 состоит из хвостовой части 7 и лепестков с кулачками 8 с конической поверхностью, взаимодействующими с центрирующей конической поверхностью кольца 2 (базового элемента). Цанга 5 состоит из хвостовой части 9 и лепестков с кулачками 10, взаимодействующими с центрирующей конической поверхности кольца 3 (базового элемента). Хвостовая часть 7 цанги 4 имеет внутреннюю коническую поверхность 11, а хвостовая часть 9 цанги 5 расположена соосно внутри хвостовой части 7 и имеет наружную коническую поверхностью 12. В полости P (фиг. 1 и фиг. 4), образованной между внутренней конической поверхностью 11 цанги 4 и наружной конической поверхностью 12 цанги 5, помещено кольцо 13 с фасками на одном торце по внутренней и наружной окружностям, подобными соответствующим коническим поверхностям хвостовых частей цанг и обращенными к этим поверхностям. В кольце выполнены внутренние 14 и наружные 15 прорези (фиг. 2, 3). Кольцо 13 сопрягается фасками с коническими поверхностями 11 и 12 диском 16, который имеет выступы 17, расположенные в выполненных в хвостовой части цанги 5 пазах и упирающиеся на шайбу 18, соединенную резьбой со штоком 6. На штоке 6 выполнен бурт 19. Шайба 18 может при необходимости являться одновременно упором для закрепляемой ступенчатой детали 20 с короткими базовыми поверхностями 21 и 22 (контур детали показан тонкими линиям). На фиг. 1 показано положение при зажатии эталонной детали, изготовленной без отклонений от номинала размеров.
Заявляемый цанговый патрон работает следующим образом.
Перед установкой детали 20 в патрон включается привод патрона (на фиг. 1 и фиг. 2 не показан) на открытие (разжатие), вследствие чего шток 6 движется в сторону открытого торца патрона, т.е. в сторону колец 2 и 3 с центрирующими коническими поверхностями, и, воздействуя буртом 19 на торцы хвостовых частей цанг 4 и 5, смещает их кулачки 8 и 10 относительно колец 2 и 3 (например, на 8-10 мм). Кулачки за счет упругости лепестков, прижимаясь к коническим поверхностям колец расходятся (например, на 2-2,5 мм), обеспечивая возможность ввода детали 20 в патрон до упора ее торца в шайбу 18. При переключении привода на зажим шток 6, двигаясь в противоположную строну, тянет шайбу 18, которая, воздействуя через выступы 17 на диск 16, прижимает последним кольцо 13 фасками к коническим поверхностям 11 и 12 хвостовых частей цанг 4 и 5, а затем смещает их в том же направлении, т.е. к закрытому торцу патрона. При смещении кулачки 8 и 10 втягиваются в конические отверстия колец 2 и 3 и сводятся к центру патрона.
Если диаметр базовой поверхности 22 имеет отклонение от номинала большее, чем диаметр базовой поверхности 21, то взаимное положение деталей патрона после зажатия будет соответствовать положению, показанному на фиг. 4. При этом в процессе зажатия, когда кулачки 8 начнут зажимать базовую поверхность 22, поверхность 21 еще не будет зажата. При зажатии кулачками 8 базовой поверхности 22 далее движение цанги 4 в сторону закрытого торца патрона, т.е. по ходу штока 6, невозможно. Под действием усилия привода через шток 6, шайбу 18 и диск 16 на кольцо 13, которое уменьшает свой диаметр за счет упругой деформации тонких перемычек между прорезями 14 и 15 (фиг. 2, 3) и смещается в сторону вершины конической поверхности 11, при этом цанга 5 также смещается в этом же направлении на величину S относительно цанги 4 до зажатия кулачками 10 базовой поверхности 21. После зажатия кулачками 10 базовой поверхности 21 движение прекратится, а базовые поверхности 21 и 22 будут зажаты соответственно кулачками 10 и 8 каждая с усилием, пропорциональным усилию привода.
Если диаметр базовой поверхности 22 имеет отклонение от номинала меньшее, чем диаметр базовой поверхности 21, то когда кулачки 10 начнут зажимать базовую поверхность 21, поверхность 22 еще не будет зажата. При зажатии кулачками 10 базовой поверхности 21, движение цанги 5 далее в сторону закрытого торца патрона, т.е. по ходу штока 6, невозможно. Под действием усилия привода через шток 6, шайбу 18 и диск 16 на кольцо 13, которое увеличивает свой диаметр за счет упругой деформации тонких перемычек между прорезями 14 и 15, надвигается на коническую поверхность 12, при этом цанга 4 продолжает смещаться далее в сторону закрытого торца патрона, т.е. по ходу штока 6, до зажатия кулачками 8 базовой поверхности 22. После зажатия кулачками 8 базовой поверхности 22 движение прекратится, а базовые поверхности 21 и 22 будут зажаты соответственно кулачками 10 и 8 каждая с усилием пропорциональным усилию привода.
Особенностью заявляемого цангового патрона является то, что выполнение хвостовой части одной цанги с внутренней конической поверхностью и расположение в ней соосно хвостовой части второй цанги с наружной конической поверхностью, образует указанными коническими поверхностями с противоположно направленными вершинами полость P. Помещая в эту полость P кольцо с фасками, соответствующими коническим поверхностям хвостовых частей цанг, обладающее упругой радиально-окружной и осевой податливостью, благодаря радиальным прорезям, появляется возможность с помощью одного привода осуществлять поставленную техническую задачу - обеспечение зажатия деталей ступенчатых с короткими базовыми поверхностями, а также деталей с несовершенной геометрической формой, без перекоса относительно оси патрона. Это достигается за счет податливости кольца, деформирующегося в процессе зажатия детали согласно перемещению сопряженных с его фасками конических поверхностей хвостовых частей цанг под действием привода и в зависимости от геометрии детали обеспечивающего возможность раздельной передачи усилия привода на цанги.
Возможность с помощью одного привода осуществлять поставленную техническую задачу приводит к упрощению конструкции патрона.
Зажим детали без перекоса по ее наружной поверхности обеими цангами предоставляет при необходимости возможность механической обработки и ее внутренней поверхности.
Заявляемая полезная модель может найти широкое применение в области обработки металлических изделий, в частности, в машинах сварки трением. Например, заявляемый цанговый патрон апробирован в ООО «КТИАМ» (г. Челябинск) на машине сварки трением для приварки замковых деталей к бурильным трубам для нефтяной и газовой промышленности.