ПАТРОН ТОКАРНЫЙ САМОЦЕНТРИРУЮЩИЙ МЕХАНИЗИРОВАННЫЙ
SELF-CENTERING MECHANIZED LATHE CHUCK

Устройство относится к области металлообработки и используется для закрепления цилиндрических заготовок при обработке на токарных станках в 3-х, 4-х и 6-ти кулачковых самоцентрирующих спирально-реечных патронах.
Известен патрон токарный самоцентрирующий механизированный, содержащий зажимные кулачки, спиральный диск, жестко закрепленный на шпинделе станка, корпус, установленный на шпинделе с возможностью относительного вращения, тормозное устройство корпуса (А.с. №722696, МПК В23В 31/00, 1978 г.).
Данный патрон позволяет реализовать только процесс зажима и разжима заготовок. Однако в нем отсутствует жесткая связь между корпусом и спиральным диском при обработке заготовок, что не обеспечивает надежной работы патрона, так как крутящий момент от шпинделя будет передаваться на корпус только за счет сил трения в зоне контакта спирали диска с рейками кулачков. Кроме того, при реверсировании вращения шпинделя и при его торможении возможен разжим заготовок вследствие инерционности корпуса.
Известен патрон токарный самоцентрирующий механизированный, содержащий зажимные кулачки, спиральный диск, жестко закрепленный на шпинделе станка, корпус, установленный на шпинделе с возможностью относительного вращения, соединительный элемент, установленный в направляющих с возможностью продольных перемещений, снабженный контактными поверхностями, взаимодействующими с ответными контактными поверхностями, расположенными в патроне, привод перемещения соединительного элемента, устройство торможения корпуса (А.с. №116424, МПК В23В 31/16, 1958 г.).
Это техническое решение, выбранное заявителями в качестве прототипа, частично устраняет недостатки устройства по а.с. №722269, так как позволяет создать жесткую связь корпуса и спирального диска и их совместное вращение при обработке заготовок.
Основными недостатками данного патрона являются не полная гарантия надежного закрепления заготовок и ручное управление процессом их зажима и разжима.
Это обусловлено тем, что контактные поверхности соединительного элемента и ответные контактные поверхности, расположенные на торцевой поверхности корпуса, выполнены зубчатыми, что позволяет соединять корпус со шпинделем с определенной дискретностью. Согласовать совпадение зубьев контактных поверхностей с необходимым усилием зажима заготовки можно с малой вероятностью. Поэтому в большинстве случаев придется несколько уменьшать усилие зажима и, соответственно, надежность закрепления заготовок. Кроме того, соединительный элемент установлен в направляющих на наружной поверхности патрона и не защищен от попадания в направляющие и на контактные поверхности грязи, стружки, СОЖ и т.п., что снижает надежность работы патрона. Устройство торможения корпуса, выполненное в виде ленточного тормоза, охватывающего лентой корпус патрона, так же имеет рабочие поверхности, открытые для попадания стружки, СОЖ, масел и т.п., что снижает надежность его работы. Управление эти устройством осуществляется вручную, что не позволяет использовать его на станках-автоматах.
Кроме того, конструктивные решения патрона предусматривают ручное управление перемещениями соединительного элемента, что не позволяет использовать патрон на станках-автоматах.
Технической задачей, решаемой в данном изобретении, является повышение надежности закрепления заготовок в патронах, в которых перемещение зажимных кулачков осуществляется вращением шпинделя станка, в условиях автоматизированного производства.
Указанный технический результат достигается тем, что у заявляемого изобретения, содержащего зажимные кулачки, спиральный диск, предназначенный для жесткого закрепления на шпинделе станка, корпус, предназначенный для установки на шпинделе с возможностью относительного вращения, соединительный элемент, установленный в направляющих с возможностью продольных перемещений и имеющий контактные поверхности, взаимодействующие с ответными контактными поверхностями, расположенными в патроне, привод перемещения соединительного элемента и устройство торможения корпуса, направляющие соединительного элемента выполнены на внутренней поверхности корпуса, ответные контактные поверхностями расположены на спиральном диске, при этом привод перемещения соединительного элемента выполнен в виде постоянного силового привода для соединения контактных поверхностей и автоматически управляемого силового привода для разъединения контактных поверхностей. Контактные поверхности соединительного элемента и спирального диска могут быть выполнены конусными. Постоянный силовой привод может быть выполнен в виде одного или нескольких упругих элементов, расположенных внутри корпуса параллельно оси шпинделя между крышкой, закрепленной на заднем торце корпуса, и соединительным элементом. Управляемый силовой привод и устройство торможения корпуса могут быть выполнены в виде управляемого кольцевого электромагнита, установленного на стенке перед ней бабки станка соосно со шпинделем.
Достижение указанного технического результата обеспечивается использованием совокупности новых существенных признаков заявленного устройства.
Во-первых, соединительный элемент установлен в направляющих на внутренней поверхности корпуса, что позволяет защитить его от факторов внешней среды - стружки, грязи, СОЖ и т.п., которые могут попадать на направляющие и снижать надежность его перемещений по направляющим и соединения с ответной контактной поверхностью.
Во-вторых, установка соединительного элемента внутри корпуса стала возможной вследствие расположения ответных контактных поверхностей на спиральном диске, так же расположенного внутри корпуса, что позволяет исключить влияние факторов внешней среды на надежность соединения контактных поверхностей.
В-третьих, выполнение привода перемещения соединительного элемента в виде постоянного силового привода, соединяющего контактные поверхности, обеспечивает постоянную жесткую связь корпуса со шпинделем при обработке, что гарантирует надежность работы патрона при аварийных отключениях электроэнергии и позволяет автоматизировать процесс зажима-разжима заготовки.
В-четвертых, выполнение привода перемещения соединительного элемента в виде автоматически управляемого силового привода, разъединяющего контактные поверхности, позволяет автоматизировать зажим-разжим заготовок и использовать патрон на станках-автоматах.
Сущность технического решения поясняется рисунком, на котором показан патрон в осевом разрезе.
Патрон содержит корпус 1 с зажимными кулачками 2, спиральный диск 3, установленный на наружном конусе 4 шпинделя 5 токарного станка, и жестко закрепленный на нем винтами 6. На внутренней поверхности спирального диска выполнена контактная коническая поверхность 7. Соединительный элемент 8 с ответной контактной поверхностью 9 установлен на внутренней поверхности корпуса с возможностью продольных перемещений в направляющих 10. Упругие элементы 11 установлены внутри корпуса между крышкой 12, закрепленной на торце корпуса, и соединительным элементом 8. На корпусе передней бабки 13 соосно со шпинделем установлен кольцевой электромагнит 14.
Патрон работает следующим образом. Для закрепления заготовок фиксируют корпус 1. Для этого подают ток в катушку электромагнита 14, магнитные силовые линии которого замыкаются через соединительный элемент 8 и корпус электромагнита. Под действием этих магнитных сил соединительный элемент 8 притягиваются к магниту, преодолевая сопротивление упругих элементов 11 и разъединяя контактные поверхности 7 и 9. Включается вращение шпинделя 5 нужного направления в соответствии с закреплением заготовок за наружную или внутреннюю поверхности и связанного с ним спирального диска 3 на малых оборотах. Корпус 1 при этом не вращается, так как он тормозится соединительным элементом 8 через направляющие 10. Кулачки 2 получают радиальное перемещение в направлении к базовым поверхностям заготовки и зажимают ее. Усилие зажима определяется напряженностью магнитного поля электромагнита 14, регулируемой величиной тока в обмотке электромагнита. Когда крутящий момент на корпусе, создаваемый от шпинделя через спиральный диск на кулачки и на корпус, превысит крутящий момент от магнитных сил, корпус начнет проворачиваться относительно магнита вместе со шпинделем. В этот момент магнит отключается. Под действием упругих элементов 11 соединительный элемент 8 смещается и контактные поверхности 7 и 9 жестко соединяют спиральный диск и корпус. Далее осуществляется обработка заготовки в соответствии с заданной программой. Для раскрепления обработанной заготовки осуществляют те же действия, что и для закрепления, с вращением шпинделя в обратном направлении.
Для настройки патрона на другой диаметр заготовок отсчитывают программным путем заданное число оборотов шпинделя, обеспечивающее необходимое радиальное перемещение кулачков.