УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕНТРИРОВАНИЯ И ЗАКРЕПЛЕНИЯ ТОНКОСТЕННОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ДЕТАЛИ

Устройство для центрирования и закрепления тонкостенной цилиндрической детали.
Полезная модель относится к области металлообработки и может быть использована на металлорежущих станках при установке и закреплении тонкостенной цилиндрической детали.
Известно устройство, которое содержит 3-х кулачковый самоцентрирующий токарный патрон и сборные секторные кулачки, приточенные по зажимному диаметру детали.
Недостатком такого устройства является то, что при закреплении тонкостенной цилиндрической детали с диаметром, отличным от правильного круга (овал, многогранник), усилием зажима диаметр детали выправляется до правильного круга. После обработки наружного диаметра и снятия усилия зажима, деталь под действием силы упругости возвращается к первоначальной форме. Точность наружного обработанного диаметра детали снижается.
Также известны различные оправки цангового типа, имеющие наружную цилиндрическую разжимную втулку, выполненную с прорезями, и разжимаемую тягой с конической поверхностью (см. патент 2412787 «Оправка с разрезной цангой»). Недостаток устройства аналогичен вышеуказанному.
Также известна оправка для обработки длинномерных цилиндрических деталей типа труб (см. патент 2291760 «Оправка для обработки тонкостенной детали»). Оправка содержит стержень, на котором расположены чередующиеся зажимные и упругие разжимные элементы в виде колец с коническими торцами.
К недостаткам указанного устройства относится необходимость силового зажима детали по внутреннему диаметру, что для тонкостенных деталей, при соотношении диаметра и длины обрабатываемой детали D/L>0,5 приводит к недостаткам, указанным выше. Кроме того, в данной конструкции не рассмотрен вопрос центрирования самой оправки.
В качестве прототипа выбрано устройство для закрепления пустотелой цилиндрической детали по ее внутреннему диаметру (см. патент 2320458 «Устройство для закрепления пустотелой цилиндрической детали»). Устройство содержит корпус с центральным отверстием и двумя рядами радиальных отверстий, оси которых перпендикулярны оси центрального отверстия. Устройство также содержит тягу, размещенную в центральном отверстии с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси корпуса, и подпружиненные пружиной плунжеры, размещенные в радиальных отверстиях с возможностью осевого перемещения под действием кулачковых поверхностей, выполненных на тяге. На корпусе выполнена торцевая упорная базовая поверхность, а на тяге установлен прижим, при этом сумма двух длин плунжера и диаметра тяги в момент закрепления детали равна номинальному внутреннему диаметру детали. Радиальные отверстия и плунжеры второго ряда смещены по окружности относительно отверстий и плунжеров первого ряда, а торцы плунжеров выполнены сферической формы.
Недостатками описанного устройства являются:
1. Конструкция устройства не обеспечивает точного центрирования детали, так как в момент закрепления детали торцевым прижимом наружные поверхности плунжеров имеют фиксированный размер, равный сумме двух длин плунжера и диаметра тяги, что соответствует номинальному внутреннему диаметру детали. Данная конструкция не учитывает допуск на внутренний диаметр детали, а также возможную некруглость детали (овал, многогранник). Кроме того, подвижные элементы тяга и плунжеры, имеют собственные погрешности в виде допусков на изготовление и зазоров в подвижных элементах. Эти факторы не позволяют точно базировать деталь на внутренний диаметр и снижают качество обработки детали.
2. Неоправданная конструктивная сложность устройства. В момент закрепления детали наружные поверхности плунжеров имеют фиксированный размер, что сводит конструкцию центрирующего устройства к обычной жесткой цилиндрической оправке с фиксированным наружным диаметром и лысками на боковых поверхностях, чтобы обеспечить контакт с деталью по трем точкам, разнесенным на 120°. Набор подвижных элементов (диски с радиальными отверстиями, плунжеры, ступенчатый вал и др.) теряют всякий смысл.
3. Данное устройство не учитывает при обработке тонкостенных цилиндрических деталей, зажатых только по торцам, наличие вибраций, возникающих при обработке. Вибрации при обработке резко снижают точность и чистоту обрабатываемой поверхности. Так как деталь не зажата по внутреннему диаметру, требуется наличие в конструкции устройства демпфирующих элементов.
Задачей полезной модели является обеспечение бездеформирующего (сохраняющего форму детали в поперечном сечении) центрирования и зажим тонкостенной цилиндрической детали с одновременным демпфированием ее колебаний (вибраций) при обработке.
Технический результат заключается в повышении качества (высокой точности и чистоты) обработки наружной поверхности тонкостенной цилиндрической детали.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в устройстве для закрепления пустотелой цилиндрической детали, содержащем корпус с торцевой и цилиндрической базовыми поверхностями, торцевой прижим, центральную ось с размещенными на ней элементами центрирования, предусмотрены следующие отличия: центральная ось жестко закреплена на корпусе, на центральной оси расположены распорные диски в количестве не менее двух, которые имеют возможность перемещения в осевом направлении под действием зажимного элемента до смыкания между собой, при этом на наружном диаметре распорных дисков имеются кольцевые проточки, в проточках расположены резиновые кольца, контактирующие боковыми поверхностями с парой соседних распорных дисков, а наружной поверхностью, после их сдавливания зажимным элементом до рабочего положения, вступают в контакт с обрабатываемой деталью, обеспечивая не силовое, бездеформирующее центрирование и одновременное демпфирование колебаний при обработке.
Кроме того, предложенное устройство для центрирования и закрепления тонкостенной цилиндрической детали отличается тем, что между распорными дисками в незажатом состоянии имеется расстояние h, величина которого определяется опытным путем, в зависимости от зазора между наружным диаметром d1 распорных дисков и внутренней поверхностью зажимаемой детали, а также от толщины стенки зажимаемой детали и свойств материала резиновых колец и зажимаемой детали. При осевом зажиме распорные диски смыкаются между собой, выдавливая материал резиновых колец на одинаковую величину, что позволяет получить контролируемое усилие контакта между резиновыми кольцами и деталью. В результате получается фиксированное усилие разжима детали, не деформирующее деталь по окружности, и при этом выполняется не только центрирование, но и демпфирование (гашение вибраций) детали при обработке.
Также в предложенном устройстве наружный диаметр d1 распорных дисков выполнен меньше внутреннего диаметра детали и определяется по формуле:
d1=D-Tk,
где D - номинальный внутренний диаметр детали, Тк - допуск круглости внутреннего диаметра.
При этом резиновые кольца в неподжатом состоянии не выступают за наружный диаметр d1 распорных дисков. Это позволяет устанавливать на диски обрабатываемую деталь, имеющую отклонение от круглости по внутреннему диаметру, не деформируя ее, и в то же время обеспечивается минимальный зазор между дисками и деталью, за счет чего уменьшается величина осевого перемещения дисков при сжимании и, соответственно, объем выдавливаемой резины.
Предложенное устройство отличается также тем, что конструктивно разделены предварительное, не силовое, бездеформирующее центрирование детали и окончательный силовой прижим с торца. Это позволяет более точно и стабильно устанавливать и закреплять деталь.
Также, с целью расширения функциональных возможностей, возможен дополнительный кольцевой прижим, применяемый при наличии на обрабатываемой детали фланца, и используемый поочередно с торцевым прижимом при обработке детали по торцу.
Жесткое закрепление центральной оси обеспечивает более точное центрирование детали за счет отсутствия люфта между корпусом и осью, а также за счет выполнения с высокой точностью соосности посадочной поверхности корпуса и поверхности d центрирующей оси.
Между совокупностью существенных признаков заявляемого устройства и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, а именно:
1. Применение центрирующих элементов, состоящих из распорных дисков и резиновых колец, выполняет двойное назначение: бездеформирующее центрирование детали по фактическому внутреннему диаметру, и демпфирование вибрации детали при обработке, что повышает точность и чистоту обработки наружной поверхности детали.
2. Разделение предварительного, не силового, бездеформирующего центрирования детали и окончательного силового прижима с торца позволяет более точно и стабильно устанавливать и закреплять деталь, что увеличивает точность обработки.
3. Центральная ось, жестко закрепленная на корпусе, и соосная с посадочной поверхностью корпуса, повышает жесткость и точность самого устройства, что так же повышает точность обработки детали.
Полезная модель позволяет точно установить и надежно закрепить тонкостенную цилиндрическую деталь не деформируя ее, и произвести обработку детали с более высокой точностью, так как за счет демпфирования исключена вибрация детали при обработке.
Устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, продольный разрез; на фиг. 2 - увеличенный местный вид А.
Предложенное устройство для центрирования и закрепления тонкостенной цилиндрической детали содержит корпус 1 с посадочным местом на станок. На корпусе выполнены цилиндрическая 2 и торцевая 3 базовые поверхности. Цилиндрическая базовая поверхность равна номинальному внутреннему диаметру D обрабатываемой детали и имеет длину не более 3…4 мм. На корпусе закреплена центральная ось 4 с посадочной поверхностью диаметром d, соосной посадочной поверхности корпуса. На центральной оси 4 установлены распорные диски 5. Внутренний диаметр распорных дисков сопрягается с поверхностью центральной оси по посадке с минимальным зазором. Наружный диаметр d1 дисков соосен с внутренним, и определяется по формуле: d1=D-Tk, где D - номинальный внутренний диаметр детали, Тк - допуск круглости внутреннего диаметра. На наружной поверхности распорных дисков с одной стороны выполнены кольцевые проточки, глубина которых соответствует сечению резиновых колец 6. Резиновые кольца 6 расположены в кольцевых проточках распорных дисков, и в незажатом состоянии не выступают за наружный диаметр дисков. Детали 5 и 6 поджаты гайкой 7. На центральной оси также находится прижим 8 и гайка 9.
Устройство работает следующим образом.
Корпус устройства устанавливается на шпиндель станка. На корпусе 1 имеются цилиндрическая 2 и торцевая 3 базовые поверхности, на которые устанавливается деталь по внутреннему диаметру D и упирается в торец. Распорные диски 5, находящиеся на центральной оси 4, поджимаются гайкой 7 до выбирания зазора h между дисками. В результате поджима происходит выдавливание материала резиновых колец 6 до фактического размера D внутренней поверхности детали. После этого происходит основной зажим детали по торцам с помощью прижима 8 гайкой 9.