ЗАЖИМНОЙ ПАТРОН СТАНКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ТРУБЧАТЫХ ВРАЩАЮЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
CLAMPING CHUCK FOR MACHINING OF TUBULAR ROTATING PARTS

Изобретение относится к зажимному патрону станка для обработки трубчатой детали, вращающейся вокруг оси вращения, совпадающей с центром зажимного патрона, содержащему по меньшей мере два зажимных кулачка, на которые установлены зажимные губки и которые выполнены с возможностью установки радиально оси вращения для зажатия и отпускания детали и расположены с торца с равномерным распределением по периметру торцевой пластины зажимного патрона.
Станок для обработки концов труб, в частности для нарезания резьбовых штуцеров трубчатой детали, вращающейся вокруг оси вращения, известен из DE 102009053679 A1. Трубная резьба, как правило, изготавливается при одноразовой проходке инструментов, обычно установленных в револьверной головке, через конец зажатой трубчатой детали, или трубы, причем движения инструментов осуществляются под числовым управлением. Для зажатия трубы станок имеет спереди там, где используется револьверная головка с инструментами, зажимной патрон для переднего конца, а с задней стороны - зажимной патрон для заднего конца, которые зажимают трубу концентрично оси вращения. Обрабатывающий центр с минимум двумя противолежащими станками оснащен соответственно четырьмя зажимными патронами. Зажимные патроны как для переднего, так и для заднего концов для отпускания и зажатия детали предпочтительно содержат три зажимных кулачка с зажимными губками.
У таких резьбонарезных станков с вращающейся трубой и револьверными головками с установленными инструментами, управляемыми по осям с помощью ЧПУ, обработка требует по меньшей мере две функции зажатия. Во-первых, трубы должны зажиматься с непосредственной направленностью к центру станка, а во-вторых, с выравнивающей подстройкой под трубы, снаружи зажатые по центру. Выравнивающее зажатие посредством зажимных кулачков означает, что зажимные кулачки должны иметь возможность прижиматься к трубе, при известных условиях несколько изогнутой по длине, выравнивающим образом и, таким образом, не точно по центру. Кроме того, в таком случае это допускает также подстройку труб, зажатых по центру снаружи. Под зажатием по центру снаружи понимается дополнительное зажатие концов трубы, выступающих из зажимного патрона для переднего конца в области или вблизи позднее изготавливаемых резьб. Поэтому такие зажимные патроны, в частности зажимные патроны для передних концов, весьма сложны, и в формах исполнения, известных из практики, зажатие и отпускание зажимных кулачков, или несомых ими зажимных губок, осуществляется с помощью клиновых систем с изменением направления движения под прямым углом параллельно центру, или поворотной оси, зажимного патрона. Это обусловливает большие диаметры и длины зажимных патронов с соответственно большой, нежелательной для работы массы.
Поэтому в основу изобретения положена задача создания зажимного патрона вышеупомянутого типа с улучшенными эксплуатационными свойствами.
Эта задача согласно изобретению решается за счет того, что для каждого зажимного кулачка предназначены, с одной стороны, предусмотренные в торцевой пластине тангенциально оси вращения, нагруженные установочным средством поперечные кулачки, имеющие с продольной стороны кулачковый блок, выполненный в виде зубчатой рейки, а с другой стороны, отдельные зубчатые колеса, находящиеся в зацеплении с зубчатыми рейками, причем каждый зажимной кулачок со своей нижней стороны снабжен захватом, который для изменения направления движения поперечных кулачков на установочное движение зажимного кулачка, осуществляемое под прямым углом к оси вращения, находится в зацеплении с кулисообразным направляющим пазом, предусмотренным в кулачковом блоке, и причем для зубчатых колес предназначена соединительная шестерня, включаемая и выключаемая аксиально оси вращения. Тем самым достигается поворот направления движения без клиновых систем параллельно центру зажимного патрона за счет сцепления поперечных кулачков с зажимными кулачками в плоскости торцевой пластины, нагружаемых установочным средством, сразу под прямым углом к оси вращения. Таким образом, одновременно с повышением динамики, а также сокращением времени разгона и торможения циклов, неизбежных после каждой обработки, происходит уменьшение массы. При зажатии и отпускании трубы большие поверхности, а именно захвата и направляющего паза, в котором захват при установочных движениях поперечных кулачков с геометрическим замыканием и со скольжением перемещается в принудительном порядке, передают большие усилия с благоприятным напряжением на единицу поверхности. Центровое и выравнивающее зажатие не требует большого увеличения конструктивной высоты или длины зажимного патрона. Зажатие по центру осуществляется с помощью зубчатых колес, отдельно соединенных с соответствующим зажимным кулачком, синхронный ход которых, а вместе с тем и трех зубчатых колес, обеспечивается включением соединительной шестерни, в то время как при выключенной соединительной шестерне обеспечивается выравнивающее зажатие.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения предусматривает, чтобы включаемая и выключаемая соединительная шестерня в конечном положении включения находилась в зацеплении со всеми тремя зубчатыми колесами, а в конечном положении выключения - только с одним зубчатым колесом. Включение и выключение соединительной шестерни может осуществляться вручную при свободном доступе с передней стороны зажимного патрона, или торцевой пластины, причем при выключенной соединительной шестерне все три кулачковые системы и соответствующие зубчатые колеса могут двигаться независимо друг от друга, подстраиваться под трубу эксцентрично и зажимать ее.
Согласно одному из предложений изобретения поперечные кулачки и зажимной кулачок установлены с пересечением под углом зацепления захвата за направляющий паз, передающим установочный ход поперечных кулачков со снижением до установочного хода зажимного кулачка. Если этот угол составляет 30°, то передаточное число равно 1:2 (sin 30° соответствует 0,5), что обусловливает быстрое зажатие и отпускание.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения в качестве установочного средства поперечных кулачков предусмотрен цилиндр, причем кулачковый блок поперечных кулачков соединен с поршнем цилиндра посредством поршневого штока. Тем самым необходимые движения при зажатии и отпускании осуществляются простым способом.
Согласно одному из предпочтительных предложений в торцевой пластине зажимного патрона аксиально параллельно соединительной шестерне с возможностью перемещения с соединительной шестерней в зависимости от ее движения установлен видимый в торцевой пластине снаружи своим передним концевым участком стержневой индикатор положения, визуализирующий положения включения или выключения соединительной шестерни. Благодаря этому оператор станка постоянно получает точные сведения относительно соответствующего функционального положения соединительной шестерни и в зависимости от требования обработки (по центру с непосредственной направленностью к центру станка или с выравнивающим зажатием) может соответственно включать или выключать соединительную шестерню.
Другие признаки и детали изобретения вытекают из пунктов формулы изобретения и последующего описания примера выполнения изобретения, показанного на чертежах, на которых
Фиг. 1 изображает в перспективе вид спереди зажимного патрона как деталь станка;
Фиг. 2 - поперечный разрез зажимного патрона на фиг. 1 в перспективе;
Фиг. 3 - обратный относительно фиг. 2, здесь схематичный вид зажимного патрона как принципиальную схему с приданными зажимным кулачкам поперечными кулачками в положении пересечения под углом зацепления;
Фиг. 4 - продольный разрез зажимного патрона на фиг. 1 примерно по линии IV-IV сечения и
Фиг. 5 - продольный разрез включаемой и выключаемой соединительной шестерни с тремя соответствующими зубчатыми колесами, сепаратно соединяемыми с зажимными кулачками, как частичный вид зажимного патрона.
Зажимной патрон 1 станка для нарезания резьбы или резьбовых штуцеров на концах труб, изображенный на фиг. 1, состоит из торцевой пластины 2 и примыкающего сзади кольца корпуса. Для установки (непоказанной) обрабатываемой трубы зажимной патрон 1 содержит центральное сквозное отверстие 4, центр 5 которого совпадает с осью вращения трубы, вращающейся в зажимном патроне. С торцевой стороны торцевой пластины 2 расположены три равномерно распределенных по окружности, снабженных крышками 6 установочных зажимных кулачка 7a, 7b, 7с с зажимными губками 8a, 8b, 8с, зажимающими трубу в направлении центра, т.е. оси вращения 5 (см. фиг. 3).
Для установки зажимных кулачков 7a, 7b, 7с с зажимными губами 8a, 8b, 8с в направлении центра, или оси 5 вращения зажимного патрона 1, каждому зажимному кулачку 7a, 7b, 7с приданы поперечные кулачки 9a, 9b, 9с, интегрированные в торцевую пластину 2 тангенциально оси 5 вращения. Последние, как видно на фиг. 2, состоят из гидроцилиндра 10 как установочного средства и кулачкового блока 11, выполненного на продольной стороне в виде зубчатой рейки 12, причем кулачковый блок 11 соединен поршневым штоком 13 с поршнем 14 цилиндра. Для воздействия на поршни 14 цилиндра гидроцилиндры 10 через вводы 15 (см. фиг. 1) для рабочей жидкости соединены с непоказанным источником снабжения гидравлической жидкостью.
На своей верхней стороне, расположенной на фиг. 2 в плоскости чертежа сзади, кулачковые блоки 11 выполнены с проходящим наискось кулисообразным направляющим пазом 16, с которым захват 17, предусмотренный на нижней стороне зажимных кулачков 7a, 7b, 7с, входит в зацепление под углом 18 зацепления, предпочтительно, 30° (см. схематичный чертеж на фиг. 3). Под воздействием гидроцилиндров 10 захват 17 перемещается в направляющем пазу 16 в принудительном порядке, причем зажимные губки 8a, 8b, 8с выдвигаются из зажимных кулачков 7a, 7b, 7с в направлении центра, или оси 5 вращения, зажимного патрона. Косой ход с углом 18 сцепления обеспечивает быструю короткоходную установку зажимных губок 8a, 8b, 8с, например, с установочным ходом 25 мм при длине хода поперечных кулачков 9a, 9b, 9с 50 мм.
Каждым поперечным кулачкам 9a, 9b, 9с в зажимном патроне 1 концентрично в направлении центрального сквозного отверстия 4 и последовательно в направлении снаружи вовнутрь придано зубчатое колесо 19a, 19b, 19с (см. фиг. 5), из которых на фиг. 2 видно только наружное, или переднее, зубчатое колесо 19а. Гидроцилиндры 10 зубчатыми рейками 12 своих кулачковых блоков 11 входят в зацепление с соответствующими предназначенными для них зубчатыми колесами 19а, или 19b, или 19с. Зубчатым колесам 19a, 19b, 19с аксиально оси 5 вращения придано включаемая и выключаемая соединительная шестерня 20 (см. фиг. 2 и 5), которая во включенном положении сцепляется со всеми зубчатыми колесами 19a, 19b, 19с, благодаря чему может быть достигнут синхронный ход трех зубчатых колес 19a, 19b, 19с и тем самым зажимных кулачков 7a, 7b, 7с для зажатия трубы по центру.
Если же, наоборот, должно быть произведено выравнивающее зажатие, соединительная шестерня 20 выключается, и тогда в зацеплении окажется только одно наружное зубчатое колесо 19а. Таким образом, все три кулачковые системы с соответствующими соединенными зубчатыми колесами смогут двигаться независимо, подстраиваться под трубу и зажимать ее.
Как можно увидеть на фиг.5, изображающей фрагмент зажимного патрона, аксиально параллельно соединительной шестерне 20 установлен стержневой индикатор 21 положения, перемещающийся с ним в зависимости от его движения, здесь благодаря соединению с соединительной шестерней 20 посредством штанги или перемычки 22. При ручном включении и выключении соединительной шестерни 20 в примере выполнения, для чего используются шпильки с наружной резьбой по всей длине, стержневой индикатор положения 21 перемещается соответственно внутрь или наружу, причем передний концевой участок 24, визуализирующий соответствующее положение, входит в выемку (отверстие) 25 торцевой пластины 2 зажимного патрона или в большей степени (соединительная шестерня 20 сцепляется со всеми зубчатыми колесами 19a, 19b, 19с), или в меньшей степени (соединительная шестерня 20 сцепляется только с верхним, или с самым передним, зубчатым колесом 19а).
Описанный зажимной патрон 1 пригоден в качестве зажимного патрона как для переднего, так и, в частности, для заднего конца и выполняет требуемые функции зажима с центровым зажатием при непосредственной направленности к центру станка и/или с выравнивающим зажатием обрабатываемых труб.
ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙ
1. зажимной патрон
2. торцевая пластина
3. корпусное кольцо
4. сквозное отверстие
5. центр (зажимного патрона)/оси вращения зажатой трубы
6. крышка/корпус
7a, b, c. зажимной кулачок
8a, b, c. зажимная губа
9a, b, c. поперечные кулачки
10. гидроцилиндр
11. кулачковый блок
12. зубчатая рейка
13. поршневой шток
14. поршень цилиндра
15. ввод для рабочей жидкости
16. кулисообразный направляющий паз
17. захват
18. угол сцепления
19a, b, c. зубчатое колесо
20. соединительная шестерня
21. стержневой индикатор положения
22. перемычка/штанга
23. шпилька с наружной резьбой по всей длине
24. концевой участок (стержневого индикатора положения)
25. выемка (отверстие в торцевой пластине)