ЗАЖИМНОЙ ПАТРОН НОВОГО ТИПА
NEW-TYPE CHUCK

Область техники
Настоящее изобретение относится к зажимным устройствам для резцов механических обрабатывающих станков, а именно является сверлильным зажимным патроном с легким открыванием и одновременно надежно защищающим сверло или резец.
Сущность изобретения
В процессах обработки материалов на производстве часто используются различные станки, электросверла для сверления и фрезерования. На главных валах данных станков установлены зажимные патроны для закрепления резцов и сверл. Данные патроны хоть и претерпели множество доработок и изменений за долгую историю их применения, однако по-прежнему имеют множество недостатков. По величине зажимного усилия отдельных цанг патрона, поступательно выдвигающихся наружу и сужающих зажимное отверстие, зажимные патроны делятся на 3 основных вида. Первый вид: зажимные патроны с подачей усилия с боковых сторон цанг с движением сверху вниз. В таких патронах обычно имеется фрагментная резьба на цангах, которая совмещена с резьбой внешней головки зажимного патрона - вращая внешнюю головку, мы приводим в движение цанги по направлению вверх и вниз. Второй вид: зажимные патроны с подачей усилия цангам с внутренней поверхности. В таких зажимных патронах обычно имеется резьба на внутренней поверхности цанг, которая совмещена с резьбой задней части зажимной головки. Вращая заднюю часть зажимной головки, мы приводим в движение зажимные цанги по направлению вверх и вниз. Третий вид: зажимные патроны с подачей зажимного усилия к верхней части зажимных цанг. Все цанги таких патронов закреплены верхней частью в подвижных сегментах зажимного патрона. Движением подвижных сегментов вверх и вниз достигается изменение размера зажимного отверстия. Основные недостатки данных моделей зажимных патронов заключатся в следующем. Применение данных зажимных патронов в электрических сверлильных станках или в ударно-сверлильных станках приводит в постепенному увеличению зажимного усилия инструмента, доводя его до чрезмерного. Это приводит к появлению дефектов на фрезах, к их повреждению и разрушению. Помимо повреждения инструмента из-за постепенного чрезмерного зажимания при работе такие зажимные патроны тяжело разжимать при замене фрезы, что приносит большие неудобства.
Сущность изобретения
Данное изобретение направлено на устранение недостатков, возникающих при работе с имеющимися типами зажимных патронов, такими как чрезмерное зажимание инструмента, приводящее к его разрушению, а также сложность разжимания патрона при смене инструмента.
Для достижения данного технического результата изобретение состоит из передней и задней частей, цанг, на верхней части цанг нанесена резьба, в задней части установлена ведущая шестерня, а между задней частью и цангами установлена ведомая шестерня. Ведущая и ведомая шестерни входят в зацепление. На внутренней стороне ведомой шестерни нанесена резьба, которая совпадает с резьбой на цангах. Одним из вариантов осуществления данного изобретения является наличие промежуточной шестерни между ведущей и ведомой шестернями. Еще одним из вариантов осуществления данного изобретения является наличие перегородки в передней части. Еще одним из вариантов осуществления данного изобретения является наличие минимум одного подшипника между передней и задней частями. Еще одним из вариантов осуществления данного изобретения является наличие шлица для позиционирующего шарика на цангах, в шлицах установлены шарики, которые также закреплены в передней части. Еще одним из вариантов осуществления данного изобретения является наличие масляного лотка в передней части. Так как ведущая шестерня внизу задней части совмещена с ведомой шестерней, а внутренняя резьба ведомой шестерни совмещена с резьбой на цангах, то соответственно ведомая шестерня соединена через них с передней частью. Такое соединение позволяет ограничить затягивание цанг при работе шестернями, что предотвращает чрезмерное зажимание инструмента, иногда вплоть до невозможности открыть патрон и его повреждение, сохраняет постоянное зажимное усилие и облегчает раскрывание зажимного патрона при замене инструмента. В то же время данное устройство предохраняет резец, предотвращая его повреждение из-за чрезмерного зажимания.
Описание чертежей
На Фиг. 1 представлен общий сборочный чертеж изобретения.
На Фиг. 2 представлена проекция сечения посередине передней части.
На Фиг. 3 представлена проекция сечения посередине задней части.
На Фиг. 4 представлена проекция сечения Α-A Фиг. 3.
На Фиг. 5-А, 5-В - схема ведомой шестерни в сборе с задней частью.
На Фиг. 6-А, 6-В - схема ведомой шестерни.
На Фиг. 7-А, 7-В, 7-С - схема устройства цанг.
На Фиг. 8 - проекция сечения передней муфты.
На Фиг. 9 - проекция сечения задней муфты
Перечень позиций на фигурах
1 - передняя часть; 2 - кольцо для фиксации стальных шариков; 3 - ведомая шестерня; 4 - крышка подшипника; 5 - цанги; 6 - подложка подшипника; 7 - внутреннее стопорное кольцо; 8 - задняя часть; 9 - задняя муфта; 10 - передняя муфта; 11 - переднее внешнее стопорное кольцо; 12 - радиальный шарикоподшипник; 13 - центростремительный шарик; 14 - позиционирующий шарик; 15 - отверстия для цанг; 16 - передний паз; 17 - задний паз; 18 - бороздка для стопорного кольца; 19 - ведущая шестерня; 20 - гребень задней части; 21 - пазы для шестерни; 22 - пазы для позиционирующих шариков; 23 - разъем; 24 - верхняя кольцевая бороздка; 25 - нижняя кольцевая бороздка; 26 - стальной шарик; 27 - отверстие для соединения с основным двигателем; 28 - отверстие для резца; 29 - кольцевой масляный лоток.
Осуществление изобретения
Как показано на фиг. 1, данное изобретение имеет следующие основные части: переднюю часть 1, заднюю часть 8, переднюю муфту 10, заднюю муфту 9, цанги 5, ведомую шестерню 3. Задняя часть 8 устанавливается внутри передней части 1, может вращаться только в соответствии с передней частью. В передней части 1 имеются отверстия для цанг 15, в которых устанавливаются цанги 5. На ведомой шестерне 3 имеется внутренняя резьба, которая совмещается с внешней резьбой на цангах 5. Внизу задней части 8 установлена ведущая шестерня 19, которая совмещена с ведомой шестерней 3. Вращая заднюю часть 8, мы соответственно также вращаем ведомую шестерню 3, под действием которой цанги 5 движутся по направлению вверх-вниз.
Как показано на фиг. 2-4, внутри сзади передней части имеются передний паз 16 и задний паз 17. При установке задней части 8 в переднюю 1, передняя часть 8 как раз совпадает с данными пазами. При максимальном сближении задней 8 и передней частей 1 совмещаются радиальный подшипник 12 задней части 8 и кольцо центрирующих шариков 13, окружающих заднюю часть 8. Таким образом, при вращении задней части 8 трение скольжения ее с передней частью 1 превращается в трение качения, сила трения существенно снижается, и повышается подвижность зажимного патрона.
Дополнительно с двух сторон гребня 20 установлены центрирующие шарики, также дающие подобный эффект. С правой стороны этих шариков гребня 20 установлена подложка подшипника 6, которая прижимает их к гребню. В заднем пазе 17 установлено стопорное кольцо 18. При сжатии внутреннего стопорного кольца 7 и установке его к прижимной подложке подшипника 6, оно встает точно в паз 18, выполняя роль ограничителя таким образом, что задняя часть 8 сможет вращаться только в поперечном направлении с передней частью 1. Левый ряд шариков с правой стороны ограничен гребнем задней части 20, а с левой стороны - корпусом передней части, и они не нуждаются в дополнительной фиксации.
В передней части 1 имеются скошенные пазы для цанг 15, в которых устанавливаются цанги 5. Также в передней части 1 имеются три скошенных паза для шестерни 21, в которые устанавливается ведомая шестерня 3. В передней части 1 также имеется отверстие для резца 28, между ним и пазом в задней части 8 имеется перегородка 29, которая не дает им соединиться. Такая конструкция позволяет эффективно предотвращать попадание рабочей пыли в заднюю часть зажимного патрона, в то же время данная перегородка 29 предотвращает попадание резца в заднюю часть 8, что вызвало бы повреждение задней части 8. Кроме этого в передней части 1 имеется кольцевой масляный лоток 29, он может быть непрерывным и может быть соединен с тремя цангами 5. В кольцевом масляном лотке 29 герметично закрыта смазка, смазывающая три цанги 5 при их движении вверх-вниз. Так как кольцевой масляный лоток герметично соединен с внешней муфтой 10 зажимного патрона, то протекание смазки исключено. Конструкция кольцевого масляного лотка 29 обеспечивает смазку цанг 5 при их движении вверх-вниз. Такая конструкция существенно уменьшает силу трения между цангами 5 и передней частью 1 зажимного патрона при эксплуатации, продлевая срок службы и увеличивая подвижности цанг, а также срок эксплуатации зажимного патрона в целом.
Как показано на фиг. 7, фиг. 7-А - схема конструкции цанг, фиг. 7-В - проекция сечения В-В фиг. 7-А, фиг. 7-С - проекция сечения С-С фиг. 7-А. По внешней стороне цанг 5 имеется круговая резьба, которая совмещается с внутренней резьбой ведомой резьбы 3. На цангах 5 также имеется паз для позиционирующих шариков. При установке цанг 5 в отверстие для цанг 15 нижняя часть позиционирующих шариков 14 ложится в паз для позиционирующих шариков 22, а верхняя их часть ложится в отверстия 23 передней части 1. Сверху данных отверстий 23 передней части 1 имеется стопорное кольцо 2, которое фиксирует стальные шарики 14 и не дает им выпасть наружу. Таким образом, взаимодействие позиционирующих шариков 14 и паза 22 позволяет цангам 5 двигаться вверх-вниз и при этом предотвращает их поперечное вращение, эффективно выполняя роль ограничителя и обеспечивая эффективное зажимание резца. В отсутствие ограничивающего действия позиционирующих шариков 14 и паза 22 при перемещении цанг 5 вверх-вниз они также смогут вращаться в поперечном направлении и из-за этого не смогут обеспечить надежный зажим резца, что очень негативно скажется на производстве.
Как показано на фиг. 6, фиг. 6-А - общий вид ведомой шестерни 3, фиг. 6-В - вид слева ведомой шестерни 3. На фигурах четко видно, что шестерня 3 является конусовидной. На внешней стороне ведомой шестерни 3 имеются зубцы, а на внутренней - резьба. Внешние зубцы совмещены с внешними зубцами ведущей шестерни 19, внутренняя резьба совмещена с внешней резьбой на цангах 5. Внутренний диаметр ведомой шестерни 3 соответствует внешнему диаметру цанг 5. На нижней и верхней сторонах ведомой шестерни 3 имеются верхняя кольцевая бороздка 24 и нижняя кольцевая бороздка 25. В данные кольцевые бороздки устанавливаются стальные шарики 26, на которые также устанавливается крышка подшипника 4, которая не позволяет шарикам выкатиться наружу. На ведомую шестерню 3 можно и не устанавливать шарики 26 и крышку подшипника 4, однако тогда потребуется закаливание ведомой шестерни 3, что приведет к увеличению ее себестоимости. Установка шариков 26 и крышки 4 снижает себестоимость шестерни 3, увеличивает ее подвижность, превращая трение скольжения в трение качения.
Как показано на фиг. 5, фиг. 5-А - схематическое изображение соединения трех ведомых шестерен 3 с задней частью 8, фиг. 5-В - общий вид соединения ведомой шестерни 3 с задней частью 8. В задней части 8 имеется отверстие для соединения с основным двигателем 27. После соединения двигатель вращает заднюю часть 8, таким образом ведущая шестерня 19 вращает ведомую шестерню 3, приводя в движение по направлению вверх и вниз закрепленных в ней цанг 5.
Кроме того, между ведущей 19 и ведомой 3 шестернями возможна установка промежуточной шестерни с зубчатым соединением между этими тремя шестернями. Ведущая шестерня 19 вращает промежуточную шестерню, которая вращает ведомую шестерню 3, приводя в движение по направлению вверх и вниз закрепленных в ней цанг 5.
Как показано на фиг. 8 и фиг. 9, данное устройство не содержит передней и задней муфт (10 и 9 соответственно). Они соединяются соответственно задней и передней частями, в результате чего формируется цельный зажимной патрон. В передней части 1 установлено переднее внешнее стопорное кольцо 11, которое стопорится в пазе передней части 1, а внешняя часть кольца выступает за переднюю часть, фиксируя переднюю муфту 10, предотвращая ее спадание вперед. С задней стороны задней части 8 имеются два совпадающих паза, которые защелкиваются при установке задней муфты 9, создавая надежное соединение, которое обеспечивает соответствующее вращение задней части 8 при вращении задней муфты 9.
Далее описана работа устройства согласно заявленному изобретению. Вставив резец в отверстие для резца 28 в передней части патрона 1, проворачивая заднюю муфту 29 вручную, так как задняя часть 8 соединена с задней муфтой 9, то и задняя часть 8 будет вращаться вместе с задней муфтой 9. В то же время, когда ведущая шестерня 19 задней части 8 соединена с ведомой шестерней 3, которая соединена с цангами 5, данное вращение также приведет их в движение, и зазор 15 между нижними частями трех цанг 5 начнет постепенно уменьшаться вплоть до зажимания резца, вставленного в отверстие 28.
Соединив соединительное отверстие 27 в задней части зажимного патрона с рабочим валом двигателя, включив электродвигатель, при вращении зажимного патрона его стартовый импульс заставит цанги 5 двигаться по шлицам 15 и еще сильнее зажать резец в отверстии 28. Далее при взаимодействии резца с заготовкой происходит воздействие на зажимной патрон, заставляющее шестерни еще больше затягивать цанги 5, зажимая резец - таким образом реализуется функция самозатягивания. Такое затягивание продолжается вместе с вращением двигателя, обеспечивая высокую точность и надежность зажимного патрона. Процесс установки резца на этом заканчивается.
Роль ограничителя цанг 5 в вышеописанном процессе выполняют пазы для позиционирующих шариков 22, а также сами шарики 14 и стопорное кольцо для шариков 2. Данное техническое решение является инновационным, так как в этом случае трение между цангами 5 и позиционирующими шариками 14 есть трение качения, что существенно снижает силу трения и повышает подвижность зажимного патрона. Однако можно применить и другой способ взамен указанного, например, сделать на цангах 5 V-образные пазы, а в отверстии 23 передней части 1 изготовить V-образные выступающие гребни, закрепив эти V-образные гребни при помощи стопорного кольца для шариков или иным способом. Совмещаясь V-образные гребни и V-образные пазы могут также выполнять роль ограничителей движения цанг 5, предотвращая их поперечное вращение. Также можно сделать гребни в виде ключа, а пазы совмещаемых цанг 5 сделать в виде прямоугольника. Проще говоря, форму пазов цанг 5 следует изготовить в соответствии с формой гребней, чтобы вместе они могли исполнять ограничительную функцию.
Ведомая шестерня 3 установлена в зажимном патроне под углом из-за того, что она установлена на цангах 5, также расположенных под углом. По этой причине и ведущая шестерня 19 установлена боком для совмещения с конусной ведомой шестерней 3. Ведомую шестерню 3 можно и не выполнять в виде конуса, главное - это обеспечить совмещение ее внешних зубцов с зубцами ведущей шестерни 19, чтобы ведущая шестерня 19 приводила в движение ведомую шестерню 3.
Для повышения подвижности задней части 8 при вращении в вышеуказанном устройстве предусмотрены три шарикоподшипника. При необходимости снижения себестоимости возможно объединение данных трех подшипников в один или два, но при отсутствии ограничений по себестоимости можно применять три и более подшипника.
Для продления срока эксплуатации зажимного патрона следует использовать устойчивые к истиранию марки стали при изготовлении позиционирующих шариков 14, центростремительных шариков 13 и стальных шариков 26, сталь также можно заменить и другими материалами, способными выполнять требуемые функции.
Инновационным решением в данном изобретении является использование кольцевого масляного лотка 29, обеспечивающего надежную смазку, существенно продляющего срок службы всего зажимного патрона. Вполне очевидно, что можно и не изготавливать данный лоток, что немного упростит изготовление и снизит себестоимость. Кроме того, имеющаяся в данном изобретении перегородка 29 эффективно предотвращает попадание пыли и защищает заднюю часть 8, однако ее также можно опустить при возникновении сложностей в изготовлении, сделав сквозной проход отверстия для резца до задней части.