ЗАЖИМНОЙ ПАТРОН СТАНКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ТРУБЧАТОЙ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЗАГОТОВКИ
CLAMPING CHUCK FOR MACHINING OF TUBULAR ROTATING BLANK

Изобретение касается зажимного патрона станка для обработки трубчатой заготовки, вращающейся вокруг оси вращения, совпадающей с серединой зажимного патрона, включающего в себя по меньшей мере две выполненные для разжима и зажима заготовки, радиально подводимые к оси вращения, расположенные с торцевой стороны с равномерным распределением по периметру торцевой пластины зажимного патрона зажимные губки, на которых установлены зажимные колодки, и для внешнего центрального зажима трубы предусмотрены выдвигаемые из торцевой пластины зажимного патрона с наклоном вперед в направлении подлежащего обработке конца трубы центрирующие губки, которые центрируют трубу по середине посредством зажимных кулачков, расположенных на переднем, свободном конце тяг центрирующих губок, и которые посредством зубчатого участка тяги входят в зацепление с системой зубьев приводного средства, как известно из DE 3304876 A1.
Станок для обработки концов труб, в частности, для нарезания резьбовых штуцеров, вращающейся вокруг оси вращения трубчатой заготовки, известен из DE 102009053679 A1. Трубная резьба, как правило, изготавливается при однократном перемещении обычно установленных в револьверной головке инструментов по концу трубы зажатой трубчатой заготовки или, соответственно, трубы, при этом осуществляется цифровое управление движениями инструментов. Для зажима трубы станок имеет впереди, там, где используется револьверная головка, снабженная инструментами, патрон для переднего конца, а с задней стороны - патрон для заднего конца, которые зажимают трубу концентрически с осью вращения. Обрабатывающий центр, включающий в себя минимум два расположенных напротив друг друга станка, соответственно оснащен четырьмя зажимными патронами. Как зажимной патрон для переднего конца, так и для заднего конца для разжима и зажима заготовки имеет предпочтительно три зажимные губки, снабженные зажимными колодками.
У таких резьбонарезных станков, имеющих вращающуюся трубу и револьверные головки, снабженные установленными, управляемыми посредством осей ЧПУ инструментами, обработка требует нескольких функций зажима. Трубы должны, во-первых, обладать возможностью зажима с непосредственной ориентацией относительно середины станка по центру и, во-вторых, с адаптацией к трубам, зажатым, в-третьих, внешне центрально с центрированием по середине, с компенсацией. Под внешним центральным зажимом понимается дополнительное зажатие концов трубы, выдающихся из патрона для переднего конца, в области или, соответственно, вблизи изготавливаемой позднее резьбы. Это сопровождается компенсирующим зажимом по меньшей мере зажимных губок патрона для переднего конца, когда зажимные губки должны обладать возможностью, подводиться при известных условиях к несколько изогнутой по длине трубе с компенсацией и при этом не точно центрально. Поэтому такого рода патроны для переднего конца являются очень сложными и у известных на практике вариантов осуществления зажим и разжим зажимных губок или, соответственно, установленных на них зажимных колодок осуществляется посредством систем клиньев с изменением направления под прямым углом параллельно середине или, соответственно, оси вращения зажимного патрона. Это приводит к большим диаметрам и длинам зажимных патронов с соответственно большой, неблагоприятной для эксплуатации массой.
У известного из US 3814448 A, имеющего только зажимные губки для центрального и компенсирующего зажима, зажимного патрона приводные цилиндры зажимных губок синхронизированы друг с другом через центральное зубчатое колесо. Приводные цилиндры имеют два расположенных друг напротив друга поршня, между которыми помещается ползун, причем ползуны посредством зубчатого зацепления сцепляются с центральным зубчатым колесом.
Поэтому в основе изобретения лежит задача создать зажимной патрон, в частности, зажимной патрон для переднего конца вышеназванного рода с улучшенными эксплуатационными свойствами для центрального, компенсирующего и внешнего центрального или, соответственно, центрирующего по середине зажима, при этом патрон для переднего конца и для заднего конца может быть выполнен с одинаковыми составными частями, и патрон для переднего конца может дополняться или, соответственно, дооснащаться функциями центрального и компенсирующего зажима путем интегрированного внешнего центрального зажима.
Эта задача в соответствии с изобретением решается за счет того, что для каждой центрирующей губки предусмотрено приводное средство, которые, в свою очередь, со стороны системы зубьев, параллельной стороне, снабженной системой косых зубьев, сцепляются с центральным, расположенным концентрически с осью вращения зубчатым колесом, причем это центральное зубчатое колесо синхронизирует движения всех центрирующих губок. Благодаря соединению всех, здесь трех, центрирующих губок с помощью их приводных средств с общим для них центральным зубчатым колесом при воздействии на приводные средства центрирующие тяги, снабженные установленными зажимными колодками, синхронно перемещаются вперед и зажимают трубу всегда центрально в области, расположенной близко перед нарезаемой резьбой, т.е. зажимные колодки на небольшом расстоянии перед концом трубы точно подводятся к трубе. Выдающаяся за зажимные колодки центрирующих губок свободная зажимная длина трубы, таким образом, чрезвычайно мала, что обеспечивает возможность точного нарезания резьбы.
Одно из предпочтительных предложений изобретения предусматривает, что приводное средство центрирующих губок выполнено в виде полого цилиндра, снабженного предусмотренным в нем поршнем, на который может воздействовать рабочая среда, имеющего на своих обеих напорных сторонах по одному штоку подвода рабочей среды, причем эти штоки подвода рабочей среды для подключения к источнику снабжения рабочей средой выведены из торцевых концов полого цилиндра, и при этом при воздействии на одну или другую сторону поршня полый цилиндр соответственно перемещается в направлении одной или другой стороны за неподвижный поршень и при этом вдвигает центрирующие губки, или для зажима трубы выдвигает вперед. Тем самым может достигаться компактная конструкция при установке или, соответственно, при монтаже центрирующих губок, центрирующих внешне посередине в зажимном патроне или, соответственно, в зажимной патрон.
Когда тяги центрирующих губок охвачены оболочковым корпусом, который на своем удаленном от участка зубчатой рейки тяг центрирующих губок, переднем конце для крепления торцевой пластины зажимного патрона снабжен монтажным фланцем, получается простой монтаж. Центрирующие губки могут своими тягами спереди вставляться в торцевую пластину зажимного патрона и затем привертываться к ней посредством монтажного фланца.
По одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения центрирующие губки установлены дополнительно к зажимным губкам, выполненным таким образом, что для каждой зажимной губки предусмотрены, с одной стороны, предусмотренные в торцевой пластине тангенциально к оси вращения поперечные губки, на которые воздействует установочное средство, имеющие выполненный на продольной стороне в виде зубчатой рейки башмак губки, а с другой стороны, отдельные, сцепляющиеся с зубчатыми рейками зубчатые колеса, причем каждая зажимная губка на своей нижней стороне снабжена кулачковым захватом, который для изменения направления движения поперечной губки на движение подвода зажимной губки, проходящее под прямым углом к оси вращения, находится в зацеплении с предусмотренным в башмаке поперечной губки кулисным направляющим пазом, и при этом для зубчатых колес предусмотрена вдвигаемая и выдвигаемая в осевом направлении к оси вращения соединительная шестерня. При этом может получаться зажимной патрон, в частности, патрон для переднего конца, который концентрирует и объединяет все желаемые функции зажима, т.е. включая внешний центральный зажим, в самом зажимном патроне. При этом сразу становится возможным изменение направления движения без систем клиньев параллельно середине зажимного патрона посредством зацепления поперечных губок, на которые может воздействовать установочное средство, с зажимными губками в плоскости торцевой пластины под прямым углом к оси вращения. При этом получается меньшая масса одновременно с повышенной динамикой, а также сокращенным временем разгона и торможения неизбежных при каждой обработке циклов. При зажиме и разжиме трубы большие поверхности, а именно, кулачковый захват и направляющий паз, в котором, скользя с геометрическим замыканием, принудительно перемещается кулачковый захват при движениях установки поперечных губок, передают высокие усилия с благоприятным давлением на поверхность. Центральный и компенсирующий и внешний центральный зажим не требует увеличения конструктивной высоты или, соответственно, длины зажимного патрона. Центральный зажим происходит посредством соединенных отдельно с каждым зажимным патроном зубчатых колес, синхронный ход которых и вместе с тем также синхронный ход указанных трех зубчатых колес обеспечивает вдвинутая соединительная шестерня, в то время как при выдвинутой соединительной шестерне становится возможным компенсирующий зажим.
Одно из предпочтительных предложений изобретения предусматривает, что вдвигаемая и выдвигаемая соединительная шестерня во вдвинутом конечном положении находится в зацеплении со всеми тремя зубчатыми колесами, а в выдвинутом конечном положении только с одним зубчатым колесом. Вдвигание и выдвигание соединительной шестерни может осуществляться вручную, при свободном доступе с передней стороны зажимного патрона или, соответственно, торцевой пластины, причем при выдвинутой соединительной шестерне все три системы губок и соответствующие им зубчатые колеса движутся независимо друг от друга, внецентренно подходят к трубе и могут зажимать ее.
В предпочтительном усовершенствовании изобретения поперечные губки и зажимные губки расположены, перекрещиваясь наискосок, под углом зацепления кулачкового захвата и направляющего паза, передающим ход установки поперечных губок с понижением до хода подвода зажимных губок. Когда этот угол составляет 30°, может достигаться понижение с 1 до 2 (sin 30° соответствует 0,5), что способствует быстрому зажиму и разжиму.
По одному из вариантов осуществления изобретения в качестве установочного средства поперечных губок предусмотрен цилиндр, при этом башмак поперечных губок посредством поршневого штока соединен с поршнем цилиндра. Необходимые движения при зажиме и разжиме могут, таким образом, выполняться простым образом.
По одному из предпочтительных предложений изобретения в торцевой пластине зажимного патрона, проходя в осевом направлении параллельно соединительной шестерне, расположен перемещающийся с соединительной шестерней в зависимом движении палец индикации положения, передний концевой участок которого виден в торцевой пластине снаружи, позволяющий распознать вдвинутое и выдвинутое положение соединительной шестерни. При этом оператор станка всегда точно знает текущее функциональное положение соединительной шестерни и может, в зависимости от требования обработки (центральный с непосредственной ориентацией к середине станка или компенсирующий зажим) соответственно вдвигать или, соответственно, выдвигать соединительную шестерню.
Другие признаки и подробности изобретения содержатся в пунктах формулы изобретения и последующем описании примеров осуществления, изображенных на чертежах. Показано:
фиг. 1: в качестве подробности станка зажимной патрон, изображенный на виде спереди в перспективе;
фиг. 2: зажимной патрон на таком же изображении, как и предыдущее, однако дополненный или, соответственно, в комбинации с выдвигаемыми вперед наискосок центрирующими губками для центрирующего посередине центрального зажима трубы в области, близкой к нарезаемой резьбе;
фиг. 3: в качестве подробности зажимного патрона в соответствии с фиг. 2 на изображении в перспективе только расположение центрирующих губок с соединением с помощью зубчатых приводных средств с центральным зубчатым колесом;
фиг. 4: в качестве подробности продольное сечение центрирующей губки с входом в зацепление с приводным средством и центральное зубчатое колесо;
фиг. 5: зажимной патрон с фиг. 1 в поперечном сечении, изображенный в перспективе;
фиг. 6: вид зажимного патрона, как и на фиг. 5, сзади, здесь схематичный, в виде принципиального эскиза с привязкой поперечных губок к зажимным губкам в положении, перекрещивающемся наискосок под углом зацепления;
фиг. 7: зажимной патрон с фиг. 1 в продольном сечении, например, по линии VII-VII;
фиг. 8: как местный вид фиг. 1 или 2 продольное сечение соединительной шестерни, вдвигаемой и выдвигаемой в три зубчатые колеса, отдельно соединенные каждое с зажимными губками.
Показанный на фиг. 1 зажимной патрон 1 станка для нарезания резьб или, соответственно, резьбовых штуцеров на концах труб состоит из торцевой пластины 2 и примыкающего сзади кольцевого корпуса 3. Для помещения подлежащей обработке трубы 26 (сравн. фиг. 2) зажимной патрон 1 имеет центральное проходное отверстие 4, середина 5 которого совпадает с осью вращения трубы, вращающейся в зажимном патроне. На торцевой стороне торцевой пластины 2 расположены равномерно распределенные по периметру три заключенные в кожухи 6, подводимые радиально к середине или, соответственно, оси 5 вращения зажимные губки 7a, b, c, снабженные зажимными колодками 8a, b, c, которые зажимают трубу центрально относительно середины или, соответственно, оси 5 вращения (сравн. фиг. 6).
Для подвода зажимных губок 7a, b, c, снабженных зажимными колодками 8a, b, c, в направлении середины или, соответственно, оси 5 вращения зажимного патрона 1 для каждой зажимной губки 7a, b, c, тангенциально к оси 5 вращения, предусмотрена интегрированная в торцевой пластине 2 поперечная губка 9a, b, c. Эти губки состоят, как показано на фиг. 5, из гидравлического цилиндра 10 в качестве установочного средства и башмака 11 губки, который выполнен на продольной стороне в виде зубчатой рейки 12, при этом башмак 11 губки посредством поршневого штока 13 соединен с поршнем 14 цилиндра. Для воздействия на поршни 14 цилиндра гидравлические цилиндры 10 через подключения 15 для рабочей среды (сравн. фиг. 1) соединены с неизображенной системой снабжения рабочей средой.
На своей верхней стороне, на фиг. 5, находящейся в плоскости чертежа сзади, башмаки 11 губок выполнены с проходящим наискосок кулисным направляющим пазом 16, в который вставляется предусмотренный на нижней стороне зажимных губок 7a, b, c кулачковый захват 17 под углом 18 зацепления (сравн. схематичный чертеж фиг. 6), составляющим предпочтительно 30°. При воздействии на гидравлические цилиндры 10 кулачковый захват 17 принудительно перемещается в направляющий паз 16, при этом зажимные колодки 8a, b, c в направлении середины или, соответственно, оси 5 вращения зажимного патрона выдавливаются из зажимных губок 7a, b, c. Прохождение наискосок под углом 18 зацепления обеспечивает очень быстрый, с коротким ходом подвод зажимных колодок 8a, b, c, например, при ходе поперечных губок 9a, b, c, составляющем 50 мм, с ходом подвода, составляющим 25 мм.
Для каждой поперечной губки 9a, b, c в зажимном патроне 1 концентрически со средним проходным отверстием 4 последовательно снаружи внутрь предусмотрено зубчатое колесо 19a, b, c (сравн. фиг. 8), из которых на фиг.5 видно только наружное или, соответственно, переднее зубчатое колесо 19a. Гидравлические цилиндры 10 входят в зацепление зубчатыми рейками 12 своих башмаков 11 губок с каждым предусмотренным для них зубчатым колесом 19a или, соответственно, 19b или, соответственно, 19c. Для зубчатых колес 19a, b, c предусмотрена вдвигаемая и выдвигаемая в осевом направлении к оси 5 вращения соединительная шестерня 20 (сравн. фиг. 5 и 8), которая во вдвинутом положении сцепляется со всеми зубчатыми колесами 19a, b, c, за счет чего может достигаться синхронный ход этих трех зубчатых колес 19a, b, c и вместе с тем зажимных губок 7a, b, c для центрального зажима трубы.
Если, напротив, должен выполняться компенсирующий зажим, соединительная шестерня 20 задвигается и находится тогда в зацеплении только лишь с одним, наружным зубчатым колесом 19a. Таким образом, все три системы губок могут двигаться независимо с соединенными в каждом случае зубчатыми колесами, внецентренно подходить к трубе и зажимать ее.
Как видно из фиг. 8, на которой показан отдельный фрагмент зажимного патрона, проходя в осевом направлении параллельно соединительной шестерне 20, расположен перемещающийся с ней в зависимом движении палец 21 индикации положения, здесь соединенный с соединительной шестерней 20 посредством тяги или, соответственно, ребра 22. В этом примере осуществления при возможности вдвигания и выдвигания соединительной шестерни 20 вручную, для чего применяются болты 23 с винтовой резьбой, палец 21 индикации положения перемещается соответственно внутрь или наружу, при этом передний концевой участок 24, позволяющий распознать соответствующее положение, либо больше (соединительная шестерня 20 входит в зацепление со всеми зубчатыми колесами 19a, b, c), либо меньше (соединительная шестерня 20 входит в зацепление только с верхним или, соответственно, крайним передним зубчатым колесом 19a) погружается в выемку (сверление) 25 торцевой пластины 2 зажимного патрона.
Зажимной патрон с фиг. 1, а также 5-8, пригоден как в качестве зажимного патрона для заднего конца, так и переднего конца и выполняет требуемые функции центрального зажима с непосредственной ориентацией к середине станка и/или компенсирующего зажима подлежащих обработке труб.
Если зажимной патрон 1 в соответствии с фиг. 2-4 дополнительно выполняется или, соответственно, комбинируется с интегрированными центрирующими губками 27a, b, c, зажимной патрон 1 при одинаковых составных частях объединяет в себе, кроме того, также центрирующий посередине зажим трубы 26 в области, близкой к нарезаемой резьбе. Тогда не требуется больше предусматривать иные внешние средства зажима.
Как можно видеть на фиг. 2-4, три центрирующие губки 27a, b, c, снабженные тягами 28 центрирующих губок, проведены вперед с наклоном в направлении трубы 26 из кольцевого корпуса или, соответственно, корпуса 3 через торцевую пластину 2 зажимного патрона наружу. Тяги 28 центрирующих губок, на передних, свободных концах которых установлены переставляемые по высоте зажимные кулачки 29, охвачены оболочковым корпусом 30, который имеет монтажный фланец 31, закрепленный (привернутый) в торцевой пластине 2 зажимного патрона.
Центрирующие губки 27a, b, c с помощью приводных средств 32a, b, c соединены с синхронизирующим движения перемещения или, соответственно, установки центрирующих губок 27a, b, c, центральным зубчатым колесом 33, расположенным в корпусе 3 зажимного патрона 1 позади зубчатых колес 19a, b, c зажимных губок 7a, b, c. Для синхронизированной передачи движения центрирующие губки 27a, b, c находятся в зубчатом зацеплении с приводными средствами 32a, b, c, а эти средства - с центральным зубчатым колесом 33. Для этого предусмотрен зубчатый участок 34 тяг 27 центрирующих губок, который в вырезанной области оболочкового корпуса 30 центрирующих губок 27a, b, c (сравн. фиг. 4) сцепляется с системой 35 косых зубьев приводных средств 32a, b, c, выполненных в виде полых цилиндров 36, при этом параллельная системе 35 косых зубьев сторона 37 системы зубьев полого цилиндра 36 одновременно входит в зацепление с центральным зубчатым колесом 33 (сравн. фиг. 3).
В полых цилиндрах 36 приводных средств 32a, b, c расположен остающийся в своем положении при воздействии давления поршень 38, посредством которого линейно перемещается полый цилиндр 36, и при этом, в зависимости от направления воздействия, либо переставляет зубчатую тягу 27a, b, c губок наружу, либо вдвигает в направлении торцевой пластины 2 зажимного патрона. Для воздействия давлением и вместе с тем относительного смещения полых цилиндров 36 относительно их поршней 38 от обеих сторон поршня 38 отходят через торцевые концы полых цилиндров 36 достающие до стенки корпуса 3 зажимного патрона 1 штока 39a, b, c подвода рабочей среды, с помощью которых приводные средства 32a, b, c или, соответственно, их полые цилиндры 36 могут подключаться к системе снабжения рабочей среды (не изображена).
Список ссылочных обозначений
1 Зажимной патрон
2 Торцевая пластина
3 Кольцевой корпус/корпус
4 Проходное отверстие
5 Середина (зажимного патрона)/ось вращения зажатой трубы
6 Кожух/корпус
7a, b, c Зажимная губка
8a, b, c Зажимная колодка
9a, b, c Поперечная губка
10 Гидравлический цилиндр
11 Башмак губки
12 Зубчатая рейка
13 Поршневой шток
14 Поршень цилиндра
15 Подключение рабочей среды
16 Кулисный направляющий паз
17 Кулачковый захват
18 Угол зацепления
19a, b, c Зубчатое колесо
20 Соединительная шестерня
21 Палец индикации положения
22 Ребро/тяга
23 Болт с винтовой резьбой
24 Концевой участок (пальца для индикации положения)
25 Выемка (сверление в торцевой пластине)
26 Труба
27a, b, c Центрирующая губка
28 Тяга центрирующей губки
29 Зажимной кулачок
30 Оболочковый корпус
31 Монтажный фланец
32a, b, c Приводное средство
33 Центральное зубчатое колесо
34 Зубчатый участок тяги/участок зубчатой рейки
35 Система зубьев
36 Полый цилиндр
37 Параллельная сторона системы зубьев
38 Поршень
39a, b Шток подвода рабочей среды