Как выбрать фрезерный патрон для станка – тип хвостовика, тип гайки для цанг, оснастка под конкретный режущий инструмент

Тяжелая промышленность в настоящее время набирает всё больше оборотов, ведь производство деталей, начиная простой гайкой и заканчивая составляющими космического корабля, требует использования уже новых технологий для изготовления самого деревообрабатывающего и металлорежущего оборудования. И, конечно, в данном случае не последнее место принадлежит токарному станку. Чтобы удерживать при высокой скорости передвижения шпинделя деталь, применяют токарные патроны, разновидности которых зависят от назначения обрабатываемой поверхности, формы заготовки и вида резания.

Выбор токарного патрона

Токарные патроны предназначаются для установки на токарные специальные и универсальные станки. Конструкция подобного патрона обеспечивает передачу большего усилия зажима при намного меньшем крутящем моменте на зажимных ключах по сравнению с патронами спиральными. Все отечественные и зарубежные производители изготавливают патроны для токарных станков на базе закаленного корпуса из стали, они включают в себя комплект закаленных кулачков.

Для того, чтобы подобрать токарный патрон к станку, необходимо знать следующие данные:

1. Наружный диаметр патрона
   .
2. Количество кулачков в патроне
   (2,3,4,6);
3. Исполнение
   (с цельными кулачками, со сборными);
4. Тип посадки
   (c цилиндрическим центрирующим пояском и креплением через промежуточный фланец, с креплением непосредственно на фланцевые концы шпинделей под поворотную шайбу по ГОСТ 12593-93, с креплением непосредственно на фланцевые концы шпинделей по ГОСТ 12595-93, с креплением на фланцевые концы шпинделей типа Кэмлокк по ГОСТ 26651);
5. Диаметр посадочного отверстия
   ;
6. Диаметр расположения крепежных отверстий
   ;
7. Количество крепежных отверстий
   .

При покупке токарных патронов следует уделять внимание и кулачкам, они могут иметь разные методы фиксации заготовок. Помните, что кулачки выпускаются самоцентрирующиеся и с независимым перемещением. Более современные и дорогие модели токарных патронов оборудуются встроенным пневмоприводом, который способен надежно фиксировать заготовки. Подобные «расходники» очень часто устанавливаются на станках для обработки трубных деталей большого диаметра.

Помимо таких специфических характеристик, вам необходимо знать высоту токарного патрона, тип хода штока и кулачка, высоту от края до главного кулачка. Не лишним станет, если вы укажете продавцу общую силу зажима в кулачках и максимально возможную частоту вращения. Эти сведения вы можете отыскать в техническом паспорте используемого станка. Иногда там же указывают и маркировку необходимого токарного патрона.

Патрон токарный кулачковый: характеристики, схема, классификация

Безусловно, к вопросу выбора комплектующего следует отнестись со всей серьезностью, так как оно определяет эффективность процедуры и качество получаемых деталей.

Общие понятия о токарных патронах

Токарные патроны подбираются в зависимости от технических характеристик устройства и шпинделя, в частности. Они представляют собой главные узлы оборудования. Механизм заключается в кулачковом эффекте. Размеры подбираются в зависимости от параметров уникальной заготовки.

Кулачки обеспечивают надежную фиксацию механизма. Из-за действия механической силы, которая обуславливает плотность крепления, происходит установка и закрепление. Заготовка фиксируется при помощи патрона.

Следует учитывать, что детали, которые требуется обрабатывать имеют различные размеры и диаметры. Некачественный патрон не будет держаться максимально крепко, в результате сильного механического движения он может слететь, с ним и заготовка.

Патрон обеспечивает плавное передвижение крепления, при этом обрабатываемая деталь не будет смещаться относительно центра.

В самом простом понимании слова патрон представляет собой механизм, который отвечает за вращение заготовки, делает ее обработку эффективной и ровной.

Предназначение

Внутри рассматриваемого типа детали находится кулачковый механизм. Эта важная составляющая позволяет центрировать и зажимать заготовку.

Происходит это за счет сужения деталей кулачков, а потом зажатие их пинолем. Только после полного закрепления детали можно начинать работу токарного станка по дереву или по металлу. Если процедуру не выполнить, то заготовка может не только выпасть или повредиться, но и нанеси вред мастеру.

Следует внимательно проверить качество крепления детали в патроне. Сначала специалисты включают токарный станок на небольшую мощность, смотрят, хорошо ли вращается механизм. Если после нескольких кругов все в порядке, то продолжат работу на более высоких мощностях.

Классификация токарных патронов

Классификаций присутствует несколько видов: по числу кулачков, типу зажима, механизму фиксации, виду исполнения, классу точности.

По количеству кулачков в патроне

Кулачки отвечают за качество закрепления деталей. Они выполняются из качественного металла.

Двухкулачковые

Варианты закрепляют несимметричные детали, которые не подвергаются обработке. Но используются и для стандартизированных заготовок.

Трёхкулачковые

Оптимален для выработки шестигранных и округлых вариаций. Шунтирование происходит по трем бокам кулачков.

Четырёхкулачковые

4 х кулачковый патрон состоит из четверых узлов, которые функционируют независимо. Применяют для обработки прямоугольных и квадратных вариантов.

Кулачки патронов разделяют на прямые и обратные. Практически не влияет на результативность. Подбирается в зависимости от типа входа патрона.

Прямые

Зажим происходит внешний. Кулачки располагаются сверху и хватаются за деталь.

Обратные

Происходит зажим изнутри, с внутренней стороны. Обрабатываемый предмет выбирается полый, так чтоб была возможность зацепиться.

По механизму фиксации заготовки

Механизм фиксации — важная характеристика, определяющая качество работы.

Клиновые

Происходит закрепление при помощи трех кулачков на прямой площадке. Применяются клиновые вариации для оборудования с цифровым управлением.

Цанговые

Стандартных зажимов не присутствует. Их роль выполняют втулки с клещами (до шести штук). Использоваться могут на стандартных механических станках.

Рычажные

Обработка детали происходит путем передвигания механизма рычагом. Довольно затратный процесс, длительный. Используется для работы с особыми, сложными по фактуре деталями.

Сверлильные

Крепится детали в результате давления ключа. По принципу действия напоминает работу сверла, только в обратную сторону.

Термопатроны

Неординарный вид, который практически не используется в станках, произведенных в России. Для крепления производится нагревание отверстия, для вынимания тоже.

Гидропатроны

Механизм такой же, что и предыдущий, но используется не температура, а гидросфера. Жидкостная среда дополнительно гасит вибрации.

Поводковые

Зажатие детали происходит специальным поводком. Удобно только для обработки небольших поверхностей.

Самозажимные

Подобные варианты практичны. Конструкция включает в себя зажимы, которые плотно фиксируются на заготовке самостоятельно.

По типу исполнения

В Российской Федерации разновидности патронов по исполнению регулируются ГОСТом 2675 — 80.

Цельный

Выполняют из куска стали с параметрами от 500 МПа. Наиболее распространенный вид.

Сборный

Из стали выполняется рейка, на нее крепится кулачок. Последний выполняется из металла.

Накладной

Составные вариации, состоят из цветного металла, нержавеющей стали, черных металлов. Применяется для работы с масштабными проектами.

Классы точности патрона

Точность устройства определяется в ГОСТе 1654 86. Всего присутствует четыре ступени.

Класс Н

Нормальные показатели, усредненные.

Класс П

Повышенный класс, используется для выделки твердых производственных деталей.

Класс В

Высокая точность — применяется для обработки мелких вариаций.

Класс А

Особо высокая точность. Сфера применения — мелкие и твердые заготовки.

По материалу изготовления

Чугунные вариации дешевы и не обладают достойным качеством. Сталь дороже и показывает срок службы в 3-5 раз больший.

Чугун

Используется марка от СЧ 30. Минимальное число оборотов. Профессионалы предпочитают не использовать такие вариации ввиду малой эффективности.

Сталь

Конструкция выполняется из материала с показателем от 500 МПА. Максимальное число оборотов и функционал.

Конструкция патрона: схема и описание

Токарный патрон состоит из более чем десяти деталей. Эффективность и срок службы определяется качеством сборки и материалом изготовления комплекта деталей.

Ключ

Основной механизм, отвечающий за перемещение заготовки токарным станком. Он способствует креплению обрабатываемого предмета.

Пружина

Крепится к ключу. Отвечает за повороты последнего.

Втулка

Соединена с пружиной. Необходима для обеспечения свободного перемещения ключа по механизму.

Стопор

Соединен с втулкой и ключом. Является основной механизма, которая отвечает за безопасность. Стопор контролирует фиксацию заготовки и не дает ей отпасть.

Шестерня

Диск, при помощи которого происходит вращательное движение, приводится в действие шестерней.

Фланец

Является основанием токарного патрона. Соединяет механизмы между собой.

Диск спиральный

Соединяется с шестерней. Отвечает за получение вращения. Регулирует степень и скорость обработки.

Кулачок обратный

Механизм отвечает за крепление обрабатываемой детали изнутри.

Кулачок прямой

Прямая вариация необходима для закрепления предмета снаружи.

Классификация токарных патронов

Станочная оснастка токарными патронами представлена двух-, четырех- и трехкулачковыми патронами с ручным и механизированным зажимом. Для различных фасонных отливок используются двухкулачковые самоцентрирующиеся патроны. Круглые и шестигранные заготовки принято закреплять в трехкулачковых патронах. Четырехкулачковые патроны предназначаются для прямоугольных и нессиметричных деталей, а также прутков квадратного сечения. Давайте внимательнее рассмотрим основных виды патронов для токарных станков.

Цанговые патроны

Основной рабочий элемент цангового патрона – это втулка с несколькими осевыми прорезями, которые разделяют ее на лепестки, которых, зависимо от диаметра заготовок, бывает три, четыре или шесть. Подобные лепестки играют роль кулачков, которые обжимают деталь, что вставляется внутрь втулки. Цанги бывают подающими и зажимными. Подающая цанга представляет собой стальную закаленную втулку с тремя неполными разрезами, что формируют лепестки с поджатыми концами друг к другу. Зажимные цельные цанги изготавливают в виде втулки с лепестками пружинящегося типа.

Сцепление возрастает вследствие сужения прорезей при процедуре вдавливания цанги в патрон конической частью. Устройство токарного патрона с цангой с технической точки зрения имеет некоторые преимущества перед прочими зажимными устройствами – у детали, которая закреплена в цанге, радиальные биения изделия настолько незначительные, что ими спокойно можно пренебречь.

Преимущественная сфера использования таких патронов – зажатие цилиндров, коротких прутков или втулок для обработки. Они также применяются для фиксации фрез, сверл, наконечников гайковертов и метчиков. Цанговые патроны пользуются популярностью при вторичном зажиме заготовки с обработанной поверхностью. При несоответствии профиля обрабатываемого изделия форме цангового отверстия принято применять сменные вкладыши.

Рычажные патроны

Рычажные патроны могут быть использованы в мелкосерийном производстве, потому что процедура их переналадки проста и способна обеспечивать крепление заготовок в широчайшем диапазоне диаметров. На центрирующей поверхности в корпусе патрона размещен диск, на стороне которого присутствует резьба по архимедовой спирали, конический зубчатый венец нарезан на другой стороне.

Крепление заготовки в рычажном токарном патроне происходит от гидропривода, который перемещает тягу с муфтой. Стержни с сухарями, что образуют двуплечий рычаг, способны поворачиваться вокруг центра цилиндрического участка сухаря, перемещать ползуны с кулачками к центру и зажимать заготовку. Переналадка рычажного патрона проста и сводится к одновременному передвижению всех кулачков в необходимое радиальное положение при помощи ключа.

На данную операцию затрачивают не больше времени, чем на процедуру крепления заготовки в трехкулачковом патроне, который имеет немеханизированный привод. Из-за подвижных элементов, которые предусмотрены в чертежах токарных патронов и соединяют ползуны с основными кулачками, погрешности центрирования заготовки существенные, поэтому рычажные патроны используются преимущественно на черновых операциях.

Четырехкулачковые патроны

Патрон этого типа имеет кулачки, которые перемещаются независимо друг от друга, что обеспечивает ему широкие возможности. С другой стороны, из-за потребности в центрировании заготовки закрепление детали требует большего времени, чем на самоцентрируемых устройствах.

Наиболее простые четырехкулачковые токарные зажимы представляют собой чугунную планшайбу, на которой винтами зажимаются кулачки. Планшайба имеет лучевые пазы, на которых возможно размещение дополнительной оснастки.

Для крупных станков используются массивные патроны с Т-образными пазами. Перемещение кулачков выполняется винтами, ось которых лежит на плоскости планшайбы. В таких патронах часто используются составные кулачки.

Клиновые патроны

Клиновые патроны демонстрируют высокую точность центрирования заготовки, нежели патроны рычажные. Закрепление заготовки происходит при помощи пневматического или гидравлического привода, который размещен сзади на конце пологого шпинделя. Три основных кулачка и кулачки, что с ними связаны, при осевом движении клина передвигаются в радиальном направлении и зажимают изделие.

Для станков с ЧПУ, где совершается обработка большой партии деталей, важной является возможность совершения быстрой сборки токарного патрона и переналадки патрона на прочий диаметр закрепляемой заготовки, что длится не более 2 минут. Для станков с ГПС и ЧПУ разрабатывают конструкции патронов с автоматическим переналаживанием на определенный диаметр заготовки. Использование для изготовления основных деталей высококачественной стали с термообработкой повышает надежность, долговечность и точность патрона.

Фрезерование и разновидности фрезерного металлорежущего инструмента

Процесс фрезерования включает в себя обработку резанием деталей с плоской и фасонной поверхностью, выполняемую на специальных фрезерных станках.

Фреза представляет собой режущий инструмент, вращающийся вокруг продольной оси, с цилиндрической, конической или фасонной поверхностью, на которой размещены зубья с режущими кромками, обладающие повышенной твердостью и износостойкостью.

С учетом повышенных силовых нагрузок, возникающих в процессе фрезерования, для производства фрез принято использовать материалы, обладающие повышенной твердостью и износостойкостью. Большая часть фрезерного инструмента изготовлена из быстрорежущих сталей, и для изготовления зубьев используются твердосплавные, керамические и алмазные вставки.

Фрезерный инструмент работает в условиях повышенных силовых нагрузок, поэтому при его производстве наиболее предпочтительны:

• быстрорежущие стали;
• твердые сплавы (сверхтвердые материалы);
• алмазы;
• металлокерамика.

Для обработки деталей, различающихся по форме, конфигурации обрабатываемой поверхности, материалам применяются фрезы нескольких типов, различающиеся по форме и техническим параметрам:

• конические;
• круглые;
• торцевые;
• червячные.

Имеются отличия и в конструкции фрезерного инструмента. Фрезы могут изготавливаться:

• цельными – используется однородный материал;
• сборными – тело (несущая часть) фрезы и зубья в таком инструменте выполняются из разных материалов и соединяются друг с другом с помощью крепежных элементов;
• напайными – имеют напаянные режущие элементы
• сварными — зубья привариваются к телу фрезы.

Заданная конфигурация обрабатываемой поверхности (плоскости, канавки, пазы, выступы и пр.) обусловливает применение фрез с соответствующими параметрами режущих поверхностей, влияющих на скорость и качество обработки.

Широкий выбор фрезерного инструмента различной конфигурации, среди которых наиболее предпочтительным является использование торцевых, концевых, дисковых, отрезных, шпоночных, пазовых, затылованных фрез, обеспечивает фрезерование даже в труднодоступных местах корпусных деталей.

Торцевыми фрезами

принято вести обработку плоских поверхностей. Процесс резания ведется режущими кромками зубьев, находящимися в торцевой части фрезы. Геометрия зубьев различается по различным параметрам, усложняясь в соответствии с качественными параметрами материала и рельефа обрабатываемых деталей. Для работы на станках с ЧПУ часто пользуются длиннокромочными фрезами, способными обеспечить необходимую точность исполнения.

Высокой степенью универсальности обладают фрезы концевые

– их используют для резания как металлических, так и неметаллических (деревянных, пластиковых) изделий в мебельном и строительном производстве. Этот инструмент можно использовать для вырезания контурных канавок и пазов в деталях, изготовленных из сталей и цветных металлов средней твердости (не выше 1 тыс. Н/мм2).

Отрезными фрезами

выполняют работы по отрезке, прорезанию пазов и шлицев, либо в комбинациях указанных работ. Отрезная фреза имеет плоскую цилиндрическую форму с зубьями, расположенными по периметру окружности, обеспечивающими резание высокопрочных, среднепрочных сталей и чугуна. Этот инструмент успешно используется на универсальном фрезерном оборудовании и на станках с ЧПУ.

Шпоночные фрезы

предназначены для нарезания пазов под шпонки. Такие фрезы имеют конический хвостовик и применяются при работах с латунью и отожженном чугуне.

При фрезеровании уступов и пазов в деталях из металлов и сплавов применяются трехсторонние дисковые фрезы,

оснащенные вставными ножами, на которые напаиваются твердосплавные пластины. Дисковыми трехсторонними фрезами обрабатываются также чугунные изделия с использованием оборудования автоматического и универсального типа.

Фрезерные станки

В зависимости от расположения оси шпинделя фрезерные станки подразделяются на:

• вертикальные – для обработки металлических и пластиковых деталей;
• горизонтальные – для обработки штамп, спиралей, рамок.

Кроме операций фрезерования, такие станки используются для:

• зенкерования;
• растачивания;
• сверления отверстий.

При обработке сложных и труднодоступных поверхностей, а также при необходимости получения высокой точности и чистоты обработки применяются многоосные станки с числовым программным управлением, на которых возможно выполнение процессов последовательной обработки фрезерованием в автоматическом режиме. Фрезерные станки с ЧПУ успешно используются во многих отраслях промышленности, где необходима высокоточная обработка деталей из металлов и сплавов.

Программирование обработки деталей на фрезерных станках с ЧПУ значительно облегчает работу станочников, одновременно обеспечивая возможность пооперационной обработки без переустановки деталей, что повышает точность и чистоту обработанных поверхностей.

Использование фрез с зубьями повышенной твердости различной конфигурации позволяет выполнять обработку деталей из практически любых металлов и сплавов на высоких скоростях скорости ведения, включая подготовку параметров резания в соответствии с заданной чистотой и точностью, ведение обработки, контроль в процессе работы, проверку окончательных результатов.

Мембранные патроны

Самую высокую точность центрирования деталей обеспечивает мембранный патрон. Упругие мембраны крепятся к фланцу патрона болтами. Подобная мембрана имеет от 3 до 8 кулачков со сменными губками. Некоторые конструкции мембранных патронов имеют кулачки, которые закрепляются к мембране болтами. Заготовки устанавливаются до упора в разжатые губки торцом в штифты, отключается пневмопривод, мембрана пытается возвратиться в исходное состояние и зажимает губками заготовку.

Большое число кулачков на мембранном токарном патроне способствует центрированию изделия с точностью 0,05 миллиметров и выше. Из-за небольшой силы крепления заготовки подобные патроны используются на чистовых операциях при небольшом сечении снимаемой стружки. При установке заготовок в мембранный патрон пневмопривод используется исключительно для разведения кулачков, поэтому совершение действий с таким патроном безопасно. В случае внезапного уменьшения давления в сети во время обработки заготовка все также надежно в патроне удерживается упругими силами мембраны.

Закрепление патронов на токарном станке

Крепление и центрирование токарных патронов производится на шпинделе токарного станка. Диаметры патронов и способы их крепления — стандартизированы. В зависимости от производителя патроны будут обозначаться типом (по ISO) или исполнением (по Гост). Распространенная конструкция конца шпинделя — это крепление типа С или типа D (cam-lock). Существуют и другие конструкции шпинделя.

Для крепления токарных патронов широко используются фланцы и планшайбы, размещаемые на шпинделе. Они имеют такую же конструкцию, как и фланец токарного патрона, однако такие приспособления позволяют значительно повысить универсальность, поскольку на них можно устанавливать различные патроны. На планшайбах имеются многочисленные отверстия для затяжных болтов и центрирующий выступ. При установке патрона на планшайбу или фланец также можно добиться высокой точности.

Трехкулачковые патроны

Патроны, которые имеют три радиальные радиальные пазы, имеют такую характерную особенность – центрирование, которое происходит одновременно с закреплением заготовки. Кулачки двигаются по спирали синхронно под действием усилия, которое прилагается в одной точке при помощи торцевого рычага или ключа, зависимо от механизма передачи, который используется в конструкции патрона.

В конструкции патрона токарного трехкулачкового используются кулачки разных видов. Прямые устанавливают в паз наружу ступенями, и деталь зажимается сверху внутренними поверхностями или наружной поверхностью ступеней по внутренней поверхности изделия. Обратные кулачки располагаются ступенями к центру и применяются для зажима заготовок с большим диаметром. Кулачки маркируются порядковым номером, которому нужно следовать при монтаже в патрон.