ЦАНГОВЫЙ ПАТРОН ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ОСЕВОГО РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА Российский патент 2003 года по МПК B23B31/20 

Изобретение относится к металлообработке, а именно, к цанговым патронам для закрепления осевого режущего инструмента, преимущественно при высокоскоростной обработке в труднодоступных местах изделий.

Известно универсальное зажимное устройство, содержащее корпус, зажимные элементы, грузы в виде разрезных призм, подвижных в радиальном направлении и размещенных в С-образных направляющих радиальных пазов корпуса, средства центрирования и крепления зажимных элементов на грузах, двуплечие рычаги, соединенные с грузами посредством тяг (патент РФ 2115517, кл. В 23 В 31/14,1998).

Данное устройство не приспособлено для работы с цангами, обеспечивающими закрепление осевого режущего инструмента. Значительное число кинетически связанных звеньев этого устройства усложняет его конструкцию и обуславливает большой наружный диаметр, что не позволит его применять в стесненных условиях для металлообработки. Конструкция зажимных элементов не обеспечивает необходимую площадь контакта с зажимаемым изделием.

Известен цанговый патрон для закрепления осевого режущего инструмента, который содержит корпус, расположенную в корпусе патрона цангу и механизм воздействия на цангу. Этот механизм, в свою очередь, содержит наружную гайку, находящуюся в резьбовом соединении с внешней втулкой, и пересекающий ось патрона винт с участками правой и левой резьбы. На каждом резьбовом участке винта располагается по одному грузу. Грузы смонтированы противоположно друг другу относительно оси патрона и имеют возможность радиального перемещения в пределах зазора в резьбовом соединении винта и груза. Грузы выполнены со скосами, которыми они контактируют со скосами внешней втулки. В этой втулке образованы окна для доступа к винту механизма воздействия на цангу (проспект фирмы FAHRION, ФРГ "Цанговый патрон", 1996).

После установки режущего инструмента в цангу этого патрона поворачивают наружную гайку, ее перемещение приводит к предварительному сжатию сегментов цанги. При повороте ключом через отверстия во внешней втулке винта грузы расходятся и посредством скосов воздействуют на внешнюю втулку, создавая усилие для перемещения совместно наружной гайки и внешней втулки вдоль оси патрона. Этим обеспечивается окончательное закрепление инструмента в цанге. В процессе высокоскоростной обработки под действием центробежных сил грузы стремятся разойтись, воздействуя на внешнюю втулку, обеспечивая ее перемещение в случае ослабления закрепления инструмента. Так поддерживается усилие зажатия инструмента в цанге при работе патрона.

Один из недостатков рассмотренного цветового патрона состоит в большом наружном его диаметре и, в связи с этим, невозможностью его применения в труднодоступных местах изделий. Это связано с наличием наружной гайки, внешней втулки и винта, пересекающего ось патрона.

Другой недостаток данного патрона заключается в повышенном его сопротивлении воздуху ввиду наличия отверстий во внешней втулке для доступа к винту. Это особенно важно при высокоскоростной обработке, при которой завихрения воздуха могут вызвать повышенную вибрацию, что снижает точность обработки и стойкость инструмента, а также повышает шероховатость обрабатываемой поверхности. При работе патрона может иметь место высокий уровень шума.

Необходимость доступа к винту со стороны боковой поверхности патрона исключает вариант выполнения патрона с расположением грузов в хвостовике корпуса патрона, что в ряде случаев целесообразно.

Смещение грузов под действием центробежных сил только в пределах зазора в резьбовом соединении винта и груза может оказаться недостаточным.

Кроме того, указанный цанговый патрон имеет сложную конструкцию из-за наличия наружной гайки и внешней втулки, резьбового соединения между ними, разнонаправленных резьбовых участков винта, механизма выталкивания цанги, необходимости обеспечения соответствующих посадок и зазоров между элементами, что требует повышенной точности в изготовлении и усложняет балансировку патрона.

Изобретение направлено на создание цангового патрона, относительно простого по конструкции и обеспечивающего надежное закрепление инструмента при высокоскоростной металлообработке.

Технический результат, который создает изобретение, состоит в уменьшении наружного диаметра патрона для обеспечения обработки в труднодоступных местах изделий, снижения сопротивления воздуха для уменьшения вибрации шероховатости обрабатываемой поверхности, уменьшения уровня шума, повышения точности обработки и стойкости инструмента, а также в упрощении конструкции и расширении его возможностей.

Для достижения этого винт механизма воздействия на цангу расположен по оси патрона, грузы смонтированы на держателе, который размещен в корпусе патрона с возможностью осевого перемещения и имеет центральное отверстие для установки винта механизма воздействия на цангу, при этом в корпусе патрона выполнены скосы для взаимодействия со скосами грузов.

При таком выполнении цангового патрона механизм воздействия на цангу упрощается и располагается внутри корпуса патрона, что позволяет уменьшить его наружный диаметр, повысить обтекаемость корпуса патрона за счет исключения наружных отверстий, упростить конструкцию патрона, а также расширить его возможности за счет размещения грузов в хвостовике корпуса или непосредственно в корпусе патрона и обеспечения свободного перемещения грузов (не связано с зазором в резьбовом соединении, как в прототипе).

Изобретение поясняется примерами выполнения патрона.

На фиг. 1 изображен общий вид патентуемого патрона в разрезе при расположении держателя с грузами в хвостовике корпуса в статическом положении патрона; на фиг. 2 изображен общий вид патентуемого патрона в разрезе при расположении держателя с грузами в корпусе (вариант патрона) в момент вращения патрона с режущим инструментов.

Цанговый патрон для закрепления осевого режущего инструмента 1 содержит корпус 2 с хвостовиком 3, расположенную в корпусе 2 патрона цангу 4 и механизм воздействия на цангу. Этот механизм включает расположенный по оси патрона винт 5, находящийся в резьбовом соединении с цангой 4, и держатель 6 в виде симметричного относительно оси патрона тела с центральным отверстием 7. На выступах держателя 6 смонтированы равноудаленные от оси патрона грузы 8, подвижные в радиальном направлении. Держатель размещен в корпусе патрона с осевым зазором Δ и имеет в исходном положении (фиг.1) возможность перемещения вдоль оси патрона. Винт 5 установлен в центральном отверстии 7 держателя. Винт имеет выступ 9, а держатель - соответствующую выступу фаску центрального отверстия. Фаска предназначена для центрирования держателя относительно оси вращения патрона и служит опорной поверхностью для винта 5. Грузы могут быть выполнены в виде конусов или клиньев. Грузы 8 имеют скосы 10, предназначенные для взаимодействия со скосами 11, выполненными во втулках 12, жестко связанных с корпусом патрона. Конец винта 5 имеет шестигранное отверстие 13 для ключа.

В исходном положении детали патрона располагаются так, как показано на фиг. 1. Между скосами 10 грузов и скосами 11 втулок корпуса имеются зазоры: Δ₁ с одной стороны, Δ₂ с другой стороны. Между выступом 9 винта 5 и фаской центрального отверстия 7 держателя также имеется зазор.

Режущий инструмент 1 устанавливают в цангу 4. Ключом, вставляемым в отверстие 13, поворачивают винт 5, который, опираясь на держатель, втягивает цангу в корпус патрона. Сегменты цанги сжимают инструмент 1. Одновременно при повороте винта выбирается зазор между выступом винта и фаской центрального отверстия держателя. Воздействуя на держатель, винт перемещает держатель по оси патрона в сторону цанги до момента соприкасания скосов 10 грузов и скосов 11 втулок корпуса так, что зазор Δ₁ становится равен нулю, а зазор Δ₂ - максимальный.

При вращении цангового патрона в шпинделе станка грузы 8 под действием центробежных сил стремятся переместиться в радиальном направлении на выступах держателя. Этим компенсируется возможное ослабление крепления инструмента в цанге, а также поддерживается постоянным необходимое усилие зажатия.

Скосы 10 передают усилия на корпус патрона через скосы 11. В результате реакции этого усилия от неподвижного в осевом направлении корпуса держатель 6 стремится переместиться в сторону, противоположную цанге. При этом увеличивается осевой зазор Δ между держателем и корпусом и уменьшается зазор Δ₂ между скосами грузов и скосами втулок 12 корпуса патрона (фиг.2). Держатель, воздействуя на выступ 9, принуждает винт 5 также перемещаться в сторону, противоположную цанге. Цанга втягивается в корпус патрона, что обеспечивает необходимое закрепление в патроне режущего инструмента.

После остановки шпинделя станка ключом поворачивают винт 5, ослабляя его резьбовое соединение с цангой. Между скосами 10 грузов 8 и скосами 11 корпуса образуется зазор Δ₁. Между выступом 9 винта 5 и фаской центрального отверстия 7 держателя также образуется зазор. Грузы возвращаются в первоначальное положение (фиг.1). При повороте винта 5 его торец упирается в осевую втулку 14, после чего при дальнейшем повороте винта цанга 7 с зажатым инструментом выталкивается из корпуса патрона.

Цанговый патрон с расположением держателя и грузов в хвостовике корпуса, как показано на фиг.1, целесообразно использовать, когда хвостовик корпуса патрона выполняется по стандартам DIN 69871 или MAS403BT.

Конструкция патрона с расположением держателя и грузов в корпусе, как показано на фиг.2, применяется когда хвостовик корпуса выполняется по стандарту HSK-DIN 69893.

Таким образом, разработан цанговый патрон для закрепления осевого режущего инструмента, позволяющий проводить высокоскоростную обработку в труднодоступных местах изделий, не имеющий отверстий на наружной поверхности корпуса патрона и оказывающий поэтому минимальное сопротивление воздуху, обладающий более простой конструкцией и обеспечивающий надежное закрепление режущего инструмента и его поддержание за счет инерционных элементов в процессе работы цангового патрона.

Изобретение может быть использовано преимущественно при высокоскоростной обработке в труднодоступных местах изделий. Патрон содержит корпус, расположенную в нем цангу и механизм воздействия на цангу, включающий винт и грузы, подвижные в радиальном направлении и имеющие скосы. Винт механизма воздействия на цангу расположен по оси патрона. Грузы смонтированы на держателе, который размещен в корпусе патрона с возможностью осевого перемещения. Держатель имеет центральное отверстие для установки указанного винта. В корпусе патрона выполнены скосы для взаимодействия со скосами грузов. При таком исполнении упрощается конструкция патрона, появляется возможность уменьшить его наружный диаметр, повысить обтекаемость корпуса, располагать держатель с грузами непосредственно в корпусе или в хвостовике корпуса патрона. 2 ил.

Цанговый патрон для закрепления осевого режущего инструмента, содержащий корпус, расположенную в корпусе патрона цангу и механизм воздействия на цангу, включающий винт и грузы, подвижные в радиальном направлении и имеющие скосы, отличающийся тем, что винт механизма воздействия на цангу расположен по оси патрона, грузы смонтированы на держателе, который размещен в корпусе патрона с возможностью осевого перемещения и имеет центральное отверстие для установки винта механизма воздействия на цангу, при этом в корпусе патрона выполнены скосы для взаимодействия со скосами грузов.