Механизм зажима инструмента в шпинделе фрезерного станка

Конструкции механизмов. Способ зажима инструмента на станке с ЧПУ зависит от типа станка, конструкции шпиндельного узла, базирующих и за­жимных элементов инструмента.

Для автоматизированного зажима фрезерной или расточной оправки 1 (рис. 13.21, а) с коническим хвостовиком, устанавливаемой в шпинделе 16, который вместе с гильзой 15 может перемещаться в осевом направлении, служит устройство с цанговым захватом. Оправка затягивается в шпиндель с помощью пакета тарельчатых пружин 5, которые воздействуют на нее через гайку 7, стержень б, четырехлепестковую цангу 4 и винт 14. Самопроизволь­ному раскрытию цанги препятствует втулка 2.

Для освобождения инструмента служат гидроцилиндры, перемещающиеся в осевом направлении вместе со шпиндельной гильзой. Их корпус 10 удержи­вается от вращения шпонкой 9. Инструментальная оправка освобождается сле­дующим образом. Масло подается в правый гидроцилиндр, по осевому каналу в его штоке проходит в левый цилиндр и действует на его поршень. При этом шток 11 перемещается влево, сжимает пакет тарельчатых пружин 5 и вместе со штоком правого гидроцилиндра передвигает цангу влево. Надвигаясь на коническую втулку 13, удерживаемую пружиной 3, цанга раскрывается. При дальнейшем движении цанга упирается в винт и выталкивает оправку из шпинделя. При отсутствии оправки в шпинделе чашка 12 пружинами 5 дово­дится до упора 8.

Если шпиндель установлен непосредственно в корпусе станка, для зажима инструмента может быть применено устройство, показанное на рис. 13.21,6. Оправка / 7 затягивается в шпиндель 18 с помощью пакета тарельчатых пру­жин 25, стержня 24 и шарикового захвата 19, а освобождается, когда шток гидроцилиндра 22, перемещаясь влево, действует на стержень 24. Для обеспе­чения надежной работы шарикового захвата корпус гидроцилиндра 22 может передвигаться вправо, сжимая пружину 21, до того момента, пока гайка 23 не упрется в гайку 20. Усилие зажима замыкается на шпинделе и не передает­ся на его упорные подшипники. От выпадания шариков при отсутствии в шпинделе оправки предохраняет шток 26. Шариковое захватное устройство создает небольшое усилие зажима.

В координатно-расточных станках применяют захват с гребенчатой цангой 27 (рис. 13.21, в), в горизонтально-расточных —с составной цангой 29 (рис 13.21,г), которая освобождает винт 28 при перемещении ее влево вместе со стержнем 301В станках типа "обрабатывающий центр" необходимо обеспечить большое усилие зажима, механизмы оснащают захватом с сухарями 32 (рис. 13.21, д), установленными в отверстиях тяги 33. Когда инструментальная оправка затянута в шпиндель, сухари фиксируются втулкой 31; для освобождения оправки гидроцилиндр сжимает пакет тарельчатых пружин, тяга 33 передвигается влево, и сухари оказываются против расточки во втулке 31. Для создания большого усилия зажима применяют также захват с качающимися собачками 35 (рис. 13.21, е), направляемыми обоймами 34.

Расчет механизмов. При применении автоматических устройств для за­жима режущих инструментов необходимо знать усилия запрессовки и выпрессовки, а также максимальное давление в соединении. При расчетах исходят из того, что имеющие место погрешности углов уклона деталей соединения, на­ходясь в полях допусков конических инструментальных поверхностей, ока­зывают существенное влияние на все рабочие характеристики соединения. Порядок расчета следующий.

В соответствии со степенью точности деталей конического соединения по СТ СЭВ 178—75 определяют максимально возможную разность их углов укло­на.

Находят максимально возможное осевое усилие Р₃, действующее на инструмент в процессе резания и представляющее собой фактическое усилие запрессовки.

Учитывают, что при запрессовке инструмента в результате деформирова­ния деталей возможны две схемы их взаимного положения: 1) расчетная дли­на контакта / соединения меньше определяемой по чертежу номинальной длины контакта /_н; 2) расчетная длина контакта / больше номиналь­ной /_н.

Зная утлы и уклон отверстия в шпинделе и хвостовика инстру­мента, вычисляют угол уклона конического соединения:

где μ — коэффициент Пуассона; r — большой радиус соединения; радиус наружной поверхности шпинделя.

Приняв возможный в производственных условиях коэффициент трения при запрессовке (поверхности обезжирены), определяют условное осевое усилие, при котором контакт имеется по всей поверхности соединения:

где Е— модуль упругости материала шпинделя:

Если сила Р_о меньше максимально возможного усилия на инструменте в процессе резания, то и максимальное давление в соединении

При этом нормальная сила, действующая на внутреннюю поверхность шпинделя,

Если же сила Р_о больше усилия Р₃ на инструменте в процессе резания, то и максимальное давление в соединении определяют из уравнения

При этом нормальная сила, действующая на внутреннюю поверхность шпинделя,

Коэффициенты трения при выпрессовке принимают в зависимости от состояния поверхностей и разности углов уклона деталей соединения:

13.1 Принцип работы механизма зажима режущих инструментов

Механизм зажима режущих инструментов (рисунок 13.1) состоит из шарикового захвата 7 с роликами 8, штока 9 и тарельчатой пружины 6 , подвижного кольца 5 и регулировочной гайки 4. Для зажима инструмента, цанга 4, которая была предварительно зажата, перемещается влево под действием тарельчатой пружины 6 с помощью штока 9 через подвижное кольцо 5. При этом шарики 8 шарового захвата 7 сходятся в радиальном направлении захватывая хвостовик режущего инструмента. Инструмент удерживается в зажатом состоянии тарельчатой пружиной 6 усилие которой, а следовательно и усилие зажима инструмента можно регулировать регулировочной гайкой 5.

Рисунок 13.1 – Механизм зажима и разжима инструмента в сверлильно-фрезерно-расточном станке.

13.2 Принцип работы механизма разжима инструмента

Привод разжима инструмента (рисунок 13.1) состоит из гидравлического цилиндра одностороннего действия с подпружиненным поршнем 1. Для разжима инструмента рабочая жидкость пот давлением поступает в левую полость гидроцилиндра, поршень 1 под действием возникшего гидростатического давления перемещается вправо и через шток 9 перемещает шариковый захват 7 вправо. Шарикоподшипники 8 расходятся и освобождают хвостовик инструмента. Возвращение поршня 1 в исходное положение осуществляется пружинами 2. При этом рабочая жидкость не подается, а выдавливается поршнем.

14 Обоснование технических требований

Технические требования излагаются в следующей последовательности:

14.1. Требования, определяющие качество и точность изготовления

Нормы точности и жесткости шпиндельных узлов многоцелевых станков устанавливает ГОСТ 18097-93. Для сверлильно-фрезерно-расточных станков класса точности П и с наибольшим диаметром обрабатываемой заготовки BxL= 500×800 мм должны обеспечиваться:

а) допуск радиального биения конического отверстия шпинделя

б) допуск осевого биения шпинделя 0,006 мм;

в) допуск торцового биения опорного фланца шпинделя 0,007 мм;

г) поверхностная твердость конца шпинделя и конического от­верстия шпинделя — не ниже 55 HRC(это требование обеспечивает требуемую износостойкость конуса базирования инструмента на про­тяжении всего срока службы станка).

14.2 Требования к точности монтажа изделия

1. Пятно контакта в зубчатых зацеплениях должно занимать по высоте зуба — не менее 45 %, а по длине зуба — не менее 60 %номи­нальной поверхности зуба.

2. Зубчатые передачи должны соответствовать 7-й степени точности.

3. Затяжку крепежных винтов направляющих начинать с середи­ны, по очереди в стороны обеих концов.

4. Все часто отвинчиваемые при эксплуатации станка винты и 1жны быть термически обработаны до твёрдости не менее 35HRC.

14.3 Требования к настройке и регулированию изделия

1. Регулирование зазоров и предварительного осевого натяга в подшипниках обеспечивается затяжкой регулировочных гаек. Вели­чина натяга регламентирована величиной предварительной подшлифовки компенсаторных полуколец и распорной втулки.

2. Дисбаланс устранять за счет вывинчивания винтов на перед­нем конце шпинделя.

3. При сборке гидроцилиндров резиновые уплотнения смазать маслом и предохранять от перекосов, попадания абразивных мате­риалов и продуктов коррозии.

14.4 Прочие технические требования к качеству изделия

Средний уровень шума не должен превышать 75 дБ.

2. На обработанных поверхностях составных частей (рабочая по­верхность штока гидроцилиндра, базовые поверхности направляю­щих и т. д.) шпиндельной бабки не допускаются задиры, царапины и другие механические повреждения, снижающие эксплуатацион­ные качества или ухудшающие внешний вид.

3. На поверхностях резьбы не допускаются вмятины и заусенцы.

4. Предельная температура нагрева подшипника в передней опо­ре шпинделя при максимальной скорости не должна превышать 55° (требование регламентирует величину погрешности обработки из-за температурных расширений).

5. Все наружные и внутренние необработанные поверхности де­талей шпиндельной бабки должны быть защищены лакокрасочны­ми покрытиями.

6. Отливка корпуса шпиндельной бабки должна подвергаться естественному или искусственному старению в соответствии с тре­бованиями стандарта и ТУ.

7. Для изготовления гибких трубопроводов гидравлической си­стемы должны применяться армированные резиновые бесшовные трубы по ГОСТ 8734-75 и ГОСТ 9567-75.

Номер патента: 1061942

Текст

,ь 80 1061942 А СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3(5 Р В 23 В 31/04; В 23 С 5/26 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ; ф(71) Литовское научно-производственное объединение по комплексному проектированию станкостроительных предприятий(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЖИМАИНСТРУМЕНТА В ШПИНДЕЛЕ СТАНКА, содержащце корпус, ведущую кулачковую полумуфту, установленную вкорпусе с возможностью вращения иосевого перемещения от привода спланетарным редуктором и центробежным механизмом, и установленную вкорпусе с воэможностью вращенияведомую кулачковую полумуфту, предназначенную для перемещения шомпола механизма зажима инструмента,установленного в шпинделе станка,о т л и ч а ю щ е е с я тем,что,с целью повышения надежности зажима инструмента, устройство снабжено кольцевым корпусом с подпружиненными фиксаторами, предназначенными для взаимодействия с гнездами, выполненными на торце шпинделя, при этом фиксаторы установлены в кольцевом корпусе и в отверстиях, выполненных в корпусеустройства, с воэможностью ограниченного осевого перемещения внаправлении шпинделя, а кольцевойкорпус. установлен на ведущей кулачковой полумуфте фиксированнов осевом направлении и с возможностью относительного вращения изафиксирован от поворота в корпусе устройства.10 45 Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам для зажима инструмента в шпинделе расточного, фрезерного и других станков.Известно устройство для зажима 5 инструмента в шпинделе станка, содержащее корпус, ведущую кулачковую полумуфту, установленную в корпусе с воэможностью вращения и осевого перемещения от привода с планетарным редуктором и центробежным механизмом, и установленную в корпусе с возможностью вращения ведомую кулачковую полумуфту, предназначенную для перемещения шомпо,ла механизма зажима инструмента, установленного в шпинделе станка 1 ,Устройство не обеспечивает надежный зажим инструмента в шпинделе станка из-за возможного проворота шпинделя, удерживаемого в процессе зажима от проворота посредством тормозного механизма, не связанного с самим устройством.Целью изобретения является повышение надежности зажима инструмента в шпинделе станка.Указанная цель достигается тем, что устройство для зажима инструмента в шпинделе станка, содержащее корпус, ведущую кулачковую по лумуфту, установленную в корпусе с возможностью вращения и осевого перемещения от привода с планетарным редуктором и центробежным механизмом, и установленную в корпусе . 35 с возможностью вращения ведомую кулачковую полумуфту, предназначенную для перемещения шомпола механизма зажима инструмента, установленного в шпинделе станка, снабжено щ кольцевым корпусом с подпружиненными фиксаторами, предназначенными для взаимодействия с гнездами, выполненными на торце шпинделя, при этом фиксаторы установлены в кольцевом корпусе и в отверстиях, выполненных в корпусе устройства, с возможностью ограиченного осевого перемещения в направлении шпинделя, а кольцевой корпус установлен на ведущей кулачковой полумуфте фиксированно в осевом направлении и с возможностью относительного вращения и зафиксирован от поворота в корпусе устройства.На чертеже представлено устройство, продольный разрез. 55Устройство содержит ведущую кулачковую полумуфту 1, на конце которой закреплен радиально-упорный подшипник 2, который установлен в кольцевом корпусе 3, зафиксированном от 60 поворота посредством шпонки 4 в пазу 5, выполненном в корпусе 6 устройства.Е кольцевом корпусе 3 в подпрукиненном состоянии закреплены Фикса торы 7 с возможностью ограниченного перемещения в осевом направлении за счет сжатия пружин 8. Перемещение Фиксаторов 7 ограничено винтами 9, ввернутыми в их торцы.Ведомая кулачковая полумуфта 10 установлена через подшипник 11 в крышке 12, которая закреплена на корпусе 6 в устройстве. В крышке 12 выполнены отверстия 13, против которых в торце шпинделя 14 станка имеются гнезда 15.Устройство также содержит электродвигатель 16, с которым связан центробежный механизм 17, взаимодействующий через толкатель 18 с кулачковой полумуфтой 1, приводимой во вращение через шлицевое соединение 19 в ступице ведомой главной шестерни планетарного редуктора 20, состоящего иэ сдвоенных сателлитов,вращающихся на эксцентриковой шейке продленного вала электродвигателя,и главных — неподвижной и ведомой шестерен с внутренним зацеплением.Устройство для зажима инструмента в шпинделе станка работает следующим образом.При нарастании частоты вращения включенного электродвигателя 16 центробежный механизм 17 перемещает толкатель 18 и выдвигает кулачковуюполумуфту 1. Кулачковая полумуфта 1 посредством шлицевого соединения 19 получает вращательное движение от планетарного редуктора 20, Одновременно с кулачковой полумуфтой 1 выдвигается закрепленный на ней радиально-упорный подшипник 2 и кольцевой корпус 3, Кольцевой корпус от вращения стопорится шпонкой 4, а осевое перемещение возможно благодаря пазу 5 в корпусе 6 устройства. При перемещении кольцевого корпуса 3 фиксаторы 7, преодолевая усилия пружин 8, перемещаются сквозь отверстия 13 в крышке 12 и выбирают зазор а, упираясь в торец шпинделя 14. При дальнейшем перемещении кольцевого корпуса выбирается зазор б, происходит зацепление ведущей кулачковой полумуфты 1 с ведомой кулачковой полумуфтой 10. С нарастанием сопротивления вращению шпиндель 14 может повернуться до совмещения гнезд 15 с отверстиями 13, При этом фиксаторы 7 под действием пружин 8 входятв гнезда 15 и блокируют от проворота шпиндель 14, в котором происходит гарантированное зажатие инструмента.После отключения электродвигателя 16 центробежные силы исчезают, пружины 8 способствуют размыканию кулачковой муфты, пружина толкателя 18 оттягивает его и возвращает полумуфту 1 в исходное положе1061942 При использовании изобретения возможно достижение положительного эффекта за счет повышения надежности зажима инструмента в шпинделе стан ка,ние. При этом Фиксаторы 7 выходятиз гнезд 15 и освобождают шпиндель 14, образуется гарантированный зазор о между устройствомдля зажима инструмента в шпинделестанка и самым шпинделем. 12 Тираж 1106 Подписное 1 ИПИ Заказ 1 или ПП "Патент", г,ужгород, ул,Проектная

Заявка

ЛИТОВСКОЕ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ПО КОМПЛЕКСНОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ СТАНКОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

ГУЖАС ЛЕОНАРДАС ПЕТРОВИЧ, МАЛЕВИЧ АНАТОЛИЙ МИХАЙЛОВИЧ