Цилиндрической (а) и эллиптической (б) поверхности

В качестве элементов разжимных устройств в контрольных приспособлениях используют шарики, планки и разрезные втулки. Пример такого устройства показан на рис. 3.89.

Рис. 3.89. Разжимное устройство с шариками для выборки зазора в контрольных приспособлениях

Для точного центрирования применяют также втулки с гидропластом, гофрированные втулки и устройства мембранного типа. Часто вместо одной цилиндрической оправки применяют их набор, в котором одна оправка отличается от другой на очень малую величину (5... 10 мкм). Для установки узких деталей применяют также ступенчатые оправки с небольшим перепадом диаметров ступеней. Влияние зазора на точность измерения при этом значительно уменьшается. Контрольные оправки должны иметь гладкую рабочую поверхность (Ra 0, 4... 0, 1 мкм); допускается погрешность формы этой поверхности не более 5 мкм.

Для повышения износостойкости оправки подвергают термической обработке до твердости HRC 55... 60. Оправки диаметром более 60 мм выполняют полыми. При проверке детали на биение оправку устанавливают в центры или на призму. При установке в центры необходимо учитывать несоосность и погрешность исполнения центровых гнезд, которые предохраняют от повреждения защитными фасками или торцовыми выточками. Установку деталей отверстиями на оправки и пальцы применяют не только для проверки концентричности и перпендикулярности торцов, но и для проверки соосности отверстий, межосевых расстояний, а также расстояний от оси отверстий до параллельно расположенных плоскостей.

В контрольных приспособлениях применяют также различные сочетания схем установки элементарных поверхностей в качестве установочных баз (плоскость − наружная цилиндрическая поверхность, плоскость − отверстие и др.).

Контролируемая деталь (заготовка, узел) имеет две измерительные базы, между которыми на чертеже проставлен проверяемый размер. При выборе схем контрольного приспособления следует совмещать установочную и одну из измерительных баз детали, придавая им строго фиксированное положение. Другая измерительная база должна контактировать с измерительным элементом приспособления в установленном месте. При невыполнении этих условий возникает погрешность базирования и погрешность положения измерительного элемента, что снижает точность измерения проверяемой детали.

На рис.3.90, а показана схема базирования детали 3 в контрольном приспособлении при проверке ее диаметра в призме 2. Установочная база (образующая 1) не совмещена с измерительной базой (образующая 4), поэтому возникает погрешность базирования при измерении. Вторая измерительная база (образующая 5) занимает при проверке партии деталей разное положение по высоте относительно измерительного элемента 6. вызывая погрешность.

Рис. 3.90. Схемы базирования проверяемых деталей в контрольных приспособлениях без совмещения (а) и с совмещением (б) установочной и измерительной баз и с

одновременной проверкой размеров (в, г, д):

1, 4, 5, 7 − образующие; 2 − призма; 3 − деталь; 6, 12, 14 − измерительные элементы;

8 − наконечник датчика; 9. 10. 11, 13, 16 − поверхности детали; 15 – ползун

На рис. 3.90, б показана другая схема базирования детали в контрольном приспособлении, при использовании которой погрешности базирования и измерения равны нулю. Это достигается совмещением установочной и измерительной баз (образующая 7) и применением наконечника 8 датчика тарельчатой формы.

Использование многомерных приспособлений возможно, если одна поверхность детали служит установочной и измерительной базой для всех проверяемых размеров. Эти условия нередко обеспечивают пересчетом размеров и допусков детали. На рис.3.90, в показана схема базирования детали при одновременной проверке размеров Н₁, Н₂ и Н₃,. Поверхность 9 является установочной и общей измерительной базой для этих размеров. Для проверки размера Н₄ поверхность 9 служит установочной базой, а поверхность 10 − измерительной. Чтобы устранить погрешность базирования, можно использовать три варианта решения.

1. Вместо проверки размера Н₄ вводится проверка размера Н₅. Принимая Н₄ за замыкающее звено размерной цепи, получим Т₄= Т₃ + Т₅, откуда Т₅ = Т₄ – Т₃,. При Т₃ > Т₄ и невозможности уменьшить Т₃ размер Т₅ нужно проверять в другом приспособлении.

2. За измерительную и установочную базу принимается поверхность 11 (рис. 3.90, г), а измерительный элемент 12 подводится к поверхности 13. Деталь прижимается к боковой опоре силой Q.

3. Используется первое приспособление, в котором предварительно настроенный измерительный элемент 14 подводится ползуном 15 до упора в поверхность 16 (рис. 3.90, д).

На рис. 3.90 приведены расчетные формулы (см. рис. 3.90, а) и значения допусков (см. рис. 3.90, б—д), которые могут быть использованы для различных расчетов. В отдельных случаях, когда погрешность базирования меньше 0, 10...0, 15 допуска проверяемого размера (контроль неответственной продукции), можно применять схемы контроля при несовмещении установочных и измерительных баз, если это упрощает и удешевляет процесс контроля и применяемые контрольные приспособления.

Зажимные устройства в контрольных приспособлениях предупреждают смещения установленной для проверки детали (узла) относительно измерительного устройства и обеспечивают постоянный контакт установочных баз детали с опорами приспособления. Работа зажимного устройства контрольного приспособления существенно отличается от работы аналогичных устройств в станочных приспособлениях. Для предупреждения деформаций проверяемых изделий силы закрепления должны быть небольшими и стабильными. Необходимость в зажимных устройствах отпадает, если деталь занимает вполне устойчивое положение на опорах приспособления и усилие от измерительного устройства не нарушает этой устойчивости. Для повышения производительности контроля зажимное устройство выполняют быстродействующим и удобным для обслуживания.

В контрольных приспособлениях применяют ручные зажимные устройства (рычажные, пружинные, винтовые, эксцентриковые) и устройства с приводом (пневмозажимы), в которых сжатый воздух используется также и для привода вспомогательных механизмов приспособления (подъем, поворот или выталкивание детали).

Часто применяют комбинированные зажимные устройства, обеспечивающие одновременный и равномерный прижим контролируемых деталей к нескольким опорным элементам приспособления. Место приложения силы закрепления выбирают так, чтобы исключить недопустимые деформации детали и элементов контрольного приспособления. Колебания усилия зажима на показания измерительного прибора не должны превышать 5 % величины контролируемого параметра детали. При стабильной величине силы закрепления эта погрешность измерения постоянна и ее можно учесть в процессе настройки измерительного устройства по эталонной детали.

Измерительные устройства контрольных приспособлений делятся на предельные (бесшкальные) и отсчетные (шкальные). Особую группу составляют устройства, работающие по принципу нормальных калибров.

Предельные устройства не дают численного значения измеряемых величин, а все проверяемые изделия делят на три категории: годные, брак по переходу за нижнюю границу допуска и брак по переходу за верхнюю границу допуска. Иногда годные изделия разбивают на несколько размерных групп для селективной сборки, например подшипников качения.

В качестве простейших устройств применяют встроенные в контрольные приспособления жестко закрепленные или выдвижные предельные элементы (скобы, пробки, щупы). Примеры таких приспособлений для контроля размеров Н₁, Н₂ и Н₃, детали показаны на рис. 3.91.

Рис. 3.91. Контрольное приспособление с выдвижными предельными элементами (а)

и со стержневыми глубиномерами (б):

1, 2 − ступеньки детали

Эти устройства используют при сравнительно грубых допусках проверяемого размера: не выше 8...9-го квалитетов − жесткие элементы, не выше 11-го − выдвижные. Для контроля размеров заготовок с допусками более 0, 5 мм иногда применяют стержневые глубиномеры (рис. 3.91, б). Годность изделия соответствует положению верхнего торца стержня между ступеньками 1 и 2.

Широкое распространение получили электроконтактные датчики − их применяют в контрольных приспособлениях и контрольно-сортировочных автоматах. Схема контрольного приспособления с электроконтактным датчиком для одномерного контрольного приспособления приведена на рис. 3.92.

Если проверяемый размер D находится в поле допуска, то лампы 1 и 2 не загораются. Если размер D меньше минимально допустимого, то замыкаются нижние контакты и загорается лампа 1, если больше − лампа 2. Лампа 3 загорается при размыкании обоих контактов, т.е. когда детали годны. Сопротивления этой мостиковой схемы подобраны так, что при замыкании одного из контактов лампа 3 гаснет. Таким образом, на любой стадии работы приспособления горит одна из трех ламп. Неисправность схемы и перегорание ламп обнаруживается по отсутствию света. Электроконтактные датчики удобны для многомерных контрольных приспособлений светофорного типа.

Рис. 3.92. Контрольное приспособление с электроконтактными датчиками:

1, 2, 3 − лампы

Для сортировки деталей на размерные группы применяют многоконтактные электрические датчики двух типов: предельные и амплитудные. Первые применяют для контроля размеров, вторые − для контроля формы и расположения поверхностей детали. Датчики настраивают и периодически проверяют по эталону. Амплитудные датчики более долговечны и работают устойчиво.

Электроконтактные датчики обеспечивают точность измерения 1 мкм и ± 3 мкм, которая сохраняется до 25 тыс. измерений без регулирования датчиков. Предел измерения 1 мм, сила измерения 1...2 Н. Реже используют емкостные, индуктивные и фотоэлектрические датчики.

Стандартные приборы с отсчетными устройствами применяют при обычном и статистическом контроле. Они необходимы также для проверки настройки станков на размер.

В качестве отсчетных измерителей обычно используют индикаторы с рычажной или зубчатой передачами. По точности исполнения выпускаются индикаторы нулевого, первого и второго классов с погрешностью показаний соответственно 0, 01; 0, 015 и 0, 02 мм за один оборот стрелки. В приспособлении индикаторы крепят за ножку или за ушко на их задней крышке. Индикаторы могут быть с увеличивающей рычажной передачей. Для более точных измерений применяют микроиндикаторы с ценой деления 0, 002 мм и миниметры с ценой деления до 0, 001 мм.

Получили распространение также пневматические микрометры. Их использование в контрольных приспособлениях обеспечивает точность измерений 0, 2...0, 5 мкм. Пневматические микрометры применяют двух основных типов: с манометрами и с воздушными расходомерами (ротаметрами).

На рис. 3.93, а приведена принципиальная схема пневматического измерительного прибора ротаметрического типа с настольной пробкой для контроля отверстия. При настройке прибора, открывая и закрывая краны 11 и 5, проверяют поступление воздуха через фильтры 8 и 9 предварительной и окончательной очистки и стабилизатор 10 в трубку 7 измерительного устройства. На базовое кольцо 2 настольной пробки 7 устанавливают эталон 3, изготовленный по нижнему пределу допуска диаметра отверстия контролируемой детали.

Рис. 3.93. Пневматические контрольные приспособления:

а − ротаметр с настольной пробкой; б − микрометр дифференциального типа с сильфонами; 1 − настольная пробка; 2 − базовое кольцо; 3 − эталон; 4, 13 − указатели шкалы; 5 − верхний кран; 6 − поплавок; 7, 14 − трубки; 8, 9 − фильтры; 10 − стабилизатор; 11 − нижний кран;

12 − шкала; 15 − регулируемый клапан; 16 – электроконтактный датчик; 17, 21 − сильфоны;

18, 20 − сопла; 19 − планка; 22 − измерительный прибор; 23 − измерительное устройство;

24 − деталь

В процессе настройки прибора вращением кранов 11 и 5 регулируют подачу воздуха в трубку 7 и устанавливают поплавок 6 между указателями 4 и 13 шкалы 12. При положении поплавка 6 за нижней границей шкалы 12 открывают нижний кран 11. Если поплавок находится слишком высоко, то нижний кран 11 закрывают. Затем устанавливают эталон, изготовленный по верхнему пределу допуска. При положении поплавка 6 за верхней границей шкалы 12 открывают верхний кран 5 параллельного пропуска воздуха. Если поплавок находится слишком низко, то кран 5 закрывают. Если поплавок установился не у штрихов шкалы, соответствующих размерам эталона (что указывает на несоответствие передаточного отношения ротаметра установленному), то регулируют рабочее давление в стабилизаторе 10. При увеличении рабочего давления поплавок в ротаметре поднимается, при уменьшении − опускается. Смещение поплавка при необходимости компенсируют регулированием положения кранов.

На рис. 3.93, б показана схема пневматического микрометра высокого давления дифференциального типа с сильфонами. Питание этого прибора производится через стабилизаторы для создания постоянного давления сжатого воздуха. По трубке 14 воздух поступает в сильфоны 77 и 21 через сопла 20 и 18. Из сильфона 21 он подается к измерительному устройству 23, а из сильфона 77 − к регулируемому клапану 75. Давление в сильфоне 21 меняется в зависимости от размера детали 24, давление в сильфоне 77 устанавливается постоянным. Деформация сильфонов вызывает перемещение подвешенной на плоских пружинах планки 19, которая связана с измерительным прибором 22 (или с электроконтактными датчиками 16). Приборы описанного типа точны, малоинерционны, просты в эксплуатации и наладке.

Для выбора отсчетных измерительных устройств в зависимости от допусков и серийности производства необходимо учитывать их метрологические и экономические показатели. К метрологическим показателям относятся цена деления шкалы, предел измерения, чувствительность (т. е. отношение изменения сигнала на выходе к вызывающему его изменению измеряемой величины), погрешность показаний (отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины), порог чувствительности (наименьшее значение измеряемой величины, которое может вызвать изменение положения указателя прибора), период успокоения стрелки (этот параметр существенно влияет на производительность контроля), а также давление при измерении.

В измерительных устройствах применяются различные рабочие наконечники: для проверки плоскости или отверстия − сферические, для проверки сферы − плоские, для контроля наружных цилиндров − ножеобразные или сферические.

Иногда в контрольных приспособлениях в качестве калибров используют контурные, плоские или объемные шаблоны. Тогда оценка соответствия проверяемых деталей производится с помощью щупов или на просвет. Часто в приспособлениях этого типа проверяют взаимоположения контура измеряемой детали и базового отверстия с помощью контрольных скалок (пробок).

Вспомогательные устройства контрольных приспособлений имеют различное целевое назначение. В приспособлениях для проверки радиального или осевого биения применяют поворотные устройства, в приспособлениях для проверки прямолинейности или параллельности − ползуны для перемещения измерительных элементов. Для контроля правильности формы шеек цилиндрических деталей или соосности ступеней для вращения измеряемых деталей используют приводные механизмы, для установки и снятия деталей − подъемные устройства и выталкиватели. Многие из этих устройств выполняют аналогично соответствующим устройствам станочных приспособлений.

Специфичными являются передаточные устройства между контролирующим элементом и отсчетными измерительными средствами (индикатором, электроконтактным датчиком). Пример конструкции этого устройства показан на рис. 3.94, а.

Рис. 3.94. Вспомогательные устройства контрольных приспособлений со штифтом (а), с рычажной передачей (б), с плоской (крестообразной) стальной пружиной (е),

с рычажком для отвода (г):

1 − штифт; 2 − рычажная передача; 3 − крестообразная пружина; 4 − изделие;

5 − рычажок

Измерительные средства могут быть вынесены в удобное место, что предохраняет их от случайных повреждений в процессе работы, так как благодаря ограничивающим упорам ход штифта 1 меньше предела измерения индикатора. Для изменения направления линейного перемещения и передаточного отношения служат рычажные передачи 2 (рис. 3.94, б). Их монтируют на цилиндрических, конических и шаровых цапфах. Преимущество двух последних конструкций − возможность регулирования зазоров, возникающих в процессе изнашивания.

Применяется также подвеска рычагов на плоских крестообразных стальных пружинах 3 толщиной 0, 2... 0, 3 мм (рис. 3.94, в). Эта система не требует регулирования, так как в процессе ее работы изнашивания не происходит. Если измерительное устройство мешает установке и снятию контролируемых изделий 4, то его снабжают рычажком 5 для отвода (рис. 3.94, г) или выполняют в виде поворотного (отводимого) узла.

Корпус контрольного приспособления является его базовой деталью. Корпуса стационарных приспособлений выполняют в виде массивной и жесткой плиты или корпусной детали, на которой располагают основные и вспомогательные детали и устройства. Корпуса изготовляют из серого чугуна СЧ 12 или СЧ 15. Корпуса приспособлений для точных измерений необходимо подвергать старению или отливать из чугуна, стойкого к короблению (СЧ 25 или СЧ 30).

Простейшая схема контрольного приспособления − схема с жесткими предельными элементами для проверки высоты уступов (размеры Я, и И₇) ступенчатой детали, которую в процессе контроля передвигают по плите вручную (рис. 3.95).

Рис. 3.95. Контрольное приспособление с жесткими предельными элементами

Контроль производят от нижней базовой плоскости. (Схема приспособления с выдвижными предельными элементами для проверки размеров Н₁, Н₂ и Н₃ приведена также на рис. 3.93.)

На ручных контрольных приспособлениях с индикаторными измерительными устройствами проводится измерение диаметров, углов и длин, что обычно является относительным в сравнении с установочной мерой (эталоном), а измерение формы детали (огранка, волнистость) − почти всегда абсолютным. Геометрическая форма рабочих поверхностей установочных мер выдерживается с точностью 0, 3... 0, 5 мкм. При настройке контрольного приспособления передвижные указатели на измерительной головке располагают с учетом фактического размера установочной меры на расстоянии поля допуска контролируемой детали, и при контроле стрелка измерительной головки не должна выходить за указатели.

Универсальное приспособление для контроля деталей типа колец (рис. 3.96) применяется для измерения наружного и внутреннего диаметра, высоты, отклонения от круглости, конусообразности, отклонения от перпендикулярности образующих наружной и внутренней цилиндрических поверхностей к торцам, отклонения от параллельности торцов колен и других параметров круглых деталей.

Приспособление состоит из чугунной плиты 1, служащей предметным столом, и специального штатива 4 для закрепления измерительных средств 3. В качестве измерительного устройства обычно применяют микроиндикатор (реже миниметр) с ценой делений шкалы 0, 01; 0, 02 и 0, 001 мм. Поверхность плиты прибора тщательно отшабрена или отшлифована. На плите предусмотрены пазы 5 для закрепления в них упоров 2, предназначенных для установки контролируемых колец 6. Упоры можно перемещать вдоль пазов и закреплять в любом месте в зависимости от размера кольца, на которое настраивается прибор. Наконечники упоров (шариковые или дисковые) устанавливаются на любой высоте. Для измерения различных параметров измеряемого кольца контрольное приспособление имеет соответствующую оснастку (упоры, вилки и пр.).

Рис. 3.96. Конструкция (а) и схема настройки по эталону (б) универсального приспособления для ручного контроля колец:

I, II − положения действительного размера эталона; 1 − чугунная плита; 2 − упор,

3 − измерительное средство; 4 − штатив; 5 − паз плиты; 6 − контролируемое кольцо;

А − направление корректирования настройки при положении II; Б − действительный размер эталона; В − номинальный размер эталона; δ − поле допуска

Эталон 6 устанавливают на плиту 1 торцом и прижимают контролируемой поверхностью к упорам 2. Измерительные штифты измерительных средств 3 вводят в соприкосновение с эталоном и совмещают нулевые риски шкал головок с серединой поля допуска Δ _ср (положение I). Устанавливают показатели границ допуска в соответствии с заданным допуском на деталь: δ = Δ ₂ – Δ ₁, где Δ ₁ и Δ ₂ − наименьший и наибольший размер измеряемой детали.

При настройке по эталону контрольного приспособления, номинальный размер которого не совпадает с номинальным размером контролируемой детали (положение II), эту погрешность корректируют перемещением подвижной шкалы или самих измерительных средств до совмещения номинального размера детали и фактического размера эталона.

Многомерное пневматическое приспособление для контроля поршней показано на рис. 3.97. Контрольное приспособление, на котором одновременно измеряют диаметры головки и канавок под кольца в поршне 3, состоит из двух частей: устройства А для измерения и стойки Б с табло, на котором изображен поршень 3 с указанием контролируемых параметров. Для каждого параметра на табло предусмотрены по две сигнальные лампочки 4 (зеленого и красного цвета).

Рис. 3.98. Многомерное пневматическое приспособление для контроля поршней:

1 − опорные планки; 2, 6 − стойки; 3 − поршень; 4 − сигнальная лампочка;

5 − направляющие; 7 − основание; А − устройство для измерения; Б − стойка с табло

Контрольное приспособление собирают из основания 7 (с опорными планками 7) и стоек 2 и 6, на которых размешены направляющие 5 с измерительными соплами для прохода под давлением сжатого воздуха. При контроле на табло против обработанных поверхностей поршня в пределах установленного допуска зажигаются зеленые лампочки. При недопустимых отклонениях обработанных поверхностей зажигаются красные лампочки. Такое контрольное приспособление удобно использовать для разбраковки деталей, однако оно имеет недостаток − невозможность определить фактические отклонения обработанных поверхностей. Контрольное приспособление настраивают по эталонам, изготовленным по верхним и нижним пределам допуска отдельных параметров.

3.9. Приспособления для инструмента

Приспособления для металлорежущего инструмента разнообразны по видам и конструкциям. Эти приспособления обеспечивают не только установку и закрепление на станке режущего инструмента (резцов, сверл, разверток, метчиков, плашек, фрез и другого), но и регулирование его положения в процессе обработки, а также быструю замену в случае необходимости.

Некоторые приспособления дают возможность вести обработку несколькими инструментами одновременно, включают в свою конструкцию специальные устройства, предохраняющие инструмент от поломок, а также конструктивные элементы компенсации износа инструмента и устройства его автоматической подналадки.

Приспособление для металлорежущего инструмента оказывает непосредственное влияние на точность обработки. От точности изготовления приспособлений зависит погрешность расположения режущего инструмента на станке, что во многих случаях определяет погрешности формы и размеров обработанных деталей.

Критерием оценки необходимости применения приспособлений для металлорежущего инструмента является минимальная себестоимость обработки.

Основные требования к приспособлениям для металлорежущего инструмента следующие:

· крепление режущего инструмента с необходимой точностью, жесткостью и виброустойчивостью;

· возможность регулирования положения режущих кромок относительно координат технологической системы станков;

· расширение технологических возможностей станков;

· концентрация технологических переходов;

· удобство в эксплуатации (быстросменность, простота обслуживания и наладки);

· технологичность изготовления.

Приспособление выбирается, как правило, к имеющемуся станку по уже выбранному режущему инструменту для данного перехода (операции) технологического процесса. Оно должно иметь установочные поверхности и элементы крепления, соответствующие режущему инструменту, а также поверхности установки и элементы крепления, соответствующие посадочным местам станка. Поэтому при выборе приспособления необходимо:

· предварительно определить конструкцию режущего инструмента, форму и конструктивные особенности его установочных поверхностей и элементов крепления;

· предварительно установить вид и характер посадочного места данного станка, форму установочных поверхностей, особенности элементов и требуемый характер крепления;

· сравнить соответствующие данные установочных поверхностей и элементов крепления режущего инструмента и посадочного места станка;

· подобрать по соответствующим ГОСТам или нормалям (или спроектировать) приспособление, которое по своим данным соответствовало бы и режущему инструменту, и станку, т.е. являлось бы согласующим промежуточным звеном между режущим инструментом и станком;

· проверить соответствие выбранного приспособления характеру выполняемого перехода (операции) технологического процесса.

Рассмотрим различные конструкции приспособлений для металлорежущего инструмента.

Трехкулачковые бесключевые сверлильные патроны (рис. 3.99) предназначены для закрепления сверл и других стержневых инструментов. Патроны позволяют крепить инструмент рукой без ключа, хорошо центрируют инструмент и надежно удерживают его при работе. Патроны могут иметь хвостовик с нормальным конусом Морзе или выполняются с внутренним укороченным конусом Морзе.

Корпус 1 патрона имеет на наружной поверхности сетчатую накатку. Внутри корпуса вставлена и втулкой 6 закреплена обойма 3, в трех пазах которой под углом 120° размещены кулачки 2, которые своими Т-образными торцами вставлены в Т-образные радиальные пазы головки винта 5. Винт связан с втулкой 8 левой резьбой. При вращении рукой корпуса 1 по часовой стрелке вместе с ним вращается обойма 3 с кулачками, находящимися в пазах обоймы.Кулачки своими торцами передают вращение винту 5, который вывинчивается из втулки 8 и смещает кулачки в осевом направлении. Скользя по внутренней конической поверхности конуса, кулачки сближаются и закрепляют инструмент.

В процессе работы винт 5 под действием крутящего момента резания стремится вывернуться из втулки 8, что увеличивает силы, закрепляющие инструмент, а следовательно, увеличивается надежность его крепления. Чтобы уменьшить силы трения при закреплении или раскреплении инструмента, между буртами втулки 8 и втулки 6 размещены шарики 4. Благодаря шарикам легко раскрепить инструмент даже при очень сильном его закреплении.

Для смены инструмента корпус 1 поворачивается против часовой стрелки, при этом винт 5 ввинчивается во втулку 8 и Т-образными пазами головки тянет кулачки 2. Скользя заплечиками по пазам обоймы 3, кулачки размыкаются и освобождают инструмент. Кольцо 7, запрессованное на конце втулки 8, позволяет удерживать патрон при закреплении и раскреплении инструмента, а также предохраняет патрон от повреждений. При необходимости хвостовик 9 может быть запрессован в отверстие втулки 8.

При сверлении отверстий большой глубины с высокими режимами резания применяют сверла с внутренними отверстиями, через которые СОЖ подводится к режущим кромкам инструмента. Такие сверла крепятся в специальных патронах.

Патрон с торцовым уплотнением (рис. 3.100) обеспечивает подвод СОЖ к инструменту через отверстие в шпинделе.

Вращающаяся втулка 15 патрона закрепляется на шпинделе 1 станка винтами 2. В канавках посадочного отверстия втулки расположены уплотнительные кольца 16. В нижнюю торцовую поверхность втулки 15 упирается текстолитовое кольцо 9, связанное штифтами 10 с корпусом 6, который смонтирован на подшипниках 5 и 7 и при вращении втулки 15 остается неподвижным. Сверху к корпусу винтами 4 прикреплена крышка 13. Палец 12 с роликом 11 скользит при осевом перемещении шпинделя по упорной планке, закрепленной на станине станка, и удерживает патрон от вращения.

СОЖ подводится к патрону через штуцер 8 и далее поступает к инструменту через кольцевую канавку и отверстия в текстолитовом кольце 9, а также через кольцевую канавку, отверстия втулки 15 и отверстие шпинделя. Уплотнение между торцом втулки 15 и кольцом 9 образуется при сжатии пружин 3 болтами 14. При работе патрона дополнительное уплотнение создается подаваемой СОЖ, которая действует на свободную поверхность кольца 9, поджимая его к торцу вращающейся втулки. Величина давления в зоне контакта торцовых поверхностей втулки и кольца определяется отношением площади контакта к площади свободной поверхности кольца 9, на которую давит подаваемая жидкость.

Рис. 3.100. Патрон с торцовым уплотнением для подачи СОЖ под

высоким давлением:

1 − шпиндель; 2, 4 − винты; 3 − пружина; 5, 7 − подшипники; 6 − корпус патрона;

8 − штуцер; 9 − текстолитовое кольцо; 10 − штифт; 11 − ролик; 12 − палец;

13 − крышка патрона; 14 − болт; 15 − втулка: 16 − уплотнительное кольцо

Уплотнительное кольцо 9 в патроне выполнено из текстолита ПТК, стабильно работающего при скорости скольжения. До 330 м/с при удельном давлении до 11 МПа.

Для достижения требуемой точности обработки развертки крепятся в самоустанавливающиеся патроны, которые обеспечивают перемещение инструмента с целью достижения соосности инструмента и обрабатываемого отверстия.

Применяют три вида самоустанавливающихся патронов: качающиеся, плавающие, качающиеся и плавающие одновременно.

Качающийся патрон (рис. 3.101, а) закрепляют в шпинделе станка коническим хвостовиком в корпусе 1. В отверстии корпуса на штифте 4 с некоторым зазором установлена втулка 5 с коническим отверстием под хвостовик развертки. Шарик 3 и подпятник 2 образуют осевую опору втулки 5. При работе втулка может качаться в пределах имеющегося зазора (в результате чего развертка поворачивается на некоторый угол относительно оси шпинделя), а следовательно, обеспечивает совмещение оси развертки с осью обрабатываемого отверстия.

Плавающие патроны обеспечивают свободное совмещение оси развертки с осью обрабатываемого отверстия без перекоса инструмента. Корпус 15 патрона (рис. 3.101, б) с коническим отверстием под инструмент размещен в выточке хвостовика 14, которым патрон крепится в шпинделе станка. Во фланце корпуса запрессованы два штифта 11, на которые надеты втулки 12. Такие же два штифта 6 запрессованы в двух диаметрально противоположных отверстиях торца хвостовика 14. На штифтах 6 также находятся втулки.

Между фланцем корпуса и торцом хвостовика расположено поводковое кольцо 13, в четырех гнездах которого размещены шарики 16, передающие осевое усилие инструмента через фланец корпуса на торец хвостовика. В поводковом кольце имеются также четыре паза, в которые входят втулки штифтов 11 и 6. При работе патрона крутящий момент от хвостовика 14 к корпусу 15 передается через штифты 6, поводковое кольцо 13 и штифты 11.

Фланец корпуса поджимается к торцу хвостовика гайкой 7, соединенной с хвостовиком резьбой. Между гайкой и фланцем корпуса для уменьшения трения расположены шарики 10. Шарики размешены в сепараторе между двумя кольцами 9. Втулка 8 на корпусе предохраняет патрон от загрязнений. Конструкция патрона исключает перекос инструмента при работе и допускает смещение («плавание») корпуса 15 с инструментом в плоскости, перпендикулярной к оси вращения, на величину до 1, 5 мм.

Патроны для крепления разверток с цилиндрическим и коническим хвостовиками допускают как угловые смещения инструмента («качание»), так и радиальные его смещения в плоскости, перпендикулярной к оси («плавание»), В шпинделе станка патрон закрепляется хвостовиком 17 (рис. 3.101, в). Между торцом хвостовика и торцом втулки 22 на шайбе 21 установлены в сепараторе 20 шарики, через которые хвостовик воспринимает от втулки осевую силу резания при работе инструмента.

Крутящий момент от хвостовика к втулке передается через поводок 25, имеющий по концам закругленные шестигранные выступы, грани которых сдвинуты относительно друг друга на 30°. Верхний выступ поводка входит в шестигранное отверстие хвостовика, а нижний − в аналогичное отверстие втулки 22. Втулка поджимается к хвостовику пружиной 19, которая действует на фланец гайки 18, связанной резьбой с втулкой 22. Инструмент в патроне закрепляется с помощью гайки 23, которая при вращении по резьбе втулки 22 смещает в осевом направлении цангу 24.

Подвижный патрон для крепления плашек (рис. 3.102) состоит из направляющей оправки 4 с конусным хвостовиком и подвижной втулки-плашкодержателя 2 с пятью винтами 1 для крепления плашки.

Рис. 3.102. Подвижный патрон для крепления плашек и метчиков со втулкой:

1 − винт; 2 − подвижная втулка-плашкодержатель; 3 − рукоятка;

4 − направляющая оправка

Конец рукоятки 3, ввинченной во втулку, служит шпонкой и входит в паз оправки. Оправка своим хвостовиком вставляется в отверстие пиноли задней бабки, обеспечивая тем самым хорошее центрирование плашки при нарезании резьбы. К одной оправке целесообразно иметь несколько втулок, что позволит заранее установить и закрепить во втулках различные плашки. Набор настроенных втулок дает возможность во время работы быстро заменять плашки (путем смены втулок) без лишних потерь времени на переналадку.

Резьбонарезные головки применяют для нарезания наружной и внутренней резьбы на револьверных, токарных, сверлильных, агрегатных, болторезных станках. Головки позволяют регулировать средний диаметр нарезаемой резьбы и допускают установку в одном корпусе различных гребенок, что делает инструмент универсальным.

Принцип устройства и работы винторезных головок одинаков, видоизменяется лишь конструктивное оформление узлов в соответствии с назначением головок. Резьбообразующим элементом в головке являются четыре дисковые резьбовые гребенки 2 с кольцевыми витками и заборным конусом (рис. 3.103, а). Гребёнки располагаются на специальных кулачках 4 равномерно по окружности и на равном расстоянии от центра, определяемом диаметром нарезаемой резьбы. Опорная поверхность кулачков имеет наклон, что обеспечивает расположение гребёнок под углом φ наклона резьбы к оси головки. Витки каждой гребёнки смещены в осевом направлении относительно витков другой гребёнки на 1/4 шага. Таким образом, гребёнки определённого шага резьбы образуют комплект, в котором каждая гребёнка имеет свой номер и устанавливается на определённое место в головке.

Гребенки в комплекте отличаются между собой условным расстоянием от базового торца гребенки до оси впадины резьбы, которое возрастает для ряда гребенок 1, 2, 3, 4,..., n на 1/ n части шага. Гребенки 2 устанавливают на кулачки с помощью специальных звездочек 3, позволяющих поворачивать гребенку на некоторый угол после перетачивания.

Крепление гребенок к кулачкам осуществляется винтами 1. Кулачки 4 расположены в Т-образных пазах корпуса 6 и находятся под воздействием пружин 5, которые упираются в штифты 13, связанные с кулачками. Пружины стремятся отвести кулачки с гребенками от центра и поджимают кулачки скошенными торцами к наклонным опорным поверхностям 16

Рис. 3.103. Невращающаяся винторезная головка в рабочем положении (а) и

с открытыми гребенками (б):

1, 15 − винты; 2 − гребенки; 3 − звездочка; 4 − кулачок; 5, 11 − пружины; 6 − корпус головки;

7 − обойма; 8, 13 — штифты; 9 − кольцо; 10 − хвостовик; 12 − рукоятка;

14 − заготовка; 16 − поверхность обоймы; 17 − поверхность кулачка;

18 − обработанная деталь

обоймы 7. Поворотом обоймы относительно корпуса регулируют диаметр нарезаемой резьбы. Этот поворот осуществляется винтами 15, которые расположены в обойме и упираются в выступ кольца 9, имеющего штифт 8, входящий в отверстие корпуса 6. При повороте кольца 9 корпус с кулачками также поворачивается, положение опорной точки кулачков относительно наклонной опорной поверхности обоймы изменяется, и гребенки смещаются в радиальном направлении. Головка настраивается обычно по эталонному винту или проходному резьбовому калибру.

Головка закрепляется на станке хвостовиком 10, который находится в отверстии корпуса; выступ хвостовика входит в паз корпуса. Пружина 11 поджимает корпус к хвостовику. Рукоятка 12 находится в исходном положении. При нарезке резьбы подача головки равна (или больше) шагу нарезаемой резьбы. Для работы с подачей, большей чем шаг резьбы, головка в станке должна крепиться с помощью компенсирующего патрона.

Незадолго до конца рабочего хода подачу головки прекращают. Хвостовик с обоймой останавливается, а гребенки вместе с корпусом, увлекаемые вращающейся заготовкой, продолжают двигаться вдоль ее оси, нарезая резьбу (самозатягиваются).

Рабочие поверхности 17 кулачков выходят из обоймы, кулачки вместе с гребенками под действием пружин расходятся в радиальном направлении (рис. 3.103, б), скосы кулачков сдвигают обойму в сторону хвостовика. С разведенными кулачками головка отводится от обработанной детали 18.

В рабочее положение гребенки возвращаются поворотом рукоятки 12 с эксцентриком, палец которого входит в продольный паз корпуса головки. При повороте рукоятки обойма надвигается на скосы кулачков и сжимает кулачки вместе с гребенками к центру в исходное рабочее положение. При необходимости разведение гребенок в конце рабочего хода может быть выполнено вручную поворотом рукоятки с эксцентриком без отключения подачи.

Быстродействующие патроны для фрез используют при работах, связанных с частой сменой инструмента. Патроны позволяют менять инструмент без применения шомпола, что сокращает время на замену инструмента в 2 − 3 раза. На рис. 3.104 патрон показан с переходным фланцем 4, который винтами 6 крепится к торцу шпинделя фрезерного станка.

Рис. 3.104. Быстродействующий патрон для фрез:

1 − втулка; 2 − гайка; 3, 5, 6 − винты; 4 − переходной фланец; 7 − фреза

Торцовые шпонки шпинделя входят в соответствующие пазы фланца и передают на него крутящий момент. В отверстии фланца выполнены два паза под соответствующие выступы на втулке 1, в которой винтом 5 крепится фреза 7. С фланцем связана гайка 2, имеющая винт 3, входящий в канавку на фланце, которая выполнена на половине окружности фланца. Винт ограничивает поворот гайки на половину окружности.

На гайке выполнены два паза, аналогичные пазам фланца 4. Совместив пазы на гайке и фланце, втулку 1 с фрезой можно вставить в шпиндель. Если после этого гайку 2 повернуть по часовой стрелке, то фланец гайки войдет в проточку, имеющуюся на втулке, и гайка затянет втулку с инструментом в гнезде шпинделя станка.

Конструкция оправки с микрометрическим регулированием положения резца D_p (рис. 3.105) состоит из корпуса 2, на переднем торце которого имеется наклонное отверстие под державку 6 с квадратным сквозным отверстием для резца 7.

Рис. 3.105. Оправка с микрометрическим регулированием вылета резца

с помощью резьбовой пары:

1 − шпонка державки; 2 − корпус оправки; 3 − толкатель; 4 − пружина; 5 − лимб-гайка;

6 − державка; 7 − резец; 8, 9 − винты

На державке выполнена резьба, на которую навинчена лимб-гайка 5 со шкалой. Державка для предотвращения поворота снабжена шпонкой 1, которая скользит по шпоночному пазу, имеющемуся в отверстии корпуса 2. Пружина 4 и толкатель 3 постоянно прижимают лимб-гайку 5 к плоскости корпуса 2. Резец 7 предварительно устанавливается в пазу державки 6 и фиксируется винтом 8, жестко соединяющим резец с державкой. Вылет резца регулируется поворотом лимба-гайки на некоторый угол, соответствующий определенному числу делений лимба. Цена одного деления лимба равна радиальному перемещению резца на 0, 01 мм. Винт 9 служит для окончательного фиксирования державки и резца в заданном положении. Предварительная настройка на размер производится на приборе вне станка, а окончательная подналадка − по пробному проходу.

Конструкции приспособлений для крепления инструмента на станках с ЧПУ состоят из двух основных элементов: поверхности для установки самого приспособления на станке и присоединительных поверхностей для установки режущего инструмента. Устройства, осуществляющие автоматическую смену

1 − оправка; 2 − шпиндель; 3 − шпиндельная бабка; 4 − общий корпус; 5 − поршень;

6 − палец; 7 − бесконтактный датчик; 8 − коническое колесо; 9 − стержень;

10 − зубчатая передача; 11 − обойма; 12 − сухарь; 13 − резец; 14 − крышка механизма перемещения резца; 15 − переходник; 16 − кольцо корпуса оправки; 17 − подпружиненный упор

инструмента и его крепление на станке, определяют конструкцию хвостовика, который должен быть одинаковым для всех приспособлений к данному станку.

Приспособление для растачивания с подналадкой резца по данным измерений показано на рис. 3.106. В приспособлении используется головка с микрометрическим регулированием и клиновой механизм. Оправка 1 устанавливается в шпинделе 2. На корпусе оправки имеется кольцо 16 с рифлениями для возможности отсчета числа оборотов шпинделя с помощью бесконтактного датчика 7.

На оправке расположено коническое колесо 8, во впадины зуба которого может входить палец 6 стопорного устройства, работающего от пневмоцилиндра двойного действия, который управляется двухпозиционным трехходовым клапаном с приводом от электромагнита (на рисунке не показан). Команда на электромагнит поступает от системы ЧПУ станка. Поршень 5 снабжен регулировочной гайкой, необходимой для установки пальца 6 так, чтобы он, войдя во впадину колеса 8, образовал зазор 0, 05...0, 15 мм.

Пневмоцилиндр с поршнем 5 и бесконтактный индуктивный датчик 7 располагаются в общем корпусе 4, устанавливаемом на шпиндельной бабке 3.

Подналадка положения резца 13 выполняется после измерения обработанного отверстия. По команде системы ЧПУ палец 6 входит во впадину колеса 8. Число оборотов шпинделя, необходимое для выдвижения резца на величину коррекции размера, отсчитывается при низкой частоте вращения шпинделя.

Вращение шпинделя 2 через двухступенчатую дифференциальную передачу с остановленным колесом 8 кинематически преобразуется во вращение стержня 9, который через передачу 10 вращает обойму 11 с внутренней резьбой. При вращении обоймы 11 сухарь 12 с наружной резьбой перемещается вдоль оси и своим выступом выдвигает резец 13, который для исключения зазоров прижимается к сухарю 12 подпружиненным упором 17. Механизм перемещения резца закрывается крышкой 14.

При необходимости замены резца или перемещения на несколько миллиметров необходимо ослабить винты в переходнике 15, чтобы стержень 9 вышел из зацепления с выходным валом дифференциальной передачи. После этого для замены резца следует повернуть обойму 10 до полного его перемещения внутрь головки, после чего возможно его извлечение. При значительном изменении диаметра обработки обойму 11 вращают до необходимого выдвижения резца, пользуясь градуированной шкалой с ценой деления 0, 02 мм.

Для закрепления инструмента на высокоскоростных станках с ЧПУ применяются соединения по «горячей» посадке с натягом типа , образуемые соединением нагретых деталей.

Действие зажимных патронов для закрепления по «горячей» посадке основано на том, что при нагревании посадочное отверстие увеличивается в диаметре. Хвостовик закрепляемого инструмента вставляется в это расширенное отверстие патрона (рис. 3.107). При охлаждении до комнатной температуры диаметр отверстия патрона возвращается к нормальному размеру, при этом возникают очень большие зажимные усилия. Если закрепить инструмент с усилием в диапазоне упругих деформаций материала патрона, то закрепление может быть повторено многократно с постоянными характеристиками.

Главные преимущества такой системы:

· быстрое закрепление и раскрепление инструмента;

· большие значения сил закрепления;

· отсутствие центробежных сил при больших частотах вращения;

· маленькие габариты патрона;

· высокая точность закрепления за счет изготовления посадоч­ного отверстия с концентричностью 0, 003 мм относительно оси хвостовика патрона.

Одним из вариантов практического использования «горячих» посадок является нагревание зажимных патронов токами высокой частоты.

Рис. 3.107. Зажимной патрон для закрепления инструмента

по горячей посадке

Рис. 3.111. Приспособления для смены заготовок вне рабочей зоны станка (траектория движения инструмента показана штрихпунктирной линией)