54. Вспомогательный инструмент для сверлильных станков.

Отдельную группу приспособлений для крепления в шпинделе станка сверл, зенкеров, разверток составляют оправки, патроны, переходные втулки, цанги, которые называются вспомогательным инструментом. Вспомогательный инструмент должен обеспечивать быстроту установки и надежность крепления инструмента.

Конические посадочные отверстия у шпинделей для установки и закрепления в них режущих инструментов с коническими хвостовиками, а также приспособлений выполняют согласно ГОСТ 2847–67, применяя конусы Морзе (рис. 3.1).

На рис. 3.2, а показано непосредственное закрепление сверла в коническом отверстии шпинделя с помощью силы трения. Лапка сверла входит в паз шпинделя. В случае, когда режущий инструмент имеет конический хвостовик малых размеров, необходимо пользоваться переходными коническими втулками (рис. 3.2, 6). Втулки центрируются в отверстии шпинделя (или одна в другой) по коническим поверхностям.

Сверла, зенкеры и развертки с цилиндрическим хвостовиком и лапкой обычно закрепляют, применяя разрезные конусные втулки (рис. 3.2, в) как непосредственно в шпинделях станков, так и при помощи переходных втулок. Разрезные втулки с переходными оправками (рис. 3.3) можно использовать взамен специальных удлиненных сверл и зенкеров для обработки отверстий в труднодоступных местах.

Кроме того, втулки описываемой конструкции служат для закрепления различных инструментов в быстросменных патронах с помощью нормальных вставок (рис. 3.4), а также для закрепления сверл в многошпиндельных головках. При этом упрощается конструкция головок за счет малого вылета сверл и отсутствия дополнительных зажимных устройств.

Разрезные втулки обеспечивают более точную установку (центрирование) инструментов, чем цанговые или кулачковые патроны.

Втулки изготавливают из стали 65Г или У8, закаленной до твердости 56–61 HRCэ.

Патроны являются более универсальными приспособлениями, чем втулки. Они дают возможность быстро и надежно закрепить режущий инструмент.

Широкое применение получили сверлильные двух- и трехкулачковые патроны, в которых инструмент с цилиндрическим хвостовиком закрепляют при помощи ключа (рис. 3.5). Призматические кулачки 2 и 3 двухкулачкового патрона, расположенные в корпусе 1, перемещают винтом 4, имеющим правую и левую нарезки и квадратное отверстие под ключ (рис. 3.5, а). При вращении ключа с помощью винта кулачки сближаются или расходятся, что позволяет закреплять или освобождать режущий инструмент.

Сверлильный трехкулачковый патрон (рис. 3.5, б, в) состоит из корпуса 2, втулки 3, кулачков 6 и кольца 4. На верхней части кулачков нарезана резьба, которая соединена с резьбой на кольце 4, запрессованном во втулке 3. Эту втулку при закреплении сверла вначале вращают вручную, а затем ключом 5, на конце которого имеется шестерня, зацепляющаяся с зубьями торца втулки 3. Ключом поворачивают втулку, и тем самым, кулачки 6 перемещаются, их концы сближаются, центрируют и зажимают инструмент, а при обратном вращении рукоятки 5 происходит освобождение сверла. Для установки в шпиндель стайка у патронов имеется конический хвостовик 1.

Сверлильные патроны с ключом имеют ряд недостатков: необходимость применения ключей для закрепления инструмента, быстрый износ резьбы и кулачков, сравнительно малая степень точности центрирования инструмента, ослабление силы закрепления инструмента во время его работы, сложность изготовления.

Сверлильные трехкулачковые бесключевые патроны (рис. 3.6) предназначены для закрепления сверл и других инструментов с диаметром хвостовика от 2 до 12 мм. Патроны дают возможность закреплять инструмент вручную без ключа, хорошо центрируют инструмент и надежно удерживают его при работе.

Корпус 1 патрона имеет на наружной поверхности накатку. Между корпусом и втулкой 6 установлена обойма 3, в трех пазах ее под углом 120° расположены три кулачка 2. В Т-образные пазы головки винта 5 входят Т-образные головки кулачков. Винт соединен с втулкой 8 левой резьбой. При вращении корпуса 1 по часовой стрелке одновременно вращается обойма 3 с кулачками. Кулачки своими торцами передают вращение на винт 5, вывинчивая его из втулки 5. Благодаря этому происходит смещение кулачков в осевом направлении. Кулачки, перемещаясь по внутренней конической поверхности корпуса, сближаются и производят зажим инструмента. Во время работы винт 5 стремится вывинтиться под воздействием момента силы резания, увеличивает тем самым эту силу, а следовательно, и надежность закрепления инструмента. Для уменьшения силы трения при зажиме или разжиме инструмента между буртиками втулок 8 и 6 размещены шарики 4 (32 шарика диаметром 2,5 мм).

Для смены инструмента корпус 1 вращают против часовой стрелки, при этом винт 5 ввинчивается во втулку 8 и Т-образными пазами головки действует на кулачки 2, освобождая инструмент. Кольцо 7, запрессованное на втулке 8, удерживает патрон при зажиме и разжиме инструмента. Патрон имеет хвостовик 9, который запрессован в отверстии втулки 8.

Цанговые патроны (рис. 3.7) используют для закрепления сверл малого диаметра с цилиндрическим хвостовиком.

Патрон состоит из корпуса 1 с хвостовиком, цанги 2 и гайки 3. Цанга расположена в отверстии корпуса и конусом сопрягается с внутренним конусом отверстия. На ее резьбовую часть навинчивается зажимная гайка 3. В цанге имеются три разреза, расположенные под углом 120° друг к другу. При завинчивании гайки цанга входит конической частью в коническое отверстие корпуса и сжимается, закрепляя инструмент. При вывинчивании гайки цанга, упруго деформируясь, разжимается и освобождает инструмент. Материал цанги – сталь 65Г или У8А; твердость 59–63 HRCэ.

Цанговые патроны надежно и достаточно точно закрепляют инструмент. Однако надо иметь в виду, что отклонение диаметра зажимаемого цилиндрического хвостовика от диаметра отверстия цанги не должно превышать ±0,1 мм. При несоблюдении этого условия цанговый патрон работает плохо.

При обработке деталей, в которых необходимо последовательно выполнять сверление, зенкерование, развертывание, нарезание резьбы и другие операции, приходится часто менять режущий инструмент. Для сокращения времени на смену инструмента применяют быстросменные патроны, дающие возможность быстро заменить инструмент, в ряде случаев без остановки вращения шпинделя. В настоящее время используются быстросменные патроны с ведущими шариками, ведущим штифтом и поводковые.

На рис. 3.8 приведен быстросменный патрон с ведущими шариками, применяемый для легких работ. Его конструкция проста и допускает смену инструмента без остановки шпинделя станка. Корпус патрона закрепляют хвостовиком 1 в шпинделе станка. В цилиндрическом отверстии корпуса расположена сменная втулка 6 с конусом для инструмента. Вращательное движение от корпуса патрона втулке передают два шарика 4, находящиеся в поперечных гнездах корпуса. Для замены втулки 6 с режущим инструментом приостанавливают вращение обоймы 3, взяв ее за рифленую поверхность, и поднимают обойму вверх до упора в пружинное кольцо 2, заложенное в паз корпуса. Перемещение обоймы 3 вниз огра­ничено вторым пружинным кольцом 5.

Для крепления инструментов с цилиндрическим хвостовиком диаметром от 3 до 16 мм в быстросменном патроне могут использоваться цанговые вставки (рис. 3.9). Цанговая вставка состоит из втулки 1, цанги 2 и гайки 3. Закрепление инструмента осуществляется так же, как и в цанговом патроне.

Высокая точность обработки отверстий разверткой достигается при постоянной установке детали. Если сверление отверстия и последующее его развертывание выполняется с переустановкой обрабатываемой детали, то при этом оси обрабатываемого отверстия и развертки, как правило, не совпадают. При жестком креплении развертки несовпадение осей отверстия и инструмента приводит к снижению точности обработки и появлению брака. Чтобы избежать этого, для крепления разверток применяют самоустанавливающиеся патроны, которые обеспечивают возможность перемещения инструмента с целью достижения соосности.

Конструктивно различают три типа патронов: 1) качающиеся, дающие возможность развертке устанавливаться под некоторым углом к оси шпинделя; 2) плавающие, допускающие перемещение развертки в направлении, перпендикулярном к ее оси, и самоустановку в отверстии; 3) качающиеся и плавающие, позволяющие осуществлять в одинаковой степени угловое смещение развертки и смещение в направлении, перпендикулярном к оси шпинделя станка.

Качающийся патрон для развертки (рис. 3.10) закрепляют в шпинделе станка с помощью конического хвостовика 1. В отверстии корпуса 4 штифтом 5 с некоторым зазором закреплена качающаяся державка 6 инструмента. Шарик 3 и подпятник 2 образуют осевую опору державки. Развертка, вставленная в такой патрон, имеет возможность самоустанавливаться, поворачиваясь на некоторый угол относительно оси шпинделя, и следовать в направлении оси обрабатываемого отверстия.

На рис. 3.11 приведен плавающий патрон, который дает возможность совместить оси инструмента и обрабатываемого отверстия.

Корпус 8 патрона с коническим отверстием под инструмент размещен в выточке хвостовика 7, которым патрон крепится в шпинделе станка. Во фланце корпуса запрессованы два штифта 4, на которых надеты втулки 5. Такие же два штифта 9 запрессованы в двух диаметрально противоположных отверстиях торца хвостовика 7. На штифты 9 надеты втулки. Между фланцами корпуса и торцом хвостовика расположено поводковое кольцо 6, в его четырех гнездах установлены шарики 11, передающие осевую нагрузку через фланец корпуса на торец хвостовика. Поводковое кольцо имеет также четыре паза, в которые входят втулки штифтов 4 и 9. В процессе работы патрона крутящий момент от хвостовика 7 к корпусу 8 передастся через штифты 9, поводковое кольцо 6 и штифты 4.

Поджим фланца корпуса к торцу хвостовика осуществляют гайкой 10. Для уменьшения трения между гайкой и фланцем корпуса установлены шарики 3, расположенные между двумя кольцами 2. Втулка 1 на корпусе предохраняет патрон от загрязнений. Конструкция патрона исключает перекос инструмента и допускает смещение корпуса 8 с инструментом в плоскости, перпендикулярной к оси вращения, до 1,5 мм.

Качающиеся и плавающие патроны (рис. 3.12) обеспечивают возможность углового и радиального смещения развертки относительно оси хвостовика. Между торцовыми поверхностями хвостовика 1 и корпуса 6 вмонтирован упорный шарикоподшипник 3, воспринимающий осевую силу резания. Хвостовик передает крутящий момент корпусу поводком 5, заканчивающимся двумя скругленными шестигранными выступами, грани которых, будучи сдвинутыми друг относительно друга на 30°, входят в шестигранные углубления хвостовика и корпуса. Детали патрона скрепле­ны гайкой 4, навинченной на корпус, и пружиной 2. Упорный шарикоподшипник обеспечивает возможность смещения втулки с инструментом перпендикулярно к ее оси, а торцовые поверхности головок поводка – наклон относительно оси. Этим компенсируется несовпадение оси шпинделя станка и оси обрабатываемого отверстия.

Различают два способа нарезания резьбы – самозатягиванием и с принудительной подачей метчика. При самозатягивании нет принудительной подачи, при которой метчик перемещается в направлении подачи под действием сил самозатягивания. Этот способ применяют при работе на небольших станках, у которых при отключении привода подачи шпиндель легко перемещается. Крепление метчика выполняют жестким. На крупных станках при самозатягивании возникают большие силы сопротивления движению, поэтому прибегают к принудительной подаче метчика. При нарезании резьбы с принудительной подачей возникает несовпадение подачи шпинделя и шага нарезаемой резьбы. Поэтому обязательным является применение компенсирующих патронов. Конструкция этих патронов обеспечивает метчику при нарезании резьбы некоторую независимость осевого перемещения.

При нарезании резьбы в глухих отверстиях или в деталях из труднообрабатываемых материалов возникает реальная опасность перегрузки и поломки инструмента из-за его упора в дно нарезаемого отверстия, затупления, защемления стружкой и т. п. Поэтому применяют предохранительные самовыключающиеся патроны, которые настраивают на допускаемую величину крутящего момента. Эти патроны автоматически выключаются, как только момент сил сопротивления превышает установленный момент. В тех случаях, когда ось метчика трудно совместить с осью отверстия, например при нарезании резьбы в отверстиях крупных деталей на радиально-сверлильных станках, применяют плавающие самоцентрирующие патроны. На тех станках, которые не имеют обратного вращения шпинделя, метчик крепят с помощью предохранительных реверсивных патронов.

Простейший патрон 1 для жесткого стопорения метчика 2 показан на рис. 3.13. Отверстие в патроне выполняют по диаметру хвостовика метчика. Жесткое крепление метчиков в ряде случаев целесообразно выполнять в быстросменных патронах с переходными втулками.

Пружинно-кулачковый патрон для нарезания резьбы в глухих отверстиях приведен на рис. 3.14. Как обычно, хвостовиком 1 патрон крепится в шпинделе станка. Внизу хвостовика расположена втулка 10 с гнездом для установки метчика и с винтом 11 для его крепления. В гнездах втулки 10 находятся три шарика 8, которые входят в кольцевую канавку хвостовика и тем самым фиксируют положение втулки в осевом направлении. Штифтом 12 на втулке закреплена нижняя полумуфта 9, кулачки которой входят в зацепление с кулачками верхней полумуфты 7, установленной в средней части хвостовика на шпонке 6, пружина 5 находится под натяжением. Натяжение пружины создают гайкой 2, которую фиксируют винтом 3 через прокладку 4.