Кулачок зажимного патрона

Кулачок зажимного патрона

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к устройствам для закрепления деталей на шпинделях токарных и шлифовальных станков. Целью изобретения является повышение точности обработки путем стабилизации положения опоры детали в процессе резания. Кулачок состоит из ползуна, связанного с опорой посредством трех пар упругих в радиальном направлении элементов, выполненных в виде стержней, изогнутых по дуге окружности и установленных с зазором выпуклостями навстречу друг другу симметрично относительно плоскости, расположенной под углом 30° к плоскости вращения патрона. Опора выполнена симметричной относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей: продольной и поперечной, последняя совпадает с плоскостью враш.ения патрона. 8ил. го о 1C ( 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1292931 (11 q В 23 В 31/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3892317/25-08 (22) 07.05.85 (46) 28.02.87. Бюл. № 8 (71) Северо-Западный заочный политехнический институт и Ленинградский политехнический институт им. М. И. Калинина (72) Б. И. Никулкин, А. И. Федотов и В. А. Клевцов (53) 621.941-229.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 700209, кл. В 23 В 31/10, 1978. (54) КУЛАЧОК ЗАЖИМНОГО ПАТРОНА (57) Изобретение относится к устройствам для закрепления деталей на шпинделях токарных и шлифовальных станков. Целью изобретения является повышение точности обработки путем стабилизации положения опоры детали в процессе резания. Кулачок состоит из ползуна, связанного с опорой посредством трех пар упругих в радиальном направлении элементов, выполненных в виде стержней, изогнутых по дуге окружности и установленных с зазором выпуклостями навстречу друг другу симметрично относительно плоскости, расположенной под углом 30 к плоскости вращения патрона.

Опора выполнена симметричной относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей: продольной и поперечной, последняя совпадает с плоскостью вращения патрона.

8ил.

1292931

Изобретение относится к станкостроеник, а именно к устройствам для закрепления деталей на шпинделях токарных и шлифовальных станков.

Целью изобретения является повышение точности обработки путем стабилизации по ложения опоры в процессе резания.

На фиг. 1 показан кулачок в сборе; на фиг. 2 — вид А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез по Б — Б на фиг. 1, со стержнями прямоугольного сечения; на фиг. 4 — то же, со стержнями круглого сечения; на фиг. 5— то же, со стержнями овального сечения; на фиг. 6 — то же, с ограничителем; на фиг. 7 — вид В на фиг. 6; на фиг. 8 — характеристика коэффициента жесткости упругих стержней.

Кулачок к зажимному патрону содержит ползун 1 и опору 2 детали, связанные между собой тремя парами упругих в радиальном направлении у стержней 3 — 8, изогнутых по дуге окружности радиусом R. Продольные плоскости уох симметрии ползуна 1 и опоры

2 совмещены с осью х вращения патрона, а перпендикулярные этой плоскости поперечные плоскости zoy симметрии опоры 2 и ползуна 1 совмещены в плоскости враще- 25 ния патрона. Стержни 3 — 8 каждой пары выполнены одинаковой формы с одинаковыми размерами либо прямоугольного, либо круглого, либо овального сечения и т.п.

Стержни 3 — 8 могут быть выполнены постоянного и монотонно уменьшающегося сечения от концов к их средней части, Между противоположно установленными стержнями, например между стержнями 5 и 6, может быть размещен ограничитель 9 прогиба средней части стержней, который выполняет также функцию ограничения радиального смещения опоры 2 относительно ползуна . При этом между выпуклой стороной стержней 5 и 6 и ограничителем 9 выполнен зазор 2ã. Оси наибольшего главного момента инерции сечения стержней 40

3 — 8 в средней их части расположены под одинаковым острым углом относительно главной поперечной плоскости zoy симметрии опоры 2. При этом плоскостью т)оу симметрии упругих стержней, в которой расположена главная ось q инерции сечения 45 всех трех пар стержней 3 — 8, расположена под одинаковым острым углом q, преимущественно под углом =30, как к плоскости вращения патрона, так и к главной поперечной плоскости zoy симметрии опоры 2.

Относительно плоскости т)оу симметрии расположено одинаковое количество стержней. Стержни 3 и 4, 5 и 6, 7 и 8 расположены друг напротив друга попарно, обращены выпуклыми сторонами друг к другу и к плоскости т)оу симметрии и установлены с зазором 2r между собой или с зазором г между стержнями и ограничителем 9. При этом наименьшая величина зазора 2r выполнена между серединой выпуклых сторон стержней.

Пары стержней 3, 4, и 7, 8 смещены от средней пары стержней 5, 6 вдоль оси q на одинаковое и максимально допускаемое размерами опоры 2 расстояние. Равномерное расположение упругих в радиальном направлении стержней трех пар по длине и ширине опоры 2 кулачков патрона обеспечивает равномерное удельное давление опоры 2 кулачка на установочную поверхность детали, полное прилегание опорной поверхности опоры 2 к установочной поверхности детали и устранение погрешности базирования, закрепления. При этом расположение пло:кости т1оу симметрии упругих стержней под од iHBKOBbIM острым углом, преимущественно под углом Up=30, к плоскости вращения патрона и поперечной плоскости zoy симметрии опоры 2 создает свойство упругой координатной связи по перемещениям в окружном и осевом направлениях концов упругих стержней 3 — 8, связанных с опорой 2 кулачка.

Размеры сечения (b h) упругих стержней 3 — 8, их длина f, и величина зазора 2г в средней части изогнутых стержней выбраны с возможностью упругих деформаций стержней под воздействием силы закрепления и уменьшения коэффициента жесткости одних пар стержней и увеличения коэффициента жесткости третьей пары стержней с увеличением радиальной деформации стержней. Например, в кулачке установлено три пары стержней вдоль оси q симметрии. Стержни 3 — 8 изогнуты по дуге окружности с радиусом R=2f (фиг. 7), имеют начальный прогиб в средней их части

-:0,05. размеры поперечного сечения Ь.h =

==3 0 8 мм и длину 1=20 мм. При этом расстояние между серединой выпуклых стержней 2r=2,5 мм, а расстояние между ограничителем 9 и опорой составляет 2,7 — 3 мм.

Форма предварительного изгиба стержней 3 — 8 по дуге окружности упрощает их расчет и изготовление, обеспечивает направленную поперечную упругую деформацию их средней части в момент закрепления детали в направлении, перпендикулярном плоскости т)оу симметрии. На фиг. 8 показана зависимость коэффициента жесткости стержней 3 — 8, обращенных друг к другу выпуклой стороной и установленных между ползуном 1 и опорой 2 с наименьшим зазором 2r между серединой выпуклых сторон. Коэффициент жесткости упругих в радиальном направлении стержней изогнутой формы имеет «мягкий» характер в момент сближения опоры 2 с ползуном

1 за счет упругой деформации и сближения средней части каждой пары стержней 3 — 8 в пределах зазора 2r между ними. НаибоЛее низкая величина коэффициента жесткости имеет место при достижении критической силы закреп1292931

3 ления Рк, которой соответствует момент потери продольной устойчивости стержней, т.е. где Š— модуль упругости; п — количество стержней в кулачке, J — наименьший момент инерции сечения стержня; ц, — коэффициент, учитывающий характер защемления концов каждого стержня 3 — 8.

Однако коэффициент жесткости упругих стержней резко возрастает, когда величина прогиба стержней в момент потери устойчивости становится равной начальному зазору 2r между выпуклыми сторонами стержней и они вступают в контакт между собой или с ограничителем 9 перемещений.

При этом практически исключается последующая упругая радиальная деформация стержней 3 — 8 и смещение опоры 2 кулачка в радиальном направлении у. Расположение плоскости т1оу симметрии стержней под одинаковым острым углом (f =30 ) к плоскости вращения патрона и поперечной плоскости zoy симметрии опоры 2 обеспечивает наиболее низкую жесткость и низкую собственную частоту опоры 2 кулачка с деталью, а также связанные перемещения опоры 2 с деталью в окружном и осевом направлениях при колебаниях. Изменение угла =30 в ту или иную сторону уменьшает стабильность этой связи при вибрациях в процессе обработки. С уменьшением угла <р(30, например до q=25, повышается жесткость упругих стержней в окружном направлении и уменьшается упругая координатная связь по перемешениям в окружном и осевом х направлениях. Это приводит к усилению связи в окружном и радиальном у направлениях, за счет чего повышается уровень изгибных колебаний и высота волнистости на обрабатываемой поверхности детали. С увеличением угла cp)30 повышается жесткость стержней 3 — 8 в осевом направлении х. При этом ослабляется упругая связь перемешений опоры 2 с деталью при колебаниях в окружном и осевом направлениях, но возрастает связь между осевыми и радиальными перемещениями опоры 2, .за счет чего также повышается уровень изгибных колебаний при обработке и высота волнистости, т.е. повышается погрешность обрабатываемой поверхности детали.

Предложенная конструкция кулачка для зажимного патрона, содержащая три пары изогнутых по дуге окружности упругих в радиальном направлении стержней 3 и 4, 5 и

6, 7 и 8, обладаюших «мягкой» характеристикой коэффициента жесткости и расположенных на опоре 2 с поворотом в

55 плоскости 11оу симметрии смежно расположенных стержней под одинаковым острым углом, преимушественно под углом =30, относительно плоскости вращения патрона и поперечной плоскости zoy симметрии опоры

2, обеспечивает равномерное давление опоры 2 кулачка на установочную поверхность детали, самоустановку опоры 2 в радиальном направлении у, уменьшение погрешности базирования и закрепления заготовки; снижение уровня изгибных колебаний опоры 2 с деталью и погрешности формы обрабатываемой поверхности детали за счет виброизоляционных свойств упругих стержней 3 — 8, обладающих «мягкой» характеристикой жесткости, гашение автоколебаний вследствие создания упругой координатной связи по перемещениям опоры 2 с деталью в окружном и осевом направлениях и уменьшение волнистости на детали; уменьшение упругих деформаций детали под действием усиления закрепления и силы резания и снижение погрешности формы обрабатываемой детали.

Кулачок для зажимного патрона, например для трехкулачкового самоцентрируюшего патрона, работает следующим образом.

B момент установки детали на опору 2 кулачков патрона перемещается ползун I u опора 2 подводится к установочной поверхности детали, которая всегда имеет отклонения размеров и погрешность цилиндрической формы. В момент радиального сближения кулачков патрона и контакта опоры 2 с поверхностью детали производится сближение концов и средней части выпуклых сторон упругих в радиальном направлении стержней 3 и 4, 5 и б, 7 и 8 и создается зазор 2r между серединой их выпуклых сторон, при котором последующее сближение приводит к заметному уменьшению их жесткости. B этот момент опора 2 самоустанавливается на упругих в радиальном направлении стержнях относительно установочной поверхности детали, которая имеет уклоны, погрешности цилиндрической формы и неровности, с обеспечением полного прилегания опорной поверхности опоры

2 к поверхности детали и постоянного удельного давления опоры 2 на деталь. При этом происходит центрирование установочной поверхности детали с обрабатываемой поверхностью и практически исключается погрешность базирования и закрепления.

Последующее радиальное сближение опоры 2 с деталью и увеличение усилия закрепления приводит в соприкосновение средние части выпуклых сторон одной пары стержней (например крайней), при этом создается высокая радиальная жесткость кулачка, что исключает появление погрешностей обработки, связанных с упругими радиальными деформациями самого кулачка. При этом в связи с наличием погрешности установочной поверхности детали упругие пары стерж1292931

5 ней, смежно расположенные вдоль оси симметрии по длине и ширине опоры 2, имеют зазор между серединами выпуклых сторон, а следовательно, упругие стержни этих пар обладают «мягкой» характеристикой жесткости и виброизоляционными свойствами. В момент возбуждения вынужденных, колебаний детали в радиальном направлении перемещения установочной поверхности детали изменяется величина зазора между серединой изогнутых стержней и их жесткостные характеристики. При этом в связи с «мягкой» характеристикой жесткости пар упругих стержней, которые имеют зазор между выпуклыми сторонами их средних частей, в них возникает упругая сила, которая противодействует радиальному переме- 5 щению опоры 2, за счет чего снижается уровень изгибных колебаний детали относительно инструмента и уменьшается высота волнистости на обрабатываемой поверхности детали, т.е. повышается точность обрабатываемой поверхности.

В момент контакта инструмента с деталью составляющие силы резания в тангенциальном и осевом направлениях вызывают изгиб упругих стержней 3 — 8 и перемещение опоры 2 с деталью как в осевом 25 . х, так и окружном направлениях из-за упругой координатной связи перемещений, созданной расположением плоскости т1оу симметрии стержней под одинаковым острым углом, преимущественно под углом 30, к плоскости вращения патрона и поперечной 30 плоскости zoy симметрии опоры 2. В момент самовозбуждения относительных колебаний детали и инструмента в тангенциальном направлении и возрастании силы резания упругие стержни 3 — 8 прогибаются в окружном и осевом направлениях. При этом перемешение опоры 2 с деталью относительно инструмента в осевом и окружном направлениях увеличивает скорость осевой и круговой подачи и силу резания. Противодействие силы резания колебаниям детали в осевом, окружном и тангенциальном направлениях вызывает затухание колебаний опоры 2 кулачка и детали в этих направлениях, а из-за упругой координатной связи перемещения опоры 2 между осевыми, крутильными и изгибными колебаниями 45 затухают автоколебания. Устранение автоколебаний приводит к уменьшению износа инструмента и волнистости на обрабатываемой поверхности. При этом более длительное время режущие кромки инструмента сохраняются острыми, уменьшается сила резания и упругие деформаци детали под ее воздействием, вследствие чего также повышается точность и качество обрабатываемой поверхности детали.

Работоспособность предложенного кулачка для зажимного патрона подтверждена эксплуатационными испытаниями, выполненными в сравнении с использованием жесткого кулачка для самоцентрирующего патрона.

Эксплуатационные испытания кулачков проводились в процессе точения и чистового круглого шлифования труднообрабатываемых сплавов. При установке и закреплении заготовки в кулачке предлагаемой конструкции в трехкулачковом самоцентрируюшем патроне уменьшается погрешность базирования и закрепления, снижается уровень вынужденных вибраций и автоколебаний, уменьшается износ инструмента, сила резания и погрешность обрабатываемой детали. При обработке точением уменьшается погрешность формы детали и износ резца до четырех раз, снижается до трех раз высота волнистости на обрабатываемой поверхности по сравнению с обработкой детали в патроне с жесткими кулачками стандартной конструкции. В процессе чистового шлифования погрешность формы детали уменьшена с 0,016 до 0 006 мм, а за счет снижения уровня радиальных вибраций уменьшена волнистость на детали с 6 до

1,6 мкм и увеличина стойкость шлифовального круга до 7 раз.

Формула изобретения

Кулачок зажимного патрона, содержащий ползун и опору, связанные между собой упругими элементами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности обработки путем стабилизации положения опоры в процессе резания, опора выполнена симметричной относительно двух взаимноперпендикулярных плоскостей — продольной и поперечной, совпадающей с плоскостью вращения патрона, а упругие элементы выполнены в виде трех пар стержней, изогнутых по дуге окружности и установленных с зазором выпуклостями навстречу друг другу симметрично относительно плоскости, расположенной под углом 30 к плоскости врашения патрона.

1292931 кпсть енк

1292931

Р

Рк

Составитель A. Гаврюшин

Редактор И. Рыбченко Texpeд И. Верее Корректор А. Тяско

Заказ 321/13 Тираж 976 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Я вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4