13.9. Механизмы для автоматического зажима инструментов

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

где

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,

Усилие выпрессовки

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