.jpg/1280px-Chuck_(PSF).jpg)
Патрон – это специальный тип зажима , используемый для удержания объекта с радиальной симметрией , особенно цилиндра . В дрели , фрезерных станках и трансмиссиях вращающийся инструмент удерживается патроном ; в токарном станке он удерживает вращающуюся заготовку. [1]
В патронах обычно используются кулачки для удержания инструмента или заготовки. Челюсти (иногда называемые собаками ) обычно расположены радиально-симметрично, подобно вершинам звезды . Для затягивания или ослабления кулачковых патронов может потребоваться устройство, похожее на гаечный ключ , называемое ключом патрона , но другие кулачковые патроны можно затягивать или ослаблять только вручную, что обеспечивает удобство за счет силы захвата. Патроны на некоторых токарных станках имеют кулачки, которые двигаются независимо, что позволяет им удерживать предметы неправильной формы. Более сложные конструкции могут включать в себя губки особой формы, большее количество губок или быстросъемные механизмы.
Вместо кулачков в патроне могут использоваться магнитные , вакуумные или цанговые патроны , которые представляют собой гибкие кольца или втулки, которые плотно прилегают к инструменту или заготовке и захватывают их при сжатии.
Самоцентрирующийся патрон , также известный какСпиральный патрон [2]используетсобачки(обычно называемыекулачками), соединенные между собой посредствомспиральнойшестерни(прокруточной пластины), для удержания инструмента или заготовки. Поскольку чаще всего они имеют три кулачка, термин «трехкулачковый патронбез других уточнений» понимается машинистами как самоцентрирующийся трехкулачковый патрон. Термин«универсальный патрон»также относится к этому типу. Эти патроны лучше всего подходят для захвата изделий круглого или шестиугольного сечения, когдатребуется TIR
Иногда этот тип патрона имеет четыре или шесть кулачков вместо трех. Четырехкулачковые патроны в первую очередь полезны для захвата материалов квадратной или восьмиугольной формы, а шестикулачковые патроны удерживают тонкостенные трубы и пластиковые материалы с минимальными искажениями.
Существуют также трехкулачковые патроны с независимыми (несамоцентрирующими) кулачками, но они имеют мало преимуществ и очень редки.
Существуют гибридные самоцентрирующиеся патроны с регулировочными винтами, которые можно использовать для дальнейшего улучшения концентричности после захвата заготовки кулачками. Эта функция призвана объединить скорость и легкость самоцентрирования пластины прокрутки с биением, исключающим управляемость патрона с независимыми кулачками. Наиболее часто используемое название этого типа — торговая марка Set-Tru. Чтобы избежать неправомерного обобщения этого торговой марки, в предложения по родовому названию включена «точная корректировка». [ нужна цитата ]
Трехкулачковые патроны часто используются на токарных станках и индексирующих головках .
Патрон для дрели — это специализированный самоцентрирующийся трехкулачковый патрон, обычно емкостью 0,5 дюйма (13 мм) или меньше и редко более 1 дюйма (25 мм), используемый для крепления сверл или других вращающихся инструментов. Этот тип патрона используется в самых разных инструментах: от профессионального оборудования до недорогих ручных и электрических дрелей для бытового использования.
В некоторых высокоточных патронах используются упорные шарикоподшипники, позволяющие уменьшить трение в закрывающем механизме и максимизировать крутящий момент сверления. Одна торговая марка этого типа патрона, которая часто используется в разговорной речи, но не в каталогах, — Super Chuck .
Штыревой патрон — это специальный патрон, предназначенный для крепления небольших сверл (диаметром менее 1 мм (0,039 дюйма)), которые невозможно надежно удерживать в обычном патроне для сверл. Сверло вставляется в патрон и затягивается; Штыревой патрон имеет стержень, который затем вставляется в патрон большего размера, чтобы надежно удерживать сверло. Штифтовые патроны также используются с высокоскоростными вращающимися инструментами, отличными от дрелей, такими как прямошлифовальные и координатно-шлифовальные станки .
НаПатрон с независимыми кулачками , каждая кулачка может перемещаться независимо. Поскольку чаще всего они имеют четыре кулачка, термин «четырёхкулачковый патронбез других уточнений» понимается машинистами как патрон с четырьмя независимыми кулачками. Независимость кулачков делает эти патроны идеальными для (а) захвата некруглых поперечных сечений и (б) захвата круглых поперечных сечений с предельной точностью (когда необходимо зафиксировать последние несколько сотых миллиметра [или тысячные доли дюйма] биения). удаляется вручную). Несамоцентрирующееся действие независимых губок делает центрирование легко управляемым (для опытного пользователя), но за счет скорости и легкости. Четырехкулачковые патроны практически не используются для крепления инструмента. Четырехкулачковые патроны можно встретить на токарных станках и индексирующих головках.
Также можно приобрести самоцентрирующиеся патроны с четырьмя кулачками. Хотя часто говорят, что они имеют два недостатка: невозможность удерживать шестигранную ложу и плохой захват овальной ложи, верно только последнее. Даже при использовании самоцентрирующихся патронов с тремя кулачками нельзя захватывать заготовку, которая не имеет равномерного сечения вдоль заготовки (и которая не лишена спиралей или «ветров»), так как кулачки могут быть напряжены и точность необратимо ухудшится.
Четырехкулачковые патроны могут легко удерживать заготовку эксцентрично, если необходимо обработать эксцентриковые элементы.
Паук — это простая, относительно недорогая версия патрона с независимыми кулачками с ограниченными возможностями. Обычно он состоит из металлического кольца с радиально врезанной в него резьбой, в которой винты (с шестигранной головкой, шестигранной головкой с внутренним шестигранником или установочные винты) служат независимыми губками. Пауки могут служить разным целям:
Для специальных целей выпускаются патроны с шестью или восемью кулачками. Обычно они имеют самоцентрирующуюся конструкцию и могут быть изготовлены с очень высокими стандартами точности. Однако ошибочно считать, что такие патроны обязательно обеспечивают большую точность удержания твердых заготовок, чем обычные трехкулачковые самоцентрирующиеся патроны. Действительно, горячекатаные или другие заготовки с несовершенной круглой формой могут ненадежно «балансировать» между противоположными кулачками спиральных патронов, имеющих четное количество кулачков, точно так же, как табурет на четырех ножках балансирует на неровном полу, а табурет на трех ножках никогда этого не делает. . Основное назначение шести- и восьмикулачковых патронов — удержание тонкостенных труб с минимальной деформацией. Имея в два раза больше точек зажима, шестикулачковый патрон вызывает вдвое меньшую деформацию при зажиме тонкостенной заготовки по сравнению с трехкулачковым патроном.
Доступны двухкулачковые патроны , которые можно использовать с мягкими кулачками (обычно из алюминиевого сплава), которые можно обрабатывать в соответствии с конкретной заготовкой. От них можно сделать небольшой концептуальный переход к лицевым панелям с нестандартными приспособлениями, в которых деталь располагается на фиксированных упорах и удерживается там с помощью коленно-рычажных или пальцевых зажимов.
Многие патроны имеют съемные кулачки (часто верхняя часть является съемной, а основание или «основная кулачка» собраны со спиралью), что позволяет пользователю заменять их новыми кулачками, специальными кулачками или мягкими кулачками. Мягкие губки изготавливаются из мягких материалов, таких как мягкий (незакаленный) металл, пластик или дерево. Их можно обрабатывать по мере необходимости для конкретных установок. Типичный интерфейс между основной и съемной губками представляет собой пару зубчатых поверхностей, которые, будучи зажаты крепежными винтами, не могут допускать относительного проскальзывания между двумя частями.
Цанга, один из типов патрона, представляет собой втулку с (обычно) цилиндрической внутренней поверхностью и конической внешней поверхностью. Цангу можно прижать к соответствующему конусу так, чтобы ее внутренняя поверхность сжималась до немного меньшего диаметра, сжимая инструмент или заготовку, надежное удержание которой желательно. Чаще всего это достигается с помощью пружинной цанги, изготовленной из пружинной стали , с одним или несколькими пропилами по длине, позволяющими ей расширяться и сжиматься. Альтернативная конструкция цанги состоит из нескольких конических стальных блоков (по сути, конических мерных блоков ), удерживаемых в круглом положении (например, острия звезды или даже кулачков кулачкового патрона) с помощью гибкого связующего материала (обычно синтетического или натурального каучука) . ). Торговая марка Jacobs Rubber-Flex — это имя, знакомое большинству станочников для этого типа системы цанговых патронов.
Независимо от конструкции цанги принцип работы один и тот же: прижимайте цангу радиально к удерживаемому инструменту или заготовке, что приводит к высокому статическому трению . В правильных условиях он держится достаточно надежно. Почти все цанговые патроны обеспечивают радиальное сжатие за счет перемещения одной или нескольких пар конических (конических) поверхностей «папа-мама» в осевом направлении, что обеспечивает радиальное сжатие в высокой концентрической форме. В зависимости от конструкции цанги ее можно либо вытянуть (через резьбовую часть в задней части цанги), либо вставить (через резьбовую крышку со вторым конусом) в подходящее коническое гнездо для достижения зажимного действия. Когда цанга вставляется в коническое гнездо, она сжимается, захватывая содержимое внутреннего цилиндра. (Однако осевое перемещение конусов не является обязательным; разрезная втулка, сжимаемая радиально с помощью линейной силы, например, установочного винта, соленоида, пружинного зажима, пневматического или гидравлического цилиндра, - обеспечивает тот же принцип без конусов; но концентричность может быть только Таким образом, это обычное явление только в инструментальных цехах, таких как создание и настройка станков.)
Одним из следствий конического действия является то, что цанги могут немного вытягивать заготовку в осевом направлении при закрытии. Системы цанговых патронов, в которых не предусмотрены меры для предотвращения этого втягивания, часто называются цанговыми патронами с втягиванием, в отличие от систем, которые обходят это движение, обычно подталкивая коническое замыкающее кольцо к цанге, а не втягивая цангу в кольцо. Такие невтягивающиеся патроны часто называют цанговыми патронами с «мертвой длиной» или «невтягивающими». Втягивание не всегда является проблемой, но его избежание может быть полезно в некоторых работах, где неучет этого может привести к неточности в определении общей длины детали, длины плеч и т. д.
Цанги чаще всего встречаются на фрезерных станках , токарных станках , фрезерных станках по дереву , прецизионных шлифовальных станках и некоторых ручных электроинструментах, таких как шлифовальные машины и вращающиеся инструменты . Существует множество различных систем, распространенными примерами являются системы ER , 5C и R8 . Также можно приобрести цанги, подходящие к головкам с конусом Морзе или Брауна и Шарпа .
Обычно цанги обеспечивают более высокий уровень точности и аккуратности , чем самоцентрирующиеся патроны, и имеют более короткое время настройки, чем патроны с независимыми кулачками. Недостатком является то, что большинство цанг могут вместить заготовку только одного размера. Исключением является цанга ER, рабочий диапазон которой обычно составляет 1 мм (около 0,04 дюйма).
Цанги обычно предназначены для удержания цилиндрических заготовок, но доступны и для удержания квадратных, шестиугольных или восьмиугольных заготовок. Хотя большинство цанг закалены, доступны «аварийные» цанги, которые пользователь может обработать до специальных размеров или форм. Эти цанги могут быть изготовлены из стали, латуни или нейлона. Доступны ступенчатые цанги, которые можно подвергать механической обработке, что позволяет удерживать короткие заготовки, размеры которых превышают возможности обычных цанг.
Система SDS, разработанная компанией Bosch в 1975 году для ударных дрелей , использует хвостовик SDS , который представляет собой цилиндрический хвостовик с углублениями, которые удерживается патроном. [3] Инструмент вставляется в патрон и фиксируется на месте до тех пор, пока фиксатор не будет снят. Вращающее усилие передается через клинья, которые входят в два или три открытых паза. Бит может свободно перемещаться на небольшое расстояние, а ударный механизм перемещает бит вверх и вниз внутри патрона. Два подпружиненных шарика входят в закрытые канавки, обеспечивая движение и удерживая насадку. Существует четыре стандартных размера с различным диаметром хвостовика:
Многие сверла SDS имеют настройку «выключение вращения», что позволяет использовать сверло для долбления. Название SDS происходит от немецкого Steck-Dreh-Sitz ( вставка-сверло-прикрепление ). В немецкоязычных странах также использовалась аббревиатура Spannen durch System (система зажима), хотя теперь Bosch использует специальную систему Direct System на международном уровне. [7]
В настоящее время в промышленной обработке используются все более совершенные патроны, которые имеют не только индексируемое позиционирование, но и индексируемый зажим. [8] Обе функции обычно управляются гидравлически . Зажим часто осуществляется с помощью каждой пары губок, состоящей из одной неподвижной губки и одной подвижной губки (с гидравлическим приводом), что тематически аналогично усовершенствованным фрезерным тискам . Этот метод зажима обеспечивает высокую точность и повторяемость таких тисков при зажиме. Такие патроны обеспечивают точность центрирования традиционных патронов с независимыми кулачками, а также скорость и простоту зажима традиционных трехкулачковых самоцентрирующихся спиральных патронов. У них высокая первоначальная стоимость (по сравнению с традиционными патронами), но такая первоначальная стоимость окупается, а затем снижает текущие предельные затраты в условиях коммерческого производства.
В настоящее время также возможно создавать патроны с ЧПУ, в которых положение и давление зажима каждой губки можно точно контролировать с помощью ЧПУ посредством позиционирования с обратной связью и мониторинга нагрузки. По сути, каждая челюсть представляет собой одну независимую ось ЧПУ, каретку станка с ходовым винтом , и все четыре или шесть из них могут действовать согласованно друг с другом. Хотя эта идея концептуально интересна, более простые зажимные системы, упомянутые в предыдущем абзаце, вероятно, окажутся более выигрышными на рынке по сравнению с этой альтернативой для большинства приложений, поскольку они предоставляют те же возможности через более простое и менее дорогое решение.
Магнитный патрон , используемый для удержания ферромагнитных заготовок, состоит из точно центрированной поверхности постоянного магнита . Электромагниты или постоянные магниты контактируют с неподвижными железными пластинами или полюсными наконечниками , содержащимися внутри корпуса. Эти полюсные наконечники обычно находятся на одном уровне с поверхностью корпуса. Удерживаемая деталь (заготовка) образует замыкание магнитной петли или пути на этих фиксированных пластинах, обеспечивая надежное крепление заготовки.
Электростатический патрон , обычно используемый для удержания кремниевых пластин во время процессов литографии, состоит из металлической опорной пластины и тонкого диэлектрического слоя; металлическая опорная пластина поддерживается под высоким напряжением относительно пластины, и поэтому электростатическая сила прижимает пластину к ней. Электростатические патроны могут иметь штыри или мезы, высота которых включена в указанную толщину диэлектрика; В конструкции Национальной лаборатории Сандия для формирования контактов используется узорчатый диэлектрик из диоксида кремния. [9]
Вакуумный патрон в основном используется для обработки цветных металлов, таких как медь, бронза, алюминий, титан, пластик и камень. В вакуумном патроне воздух накачивается из полости позади заготовки, а удерживающую силу обеспечивает атмосферное давление. Вакуум создает прижимное давление 14,7 фунтов на квадратный дюйм (101 кПа) на уровне моря, которое уменьшается на возвышенностях, где атмосферное давление ниже. Уменьшение удерживающего давления составляет примерно 0,5 фунтов на квадратный дюйм на 1000 футов над уровнем моря. [ нужна цитата ]
Соединение патронов со шпинделями или столами станков или электроинструментов на протяжении многих лет осуществлялось разными способами.
Первоначальными формами крепления на токарных станках были межцентровые крепления и специальные крепления к шпинделю передней бабки. [ нужны разъяснения ] Центры с шипами, которые до сих пор используются на токарных станках по дереву, представляют собой древний метод. Специальные методы крепления в прошлые века включали в себя все, от скрепления до сжатия или заклинивания; забивание гвоздей; крепление шнурами из кожи или волокна; рывок вниз (опять же, включающий зажатие/заклинивание/сжатие); или другие типы. Лицевые панели, вероятно, существовали как минимум со времен средневековых часовщиков.
Инструменты, подобные сегодняшним патронам, вероятно, произошли от работы с планшайбами, поскольку рабочие, использующие планшайбы для повторяющихся работ, начали представлять себе типы зажимов или собачек для планшайбы, которые можно было бы открывать и закрывать более удобными способами, чем повторяющаяся полная разборка и повторная сборка. Изначально чурка представляла собой просто кусок дерева. Однако к 1703 году это могли быть «… чурки, принадлежащие Винт-Оправке». [10] К 1807 году слово изменилось на более привычное « патрон »: «На конце шпинделя... привинчен... универсальный патрон для проведения любых работ». [11]
В конце 1818 или начале 1819 года Общество поощрения искусств, мануфактур и торговли вручило серебряную медаль и 10 гиней (10,50 фунтов стерлингов – что эквивалентно 847 фунтам стерлингов в 2021 году [12] ) г-ну Александру Беллу за трехкулачковый токарный патрон:
Инструмент можно ввинчивать в… оправку токарного станка, он имеет три шпильки, выступающие из его плоской поверхности, образующие равносторонний треугольник, и могут равномерно перемещаться к его центру или от него.
Неясно, как они перемещались «равномерно», с помощью свитка или каким-либо другим способом. [13] Позже, в 1819 году, тот же орган наградил г-на Т. Хака еще одной серебряной медалью за четырехкулачковый патрон. [14] В Соединенных Штатах Саймон Фэйрман (1792–1857) разработал узнаваемый современный спиральный патрон, используемый на токарных станках. [15] Патент относится к техническим особенностям сборки, он не претендует на изобретение спирали («извилистые канавки»). [16] Его зять Остин Ф. Кушман (1830–1914) развил идеи и продал патроны через свой бизнес Cushman Industries. [17]
В начале 20 века Артур Ирвинг Джейкобс разработал современный сверлильный патрон. После того, как он ушиб костяшки пальцев об один из старомодных сверлильных патронов, регулируемых гаечным ключом, он разработал патрон, в котором кулачки перемещались в осевом направлении в наклонных пазах. Его патент 1902 года подробно описывает механизм. [18] Термин «сверлильный патрон» явно не принадлежит ему, но его новый тип сверлильного патрона давно вытеснил все более ранние типы, в которых отсутствовало угловое движение кулачка и внешняя втулка, которые теперь встречаются на всех обычных сверлильных патронах.
Национальные и международные стандарты используются для стандартизации определений, требований и методов испытаний, используемых для оценки производительности патронов. Выбор используемого стандарта является соглашением между поставщиком и пользователем и имеет определенное значение при проектировании патрона. В США ASME разработал стандарт B5.60 под названием «Зажимные патроны: кулачковые патроны», который устанавливает требования и методы для определения и тестирования характеристик зажимных патронов, используемых в основном при токарных операциях. [19]
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )