.jpg/1280px-Chuck_(PSF).jpg)
Патрон — это специализированный тип зажима, используемый для удержания объекта с радиальной симметрией , особенно цилиндра . В дрели , фрезе и трансмиссии патрон удерживает вращающийся инструмент ; в токарном станке он удерживает вращающуюся заготовку. [1]
Патроны обычно используют кулачки для удержания инструмента или заготовки. Кулачки (иногда называемые собачками ) обычно располагаются в радиально-симметричном порядке, как концы 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 движутся независимо, что позволяет им удерживать предметы неправильной формы. Более сложные конструкции могут включать кулачки специальной формы, большее количество кулачков или быстросъемные механизмы.
Вместо кулачков в патроне может использоваться магнетизм , вакуум или цанги , представляющие собой гибкие втулки или кольца, которые плотно прилегают к инструменту или заготовке и захватывают ее при сжатии.
Самоцентрирующийся патрон , также известный какспиральный патрон [2]используетсобачки(обычно называемыекулачками), соединенные между собойспиральной шестерней(скролл-пластиной), для удержания инструмента или заготовки. Поскольку они чаще всего имеют три кулачка, терминтрехкулачковый патронбез других уточнений понимается машинистами как самоцентрирующийся трехкулачковый патрон. Терминуниверсальный патронтакже относится к этому типу. Эти патроны лучше всего подходят для захвата круглых или шестиугольных сечений, когдатребуется TIR
Иногда этот тип патрона имеет четыре или шесть кулачков вместо трех. Четырехкулачковые патроны в первую очередь полезны для захвата квадратного или восьмиугольного материала, в то время как шестикулачковые патроны удерживают тонкостенные трубки и пластиковые материалы с минимальной деформацией.
Существуют также патроны с независимыми кулачками (несамоцентрирующиеся) с тремя кулачками, но они имеют мало преимуществ и встречаются очень редко.
Существуют гибридные самоцентрирующиеся патроны, которые имеют регулировочные винты, которые можно использовать для дальнейшего улучшения концентричности после того, как заготовка была захвачена спиральными кулачками. Эта функция предназначена для объединения скорости и простоты самоцентрирования спиральной пластины с исключающей биение управляемостью патрона с независимыми кулачками. Наиболее часто используемое название для этого типа — торговая марка Set-Tru. Чтобы избежать ненужного обобщения этой торговой марки, предложения по общему названию включают «exact-adjust». [ необходима цитата ]
Трехкулачковые патроны часто используются на токарных станках и индексных головках .
Сверлильный патрон — это специализированный самоцентрирующийся трехкулачковый патрон, обычно с емкостью 0,5 дюйма (13 мм) или меньше, и редко больше 1 дюйма (25 мм), используемый для удержания сверл или других вращающихся инструментов. Этот тип патрона используется на инструментах, начиная от профессионального оборудования и заканчивая недорогими ручными и электрическими дрелями для бытового использования.
Некоторые высокоточные патроны используют шариковые упорные подшипники для уменьшения трения в механизме закрытия и максимизации крутящего момента сверления. Одно из торговых наименований для этого типа патрона, которое часто обобщается в разговорной речи, хотя и не в каталогах, — Super Chuck .
Штифтовой патрон — это специализированный патрон, предназначенный для удержания небольших сверл (диаметром менее 1 мм (0,039 дюйма)), которые невозможно надежно закрепить в обычном патроне для дрели. Сверло вставляется в штифтовой патрон и затягивается; штифтовой патрон имеет вал, который затем вставляется в более крупный патрон для надежного удержания сверла. Штифтовые патроны также используются с высокоскоростными вращающимися инструментами, отличными от дрелей, такими как шлифовальные машины и координатно-шлифовальные машины .
Напатрон с независимыми кулачками , каждая кулачка может перемещаться независимо. Поскольку они чаще всего имеют четыре кулачка, термин«четырехкулачковый патрон»без других уточнений понимается машинистами как патрон с четырьмя независимыми кулачками. Независимость кулачков делает эти патроны идеальными для (a) захвата некруглых поперечных сечений и (b) захвата круглых поперечных сечений с предельной точностью (когда последние несколько сотых миллиметра [или тысячных дюйма] биения должны быть вручную устранены). Несамоцентрирующее действие независимых кулачков делает центрирование в высшей степени контролируемым (для опытного пользователя), но за счет скорости и простоты. Четырехкулачковые патроны почти никогда не используются для удержания инструмента. Четырехкулачковые патроны можно найти на токарных станках и индексирующих головках.
Также можно приобрести самоцентрирующиеся патроны с четырьмя кулачками. Хотя часто говорят, что они страдают от двух недостатков: невозможности удерживать шестигранную заготовку и плохого захвата заготовки овальной формы, только последнее верно. Даже с трехкулачковыми самоцентрирующимися патронами не следует зажимать заготовку, которая не имеет равномерного сечения вдоль заготовки (и которая не свободна от спирали или «ветров»), так как кулачки могут быть напряжены, а точность навсегда ухудшится.
Четырехкулачковые патроны могут легко удерживать заготовку эксцентрично, если необходимо обработать эксцентричные элементы.
Паук — это простая, относительно недорогая, ограниченно функциональная версия патрона с независимыми кулачками. Обычно он состоит из металлического кольца с радиально нарезанной в нем резьбой, в которой винты (шестигранная головка, гнездо шестигранной головки или установочные винты) служат независимыми кулачками. Пауки могут служить различным целям:
Для специальных целей доступны патроны с шестью или восемью кулачками. Они обычно имеют самоцентрирующуюся конструкцию и могут быть изготовлены с очень высокими стандартами точности. Однако ошибочно полагать, что такие патроны обязательно обеспечивают большую точность при удержании твердых заготовок, чем обычные трехкулачковые самоцентрирующие патроны. Действительно, горячекатаные или другие неидеально круглые заготовки могут ненадежно «качаться» между противостоящими кулачками спиральных патронов с четным числом кулачков, точно так же, как четырехногий табурет качается на неровном полу, в то время как трехногий табурет никогда этого не делает. Основное назначение шести- и восьмикулачковых патронов — удерживать тонкостенные трубы с минимальной деформацией. Имея в два раза больше точек зажима, шестикулачковый патрон вызывает менее половины зажимной деформации в тонкостенной заготовке по сравнению с трехкулачковым патроном.
Доступны двухкулачковые патроны , которые можно использовать с мягкими кулачками (обычно из алюминиевого сплава), которые можно обрабатывать для соответствия конкретной заготовке. От них до планшайб, удерживающих специальные приспособления, короткий концептуальный скачок, где деталь располагается у фиксированных упоров и удерживается там с помощью шарнирных зажимов или зажимов с носками.
Многие патроны имеют съемные кулачки (часто верхняя часть съемная, оставляя основание или «главную кулачку» собранной со спиралью), что позволяет пользователю заменять их новыми кулачками, специализированными кулачками или мягкими кулачками. Мягкие кулачки изготавливаются из мягких материалов, таких как мягкий (незакаленный) металл, пластик или дерево. Их можно обрабатывать по мере необходимости для конкретных установок. Типичный интерфейс между главной кулачком и съемной кулачком представляет собой соответствующую пару зубчатых поверхностей, которые после зажима крепежными винтами не допускают относительного скольжения между двумя частями.
Цанга, один из типов патрона, представляет собой втулку с (обычно) цилиндрической внутренней поверхностью и конической внешней поверхностью. Цангу можно сжать до соответствующего конуса 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 надрезами по ее длине, чтобы она могла расширяться и сжиматься. Альтернативная конструкция цанги — это та, которая имеет несколько конических стальных блоков (по сути, конических калибровочных блоков ), удерживаемых в круговом положении (как концы звезды или, по сути, кулачки кулачкового патрона) гибкой связующей средой (обычно синтетическим или натуральным каучуком). Бренд Jacobs Rubber-Flex — это название, которое большинство станочников узнают для этого типа системы цанговых патронов.
Независимо от конструкции цанги, принцип работы один и тот же: сжимайте цангу радиально против инструмента или заготовки, которую нужно зажать, что приводит к высокому статическому трению . При правильных условиях он удерживается достаточно надежно. Почти все цанговые патроны достигают радиального сжимающего движения посредством перемещения одной или нескольких пар «папа-мама» конических (конических) поверхностей в осевом направлении, что производит радиальное сжатие высококонцентрическим образом. В зависимости от конструкции цанги, ее можно либо вытянуть (через резьбовую секцию в задней части цанги), либо вдавить (через резьбовую крышку со вторым конусом) в соответствующее коническое гнездо для достижения зажимного действия. Когда цанга вдавливается в коническое гнездо, цанга сжимается, захватывая содержимое внутреннего цилиндра. (Однако осевое перемещение конусов не является обязательным; разрезная втулка, сжатая радиально линейной силой — например, установочным винтом, соленоидом, пружинным зажимом, пневматическим или гидравлическим цилиндром — достигает того же принципа без конусов; но концентричность может быть достигнута только в той степени, в которой диаметры втулки идеально подходят для конкретного удерживаемого объекта. Таким образом, это распространено только в инструментальном цехе, например, при создании и настройке станочной оснастки.)
Одним из следствий конического действия является то, что цанги могут немного тянуть деталь в осевом направлении при закрытии. Системы цанговых патронов, которые не предусматривают предотвращения этого втягивания, часто называются цанговыми патронами с втягиванием, в отличие от систем, которые обходят это движение, обычно толкая коническое замыкающее кольцо к цанге, а не втягивая цангу в кольцо. Такие типы цанговых патронов без втягивания часто называются цанговыми патронами «мертвой длины» или «не втягивающими». Втягивание не всегда является проблемой, но его предотвращение может быть полезным при некоторых работах, где неучет этого может привести к неточности общей длины детали, длины плеч и т. д.
Цанги чаще всего встречаются на фрезерных станках , токарных станках , деревообрабатывающих фрезерах , прецизионных шлифовальных станках и некоторых ручных электроинструментах, таких как шлифовальные машины и вращающиеся инструменты . Существует множество различных систем, распространенными примерами которых являются системы ER , 5C и R8 . Цанги также можно приобрести для гнезд с конусом Морзе или Брауна и Шарпа .
Обычно цанги обеспечивают более высокий уровень точности и аккуратности , чем самоцентрирующиеся патроны, и требуют меньше времени на настройку, чем патроны с независимыми кулачками. Недостатком является то, что большинство цанг могут вместить только один размер заготовки. Исключением является цанга ER, которая обычно имеет рабочий диапазон 1 мм (около 0,04 дюйма).
Цанги обычно изготавливаются для удержания цилиндрических деталей, но доступны для удержания квадратных, шестиугольных или восьмиугольных заготовок. Хотя большинство цанг закалены, доступны «аварийные» цанги, которые могут быть обработаны пользователем до специальных размеров или форм. Эти цанги могут быть получены из стали, латуни или нейлона. Доступны ступенчатые цанги, которые можно обрабатывать, чтобы обеспечить удержание коротких заготовок, которые больше, чем емкость обычных цанг.
Разработанная Bosch в 1975 году для ударных дрелей , система SDS использует хвостовик SDS , который представляет собой цилиндрический хвостовик с углублениями для удержания патроном. [3] Инструмент вставляется в патрон и фиксируется на месте до тех пор, пока фиксатор не будет снят. Вращательное усилие передается через клинья, которые входят в два или три открытых паза. Сверло может свободно перемещаться на небольшое расстояние, а ударное действие перемещает сверло вверх и вниз внутри патрона. Два подпружиненных шарика входят в закрытые пазы, обеспечивая перемещение, удерживая при этом сверло. Существует четыре стандартных размера с различными диаметрами хвостовика:
Многие сверла SDS имеют настройку «выключение вращения», что позволяет использовать сверло для долбления. Название SDS происходит от немецкого Steck-Dreh-Sitz ( вставка-сверло-насадка ). В немецкоязычных странах также использовалась аббревиатура Spannen durch System (система зажима), хотя Bosch теперь использует Special Direct System на международном уровне. [7]
Коммерческая производственная обработка теперь использует все более совершенные патроны, которые имеют не только индексируемое позиционирование, но и индексируемый зажим. [8] Обе функции, как правило, гидравлически контролируются . Зажим часто выполняется с каждой парой кулачков, состоящей из одного фиксированного кулачка и одного подвижного кулачка (с гидравлическим приводом), тематически похожего на усовершенствованные фрезерные тиски . Этот метод зажима обеспечивает высокую точность и повторяемость таких тисков для зажима. Такие патроны обеспечивают точность центрирования традиционных патронов с независимыми кулачками со скоростью зажима и легкостью традиционных трехкулачковых самоцентрирующихся спиральных патронов. Они имеют высокую первоначальную стоимость (по сравнению с традиционными патронами), но такая первоначальная стоимость окупается и затем снижает текущие предельные издержки в коммерческих производственных условиях.
В настоящее время также возможно создавать патроны с ЧПУ, в которых положение и зажимное давление каждой кулачки можно точно контролировать с помощью ЧПУ, посредством позиционирования с замкнутым контуром и контроля нагрузки. По сути, каждая кулачка представляет собой одну независимую ось ЧПУ, направляющую станка с ходовым винтом , и все четыре или шесть из них могут действовать согласованно друг с другом. Хотя эта идея концептуально интересна, более простые системы патронов, упомянутые в предыдущем абзаце, вероятно, являются победителями на рынке по сравнению с этой альтернативой для большинства приложений, поскольку они предоставляют те же возможности посредством более простого и менее дорогостоящего решения.
Магнитный патрон, используемый для удержания ферромагнитных заготовок, состоит из точно отцентрированной поверхности постоянного магнита . Электромагниты или постоянные магниты приводятся в контакт с фиксированными ферромагнитными пластинами или полюсными наконечниками , содержащимися в корпусе. 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.
Обычно используемый для удержания кремниевых пластин во время литографических процессов, электростатический патрон состоит из металлической базовой пластины и тонкого диэлектрического слоя; металлическая базовая 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 сообщаемую толщину диэлектрика; конструкция Sandia National Laboratory использует узорчатый диэлектрик из диоксида кремния для формирования штырей. [9]
Вакуумный патрон в основном используется для цветных металлов, таких как медь, бронза, алюминий, титан, пластик и камень. В вакуумном патроне воздух откачивается из полости позади заготовки, а атмосферное давление обеспечивает удерживающую силу. Вакуум создает удерживающее давление 14,7 фунтов на квадратный дюйм (101 кПа) на уровне моря, уменьшаясь на больших высотах, где атмосферное давление ниже. Уменьшение удерживающего давления составляет примерно 0,5 фунтов на квадратный дюйм на 1000 футов над уровнем моря. [ необходима цитата ]
За прошедшие годы соединение патронов со шпинделями или столами станков или электроинструментов осуществлялось разными способами.
Первоначальными формами крепления заготовки на токарных станках были крепление между центрами и специальные крепления к шпинделю передней бабки. [ требуется разъяснение ] Центры в виде шипов, которые все еще используются на токарных станках по дереву, представляют собой древний метод. Методы специального крепления в прошлые века включали все, что угодно, от штифтования с зажимом или расклиниванием; прибивания гвоздями; связывания шнурами из кожи или волокна; прижимания (опять же с использованием штифтов/расклинивания/зажимания); и другие типы. Лицевые панели, вероятно, существуют, по крайней мере, со времен эпохи средневековых часовщиков.
Инструменты, похожие на сегодняшние патроны, вероятно, произошли от работы с планшайбой, поскольку рабочие, использующие планшайбы для повторяющейся работы, 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 была просто куском дерева. Однако к 1703 году это могли быть «... чурки, принадлежащие винтовой оправке». [10] К 1807 году слово изменилось на более привычное « патрон » : «На конце шпинделя ... привинчивается ... универсальный патрон для удержания любого вида работы». [11]
В конце 1818 или начале 1819 года Общество поощрения искусств, мануфактур и торговли наградило своей серебряной медалью и 10 гиней (10,50 фунтов стерлингов — эквивалент 1006 фунтов стерлингов в 2023 году [12] ) г-на Александра Белла за трехкулачковый токарный патрон:
Инструмент можно ввинтить в ... оправку токарного станка, и он имеет три шпильки, выступающие из его плоской поверхности, образуя равносторонний треугольник, и может равномерно перемещаться к его центру или от него.
Неясно, как они перемещались «равномерно», с помощью ли спирали или каким-то другим способом. [13] Позже в 1819 году тот же орган наградил еще одной серебряной медалью г-на Т. Хэка за четырехкулачковый патрон. [14] В Соединенных Штатах Саймон Фэрман (1792–1857) разработал узнаваемый современный спиральный патрон, который используется на токарных станках. [15] Патент относится к техническим особенностям сборки, он не претендует на изобретение спирали («извилистых канавок»). [16] Его зять Остин Ф. Кушман (1830–1914) развил идеи и продавал патроны через свой бизнес, Cushman Industries. [17]
В начале 20-го века Артур Ирвинг Джейкобс разработал современный патрон для дрели. После того, как он повредил костяшки пальцев об один из старомодных патронов для дрели с регулировкой гаечным ключом, он разработал патрон, в котором кулачки двигались аксиально в наклонных пазах. Его патент 1902 года подробно описывает механизм. [18] Термин «патрон для дрели» явно не был придуман им, но его новый тип патрона для дрели давно вытеснил все более ранние типы, в которых отсутствовало угловое движение кулачков и внешняя втулка, которые теперь встречаются во всех обычных патронах для дрели.
Национальные и международные стандарты используются для стандартизации определений, требований и методов испытаний, используемых для оценки производительности патронов. Выбор стандарта, который будет использоваться, является соглашением между поставщиком и пользователем и имеет некоторое значение при проектировании патрона. В Соединенных Штатах ASME разработал стандарт B5.60 под названием Workholding Chucks: Jaw-Type Chucks, который устанавливает требования и методы для спецификации и тестирования производительности workholding chucks, используемых в основном в токарных операциях. [19]
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )