Базирование в кулачковых патронах

Патронами называют приспособления, предназначенные для центрирования и закрепления заготовки по наружной и/или внутренней цилиндрической поверхности. Широкое распространение получили трёхкулачковые самоцентрирующие патроны (рис. 3.8, а). Кулачки выполняют одновременно роль опор для заготовки и зажимных элементов. При закреплении заготовки специальным ключом вращают одну из трёх конических шестерён 1. Вращение передаётся спиральному диску 2. Кулачки 3, рейки которых зацеплены со спиральной канавкой диска 2, синхронно двигаются к оси патрона или от неё при повороте диска, и сначала центрируют заготовку, а затем создают усилие закрепления.

При базировании в таком патроне условно полагают, что два кулачка выполняют функцию базирования, лишая заготовку каждым кулачком одной (при «короткой» базовой поверхности) или двух степеней свободы (при «длинной»).Третий кулачок выполняет функцию закрепления. На рис. 3.8, б и 3.9, б показано распределение степеней свободы для случая базирования по короткой цилиндрической поверхности. Базирование длиной цилиндрической поверхности показано на рис. 3.8, а.

Различают прямые кулачки (рис. 3.10, б) и обратные (рис. 3.10, в). На прямых кулачках дуговые поверхности 1 служат для установки заготовок на наружную цилиндрическую поверхность, а поверхности 2, - для установкизаготовок (колец, втулок, гильз) на внутреннюю цилиндрическую поверхность с закреплением «на разжим» (см. также рис. 3.9, б).

У обратных кулачков все три дуговые поверхности 1 служат для закрепления за наружные поверхности, в том числе – с большими диаметрами. Площадки 3 выполняют функцию опор для торцовых баз заготовки, рейки 5 служат для передачи усилия от спирального диска кулачкам и для синхронного перемещения кулачков в радиальных направлениях. Пазы 4 играют роль направляющих.

Используют также сменные и регулируемые кулачки [2, Вард].

Погрешность базирования

Погрешность базирования в кулачковом патроне проявляется в двух случаях:

1.- технологическая база не совмещена с измерительной базой выполняемых размеров и пространственных требований точности;

2.- опорные цилиндрические поверхности кулачков из-за своих диаметров не обеспечивают реализацию выбранной технологической базы («скрытое несовмещение»).

В соответствии стеоретической схемойбазирования базовая цилиндрическая поверхность заготовки 2 должна контактировать с каждым опорным кулачком 1 только одной образующей линией А (рис. 3.11, а). Тогда ось заготовки совместится с осью кулачка (здесь погрешности изготовления механизмов патрона не учитываются).

Произойдёт это при условии, что диаметр заготовки меньше диаметра опорной поверхности кулачка:

D_З £ D_К . (3.2)

Если в патроне предполагается закреплять заготовки разного диаметра, то в условии (3.6) должен быть учтён наибольший диаметр закрепляемой заготовки.

При выполнении условия (3.2) погрешность базирования равна нулю, но погрешность установки заготовкиε_у, тем не менее, будет иметь место из-за неточности изготовления станка, патрона и биения шпинделя станка:

, (3.3)

где e_ст- биение шпинделя; e_п - биение, вызванное неточностью изготовления патрона.

Если условие (3.2) не выполнено, то заготовка контактирует с каждым кулачком двумя образующими линиями С₁ и С₂ , которые совсем не обязаны лежать на окружности с центром, совмещённым с осью кулачка (рис. 3.11, б). По этой причине центр окружности заготовки оказывается смещённым относительно оси патрона станка на величину e_бi. Аналогичное смещение происходит на каждом из трёх кулачков, а результирующая погрешность смещения центра заготовки равна геометрической сумме величин e_бi на каждом из трёх кулачков. Погрешность установки в патроне в этом случае будет равна

. (3.4)

При установке заготовок в кулачках патрона на внутреннюю цилиндрическую поверхность, например, - на опорных поверхностях 2 прямых кулачков (см. рис.3.9, а), - отсутствия погрешности базирования определяется условием

D_К£D_З. (3.5)

Чтобы обеспечить условия (3.2), (3.5) и устранить погрешности центрирования из-за неточности изготовления патрона, опорные поверхности кулачков патрона протачивают “по месту” после закрепления патрона на шпинделе станка. Для возможности такого протачивания кулачки изготавливают из сталей 40, 45, 40Х с термообработкой лишь до HRC_э 32-38.

Технологию растачивания кулачков “по месту” поясним на примере расточки опорной поверхности А(рис. 3.11):

1. В патроне закрепляют валик 1 (усилие закрепления W должно действовать на кулачки в том же направлении, как при последующем закреплении ими заготовок) и протачивают уступm.

2. Уступамиmзакрепляют кольцо 2 (усилие W направлено по-прежнему ”на зажим”) и растачивают основную часть опорной поверхности А кулачков, соблюдая при этом условие (3.2) по отношению к диаметрам будущих заготовок.

При растачивании кулачки должны быть закреплены «на зажим» - как при последующих закреплениях заготовок, для того, чтобы имеющиеся в сопряжениях деталей патрона были «исключены» в тех же направлениях, что и обработки заготовок.

Диаметры валика 1 и кольца 2 предварительно рассчитывают с учётом диаметра будущей заготовки и условия (3.2).

Протачивание “по месту” опорных поверхностей B или C (см. рис.3.9) выполняют за один переход, закрепив “на разжим” на одной из названных поверхностей специально изготовленное кольцо и протачивая в этом положении вторую из поверхностей. Закрепляемое кольцо специально изготавливают с такими диаметрами, чтобы выполнить условие (3.6) или (3.9).