Что такое токарный патрон

Токарный патрон — это зажимное устройство, предназначенное для фиксации и центрирования детали на шпинделе в зоне обработки токарного станка. Они бывают различных типов и модификаций, ниже, мы подробно рассмотрим все возможные варианты патрона.

Общая конструкция и устройство токарного патрона для станка по металлу

Токарный патрон — это ключевое устройство на токарных станках, используемое для крепления и закрепления металлических или других типов заготовок. Его конструкция позволяет оператору надежно закрепить заготовку на станке, что необходимо для проведения различных металлообрабатывающих операций, таких как точение, фрезерование, растачивание и нарезка резьбы. Токарные патроны часто оснащены зажимными кулачками, которые могут быть регулированы для подгонки под разные размеры и формы заготовок. Эти устройства позволяют оператору точно и безопасно обрабатывать металлические заготовки, что делает токарный патрон неотъемлемой частью токарного станка.

Устройство токарного патрона для станка по металлу может варьироваться в зависимости от типа и модели патрона, но в общем, состоящий из:

• монолитного или составного корпуса с тремя радиальными пазами для кулачков;
• кулачки (прямые и обратные) выполнены из качественной твердой, закаленной стали высокой прочности, связаны с торцевой резьбой спирального диска;
• спирального диска, с большим зубчатым колесом на его обратной стороне. Связан с зубчатой передачей конической шестерни;
• конических шестерен, вращением ключа, вставленного в квадратное отверстие этой шестерни, спиральному диску сообщается вращательное движение.

Простота технологических приемов базирования деталей стало причиной популярности и распространения трехкулачкового токарного патрона, применяемых в производстве

Вместе с токарным патроном поставляются комплекты:

• прямых кулачков;
• обратных кулачков;
• вне комплекта поставляться кулачковые рейки.

Ключ

Металлический стержень, на одном конце которого перпендикулярно его оси просверлено отверстие с установленным в нем металлическим рычагом. Превышение длины рычага на 35–40 % относительно высоты ключа, является оптимальной.

На нижнем конце стержня выполнен четырехгранный наконечник, соразмерный с отверстием внутри конической шестерни. Служит ручным приводом кулачков посредством вращения спирального диска во время закрепления заготовки в рабочей зоне токарного станка.

Пружина

Устанавливается на наконечник ключа. По завершении операции, нагрузка от усилий руки на ключ снимается и пружина, распрямляясь, удаляет ключ из гнезда токарного
патрона. Если токарь по невнимательности сам не извлекает ключ, то за него это делает пружина.

Втулка

Полый цилиндр, в верхней части которого прорезаны пазы для сухарей-полуколец. Обеспечивает фиксирование конической шестерни в рабочем теле токарного патрона. Во внутренний диаметр втулки устанавливается верхняя часть конической шестерни с канавкой для сухарей-полуколец.

Стопор

Винтовые стопоры фиксируют конические шестерни в корпусе токарного патрона.

Шестерня

Коническая (или малая) шестерня вставлена в малое отверстие корпуса токарного патрона. Ее верхняя часть сопряжена с пазами втулки посредством сухарей-полуколец. Малая шестерня постоянно зацеплена с зубьями большой шестерни и предназначено для передачи вращательного движения спиральному диску токарного патрона.

Фланец

Переходной фланец, планшайба. Предназначен для прочного и точного соединения токарного патрона с рабочим концом шпинделя станка. К примеру, на шпинделе ТВ-4 нарезана резьба, на неё устанавливается переходной фланец (планшайба для токарного патрона), на который крепится токарный патрон.

Спиральный диск

Спираль Архимеда, улитка, планетарка. Металлический диск, на одной стороне исполнены зубья большой шестерни, постоянно зацепленные с зубчатой передачей конической шестерни.

На другой стороне данного диска вырезан профиль спирали, которая в постоянно контактирует с пазами (рейками или гребёнками) кулачков. Последние, синхронно перемещаясь, работают на зажим, центрирование и фиксацию детали в зоне обработки токарного станка. Извлечение зажатой кулачками детали происходит обратным вращением ключа токарного патрона.

Виды, назначение и классификация токарных патронов, видео

Обратный кулачок

Применяется для зажима деталей больших диаметров. У каждого кулачка имеются две ступени для крепления деталей на разжим и по одной призме, работающие на сжим.

Ступени кулачков используются для устранения торцевого биения детали. Кроме этого, станочники самостоятельно создают на обратных кулачках дополнительную крепящую базу, работающую на разжим.

Прямой кулачок

Для зажима деталей меньшего диаметра используются прямые кулачки

Корпус

В зависимости от конструкции и способов крепления к шпинделю условно можно разделить на монолитный (корпус – одна базовая деталь) и составной, в котором корпус разделён на две базовые детали:

1. Монолитный с цилиндрическим пояском. Крепится на шпиндель через промежуточный фланец по специальным ГОСТ. Выполняется из качественной стали и реже из чугуна.
2. Составной корпус. Базовая деталь разделена на две составные части:

• передняя часть или корпус (иногда – передний полукорпус), в нем размещен спиральный диск и прорезаны пазы для кулачков;
• задняя часть или фланец (часто – задний полукорпус), в нем размещены конические шестерни.

Накладные кулачки

Крепятся на кулачковые рейки токарного патрона. Исполняются из незакаленных сортов стали, называются «сырыми кулачками». Предназначены для крепления деталей большого диаметра.

Основные варианты конструкции

Есть несколько вариантов конструкции патрона для токарного станка, ниже мы коротенько их рассмотрим.

Рычажный

До недавнего времени были популярными типами креплений в токарных станках. Действия основаны на смещении кулачков посредством двуплечего рычага.

Основная характеристика этого типа патронов определяется количеством фиксирующих кулачков и степенью их смещения на рабочем диске. Положение заготовки в рабочей зоне настраивается сложно, особенно при нестандартной обработке.

Клиновой

Внутри токарного патрона вместо спирального диска установлено клинореечное устройство, посредством которого происходит смещение кулачков и крепление обрабатываемой детали.

Исполняется из особо прочных сталей, способных обеспечить неизменность фиксирующих параметров патрона, его бесперебойную и безопасную работу при высоких оборотах тел вращения.

Мембранный

Мембранный токарный патрон. Шток пневмо- или гидропривода давит на мембрану патрона и прогибает её. Прогиб мембраны разжимает губки патрона на доли миллиметра, и заготовка устанавливается до упора в штифты. При отключении привода мембрана возвращается в исходное положение и губки сжимаются, закрепляя заготовку.

Во время обработки заготовка удерживается упругостью мембраны, а большое число кулачков центрируют заготовку с точностью до сотых долей миллиметра. Применяется при чистовой обработке на низких оборотах с мелким сечением снимаемой стружки.

Классификации

Токарные патроны классифицируются по различным характеристикам, таким как тип крепления, количество челюстей, размер, назначение и другие факторы. Вот несколько основных категорий классификации токарных патронов:

1. Кулачковые. Подвижные сегменты (кулачки), производят фиксацию детали. Отличаются друг от друга конструкцией и назначением.
2. Цанговые. В зависимости от принятия рабочего положения цанговый патрон для токарного станка, закрепляющей деталь в нужном положении, токарные патроны этого типа различают:

• с выдвижной цангой;
• неподвижной цангой;
• втягиваемой цангой.

Двухкулачковый

Самоцентрирующиеся двухкулачковые токарные патроны. Все детали изделия производятся из стали, подвижные части подвергаются термообработке, что увеличивает их прочностные характеристики и износостойкость.

Обеспечивают самоцентрирование и фиксацию необработанных поверхностей заготовок. Размеры рабочего диаметра патрона стандартизированы и варьируются от 125 до 400 мм.

Применяется токарный патрон для крепления:

• сложных фасонных деталей;
• нецилиндрических и несимметричных заготовок.

Трехкулачковый

Механизм фиксации 3-кулачкового токарного патрона производится:

• с реечным механизмом;
• со спиральным диском.

Реечный

Точнее, токарный патрон со спиральным диском, имеет более мощный зажим заготовки. Может применяться в мелкосерийном или штучном производстве.

Четырехкулачковый

Четырехкулачковый токарный патрон применяется при обработке несимметричных заготовок. Позволяет проточить деталь вне центра или при расточке отверстий по разным осям. Изделие крепится двумя парами независимых держателей во взаимоперпендикулярных плоскостях и обеспечивает полное совпадение оси шпинделя с обрабатываемой поверхностью.

Кулачок может быть цельным или сборным. Патрон со сборным кулачком имеет основание и насадной кулачок. Сборный кулачок размещен в пазе основного элемента и имеет свободное радиальное перемещение без потери устойчивости.

Этим обеспечивается двойное шпоночное крепление. Преимущество конструкции в жесткости фиксации и простоте применения.

Шестикулачковый

Усилие фиксации распределяется между шестью кулачками, что позволяет крепить тонкостенную деталь без опасений её разрушения или деформирования.

Классы точности

Классификация станков по степени точности. Станки разделены на 5 классов:

• Н – станки нормальной точности;
• П – станки повышенной точности;
• В – станки высокой точности;
• А ̶ станки особо высокой точности;
• С – сверхвысокая точность.

В обозначение модели может входить буква, характеризующая точность станка: 16К20П — токарно-винторезный станок повышенной точности.

Материалы изготовления

Корпус токарного патрона изготавливается из чугуна или из закаленной стали. Патрон со стальным корпусом позволяет работать на увеличенных оборотах.

Чугун

Из-за низкой устойчивости к резким механическим нагрузкам, по качественным показателям должен быть не ниже, чем у марки СЧ 30.

Сталь

Конкретное применение марок сталей ГОСТом не предусмотрено, производитель сам выбирает марку стали. Однако, наиболее распространённые стали должны иметь пределы прочности σB не менее 500 МПа и термической обработкой рабочих поверхностей до твердости не менее 43 HRC (с).

Основные размеры и обозначения

Размеры трехкулачковых токарных патронов. Нормируется по ГОСТ 2675-47:

• номинальный диаметр: от 80 (мм) до 630 (мм);
• внутренний диаметр: от 16 (мм) до 190 (мм);
• ширина: от 50 (мм) до 125 (мм);
• ширина кулачков: от 12 (мм) до 60 (мм).

Размеры четырехкулачковых токарных патронов:

• диаметр патрона: от 80 (мм) до 1000 (мм);
• наружный диаметр присоединительного конуса: от 82.563 (мм) до 285.775 (мм);
• размер шпинделя станка: от 5 (мм) до 15 (мм);
• диаметр проходного отверстия: от 40 (мм) до 200 (мм).

Обозначения токарных патронов иностранного производства читаются в соответствии с их принятых норм и доступны в печати для расшифровки. Например:

Таблица токарных патронов производства ОАО «БелТАПАЗ»

Патрон токарный 3–200.33.14 П

• [3] — количество кулачков;
• [200] — наружный диаметр патрона, мм;
• [33] — характеристика, определяемая типом, исполнением, наружным диаметром патрона;
• [14] — Модификация;
• [П] — класс точности.

Как выбрать

Чтобы правильно выбрать токарный патрон необходимо учесть несколько важных моментов:

• рабочие параметры и точные размеры шпинделя станка;
• способ или вариант крепления патрона к шпинделю;
• для хоббийных станков немаловажную роль играет мощность привода, слабый двигатель может не справиться с задачей по крутящему моменту;
• какие и в каком количестве детали входят в комплект токарного патрона.

Не обладая четкого представления об изложенной выше информации, нельзя считать себя готовым к приобретению токарного патрона, как важного узла станка. Нужно понимать, что качество и производительность токарного станка влияют на качество и производительность труда и материальное состояние.

Как собрать по чертежам самостоятельно

Для работы по металлу новичку собрать самопальный патрон можно, но весь процесс станет головной болью из-за поисков, нестыковок, ошибок и т. д. Сделать токарный патрон для обработки дерева гораздо доступнее, хотя и не проще, как может показаться.

Прежде всего – чтобы работа шла, необходимо создать подробный сборочный чертёж с чертежами деталировки. За чертежами, потянутся мероприятия. Без чертежей и плана действий чего-либо путного достичь вряд ли удастся, ибо всякий, кто действует без плана, действует долго и плохо.

Затем начинается процесс сбора комплектующих и материалов. Процесс воплощения идей самый трепетный и несёт в себе мощную струю самообновления. А удачное завершение становится очередным благоприятным этапом в творческой жизни.