Гідромеханічний затискний патрон

Винахід відноситься до металообробки і може бути використаний в металорізальних верстата х для закріплення інструментів з циліндричним хвостовиком і штучних заготовок. Відома конструкція гідростатичного затискного патрона (див., наприклад, патент США №3677559) [1], що містить нерухомий затискний елемент у вигляді тонкостінної з циліндричним отвором під заготовку втулки, яка виконана з еластичного матеріалу, наприклад, нейлону. Такий патрон працює за рахунок тиску на гнучку поверхню еластичного матеріалу, що дозволяє пристосовуватися до зміни форми заготовки, але при високих частотах обертання патрона за рахунок дії відцентрових сил суттєво знижується сила затиску заготовки. Відомі затискні патрони, в яких сила затиску підвищується за рахунок відцентрових сил додаткових елементів, кінематично зв'язаних із затискними елементами (див., наприклад, а.с. СРСР №533454) [2], де кожний із інерційних елементів виконаний у вигляді двохплечового важеля, одне плече якого зв'язане із затискною цангою, а друге містить вантаж і діє на цангу в напрямку, протилежному її пружному переміщенню. Такі патрони можуть працювати на високих частота х обертання до певної межі (до 5-10тис.хв.-1), після якої можливі руйнації елементів патрона від тих же відцентрових сил (розрив осей, важелів, відрив вантажів, тощо). Це знижує надійність і підвищує небезпеку роботи патрона, що може привести до травматизму. Найбільш близьким аналогом обраний затискний механізм для гідромеханічного патрона (див. патент США №6473954) [3], що містить затискний патрон з нерухомим затискним елементом у вигляді тонкостінної втулки з циліндричним отвором під інструмент або заготовку, з торцями по обидві сторони і зовнішньою конічною поверхнею між ними, по якій нерухома втулка взаємодіє з рухомою в повздовжньому напрямку втулкою з каналами для підводу рідини. Між торцями затискного елемента і рухомої втулки по обидві сторони розташовані дві барокамери - одна для затиску і друга для розтиску, барокамери містять входи/виходи, розміщені на протилежних сторонах периферії патрона з отворами, призначеними для стикування із соплами, розміщеними в опорах на хомуті і пристосованих для входу в отвори на периферії патрона, причому одне сопло має можливість осьового переміщення. Недоліками найближчого аналога є: по-перше, необхідність підвищення тиску рідини при затиску для компенсації дії відцентрових сил, які знижують силу затиску при підвищенні частоти обертання патрона; подруге, при використанні затискного елемента з самогальмуючим конусом для розтиску патрона необхідно тиск рідини підвищувати в 2-3 рази і більше; по-третє, залежність динамічної сили затиску патрону, який обертається, від діаметра інструменту (заготовки) - чим більше діаметр, тим менше динамічна сила затиску. Вищезазначені недоліки знижують максимальні частоти обертання і тим самим обмежують можливість підвищення продуктивності швидкісного різання. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення гідромеханічного затискного патрона, шляхом введення в барокамеру затиску кульок і виконанням торця рухомої втулки конічним, що дозволяє забезпечити технічний результат - підвищення максимальних частот обертання патрона і продуктивності швидкісного і надшвидкісного різання. Рішення поставленої задачі вирішується тим, що в гідромеханічному затискному патроні що містить нерухомий затискний елемент у вигляді тонкостінної втулки з циліндричним отвором, з торцями по обидві сторони і зовнішньою конічною поверхнею з кутом між ними, по якій затискний елемент взаємодіє з рухомою в повздовжньому напрямку втулкою з каналами для підводу рідини в дві барокамери, з яких одна призначена для затиску, а друга - для розтиску, барокамери містять входи/виходи, розміщені на протилежних сторонах периферії патрона з отворами, призначеними для стикування із соплами, розміщеними в опорах на хомуті і пристосованими для входу в отвори на периферії патрона, причому одне сопло має можливість осьового переміщення. Новим є те, що в барокамері затиску по колу розташовані кульки, котрі з одного боку взаємодіють з торцем затискного елемента. З другого - з рухомою втулкою по торцю, який виконаний конічним з кутом, спрямованим протилежно куту конічної поверхні затискного елемента. Завдяки дії відцентрових сил на кульки виникає додаткова осьова сила, яка діє на конічний торець рухомої втулки і переміщує її в бік затиску, компенсуючи дію відцентрових сил на затискний елемент і підвищуючи силу затиску при підвищенні частоти обертання патрона. Таким чином досягається технічний результат підвищення максимальних частот обертання патрона і завдяки цьому продуктивності швидкісної і надшвидкісної обробки деталей на металорізальних верстата х. Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на Фіг.1 зображений повздовжній переріз гідромеханічного патрона при затиску, загальний вигляд; Фіг.2 - поперечний переріз скоби з приводом затиску - розтиску, Фіг.1; Фіг.3 - повздовжній переріз гідромеханічного затискного патрона, який обертається, із зображенням додаткових сил під дією кульок; Фіг.4 - графіки залежностей радіальної сили затиску Τ від часто ти обертання патрона ω(1-Τ0=const при ω=0,2-Τω1, при ω¹0 у прототипу без кульок; 3 - додаткова сила затиску від кульок при ω¹0; 4-Τω2, при ω¹0 у запропонованого винаходу з кульками). Гідромеханічний затискний патрон містить нерухомий затискний елемент у вигляді тонкостінної втулки 1 (Фіг.1) з циліндричним отвором під інструмент (або заготовку) 2 з торцями «а» і «b» по обидві сторони і зовнішньою конічною поверхнею «с» з кутом a між ними (Фіг.3). По зовнішній конічній поверхні «с» затискний елемент 1 взаємодіє з рухомою в повздовжньому напрямку втулкою 3 (Фіг.1) з каналами для підводу рідини 4 для затиску і 5 - для розтиску. Між торцями «а», «b» затискного елемента 1 і торцями «d», «e», рухомої втулки 3 по обидві сторони розташовані дві барокамери 6, 7, з яких барокамера 6 призначена для затиску, а барокамера 7 - для розтиску. Барокамери 6, 7 містять відповідно входи/ви ходи 8, 9, що розміщені на протилежних сторонах периферії рухомої втулки 3 патрона. Отвори входу/ви ходу 8, 9 призначені для стикування із соплами 10, 11 (Фіг.2), які розміщені в опорах на хомуті 12 і пристосованими для входу в отвори на периферії рухомої втулки 3, причому одне сопло 10 - нерухоме, а друге сопло 11 має можливість осьового переміщення для настроювання на різні діаметри патрона (максимальний діаметр - коло 13, мінімальний діаметр - коло 14). В барокамері затиску 6 по колу розташовані кульки 15 (Фіг.1, 3), які з одного боку взаємодіють з торцем «а» затискного елемента, а з другого - з рухомою втулкою 3 (Фіг.1, 3) по торцю «d», який виконаний конічним з кутом β (Фіг.3), Кут β спрямований протилежно куту a конічної поверхні затискного елемента 1. Між затискним елементом 1 і рухомою втулкою 3 розміщені по обидві сторони ущільнення 16 і 17 (Фіг.1, 3). Гідромеханічний затискний патрон працює наступним чином. При розтиснутому патроні (Фіг.1) рідина під тиском через сопло 11 подається в отвір входу 9 і по каналу 5 в барокамеру розтиску 7. При цьому патрон не обертається, а кульки 15 знаходяться в початковому вихідному положенні (як зображено на Фіг.1). Для розтиску інструменту (або заготовки) 2 рідина під тиском подається через сопло 10 в отвір 8, а далі по каналу 4 в барокамеру затиску 6. В той же час рідина з барокамери розтиску 7 по каналу 5 витікає через отвір 9 і сопло 11. Під дією сил від тиску рідини в барокамері затиску 6 (Фіг.3) рухома втулка 3 переміщається вправо по конічній поверхні затискного елемента 1, який деформується в радіальному напрямку і затискує інструмент (або заготовку) 2 з радіальною силою Т0 (Фіг.4). При обертанні патрона за рахунок відцентрових сил Fu2 (Фіг.3), які діють на кульки 15, що розходяться, і через конічну поверхню "d" додатково діють на рухому втулку 3 та переміщують її вправо під дією додаткової осьової складової сили ΔS, що в результаті дає додаткову радіальну силу затиску ΔΤ (Фіг.3, 4). В результаті дії додаткової сили ΔΤ (Фіг.4) суттєво зменшується вплив частоти обертання ω на радіальну силу затиску Т, яка змінюється від величини Τω1 (крива 2) до величини Τω2 (крива 4) в сторону збільшення. Таким чином досягається підвищення максимальної частоти обертання патрона, продуктивності обробки деталей на металорізальних верстата х. Джерела інформації 1. Патент США №3677559. Гідростатичний затискний патрон. МПК В23В31/10, опубл. 18.07.1972. 2. А.с. СССР №533454. Центробежный цанговый патрон. МПК В23В31/20, Бюл. №40,30.10.1976. 3. Патент США №6473954. Затискний механізм для гідромеханічного патрона. МПК В23Р19/027, В23В31/30, F16N3/12, опубл. 05.11.2002.