Гідромеханічний затискний патрон

Реферат: UA 90481 U UA 90481 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до металообробки і може бути використана в металорізальних верстатах для закріплення інструментів з циліндричним хвостовиком, а також трубних 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 з затискними елементами (див. наприклад а.с. СССР №533454) [2], де кожний із інерційних елементів виконаний у вигляді двоплечого 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 частотах -1 обертання до певної межі (до 5-10 тис. хв. ), 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. Відомий також гідромеханічний затискний патрон [3], в якому компенсація відцентрових сил здійснюється за рахунок того, що в барокамері затиску по колу розташовані кульки, що взаємодіють з одного боку з торцем затискного елемента, а з другого - з рухомою втулкою по торцю, який виконаний конічним з кутом, спрямованим протилежно куту конічної поверхні затискного елемента. Недоліком цього патрона є надвисокі тиски в місці контактування кульок з затискним елементом і рухомою втулкою, що зменшує довговічність і надійність дії патрона при роботі на високих частотах обертання. Найбільш близьким аналогом вибраний затискний механізм для гідромеханічного патрона (див. патент США №6473954) [4], 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 і 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; по-друге, 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 патрона, який обертається, від діаметра інструмента (заготовки) - чим більше діаметр, тим менше динамічна сила затиску. Вищезазначені недоліки знижують максимальні частоти обертання інструментів більших діаметрів тим самим обмежують можливість підвищення продуктивності швидкісного різання. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення гідромеханічного затискного патрона шляхом того, що в інструменті з боку циліндричного хвостовика виконаний отвір, а в середині нерухомого затискного елемента розташована циліндрична цанга, губки якої розміщенні в згаданому отворі, що дозволяє забезпечити технічний результат - розширення функціональних можливостей і підвищення сили затиску на високих частотах обертання інструментів більших діаметрів. Поставлена задача вирішується тим, що в гідромеханічному затискному патроні, що містить нерухомий затискний елемент у вигляді тонкостінної втулки з циліндричним отвором під інструмент, з торцями по обидві сторони і зовнішньою конічною поверхнею, по якій затискний елемент взаємодіє з рухомою в повздовжньому напрямку втулкою з каналами для підводу рідини в розташовані по обидві сторони дві барокамери, з входом/виходом,розміщеними на протилежних сторонах периферії рухомої втулки. Новим є те, що в інструменті з боку циліндричного хвостовика виконаний отвір, що утворює на свою довжину циліндричну оболонку, радіальна жорсткість якої менше радіальної жорсткості рухомої в повздовжньому напрямку втулки з каналами підводу рідини, а всередині нерухомого елемента розташована циліндрична цанга, губки якої розміщені в отворі циліндричного хвостовика інструмента. 1 UA 90481 U 5 10 15 20 25 30 35 Завдяки зменшенню радіальної жорсткості циліндричної оболонки інструмента і дії додаткових відцентрових сил губок циліндричної цанги зменшується вплив відцентрових сил, які діють на затискний елемент, що дозволяє розширити функціональні можливості і підвищити сили затиску на високих частотах обертання інструментів більших діаметрів. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на: фіг. 1 зображений поперечний переріз затискного патрона з інструментом; фіг. 2 - модель пружної системи "затискний патронінструмент" при патроні, що не обертається; фіг. 3 - модель пружної системи "затискний патронінструмент", що обертається без циліндричної цанги; фіг. 4 - модель пружної системи "затискний патрон-інструмент", що обертається з циліндричною цангою; фіг. 5 - графіки залежності зміни радіальної сили Fr затиску інструмента від його частоти обертання n( ) для трьох випадків А, В, С виконання затискного патрона з інструментом. 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  між ними. По зовнішній конічній поверхні "с" затискний елемент 1 взаємодіє з рухомою в повздовжньому напрямку втулкою 3 з каналами для підводу рідини 4 - для затиску І 5 - для розтиску. Між торцями "а", "b" затискного елемента 1 і торцями 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/виходи 8, 9, що розміщені на протилежних сторонах периферії рухомої втулки 3 патрона. Отвори входу/виходу 8, 9 призначені для стикування із соплами, які зв'язані з гідравлічною системою створення тиску рідини (на фіг. 1 не показано). В хвостовику інструмента 2 виконаний отвір "d", що утворює на свою довжину циліндричну оболонку "e", радіальна жорсткість якої менша радіальної жорсткості втулки 3 з каналами 8, 9 для підводу рідини. Всередині нерухомого затискного елемента 1, який має конічний хвостовик 10 для з'єднання із конусом шпинделя (на фіг. 1 не показано) розташована циліндрична цанга 1 Із виступом f, губки 12 якої розміщені в отворі "d" циліндричного хвостовика інструмента 2. Торцева втулка 13 з ущільненням 14 жорстко зв'язана з затискним елементом 1, з протилежного боку якого встановлено ущільнення 15. Ущільнення 14, 15 не дозволяють витікання рідини з барокамер 6, 7 при роботі патрона під тиском рідини. Гідромеханічний затискний патрон працює наступним чином. При розтиснутому патроні (Фіг. 1) рідина під тиском через сопло подається в отвір входу 9 і по каналу 5 в барокамеру розтиску 7. При цьому патрон не обертається. Для затиску інструмента (або заготовки) 2 рідина під тиском подається через сопло 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. Під дією сил від тиску рідини в барокамері затиску 6 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 Fr (фіг. 2). o При обертанні патрона за рахунок відцентрових сил F (фіг. 3), які діють на затискний елемент 1, виникає контактне зближення  між затискним елементом 1 і втулкою 3: 40 45 F , (1) CП де CП - жорсткість системи "затискний елемент 1 - корпус патрона 3 (рухомої втулки)". З боку інструмента 2 між ним і затискним елементом 1 зменшується контактне зближення на таку ж саму величину  , пропорційну втраті радіальної сили Fr при жорсткості C з системи "затискний елемент 1 - інструмент 2", тобто Fr  , (2) Cз Прирівнявши праві частини залежностей (1) і (2) отримуємо: F F  r , (3) CП Cз звідси отримаємо величину втрати радіальної сили Fr від дії відцентрової сили F :  Cз , (4) СП Якщо вважати, що при затиску інструмента із цільним хвостовиком Cз  СП , то  Fr  F  50  FrА  F , (5)  2 UA 90481 U Тобто радіальна сила Fr , яка створена при затиску інструмента, що не обертається 0 (   0,n  0 ), зменшується при обертання до величини  FrА  Fr0   FrА  Fr0  F . (6)   5 10 15 Залежність (6) зображена на фіг. 5 кривою А. При затиску інструмента із пустотілим хвостовиком у вигляді циліндричної оболонки, вважаючи Cз  СП , отримуємо з врахуванням залежності (4), зменшення радіальної сили затиску при обертанні до величини: C FrB  Fr0  FrB  Fr0  F  з . (7)   СП Залежність (7) зображена на фіг. 5 кривою В, звідси очевидно, що FrB  FrA , (8)   тобто вже є підвищення радіальної сили затиску за рахунок співвідношення жорсткостей з боку інструмента і затискного патрона Cз  СП . Якщо затискний патрон для штучних заготовок має відкритий контур [5], то при Cз  СП буде: FrB  FrA . (9)   Введення в середину інструмента 2 і нерухомого затискного елемента 1 циліндричної цанги 11 з незрівноваженими губками 12, виникає додаткова відцентрова сила F (фіг. 4), яка дає додатковий натяг   між поверхнею затискного елемента 1 і поверхнею інструмента 2:   20 25 F (10) . Cз Це зменшує зняття натягу і сили  FrС в системі "затискний елемент - інструмент" до  величини     . Тоді втрата радіальної сили затиску буде  FrС  (     )  Сз . (11)  Підставивши залежність (1) в (11), отримаємо C  FrС  F  з  F (12)  СП Cз  F (13) СП Залежність (13) зображена на фіг. 5 кривою С, що підтверджує преваги запропонованого гідромеханічного затискного патрона, бо  FrС  FrB  FrA .    Джерела інформації: 1. Патент США № 3677559. Гідростатичний затискний патрон. МПК В23В 31/10, опубл. 18.07.1972. 2. А.с. СССР № 533454. Центробежный цанговый патрон. МПК В23В 31/20, Бюл. №40.30.10.1976. 3. Патент України №73045. Гідромеханічний затискний патрон. МПК В23В 31/30, В23В 31/10, опубл. 16.05.2005, Бюл. № 5, 2006. 4. Патент США №6473954. Затискний механізм для гідромеханічного патрона. МПК В23Р 19/027, В23В 31/30, F16N 3/12, опубл. 05.11.2002. 5. Кузнецов Ю.Н., Волошин В.Н., Неделчева П.М., Эль-Дахаби Ф.В. Зажимные механизмы для высокоскоростной и прецизионной обработки резанием. В двух частях, под. ред. Ю.Н. Кузнецова, - К.: ООО "ЗМОК" - ООО "Гнозис", 2010. - Ч. 2. - 466 с. (стр. 160-162, рис. 2.22, стр. 395-399, рис. 469-4.71). FrС  Fr0  FrС  Fr0  F    30 35 40 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 Гідромеханічний затискний патрон, що містить нерухомий затискний елемент у вигляді тонкостінної втулки з циліндричним отвором під інструмент з циліндричним хвостовиком, торцями по обидві сторони і зовнішньою конічною втулкою, по якій затискний елемент взаємодіє з рухомою в повздовжньому напрямку втулкою з каналами для підводу рідини в розташовані по 3 UA 90481 U 5 обидві сторони дві барокамери, з яких одна призначена для затиску, а друга - для розтиску, барокамери містять входи/виходи, розміщені на протилежних сторонах периферії рухомої втулки, який відрізняється тим, що в інструменті з боку циліндричного хвостовика виконаний отвір, що утворює на свою довжину циліндричну оболонку, радіальна жорсткість якої менше радіальної жорсткості рухомої в повздовжньому напрямку втулки з каналами підводу рідини, а всередині нерухомого елемента розташована циліндрична цанга, губки якої розміщені в отворі циліндричного хвостовика інструмента. UA 90481 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5