Патрон токарный: назначение, виды и особенности выбора

Стремительное развитие металлообрабатывающего комплекса сложно представить без постоянного совершенствования станочного оборудования. Оно определяет скорость заточки деталей, соблюдение их геометрии, качество обработки поверхности.

Для прочной фиксации заготовки используется патрон для токарного станка, обеспечивающий необходимое зажимное усилие и точность центрирования. В этой статье рассмотрены основные вопросы, касающиеся выбора устройств:

Назначение и общие характеристики

Патроны токарные устанавливаются на универсальных и специальных станках и используются для крепления деталей на оси шпинделя. Благодаря их применению достигается надежная фиксация и увеличивается зажимное усилие при большом крутящем моменте. Деталь не срывается, сохраняет правильное положение при работе, снижая риск поломки резца и обеспечивая высокую скорость изготовления изделия.

Патроны для токарных станков производятся из закаленной стали, реже – чугуна, и отличаются друг от друга конструкцией и назначением. В России разработано и утверждено восемь стандартов, описывающих требования к этим элементам. Например, согласно ГОСТ 1654-86, выделяется 4 класса точности: А (особо высокая), В (высокая), П (повышенная) и Н (нормальная).

Классификация патронов

Все используемые токарные патроны условно делятся на две группы: кулачковые и цанговые. Первые состоят из нескольких подвижных сегментов (кулачков), за счет которых и происходит фиксация детали. Они применяются для большинства операций и отличаются друг от друга особенностями конструкции и назначением. Цанговые патроны выпускаются с выдвижной, неподвижной или втягиваемой цангой, закрепляющей деталь в нужном положении.

Патрон токарный также классифицируется по:

• количеству кулачков (от двух до шести);
• особенностям крепления (по внешней или внутренней поверхности);
• специфике исполнения (цельные, сборные или накладные кулачки);
• используемому приводу (ручной или механический).

Каждый вид устройства имеет свои преимущества, особенности использования и предназначен для определенных функций.

Самоцентрирующиеся двухкулачковые патроны

2-х кулачковый патрон для токарного станка используется для крепления сложных фасонных деталей, нецилиндрических и несимметричных заготовок. Их особенность заключается в способности фиксировать в губках необработанные поверхности, обеспечивая достаточное сцепление.

Все детали изделия производятся из стали, подвижные части подвергаются термообработке, что увеличивает их прочностные характеристики и износостойкость. Размеры стандартизированы: диаметр варьируется от 125 до 400 мм. К недостаткам устройств этого типа относят высокий риск нарушения центрирования из-за широкого зазора между направляющими.

Трехкулачковый патрон токарный

Самый распространенный тип, встречающийся на промышленных производствах, в домашних мастерских, гаражах и сборочных цехах. Обычно оснащен тяговым приводом, позволяющим сократить время, требующееся на фиксацию на 30-80%. Снижение временных затрат позволяет ускорить процесс, что особенно важно при большой загрузке, например, на серийных станках. Механизированный привод обеспечивает еще одно немаловажное преимущество: постоянство зажимного усилия, за счет чего деталь не перекашивается и не вылетает при любых оборотах.

а — трехкулачковый патрон; б — четырехкулачковый патрон.

3-кулачковый патрон для токарного станка может быть спиральным и реечным. Спиральные конструкции появились одними из первых и применяются более 100 лет благодаря простоте и надежности. К их достоинствам относится широкий диапазон хода фиксаторов, возможность зажима некруглых деталей и хороший КПД. Среди минусов: быстрый износ, при котом пропадает точность центрирующего механизма. К быстрому выходу из строя приводит использование непрочной улитки, попадание грязи и металлической стружки в зазоры.

Реечный патрон на токарный станок частично лишен этих недостатков: из-за особенностей конструкции (венец приводит в движение вращающие рейки) есть возможность дополнительного закаливания зубцов. Это повышает их универсальность и позволяет устанавливать на станках мелкосерийного или штучного производства. Они точнее, чем спиральные устройства, и обеспечивают усиленный зажим, но при этом снижается КПД изделия и теряется возможность его фиксации в нескольких положениях.

Четырехкулачковые патроны

Четырехкулачковый патрон токарный преимущественно выбирается для обработки несимметричных заготовок, если возникла необходимость заточить круглую деталь вне центра или для расточки отверстий по разным осям. Благодаря двум парам независимых держателей изделие крепится по взаимоперпендикулярным плоскостям таким образом, чтобы достичь полного совпадения оси шпинделя и зачищаемой поверхности.

Кулачок может быть цельным или сборным. Патрон для токарного станка со сборным узлом имеет основание и насадной кулачок. Он размещается в пазе основного элемента для свободного радиального перемещения без потери устойчивости. Так обеспечивается двойное шпоночное крепление. К преимуществам конструкции этого типа относится жесткость фиксации и простота применения.

Также в производстве можно встретить 6-кулачковые зажимы. Фиксирующее усилие в них распределяется между шестью отдельными кулачками, благодаря чему удается закрепить тонкостенную деталь без деформации.

Конструкция зажимного механизма

Еще одна важная классификация устройств, отражающаяся на их конструкции и применении, касается сборки зажимного механизма. По этому параметру патроны для токарных станков делятся на следующие виды:

• Поводковые - наиболее простые, используются для обработки центра, в случае необходимости заточки боковых поверхностей выбираются зубчатые и штыревые узлы;
• Спиральные самоцентрирующиеся - центрирование происходит одновременно с фиксацией, что уменьшает время, необходимое для подготовки. Наиболее популярные токарные патроны, оснащаются двумя, тремя или шестью держателями;
• Рычажные - их особенность заключается в наличии тяги с муфтой, приводимые в движение гидравлическим приводом. За счет этого происходит крепление. Востребованы в мелкосерийных производствах;
• Клинореечные - этот токарный патрон по своим характеристикам похож на рычажный, но обеспечивает большую точность центрирования;
• Цанговые - способны фиксировать только прутковые образцы с небольшим диаметром. Несмотря на низкую универсальность, популярны из-за минимальных радиальных биений, позволяющих повысить качество работы;
• Сверлильные - предназначены для подключения к станку сверл и других инструментов;
• Термопатроны - используются на тех же станках, что и цанговые, но для них необходима горячая посадка для подключения инструмента;
• Гидропатроны - еще одна альтернатива цанговым устройствам. Патрон токарный зажимает инструмент за счет рабочего давления жидкости, что уменьшает усилие, требуемое для надежной фиксации.

Рассмотрим конструкцию и возможности наиболее популярных устройств подробнее.

Токарные цанговые патроны

Ключевым рабочим элементом является металлическая втулка, поделенная на 3,4 или 6 лепестков. От их количества зависит максимальный диаметр фиксируемой продукции: металлические пластины захватывают деталь, вставляемую внутрь втулки, и удерживают ее в течение всего рабочего процесса. Конструкционно цанги делятся на два типа: подающие и зажимные. У первых стальная закаленная втулка имеет три неполных разреза, формирующих лепестки с концами, поджатыми друг к другу. В подающих цангах используются лепестки пружинящегося типа, и их количество варьируется, в зависимости от модели. Когда цанга вдавливается в патрон, прорези сужаются, и сцепление между фиксатором и деталью возрастает.

Благодаря этому, данный тип патронов часто используется при вторичном креплении уже обработанного изделия: лепестки прочно удерживают его, но при этом не повреждают поверхность. Если профиль детали не соответствует форме цанги, используются специальные сменные вкладыши.

Рычажный патрон на токарный станок

В основе конструкции этого устройства кроется рычаг с двумя плечами, который приводит в движение держатели с зажимами. Обычно привод механизирован для ускорения процесса установки и уменьшения нагрузки на оператора.

Друг от друга отличаются количеством кулачков. Выбирая этот параметр, появляется возможность работы со сложными фасонными деталями. Их фиксация становится сложным и длительным процессом, поэтому рычажный патрон для токарного станка не подходит для крупносерийных производств – увеличиваются временные затраты на вспомогательные работы, падает производительность труда. Однако это вполне подходящий инструмент для мелкосерийных фабрик при выпуске единичных товаров.

Переналадить устройство этого типа можно при помощи ключа (происходит одновременное смещение кулачков) или регулируя положение каждого узла в отдельности. После закрепления детали может наблюдаться незначительный люфт, отражающийся на геометрии будущей детали, поэтому обычно рычажные изделия выбирают для черновой резки.

Клиновый патрон

Клиновые патроны для токарных станков представляют собой более совершенную модификацию рычажных конструкций. В них для регулирования положения зажимов применяется несколько отдельных приводов. В результате можно зафиксировать детали сложной формы и задать любую ось вращения. К другим преимуществам можно отнести:

• минимальный процент погрешности, точное соблюдение геометрии при выточке продукции;
• равномерное усилие на каждом кулачке;
• прочная фиксация на разных оборотах.

При этом существенно увеличивается сложность настройки и время предварительной подготовки. Часто патрон для токарного станка имеет специальную модель зажима, адаптированную для работы с блоком ЧПУ.

Выбор подходящего изделия

Характеристики выбранного устройства напрямую влияют на возможность работы с формой, точность геометрии будущего изделия, качество поверхности. Также токарный патрон определяет скорость производства, максимальное количество выпускаемых деталей за смену. Неправильно подобранная конструкция увеличивает количество брака, может привести к поломке станка. Согласно ГОСТ подключение должно осуществляться с учетом следующих параметров:

• Расчетная нагрузка. Патрон для токарного станка может работать с деталями определенного внутреннего и внешнего диаметра, формы и массы. При превышении максимально допустимых размеров, устройство выйдет из строя (особенно при работе на больших оборотах);
• Тип фиксации изделия на оси шпинделя. Для крепления может использоваться центрирующий поясок или фланец, зажим Кэмлок или поворотная шайба;
• Размеры крепежных отверстий и их положение на корпусе;
• Пределы частот. Показывают, на каких максимальных оборотах работает патрон для токарного станка;
• Количество кулачков, их разновидность (накладные или составные), твердость и используемый метод крепления, тип перемещения – все это определяет, насколько удобно будет работать с фиксатором, и какое время потребуется для его переналадки;
• Точность патрона.

Чтобы не ошибиться при выборе изделия, предварительно рекомендуется получить профессиональную консультацию. Сделать это можно у сотрудников нашей компании по контактным телефонам. Мы порекомендуем подходящие патроны токарные с учетом специфики вашего производства.