Как правильно выбрать токарный патрон?

Токарные патроны являются важным элементом конструкции каждого токарного станка, хотя их также можно встретить в шлифовальных, фрезерных и сверлильных станках.

Их задача – жестко закрепить обрабатываемые детали во избежание вибраций, которые могут привести к порче или ухудшению качества конечного продукта.

Токарные патроны – различные типы

В ассортименте производителей представлены токарные патроны различных типов, различающиеся по количеству и типу зажимных кулачков, типу монтажа, размеру.

Так, различают 2-, 3-, 4- и даже 6-кулачковые патроны, спиральные патроны и патроны с независимой регулировкой кулачков, самоцентрирующимся, цилиндрическим или другим креплением. Использование конкретной конструкции зависит от многих факторов, в том числе, от геометрии обрабатываемой детали.

Двухкулачковые патроны используются, например, для зажима прямоугольных предметов, а трехкулачковые - для стабилизации круглых предметов.

Различают патроны с ручным или механическим креплением. Первые можно встретить в более простых устройствах, например, токарном станке или шлифовальной машине.

Механические крепления обычно используются в более совершенных решениях, например, в токарных станках с числовым программным управлением или многофункциональных токарных и фрезерных центрах.

Они оказываются незаменимыми в массовом производстве: обеспечивают постоянство параметров зажима заготовки, сокращают время сборки и разборки, позволяют добиться высоких усилий зажима без особых усилий оператора станка.

Наиболее часто используемым токарным патроном в промышленности является самоцентрирующийся трехкулачковый патрон. Доступные решения также включают четырехкулачковые патроны, самозажимные патроны или патроны с цангой, а также механико-гидравлические токарные патроны.

Из чего делают токарные патроны: стальные или чугунные

Чаще всего стандартные токарные патроны изготавливаются из стали или чугуна. Чугун используется только для производства корпусов устройства. Патроны с чугунным корпусом имеют меньшие допустимые скорости вращения, меньшую точность центрирования, но большую способность гашения вибрации, чем патроны со стальным корпусом.

Остальные детали самоцентрирующихся и независимых патронов, такие как кулачки, зубчатые диски, шестерни и приводные винты, изготавливаются из стали и подвергаются термической обработке – преимущественно цементации и закалке.

Тип материала, из которого изготовлен корпус патрона, обуславливает ее применение: для черновой обработки менее точных деталей применяют устройства с чугунным корпусом, а там, где необходима высокая точность и более высокая эффективность обработки, применяют патроны со стальным корпусом.

Выбор материала также зависит от условий, в которых будет работать патрон. Например, в кислой среде используются ручки из кислотостойкой или нержавеющей стали, а там, где важно снижение веса или отсутствие магнетизма – алюминиевые патроны.

Новые конструкции токарных патронов

Хотя конструкция стандартных токарных патронов как с ручным, так и с механическим зажимом за последние годы кардинально не изменилась, некоторая эволюция в этой области присутствует.

К важнейшим требованиям, которые лежат в основе разработки конструкций токарных патронов, относятся:

• повышение точности и повторяемости зажима детали;
• увеличение усилия зажима патрона;
• обработка крупногабаритных деталей ( патроны диаметром 1400-2000 мм и более);
• зажим деталей значительно большего веса, чем позволяют стандартные конструкции (патроны типа HD);
• зажим тонкостенных деталей, ограничивающий деформацию зажимаемой детали (8-кулачковый патрон и патроны с большим количеством кулачков);
• быстрая замена кулачков в патроне, сокращающая время, необходимое для переналадки;
• ограничение возможности попадания грязи внутрь патрона, что предотвращает его повреждение и продлевает срок его службы, а заодно сокращает время, необходимое на очистку места обработки перед креплением следующей детали (герметичные и пыленепроницаемые держатели, работающие в тяжелых условиях).

Стабильная и точная установка обрабатываемого элемента чрезвычайно важна с точки зрения безопасности оператора и самого объекта. С другой стороны, время сборки и переналадки играет значительную роль и зачастую определяет эффективность данной системы.

Эти важнейшие характеристики, то есть стабильность и точность, а также время срабатывания зажима, прекрасно сочетаются в системах магнитного зажима.

К инновационным конструкциям относятся также патроны с асимметрично расположенными в корпусе кулачками (например, 4-х захватная ручка, у которой угол между кулачками отличается от 90°), ручки с механическим креплением, интегрированным с пневмоцилиндром, а также специальные решения, созданные специально для нужд конкретного заказчика.

На что обратить внимание при выборе токарного патрона

Разнообразие токарных патронов, представленных на рынке, заставляет перед их покупкой провести более детальный анализ потребностей и требований к этим устройствам.

Перечисляя элементы, которые следует учитывать при выборе токарных патронов, следует обращает внимание прежде всего на тип станка.

Важно определиться, имеем ли мы дело с обычной машиной или станком с числовым программным управлением, и оснащен ли он гидравлическим, пневматическим или электрическим цилиндром.

Ответы на эти вопросы определят, стоит ли рассматривать покупку ручного или механического патрона.

В свою очередь, тип наконечника шпинделя в станке определяет способ крепления и тип крепления в держателе. Если используется группу механических патронов, то необходимо подобрать к ним соответствующий гидроцилиндр (если его нет в машине), т.е. определить его размеры, ход поршня, резьбу троса и максимальные параметры толкающей и тянущей силы.

Размеры и вес детали, смонтированной в держателе, также оказывают существенное влияние на выбор конкретного решения. Они определят размер патрона, силу, с которой должна быть зажата деталь, параметры обработки и способ зажима (только в кулачках или в кулачках с суппортом или задней бабкой).

Еще одним важным элементом является материал, из которого изготовлена ​​деталь. В зависимости от этого выбирается способ крепления патрона (самоцентрирующийся/независимый), количество кулачков, их тип (жесткие/мягкие) и точность центрирования.

Например, для зажима стержня при черновой обработке используется трехкулачковый самоцентрирующийся патрон с твердыми кулачками.

Для черновой обработки деталей неправильной формы хорошо подойдет четырехкулачковый независимый патрон с твердыми кулачками. Однако в процессах чистовой обработки тонкостенных деталей кольцевого типа следует использовать шестикулачковый самоцентрирующийся патрон с мягкими кулачками.