Белкин А.Н. Белкина А.А. - Погрешность установки заготовки в трёхкулачковом самоцентрирующем патроне (статья)

УДК 621.9.06-229.323.2ПОГРЕШНОСТЬ УСТАНОВКИ ЗАГОТОВКИ В ТРЁХКУЛАЧКОВОМСАМОЦЕНТРИРУЮЩЕМ ПАТРОНЕБелкин А.Н. Белкина А.А.Кременчугский государственный политехнический университетВведение. В практических условиях дляопределения погрешности установки заготовки втрёхкулачковомсамоцентрирующемпатроненедостаточно пользоваться только имеющимисятабличнымиданными,посколькуонинеотображают в полной мере условий и срокаэксплуатации,износадеталейзажимногомеханизма. При написании статьи была произведенапроработка статистических данных, проведёнанализ различных методов обработки, вследствиечего предложена таблица для определенияпогрешности установки.Цель работы. Исследование износа элементовзажимного механизма трёхкулачкового самоцентрирующего патрона на примере операции внутреннегошлифования, внесение изменений и дополнений ктабл.13 [1], определённых опытным путём.Материал и результаты исследования.

Прирасчетах припусков и других расчетах, гденеобходимо учитывать погрешность установкизаготовок в трёхкулачковом самоцентрирующемпатроне,обычнопользуютсятабл.13«Погрешность (мкм) установки заготовок вцанговом и трёхкулачковом патронах без выверки»настр.42Справочникатехнологамашиностроителя, том 1.Но в трёхкулачковом самоцентрирующемпатроне выверке может подвергаться толькосвободный конец заготовки.

Зажатый в кулачкахконец заготовки выверке не подвергается.Изменение положения зажимаемого краязаготовки может происходить при её переустановке(повторное разжим – зажатие), при котором можетпроизойтиизменениеположениядеталейклиноплунжерногомеханизмапатронаотносительно друг друга. Поэтому, на практике, дляуменьшения погрешности установки заготовки впатроне при расточкекулачков, намечаютположение патрона в пространстве (обычномаркером намечают одно из трёх гнёзд дляустановки ключа, и зажим – разжим производят наэтом гнезде).Это объясняется тем, что под действием силтяжести отдельные детали механизма зажима(кулачки и спираль Архимеда), выбрав зазоры поддействием сил тяжести,почти всегда будутнаходиться в крайнем нижнем положении.При длительной эксплуатации и повышенномизносе деталей механизма зажима в увеличенныезазоры между деталями патрона могут попадатьгрязь, пыль, окалина, стружка и другие твёрдыетела, которые не позволяют деталям заниматькрайнее нижнее положение.

Это является причинойповышенной погрешности установки заготовок втрёхкулачковом патроне.На практике было замечено, что при длительнойэксплуатации трёхкулачковых самоцентрирующихпатронов при определённых методах обработки, наобрабатываемых поверхностях стали появлятьсячерноты, т.е. расчитанного межоперационногоприпуска стало не хватать.Сделав анализ различных методов обработкидеталей в трёхкулачковом самоцентрирующемпатроне, проработав статистические данные,напрашиваются дополнения и изменения к таблице13 в Справочнике.Обрабатываемые детали можно разделить подвум показателям, при которых погрешностьустановки примерно одинакова:1. По методу обработки:а) наружное точение без выделения пыли;б) наружное точение и внутреннее растачиваниеглухих отверстий с выделением пыли;в) растачивание сквозных отверстий безвыделения пыли;г) внутреннее шлифование, растачиваниесквозных отверстий с выделением пыли.Примечание: патроны, которые проработалихотя бы 10 смен по методу «г», должнырассчитываться по этой погрешности установки,независимо от дальнейшего метода обработки.2.

По точности изготовления зажимаемойповерхности:а) до 0,1ммб) до 0,3мм;в) свыше 0,3мм.Рассмотрим погрешность установки заготовки втрёхкулачковом самоцентрирующем патроне.Для любого приспособления в общем видепогрешность установки определяется как сумматрёх погрешностей:Еус = Еб +Ез +Епр,где Еус – погрешность установки;Еб – погрешность базирования;Ез – погрешность закрепленияЕпр – погрешность изготовления и эксплуатацииприспособления.1АЕпр = Еп + Ес + Есб + Еи,Р323G4АEР1Р2FВ свою очередь, Епр состоит из четырёх другихэлементарных погрешностей:D1 – корпус патрона; 2 – кулачёк; 3 – улитка сАрхимедовой спиралью; 4 – коническая шестерняРисунок 1 – Схема токарного самоцентрирующегопатронагде Еп – погрешность, связанная с направлениемрежущего инструмента, для трёхкулачковогопатрона Еп = 0.Ес – погрешность, связанная с установкойприспособления на станке.На любых моделях станков, где в качествезажимногоприспособленияприменяетсятрёхкулачковыйсамоцентрирующийпатрон,предусматриваетсявозможностьобработкикулачков «по месту».

Кроме того, на предприятиях свысокой культурой производства периодичностьпроверки и обработки кулачков указывается втехнологических процессах обработкидеталей.Обработка кулачковпроизводится, как правило, по разработаннымметодикам. Поэтому можно считать, что Ес = 0.Есб – погрешность, связанная с точностьюизготовления и сборки установочных элементов, чтоотражено в классе точности патрона.Конструкцияпатронапредусматриваетподвижные базы (кулачки), которые приводятся вдвижение зубчатым (коническим) и клиноплунжерным (спираль Архимеда – кулачок)механизмами.

Все подвижные части в сопряженияхобязательнодолжнысобиратьсясгарантированными зазорами.На погрешность установки заготовки, кромезазора S (рис2), будут оказывать влияние зазорыS1 и S2 (рис1), необходимые в плунжерноммеханизме (кулачок – корпус патрона), и зазор S3,необходимый для свободного вращения диска соспиралью Архимеда в корпусе патрона (обозначениезазоров соответствует размерам Р1, Р2, Р3, рис 1).Величина зазоров зависит от исполнительныхразмеров и точности изготовления этих размеров.Еи – погрешность, связанная с износом. Втрёхкулачковом самоцентрирующем патроне этапогрешность имеет наибольшее значение из всехэлементарных погрешностей.

Величина зависит отметода обработки заготовки. Изнашиваются не самиустановочные элементы (кулачки), которые легковосстанавливаются обработкой «по месту», а деталимеханизма, приводящего в движение кулачки.В качестве примера рассмотрим метод обработки– внутреннее шлифование сквозных отверстий какметод, наиболее значимо влияющий на износдеталей механизма зажима патрона. Повышенныйизнос объясняется тем, что при вращении патронакулачки являются лопастями, которые создаютразряжение и затягивают в средину патронаабразивнуюпыль,ацентробежныесилы«заставляют» эту абразивную пыль проникать вовсе зазоры, в том числе и на трущиеся поверхностиВ и С (рис2) D, E и F (рис1) клино-плунжерногоМетод обработкимеханизма, и поверхности G (рис1) вращенияклинового механизма.Таблица 1 Погрешность установки заготовки в 3-х кулачковом самоцентрирующем патронеС допускомНаправлениеДиаметр базовой поверхностипосилы6-1010-1818-3030-5050-8080-120зажимаемой120180поверхностиНаружноеДо 0,1точение ирастачиваниеДо 0,3глухих отверстийСвыше 0,3НаружноеДо 0,1ммточение без пылиДо 0,3ммРастачивание,150200300450650Осевое7080100130200300470Радиальное120150180250300470720Осевое90110170200220320480Радиальное150200220280400500800Осевое100130150180250350520Радиальное20202020303040Осевое10101010151525Радиальное50-80100Осевое30-50802002500,3ммОсевое80100До 0,1ммРадиальное120180250350420500650Осевое70100130180240280320Радиальное180250320450620700750Осевое80120160220280320350СвышеРадиальное2803204506006507500,3ммОсевое100130180250320400Радиальное150280350420520650Осевое100160220250280350Радиальное200320450600720800Осевое130180240300350420Радиальное2803505006008001000Осевое190220280350500600До 0,3ммSвнутреннее120РадиальноеотверстийШлифование100СвышеразвертываниесквозныхРадиальноеРисунок 2 – Зазор между кулачком и улиткой соспиралью АрхимедаАбразивная пыль прилипает к поверхностям ипостепенно накапливается.

В зависимости отвеличины допуска на размер поверхности, закоторуюпроизводитсязажимзаготовки,определяется угол поворота спирали Архимеда(рис3). Чем больше допуск, тем больше уголповоротаспирали Архимеда,тембольшеабразивной пыли попадает между рабочимиповерхностями клинового механизма. Усилиезажима достигает значительных величин. При длинерукоятки 250мм – усилие зажима 2500кг.Абразивная пыль, перемещаясь под таким усилиемпо поверхности, снимает с неё слой металла.

Врезультате и кулачок, и спираль испытываютабразивный износ.На рис 4а показан износ кулачка. На рис 4бпоказан износ спирали Архимеда. Размер «К»определяется полем допуска на размер поверхности,закоторуюпроизводитсязажимдетали.Заштрихованные области – это слой абразивногоизноса.Выработка на поверхности спирали Архимедасоздаёт новый угол γ , который может быть большеугласамоторможения,нокулачокбудетудерживаться на поверхности спирали за счетбольшого коэффициента трения, создаваемогоабразивной пылью.