Токарные патроны являются важной составляющей любого станка. Механическое устройство, устанавливаемое на передний торец шпинделя, обеспечивает надёжную фиксацию заготовки из металла. Качество обработки, точность центровки, соблюдение размеров зависит именно от конструкции и усилия зажима токарного патрона.
Обычно, для производства токарных патронов используется прочная легированная сталь, реже – чугун. Патроны отличаются конструкцией и назначением. Более восьми стандартов описывают определённые требования как к узлам токарных станков, так и непосредственно к патронам для них. К примеру, только по ГОСТ 1654-86 выделяют четыре класса точности: особо высокий, высокий, повышенный и нормальный.
Какие бывают токарные патроны?
Современные токарные патроны, применяемые на производстве, подразделяются на следующие виды:
механические;
автоматические;
с электрическим приводом.
Патроны с электроприводом не получили распространения. Сложность конструкции, невысокая надёжность, обилие неисправностей, дорогостоящий ремонт стали главными причинами отказа от массового производства.
Механические патроны до сих пор широко применяются во всех направлениях механизированной обработки металла. Они подразделяются на:
цанговые;
поводковые;
и кулачковые.
Кулачковые патроны считаются самыми надёжными. Они делятся на две группы: самоцентрирующиеся и не самоцентрирующиеся. Первый тип обычно имеет три зажимных кулачка. Второй тип может иметь от 4х до 6-ти кулачков.
Автоматические патроны зажимаются под действием пневматической или гидравлической систем. Главное преимущество – возможность создания большого усилия зажима. Как правило, такие механические устройства применяют на станках, позволяющих обрабатывать детали диаметром выше 300 мм: ДИП-300, ДИП-500 и т.д.
Типы крепления токарных патронов
В настоящее время широко используется несколько видов крепления токарных патронов. Для этой цели применяются фланцы и планшайбы, закрепляемые на шпинделе. За счёт этих технических приспособлений удаётся достичь универсальности и унифицированности применения патронов.
Токарный патрон может закрепляться на шпинделе двумя способами, например как патрон дип 500. Резьбовой крепёж применяется на лёгких станках, а фланцевый на средних и тяжёлых. При резьбовом соединении токарный патрон монтируется непосредственно на шпиндель, а при фланцевом – через специальный переходной фланец.
В старых моделях станков польского производства патроны устанавливаются на фланцевый конец шпинделя. Такая конструкция в настоящее время практически не применяется.
Виды токарных патронов по количеству кулачков
Чаще всего специалисты различают:
Двухкулачковые патроны обладают простой конструкцией. Они могут оснащаться двухзаходным винтовым механизмом или механическим приводом. Главный недостаток – возможные перекосы и смещение центра заготовки.
Трёхкулачковые патроны применяются на большинстве станков. Быстрое крепление деталей, надёжность и возможность оперативной смены заготовок – главные преимущества перед другими типами.
Четырёхкулачковые патроны применяются реже, но позволяют обрабатывать деталь более качественно и с минимальным уровнем биения. Из недостатков стоит отметить необходимость большего времени для закрепления и центровки детали.
Выбор патрона для токарного станка зависит от объёмов производства. При среднесерийных выпусках используют трёхкулачковые механизмы. При высокосерийных чаще применяются четырёхкулачковые и шестикулачковые патроны.
Базовые характеристики патронов
Тип патрона Наружний диаметр, мм Высота, мм Ширина кулачка, мм
Трёхкулачковый 80-630 50-125 12-60
Четырёхкулачковый 160-1000 65-135 28-80
Размеры патрона для токарного станка зависят от его габаритов, максимального диаметра обрабатываемой детали и типа шпинделя.
Токарные патроны производятся с наружным диаметром от 80 мм до 1000 мм. Наибольшее применение нашли патроны размером 90-500 мм. Различают несколько диаметров токарных патронов. При выборе руководствуются наружным и посадочным диаметрами.
Всего применяется десять стандартных диаметров патронов токарных станков: 80 мм, 100 мм, 120 мм, 160 мм, 200 мм, 250 мм, 315 мм, 400 мм, 500 мм и 600 мм. Патроны увеличенных диаметров считаются нестандартными. Обозначение и габариты представлены на рисунке ниже:
Размеры токарных патронов
D D1 D2 D3
80 55 66 16
100 72 86 22
125 95 108 30
160 130 142 40
200 165 180 65
250 206 226 80
315 270 290 100
400 340 368 145
500 440 465 210
Рабочим диаметром патрона принято считать наружный размер с учётом диаметра присоединительного пояска и расположением крепёжных отверстий.
Посадочные размеры
Посадочным размером токарного патрона называется внутренний диаметр поверхности, которая устанавливается на вал. На рисунке ниже такой размер обозначен как D0.
Посадочные размеры токарных патронов
Маркировка токарных патронов
Надо понимать, что для обозначения параметров токарных патронов различными производителями могут применяться различные системы маркировки. Зная, как расшифровывается маркировка, можно определить диаметр патрона токарного станка в мм, количество кулачков, посадочные размеры токарного патрона, тип крепления или конструктивное исполнение кулачков и т.п..
К примеру, цифры и символы в маркировке 3–200.33.14 П для патрона производства БелТАПАЗ означает:
3 — количество кулачков
200 — наружный диаметр патрона, мм
33 — характеризует как тип, так и исполнение
14 — модификация
П — класс точности
А у токарных патронов польского производителя Bison-Bial типа «СТ» (ГОСТ 2675-80) маркировка патрона СТ 250-ПФ6 будет означать:
CT — тип патрона (а именно: трехкулачковый самоцентрирующийся стальной)
250 — наружный диаметр патрона
П — класс точности
Ф6 — тип посадки (в данном случае — на конус №6 шпинделя)
Тип посадки здесь, например, может быть:
Ф — посадка на промежуточный фланец (DIN 6350, ГОСТ 3889-80) – в таком случае при маркировке патрона после буквы Ф ничего не указывается
Ф6 — посадка на конус шпинделя (DIN 55027, ГОСТ 12593) – после буквы Ф указывается номер конуса
Ф95 — посадка на конус шпинделя, сквозное крепление (DIN 55026, ГОСТ 12595) – добавляется число 95
Как выбрать токарный патрон?
Для того чтобы подобрать необходимый патрон для механического станка, нужно точно знать:
наружный диаметр;
диаметр посадочной оси;
объём деталей производства.
При покупке следует учитывать специфику станка, его суточную производительность и мощность. Некоторые специалисты предпочитают работать с трёхкулачковыми патронами, другие токари предпочитают четырёхкулачковые механизмы. В каждом случае стоит учитывать индивидуальные особенности производства, квалификацию персонала и уровень профессионализма.
Для того, чтобы патрон надёжно работал и выполнял свои функции, необходимо также знать и характеристики шпинделя. Условные размеры соединительного конуса, диаметры присоединительного пояска и другие параметры устанавливаются ГОСТ. Помимо этого стоит знать высоту патрона и наружный диаметр, высоту до основного кулачка, тип штока. Важный параметр – максимальная частота вращения шпинделя. Ни в коем случае нельзя устанавливать патрон, предназначенный для станков с частотой вращения, к примеру, 3000 об/мин, на станки с частотой вращения 10000 об/мин. Под действием центробежных сил крепёжные элементы могут не выдержать нагрузки, патрон оторвётся от посадочного места и нанесёт травму токарю.
И в заключении…
Токарные патроны относятся к категории быстроизнашиваемых деталей станков. Однако, высококачественное изделие способно прослужить 2-3 года даже при максимальной рабочей нагрузке. Патрон, изготовленный согласно технических условий, обязательно имеет паспорт качества.