Способы закрепления заготовок на токарном станке

Содержание

• Как закрепить заготовку на токарном станке
• Приспособления для крепления при работе с короткими заготовками
• Чем сегодня комплектуют токарный станок с ЧПУ для крепления заготовок
• Способы крепления заготовок для длинных и крупногабаритных деталей
• Дополнительные приспособления для закрепления заготовок при обработке нежестких деталей
• Специальная оснастка: оправки, дорны, планшайбы
• Как выбрать способ крепления заготовки на токарном станке
• Заключение

Разбираем способы и приспособления для закрепления заготовок на токарном станке: патроны, центры, цанги, люнеты, планшайбы и оправки. Объясняем, от чего зависит выбор схемы и как избежать типичных ошибок при базировании.

Закрепление заготовок на токарных станках определяет точность обработки, качество поверхности и безопасность работы. Ошибка приводит к отклонениям по диаметру и торцу, вибрациям, сколам режущей кромки, а в некоторых случаях — к вылету детали из патрона.

Универсального решения нет: короткую втулку, длинный вал, тонкостенное кольцо и деталь сложной формы базируют по-разному. Разберем основные схемы и способы крепления заготовок на токарном станке, расскажем, как выбрать подходящий вариант.

Как закрепить заготовку на токарном станке

Все способы крепления заготовок на токарных станках решают три задачи: задают положение детали относительно оси шпинделя, удерживают ее от смещения и проворота, обеспечивают достаточную жесткость для выбранных режимов.

При выборе способа учитывают:

• Соотношение длины и диаметра. При отношении L/D = 3 деталь крепят консольно в патроне. От 3 до 10 используют патрон с поджатием задним центром. Свыше 10 — добавляют люнет.
• Форму и жесткость заготовки. Тонкостенные кольца, втулки и фасонные детали чувствительны к усилию зажима.
• Тип обработки. Черновые проходы создают большие радиальные и тангенциальные силы, чистовые — требуют минимального биения.

Усилие зажима подбирают так, чтобы исключить проскальзывание, но не деформировать деталь. Перетяжка кулачков — частая причина овальности у тонкостенных заготовок.

Приспособления для крепления при работе с короткими заготовками

Основное приспособление для крепления заготовки в токарном станке — патрон. Короткие и жесткие детали он удерживает консольно. Виды патронов:

• Трехкулачковый самоцентрирующийся. Самая распространенная оснастка. Кулачки перемещаются синхронно, центрируют заготовки круглого и правильного шестигранного сечения. Подходит для прутка и штучных заготовок.
• Четырехкулачковый с независимыми кулачками. Подходит для несимметричных и прямоугольных деталей, а также при смещении оси относительно шпинделя. Каждый кулачок выставляется по индикатору: центрирование точнее, установка дольше.



• Цанговый. Обеспечивает высокую точность центрирования и равномерный зажим по всей поверхности цанги. Применяется для калиброванного прутка и деталей небольшого диаметра.



• Мембранный. Используется при чистовой обработке — центрирует деталь по предварительно обработанной поверхности с малым биением.



• Индексный. Поворачивает заготовку внутри себя на заданный угол (45, 60, 90, 120°) и фиксирует в каждой позиции. Это позволяет обработать деталь сложной формы — резьбовое колено, тройник, угольник — за один установ, сохраняя точность взаимного расположения поверхностей.

Для тонкостенных деталей применяют сырые кулачки, расточенные под конкретную деталь: они увеличивают площадь контакта и снижают локальные деформации.

Чем сегодня комплектуют токарный станок с ЧПУ для крепления заготовок

Чаще всего оборудование комплектуют трехкулачковым самоцентрирующимся патроном — это рабочая оснастка для большинства задач. Четырехкулачковый с независимыми кулачками ставят реже — для деталей несимметричной формы и нетиповых заготовок.

К патрону обычно идут пара наборов кулачков: каленые и сырые. Первые держат твердость и геометрию при высоком зажимном усилии — их применяют, когда деталь зажимают по необработанной поверхности и высокая точность не нужна. Сырые — растачивают на станке под диаметр конкретной заготовки: они прилегают по всей дуге, увеличивают площадь контакта и снижают биение. Так как с каждой расточкой металла остается меньше, и со временем сырые кулачки приходится менять. Стоит держать запас на производстве, иначе нехватка остановит переналадку под новую деталь.

Способы крепления заготовок для длинных и крупногабаритных деталей

При обработке валов и осей с большим L/D одного патрона недостаточно: свободный конец прогибается, что дает конусность, вибрации и ухудшение качества обрабатываемой поверхности.

Закрепление в центрах применяют для длинных валов с подготовленными центровыми отверстиями. Заготовка опирается на передний и задний центры, крутящий момент передается через поводковый патрон и хомутик. Схема обеспечивает высокую соосность и позволяет переустанавливать деталь без потери базы.

Схема «патрон — задний центр» — компромиссный вариант. Один конец зажимают в патроне, второй поджимают центром. Жесткость выше, чем при консольном креплении, а центровое отверстие нужно только с одной стороны. Используется при черновой и получистовой обработке валов средней длины.

Задние центры бывают неподвижными и вращающимися. Неподвижный жестко закреплен в пиноли, трение нагревает торец детали, поэтому его применяют только на низких и средних оборотах со смазкой. На высоких скоростях и при больших подачах используют вращающиеся центры на подшипниках. По жесткости они немного уступают, поэтому при чистовой обработке прецизионных деталей иногда возвращаются к неподвижной схеме на сниженных оборотах.

Дополнительные приспособления для закрепления заготовок при обработке нежестких деталей

Когда жесткости основной схемы не хватает, в систему вводят люнеты. Виды:

• Неподвижный. Устанавливается на станину. Создает опору в фиксированной точке, применяется при обработке торцов, сверлении центрального отверстия и работе с участками, удаленными от патрона и центра.
• Подвижный. Крепится к продольному суппорту и перемещается вместе с резцом. Опора находится рядом с зоной резания и снижает прогиб под нагрузкой. Применяется при чистовой обработке длинных валов и тонких прутков.

По типу привода люнеты бывают механическими и гидравлическими. В механических опоры подводят и фиксируют вручную винтами. В гидравлических опоры прижимает гидроцилиндр под управлением насоса: усилие поджима задается точно, держится автоматически и не зависит от оператора. Это снижает прогиб и вибрацию, улучшает чистоту поверхности, продлевает ресурс инструмента и позволяет вести обработку на более высоких скоростях резания. Гидролюнеты выпускают в подвижном и неподвижном исполнении, с двумя или тремя опорами (кулачками или роликами); их применяют при обработке валов, осей и шпинделей на станках с ЧПУ.

Кулачки или ролики подводят к поверхности без зазора, но без перетяжки, иначе появляются следы и локальный нагрев. Поверхность под люнет предварительно протачивают и шлифуют.

Специальная оснастка: оправки, дорны, планшайбы

Оправки — приспособления для закрепления на токарных станках заготовок, у которых есть центральное отверстие. Через него обеспечивается соосность наружных поверхностей с базой при дальнейшей обработке, например, нарезании зубьев.

Виды оправок:

• Жесткие (центровые). Запрессовываются в отверстие с небольшим натягом, заготовка устанавливается в центрах. Применяют при чистовой обработке и шлифовании.
• Конические. Имеют небольшую конусность по длине, деталь фиксируется заклиниванием. Подходят для серийной обработки однотипных деталей.
• Разжимные. Работают за счет цангового или гидравлического механизма: при затяжке рабочая часть расширяется и прижимается к стенкам отверстия. Дают равномерный зажим без деформации тонкостенных деталей.

Планшайбы используют для крупных и несимметричных деталей: корпусов, фланцев, плит. Заготовку крепят через прихваты, угольники и подкладки, выверяют по индикатору и при необходимости балансируют противовесами.

Как выбрать способ крепления заготовки на токарном станке

При выборе оцените:

1. Геометрию заготовки. Короткая и жесткая — патрон. Длинная — патрон с задним центром или центры с поводком. С готовым отверстием — оправка. Несимметричная или крупная — планшайба или четырехкулачковый патрон.
2. Тип обработки. Для черновых режимов важны жесткость и устойчивость к радиальным нагрузкам, для чистовых — минимальное биение.
3. Жесткость системы. При большом вылете или тонкой стенке добавьте люнет, поджатие центром или перейдите к мягким кулачкам.
4. Маршрут обработки. Схема должна обеспечивать обработку максимального числа поверхностей за один установ — это снижает накопление погрешностей.
5. Усилие зажима. Должно удерживать деталь при максимальной силе резания, но не вызывать остаточных деформаций.

В серийном производстве важно время установки: цанговые патроны, быстросменные оправки и пневмо- или гидрозажимные системы сокращают вспомогательное время и повышают повторяемость базирования.

Заключение

Способ закрепления заготовок на токарном станке выбирают по совокупности факторов: форме и размерам детали, типу обработки, требованиям к точности и жесткости системы. Патроны, центры, люнеты, оправки и планшайбы решают разные задачи, и на практике их часто комбинируют.

В каталоге «Техно-СБ» представлены токарные станки с ЧПУ для различных производственных задач. Специалисты компании помогают подобрать оборудование и оснастку под конкретный тип деталей.