Автоматизированный токарный патрон
Предлагаемый автоматизированный патрон относится к машиностроению и, в частности, может быть использована в составе токарных станков с ЧПУ, прутковых автоматах и универсальных токарных станках для автоматической подачи прутка и его фиксации. Патрон содержит в себе механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное, состоящий из двух колец с волновой торцевой поверхностью, одно из которых поводком связано с гайкой, поджимающей зажимную цангу и тормозом, расположенным на корпусе станка, а второе, с одной из двух самоклинящихся цанг, расположенных внутри патрона. Патрон легко устанавливается на шпиндель станка, а его работа осуществляется от главного привода станка и тормоза, установленного на корпусе станка. Управление патроном происходит от ЧПУ или вручную от педалей, а выдвижение прутка происходит до упора в резец.
Полезная модель относится к машиностроению и, в частности, может быть использована в составе токарных станков с ЧПУ, прутковых автоматах и универсальных токарных станках для автоматической подачи прутка и его фиксации.
Известен токарный патрон а.с. СССР 
1065103, где для зажима детали используется главный привод станка, а усилие зажима регулируется с помощью тормоза, установленного на станине станка. Данный патрон не обеспечивает автоматическое продвижение прутка и его сложно установить на большинство станков. Известно устройство для подачи и зажима прутка а.с. СССР 1683871. Данное устройство совместно с приводом осевого перемещения обеспечивает продвижение прутка на заранее установленную величину и его фиксацию. Недостатками такого устройства является отсутствие возможности программно управлять величиной выдвижения прутка и необходимость установки дополнительно привода осевого перемещения.
Наиболее близким по достигаемому результату является патрон по а.с. СССР 1727952 содержащий корпус с механизмами подачи и зажима прутка приводимыми в движение пневмоцилиндром, расположенном в корпусе патрона. Недостатками патрона является наличие в нем пневмоцилиндра, что требует подвода к вращающемуся патрону сжатого воздуха. Величина выдвижения прутка здесь также не регулируется автоматически а определяется конструкцией.
Техническим результатом предлагаемого решения является автоматизированный токарный патрон позволяющий выдвигать пруток на любую длину и фиксировать его. Патрон легко устанавливается на большинство токарных станков как программных, так и универсальных, при этом он не требует никаких дополнительных исполнительных механизмов.
Поставленная задача достигается тем, что в патроне дополнительно установлены две самоклинящиеся цанги и устройство, преобразующее вращательное движение в возвратно-поступательное. Указанное устройство состоит из двух колец с волновой торцевой поверхностью, поджимаемых друг к другу пружинами. Одно из колец связано с одной из самоклинящихся цанг с возможностью совершать возвратно-поступатольное движение. А второе кольцо, поводком связано с гайкой, зажимающей цангу и тормозом, расположенном на корпусе станка, позволяющим останавливать вращение кольца.
На фиг.1 изображен автоматизированный токарный патрон с тормозом, установленным спереди на шпиндель токарного станка.
На фиг.2 изображен автоматизированный токарный патрон, состоящий из двух частей, одна из которых установлена спереди а другая сзади, на шпиндель токарного станка.
Патрон содержит корпус 3 установленный в шпиндель станка 2. Устройство, преобразующее вращательное движение в возвратно-поступательное, состоящие из двух колец 5 и 6 с волновой торцевой поверхностью и тормоза 12. Кольцо 5 винтом связано с самоклинящейся цангой 4 и может совершать возвратно-поступательные движения, скользя по поверхности кольца 6. Вторую самоклинящуюся цангу 7, позволяющую свободно продвигать пруток только в одном направлении и закрепленную неподвижно в корпусе патрона. Поводок 9 связывает кольцо 6 с гайкой 10 обеспечивающей зажим цанги 11. Кольцо 8 служит опорой для двух колец 5 и 6 поджимаемых к нему пружинами. Тормоз 12 установлен на станине станка и обеспечивает торможение кольца 6 с регулируемым усилием. Тормоз может быть выполнен как с ручным так и с автоматизированным приводом (на рисунке с электромагнитным) управляемым системой ЧПУ.
Патрон работает следующим образом: Система управления (ЧПУ) дает команду на обратное вращение шпинделя (против часовой стрелки), скорость вращения определяется при программировании ЧПУ, оптимален вариант 250 об/мин. После чего дается команда на включение электромагнитного тормоза. Корпус патрона 3 вращается вместе со шпинделем, а кольцо 6 с зажимной гайкой 10 удерживается тормозом. Гайка 10 начинает отпускает зажимную цангу 11 и она освобождает пруток 1. Кольцо 5, вращаясь вместе с патроном 3, скользит по волнистой поверхности неподвижного кольца 6, что приводит к его возвратно-поступательному движению вместе с самоклинящейся цангой 4. Самоклинящаяся цанга 7 находится не подвижно а 4 двигается возвратно-поступательно в результате чего пруток 1 начинает выдвигаться из патрона. Так если на кольцах 5 и 6 торцевая поверхность имеет, например, три волны с амплитудой 5 мм то за один оборот шпинделя пруток продвинется на 15 мм. В системе ЧПУ в программе установлена требуемая величина выдвижения прутка, система определяет требуемое число оборотов шпинделя и половину из них выполняет при обратном вращении шпинделя, а вторую половину сменив направление вращения. Гайка 10 сначала откручивалась, а после реверса, стала закручиваться до полного зажима цанги 11, после чего тормоз 12 с регулируемым усилием зажима начинает проскальзывать, а система ЧПУ, выдержав кратковременную (2-3 сек.) паузу выключает тормоз, выдвижение и фиксация прутка завершена. Для более точной величины выдвижения прутка, станок может установить один из токарных инструментов на пути выдвижения прутка на требуемом расстоянии от шпинделя. Пруток достигнет упора (инструмента) и самозажимная цанга 4 будет оставаться в крайнем левом положении вместе с кольцом 5, а пружина его поджимающая будет оставаться в сжатом положение до и после фиксации прутка. Возможно использование патрона для зажима коротких заготовок, для чего станок необходимо оснастить педалями «зажать», «разжать» а заготовку вставлять вручную. Для настройки патрона на другой диаметр прутка достаточно заменить две самозажимных и зажимную цангу, на соответствующие новому диаметру прутка.
Возможно изготовление патрона состоящего из двух частей устанавливаемых на шпиндель станка одна спереди, другая сзади Фиг 2. Данная компоновка сложнее в установке на станок, но позволяет повысить зажимное усилие на цанге и убрать тормоз в нерабочую зону. Часть патрона, устанавливаемая спереди, содержит две самоклинящихся 4 и 7 цанги и зажимную 11 цангу, а механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное с тормозом и зажимной гайкой 10 устанавливаются сзади. Для обеспечения механической связи кольца 5 с самоклинящейся цангой 4 используется тяга 13 выполненная в виде трубы, скользящей по поверхности другой тяги 14, связывающей зажимную гайку 10 с цангой 11. Работа этого патрона аналогична предыдущему.
Для придания вращения шпинделю, на современных станках, используют асинхронный двигатель с электронным приводом, позволяющим плавно управлять скоростью вращения шпинделя. Электропривод обеспечивает пусковой момент в два и более раза превышающий номинальный момент двигателя, что вполне обеспечивает необходимое усилие зажима цанги в патроне.
1. Автоматизированный токарный патрон, содержащий корпус с размещенным в нем механизмом подачи прутка и цангой для его фиксации, отличающийся тем, что в патроне дополнительно установлены две самоклинящиеся цанги и механизм преобразования вращательнго движения в возвратно-поступательное, состоящий из двух колец с волновой торцевой поверхностью, одно из которых поводком связано с гайкой, поджимающей зажимную цангу, и тормозом, выполненным с возможностью расположения на корпусе станка, а второе - с одной из двух самоклинящихся цанг.
2. Автоматизированный токарный патрон по п.1, отличающийся тем, что корпус патрона состоит из двух частей, одна из которых содержит механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное и устанавливающийся сзади на шпиндель станка вместе с тормозом и гайкой, поджимающей зажимную цангу, а вторая часть, устанавливаемая спереди на шпиндель станка, содержит зажимную и две самоклинящиеся цанги, обе части патрона связаны между собой двумя тягами в виде труб.
