Автоматическое закрепление инструмента на станке должно соответствовать основным требованиям: точность и жесткость крепления; быстродействие зажима; надежность крепления; минимальные габариты; возможность кодирования и декодирования и т. д.
Автоматическое закрепление режущего инструмента в многооперационных станках для обработки корпусных деталей осуществляется в патронах (при цилиндрическом хвостовике) и промежуточных оправках с коническим хвостовиком.
Применяемые стандартные инструменты имеют хвостовики разных размеров и форм. Для возможности закрепления инструмента в шпинделе станка многооперационного типа применяют переходные оправки, имеющие хвостовики по шпинделю станка и отверстия, соответствующие различным хвостовиком нормализованных инструментов. Для обеспечения автоматической смены инструментов в шпинделях обычно не применяют самотормозящие конусы Морзе. Часто используют сопряжение хвостовиков оправок с отверстием шпинделя по несамотормозящему конусу, например 1: 24. Иногда хвостовики оправок выполняют цилиндрическими тогда они в шпинделе базируются в осевом направлении по торцам, а в радиальном - цанговым устройством.
Крутящие моменты передаются от шпинделя оправке с помощью торцевых шпонок на шпинделе и соответствующих пазов на оправках или зубчатых венцов с наружным зацеплением на оправках и с внутренним - на шпинделе. На переходных оправках для автоматически сменяемого инструмента предусматриваются специальные поверхности для захвата их автооператором в виде кольцевых канавок, ориентирующих оправки в осевом направлении. Оправки с инструментом в шпинделе часто закрепляются силой упругости пакета тарельчатых пружин, а отжимаются гидро- или пневмоприводом либо шпиндельной головкой. Крепление инструмента может осуществляться устройством с геометрическим замыканием либо самоторможением элементов, например резьбовым шомполом с электромеханическим приводом.
На рис. 1 приведены примеры автоматических устройств зажима переходных оправок с коническим хвостовиком для закрепления инструмента на станке.
Хвостовик оправки 1 (рис. 1, α) затягивается в конус шпинделя 2 силой упругости пакета тарельчатых пружин 4 с помощью стержня и шарикового захвата. Крутящий момент передается оправке торцевыми шпонками. В случае отсутствия оправки в шпинделе стержень 3 упирается через втулку 5 в гайку 6.
При вращении шпинделя масло в гидроцилиндр не подается; положение корпуса 7 гидроцилиндра вдоль своей оси фиксируется по бурту тарельчатой пружины 8 малой жесткости; детали узла шпинделя не касаются деталей гидроцилиндра d > b.
Рис. 1. Устройства автоматического зажима переходных оправок с коническим хвостовиком для закрепления инструмента на станке
Для смены инструмента шпиндель останавливают, подают масло в гидроцилиндр, его поршень перемещается влево и шток отжимает стержень 3, а корпус 7 отжимается вправо до упора гайки 9 в гайку 6 и соединяется со шпинделем һ > a + b + c. При давлении стержня 3 влево заҳват освобождает и в конце своего хода выталкивает оправку из конуса шпинделя. При отсутствии оправки шарики удерживаются плунжером 10. После ввода в конус шпинделя следующей оправки с инструментом полость гидроцилиндра соединяют со сливом и оправка закрепляется в шпинделе пакетом тарельчатых пружин.
На рис. 1, б показана конструкция цангового захвата оправки для закрепления инструмента. В торец оправки ввернут винт 8 с цилиндрической шейкой и головкой. С торцом головки винта контактирует четырехлепестковая цанга 4, навинченная на конец стержня 6. Пакет тарельчатых пружин 5 передает осевую силу через стержень на цангу и затягивает хвостовик оправки в конус шпинделя 2. Самопроизвольное раскрытие цанги при замкнутой оправке исключает втулка 3, охватывающая головку цанги. Для освобождения оправки с помощью гидроцилиндра дополнительно сжимаются пружины 5, стержень 6 и цанга 4 перемещаются влево. При этом цанга раскрывается конусом втулки 7, своим торцом упирается в винт 8 и выталкивает оправку.
На рис. 1, в приведена конструкция захвата оправки с цангой, составленной из отдельных лепестков. В оправку 1 Ввернут хвостовик-винт 2 с конической головкой, который взаимодействует с лепестками 3, расположенными между Выступами штока-крестовины 4. Пружины 6 и 7 разжимают лепестки. Крестовина соединена резьбой со стержнем 5, перемещаемым тарельчатыми пружинами. При затяжке оправки хвостовик-винт 2 и крестовина контактируют с лепестками по коническим поверхностям. Когда оправка зажата, головки лепестков упираются в цилиндрическую поверхность отверстия шпинделя 9. При движении стержня 5 влево головки лепестков попадают в кольцевую проточку шпинделя 9, оправка освобождается, хвостовик-винт 2 и оправка выталкиваются торцом крестовины. Для облегчения монтажа цанги служит пружинное кольцо 8.
На рис. 1, г показано устройство закрепления инструмента на станке, применяемое в многооперационном станке фирмы «Монарх», для зажима в шпинделе автоматически сменяемого инструмента. Зажим оправки 2 с инструментом производится с помощью шариков 4, расположенных в радиальных отверстиях шпинделя 1. При перемещении вверх специальным приводом зажимной муфты 3 фасонный профиль ее внутренней поверхности вызывает перемещение шариков 4 к оси шпинделя, а это вследствие контакта шариков с поверхностью фасонной кольцевой канавки оправки вызывает затяжку последней в конус шпинделя. При окончании зажима оправки шарики 4 находятся в контакте с поверхностью муфты 3, близкой к цилиндрической - механизм имеет геометрическое замыкание, муфта разгружена от осевых сил. Наибольшие отклонения размеров различных оправок вызывают некоторые отклонения в силе их зажима. Крутящий момент передается оправке зубчатым зацеплением: на оправке 2 выполнен зубчатый венец наружного зацепления; а в фланце 5 шпинделя - внутреннего зацепления. Перемещения оправки осуществляют муфтой 3.
По осевой силе и перемещению штока рассчитывают пакет тарельчатых пружин. Одно из требований, предъявляемых к широкодиапазонным механизмам автоматического закрепления инструмента на станке с гидромеханическим приводом (зажим - пакетом пружин, разжим гидравлический),- необходимость разгрузки опор шпинделя от осевой силы разжима и минимальный расход энергии.
Для этого гидропривод выполняется двухпоршневым (рис. 2), в котором поршень 1 развивает усилие для сжатия тарельчатых пружин при освобождении оправки с инструментами, а поршень 2 создает усилие, необходимое для разгрузки опорных подшипников шпинделя 3 и зажимов гильзы от действия первого усилия.
В последнее время с появлением автоматической смены Инструмента в токарных модулях начали использовать устройства автоматического закрепления инструмента (не вращающегося и вращающегося), к которым предъявляются следующие требования: компактность, точность крепления и ее стабильность; достаточная жесткость и универсальность; наличие поверхностей для захвата манипулятора; быстросменность и возможность размещения кодируемых элементов для идентификации головок системой управления и ориентации режущей кромки в различных направлениях; технологичность в изготовлении и возможность встраивания в стандартные системы крепления инструмента на станках с ЧПУ.
Для закрепления вращающегося инструмента на станке типа сверл и фрез в широком диапазоне диаметров следует применять Вместо распространенного набора цанг широкодиапазонные клиновые патроны без ключа, созданные КПИ (СССР) совместно с ВМЭИ — Габрово (НРБ).
Рис. 2. Механизмам автоматического закрепления инструмента с двухпоршневым гидромеханическим приводом и разгрузкой опор шпинделя
