Токарные патроны

Токарные патроны. Разновидности, особливості выбора і експлуатации

Токарные патроны - еще их называют зажимными пристроями, предназначаются для установки на передний конец шпинделя токарных верстатів. Конструкція токарного патрона обеспечивает большое усилие зажиму обрабатываемой детали, обеспечивает точность центрования і перпендикулярность поверхностей оси обробки.

Отечественные і зарубежные производители изготавливают патроны для токарных верстатів из прочного чугуна или на базе закаленного корпуса из стали, они включают в себя комплект закаленных кулачков.

Предприятия - производители токарных патронов

• Гродненский завод токарных патронов - В настоящее время - БелТАПАЗ выпускает токарные патроны і является самым крупным их производителем на территории СНГ;
• Барановичиский завод станкоприладдя БЗСП - Завод выпускает патроны токарные ручні стальные, патроны токарные з механизированным зажимом стальные 2-х, 3-х, 4-х кулачковые;
• Инрост, ООО г. Екатеринбург - Компания выпускает патроны токарные ручні 3-х кулачковые;
• Псковский завод технологической оснастки изготавливает самоцентрирующие токарные патроны з ручным приводом;
• Оршанский инструментальный завод ОИЗ - Завод выпускает сверлильные трехкулачковые патроны, резьбонарезные патроны і станочную оснастку;
• Новосибирский инструментальный завод - Завод выпускает сверлильные трехкулачковые патроны.

Предприятия - производители токарных патронов в СССР

• Псковский машиностроительный завод Псковмаш - изготавливал самоцентрирующие токарные патроны з ручным приводом;
• Павелецкий завод станочных вузлів ПЗСУ - Завод прекратил существование. Завод являлся единственным в России изготовителем 4-х кулачковых токарных патронов з независимым переміщенням кулачков;
• Борисоглебский завод токарных патронов - Выпуск токарных патронов прекращен. Завод выпускал трехкулачковые самоцентрирующие і четырехкулачковые патроны з независимым переміщенням кулачков.
• Луганский станкостроительный завод - В настоящее время - Луганский Патронный Завод - токарные патроны завод не выпускает. Выпускал токарные патроны диаметром 125 мм (7100-0003), 250 мм (7100-0009) з посадкой на планшайбу
• Фрунзенский машиностроительный завод им. Ленина - В настоящее время - Бишкекский машиностроительный завод. Наиболее известная продукция: токарные патроны диаметром 160 мм (7100-0005), 250 мм (7100-0009)

Иностранные поставщики токарных патронов в Россию

• BISON-BIAL Польша - Официальный представитель завода в России - ООО "Скальт" Санкт-Петербург
• Jet, Китай - Токарные патроны для верстатів Jet
• Proma, Китай - Токарные патроны для верстатів Proma

Государственные стандарты регламентирующие конструкцию і розміри токарных патронов

1. ГОСТ 1654 - Патроны токарные общего назначения. Загальні технические условия
2. ГОСТ 2571 - Патроны токарные поводковые. (для шпинделей по ГОСТ 12593-72 і ГОСТ 12595-85)
3. ГОСТ 2675 - Патроны токарные самоцентрирующие трехкулачковые. Основні розміри
4. ГОСТ 14903 - Патроны токарные самоцентрирующие двухкулачковые
5. ГОСТ 24351 - Патроны токарные самоцентрирующие 3- і 2-х кулачковые клиновые і рычажно-клиновые
6. ГОСТ 24568 - Патроны магнитные. Технічні условия
7. ГОСТ 3890 - Патроны четырехкулачковые з независимым переміщенням кулачков
8. ГОСТ 16157 - Патроны мембранные для шлифования отверстия в зубчатых колесах

Государственные стандарты регламентируют експлуатационные і технические параметри, согласно которым подбираются токарные патроны для верстатів:

• Ряд возможных внешних диаметров патронов і соответственно диапазон размеров заготовки: максимальный і минимальный диаметр (наружный і внутренний) в зависимости от способа крепления — на прямых или обратных кулачках. Учитывается максимально допустимая масса заготовки;
• Способ крепления патрона на шпинделе. Присоединительные розміри: диаметр центрирующего пояска или центрирующего конуса;
• Розташування і розміри крепежных отверстий в токарному патроне;
• Пределы частот обертання токарного патрона;
• Диаметр отверстия в корпусе патрона для установки прутка или трубы;
• Точность токарного патрона

Разновидности і класифікація токарных патронов

Количество кулачков в патроне і их конструкция

Токарные патроны различают по количеству кулачков: 2; 3; 4; 6

• 2-х кулачковый самоцентрирующий патрон - применяется для зажиму небольших несимметричных заготовок (арматуры, литых деталей, поковок). Патроны етого типа имеют достаточно простое строение. Применяются как ручні потроны, так механизированные (пневматические);
• 3-х кулачковый самоцентрирующий патрон - применяется обычно для крепления круглых і шестигранных заготовок, получил наибольшее распространение. Причина високою популярности — быстрота центровки і зажиму деталей, что особенно важно в мелкосерийном производстве, где смена заготовок происходит весьма часто;
• 4-х кулачковый патрон з независимой установкой кулачков - применяется для крепления прямоугольных і нессиметричных деталей, а также прутков квадратного сечения. Патрон имеет кулачки, которые перемещаются независимо друг от друга, что обеспечивает ему широкие возможности;
• 6-х кулачковый самоцентрирующий патрон - позволяет вести обработку тонкостенных деталей без их деформации. Захватывающие силы в шести-кулачковом токарному патроне равномерно распределяются по 6 кулачкам.

Кулачки делятся на прямые і обратные:

• Прямые кулачки - зажимают деталь сверху, по внешней поверхности;
• Обратные кулачки - зажимают деталь изнутри, деталь должна мати соответствующее отверстие, быть полой, например труба;

Кулачки патронов всех типов изготавливаются следующих исполнений (ГОСТ-2675—80):

1. Цельные кулачки - изготавливаються из цельного куска стали з пределом прочности σ_B не менее 500 МПа і термообработкой зажимных і трущихся рабочих поверхностей до твердости не менее 43 HRC_Э;
2. Сборные кулачки - состоит из рейки (основания) из закаленной стали, на которую гвинтами крепиться накладной кулачок, который може быть из незакаленной стали или цветного металла.
3. Накладные кулачки - служат для крепления заготовок больших диаметров;

Класс точності патрона

Класс точності патрона имеет п'ять ступеней (ГОСТ 1654-86):

• Н - патрон нормальной точності;
• П - патрон підвищеної точності;
• В - патрон високою точності;
• А - патрон особо високою точності.

Материал корпуса і деталей токарных патронов

Корпуса токарных патронов (ГОСТ 1654-86) должны изготавливаться из следующих материалов:

• из чугуна по качественным показателям не ниже чем у марки СЧ 30;
• из стали з пределом прочности σ_B не менее 500 МПа і термической обработкой рабочих поверхностей до твердости не менее 43 HRC_Э

Детали токарных патронов должны изготавливаться из стали з пределом прочности σ_B не менее 500 МПа і термической обработкой рабочих поверхностей до твердости не менее 57 HRC_Э;

Стальной корпус дороже в производстве, чем чугунный, но позволяет ощутимо увеличить количество оборотів патрона.

Токарные патроны з сырыми кулачками

Для обеспечения точності центрования і перпендикулярности поверхностей обычно используют так называемые сырые кулачки, которые растачиваются точно по диаметру закрепляемой детали. К таким кулачкам относятся сборные кулачки к токарномуу патрону. Кулачки состоят из термообработанного основания (рейки), в которое запрессован цилиндрический штифт з резьбой. На основа кулачка з помощью винтов 3 крепятся накладки 2 цилиндрической, шестиугольной, прямоугольной или другой формы.

В «сырых» кулачках можно закреплять детали, на наружной окончательно обработанной поверхности которых не допускаются следы зажиму кулачков, а также проводить обработку тонкостенных втулок. В післяднем случае необходимо расточить кулачки так, чтобы они на 90—95% охватывали поверхность обрабатываемой детали.

«Сырые» кулачки очень еффективны при креплении в патроне той частини детали, на которой нарезана резьба. В етом случае в кулачках нарезают соответствующую резьбу і завинчивают подлежащую обработке деталь в ету резьбу, а затем дополнительно зажимают кулачками.

Тип используемого в патроне привода

Патрон може мати ручной привод і механизированный привод.

• Ручной привод - деталь зажимается в патроне человеком, обычно з помощью ключа;
• Механизированный привод - автоматизирует процесс зажима-разжима заготовки з заданным усилием.


• Пневматический привод - применяется, в основном, на токарных автоматах
• Гідравлический привод - гідравлические патроны чаще используются на верстатах з диаметром патрона больше 200 мм.
• Электромеханический привод

Если деталь в патроне зажимается вручную, то ето патрон з ручным приводом і используются он в универсальных верстатах в условиях индивидуального і мелкосерийного производства.

Патроны з механизированным приводом обеспечивают хорошую производительность верстата (большая скорость зажиму і разжима) і используются в условиях серийного производства.

Конструкція зажимного механізма токарных патронов

Токарные патроны имеют различные конструкції механізма зажиму кулачков:

• Поводковый патрон - самый простой тип патрона. Предназначен для обробки деталей в центрах
• Спиральный самоцентрирующий кулачковый патрон - наиболее распостраненный тип конструкції - обычно ето 2-х, 3-х, 6-и кулачковые патроны. Центральная деталь патрона - спиральный диск. Центрирование происходит одновременно з закреплением;
• Патрон з независимым переміщенням кулачков - обычно ето 4-х кулачковые патроны. Удобны для закрепления заготовок з нецилиндрической формой, либо когда ось цилиндрической поверхности, что обрабатывается, не совпадает з осью крепления;
• Рычажный патрон - крепление заготовки в рычажном токарному патроне происходит от гідропривода, который перемещает тягу з муфтой. Рычажные патроны могут быть использованы в мелкосерийном производстве;
• Клинореечный патрон - закрепление заготовки происходит при помощи пневматического или гідравлічного привода. Клиновые патроны демонстрируют высокую точность центрирования заготовки, нежели патроны рычажные;
• Цанговый патрон - для зажиму прутковой заготовки относительно небольшого диаметра. Преимущества перед прочими зажимными пристроями – радиальные биения детали, которая закреплена в цанге настолько незначительные, что ими спокойно можно пренебречь. Цанги бывают подающими і зажимными;
• Сверлильный патрон - используется для фиксации в сверлильных верстатах сверл і других рабочих инструментов;
• Мембранный патрон - мембранный патрон обеспечивает самую высокую точность центрирования деталей. Упругие мембраны крепятся к фланцу патрона болтами. Подобная мембрана имеет от 3 до 8 кулачков со сменными губками. Большое число кулачков на мембранном токарному патроне способствует центрированию вироби з точностью 0,05 миллиметров і выше;
• Термопатрон - термопатроны используются для тех же целей, что і цанговые патроны. Отличие кроется в методике зажиму инструмента: в термопатронах применяется для етого горячая посадка;
• Гідропатрон - гідропатрон представляет собой альтернативу термопатрону. Зажим инструмента в гідропатроне совершается благодаря давлению жидкости;
• Эксцентриковый патрон - 3-х кулачковые ексцентриковые патроны применяются в крупносерийном производстве. Обладают високою точностью і силой зажима. Переналаживаются на зажим другой детали сравнительно просто – перестановкой насадных кулачков.

Способ крепления патронов на шпинделе токарного верстата

Способ крепления патрона на шпинделе зависит от типа кінця шпинделя і его исполнения. Всего существует 4 вида концов шпинделей з множеством типорозмірів і исполений. (Смотрите врезку: Разновидности передних концов шпинделей токарных верстатів).

Токарные патроны имеют три типа крепления по ГОСТ 2675-80 і один тип по ГОСТ 26651:

1. ГОСТ 2675-80 Тип 1 - Цилиндрическая посадка. Патрон устанавливается на шпинделе через промежуточный фланец (по ГОСТ 3889). Патрон центрируется на промежуточном фланце через цилиндический центрирующий поясок. Промежуточный фланец либо навинчивается на резьбу шпинделя (Виконання 1 промежуточного фланца), либо устанавливается на центрирующий конус фланца шпинделя;
2. ГОСТ 2675-80 Тип 2 - Посадка на конус фланца шпинделя. Патрон устанавливается на центрирующиий конус фланца шпинделя і крепится гвинтами сквозь корпус патрон в торец фланца шпинделя (тип А) (ГОСТ 12595);
3. ГОСТ 2675-80 Тип 3 - Посадка на конус фланца шпинделя. Патрон устанавливается на центрирующиий конус фланца шпинделя і крепится через поворотную шайбу (ГОСТ 12593);
4. ГОСТ 26651 - Посадка на конус фланца шпинделя. Патрон устанавливается на центрирующиий конус фланца шпинделя і крепится зажимом Кемлок.

ГОСТ 2675—80 Патроны самоцентрирующие спирально-реечные трехкулачковые

ГОСТ 2675—80 Патроны самоцентрирующие спиральные трехкулачковые

ГОСТ 2675—80 Патроны самоцентрирующие спиральные трехкулачковые

ГОСТ 2675—80 Патроны самоцентрирующие трехкулачковые. Основні розміри. Дивитись у збільшеному масштабі

Стандарт распространяется на самоцентрирующие спирально-реечные трехкулачковые токарные патроны, устанавливаемые на шпиндели верстатів через переходные фланцы і непосредственно на фланцевые концы шпинделей.

Всего стандарт передбачає десять типорозмірів токарных патронов: 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630 мм.

По способу установки на шпиндели токарные патроны должны изготавливаться следующих 3-х типов:

• Тип 1 - з цилиндрическим, пояском і з креплением через промежуточный фланец по ГОСТ 3889;
• Тип 2 - з креплением на фланцевые концы шпинделей под поворотную шайбу по ГОСТ 12593;
• Тип 3 - з креплением на фланцевые концы шпинделей по ГОСТ 12595.
• Десять типорозмірів - : 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630 мм;
• Виконання 1 - з цельными кулачками;
• Виконання 2 - со сборными кулачками;
• Класс точності - Н – нормальный ; П – повышенный ; В – высокий; А – особо высокий;

Патрон самоцентрирующий трехкулачковый. Тип 1 - з цилиндрическим, пояском і з креплением через промежуточный фланец по ГОСТ 3889

ГОСТ 2675—80 Патрон самоцентрирующий трехкулачковый.
Тип 1 - з цилиндрическим, пояском

Патрон самоцентрирующий трехкулачковый. Тип 3 - установка на конус шпинделя, крепится гвинтами сквозь корпус патрона в торец фланца шпинделя по ГОСТ 12595

ГОСТ 2675—80 Патрон самоцентрирующий трехкулачковый.
Тип 3 - установка на конус шпинделя

Единая система обозначения токарных патронов

Шифр патрона состоит из 8 цифр і буквы, указывающий класс точності вироби. Воспользовавшись соответствующей таблицей по такой маркировке можно определить:

• Количество кулачков в патроне
• Диаметр патрона
• Основні розміри патрона
• Вид крепления на кінці шпинделя
• Виконання кулачков
• Класс точності патрона Н, П, В, А

Пример условного обозначения патрона типа 1, диаметром 200 мм, з цельными кулачками, класса точності Н:

Патрон 7100-0007 ГОСТ 2675—80

То же, патрона типа 2 диаметром 200 мм, устанавливаемого на шпиндель з условным размером 5, со сборными кулачками, класса точності П:

Патрон 7100—0032—П ГОСТ 2675—80

Маркировка современных токарных патронов производства БелТАПАЗ

Патрон токарний 3–200.33.14 П

• [3] - количество кулачков
 
• [200] - наружный диаметр патрона, мм
 
• [33] - характеристика, определяемая типом, виконанням, наружным диаметром патрона
 
• [14] - модификация
 
• [П] - класс точності

Маркировка польских токарных патронов Bison—Bial типа «СТ», производимых по ГОСТ 2675-80

Патрон токарний СТ 250-ПФ6

• [CT] - тип патрона, трехкулачковый самоцентрирующийся стальной токарний патрон
 
• [250] - наружный диаметр патрона
 
• [П] - класс точності Н, П, В, А
 
• [Ф6] - тип посадки
• Ф - посадка на промежуточный фланец (DIN 6350, ГОСТ 3889-80) – після буквы Ф ничего не указывается
• Ф6 - посадка на конус шпинделя (DIN 55027, ГОСТ 12593) – після буквы Ф указывается номер конуса
• Ф95 - посадка на конус шпинделя, сквозное крепление (DIN 55026, ГОСТ 12595) – добавляется число 95

Спиральные патроны

Патрон спиральный самоцентрирующий трехкулачковый

Трехкулачковый патрон получил наибольшее распространение. Причина високою популярности — быстрота крепления деталей, что особенно важно в мелкосерийном производстве, где смена заготовок происходит весьма часто.

В отличие от патронов клинореечного типа, етот патрон не требует часу на переналадку, когда устанавливается заготовка другого размера. Центрирование патрона може выполняться цилиндрическим пояском или конусом.

Патрон представляет массивную планшайбу, в которой прорезаны радиальные пазы. В них перемещаются три кулачка, приводимые в действие конической зубчатой передачей, которая смонтирована внутри планшайби. Одно из колец снабжено торцевой резьбой, называемой спиралью Архимеда, при помощи которой его можно вращать ключом. При вращении етой спирали происходит одновременное перемещение всех кулачков.

Патрон, показанный на рис. 12, состоит из корпуса 1 з привернутым к нему фланцем (фланец на чертеже не показан). В корпус патрона помещен спиральный диск — улитка 4, на одном торце которого нарезаны зубцы, а на другом архимедова спираль. С зубцами диска сцепляются три конические шестерни 5, вмонтированные в корпус патрона, а в зацепление со спиралью входят зубцы кулачков 2. При вращении улитки 4 кулачки перемещаются в радиальных пазах корпуса.

Спиральные патроны просты по конструкції, обеспечивают большой диапазон зажима, удобны в управлении (зажим возможен з помощью любой из трех шестерен) і обладают сравнительно высоким коеффициентом полезного дії. Однако ети патроны имеют ряд существенных недостатков. Ввиду того, что радиусы кривизны на разных участках спирали различны, прилегание зубьев кулачков происходит не по всей ширине післядних, а по лініям (узким площадкам), как ето показано в позиции а. При етом неизбежны высокие удельные давления, требующие високою твердости соприкасающихся поверхностей. При закалке улитки до високою твердости начальная точность патрона вследствие коробления понижается. Обычно улитка подвергается только улучшению, не обеспечивающему высокую твердость, поетому в експлуатации патрон быстро теряет начальную точность і требует частой проверки і подшлифовки кулачков. Грязь і мелкая стружка, попадающие в патрон, затягиваются в клиновидные зазоры между зубьями кулачков і спиралью і в свою очередь ускоряют износ.

Кулачки патронов применяются цельными і сборными, состоящими из основания 2 і насадного кулачка 3. Конструкція кулачков позволяет зажимать обрабатываемые детали как за наружные, так і за внутренние поверхности.

Відео: Патрон спиральный самоцентрирующий трехкулачковый

Фланцы промежуточные к самоцентрирующим патронам

Перед применением токарний патрон необходимо установить і закрепить на переднем кінці шпинделя, но учитывая разницу конструкції і размеров посадочных мест токарных патронов і шпинделей не всегда можно закрепить патрон непосредственно на переднем кінці шпинделя, например:

• Если патрон имеет центрирующий поясок (уступ), то для его установки на шпиндель обязательно требуется промежуточный (переходной) фланец, независимо от типа кінця шпинделя
• Если патрон имеет центрирующий конус, но размер конуса не совпадает з размером центрирующего конуса кінця шпинделя, также требуется промежуточный (переходной) фланец
• Если конец шпинделя заканчивается резьбой, то для установки на него любого патрона обязательно требуется промежуточный (переходной) фланец

ГОСТ 3889-80 (DIN 6350) Фланцы промежуточные к самоцентрирующим патронам

Настоящий стандарт распространяется на промежуточные фланцы, предназначенные для установки на концы шпинделей металлорежущих верстатів самоцентрирующих патронов общего назначения.

Промежуточные фланцы (их называют еще План-шайбы) необходим для центрирования і крепления патронов з центрирующим пояском (ГОСТ 2675 тип 1) на любой из 4-х типов концов шпинделей токарных верстатів.

ГОСТ 3889-80 Фланцы должны изготавливаться исполнений:

1. Виконання 1 - устанавливаемое на резьбовые концы шпинделей по ГОСТ 16868;
2. Виконання 2 - устанавливаемое на фланцевые концы шпинделей по ГОСТ 12593 под поворотную шайбу;
3. Виконання 3 - устанавливаемое на фланцевые концы шпинделей по ГОСТ 12595 исполнения 1;
4. Виконання 4 - устанавливаемое на фланцевые концы шпинделей по ГОСТ 12595 исполнения 3.

ГОСТ 3889 Виконання 1. Фланцы промежуточные на резьбовые концы шпинделей

ГОСТ 3889 Фланцы промежуточные на резьбовые концы шпинделей

Для того, чтобы на переднем кінці шпинделя закрепить токарний патрон, необходимо изготовить или приобрести промежуточный (переходной) фланец, который еще называют планшайбой.

Со стороны шпинделя промежуточный фланец должен навинчиваться на резьбу шпинделя d і очень точно надвигаться на центрирующий поясок - цилиндр диаметром Ø d₁ і длиной l мм.

Со стороны токарного патрона промежуточный фланец должен мати центрирующий поясок - ступеньку D₄ для точной установки і центрирования токарного патрона на промежуточном фланце, а также мати сквозные отверстия для крепления патрона. Очевидно, что для каждого типоразмера токарного патрона должен быть свой промежуточной фланец.

Допускается устанавливать на промежуточном фланце исполнения 1 запорное пристрій против самоотвинчивания.

Процесс установки токарного патрона состоит из следующих етапов:

• Промежуточный фланец навинчивается на резьбу шпинделя до упора. Отверстие во фланце должно плотно садиться на поясок шпинделя
• Закручиваются винты запорного пристроя против самоотвинчивания
• Проверяется биение центрирующего пояска на фланце (D₁) і опорной торцевой поверхности со стороны патрона
• На центрирующий поясок (D₁) устанавливается патрон і крепится болтами
• Проверяется радиальное і торцевое биение патрона

Пример: фланец промежуточный к токарномуу верстату ТВ-4

Фланец промежуточный к токарномуу верстату ТВ-4

Пример условного обозначения фланца исполнения 1, диаметром 100 мм:

Фланец 7081-0592 ГОСТ 3889-80

Пример условного обозначения фланца исполнения 1, диаметром 125 мм:

Фланец 7081-0593 ГОСТ 3889-80

Фланец промежуточный к токарномуу верстату з резьбовым концом шпинделя

ГОСТ 3889-80 Виконання 2. Фланцы промежуточные под фланцевые концы шпинделей под поворотную шайбу (ГОСТ 12593)

ГОСТ 3889-80 Фланцы промежуточные под поворотную шайбу

ГОСТ 3889-80 Виконання 3. Фланцы промежуточные под фланцевые концы шпинделей исполнения 1 по ГОСТ 12595

ГОСТ 3889-80 Фланцы промежуточные к концам шпинделей типа А. Виконання 1

ГОСТ 3889-80 Виконання 4. Фланцы промежуточные под фланцевые концы шпинделей исполнения 3 по ГОСТ 12595

ГОСТ 3889-80 Фланцы промежуточные к концам шпинделей типа А. Виконання 3

Каталог справочник токарно-винторезных верстатів

Паспорта і схеми к токарно-гвинторізним верстатам і оборудованию

Справочник деревообрабатывающих верстатів

Купить каталог, справочник, базу данных: Прайс-лист информационных изданий