Пристрої фіксації інструментів в інструментальних шпиндельних вузлах верстатів

Abstract

Цангові патрони для фіксації інструментів у шпиндельних вузлах широко використовуються для виконання робіт з високою точністю. Патрон складається з гайки з конічною поверхнею та затискної втулки з тонкими прорізами, зазвичай виготовленої із загартованої сталі і називається цанга. Патронні тримачі, по суті, є клиновими механізмами. Прогини в затискних елементах цанги, що виникають під час силової взаємодії мають помітний вплив на точність оброблюваних деталей. Сили різання або технологічні сили викликають осьову силу, радіальну силу, крутний момент і згинальний момент, що діють на цангу або інший тип затискних патронів, і, відповідно, викликають переміщення і нахили поверхонь базування та затиску. Окремі існуючі аналітичні моделі базуються на теоріях пружності та контакту. Для швидкого визначення основних характеристик фіксації при відхиленні певних параметрів доцільно застосувати спрощені підходи для визначення прогинів від зусилля затиску. Загальні результати оцінки вказують на те, що зміна сили затиску при обертанні в цанговому патроні в основному залежить від жорсткості цангового патрона та жорсткості об’єкта фіксації. Тобто, результати вказують на доцільність мінімізації нестандартних деформації затискних елементів, що впливає на параметри фіксації. Також, прогини елементів цангового патрона під дією технологічних сил значно залежать від зазорів, кута розклинювання та жорсткості елементів цангового патрона.

Collet chucks for fixing tools in spindle assemblies are widely used for high-precision work. The chuck consists of a nut with a conical surface and a clamping sleeve with thin slots, usually made of hardened steel and called a collet. Chuck holders are essentially wedge mechanisms. Deflections in the clamping elements of the collet that arise during force interaction have a noticeable effect on the accuracy of the workpieces. Cutting forces or technological forces cause axial force, radial force, torque and bending moment acting on the collet or other type of clamping chucks, and, accordingly, cause displacements and inclinations of the base and clamping surfaces. Some existing analytical models are based on the theories of elasticity and contact. To quickly determine the main characteristics of fixation when certain parameters deviate, it is advisable to apply simplified approaches to determine deflections from the clamping force. The overall evaluation results indicate that the change in clamping force during rotation in a collet chuck mainly depends on the rigidity of the collet chuck and the rigidity of the clamping object. That is, the results indicate the feasibility of minimizing non-standard deformations of clamping elements, which affects the clamping parameters. Also, the deflections of collet chuck elements under the action of technological forces significantly depend on the gaps, wedging angle and rigidity of collet chuck elements.