RU2775596C1

RU2775596C1 - Collet for clamping a cylindrical workpiece

Info

Publication number: RU2775596C1
Application number: RU2021138214A
Authority: RU
Inventors: Леонид Андреевич Лузгин; Рафаил Шамилевич Валиев
Original assignee: Акционерное Общество "Уфимское агрегатное производственное объединение"(АО "УАПО")
Filing date: 2021-12-22
Publication date: 2022-07-05

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to mechanical engineering and can be used in turning, milling, drilling machines, as well as machines with numerical control for clamping a cylindrical workpiece or cutting tool shanks. A collet for clamping a cylindrical workpiece contains a conical body with a through axial hole and slots on each end, separated from the opposite end by bridges, which are located on two cylindrical protrusions located on the ends of the collet. At the same time, the body is made as a composite of two stepped parts, between which a hard-alloy insert is pressed with an interference fit, the inner diameter of which coincides with the diameter of the through axial hole, while one of the parts of the body has a cylindrical ledge, made with the possibility of putting on it the other of the parts, and the parts of the bodies are soldered together.

EFFECT: increase in durability is achieved by reducing the wear of the inner surface of the axial hole.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в токарных, фрезерных, сверлильных станках, а также станках с числовым программным управлением для зажима цилиндрической заготовки или хвостовиков режущего инструмента.The invention relates to mechanical engineering and can be used in turning, milling, drilling machines, as well as machines with numerical control for clamping a cylindrical workpiece or cutting tool shanks.

Известна цанга, состоящая из рабочей части, упругой части и направляющего пояска, при этом рабочая часть состоит из губки, образованной разрезами и служащей зажимным элементом, а упругая часть состоит из лепестка, образованного разрезами и переходного участка (Станочные приспособления: Справочник. В 2-х т./Ред.совет: Б.Н. Вардашкин (пред.) и др. - М.: Машиностроение, 1984 - Т.2/ Под. ред. Б.Н. Вардашкина, В.В. Данилевского. 1984. 656с., ил. С. 178, рис. 25).A collet is known, consisting of a working part, an elastic part and a guide belt, while the working part consists of a sponge formed by cuts and serving as a clamping element, and the elastic part consists of a petal formed by cuts and a transition section (Machine tools: Handbook. In 2- x t. / Editorial Council: B. N. Vardashkin (prev.) and others - M .: Mashinostroenie, 1984 - V. 2 / Edited by B. N. Vardashkin, V. V. Danilevsky, 1984. 656s., Ill. S. 178, Fig. 25).

Недостатком известной цанги является повышенная жесткость лепестков, большая длина и увеличенная материалоемкость. Кроме того при использовании ее в автоматических токарных станках для зажима и подачи прутковой заготовки наблюдается повышенный износ внутренней поверхности контактирующей с вращающейся с высокой скоростью заготовкой.The disadvantage of the known collet is the increased rigidity of the petals, the long length and increased material consumption. In addition, when it is used in automatic lathes for clamping and feeding a bar stock, there is increased wear on the inner surface in contact with a workpiece rotating at high speed.

Известна цанга, содержащая конусный корпус со сквозным осевым отверстием и прорезями на каждом торце, отделенными от противоположного торца короткими перемычками (Патент ЕР0378688, кл. В23В 31/20).Known collet containing a conical body with a through axial hole and slots at each end, separated from the opposite end by short bridges (Patent EP0378688, class B23B 31/20).

Недостатком данной конструкции цанги является повышенная жесткость перемычек, особенно со стороны большого диаметра конуса. Кроме того при использовании ее в токарных станках наблюдается повышенный износ внутренней поверхности сквозного осевого отверстия контактирующей с вращающейся с высокой скоростью заготовкой. Также, при использовании данной цанги на станках с числовым программным управлением для зажима цилиндрических хвостовиков инструмента наблюдается недостаточная долговечность внутренней поверхности сквозного осевого отверстия, из-за чего могут наблюдаться рывки и проскальзывание при вращении инструмента.The disadvantage of this design of the collet is the increased rigidity of the jumpers, especially on the side of the large diameter of the cone. In addition, when using it in lathes, there is increased wear on the inner surface of the through axial hole in contact with a workpiece rotating at high speed. Also, when using this collet on CNC machines for clamping cylindrical tool shanks, there is insufficient durability of the inner surface of the through axial hole, which can cause jerks and slippage when the tool rotates.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является цанга, содержащая конусный корпус со сквозным осевым отверстием и прорезями на каждом торце, отделенными от противоположного торца короткими перемычками, при этом, короткие перемычки выполнены тонкостенными и расположены на двух цилиндрических выступах расположенных на торцах цанги (Патент РФ №2201848, кл. В23В 31/20, Бюл. № 10, 10.04.2003).The closest in technical essence to the proposed invention is a collet containing a conical body with a through axial hole and slots at each end, separated from the opposite end by short jumpers, while the short jumpers are made thin-walled and located on two cylindrical protrusions located on the ends of the collet (Patent RF No. 2201848, class B23V 31/20, Bulletin No. 10, 10.04.2003).

Недостатком известной конструкции цанги при использовании ее в токарных станках для зажима и подачи прутковой заготовки является ее невысокая стойкость к износу. Износу подвергается внутренняя поверхность-диаметр сквозного осевого отверстия контактирующий с вращающейся с высокой скоростью прутковой заготовкой. Повышенный износ ведет к увеличению внутреннего диаметра цанги, а так как этот диаметр непосредственно участвует в зажиме заготовки и цанга тем самым приводит ее во вращательное движение то непосредственным образом влияет на ее работоспособность, т.е. способность цанги приводить в движение заготовку, без ее проскальзывания и рывков, а также с необходимой точностью и скоростью. Кроме того, даже небольшой износ сквозного отверстия при применении данной цанги для зажима хвостовиков инструмента в станках с числовым программным управлением ведет к увеличению биения инструмента, к его проскальзыванию, что приводит к неудовлетворительному качеству изготавливаемых деталей.A disadvantage of the well-known collet design when used in lathes for clamping and feeding bar stock is its low wear resistance. Wear is subjected to the inner surface - the diameter of the through axial hole in contact with the bar stock rotating at high speed. Increased wear leads to an increase in the inner diameter of the collet, and since this diameter is directly involved in clamping the workpiece and the collet thereby sets it in rotational motion, it directly affects its performance, i.e. the ability of the collet to set the workpiece in motion, without slipping and jerking, as well as with the required accuracy and speed. In addition, even a slight wear of the through hole when using this collet for clamping tool shanks in machines with numerical control leads to an increase in tool runout, to its slippage, which leads to unsatisfactory quality of manufactured parts.

Задачей изобретения является создание технологичной конструкции цанги для зажима цилиндрической заготовки или инструмента, обеспечивающей высокую износостойкость внутреннего диаметра сквозного осевого отверстия.The objective of the invention is to create a technological design of the collet for clamping a cylindrical workpiece or tool, providing high wear resistance of the inner diameter of the through axial hole.

Технический результат заключается в надежном и долговечном исполнении цангой своих функций, а именно способности цанги приводить в движение прутковую заготовку или инструмент, без проскальзывания и рывков, а также с необходимой точностью и скоростью.EFFECT: technical result consists in reliable and durable performance by the collet of its functions, namely, the ability of the collet to set in motion a bar stock or a tool, without slipping and jerking, and also with the necessary accuracy and speed.

Данная задача решается, а технический результат достигается благодаря тому, что в предлагаемой конструкции цанги для зажима цилиндрической заготовки содержащей конусный корпус со сквозным осевым отверстием и прорезями на каждом торце, отделенными от противоположного торца перемычками, которые расположены на двух цилиндрических выступах, расположенных на торцах цанги, согласно изобретению, корпус выполнен составным из двух ступенчатых частей, между которыми запрессована с натягом твердосплавная вставка, внутренний диаметр которой совпадает с диаметром сквозного осевого отверстия, при этом одна из частей корпуса имеет цилиндрический выступ, выполненный с возможностью надевания на него другой из частей, причем части корпуса скреплены между собой пайкой.This problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that in the proposed design of the collet for clamping a cylindrical workpiece containing a conical body with a through axial hole and slots on each end, separated from the opposite end by jumpers, which are located on two cylindrical protrusions located on the ends of the collet , according to the invention, the body is made as a composite of two stepped parts, between which a hard-alloy insert is pressed with an interference fit, the inner diameter of which coincides with the diameter of the through axial hole, while one of the parts of the body has a cylindrical protrusion, made with the possibility of putting on it the other of the parts, moreover, the body parts are fastened together by soldering.

Предлагаемая конструкция конструкции цанги для зажима цилиндрической заготовки благодаря наличию твердосплавной вставки внутренний диаметр которой совпадает с диаметром сквозного осевого отверстия, обладает высокой в износостойкостью внутреннего диаметра сквозного осевого отверстия. В данной конструкции цанги твёрдосплавная вставка запрессована с натягом по наружному диаметру в части корпуса, в которых выполняется полость с внутренним диаметром меньшим чем наружный диаметр твердосплавной вставки, при этом твердосплавная вставка с торцов плотно контактирует с частями корпуса, а части корпуса спаяна друг с другом, за счет чего в твердосплавной вставке создается благоприятное напряженное состояние и при ее работе отсутствуют циклические растягивающие напряжения, которые, при возникновении, как правило приводят к ее поломке. Вставка контактирует с прутковой заготовкой или инструментом, только по внутреннему диаметру и тем самым работает только на истирание. Таким образом, износостойкость за счет применения данной конструкции цанги с твердосплавной вставкой повышается в 30-50 раз. Кроме того, за счет того, что одна из частей корпуса имеет цилиндрический выступ, на которую надевается другая из частей, при креплении пайкой между собой частей корпуса и твердосплавной вставки образуется соединение большей прочности, чем при креплении между собой простых поверхностей, так как цилиндрический выступ увеличивает площадь контакта между собой двух частей корпуса, за счет чего повышается прочность спайного соединения.The proposed design of the collet for clamping a cylindrical workpiece, due to the presence of a hard-alloy insert, the inner diameter of which coincides with the diameter of the through axial hole, has a high wear resistance of the inner diameter of the through axial hole. In this design of the collet, the carbide insert is pressed with an interference fit along the outer diameter in the body parts, in which a cavity with an inner diameter smaller than the outer diameter of the carbide insert is made, while the carbide insert from the ends is in close contact with the body parts, and the body parts are soldered to each other, due to which a favorable stress state is created in the carbide insert and during its operation there are no cyclic tensile stresses, which, if they occur, usually lead to its breakage. The insert is in contact with the bar stock or tool only on the inner diameter and thus works only on abrasion. Thus, wear resistance due to the use of this collet design with a carbide insert increases by 30-50 times. In addition, due to the fact that one of the body parts has a cylindrical protrusion on which the other part is put on, when the parts of the body and the hard-alloy insert are fastened together by soldering, a connection of greater strength is formed than when simple surfaces are fastened together, since the cylindrical protrusion increases the contact area between the two parts of the body, thereby increasing the strength of the solder joint.

Итак, за счет введения в конструкцию цанги твердосплавной вставки запрессованной с натягом в части корпуса, достигается высокая износостойкость конструкции, надежное и долговечное исполнение цангой своих функций, а именно способности цанги приводить в движение цилиндрическую заготовку без проскальзывания и рывков, а также с необходимой точностью и скоростью в условиях массового и крупносерийного производства и может использоваться для зажима хвостовиков инструмента в т.ч. на токарных, фрезерных станках и обрабатывающих центрах с числовым программным управлением.So, due to the introduction of a hard-alloy insert into the design of the collet, which is pressed with an interference fit into the body part, high wear resistance of the structure is achieved, reliable and durable performance by the collet of its functions, namely, the ability of the collet to set in motion a cylindrical workpiece without slipping and jerking, as well as with the necessary accuracy and speed in conditions of mass and large-scale production and can be used to clamp tool shanks, incl. on lathes, milling machines and machining centers with numerical control.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлена цанга. На фиг. 2 представлен разрез А-А цанги.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows the collet. In FIG. 2 shows a section A-A of the collet.

Цанга содержит конусный корпус состоящий из двух ступенчатых частей 1 и 2, между которыми запрессована с натягом по наружному диаметру D1 твердосплавная вставка 3, внутренний диаметр которой совпадает с диаметром d сквозного осевого отверстия, а торцы плотно контактируют с внутренними поверхностями частей 1 и 2 корпуса, кроме того, одна из частей корпуса - часть 2, имеет цилиндрический выступ диаметром D и высотой b, на которую надевается часть 1 корпуса. Часть 1 корпуса имеет прорезь шириною h и перемычку 5 с размером k. Часть 2 корпуса, также имеет прорезь шириною h и в свою очередь перемычку 4 размер которой k. Перемычки 4 и 5 расположены на торцах цилиндрических выступов частей корпуса. Части 1 и 2 плотно смыкаются между собой и скрепляются пайкой.The collet contains a conical body consisting of two stepped parts 1 and 2, between which a hard-alloy insert 3 is pressed with an interference fit along the outer diameter D1, the inner diameter of which coincides with the diameter d of the through axial hole, and the ends are in close contact with the inner surfaces of parts 1 and 2 of the body, in addition, one of the body parts - part 2, has a cylindrical protrusion with a diameter D and a height b, on which part 1 of the body is put on. Part 1 of the body has a slot with a width h and a jumper 5 with a size k. Part 2 of the body also has a slot with a width h and, in turn, a jumper 4, the size of which is k. Jumpers 4 and 5 are located at the ends of the cylindrical protrusions of the housing parts. Parts 1 and 2 fit tightly together and are soldered together.

Данная конструкция технологична в изготовлении.This design is manufacturable.

Пример изготовления конструкции цанги:An example of the manufacture of a collet design:

1. Из цилиндрической вставки-заготовки формы 1 1010-0718 твердого сплава ВК10КС по ГОСТ 10284-84 длиной 40 мм, наружным диаметром ∅20 мм с диаметром сквозного отверстия ∅5,8 мм, шлифовкой изготавливают твердосплавную вставку 3 с размерами: длиной 39,5 мм; наружным диаметром D1 равным ∅19,55 мм; диаметром сквозного осевого отверстия, выполненного предварительно d =∅6,5 мм.1. From a cylindrical insert-blank of form 1 1010-0718 of hard alloy VK10KS according to GOST 10284-84, 40 mm long, with an outer diameter of ∅20 mm with a through hole diameter of ∅5.8 mm, a hard-alloy insert 3 is made by grinding with dimensions: length 39, 5 mm; outer diameter D1 equal to ∅19.55 mm; diameter of the through axial hole, made previously d =∅6.5 mm.

2. Из стали 65Г изготавливают часть 1 и часть 2 конусного корпуса. При этом наружный конус на частях 1 и 2 изготавливают с припуском под окончательную обработку и шлифовку наружной конусной поверхности после сборки и пайки, совмещенной с закалкой. Часть 1 изготавливают общей длиной 57 мм, часть 2 общей длиной 38мм, диаметр полости D =30 мм и глубина ее b=19мм в части 1 соответствуют диаметру выступа D =30 мм и высоте его b=19 мм в части 2. Диаметры цилиндрических выступов на торцах частей 1 и 2 равны ∅25 мм, высота их равна 11 мм с каждой из сторон торцов, а диаметр сквозного осевого отверстия выполненного предварительно в частях 1 и 2 изготавливают равным ∅6,5 мм. При этом, в обоих частях выполняется углубление для твёрдосплавной вставки 3 диаметром D1 равным ∅19,5 мм.2. Part 1 and part 2 of the conical body are made of steel 65G. At the same time, the outer cone on parts 1 and 2 is made with an allowance for final processing and grinding of the outer conical surface after assembly and soldering combined with hardening. Part 1 is made with a total length of 57 mm, part 2 with a total length of 38 mm, the cavity diameter D = 30 mm and its depth b = 19 mm in part 1 correspond to the diameter of the protrusion D = 30 mm and its height b = 19 mm in part 2. The diameters of the cylindrical protrusions at the ends of parts 1 and 2 are ∅25 mm, their height is 11 mm on each side of the ends, and the diameter of the through axial hole previously made in parts 1 and 2 is made equal to ∅6.5 mm. At the same time, in both parts, a recess is made for a hard-alloy insert 3 with a diameter D1 equal to ∅19.5 mm.

3. Собирают части корпуса 1 и 2 между которыми по диаметру D1 запрессовывается твердосплавная вставка 3 с натягом составляющим разность ∅19,55 мм и ∅19,5 мм равным 0.05мм. При этом, в зазоры между составными частями 1 и 2 корпуса закладывается припой и они плотно смыкаются друг с другом.3. Assemble parts of the body 1 and 2 between which a hard-alloy insert 3 is pressed along the diameter D1 with an interference difference of ∅19.55 mm and ∅19.5 mm equal to 0.05 mm. At the same time, solder is placed in the gaps between the components 1 and 2 of the body and they are tightly closed with each other.

4. Далее нагревают заготовку цанги, при этом спаивая между собой составные части, и закаливают их.4. Next, the collet blank is heated, while soldering the components together, and hardening them.

5. Затем обрабатывают и шлифуют наружный конусный корпус цанги формируя общий угол конуса 30°, шлифуют сквозное осевое отверстие d придавая ему окончательный размер ∅7 мм, электроэрозионным способом формируют прорези на каждом торце шириной h=1мм, отделенные от противоположного торца перемычками k=3,5мм.5. Then, the outer conical body of the collet is processed and ground, forming a total cone angle of 30°, the through axial hole d is ground, giving it a final size of ∅7 mm, slots are formed at each end with a width h=1 mm, separated from the opposite end by jumpers k=3 .5mm.

Конструкция цанги с твердосплавной вставкой обладает высокой износостойкостью и обеспечивает надежное и долговечное исполнение цангой своих функций. Кроме того, за счет перемычек, обеспечивается точная центрация и надежное крепление заготовки или инструмента со значительно меньшими прикладываемыми усилиями для их зажима.The design of the collet with a carbide insert has high wear resistance and ensures reliable and durable performance of the collet of its functions. In addition, due to the jumpers, accurate centering and reliable fastening of the workpiece or tool are ensured with significantly less applied effort to clamp them.

Цанга может быть использована в токарных, фрезерных, сверлильных станках, а также станках с числовым программным управлением для зажима цилиндрической заготовки или хвостовиков режущего инструмента, и предлагается к внедрению на АО «Уфимском агрегатном производственном объединении» Технодинамика.The collet can be used in lathes, milling machines, drilling machines, as well as machines with numerical control for clamping a cylindrical workpiece or cutting tool shanks, and is proposed for implementation at Technodinamika Ufa Aggregate Production Association JSC.

Claims

A collet for clamping a cylindrical billet, comprising a conical body with a through axial hole and slots at each end, separated from the opposite end by jumpers, which are located on two cylindrical protrusions located at the ends of the collet, characterized in that the body is made up of two stepped parts, between by which a hard-alloy insert is pressed with an interference fit, the inner diameter of which coincides with the diameter of the through axial hole, while one of the parts of the body has a cylindrical protrusion, made with the possibility of putting on it the other of the parts, and the parts of the body are fastened together by soldering.