Патроны для сверлильных станков

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3

1. Что такое патрон для сверлильного станка 5

2. история развития 5

3. принцип работы 7

4. Современные патроны, их разновидности и конструктивные особенности 8

5. производство, сборка и разборка для технического обслуживания 10

Заключение 12

список использованных источников 13

ВВЕДЕНИЕ
Основную группу технологической оснастки составляют приспособления механосборочного производства. Приспособлениями в машиностроении называются вспомогательные устройства к технологическому оборудованию, используемые при выполнении операций механической обработки, сборки и контроля.
Применение приспособлений позволяет: устранить разметку заготовок перед обработкой, повысить точность обработки, снизить себестоимость продукции, облегчить условия работы и обеспечить ее безопасность, расширить технологические возможности оборудования, организовать станочное обслуживание, применить технически обоснованные нормы, времени, сократить число рабочих, необходимых для выпуска продукции.
Частая смена объектов производства, связанная с нарастанием темпов технологического процесса в эпоху научно-технической революции требует от технологической науки и практики создание конструкций и систем приспособлений, метода их расчета, проектирования и изготовления, обеспечивающих неуклонное сокращение сроков подготовки производства. В серийном производстве необходимо использовать специализированные быстроналаживаемые и обратимые системы приспособлений. В мелкосерийном и единичном производствах все более широко применяют систему универсально-сборных приспособлений.
Ряд принципиально новых требований, предъявляемых к приспособлениям, определены расширением парка станков с ЧПУ, переналадка которых на обработку новой заготовки сводится к замене программы и к замене или переналадке приспособления для базирования и закрепления заготовки.
Изучение закономерности влияния приспособления на точность и производительность выполняемых операций позволят проектировать приспособления, интенсифицирующие производство и повышающие его точность. Проводимая работа по унификации и стандартизации элементов приспособлений создала основу для автоматизированного проектирования приспособлений с использованием электронно-вычислительной техники и автоматов для графического изображения. Это приводит к ускорению технологической подготовки производства.
Технологическая оснастка является важнейшим фактором успешного осуществления технического прогресса в машиностроении. В промышленности эксплуатируется более 25 миллионов специальных станочных приспособлений. Затраты на изготовление технологической оснастки приблизились к затратам на производство металлорежущих станков. Задача повышения эффективности и качества технологической оснастки стала одной из важнейших народнохозяйственных проблем.
Для современного этапа развития машиностроения характерен быстрый рост выпуска новых видов продукции. В настоящее время смена новых моделей машин, оборудования, аппаратов, приборов происходит значительно быстрее, чем 10...15 лет назад. Ускорение освоения новых видов продукции и сокращение цикла ее производства, как правило, требует и создания новых приспособлений, так как при изменении номенклатуры выпускаемых машин и приборов специальная оснастка становится непригодной и ее каждый раз приходится проектировать и изготовлять заново.
Значительные трудовые и материальные затраты определяются тем, что технологическая оснастка оказывает влияние на производительность труда, качество и сокращение сроков освоения производства новых изделий.
Задача повышения производительности труда в машиностроении не может быть решена только за счет ввода в действие даже самого совершенного оборудования. Смена моделей станков в производстве происходит в среднем через 6...8 лет, поэтому наряду с высокопроизводительными современными станками эксплуатируются и станки устаревших моделей. [1]
1. Что такое патрон для сверлильного станка
Сверлильный патрон – это основной элемент оснастки сверлильных и токарных станков, а также электрического, пневматического и ручного инструмента, предназначенный для крепления металлорежущего инструмента с цилиндрическим хвостовиком на шпиндель. В основном это сверла различного диаметра, а также развертки, зенкера, фрезы, метчики и другой инструмент. [5]
Рисунок 1 – Сверлильный патрон
2. история развития
Первые сверлильные операции были известны еще со времен Древнего Египта. Строение сверлильного станка древности представляло собой подобие современного устройства, однако новые технологии наших дней способствовали превращению конструкции сверлильного станка в удобный и оснащенный всеми необходимыми функциями предмет. Таким образом, процесс сверления развивался не одну тысячу лет. Сверла и их виды активно развивались, но крепились они намертво веревкой или другими подручными средствами и было затруднительно их поменять.
Развитие и появление первых сверлильных патронов связано с изобретениями с 1863 года Стивена Э. Морзе получившее конечное название «Конус Морзе».
Рисунок 2 – Конусы Морзе
Это изобретение дало огромный импульс к развитию различных сверл, станков и приспособлений к ним. Еще в 1861 году Морзе начал производство сверл в маленькой мастерской. В 1863 году Морзе создал идею спирального сверла. А уже в 1864 году имея патент на это изобретение, с помощью инвесторов создал фирму по производству сверл. В 1897 году технологии продолжались совершенствоваться изобретались и даже покупались новые станки и оборудование. Например, компания Морзе приобрела патент на сверлильный патрон Beach chuck компании Meridan Tool, Meridan, штат Коннектикут, и оборудование Schofield Patent Grinding Line, помогающее обеспечить точность при заточке сверла. В 1889 году уставный капитал компании увеличился до $ 600.000, здания занимали общую площадь, равную одной квадратной миле. В течение долгого времени компания выпускала разнообразную продукцию: свёрла, инструменты, патроны, развертки, метчики, фрезы и т.д [4]
3. принцип работы
Если рассматривать конструкцию патрона кулачкового типа, то он включает следующие основные элементы:
- корпус;
- гайка с обоймой;
- винтовой хвостовик с левой резьбой;
- шарикоподшипник между гайкой и хвостовиком;
- кулачки
Рисунок 3 - Схема сверлильного патрона
В обойме профрезерованы три паза с кулачками (зажимами), также 3 Г-образных паза имеется и в верхней части винта. Последние обеспечивают подвижную радиальную связь зажимов и винта. Вращение осуществляется с помощью ключа, который входит в зубчатое зацепление с обоймой. Концевая часть ключа фиксируется в корпусе патрона.
При вращении хвостовой части винт совершает осевые движения, придавая зажимам патрона радиально-осевое перемещение. Кулачки осуществляют скольжение внутри корпуса и по бортику обоймы, обеспечивая фиксацию инструмента или освобождая его от действия сжимающих сил. 
В процессе сверления хвостовик патрона проворачивается в его корпусе в направлении часовой стрелки. Тем самым на винт действует усилие затягивания, которое усиливает силу фиксации инструмента. При смене инструмента обойма вращается против часовой стрелки с помощью ключа, тем самым разжимая кулачки. [2]
4. Современные патроны, их разновидности и конструктивные особенности
Виды сверлильных патронов:
На сегодняшний день существует несколько классификаций, которые делят существующие сверлильные патроны на группы:
- в первой основным признаком деления выступает способ смены насадок;
- во второй – способ крепежа патрона на станке;
- в третьей – класс точности.
Конечно, иностранные компании-производители предлагают свои собственные способы деления данных деталей, однако перечисленные являются универсальными и позволяют подобрать необходимый под конкретные задачи патрон без каких-либо проблем.
Классификация патронов по способу смены насадок:
Согласно первой классификации выделяются следующие группы: Ключевые патроны, которые имеют в своей задней части хвостовик и позволяют устанавливать на себя сменные насадки через использование специальных ключей. Подобные патроны устанавливаются на современных ручных дрелях;
Цанговые патроны требуют закрепления свёрл с помощью переходных цанг, которые представляют собой вытянутые стальные переходники двух диаметров. Используется такой тип патронов для обеспечения крепежа инструмента малого диаметра (до 40 мм), снабжённого хвостовиком. Обычно поставляются в комплекте с конусом Морзе и переходными цангами;
Быстрозажимные патроны отличаются тем, что позволяют оператору сменить насадку на инструменте без использования каких-либо ключей (отсюда и название). Данная группа дополнительно подразделяется на две других:
- Крепёж быстросменных патронов осуществляется через их фиксацию с помощью конического хвостовика. Вдобавок подобные детали всегда снабжены особой сменной втулкой для насадных свёрл;
- Прецизионные патроны отличаются от описанных выше тем, что созданы для работы на соответствующих сверлильных станках, обеспечивают сокращения радиального биения до значения в 0.6 мм (а современные модели могут похвастать ещё меньшим значением – в 0.04 мм).
По способу крепежа патрона на станке деление очень простое:
Установка может осуществляться при помощи хвостовика и конуса Морзе, которые буквально надеваются друг на друга, осуществляя сцепку. В некоторых случаях в них могут быть проделаны соответствующие друг другу резьбовые отверстия для обеспечения хорошего качества крепежа;
Также крепёж может быть основан на резьбовом сцеплении со станком. Операторы некоторых предприятий могут самостоятельно изменить заводскую деталь следующим образом: на внешней части конуса Морзе нарезается резьба, которая должна соответствовать по размерам хвостовику, плюс, дополнительно накладывается гайка, дабы было возможно убрать зажимающий инструмент при помощи обычного сменного ключа. Подобные операции в обязательном порядке согласовываются с вышестоящим руководством. Классификация патронов по классу точности:
По классу точности представленные на рынке сверлильные патроны разделяются на две группы: существуют изделия I класса и II. Перед выпуском в продажу осуществляется оценка класса при помощи замера радиального биения, оказываемого на контрольной оправке, что находится в закреплённом состоянии в зажимных элементах патрона. Патроны второго класса допускают чуть большее отклонение, нежели изделия первого (например, для оправки с диаметром в 2-4 мм и длиной в 40-50 мм значения радиального биения для первого и второго класса соответственно составляют 0.05 мм и 0.1 мм).
Кстати, тесты над контрольной оправкой проводятся трижды, а за результат принимают среднее арифметическое получившихся значений отклонения (это необходимо для разносторонней проверки работы детали). В случае, если результаты являются пограничными, проводится ещё один комплекс тестов, при оставшихся «плавающих» значениях детали присваивается худший класс.
Следует отметить, что ранее абсолютно все патроны, использовавшие на сверлильных станках, были зажимными, однако сейчас в промышленности всё большую популярность обретают самозажимные патроны, которые подтягиваются за счёт вращения шпинделя. Зажимные патроны постепенно отходят на второй план и используются активно только в быту в обычных ручных дрелях. Кстати, использование самозажимных патронов в непромышленных масштабах специалистами не рекомендуется. [3]
5. производство, разборка и сборка для технического обслуживания
При производстве крепёжных узлов используются только определённые марки сталей. Чаще используется сталь 40Х по ГОСТ 4543-91, хотя в ряде зарубежных конструкций применяются и нержавеющие стали. Детали, предназначенные для непосредственного зажима сверла в патроне, изготавливаются из среднеуглеродистых сталей с термообработкой «улучшение», или из цементированных сталей. Поверхность сверлильных патронов отечественного производства, с целью повышения антикоррозионных характеристик, подвергают воронению.
Бывают случаи, когда для нормального продолжения службы патрона ему необходима детальная чистка. Разобрать можно практически любой, а собрать обратно — нет. Быстрозажимной часто имеет кожух, под которым скрыты его составляющие. В этом случае разобрать или применить поверхностную чистку деталей придётся определить, сняв пластиковый кожух.
Чаще всего разобрать можно при помощи грубой физической силы, зажав его в тисках и постукивая молоточком по тыльной стороне. Тот способ применим для сборных конструкций, детали которых сделаны из толстого металла, но не из единого куска метала.
Разобрать кулачковый быстрозажимной, где венец с обоймой составляют монолит, при помощи одной только силы не удастся. Ввиду его конструкции может понадобиться нагревающий инструмент. Например, строительный фен способный дать металлу нагрев до 250 ⁰C. прежде чем вставить патрон вращающимся кольцом в тиски, необходимо спрятать его кулачки внутрь. Нагрев вращающегося кольца необходимо производить снаружи, охлаждая его изнутри при помощи хлопчатого материала вставленного внутрь, который в процессе нагревания детали периодически поливается холодной водой.
После достаточной температуры нагрева можно выбить основу из кольца, которое так и останется в тисках. При сборке также потребуется нагревание детали. [6]
Заключение
По итогам данной работы мы поняли, что без создания столь малого и порой незаметного приспособления – наш мир мог быть совсем другим. Представьте, что наши предки не смогли бы просверлить отверстие в какой-нибудь детали, не состоялось бы новое открытие, давшее мощный рывок развития прогресса в какой-либо индустрии. Поэтому стоит радоваться, что создание этого «чуда» свершилось. Ведь сверлильный патрон имеет широкое применение:
Сверлильные патроны применяются для фиксации металлорежущего инструмента с хвостовиком диаметром до 20 мм. Конструкция и разнообразие вариантов исполнения оснастки позволяет использовать её для целого ряда технологических операций:
Сверление отверстий в деталях. Возможна резка как сквозных отверстий, так и глухих требуемой длины.
Рассверливание заранее просверленных отверстий под больший диаметр.
Уменьшение шероховатости внутренней поверхности отверстия путем зенкерования.
Развертка отверстий конической и цилиндрической формы.
Подготовка фасок и выемок под шайбы и потайные головки путем зенкования.
Раскатка отверстий с помощью оправки и закаленных тел качения (шариков и роликов) для получения плотной и гладкой поверхности с малой шероховатостью. 
Нарезание резьб метчиком на всю глубину или на её часть.
Подрезание торцов для получения ровной поверхности под прямым углом к оси отверстия.
Также возможно развальцовывание полых заклепок и многие другие металлорежущие операции.
Список используемых источников
Вардашкин Б.Н. «Станочные приспособления» В 2-х томах. - М.: Машиностроение, 1984. - 592 с.
Горошкин А.К. «Приспособления для металлорежущих станков»: Справочник - 7-е издание - М.: Машиностроение, 1979 г. - 303 с.
Черпаков Б.И. «Технологическая оснастка» 4-е издание, 2008г.
Статья «Неизвестный конус Морзе» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.chipmaker.ru/topic/94586 , вход свободный
Словарь технических терминов [Электронный ресурс]/ - Режим доступа: http://mekkain.ru/library/patron-sverlilnyij.html , вход свободный
Статья «Сверлильный патрон» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ostanke.ru/sverlilnye/patron.html , вход свободный