2.1.1. Фланцевые шпиндели токарных станков (схемы 1, 2, 3)

Большинство токарных станков имеют шпиндели фланцевого исполнения по ГОСТ 12593 [10] или ГОСТ 12595 [11] (схема 1, рис. 3) для установки и закрепления самоцентрирующих двух- и трехкулачковых, а также не самоцентрирующих четырехкулачковых патронов. Базы шпинделей, регламентируемые этими стандартами, одинаковы. Схема базирования приведена на рис. 4. Базы фланцевых шпинделей:

установочная– плоскость торца фланца (базовые точки 1, 2, 3);

двойная опорная (центрирующая) – короткий конус (4, 5);

опорная– втулка, выполняющая роль фиксирующего пальца (шпонки) и передающая крутящий момент со шпинделя на приспособление (6).

ГОСТ 12593 предусматривает ряд из восьми, а ГОСТ 12595 – из девяти размерных исполнений концов шпинделей токарных станков (в первом стандарте отсутствует максимальный условный размер 28). Каждому размерному исполнению соответствует стандартный ряд диаметров устанавливаемых на шпиндель патронов. При этом патроны одного типоразмера могут иметь различныеразмеры базовых поверхностей, согласно табл. 2.

Таблица 2.

Соответствие размерного ряда патронов условным размерам концов шпинделей токарных станков.

Концы шпинделей, изготавливаемые по указанным выше стандартам, отличаются способом крепления на них патронов, специальных приспособлений или переходных фланцев (рис. 4):

1) с помощью резьбовых пальцев (шпилек) и гаек через систему гладких отверстий во фланце при наличии за ним поворотной шайбы – ЭК1 (ГОСТ 12593);

2) с помощью винтов (болтов) и системы резьбовых отверстий во фланце или (и) в торце шпинделя – ЭК2 (ГОСТ 12595).

Фланцевые шпиндели токарных станков по ГОСТ 12595 [11] могут иметь как обе системы крепежных резьбовых отверстий (исполнение 1), так и только одну из них – на базовом фланце (исполнение 2).

Концы шпинделей по ГОСТ 12593 (рис. 4) имеют за базовым фланцем несъемную поворотную шайбу с «грушевидными» сквозными пазами. Большие отверстия пазов шайбы и гладкие отверстия фланца выполняются с превышением диаметра описанной окружности гаек крепления (ЭК1). Патрон с ввернутыми шпильками и предварительно накрученными гайками устанавливается на фланце с угловым базированием по втулке-шпонке (базовая точка 6). При этом гайки свободно проходят через отверстия фланца и большие отверстия пазов шайбы. После поворота шайбы и «захвата» шпилек малыми сечениями пазов гайки затягиваются. Такая схема крепления является более «быстросменной», позволяющей значительно сократить затраты времени на переналадку токарных станков со сменой приспособлений (патронов). Количество «грушевидных» пазов в поворотной шайбе и отверстий во фланце шпинделя для крепления патронов:

конец шпинделя условного размера	3 и 4	5, 6, 8	11, 15, 20
количество отверстий (пазов)	3	4	6

Рис. 4. Схемы базирования и закрепления приспособлений на фланцах шпинделей токарных и токарно-винторезных станков (Базовые точки показаны по вспомогательным базам шпинделя. 1*…6* - базовые точки при базировании приспособления по дополнительной вспомогательной базе - внутреннему конусу)

Фиксация самой поворотной шайбы за фланцем шпинделя по ГОСТ 12593 [10] возможна двумя способами:втулкойивинтом(рис. 5). Как пояснено на рис. 5 фланец шпинделя 3 имеет либо ступенчатое гладкое отверстие для стандартного винта 2 крепления втулки 1, либо резьбовое отверстие под винт 4, удерживающий поворотную шайбу.

В первом варианте поворотная шайба имеет овальный сквозной паз под удерживающую втулку 1, во втором – также «грушевидные» паза меньшего размера, чем под элементы крепления патронов, и противоположного направления поворота для «запирания» головки специального винта 4. Поворотные шайбы в зависимости от типоразмера конца шпинделя имеют одинаковое с фланцем количество больших «грушевидных» пазов для крепления патронов: 3, 4 или 6. При трех больших пазах количество симметрично расположенных малых пазов (овальных или «грушевидных») в шайбе и отверстий во фланце шпинделя для элементов ее фиксации также равно трем, а в остальных случаях – двум.

Рис. 5. Схемы фиксации поворотной шайбы 5 за фланцем шпинделя токарного станка с помощью втулки 1 и специального винта 4 (2 – стандартный винт крепления втулки; 3 – фланец шпинделя по ГОСТ 12593-93; 6 – гайки крепления патрона; на фронтальном виде поворотных шайб втулка 1 и винт 4 условно показаны как «прозрачные» тонкими линиями)

Большинство стандартов на токарные патроны (например, перечисленные в табл. 3) предусматривают типы конструкций, согласующиеся по способу крепления с фланцевыми шпинделями как по ГОСТ 12593, так и по ГОСТ 12595. Кроме того, практически все стандарты на токарные патроны допускают третий тип конструкции, устанавливаемой на любые шпиндели через стандартный или специальныйпромежуточный фланец. Рекомендуется использовать промежуточные фланцы по ГОСТ 3889 [18], а для четырехкулачковых не самоцентрирующих патронов – по ГОСТ 3890 [14]. Специальные промежуточные фланцы проектируются и изготавливаются только в технически или экономически оправданных случаях.

Стандарты [10] и [11] допускают изготовление концов шпинделей токарных станков с цилиндрическим или коническим отверстием. Цилиндрическое отверстие не является базовым, а коническое в виде метрического конуса или конуса Морзе служит дополнительной базой шпинделя (схема 4, рис. 3). При этом стандарты не регламентируют тип и размер конического отверстия для концов шпинделей конкретного условного размера (уточняется по паспорту станка). Дополнительная база применяется при центровом базировании заготовок и для установки упоров внутри патронов. При необходимости внутренний конус может быть использован для базирования специальных приспособлений, закрепление которых осуществляется резьбовой тягой через отверстие в шпинделе к его заднему торцу.

Задний торец шпинделя также имеет специальные базы (рис. 4): внутренний конус, торец и наружный точный цилиндр, а также резьбу для крепления приводов автоматических приспособлений (патронов) – пневматических и гидравлических цилиндров, электромеханических приводов типа мотор-редуктор и др.

Базы шпинделей других типов станков токарной группы (помимо рассмотренных токарно-винторезных) могут иметь некоторые конструктивные особенности, которые при проектировании наладок учитываются по паспорту конкретной модели. Например, в тяжелых токарных станках в некоторых случаях конический центрирующий поясок (базовые точки 4, 5 на рис. 4) выполняется цилиндрическим по схеме 2 рис. 3 для высокоточной посадки с минимальным натягом ответной расточки патрона.

Токарные многошпиндельные вертикальные полуавтоматы (типа 1К283) имеют фланцевые базы шпинделя по схеме 3, конструктивно аналогичные схеме 1 рис. 4, однако вместо точного отверстия во фланце для втулки, передающей крутящий момент, может быть выполнен торцовый шпоночный паз.

В особую группу можно выделить токарные станки, имеющие фланцевые шпиндели типа «Кэмлокк» по ГОСТ 26651 [19], предназначенные для условий гибкого мелкосерийного производства. Принципиальное отличие концов этих шпинделей – в отсутствии точного отверстия под втулку-шпонку (опорная база) и способе крепления. В патроны типа «Кэмлокк» установлены на резьбетриилишестьзажимных пальцев, вводимые при установке патрона в соответствующие отверстия фланца и зажимаемые с помощью патронного ключа эксцентриковыми пальцами в этих фланцах. Зажимные пальцы передают крутящий момент на патрон вместо втулки-шпонки. Система крепления «Кэмлокк» обеспечивает быструю сменяемость патронов, предварительно настроенных на типаж изготавливаемых в гибком производстве деталей.