3.3.2. Сверлильные станки

Сверлильные станки в основном имеют инструментальные шпиндели с базовыми поверхностями в виде конуса Морзе по ГОСТ 25557 под хвостовик с лапкой (схема «G» рис. 23). Размер (номер) конуса зависит от габарита станка. В шпинделе (в верхней части внутреннего конуса Морзе) имеется овальное поперечное сквозное отверстие, стенки которого выполняют роль шпоночного (торцового) паза для «лапки» хвостовика сверла. Лапка передает крутящий момент в начале врезания сверла в первую обрабатываемую заготовку (до возникновения осевого усилия резания и расклинивающего усилия в конической поверхности хвостовика, достаточного для создания момента трения, превышающего момент резания). Учитывая эту конструктивную особенность сверлильных конусов Морзе с лапками, можно на практике установить качество базовых поверхностей сверла и шпинделя. Если у некоторых сверл (эпизодически) наблюдаются заметные следы смятия (скручивания) лапки, то это может свидетельствовать о некачественном конусе хвостовика сверла. Если это же явление проявляется постоянно, то некачественным является конус шпинделя станка (погрешность изготовления или износ).

Верхнее овальное поперечное отверстие во внутреннем конусе Морзе имеет значительно большую длину, чем сопрягаемая с ним лапка. Это предусмотрено для вхождения между стенкой отверстия и торцом лапки плоского клина для выпрессовки инструмента (по пословице «клин клином вышибают»).

Как показано на схеме рис. 24, при сверлении на инструмент в осевом направлении действуют составляющая силы резания Р_Хи сила тяжестиmg, а на хвостовик – результирующая силаF=Р_Х – mg. Конус Морзе – это клин с конусностью приблизительно 1:20 (с углом при вершине 22^о50` [1]).

Рис. 24. Схема расчета условия передачи крутящего момента резания силами трения по конусу Морзе: 1 – клин для выпрессовки сверла; 2 – шпиндель; 3 – сверло;  - угол трения

Нормальная сила давления между хвостовиком и базовой поверхностью шпинделя составляет (с учетом, что при малых значениях углов 2sin2tg21/20)

,

т.е. цифра конусности соответствует коэффициенту усиления клина.

Сила трения T_N=Nf, гдеf=tg=0,15…0,18– коэффициент трения стали по стали, то естьT_N=3 (Р_Х – mg),а момент тренияМ_ТР=T_N D.

Согласно [2] соотношение между осевой составляющей силы резанияР_Х и моментом резанияМпри сверлении спиральным сверлом диаметромd

,

то есть М=(0,3…0,4)dР_Х.

Условие обеспечения передачи крутящего момента за счет силы трения в конусе Морзе :

_.

Если пренебречь влиянием силы тяжести mg, то получим. Это условие выполняется всегда, так как по стандарту на сверла с коническим хвостовиком.

В тяжелых и некоторых средних сверлильных станках, например радиально-сверлильных, шпиндель имеет модифицированные базы в виде конуса Морзе с двумя поперечными овальными отверстиями - верхним и нижним (рис. 25).

Рис. 25. Шпиндель тяжелого радиально-сверлильного станка с клиновым креплением инструментальных оправок: 1 - нижнее овальное отверстие шпинделя, 2 - клин крепления оправки, 3 - овальное отверстие оправки, 4 - оправка инструментальная

Нижнее овальное отверстие предназначено для установки клина крепления различных патронов, оправок или втулок с инструментами, имеющих значительную суммарную массу. Клиновое крепление предотвращает самопроизвольное выпадение тяжелой инструментальной оснастки под действием вибраций, особенно после ее начальной установки.

Малогабаритные (настольные) сверлильные станки типа 2А106 могут иметь шпиндель с наружным самотормозящимся укороченным конусом Морзе по ГОСТ 9953 (базы по схеме «Н») для установки стандартного кулачкового сверлильного патрона [25][26], как это показано на рис. 26 (аналогично установлен сверлильный патрон на некоторых электродрелях). Для установки такого сверлильного патрона в шпиндель вертикально-сверлильного станка с нормальным конусом Морзе используется переходный хвостовик.

а б

Рис. 26. Схема установки стандартного сверлильного патрона на шпинделе настольно-сверлильного (а) и в шпинделе вертикально-сверлильного (б) станков: 1, 5 –шпиндели; 2 – патрон; 3 – ключ привода зажима; 4 – сверло; 6 – переходный хвостовик

По специальному заказу универсальные сверлильные станки могут поставляться со шпинделем, имеющим базы по ГОСТ 13876 (тип «К» рис. 23), которые широко используются в сверлильных силовых головках агрегатных станков-полуавтоматов. В агрегатных станках с многоинструментальными наладками такая схема базирования – по цилиндрическому отверстию, торцу и шпонке – оправдана, так как позволяет повысить производительность труда в крупносерийном и массовом производствах за счет использования регулируемых (бесподналадочных) инструментальных оправок и втулок с микрометрическими гайками для настройки вылета инструмента вне станка в специальных приборах или приспособлениях.

Базированию по цилиндрической поверхности присущ недостаток – наличие зазора в пределах посадки база - оправка. В агрегатных станках этот недостаток устранен за счет направления инструмента с помощью кондукторных втулок (плит). В универсальных сверлильных станках точность обработки зависит от точности изготовления баз в шпинделе и сопрягаемых с ними инструментальных оправок, так как в мелкосерийном и единичном производствах превалирует способ обработки по разметке.

Преимущество базирования по схеме «К» (шпинделей по ГОСТ 13876) может быть эффективно использовано и в мелкосерийном производстве при выполнении на одном универсальном станке с ручным управлением нескольких разнообразных переходов с помощью предварительно подготовленных и настроенных комплектов оправка - инструмент. В этом случае целесообразно использование шариковых «быстрых» зажимов (рис. 27).

а б

Рис. 27. Специальный шпиндель вертикального сверлильного станка с «быстрым» шариковым зажимом регулируемой оправки в положении «закреплено» (а) и «раскреплено» (б): 1 – шпиндель (базы типа К); 2 – кольцо стопорное; 3 – втулка зажимная; 4 –регулировочная гайка оправки; 5 – оправка регулируемая; 6 – шарик-плунжер

Съем оправки производится после подъема зажимной втулки 3 до упора в стопорное кольцо 2 и выкатывания шарика-плунжера 6 в «карман» втулки. После установки новой оправки с инструментом зажимная втулки 3 опускается и своим коническим участком под действием силы тяжести зажимает шариком-плунжером 6 оправку за специальную клиновую лыску (что предотвращает самопроизвольное выдвижение оправки из шпинделя). В станках горизонтальной компоновки зажимная втулки 3 выполняется подпружиненной.

Однако ГОСТ 13876 регламентирует конструкции шпинделей только с винтовым креплением цилиндрических хвостовиков регулируемых втулок и оправок. При наличии в производстве сверлильных станков с такими шпинделями можно рекомендовать несложную модернизацию их под схему «быстрого зажима». На рис. 28 показан разрез модернизированного шпинделя.

Рис. 28. Шпиндель сверлильного станка с базами по ГОСТ 13876, модернизированный под схему «быстрого зажима»: 1 - шпиндель; 2 - стопорный винт; 3 - паз; 4 - кожух; 5 - плунжер; 6 - втулка зажимная

Зажимная втулка 6 имеет конструкцию, аналогичную показанной на рис. 27, но отличающуюся продольным сквозным пазом 3. Ограничителем хода втулки является стопорный винт 2, ввинчиваемый через паз (ширина паза равна диаметру винта). В стандартном шпинделе невозможно использовать в качестве плунжера шарик без сверления в шпинделе дополнительного отверстия, поэтому этот зажимной элемент выполняется в виде овального стержня с незначительным утолщением со стороны втулки, предотвращающим его выпадение внутрь шпинделя. Для установки плунжера среднее резьбовое отверстие шпинделя обрабатывается разверткой (9,2 мм для базы шпинделя 28 мм и10,8 мм для баз 36 и 48 мм). К плунжеру предъявляются высокие требования по механическим свойствам (твердостьHRC_Э55…60), поэтому он изготавливается из высококачественной инструментальной стали (30ХГСА, 9ХС, 35Х3НМ и т.п.).

Сборка такого патрона должна производиться в следующей последовательности: кожух и втулка устанавливаются на шпиндель и поднимаются выше среднего отверстия, в которое вставляется плунжер 5, после чего втулка опускается (для прохода головки плунжера в нижней части втулки выполнен паз). Стопорный винт 2 через паз 3 втулки ввинчивается в верхнее резьбовое отверстие шпинделя, кожух надевается на втулку и закрепляется винтом.