Как правильно выбрать пружинный патрон для токарного станка с ЧПУ?

Грузоподъемность главного вала
Максимально допустимый вес шпинделя токарного станка основан на грузоподъемности подшипника. Если общий вес патрона и заготовки слишком велик, подшипник может быть перегружен. Для задач обработки с рисками, выходящими за пределы, этот риск может определять выбор зажимов для заготовки. Кулачковые патроны часто весят больше, чем эквивалентные пружинные патроны. Поэтому пружинные патроны являются подходящим выбором, когда требуется контроль веса.

Скорость вращения шпинделя
Пружинный патрон часто является хорошим выбором для токарной обработки на очень высокой скорости шпинделя по двум причинам:

Одна из причин связана с качеством патрона. Если предположить, что кулачковый патрон и пружинный патрон приводятся в действие одной и той же мощностью главного вала, то более толстому кулачковому патрону потребуется больше времени для разгона до требуемой скорости, а более длительное время разгона увеличит рабочий цикл и снизит производительность.

Другая причина связана с центробежной силой, поскольку она увеличивается пропорционально квадрату оборотов в минуту, поэтому эта величина важна при высокоскоростной резке. Например, если удвоить скорость шпинделя, центробежная сила будет в четыре раза больше исходной. Эта сила оттягивает кулачки патрона от центра, часто уменьшая силу зажима. Однако центробежная сила не окажет очевидного влияния, если используется пружинная цанга. Поэтому сила зажима будет более стабильной во всем диапазоне скоростей обработки.

Операция обработки
Пружинная цанга оказывает зажимное усилие на всю окружность детали, а не только на выбранную область контакта, поэтому можно получить хорошую концентричность. Это особенно важно для проекта вторичной обработки. Вторичная обработка должна учитывать точность, связанную с первичной обработкой, поскольку пружинная цанга имеет сильную точную зажимную способность. Даже когда кулачковый патрон используется для первичной обработки, пружинная цанга также может использоваться для вторичной обработки. Патрон с полыми мягкими кулачками может достигать точности повторения TIR (общее показание) в диапазоне от 0.0006 до 0.0012 дюйма, в то время как типичная точность повторения пружинного патрона составляет 0.0005 дюйма TIR или лучше. Для дальнейшего повышения точности вторичной обработки концентричность пружинного патрона также можно отрегулировать во время установки.

Размер заготовки
Пружинный патрон очень подходит для заготовок диаметром менее 3 дюймов. Пружинный патрон ограничивает длину заготовки. В частности, пружинный патрон ограничивает диапазон осевого (ось Z) перемещения станка, поскольку его длина больше длины кулачкового патрона. Когда длина обработки заготовки должна почти полностью задействовать весь доступный ход станка, скорее всего, будет использоваться кулачковый патрон.

Размер партии обработки
Пружинные цанги подходят для обработки как крупных, так и мелких партий изделий.

В случае мелкосерийной и многозадачной обработки преимущество пружинной цанги связано со временем преобразования продукта. Для замены кулачков стандартного кулачкового патрона требуется около 15–20 минут, для кулачкового патрона, специально используемого для быстрой замены, — 1 минута, а для цанги с быстрой заменой пружинной цанги — всего 15–20 секунд. При частой смене продукта экономия времени значительна.

При большой партии обработки можно также аккумулировать сэкономленное время, связанное с зажимом. Время открытия и закрытия пружинного патрона меньше, чем у кулачкового патрона. Время цикла обработки можно сократить, сократив время без резки от одной заготовки до другой.

Диапазон размеров заготовки

Одной из причин более быстрого открытия и закрытия пружинного патрона является то, что его ход короче, и по сравнению с кулачковым патроном пружинный патрон применим для более ограниченного диапазона размеров заготовок.

Состояние вторичного шпинделя
Токарные станки, оснащенные вторичными шпинделями, часто используются для различных видов массовой обработки. В этих приложениях пружинные цанги могут значительно экономить время обработки. Они могут обрабатывать все поверхности деталей за один рабочий цикл. Эти станки часто комбинируются с податчиками прутка для реализации автоматического производства и непрерывной обработки заготовок. В этих приложениях для заготовки сэкономленное время привода патрона может быть небольшим, но в целом в процессе производства сэкономленное время для каждой заготовки умножается на количество обработанных заготовок, и совокупная экономия времени оказывается значительной.

Библиотека патронных инструментов
Также важно рассмотреть третий вариант при выборе наиболее подходящего устройства для удержания заготовки между кулачковым патроном и пружинным патроном. Возможно, наиболее экономически эффективным вариантом будет сохранение двух типов приспособлений и замена одного на другой, если это разрешено. Замена кулачкового патрона на пружинный патрон или наоборот обычно занимает в течение 20 минут. Кулачковый патрон можно оставить на станке, чтобы справиться с неопределенностью диапазона деталей. Однако, когда станок используется для обработки большого количества заготовок или нескольких партий деталей одинакового размера, рост производительности, полученный за счет использования пружинного патрона, значительно превышает потерю производительности, вызванную временем, необходимым для замены приспособления.

Фактически, скорость пружинного патрона является эластичной. Если размер заготовки постоянный, скорость пружинного патрона будет выше. Если размер заготовки сильно меняется, может потребоваться использовать кулачковый патрон для адаптации к обрабатываемой заготовке с широким диапазоном размеров.

Тип материала
Для горячекатаной стали, поковок и формованных деталей стандартные кулачковые патроны, как правило, работают лучше, поскольку все такие детали имеют присущие им вариации диаметра. С другой стороны, детали из холоднокатаного материала часто имеют хорошую размерную однородность, поэтому пружинный патрон подходит для выбора. Однако отсутствие постоянных измерений диаметра не обязательно является препятствием для использования пружинных цанг, и цанги, предназначенные для некруглых поперечных сечений, могут быть предоставлены для удержания формованных прутков в форме, требуемой заказчиком.