Цангови патронници

Начало > Машини > Сп. Инженеринг ревю - брой 3/2022 > 25.05.2022

  • Цангите и цанговите патронници са неизменна част от множество модерни машинни конфигурации, включително такива за металообработка с цифрово програмно управление

  • На пазара се предлага широка гама от модели, които се отличават с възможности за бързо закрепване, самоцентриране, защита от разхлабване и стабилно затягане

  • Стандартните цангови патронници са предназначени за закрепване на металообработващи инструменти, прътов материал, тръбни заготовки или кухи и плътни детайли с цилиндрична, квадратна или шестоъгълна форма

Цангите и цанговите патронници са неизменна част от множество модерни машинни конфигурации, включително такива за металообработка с цифрово програмно управление и автоматизирани решения, но сякаш рядко им се отделя необходимото внимание, когато се коментират добрите практики, новостите и тенденциите при закрепващите системи за инструментална екипировка и прътов материал за обработка.

За разлика от другите типове държачи, които фиксират чрез затягащи скоби например, цанговите патронници оказват равномерен натиск около обекта посредством заострения си дизайн и вътрешната си цилиндрична повърхност в затворено положение. Тази конструкция осигурява висока точност и стабилност при закрепване благодарение на прецизното подравняване и статичните сили на триене.

Стандарт в практиката са т. нар. ER цангови патронници, които обикновено се предлагат във варианти от ER-8 до ER-50, а всеки размер показва максималния конусен диаметър на устройството в милиметри. Редица глобални производители на инструменти разработват серии от модулни решения с различни опашки и конусни системи за присъединяване, включително с вградени цанги, специално проектирани за монтаж на цангови патронници тип ER.
Макар тези приспособления далеч да не са универсално решение за всяко приложение, на пазара се предлага изключително широка гама от модели, които се отличават с възможности за бързо закрепване, самоцентриране, защита от разхлабване и стабилно затягане по време на експлоатация.

 

Приложения в съвременната металообработка

В модерната металообработка се използва богат асортимент от цангови патронници с разнообразни конструкции и различен капацитет на захващане. Стандартните модели са предназначени за закрепване на цилиндрични детайли като прътов материал и обработващи инструменти, но производителите предлагат и цанги в специално изпълнение с шестоъгълна, квадратна или друга форма на вътрешната захващаща повърхност за различни специфични задачи и инструменти. Масово използвани са т. нар. “меки” цангови патронници тип E за специални приложения (предшественици на тип ER), както и по-универсалните версии със стъпално присъединяване за по-големи диаметри.

Тези устройства намират широко приложение и в обработката с цифрово програмно управление. Те се монтират към работния край на шпиндела на CNC стругове и други обработващи конфигурации с ЦПУ по същия начин както тричелюстните системи, като използват съществуващия хидравличен цилиндър на машината за задвижване. Монтажът на цангов патронник обикновено изисква монтирането на междинен адаптер между приспособлението и машината за компенсиране на несъответствията в резбата и позицията. Адаптерите се изработват специално за конкретната конфигурация от машина и патронник и обикновено влизат в цената на самото затягащо устройство.

Цанговите патронници поначало са разработени за улесняване на обработката на по-малки детайли, макар на пазара днес да се предлагат версии за диаметри от порядъка на 15 см. Най-популярни все пак остават вариантите за диаметри под 7 см, тъй като в този диапазон от размери използването на цангов патронник осигурява най-много ползи. Ето защо голяма част от производителите на стругове и друго металообработващо оборудване предлагат машините си с фабрично вграден цангов патронник като стандартно затягащо приспособление.

Най-очевидното предимство при обработка на детайли в диапазона е допълнителният луфт между инструмента и държача, осигурен от опростената форма на цанговия патронник и намаления диаметър на носовата част. Този дизайн позволява обработката да се извършва в по-голяма близост до патронника, осигурявайки допълнителна здравина и устойчивост и следователно – по-прецизна финишна обработка. За сравнение, един тричелюстен патронник с голям диаметър традиционно би изисквал изместване на детайла по-дълбоко в работната зона, което увеличава риска от отклонения.

Цанговите патронници са често предпочитан избор за по-малки диаметри и поради по-малкото си тегло и симетричните си геометрии, които правят възможна работата им при много по-високи ротационни скорости от конвенционалните затягащи приспособления. На практика те по-слабо се влияят от центробежните сили и осигуряват по-висока стабилност на закрепване в целия диапазон на високоскоростната обработка.

Една от основните разлики между цанговите и тричелюстните патронници най-отчетливо се проявява в контактната зона с детайла. Челюстният патронник обикновено осигурява три точки на контакт – по една за всяка челюст. Комбинацията от патронник и цанга гарантира 360-градусова опора на инструмента или прътовия материал. Тази допълнителна контактна площ намалява риска от разхлабване и изплъзване, което е ключово при обработката на тръби и тънкостенни кухи детайли. Равномерното разпределяне на силата на захващане по цялата обиколка на детайла допълнително редуцира опасността от прищипване и смачкване.

При подаването на прътов материал цанговите патронници осигуряват и допълнителни предимства като намалени вибрации и по-бързо захващане и освобождаване на заготовката. Това ги прави предпочитано решение за такива приложения. Тук отново 360-градусовото затягане играе съществена роля за прецизното центриране при последващи захващания с напредъка на обработката в концентрични конфигурации.

По-бързата настройка и подобрената прецизност, елиминираща необходимостта от пробиване на меки челюстни захващащи приспособления на място, както и наличието на различни стандартни дизайни за цилиндрични, квадратни и шестоъгълни инструменти и детайли, правят цанговите патронници ключов елемент на съвременната високопроизводителна металообработка.

 

Специални дизайни

Достъпни са и т. нар. разширяеми патронници за захващане на вътрешните диаметри на заготовките, подходящи за размери от порядъка на 5 – 6 мм. Закрепването на детайли с нестандартна форма/профил и струговането извън центъра са сред по-специализираните приложения, които могат лесно да се обезпечат с персонализирани цанги.

Все по-популярни стават нископрофилните цангови патронници за машини с ЦПУ. Те се отличават с опростена форма и използването на традиционни цанги от пружинен тип. Закрепващите конфигурации от този вид изискват прецизно напасване на отвора на патронника с размера на инструмента или детайла, за да се гарантират оптимална прецизност и стабилност на затягане. Монтажът на пружинната цанга в нископрофилен патронник се допълва от нарязването на резба в приспособлението и зацепване на ключа с шпонковия канал на цангата. Патронниците от този сегмент се предлагат както във версии за изтегляне с противоналягане (pullback), така и в такива с “мъртва дължина” (deadlenght).

Голяма популярност през последните години придобиват и специализираните модели за бърза подмяна с “quick change” технология. Това е факт вследствие на Industry 4.0 тенденцията за изработка на изделия в малки и единични партиди, които оптимално да съответстват на динамичното пазарно търсене. Дните, в които дадена машина се използваше само за производството на един тип изделие в големи количества, отдавна са в миналото. Възможностите за бърза пренастройка и смяна на предназначението на машината, инструмента и работната станция стават все по-важни в модерната металообработка. Специализираните цангови патронници за бърза подмяна на инструменталната екипировка или заготовката са в отговор именно на този нов стремеж към максимална гъвкавост и адаптивност в производството на метални изделия. Те осигуряват множество предимства пред конвенционалните приспособления в допълнение към улеснения и по-кратък по времетраене монтаж. Специален монтажен инструмент притиска задния край на цангата, така че да може да се въведе в патронника. При разширяване цангата се заключва на място чрез подравняване на комбинация от кука и жлеб. Тъй като всеки сегмент на патронника е отделен от останалите, обикновено посредством разделител от вулканизиран каучук, а цялото устройство се инсталира наведнъж, захващащите системи с технология за бърза подмяна позволяват обработка при изключително малки диаметри от порядъка на 1,5 мм.

Този иновативен дизайн прави възможно паралелното захващане на детайла в цялата контактна зона на затягане, което се явява предимство пред пружинните цанги, където отделните сегменти могат да застанат в ъглова позиция помежду си при компресиране. Интересно е, че освен за малки диаметри, това прави патронниците от сегмента подходящи и за такива с големи обиколки, а също за захващане през рамо на щифтове, крепежни елементи и др. Не на последно място, цанговите патронници с “quick change” технология традиционно се отличават от останалите със значително по-малката си дължина. Това позволява оптимално оползотворяване на работната зона, което се оказва изключително ценно при по-малки машини с ограничен капацитет за обработка по вертикалната ос. Намалената дължина способства и за поддържане на обработвания детайл в по-голяма близост до шпинделните лагери на машината, което увеличава точността и намалява вибрациите.

 

Избор на решение и поддръжка

Изборът на подходящ цангов патронник за дадено приложение включва идентифициране на размера на носовия край на шпиндела на машината, на която приспособлението ще бъде монтирано. Работните върхове на шпинделите при струговете и друго металообработващо оборудване с ЦПУ обикновено покриват изискванията на действащите стандарти в тази област, които стриктно регулират параметрите на присъединителните зони. Следващата стъпка в процеса е да се определи необходимият капацитет на патронника според размера на инструментите, детайлите и прътовите заготовки, които ще се закрепват. При подаване на прътов материал се препоръчва да се напасне точно или малко да се надвиши диаметърът на отвора на присъединителната тръба на шпиндела.

Изборът допълнително се стеснява посредством отчитане на специфичните функции и работни параметри на отделните дизайни, включително технологиите за изтегляне или монтаж с “мъртва дължина”, размерите на външните хлабини, възможностите за работа във високоскоростен режим, както и необходимото време за инсталиране на патронника.

Когато е избран подходящ модел за конкретната машина, приложение и инструмент/детайл, той гарантира рентабилно и високоефективно закрепване и обработка както на традиционните за този тип системи заготовки с малки диаметри под 7 см, така и на по-големи. Тъй като цанговите патронници са предпочитан избор за обработване на прътов материал в конфигурации, оборудвани със специален инструментален магазин за целта, обикновено дизайнът им е съобразен с изискванията на високоскоростната обработка и приложенията в лек режим.

На практика цангата осигурява клиново присъединяване между държача и режещия инструмент, което означава, че тя е основното приспособление, отговорно за качеството на затягане. Посредством захващане и позициониране на инструмента, цангата определя както затягащата сила, така и страничното изместване (биене) при обработка. Ето защо изборът на подходящ цангов патронник е ключов за успешната и ефективна обработка на детайли с високо качество. Освен от правилно решение, този процес зависи и от неговата адекватна поддръжка.

Един от най-простите съвети, които експертите дават в тази посока, касае често пренебрегван аспект от обслужването на закрепващите системи, а именно почистването. Преди опаковане и изпращане към клиента, в заводски условия, готовите цангови патронници се покриват с дебел маслен слой с антикорозионна защита. Това отлично ги предпазва от ръжда, но при експлоатацията им без допълнителна поддръжка може да влоши работните им характеристики. Реално масленият слой повлиява негативно захващането и може да доведе до странично изместване на инструмента или детайла, особено при по-високи скорости. Ето защо специалистите препоръчват преди първоначален монтаж, както и при последващо обслужване, цанговите патронници да бъдат обработвани с почистващо масло и избърсвани.

При по-продължителна употреба върху заострените участъци на тези приспособления често се отлагат различни натрупвания, които могат да навлязат в държача и да причинят допълнителни проблеми като попадане в кухината на цангата на част от материала на заготовката, замърсена смазочно-охлаждаща течност или дори изгаряне на остатъчния маслен слой по повърхността на цанговото приспособление.

Почистването на такива натрупвания се препоръчва да е регулярно, но в никакъв случай да не се извършва посредством агресивни методи, допускащи отнемане на материал от цангата. За целта обикновено се използват месингови четки със или без допълнителен почистващ агент, които лесно и бързо отстраняват замърсяванията, без да повреждат приспособлението. Ако почистването по този начин се окаже неефективно, специалистите съветват да се подмени цанговият патронник, тъй като последващата работа с него е възможно да влоши драстично качеството на обработката.

Вътрешността на цангата също е добре редовно да се почиства, като подходящи за целта са специалните масла за такава цел, които се предлагат на пазара. Следва визуална инспекция на системата за остатъчни натрупвания или повреди по материала, преди тя да се върне обратно в експлоатация. Не на последно място, ключово е почистването и на процепите в приспособлението, които позволяват неговото свиване и плътно обхващане на инструмента или заготовката. Всякакви замърсявания, попаднали в тези канали, биха компрометирали ефективността на закрепване, намалявайки силата на захващане и увеличавайки риска от странично изместване. За почистване на тези зони традиционно се използва специално тънко метално или пластмасово острие.

Регулярната инспекция на цанговите патронници, дори без видими следи от натупвания, е важна, тъй като би могла да открие различни проблеми като вдлъбнатини около носа на цангата, вследствие например на неправилен монтаж. Подобни повреди по закрепващата система често я правят неизползваема.
Други белези на неправилна експлоатация са дълбоките канали около измервателната скала на цангата, които индикират, че инструментите не се влагат до минималната изисквана дълбочина за захващане. В случай че инспекцията на патронника покаже, че той е загубил от своята кръглост – във вътрешния отвор или външния профил, или пък следи от изгаряния, това недвусмислено означава, че е време за неговата подмяна с нов.

След почистване и оглед на системата, следващата важна стъпка е правилното асемблиране на държача. В различни практически сценарии се наблюдава влошена работа на машината, дори при правилно избран и съобразен с приложението цангов патронник. Сред типичните грешки в процеса на монтаж е неправилното позициониране на цангата спрямо гайката. Възможно е например първо да се постави държачът и след това гайката да се затегне, което би било неправилно. Необходимо е първо цангата да бъде поставена в гайката, след това инструментът да се въведе в отвора й и чак тогава приспособлението да се затегне.

Друг често срещан проблем е недостатъчно дълбокото въвеждане на инструмента в цангата. За всеки модел производителите указват минимална дълбочина на поставяне, за да се избегнат допълнителни проблеми. По-плиткото позициониране обикновено води до странично изместване/биене на инструмента при обработка, а цангата се деформира. До влошена работа може да се стигне и при прекомерно затягане на гайката, което също деформира цангата и компрометира ефективната работа на патронника.

Почистването на системата включва не само цангата, но и гайката и държача. Препоръчително е редовното външно омасляване на цангата с достатъчно, но не прекалено количество защитно масло, за да не се стигне до обратен ефект. Целта е единствено намаляване на триенето между цангата и държача при поставяне, но не и допускане на приплъзване вследствие наличието на твърде много флуид. При правилно омасляване гайката може да се затегне достатъчно, плътно намествайки цангата във вътрешността на държача и по-близо до центъра. Така се повишава стабилността на обработка и се намаляват вибрациите, а захватът е много по-здрав.
Препоръчително е да се използват поне 2/3 от захващата зона на цангата. При по-малка от препоръчителната повърхност на захващане е налице недостатъчна сила на затягане.



Ключови думи: цангови патронници, челюстни патронници, цанги, металообработващи машини, ЦПУ, CNC стругове, прътов материал, инструментална екипировка







ЕКСКЛУЗИВНО

Top