Цанги для концевого режущего инструмента

Классификация, достоинства и проблемы

Цанга – это пружинящая каленая стальная втулка, имеющая разрезы по образующей. Используется для зажима различных фрез в цанговый патрон. Размеры цанг определяются наружным и внутренним диаметром (последний обычно составляет 1–26 мм). Цанги ER изготавливаются по особому стандарту и отличаются прочностью и надежностью крепления.

Широко применяются цанги ER11 (рассчитаны на диаметр хвостовой части инструмента 1–7 мм) и ER16 (диаметр хвостовой части инструмента 1–10 мм).

Допустимое отклонение от указанных параметров 0,5–0,7 мм. Минимальная вибрация наблюдается при плотном прилегании цанги к фрезе. Соответствие размеров способствует продлению срока службы инструмента.

Главная задача такой оснастки – обеспечение надежного крепления инструмента на шпинделе станка, без биения во время работы. Фактически цанги не только повышают качество обработки, но и обеспечивают безопасность оператора станка. За счет лепестков цанга гарантирует равномерный обжим хвостовика инструмента. Изделия хорошо переносят температурные перепады, поэтому могут использоваться для высокоскоростной обработки заготовок.

Цанговые зажимы подразделяются на два типа – с защелкиванием в гайке и без такого защелкивания (рис. 1).

Цанговый Патрон

Функция патрона – организация зажима-разжима и центрирования заготовки в рабочей зоне станка.

Конструкция зажимного цангового патрона состоит из корпуса, цанги, сжимающего кольца, контргайки.

Конструкция любого цангового патрона включает следующие элементы:

• корпус патрона, с помощью которого устанавливаются зажимы на фрезерное оборудование, выполненный из специальной стали, не подвергающейся механическим повреждениям и деформации;
• зажимную гайку, надежно фиксирующую фрезу патроном и не позволяющую ей смещаться и вибрировать;
• цангу, выполненную в виде втулки, в которую входит торец фрезы. При завинчивании гайки заготовка равномерно прочно обжимается, за счет чего надежно фиксируется (рис. 2).

Зажимные цанговые устройства конструктивно подразделяются на три вида:

• втягиваемые – зажимание происходит при утоплении цанги в зажимном механизме;
• выдвижные – фиксируют заготовки при их выдвижении из патрона;
• неподвижные – зажимают деталь при наезде конусного отверстия зажимного устройства на коническую рабочую поверхность неподвижной цанги.

Характерные особенности цанговых устройств: применяемость в диапазоне размеров хвостовиков фрез, от минимальных до ниже средних; высокая скорость резания при малых подачах; повышенные требования к точности размеров заготовок и хвостовиков инструмента и их незначительные отличия от размеров отверстий, образованных зажимными лепестками цанг.

Типы цанг

На производстве используют разные виды цанг для фрезерного оборудования. Они различаются формой, например, могут быть цилиндрическими или коническими. Конические сейчас используются в деревообработке очень редко.

В зависимости от типа такая оснастка подходит для разных производственных процессов.

Цанги ER – наиболее массовые, используются в большинстве цанговых патронов. Выпускаются в двух вариантах: стандартная и высокоточная. Могут оснащаться, например, для металлообработки квадратом для крепления метчиков и приспособлениями для подачи смазочно-охлаждающих жидкостей. Угол таких цанг составляет 8°.

Цанги OZ длиннее цанг ER, их угол составляет 2,5°. Оснастка предназначена для крепления инструмента с цилиндрическими хвостовиками, хорошо выдерживает осевые и радиальные нагрузки. Используется в сверлильном и фрезерном оборудовании, а также в обрабатывающих центрах.

Цанги TG встречаются редко, это прецизионные цанги с углом 4°. Изготавливаются из легированной пружинной стали, могут использоваться для высокоточных и высокоскоростных инструментов. По геометрии напоминают цанги OZ, но изделия этих типов не взаимозаменяемые и не совместимые.

Зажимные цанги

Всю зажимную оснастку можно разделить на следующие подкатегории:

• сквозные – обеспечивают крепление инструмента, длина хвостовика которого превышает глубину патрона;
• глухие – один конец инструмента запаивается;
• с двумя и более прижимными зонами – обеспечивают фиксацию в нескольких точках оси;
• с пазом квадратной формы – применяются при работе с резьбонарезным инструментом;
• цанги ER – с проходным отверстием и двумя зажимными зонами (основные параметры приведены на рис. 3).

Обычные и прецизионные цанги

Прецизионные цанги применяются для технологических операций, требующих высокой точности. Такая оснастка снижает биение, что обеспечивает максимальную точность сверления или фрезеровки. В отличие от обычных цанг, прецизионные оснащены дополнительным механизмом балансировки биения.

Переходные цанги

Это своеобразные переходники, обеспечивающие фиксацию и соединение неподходящих друг другу инструментов и патронов. Оснастка незаменима в ситуациях, когда шпиндель станка не совпадает по диаметру или иным параметрам с режущим инструментом.

Гайки для цанговых патронов

Отбалансированная зажимная гайка для цанги ER – еще один необходимый элемент для фиксации фрезы. Она давит на торец цанги и передвигает ее в конус вала шпинделя. За счет сдавливания хвостовой конец инструмента надежно фиксируется. На гайке есть кольцевой выступ, параметры которого соответствуют проточке на цанге. При закручивании гайки на патроне выступ защелкивается на цанге, что в итоге позволяет надежно зафиксировать цангу и фрезу в патроне, а при откручивании гайки легко вынуть цангу с фрезой из патрона. При некорректном завинчивании гайки (рис. 4) возможен перекос конструкции, приводящий к заклиниванию и невозможности вытащить цангу и фрезу из патрона. В этом случае вынуть фрезу из патрона удается только после распиливания гайки.

Проблемы при эксплуатации цанговых зажимов

Одна из основных проблем при эксплуатации цанг – неравномерный износ посадочного отверстия, в том числе из-за частой замены концевых фрез в патроне и асимметричных нагрузок на фрезу при работе, вызывающий повышенные вибрации и быстрое снижение стойкости фрез.

Кроме этого, в такой ситуации, особенно при работе алмазными фрезами большого (>14 мм) диаметра, возможно выпадение фрезы из патрона в процессе фрезерования, что весьма опасно. Опытные станочники знают, что любые цанги, даже прецизионные, нужно менять не реже чем раз в полгода, особенно при интенсивной работе.

Если при заклинивании фрезы в патроне не помогает легкое покачивание фрезы в патроне при открученной гайке, для устранения проблемы используют нагрев цангового патрона газовой горелкой (рис. 5) или распиливают гайку с одной или частично с двух сторон.

Заключение

Основным достоинством цанговых зажимов является их дешевизна в сравнении с другими зажимными системами.

Во избежание приобретения для фрезерного оборудования цанг несоответствующего качества и неподходящего размера лучше останавливать выбор на продукции проверенных производителей. Если такой возможности нет, надо внимательно проверять входящие в закупаемый набор цанги на соответствие требуемому качеству и стандартным размерам инструмента для данного оборудования.

Необходимо своевременно заменять цанги в патроне новыми. 

Текст Владимир Падерин