Введение

Тип коллета

Коллет – это сегментированная гильза, лента или обойма. Одна из двух радиальных поверхностей коллета обычно коническая (то есть усеченный конус), а другая – цилиндрическая. Термин «коллет» обычно относится к типу патрона, который использует коллеты для удержания заготовки или инструмента (например, сверла), но имеет и другие механические применения. Наружный коллет представляет собой гильзу с цилиндрической внутренней поверхностью и конической внешней поверхностью. Коллет можно сжать к соответствующему конусу таким образом, чтобы его внутренняя поверхность уменьшилась в диаметре, надежно зажимая инструмент или заготовку. Чаще всего коллет изготавливается из пружинной стали с одним или несколькими прорезями вдоль его длины, позволяющими ему расширяться и сжиматься. Этот тип коллета удерживает внешнюю поверхность зажимаемого инструмента или заготовки. Это наиболее распространенный тип коллетного патрона. Внутренний коллет зажимает внутреннюю поверхность или отверстие полого цилиндра. Конус коллета внутренний, и коллет расширяется при втягивании или вставке соответствующего конуса во внутренний конус коллета. Как зажимное устройство, коллеты способны создавать высокую силу зажима и точное выравнивание. Хотя зажимная поверхность коллета обычно цилиндрическая, ее можно изготовить для приема любой заданной формы.

Кружевые вилки для станков

Как правило, патрон с оправкой, рассматриваемый как единое целое, состоит из конического приёмного корпуса (иногда являющегося неотъемлемой частью шпинделя станка), самой оправки (обычно изготавливаемой из пружинной стали), которая вставляется в приёмный корпус, и (часто) крышки, которая навинчивается на оправку, зажимая её посредством другого конуса. Для механической обработки, такой как точение, патроны обычно используются для удержания заготовки. В таблице ниже приведено функциональное сравнение трёх наиболее распространённых типов патронов, используемых для удержания заготовок. +Сравнение различных типов патронов Патрон с оправкой Кулачковый патрон Независимый кулачковый патрон 1. Быстрая смена заготовок (открытие, замена, закрытие) 2. Автоцентрирование 3. Надёжное зажатие 4. Устойчивость к ослаблению от вибрации 5. Высокая точность центрирования (выбег меньше TIR и обычно меньше 1) Оправки имеют узкий диапазон зажима, и для удержания заданного диапазона инструментов (например, свёрл) или заготовок требуется большое количество оправ. Это приводит к увеличению первоначальных затрат и делает их непрактичными для общего использования в электрических дрелях и т.п. Однако преимущество патрона с оправкой перед другими типами патронов заключается в том, что он сочетает в себе все перечисленные характеристики в одном устройстве, что делает его особенно полезным для повторяющихся операций.

Металлообработка

В металлообрабатывающей промышленности используется множество типов коллетов. Распространенные промышленные стандарты – R8 (с внутренней резьбой для фрезерных станков) и 5C (обычно с внешней резьбой для токарных станков). Существуют также запатентованные конструкции, которые подходят только к оборудованию одного производителя. Диаметр удерживаемых деталей в коллетах может варьироваться от нуля до нескольких дюймов. Наиболее распространенный тип коллета предназначен для удержания круглого прутка или инструмента, но существуют также коллеты для квадратных, шестигранных и других форм. Помимо наружных зажимных коллетов, есть коллеты для удержания детали по внутренней поверхности, чтобы ее можно было обрабатывать снаружи (по аналогии с расширяющим оправкой). Кроме того, машинисты часто изготавливают специальные коллеты для удержания деталей необычного размера или формы. Их часто называют «колетами для экстренных случаев» (e-колетами) или «мягкими» (поскольку они приобретаются в необработанном (незакаленном) состоянии и обрабатываются по мере необходимости). Еще один тип коллета – ступенчатый, который расширяется к большему диаметру от шпинделя, позволяя удерживать более крупные заготовки. При работе деталь, которую необходимо зафиксировать, вставляется в коллет, после чего коллет прижимается (с помощью резьбового колпака) или втягивается (с помощью резьбового тягача) в корпус конической формы. Коническая геометрия преобразует часть осевой тяговой силы в радиальную силу зажима. При правильной затяжке создается достаточное усилие для надежной фиксации заготовки или инструмента. Резьба колпака или тягача действует как винтовой рычаг, а конус усиливает это рычажное воздействие, так что даже небольшой крутящий момент на винте создает огромное усилие зажима. Точная, симметричная форма и жесткий материал коллета обеспечивают точное, повторяемое радиальное центрирование и осевую концентричность. Базовый механизм фиксирует четыре из шести степеней кинематической свободы: два положения и два угла. Коллеты также могут быть оснащены для точного выравнивания деталей в осевом направлении (пятая степень свободы) с помощью регулируемого внутреннего упора или упора, выполненного во внутренней форме. Оставшаяся шестая степень свободы, а именно вращение детали в коллете, может быть зафиксирована использованием деталей квадратной, шестигранной или другой некруглой формы.

Кольцевые шнуры

Система "ER", разработанная и запатентованная компанией Rego Fix в 1973 году и стандартизированная как DIN 6499, является самой распространенной системой зажима в мире и сегодня доступна от многих производителей по всему миру. Стандартные серии: ER 8, ER 11, ER 16, ER 20, ER 25, ER 32, ER 40 и ER 50. Название "ER" произошло от существующего коллета "E" (который был частью буквенной серии наименований), который компания Rego Fix модифицировала и добавила к нему "R" в честь "Rego Fix". Номер серии соответствует диаметру конического отверстия в миллиметрах. Коллеты ER сжимаются для удержания деталей, диаметр которых на 1 мм меньше номинального внутреннего диаметра коллета в большинстве серий (до 2 мм меньше в ER 50 и до 0,5 мм в коллетах меньшего размера), и доступны с шагом 1 мм или 0,5 мм. Таким образом, один коллет может удерживать детали диаметром от номинального размера до размера, уменьшенного на 1 мм, а полный набор коллетов ER с шагом 1 мм позволяет зажать любой возможный цилиндрический диаметр в пределах диапазона серии. При использовании с патроном ER коллеты ER также могут служить приспособлениями для закрепления небольших деталей, помимо их обычного применения в качестве держателей инструмента в шпиндельных патронах. Несмотря на то, что это метрический стандарт, коллеты ER с внутренними дюймовыми размерами широко доступны для удобного использования инструмента с имперскими размерами. Пружинная геометрия коллета ER хорошо подходит только для цилиндрических деталей и обычно не применяется к квадратным или шестигранным формам, как, например, в коллетах 5C.

Кольцевые R8

Коллеты R8 были разработаны компанией Bridgeport Machines, Inc. для использования во фрезерных станках. Необычно, но коллеты R8 устанавливаются непосредственно в коническую посадку станка (то есть, патрон отдельный не требуется), а инструменты с встроенной конической посадкой R8 также могут быть установлены напрямую. R8 был разработан для обеспечения быстрой смены инструмента и требует точного соответствия между диаметром колета и диаметром хвостовика инструмента. Коллеты R8 имеют шпонку для предотвращения вращения при установке или снятии, однако именно сжатие конической поверхности, а не шпонка, обеспечивает передачу крутящего момента. Коллеты сжимаются сзади при помощи прижимного стержня, они саморазжимные, и смена инструмента может быть автоматизирована.

5С коллеты

В отличие от большинства других машинных коллетных систем, 5C коллеты были разработаны прежде всего для закрепления заготовок. Внешне похожие на коллеты R8, 5C коллеты имеют наружную резьбу сзади для затяжки коллета, позволяющую заготовкам свободно проходить сквозь коллет и патрон (5C коллеты часто также имеют внутреннюю резьбу для центрирования заготовки). Также доступны коллеты для удержания квадратного и шестигранного проката. 5C коллеты имеют ограниченный диапазон зажима, поэтому диаметры хвостовика и коллета должны точно соответствовать. Существуют и другие коллеты серии C (1C, 3C, 4C, 5C, 16C, 20C и 25C) с различными диапазонами зажима. Коллетная система, обладающая возможностями, аналогичными 5C (первоначально запатентованная Hardinge), – это 2J (первоначально запатентованная Sjogren, конкурентом Hardinge, которую позже Hardinge приобрела).

355E Коллеты

На шлифовальных станках SO Deckel применяются эти цанги. Их иногда называют цангами U2.

Часовые коллеты

Часовое производство в Уолтеме, штат Массачусетс, привело к изобретению коллетов. Все часовые токарные станки используют коллеты, размер которых определяется по внешней резьбе. Наиболее распространенный размер – 8 мм, который выпускался в нескольких вариантах, но все 8-миллиметровые коллеты взаимозаменяемы. Lorch, немецкий производитель токарных станков, начал с 6 мм, а первые станки Boleys использовали коллет 6,5 мм. Коллет 6 мм можно установить в станок с патроном 6,5 мм, но это не рекомендуется. Другой популярный размер – 10 мм коллет, используемый Clement и Levin. Для фиксации заготовок, размеры коллетов варьируются с шагом 0,1 мм, при этом число, нанесенное на торец, обозначает диаметр в десятых долях миллиметра. Таким образом, коллет с цифрой 5 имеет диаметр 0,5 мм. Часовые коллеты выпускаются в различных исполнениях. Существуют ступенчатые коллеты, которые сужаются внутрь для удержания зубчатых колес по внешнему периметру. Обычно они поставлялись комплектами по пять штук для размещения зубчатых колес разных размеров. Как и коллеты для удержания круглых заготовок, они зажимаются на конической поверхности. Кольцевые коллеты также поставляются комплектами по пять штук и предназначены для удержания деталей изнутри отверстия. Они раскрываются при затягивании благодаря конической поверхности, прижимающей их к конической поверхности шпинделя станка. К часовым колетам также относятся конические адаптеры и восковые или цементные патроны. Эти коллеты принимают вставку, обычно латунную, к которой приклеиваются мелкие детали, как правило, шеллаком. В книге "The Modern Watchmaker's Lathe and How to Use it" содержатся таблицы производителей и размеров; обратите внимание, что в ней базовые коллеты называются "разрезными проволочными патронами".

Кольца DIN 6343 с длинной длиной

Эти цанги широко распространены, особенно на производственных станках, в частности, на европейских токарных станках с рычажным или автоматическим зажимом. В отличие от тянутых цанг, они не оттягиваются для закрытия, а обычно продвигаются вперед, при этом лицевая поверхность остается неподвижной.

Коллеты разных размеров

Коллеты, обеспечивающие более широкий диапазон зажима деталей за счет пружин или эластичных прокладок между кулачками; такие коллеты были разработаны компаниями Jacobs (Rubberflex), Crawford (Multibore) и Pratt Burnerd и в некоторых случаях совместимы с определенными пружинными патронами.

Конические коллеты Морзе

Морзевский конус – распространенный тип конической посадки, часто используемый в дрелях, токарных станках и небольших фрезерных станках. Патроны для сверления обычно используют морзевский конус и могут быть сняты для установки сверл с морзевским конусом. Комплекты морзевских конических цанг обычно включают ER-цанги в адаптере, подходящем к морзевскому конусу. Адаптер имеет резьбу для фиксации при помощи тяги. Они позволяют надежнее и точнее (с меньшим биением) удерживать инструмент с цилиндрическим хвостовиком (сверла и фрезы), чем патрон.

Деревянные изделия

На фрезере по дереву (ручном или стационарном электроинструменте, используемом в деревообработке), цанга удерживает фрезу на месте. В США обычно используются цанги для фрез с диаметром, в то время как в Европе наиболее распространены фрезы с диаметром. Коллетная гайка имеет шестигранную внешнюю форму для затягивания или ослабления стандартным гаечным ключом и внутреннюю резьбу для навинчивания на шпиндель двигателя.

Ремесленные увлечения

Многие пользователи (любители, графические дизайнеры, архитекторы, студенты и другие) могут знать коллекторы как часть канцелярского ножа X-Acto или аналогичного инструмента, фиксирующую лезвие. Другой распространенный пример – коллектор, удерживающий насадки дремеля или аналогичного роторного инструмента.

Работы с полупроводниками

В полупроводниковой промышленности дисковый захват используется для извлечения кристалла из пластины после завершения процесса разделения кристаллов и его последующей установки в корпус. Некоторые из них изготавливаются из резины и используют вакуум для захвата.

Двигатели внутреннего сгорания

Большинство двигателей внутреннего сгорания используют разъемный коллет для удержания впускных и выпускных клапанов под постоянным давлением пружины клапана, которое возвращает клапаны в закрытое положение, когда кулачки распределительного вала не контактируют с верхней частью клапанов. Две половинки коллета имеют внутренний ребро жесткости, которое входит в круговую канавку вблизи верхней части каждого стержня клапана, а внешняя сторона половинок коллета имеет коническую посадку в пружинный упор (также известный как воротник). Эта коническая посадка фиксирует упор на месте, а ребро жесткости, расположенное в круговой канавке на стержне клапана, также фиксирует половинки коллета на стержне клапана. Для снятия клапанов с головки блока цилиндров используется "компрессор пружин клапанов", который сжимает пружины клапанов, оказывая усилие на пружинный упор, что позволяет снять коллет. После снятия компрессора упор, пружина и клапан могут быть извлечены из головки блока цилиндров. Может оказаться, что упор не сдвигается при использовании компрессора пружин клапанов – это связано с накоплением нагара, который со временем слегка заклинивает упор и коллет. Легкий, резкий удар по задней стороне компрессора пружин клапанов над стержнем клапана должен освободить упор, позволяя сжать пружины при извлечении разъемного коллета. При сборке бывает сложно удерживать разъемные коллеты на месте во время отпускания компрессора. Нанесение небольшого количества смазки на внутреннюю сторону разъемных коллетов поможет удерживать их на стержне клапана при отпускании компрессора, после чего, по мере подъема пружинного упора, он зафиксирует конические разъемные коллеты.

Огнестрельное оружие

Blaser R93 (и связанные с ним модели) используют уникальную систему запирания затвора, в которой применяется расширяющийся коллет. Коллет имеет когти, напоминающие L-образные сегменты, направленные наружу от оси ствола. Множество когтей обеспечивают большую площадь контакта для распределения нагрузки. При закрывании затвора коллет расширяется, выдвигая когти для зацепления с кольцевой канавкой на стволе непосредственно за патронником, запирая затвор.