СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ УЗЛОВ И НАБОРА ПРИЗМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК B23Q41/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в гибких системах автоматизированного металлообрабатывающего или иного технологического оборудования.

Решение задачи расширения технологических возможностей автоматизированного оборудования в условиях гибкого производства предлагается осуществлять с применением способа соединения набора сменных корпусных деталей между собой и механических узлов на них, а также с применением предложенного устройства, реализующего способ. Переналадка, смена узлов и регулирование их режимов функционирования дополняются сменой корпусных и базовых деталей. В предлагаемом решении корпусные детали составляют набор призм с внутренней полостью и окнами, соединенных между собой и с механическими узлами.

Существуют распространенные способы соединения корпусных деталей и размещение механических обрабатывающих узлов на них, когда при наличии поверхностей базирования или установочных пальцев с базирующими втулками имеются болтовые, винтовые соединения.

В качестве прототипа принято устройство, по авт.свид. N 1380915, кл. B 23 Q 41/00, 1988, "Гибкий производственный модуль".

В прототипе механические узлы и механизмы размещены на базовых, корпусных деталях, выполненных в виде призм с внутренней полостью и окнами и соединены с применением способов соединения на болтах и винтах. Главными недостатками как способа соединения, так и рассмотренных устройств являются большое время смены, не обеспечиваются возможности автоматизации смены собираемых между собой корпусных деталей и узлов.

В предлагаемом техническом решении корпусные детали, являющиеся призмами уменьшенных размеров, с внутренней полостью, боковыми окнами, с наружными и внутренними ребрами и гранями, вкладывают каждую в одно из боковых окон сопрягаемой призмы во внутреннюю полость, образуя набор призм, размещенных одна в другой. Каждую пару сопрягаемых призм в наборе устанавливают так, что совместно располагают наружные ребра вложенной призмы с внутренними ребрами сопряженной призмы, охватывающей по отношению к вложенной. При этом совмещают соосно сходящиеся от вершин к внутренней полости призм отдельные отверстия, образуя сквозные составные отверстия по вершинам призм в пересечении ребер. После чего вводят на время совместного крепления призм и механических узлов в призмах в образовавшиеся отверстия съемные стержни на всю длину отверстий с возможностью их перемещения и регулирования положения на время смены отдельных призм и механических узлов.

Устройство для реализации способа соединения имеет внутреннюю полость, которая при вложении призм состоит из внутренних и наружных со ступенчатым чередованием граней призм. Внутренняя полость выполнена разветвляющейся с расширением полости в каждой ветви от центра полости. На гранях различных ступеней размещены узлы и механизмы с возможностью смены узлов и призм вместе с механизмами.

Механический сменный узел имеет сходящиеся к центру отверстия на боковых сторонах корпуса узла. Отверстия в корпусе расположены соосно сходящимся отверстиям в вершинах набора призм и на время крепления узла во внутренней полости устройства стержни введены в отверстия корпуса узла. Механический сменный узел имеет возможность переустановки и пространственного размещения его в ветвях внутренней полости устройства и для каждой переустановки узла отверстия в корпусе (узла) совмещены с отверстиями в наборе призм.

Для размещения на призмах нескольких соединений между собой сменных узлов, например, двух, один сменный узел установлен на гранях снаружи ветвей, а другой установлен на гранях внутри ветвей. Стержни в наборе призм введены одновременно в отверстия двух узлов, узлы же между собой соединены разъемными полумуфтами в полости устройства.

Устройство дополняется механизмами с приводами перемещения стержней, где положение приводов определено положением размещаемых узлов и механизмов на призмах. Имеются приводы перемещения стержней, которые размещены снаружи набора призм на вершинах в пересечении наружных ребер; приводы расположены во внутренней полости устройства, приводы расположены в местах соединения призм.

На фиг. 1 изображен пример размещения и соединения набора призм; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1, I вариант; на фиг. 3 то же, II вариант; на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 5 устройство с призмами и сменным механическим узлом; на фиг. 6 устройство с призмами и несколькими сменными механическими узлами; на фиг. 7, 8 примеры размещения приводов механизмов соединения снаружи призм; на фиг. 9 пример размещения приводов механизмов соединения во внутренней полости устройства; на фиг. 10 пример размещения приводов механизмов соединения в местах размещения призм.

Из числа призм 1, 2, 3, (фиг. 1), количество которых может быть различным, призму меньшего размера вкладывают через окно во внутреннюю полость сопрягаемой призмы большего размера, на фиг. 2 призму 2 в призму 1 через окно 4. Совместно располагают ребра двух призм 1, 2 так, что наружные ребра 5 вложенной призмы 2 совмещают с внутренними ребрами 6 сопрягаемой призмы 1, совмещают сходящиеся к внутренней полости отверстия 7 (фиг. 4) до их соосного расположения в вершинах призм 1, 2. Предварительно устанавливают стержни 8 в отверстиях 7 сначала призмы 1. Максимальное количество стержней 8 и соответствующих им отверстий 7 в призме равно числу вершин призмы.

Перемещая в отверстиях 7 призмы 1, вводят стержни 8 в отверстия 7 призмы 2. После чего вкладывают в образовавшийся набор из двух призм 1, 2 следующую призму 3 через окно 9 в призме 2 и при соединении призмы 3 с набором призм 1, 2 повторяют действия, проведенные с призмами 1, 2. Через одно из окон 10 призмы 3 вводится механический узел и соединяется с призмами 1, 2, 3 во внутренней полости набора призм 1, 2, 3.

Допускается и обратный порядок соединения, т.е. соединение призм от меньшей к большей на призму меньшего размера 3 устанавливают сопрягаемую призму 2 большего размера и стержни 8 сначала устанавливают в призме 3 и со стороны внутренней полости перемещают и вводят в отверстия 7 соответственно призм 2, и после установки призмы 1.

Устройство (реализующее способ соединения) является сборным и состоит из отдельных корпусных деталей, уменьшающихся в размерах и из механических узлов. Корпусные детали выполнены в виде призм 1, 2, 3, например, правильной геометрической формы в виде куба. Каждая призма имеет внутреннюю полость и на боковых сторонах окна 4, 9, 10 сообщающиеся с внутренней полостью соответствующей призмы 1, 2, 3.

Окна 4, 9, 10 и внутренняя полость (на фигурах внутренняя полость одной призмы заполнена другой призмой) в отдельных призмах образуют после сборки сочетание граней: наружные 11, 12, 13, относящиеся к соответствующим призмам 1, 2, 3 и внутренние грани 14, 15, 16. В пересечении наружных и внутренних граней каждой призмы имеются наружные 17, 5, 18 и внутренние ребра 6, 19, 20 призм 1, 2, 3, фиг. 2.

Вложенные одна в другую и соединенные призмы 1, 2, 3 являются набором призм. Набор окон 4, 9, 10 с последовательным их расположением составляет отдельную ветвь 21 внутренней полости 22 устройства. Для набора призм, выполненных в виде куба, имеется 6 ветвей внутренней полости.

В собранных призмах 1, 2, 3 противолежащие ребра сопряженных призм совместно расположены. Так наружные ребра 5 призмы 2 расположены вдоль внутренних ребер 6 призмы 1, соответственно наружные ребра 18 призмы 3 расположены совместно с внутренними ребрами 19 призмы 2.

Набор призм 1, 2, 3 может иметь исполнение, когда призмы выполнены различной геометрической формы (фиг. 3). Так призма 19 имеет прямоугольную форму, отличную от сопрягаемой с нею призмы 2. Призма 23 расположена во внутренней полости призмы 2 и своими наружными гранями 24 размещена в боковых окнах 9 призмы 2.

Внутренние 14, 15, 16 и наружные грани 11, 12, 13 набора призм 1, 2, 3 (фиг. 2) образуют ступени и являются опорными плоскостями, на которых размещены сменные механические узлы 25, 26, 27 и механизмы 28 (фиг. 5, 6). С изменением размеров вложенных призм и с чередованием ступеней соответствующих граней внутренняя полость 22 устройства выполнена разветвляющейся с расширением каждой ветви 21 от центра полости.

Во внутренней полости 22 устройства и ее ветвях 21 расположены сменные механические узлы и механизмы. На боковых сторонах корпуса узла, например корпуса шпиндельного узла для фрезерования 25 (фиг. 5) выполнены сходящиеся к центру узла 25 отверстия 29. Отверстия 29 расположены соосно отверстиям 7 в призмах 1, 2, 3 (фиг. 4) и являются их продолжением. Во время крепления узла 25 в устройстве стержни 8 своей выступающей частью расположены в отверстиях 29 узла 25.

На фиг. 5 со стороны шпинделя узла 25 установлена дополнительная опора 30, на ней расположен механизм фиксации 31 выдвижной пиноли 32 со шпинделем. Часть шпинделя 33 с инструментом (например, фрезой) 34 расположена снаружи набора призм 1, 2, 3.

Механический узел 25 установлен с возможностью размещения на гранях призм в различных ветвях 21 или двух напротив расположенных ветвях 21.

Устройство (фиг. 6) выполнено с двумя сменными механическими узлами 26 и 27. Узел 26 выполнен с приводом. Узел 26 установлен на гранях призмы 3 в ветвях 21 внутренней полости 22. Многоинструментальный узел 27 является многошпиндельной сверлильной головкой со сверлами 35. Узел 27 установлен на призме 1 снаружи ветвей. Имеются две разъемные полумуфты 36, 37 для передачи крутящего момента от узла 26 на узел 27. Перемещаемые стержни 38, 39 со стороны внутренней полости устройства введены в сходящиеся отверстия 40 в корпусе узла 26. Кроме того, стержни 38 своей противоположной частью одновременно введены и в отверстия 41 узла 27. Стержни 38, 39 в наборе призм 1, 2, 3 и отверстия 40 механического узла 26 (фиг. 6) в месте сочленения стержня с отверстием выполнены коническими.

Устройство имеет механизмы перемещения стержней. На фиг. 7, 9 стержни 42 расположены в сходящихся к центру полости 22 сообщающихся соосных отверстиях 7 набора призм 1, 2, 3. Механизмы перемещения стержней 42 содержат приводы. На фиг. 7, 9, 10 привод выполнен гидравлическим и имеет возможность размещения его на призмах 1, 2, 3 устройства. При наружном расположении (фиг. 7) приводы 43, 44 закреплены снаружи призмы 1 в вершинах пересечения наружных граней. Привод 43 выполнен с датчиками 45 конечных и промежуточного положений стержня 42, а также с дополнительными выдвижными упорами 46.

При использовании электромеханических приводов 47 (фиг. 8) имеется шестерня 48 перемещения стержня 49, выполненного в виде рейки. В механизмах перемещения стержней 42 (фиг. 9) приводы 50 размещены во внутренней полости устройства. На фиг. 10 приводы 51 имеют гидроцилиндры с двухсторонним расположением стержней 52, 53, являющихся штоками гидроцилиндра или при необходимости двух спаренных гидроцилиндров с независимым перемещением стержней 52, 53. Приводы 51 расположены в местах соединения призм 1, 2, 3 и 54. На примере фиг. 10 привод 51 закреплен в призмах 2 и 54. В рассматриваемом устройстве (фиг. 10) набор призм состоит из 4-х призм 1, 2, 3, 54.

Устройство работает следующим образом. Набор призм 1, 2, 3 полученный в процессе их соединения, образует разборную базовую часть устройства. Количество призм и их сменность в наборе устанавливается необходимостью переналадки устройства и его использования в составе переналаживаемой системы автоматизированного оборудования.

В случае смены призм или их переустановки осуществляется смена внутренней призмы 3 (призмы меньшего размера) со стороны внутренней полости устройства или призмы большего размера 1. При этом допускается смена, например, призмы 3, совместно с расположенными во внутренней полости устройства механическим узлом или отдельными механизмами.

Наличие окон 4, 9, 10 и внутренних полостей в каждой отдельно взятой призме 1, 2, 3 при наличии наружных 11, 12, 13 и внутренних 14, 15, 16 граней, а соответственно наружных 17, 5, 18 и внутренних ребер 6, 19, 20 формирует ступенчатый профиль изменения внутренней полости устройства. При заполнении (в процессе соединения призм) внутренней полости призмы 1 призмой 2 и внутренней полости призмы 2 призмой 3 образуется расходящаяся в виде отдельных ветвей 21 от центра устройства внутренняя полость 22. При этом ветви выполнены ступенчатыми и расширяются. Ступени образованы внутренними и наружными гранями призм и ребрами в пересечении граней. Расширение ветвей 21 направлено в сторону наружных граней 11 призмы 1. Ступени отдельной ветви 21 или сочетания ветвей (например противолежащих ветвей 21) полости 22 в виде чередующихся граней служат опорными поверхностями для размещения сменных механических узлов и механизмов.

Закрепление узлов, например, узла 25 (фиг. 5) или 26 (фиг. 6), размещенных в ветвях 21 полости 22 осуществляется стержнями 8 для узла 25 или стержнями 38, 39 для узла 26. При необходимости стержни 8 используются только для соединения призм 1, 2, 3, а крепление механического узла на призмах осуществляют с применением известных механизмов и элементов фиксации.

Для соединения сменного механического узла 25 (фиг. 5) или узла 26 (фиг. 6) с набором призм совмещают отверстия 29 в корпусе узла 25 соосно с отверстиями 7 в наборе призм. Затем вводят стержни 8, перемещая их в отверстиях 7, в отверстия 29.

При необходимости смены узла 25 или его переустановки в ветвях 21 полости 22 стержни 8 выводят сначала из отверстий 29, а при необходимости смены и призм, например призмы 3, стержни 8 выводят и из отверстий 7 соответствующей призмы или набора призм.

Механический узел 25 (фиг. 5) устанавливается в одном из положений в разветвляющейся полости 22 набора призм 1, 2, 3 и может принимать различные пространственные положения при переустановке. На фиг. 5 узел 25 находится в горизонтальном положении, пунктиром показано вертикальное положение узла. При смене пространственного положения узла 25 в ветвях полости 22 отверстия 29 на боковых сторонах корпуса узла 25 остаются продолжением сходящихся отверстий 7 в призмах 1, 2, 3 и стержни 8 при закреплении узла 25 в наборе призм вводятся в отверстия 29 при каждом закреплении узла 25, при смене положения в ветвях полости 22 устройства.

Имеется возможность дополнительного размещения узлов, как внутри полости, так и снаружи. В качестве дополнительного на устройстве (фиг. 5) устанавливается узел 30 являющийся опорой с механизмом фиксации пиноли 32 механического узла 25. Узел 30 обеспечивает повышенную жесткость устройства. На фиг. 6 на гранях снаружи ветвей размещен многоинструментальный узел 27, а его крепление обеспечивается стержнями 38. Отверстия 41 в его корпусе совмещаются с отверстиями 7 в призмах 1, 2, 3. Вращение инструмента 35 на узле 27 осуществляется через две разъемные полумуфты 36, 37 с передачей крутящего момента от механического узла 26.

Отверстия 38 в корпусе узла 27 (фиг. 6) продолжают отверстия 7 с наружной стороны устройства. Стержнями 38 соединены призмы и два узла, один внутрирасположенный (узел 26) и узел 27.

Соединение призм 1, 2, 3 с механическими узлами осуществляется совместными перемещением стержней. Механизмы и приводы перемещения стержней определяют сборку устройства. Соединение призм с размещением механического узла и механизмов внутри устройства обеспечивают механизмы, приводы которых установлены снаружи устройства в вершинах набора призм. При соединении призм 1, 2, 3 и узла 25 (фиг. 5) приводы 43 (фиг. 7) перемещают стержни 42 в направлении полости к центру устройства. В приводах 51 (фиг. 10) осуществляется одновременное выдвижение стержней 52 и 53 в противоположных направлениях, стержни 52 для соединения набора призм с призмой 1 (с наибольшими размерами), а стержни 53 для закрепления с призмой (с наименьшими размерами). Приводами 51 с двухсторонним выдвижением стержней обеспечивается соединение и крепление механических узлов, расположенных снаружи и внутри устройства.

Автоматизируя процесс крепления узлов, например узлов 26 и 27 (фиг. 6) устанавливаются механизмы с приводами 51 (фиг. 10). Тогда стержни 52 при их дополнительном выдвижении обеспечивают соединение и крепление узла 27 на наружных гранях призмы 1, а стержни 53 обеспечивают крепление узла 26 во внутренней полости устройства в призме 3.

Приводы 50 (фиг. 9) размещают внутри призмы 3. Они обеспечивают перемещение стержней 42 с выдвижением от внутренней полости. Стержни 42 соединяют призмы и закрепляют узел снаружи набора призм. Приводы 50 занимают внутреннюю полость устройства, что исключает возможность размещения в центральной части полости 22 устройства узлов и механизмов.

Электромеханические приводы 47 (фиг. 8) перемещают стержни 49, где стержни, выполненные в виде зубчатой рейки, находятся в зацеплении с шестернями 48 привода 47.

Использование: станкостроение, в частности гибкие производственные системы со сменными узлами и механизмами. Сущность изобретения. Корпусные детали, являющиеся призмами уменьшающихся размеров 1, 2, 3 с внутренней полостью и окнами, количество которых может быть различным, вкладывают, совместно располагают наружные и внутренние ребра вложенных призм, совмещают соосно сходящиеся в вершинах призм отверстия. Вводят в отверстия стержни 8 и соединяют между собой корпусные детали и узлы. При вложении призм устройство имеет внутреннюю полость 22, которая выполнена разветвляющейся с расширением полости в каждой ветви 21 от центра полости. На гранях различных ступеней размещены узлы и механизмы. Механический узел имеет сходящиеся к центру узла отверстия, которые расположены соосно сходящимся отверстиям в корпусных деталях 1, 2, 3. На время крепления узла или узлов в устройстве стержня 8 введены в отверстия корпусов узлов. Механические узлы являются сменными. Узел имеет возможность переустановки во внутренней полости 22 устройства. Устройство выполнено с механизмами перемещения стержней 8, приводы которых размещены на корпусных деталях 1, 2, 3. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ соединения узлов и набора призм, являющихся корпусными деталями с наружными и внутренними ребрами и гранями, с внутренней полостью и окнами, сообщающимися с внутренней полостью, отличающийся тем, что вкладывают призмы уменьшающихся размеров одну в другую и размещают каждую во внутренней полости сопрягаемой, при этом совместно располагают внутренние ребра с наружными ребрами вложенных призм, совмещают сходящиеся к внутренней полости отверстия по вершинам призм и размещают в сообщающихся отверстиях в пересечении ребер призм съемные стержни с возможностью регулирования их положения, смены призм и механических узлов в призмах. 2. Устройство для соединения набора призм, на гранях которых закреплены узлы и механизмы, отличающееся тем, что данное устройство имеет внутреннюю полость, которая состоит из внутренних и наружных со ступенчатым чередованием граней и выполнена разветвляющейся с расширением полости в каждой ветви от центра полости, при этом на гранях различных ступеней размещены механические узлы и механизмы с возможностью смены узлов и призм вместе с механизмами. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что механический сменный узел имеет сходящиеся к центру узла отверстия на боковых сторонах корпуса, которые расположены соосно сходящимся отверстиям в наборе призм, при этом стержни в призмах на время крепления узла во внутренней полости устройства введены в отверстия корпуса узла. 4. Устройство по пп. 2 и 3, отличающееся тем, что механический узел установлен с возможностью переустановки в различных ветвях полости так, что отверстия в корпусе узла совмещены с отверстиями в наборе призм для каждой переустановки. 5. Устройство по пп. 2 и 3, отличающееся тем, что два и более соединяемых между собой механических узла закреплены на гранях призм так, что один сменный узел установлен на гранях снаружи ветвей, а другой установлен на гранях внутри ветвей полости устройства, при этом стержни или их часть в призмах введены одновременно в отверстия двух узлов, а узлы между собой соединены двумя разъемными полумуфтами в полости. 6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что стержни в призмах и отверстия в корпусе механических узлов в месте сочленения стержня с отверстием выполнены коническими. 7. Устройство по пп. 2 4, отличающееся тем, что устройство выполнено с механизмами перемещения стержней так, что приводы механизмов размещены снаружи набора призм на вершинах в пересечении наружных ребер. 4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что приводы механизмов перемещения стержней расположены во внутренней полости устройства. 9. Устройство по пп. 2, 5 и 6, отличающееся тем, что приводы механизмов перемещения стержней размещены в местах соединения призм.