ЗАЖИМНОЕ УСТРОЙСТВО С ЗАЖИМНЫМ ПАТРОНОМ И ЗАКРЕПЛЯЕМЫМ В НЕМ ХВОСТОВИКОМ Российский патент 2005 года по МПК B23Q3/02 

Настоящее изобретение относится к зажимному устройству, выполненному в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.

Подобные зажимные устройства применяются предпочтительно для позиционированного зажима обрабатываемой детали или нескольких обрабатываемых деталей в рабочем диапазоне металлообрабатывающей машины. С этой целью зажимный патрон закрепляется в рабочем диапазоне металлообрабатывающей машины, а хвостовик, закрепленный на приспособлении для зажима изделия, фиксируется с помощью зажимного устройства в зажимном патроне.

Для закрепления разных по размеру приспособлений для зажима изделий известны так называемые пакетоформирующие системы, содержащие несколько зажимных патронов, обычно 2, 4, 6 или 8. Обычно на данном зажимном патроне крепится одно приспособление для зажима изделия, которое в зависимости от размера снабжено 2, 4, 6 или 8 хвостовиками. В отдельных случаях может быть так, что приспособление для крепления изделия снабжено нечетным количеством хвостовиков. Так как отдельный зажимный патрон обычно не имеет ни приспособления от кручения, ни средства для определения углового положения вокруг Z-оси, то предпочтительно снабдить один или несколько из зажимных патронов средствами позиционирования, которые наряду с Х- и Y-положением определяют также угловое положение вокруг Z-оси так, что при необходимости также и приспособления для зажима изделия (поддоны) с одним единственным хвостовиком можно крепить на зажимном патроне с правильным позиционированием и правильным угловым положением. Разумеется, что в данном случае приспособления для зажима изделия также должны быть снабжены средствами позиционирования, которые должны соответствовать вышеназванным средствам позиционирования на зажимном патроне.

На точность позиционирования закрепляемых на зажимном патроне приспособлений для зажима изделия может отрицательно влиять, в частности, загрязнение элементов, имеющих решающее значение для точного позиционирования. В частности, для конических поверхностей имеется опасность того, что загрязняющие частицы скапливаются на конусообразно сужающемся вводном участке зажимного патрона или на конусообразной центрирующей поверхности хвостовика.

Из DE 4110857 известно устройство для соединения приспособления для зажима инструмента со шпинделем изделия металлообрабатывающей машины. Шпиндель изделия предусмотрен для установки хвостовика приспособления для зажима инструмента с базирующей деталью, которая имеет между верхним и нижним коническим участком кольцевую выемку с опорной поверхностью. Хвостовик приспособления для зажима инструмента снабжен двумя опирающимися на упругие контропоры конусными кольцами. Между этими конусными кольцами установлено фиксирующее устройство, содержащее две радиально перемещаемые запорные детали. Эти запорные детали снабжены на верхней стороне клиновыми поверхностями, прилегающими при фиксации к опорной поверхности кольцевых выемок. Вследствие наличия упругих контропор конусные кольца способны перемещаться относительно хвостовика в осевом направлении, то есть в Z-направлении, и обеспечивают втягивание хвостовика в выемку после того, как конусные кольца прилягут к конусной поверхности. Сами конусные кольца снабжены шлицами. Хвостовик снабжен фланцем, который на своей нижней стороне образует плоскую, служащую в качестве Z-упора кольцевую поверхность, которая при закреплении хвостовика прилегает к торцу шпинделя изделия. В базирующей детали шпинделя изделия можно зафиксировать как обычные хвостовики (фиг.5), так и многосоставные хвостовики (фиг.1 и 3). Средства для чистки конических участков и конических колец не предусмотрены.

Из US 5961261 явствует зажимная система с зажимным цилиндром и зажимаемым в нем втягивающим ниппелем. Зажимный цилиндр снабжен центральной выемкой для установки втягивающего ниппеля. Втягивающий ниппель имеет четыре центрирующих буртика, которые при втягивании прилегают к внутренней стороне выемки зажимного цилиндра и ориентируют центрирующий ниппель относительно зажимного цилиндра. Втягивающий ниппель снабжен четырьмя распределенными по периферии режущими кромками для разделения стружки. Между этими режущими кромками остается свободное пространство для загрязняющих частиц, которое предусмотрено для приема выделяющихся загрязняющих частиц. Зажимный цилиндр снабжен множеством равномерно распределенных отверстий для выхода газа, которые выходят в данное свободное пространство для загрязняющих частиц. Благодаря наличию этого пространства для загрязняющих частиц пространство перед отверстиями 14, 15 для продувочного воздуха целенаправленно должно содержаться свободным для того, чтобы отверстия для выхода продувочного воздуха не загрязнялись. Разумеется, свободное пространство для загрязняющих частиц только условно может поддерживаться свободным от загрязняющих частиц благодаря наличию отверстий для выхода продувочного воздуха и вдуванию воздуха. На участке центрирующих буртиков не предусмотрены отверстия для выхода продувочного воздуха.

Из US 5415384 известно зажимное устройство для позиционированного зажима изделия на рабочем месте металлообрабатывающей машины. Зажимное устройство имеет основание и закрепляемое на нем приспособление для зажима изделия. Основание снабжено четырьмя центрирующими линейками, которые входят в снабженную пазом, упругоподатливую в Z-направлении пластину с целью выравнивания приспособления для зажима изделия относительно основания в Х- и Y-направлениях. Для фиксирования приспособления для зажима изделия на основании предусмотрены отдельные хвостовики, которые, однако, не имеют функции центрирования.

Наконец, из DE 20021047 известно зажимное устройство для фиксирования затягивающего болта на столе машины. Зажимное устройство снабжено опорной плитой, в которой установлен поршень, закрытый привинченной на опорной плите крышкой. На верхней стороне крышки предусмотрены служащие в качестве Z-упора площадки прилегания. Опорная плита снабжена воздушными каналами, входящими посередине в площадки прилегания и предусмотренными для их чистки.

Исходя из зажимного устройства, известного из DE 4110857, задача изобретения заключается в том, чтобы создать выполненное согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения зажимное устройство, в котором, в частности, уменьшена опасность загрязнения конической центрирующей поверхности (поверхностей), благодаря тому, что возможные частички загрязнений удаляются с помощью сжатого воздуха.

Данная задача решается с помощью признаков, приведенных в отличительной части пункта 1 формулы изобретения.

Основная идея настоящего изобретения заключается в том, чтобы производить точное центрирование хвостовика не через большие участки поверхности, а предусмотреть на хвостовике несколько открытых, ограниченных в расширении участков центрирующих поверхностей, с помощью которых хвостовик центрируется на конусообразно сужающемся вводном участке зажимного патрона в Х- и/или Y-направлении. Эти участки центрирующих поверхностей можно чистить через соответствующие отверстия для выхода газа, зенкованные на сужающемся вводном участке зажимного патрона. Так как участки центрирующих поверхностей открыты и их расширение ограничено, их очень просто и эффективно чистить через соответствующие отверстия для выхода газа.

Предпочтительные формы выполнения и усовершенствования предмета изобретения описаны в зависимых пунктах 2-9 формулы изобретения.

В п.10 заявлено, кроме того, устройство, снабженное по меньшей мере двумя зажимными патронами, выполненными по одному из предшествующих пунктов формулы изобретения.

Ниже пример выполнения устройства в соответствии с изобретением поясняется подробнее со ссылкой на приложенные чертежи.

Фиг.1 - вид в перспективе зажимного патрона, а также приспособления для зажима изделия.

Фиг.2 - продольный разрез зажимного патрона, а также вид сбоку приспособления для зажима изделия.

Фиг.3 - вид в перспективе стола машины, снабженного четырьмя зажимными патронами, а также приспособления для зажима изделия, снабженного четырьмя хвостовиками.

На фиг.1 изображено схематически зажимное устройство в перспективе. Оно состоит из обозначенного в целом позицией 1 зажимного патрона, а также из обозначенного в целом позицией 10 приспособления для зажима изделия, снабженного хвостовиком 11 для фиксирования на зажимном патроне 1. В настоящем примере приспособление 10 для зажима изделия одновременно представляет собой также изделие.

Зажимный патрон 1, закрепляемый на металлообрабатывающей машине не изображенными подробнее средствами, снабжен центральным отверстием 2 для установки и фиксирования хвостовика 11. Верхний участок данного отверстия 2 выполнен в виде конического вводного участка 3. На верхней стороне зажимный патрон 1 имеет множество поверхностей прилегания 4 для приспособления 10 для зажима изделий. Поверхности прилегания 4 образуют Z-упор для приспособления 10 для зажима изделий. Выполненные круглыми поверхности прилегания 4 расположены во внутренней группе и наружной группе. Внутренняя группа состоит из четырех расположенных концентрично вокруг оси симметрии зажимного патрона поверхностей прилегания 4а, а наружная группа состоит из двенадцати установленных концентрично вокруг оси симметрии зажимного патрона поверхностей прилегания 4b. В центре каждой поверхности прилегания 4а, 4b расположено отверстие 5а, 5b для выхода продувочного воздуха. Зажимный патрон 1 в зоне конического вводного участка 3 снабжен четырьмя отверстиями 6 для выхода продувочного воздуха, причем из данного изображения видны только два задние отверстия 6. Зажимный патрон 1 имеет также зажимный механизм (из данного изображения не виден) для втягивания и фиксирования хвостовика 11. На наружной стороне зажимного патрона 1 предусмотрены два подсоединительных элемента 8, 9, по которым через отверстия 5а, 5b, 6 может подаваться выдуваемый воздух, а также среда для приведения в действие зажимного механизма.

Установленный на приспособлении 10 для зажима изделия хвостовик 11 имеет на задней части четыре открытых участка центрирующей поверхности 12, 12а, которые центрируют хвостовик 11 при вводе в зажимный патрон 1 на конусообразно сужающемся вводном участке 3 в Х- и Y-направлениях. Под открытыми участками центрирующих поверхностей следует понимать в данном случае отрезки 12, 12а центрирующих поверхностей, которые ограничены в расширении и приподняты над окружающей их поверхностью. Участки центрирующей поверхности 12, 12а по поверхности соответствуют только доле конусообразно сужающегося вводного участка 3 зажимного патрона 1, что приводит к высокой удельной нагрузке на поверхность участков центрирующей поверхности 12, 12а при закреплении хвостовика и между прочим снижает их чувствительность к загрязнениям.

Из четырех соответственно смещенных на 90° участков центрирующей поверхности видны только два, причем обращенный к наблюдателю передний участок центрирующей поверхности обозначен позицией 12, а боковой участок центрирующей поверхности - позицией 12а. Положение отверстий 6 для выхода продувочного воздуха на вводном участке соответствует таким образом положению участков центрирующей поверхности 12, 12а хвостовика 11, так что участки центрирующей поверхности 12, 12а при закреплении приспособления для зажима изделия располагаются непосредственно перед отверстиями 6 для выхода продувочного воздуха зажимного патрона, так что при воздухе, выходящем из отверстий 6 для выхода продувочного воздуха, участки центрирующей поверхности 12, 12а пневматически очищаются. Разумеется, что в данном случае при только одном зажимном патроне и одном приспособлении 10 для зажима изделий должны быть предусмотрены средства для установки углового положения вокруг Z-оси, чтобы участки центрирующей поверхности 12, 12а при закреплении приспособления 10 для зажима изделий располагались перед отверстиями 6 для выхода продувочного воздуха. Так как такие средства в принципе известны, их изображение не показано.

На фиг.2 представлены зажимный патрон 1 в продольном разрезе и приспособление 10 для зажима изделий в виде сбоку. Зажимный патрон 1 состоит из верхней части 1а и нижней части 1b, причем нижняя часть в данном случае представляет собой часть стола машины. Зажимный механизм для зажима хвостовика включает в себя нагруженный пружинами 20 поршень 15 и множество зажимных шариков 16. Эти зажимные шарики 16 размещены в радиальных сверлениях 17, зенкованных в удлинении 18, ограничивающем центральное отверстие. Для возможности перемещения поршня 15 под действием пружины в верхнее концевое положение между нижней частью зажимного патрона 1а и поршнем 15 предусмотрена камера сжатия 19, которая может пневматически или гидравлически нагружаться давлением.

Закрепленный на приспособлении 10 для зажима изделия хвостовик 11 снабжен на своем переднем конце выполненным в форме усеченного конуса участком 13, который на своем заднем конце образует круговой буртик 14, к которому могут прилегать зажимные шарики 16 для втягивания и фиксирования хвостовика 11. Передняя часть 13 хвостовика 11 действует как черновое центрирование, а открытые участки 12, 12а центрирующей поверхности действуют для точного центрирования и с их помощью хвостовик 11 при введении в зажимный патрон 1 на конусообразно сужающемся вводном участке 3 центрируется по Х- и Y-направлениям. Для введения хвостовика 11 в отверстие 2 зажимного патрона 1 необходимо переместить поршень 15 под действием пружины в верхнее концевое положение, чтобы зажимные шарики 16 могли отодвинуться в зенкованный в поршне 15 паз.

После ввода хвостовика 11 в отверстие 2 зажимного патрона 1 приспособление 10 для зажима изделия располагается свободно на зажимном патроне 1. Для закрепления приспособления 10 для зажима изделия давление в камере сжатия уменьшается, после чего поршень 15 усилием пружины прижимается вниз. При этом зажимные шарики 16 известным образом перемещаются радиально вниз от поршня 15, где они прилегают к буртику 14 хвостовика 11 и тянут последний вниз. Благодаря высокому осевому втягивающему усилию до 20 кН несколько вытягивается в длину как хвостовик 11, вследствие чего его наружный диаметр уменьшается, так и несколько расширяется конусообразно сужающийся вводный участок 3 отверстия 2. Тем самым хвостовик 11 втягивается несколько глубже в центральное отверстие 2 и плоская нижняя сторона 10а приспособления 10 для зажима изделия прилегает к действующим как Z-упор поверхностям 4а, 4b зажимного патрона 1. Тем самым приспособление 10 для зажима изделия позиционированно относительно зажимного патрона 1 также и в Z-направлении.

Размеры хвостовика 11 выбраны такими, что после точного центрирования и перед закреплением хвостовика 11, то есть когда приспособление 10 для зажима изделия прилегает к зажимному патрону 1 только под действием собственного веса, между круговыми, действующими как Z-упор поверхностями 4а, 4b зажимного патрона 1 и плоской нижней стороной 10а приспособления 10 для зажима изделия имеется зазор величиной примерно 0,01-0,02 мм. Эффективные элементы зажимного устройства по размерам и форме согласованы друг с другом таким образом, что выборка зазора между плоской нижней стороной 10а приспособления 10 для зажима изделия и действующими как Z-упор поверхностями 4а, 4b зажимного патрона 1 после точного центрирования хвостовика 11 в Х- и Y-направлениях осуществляется практически исключительно вследствие эластичности материала хвостовика 11, а также зажимного патрона 1 на участке центрального отверстия 2. Благодаря этому можно совсем отказаться от центрирующих элементов, пружинно упругих в Z-направлении.

В верхней части зажимного патрона 1а выполнены каналы 21, 22, по которым нагружаются сжатым воздухом зенкованные в поверхностях прилегания 4а отверстия 5а для выхода продувочного воздуха, а также предусмотренные на участке конусообразного вводного участка 3 отверстия 6. Для того чтобы нагружать сжатым воздухом зенкованные в наружных поверхностях прилегания 4b отверстия 5b, в нижней стороне верхней части зажимного патрона 1а выполнен зенкованием кольцевой канал 24. Данный кольцевой канал 24 загружается от отверстия 23. Отверстие 23 и каналы 21, 22 соединены друг с другом не показанными подробнее трубками или каналами.

Во время закрепления приспособления 10 для зажима изделий воздух выпускается через все отверстия 5а, 5b, 5с для выхода продувочного воздуха. Этот воздух очищает как прилегающие к Z-образным поверхностям прилегания участки поверхности на нижней стороне 10а приспособления 10 для зажима изделий, так и участки центрирующих поверхностей 12, 12а хвостовика 11. Через постоянно уменьшающийся при закреплении зазор между отверстиями 5а, 5b для выхода продувочного воздуха и нижней стороной 10а приспособления 10 для зажима инструмента или соответственно участками центрирующих поверхностей 12, 12а хвостовика 11 пневматически очищаются как Z-поверхности прилегания 4а, 4b, так и граничащие с отверстиями 6 для выхода продувочного воздуха зоны конусообразного вводного участка 3. Благодаря тому, что как Z-поверхности прилегания 4а, 4b, так и участки центрирующих поверхностей 12, 12а хвостовика 11 имеют ограниченное растяжение, обеспечивается хорошая очистка соответствующих поверхностей наложения и прилегания. Сбоку от зажимного патрона 1 размещено уплотнение 25, которое несколько выступает над верхней стороной зажимного патрона 1. Принцип действия этого уплотнения будет пояснен ниже со ссылкой на фиг.3.

Фиг.3 показывает вид в перспективе стола 26 машины, снабженного четырьмя зажимными патронами, а также приспособления 27 для зажима изделия, снабженного четырьмя хвостовиками 11, 11а, 11b, 11c. Из этих четырех хвостовиков 11, 11а, 11b, 11c видны левый хвостовик 11, передний хвостовик 11а и задний хвостовик 11b каждый в увеличенном изображении за пределами приспособления 27 для зажима инструмента. При этом левый хвостовик определяет нулевую точку, причем он имеет четыре участка центрирующей поверхности для позиционирования в Х- и Y-направлениях. Но из этих четырех участков центрирующей поверхности виден только передний 12 и боковой 12 участки центрирующей поверхности. Передний хвостовик 11а имеет два участка центрирующей поверхности 12b и служит для позиционирования приспособления 27 для зажима изделия в одном направлении (Х-направлении). Задний хвостовик 11b также имеет два участка центрирующей поверхности 12с, служащих для позиционирования приспособления 27 для зажима изделия в другом направлении (Y-направлении). Правый хвостовик 11с не имеет участков центрирующей поверхности и служит только для закрепления приспособления 27 для зажима изделия в Z-направлении. Кроме того, видно проходящее по наружному периметру уплотнение 25, которое при установке приспособления 27 для зажима изделия плотно прилегает к его нижней стороне и защищает стол 26 машины с четырьмя зажимными патронами от загрязнения.

Вместо хвостовика с четырьмя открытыми участками центрирующей поверхности можно также предусмотреть, например, хвостовик с тремя открытыми, смещенными относительно друг друга на 120° участками центрирующей поверхности для установки нулевой точки.

Также можно предусмотреть хвостовик с более чем четырьмя участками центрирующей поверхности для установки нулевой точки. Преимущество показанного в данном случае варианта заключается в любом случае в том, что очистку можно осуществлять с четырьмя отверстиями для выхода продувочного газа в конусообразном вводном участке зажимного патрона, а также с хвостовиками с двумя, а также четырьмя участками центрирующей поверхности.

Изобретение относится к области машиностроения, оснастке для металлорежущих станков. Зажимное устройство содержит зажимной патрон, имеющий центральное отверстие для установки хвостовика, зажимной механизм для его закрепления, в центральном отверстии выполнен конусообразно сужающийся вводный участок. Для повышения точности за счет уменьшения загрязнения центрирующих поверхностей на хвостовике выполнено несколько открытых участков центрирующей поверхности для центрирования хвостовика на конусообразно сужающемся вводном участке зажимного патрона в Х- и/или Y-направлении. При этом на вводном участке зажимного патрона выполнены отверстия, соответствующие упомянутым открытым участкам центрирующих поверхностей хвостовика и предназначенные для выхода газа для их чистки. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Зажимное устройство с зажимным патроном и закрепляемым в нем хвостовиком, причем зажимной патрон имеет центральное отверстие для установки хвостовика и содержит зажимной механизм для его закрепления, в центральном отверстии выполнен конусообразно сужающийся вводный участок, отличающееся тем, что на хвостовике выполнены несколько открытых участков центрирующей поверхности для центрирования хвостовика на конусообразно сужающемся вводном участке зажимного патрона в Х- и/или Y-направлении, при этом на вводном участке зажимного патрона выполнены отверстия, соответствующие упомянутым открытым участкам центрирующей поверхности хвостовика и предназначенные для выхода газа для их чистки.2. 3ажимное устройство по п.1, отличающееся тем, что хвостовик имеет два диаметрально противоположных открытых участка центрирующей поверхности для центрирования в Х- или Y- направлении.3. Зажимное устройство по п.1, отличающееся тем, что хвостовик имеет три расположенных со смещением на 120° относительно друг друга открытых участка центрирующей поверхности для центрирования в Х- и Y-направлении.4. 3ажимное устройство по п.1, отличающееся тем, что хвостовик имеет четыре расположенных со смещением на 90° относительно друг друга открытых участка центрирующей поверхности для центрирования в Х- и Y-направлении.5. Зажимное устройство по любому из пп.2-4, отличающееся тем, что открытые участки центрирующей поверхности выполнены в виде усеченного конуса.6. Зажимное устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что хвостовик имеет передний участок для чернового центрирования, а открытые участки центрирующей поверхности размещены на задней части хвостовика и предназначены для точного центрирования.7. Зажимное устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что на зажимном патроне выполнено несколько поверхностей прилегания, служащих в качестве Z-упора и имеющих отверстия для выхода продувочного газа для чистки прилегающих к поверхностям прилегания поверхности или поверхностей прилегания приспособления для зажима изделия.8. Зажимное устройство по п.7, отличающееся тем, что выполненные в качестве Z-упора поверхности прилегания имеют круглую форму.9. 3ажимное устройство по п.1, отличающееся тем, что хвостовик выполнен с такими размерами, что после точного позиционирования он, благодаря эластичности материала хвостовика и/или зажимного патрона, способен втягиваться на участке центрального отверстия зажимным механизмом глубже в это отверстие так, что имеет место сдвиг хвостовика в Z-направлении.10. Зажимное устройство с, по меньшей мере, двумя зажимными устройствами по любому из пп.1-9, характеризующееся приспособлением для зажима изделия с несколькими хвостовиками, один из которых предназначен для установления положения упомянутого приспособления для зажима изделия в Х- и Y-направлении, а, по меньшей мере, другой хвостовик - для установления углового положения приспособления для зажима изделия вокруг Z-оси нулевой точки.11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что оно снабжено, по меньшей мере, одним дополнительным хвостовиком для центрирования в Х- или Y-направлении посредством двух диаметрально противоположных открытых участков центрирующей поверхности, расположенных в задней части хвостовика.