ЦАНГОВЫЙ ПАТРОН Российский патент 2008 года по МПК B23B31/20 

Изобретение относится к области машиностроения, а в частности - к цанговым патронам, предназначенным для зажима изделия (инструмента или обрабатываемой детали).

Известен патрон для крепления концевого инструмента, содержащий корпус с тонкостенным радиально деформируемым выступом с конической наружной поверхностью, нажимной элемент с конической внутренней поверхностью и расположенные между ними ролики, конические поверхности выполнены с различными углами конусности из условия образования общей вершины их конусов, ролики выполнены коническими, а нажимной элемент в виде накидной гайки, установленной на выполненной на корпусе резьбе [1].

Недостаток такого патрона заключается в том, что тонкостенный радиально деформируемый выступ корпуса имеет относительно большую жесткость и не может обеспечивать надежное крепление изделий в широком диапазоне зажимных усилий.

Известен ряд технических решений, направленных на повышение надежности работы патрона, в том числе и крепления изделий. Например, такое как цанговый патрон (ЦП), содержащий корпус и многолепестковую цангу, сопрягаемые по ответным коническим и цилиндрическим поверхностям, а также палец, установленный в радиальном отверстии на конической поверхности корпуса, причем на конической поверхности лепестков цанги выполнен паз, предназначенный для размещения пальца и лыски по обе стороны от прорезей лепестков цанги, на конической поверхности корпуса противоположно радиальному отверстию под палец выполнено дополнительное отверстие, а на цилиндрической поверхности цанги выполнены лыски [2].

Недостаток такого ЦП заключается в относительной сложности его конструкции. Кроме того, из-за наличия лысок контактные давления на конических поверхностях увеличиваются пропорционально увеличению площади лысок.

Наиболее близким техническим решением, направленным на повышение надежности работы ЦП за счет увеличения точности центрирования, принятым в качестве прототипа, является патрон для осевого инструмента, содержащий корпус с коническим отверстием и хвостовиком, установленные в корпусе зажимные элементы (ЗЭ) с наружной конической поверхностью, предназначенной для взаимодействия с поверхностью конического отверстия корпуса, расположенный в корпусе механизм перемещения (МП) и снабженный направляющими перемещения ЗЭ, выполненными в виде цилиндров с продольной фаской, на поверхности конического отверстия корпуса выполнены продольные канавки для размещения направляющих, глубина которых меньше радиуса направляющих, на внешней конической поверхности каждого ЗЭ выполнены цилиндрические канавки под направляющие, глубина которых более радиуса направляющих, и расположенные симметрично оси канавки продольные площадки [3].

Недостатки такого ЦП заключаются в следующем:

а) он относительно сложен в изготовлении, так как имеет направляющие цилиндрической формы и продольные канавки на поверхности конического отверстия корпуса и на конической поверхности ЗЭ,

б) изготовление продольных канавок, особенно на рабочей конической поверхности отверстия корпуса, вызывает определенные трудности и увеличивает трудоемкость изготовления,

в) наличие дополнительных элементов в конструкции, а именно направляющих МП, выполненных в виде цилиндров с продольной фаской, снижает надежность работы.

Задачей изобретения является повышение надежности работы ЦП за счет увеличения точности центрирования изделия (инструмента или детали).

Указанная задача решается следующим образом:

1. Цанговый патрон, содержащий корпус с рабочей конической поверхностью и хвостовиком, установленный в корпусе, по меньшей мере, один зажимной элемент, выполненный в виде цанги с наружной рабочей конической поверхностью, предназначенной для взаимодействия с рабочей конической поверхностью корпуса, и расположенный в корпусе механизм перемещения, включающий направляющие перемещения цанги, отличающийся тем, что:

1.1. Корпус выполняют составным, состоящим из корпуса и хвостовика,

1.2. Хвостовик располагают внутри корпуса, соосно поверхностям корпуса,

1.3. Торец хвостовика располагают по отношению к средней части корпуса со стороны торца корпуса,

1.4. Рабочую коническую поверхность корпуса располагают на хвостовике изнутри со стороны торца хвостовика,

1.5. Направляющие перемещения цанги выполняют в виде поверхностей, располагаемых на корпусе и хвостовике.

2. Цанговый патрон по п.1, отличающийся тем, что:

2.1. Направляющие перемещения цанги в осевом сечении формируют прямолинейными образующими, параллельными оси корпуса, и выполняют, например, в виде призмы, или параллелепипеда, или кругового или эллиптического цилиндров, или любой другой технически выполнимой формы, или их сочетаниями,

2.2. По меньшей мере, направляющие перемещения цанги выполняют состоящими на корпусе из двух внутренних, а на хвостовике из одной наружной поверхностей или состоящими на корпусе из одной внутренней, а на хвостовике из двух наружных поверхностей,

2.3. Механизм перемещения выполняют составным, например, состоящим, по меньшей мере из двух деталей, включающим в себя полый поршень с наружной и внутренней поверхностями, соответствующими направляющим перемещения цанги, располагаемым на корпусе и хвостовике,

2.4. Механизм перемещения снабжают внутренней рабочей конической поверхностью,

2.5. Механизм перемещения располагают между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью хвостовика с образованием двух полостей,

2.6. Поверхности механизма перемещения сопрягают с соответствующими поверхностями корпуса и хвостовика с возможностью взаимного осевого перемещения с радиальным зазором в сопряжении не более чем устанавливаемый для пневмо-, гидроцилиндров,

2.7. Цангу снабжают двумя рабочими коническими поверхностями, одну из которых предназначают для взаимодействия с рабочей конической поверхностью механизма перемещения,

2.8. Вершины конусов рабочих конических поверхностей цанги располагают с ее разных торцов.

3. Цанговый патрон по п.1, отличающийся тем, что цангу выполняют с осевыми прорезями, которые располагают с одного или обоих торцов и/или с прорезями, которые выполняют по окружности и располагают вдоль оси, по меньшей мере, в один ряд.

4. Цанговый патрон по п.2, отличающийся тем, что цангу выполняют с осевыми прорезями, которые располагают с одного или обоих торцов и/или с прорезями, которые выполняют по окружности и располагают вдоль оси, по меньшей мере, в один ряд.

5. Цанговый патрон, содержащий корпус с рабочей конической поверхностью и хвостовиком, установленный в корпусе, по меньшей мере, один зажимной элемент, выполненный в виде цанги с внутренней рабочей конической поверхностью, предназначенной для взаимодействия с рабочей конической поверхностью корпуса, и расположенный в корпусе механизм перемещения, включающий направляющие перемещения цанги, отличающийся тем, что:

5.1. Корпус выполняют составным, состоящим из корпуса и хвостовика,

5.2. Хвостовик располагают внутри корпуса, соосно поверхностям корпуса,

5.3. Торец хвостовика располагают по отношению к средней части корпуса со стороны торца корпуса,

5.4. Рабочую коническую поверхность корпуса располагают на хвостовике снаружи со стороны торца хвостовика,

5.5. Корпус и хвостовик изнутри выполняют состоящими, по меньшей мере, из одной поверхности,

5.6. Направляющие перемещения цанги выполняют в виде поверхностей, располагаемых на корпусе и хвостовике.

6. Цанговый патрон по п.5, отличающийся тем, что:

6.1. Направляющие перемещения цанги в осевом сечении формируют прямолинейными образующими параллельными оси корпуса и выполняют, например, в виде призмы, или параллелепипеда, или кругового или эллиптического цилиндров, или любой другой технически выполнимой формы, или их сочетаниями,

6.2. По меньшей мере, направляющие перемещения цанги выполняют состоящими на корпусе из двух внутренних, а на хвостовике из одной наружной поверхностей, или состоящими на корпусе из одной внутренней, а на хвостовике из двух наружных поверхностей,

6.3. Механизм перемещения выполняют составным, например, состоящим, по меньшей мере из двух деталей, включающим в себя полый поршень, с наружной и внутренней поверхностями, соответствующими направляющим перемещения цанги, располагаемым на корпусе и хвостовике,

6.4. Механизм перемещения снабжают снаружи, по меньшей мере, двумя поверхностями, соответствующими одна внутренней поверхности корпуса, а другая внутренней поверхности хвостовика,

6.5. Механизм перемещения снабжают наружной рабочей конической поверхностью,

6.6. Механизм перемещения располагают между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью хвостовика с образованием двух полостей,

6.7. Поверхности механизма перемещения сопрягают с соответствующими поверхностями корпуса и хвостовика с возможностью взаимного осевого перемещения с радиальным зазором в сопряжении не более чем устанавливаемый для пневмо-, гидроцилиндров,

6.8. Цангу снабжают двумя рабочими коническими поверхностями, одну из которых предназначают для взаимодействия с рабочей конической поверхностью механизма перемещения,

6.9. Вершины конусов рабочих конических поверхностей цанги располагают с ее разных торцов.

7. Цанговый патрон по п.5, отличающийся тем, что цангу выполняют с осевыми прорезями, которые располагают с одного или обоих торцов и/или с прорезями, которые выполняют по окружности и располагают вдоль оси, по меньшей мере, в один ряд.

8. Цанговый патрон по п.6, отличающийся тем, что цангу выполняют с осевыми прорезями, которые располагают с одного или обоих торцов и/или с прорезями, которые выполняют по окружности и располагают вдоль оси, по меньшей мере, в один ряд.

Указанные выше отличия заявленных устройств от конструкции прототипа необходимы для достижения поставленной цели и объясняются следующим:

1.1), 2.3), 5.1) и 6.3) Корпус выполняют составным, состоящим из корпуса и хвостовика, и МП выполняют составными, например, состоящими, по меньшей мере, из двух деталей для того, чтобы обеспечить технологичность конструкции. Это связано с тем, что изготовление корпуса и МП цельными может иметь некоторые сложности, а их изготовление и сборка из нескольких деталей, например, из двух деталей может несколько упростить процесс изготовления и сборки ЦП. При этом возможны различные варианты конструкции, например, составным изготавливается только корпус, или только МП, или и корпус и МП. Какая из деталей будет составной и из скольких элементов она будет состоять, решается конструктором при проектировании конкретного ЦП.

1.2) и 5.2) Хвостовик располагают внутри корпуса, соосно поверхностям корпуса для того, чтобы минимизировать габаритные размеры конструкции и сделать ее более компактной.

1.3) и 5.3) Торец хвостовика располагают по отношению к средней части корпуса со стороны торца корпуса для того, чтобы уменьшить осевые размеры ЦП.

1.4) и 5.4) Рабочую коническую поверхность корпуса располагают на хвостовике изнутри или снаружи со стороны торца хвостовика для того, чтобы обеспечить надежную работу ЦП. Это объясняется тем, что более компактный корпус с меньшими осевыми размерами имеет большую жесткость и соответственно обеспечивает большую точность центрирования. Кроме того, отпадает необходимость вводить какие-то дополнительные элементы конструкции типа направляющих и канавок.

1.5) и 5.6) Направляющие перемещения цанги выполняют в виде поверхностей располагаемых на корпусе и хвостовике, для того чтобы упростить конструкцию ЦП.

2.1) и 6.1) Направляющие перемещения цанги в осевом сечении формируют прямолинейными образующими параллельными оси корпуса и выполняют, например, в виде призмы, или параллелепипеда, или кругового или эллиптического цилиндров, или любой другой технически выполнимой формы, или их сочетаниями, для того чтобы обеспечить возможность прямолинейного перемещения деталей вдоль оси ЦП. При этом конкретная форма внутренней поверхности не влияет на точность перемещения или центрирования, главное, чтобы она была прямолинейной и параллельной оси корпуса.

2.2) и 6.2) По меньшей мере, направляющие перемещения цанги выполняют состоящими на корпусе, из двух внутренних, а на хвостовике из одной наружной поверхностей, или состоящими на корпусе из одной внутренней, а на хвостовике из двух наружных поверхностей для того, чтобы обеспечить более точное центрирование поверхностей деталей ЦП относительно друг друга. При этом в любом из двух указанных вариантов центрирование происходит по трем поверхностям корпуса и его хвостовика.

2.3) и 6.3) МП выполняют включающим в себя полый поршень, с наружной и внутренней поверхностями, соответствующими направляющим перемещения цанги, располагаемым на корпусе и хвостовике для того, чтобы обеспечить сопряжение МП с корпусом и хвостовиком. Этим достигается увеличение точности позиционирования и центрирования деталей и тем самым повышается надежность работы ЦП.

2.4), 2.7), 6.5) и 6.8) МП снабжают внутренней или наружной рабочей конической поверхностью, а цангу снабжают двумя рабочими коническими поверхностями, одну из которых предназначают для взаимодействия с рабочей конической поверхностью МП для того, чтобы увеличить точность центрирования, а также относительно упростить конструкцию, исключив необходимость введения в нее дополнительных деталей. Это, в конечном счете, позволяет повысить надежность работы ЦП.

2.5) и 6.6) МП располагают между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью хвостовика с образованием двух полостей для того, чтобы при необходимости была возможность обеспечить привод в движение МП и работу ЦП в целом в режиме пневматического или гидравлического цилиндра.

2.6) и 6.7) Поверхности МП сопрягают с соответствующими поверхностями корпуса и хвостовика с возможностью взаимного осевого перемещения с радиальным зазором в сопряжении не более чем устанавливаемый для пневмо-, гидроцилиндров для того, чтобы максимально увеличить точность центрирования деталей ЦП, а также при необходимости обеспечить правильную работу ЦП в режиме пневматического или гидравлического цилиндра.

2.8) и 6.9) Вершины конусов рабочих конических поверхностей цанги располагают с ее разных торцов для того, чтобы минимизировать осевые размеры ЗЭ и ЦП в целом.

3), 4), 7) и 8) Цангу выполняют с осевыми прорезями, которые располагают с одного или обоих торцов и/или с прорезями, которые выполняют по окружности и располагают вдоль оси, по меньшей мере, в один ряд для того, чтобы обеспечить более точное центрирование изделия (инструмента или детали) с наименьшими усилиями сжатия лепестков цанги. При этом решение о том, сколько и каких прорезей делать на цанге, решает конструктор исходя из условий проектирования и соответствующего технического задания.

5.5) Корпус и хвостовик изнутри выполняют состоящими, по меньшей мере, из одной поверхности для того, чтобы упростить конструкцию корпуса и снизить по возможности сложность и трудоемкость ее изготовления.

6.4) МП снабжают снаружи, по меньшей мере, двумя поверхностями, соответствующими одна внутренней поверхности корпуса, а другая внутренней поверхности хвостовика для того, чтобы упростить конструкцию МП, снизив при этом трудоемкость его изготовления.

Таким образом, уменьшение количества деталей и замена некоторых деталей элементами других деталей упрощает конструкцию ЦП, увеличивает надежность его работы, а также снижает трудоемкость изготовления. Некоторое увеличение в процентном отношении количества элементов, способствующих точному позиционированию и центрированию одних элементов конструкции относительно других элементов, в конечном счете позволяет повысить надежность работы ЦП за счет увеличения точности центрирования изделия (инструмента или детали).

На чертеже представлен ЦП в разрезе с элементами.

ЦП содержит составной корпус, состоящий из двух деталей: корпуса 1 и хвостовика 2. Корпус 1 и хвостовик 2 отделены друг от друга и являются самостоятельными деталями составного корпуса. Внутренняя рабочая коническая поверхность 3 составного корпуса расположена на хвостовике 2. В корпусе 1 установлен ЗЭ, выполненный в виде цанги 4, с двумя наружными рабочими коническими поверхностями, одна из которых предназначена для взаимодействия с внутренней рабочей конической поверхностью 3 составного корпуса. При этом вершины конусов рабочих конических поверхностей цанги 4 расположены с разных ее торцов. Между поверхностями корпуса 1 и хвостовика 2 расположен МП 5 с направляющими 6 перемещения цанги 4, располагаемыми на поверхностях корпуса 1 и хвостовика 2. Хвостовик 2 расположен внутри корпуса 1, соосно его поверхностям. Торец хвостовика 2 расположен со стороны торца 7 корпуса 1. Рабочая коническая поверхность 3 составного корпуса расположена на хвостовике 2 изнутри со стороны торца 7 корпуса 1. Направляющие 6 перемещения цанги 4 выполнены в виде поверхностей корпуса 1 и хвостовика 2 в осевом сечении, сформированы прямолинейными образующими и параллельными оси корпуса 1. При этом на корпусе 1 выполнено две внутренних, а на хвостовике 2 одна наружная поверхности. МП 5 выполнен в виде полого поршня с наружной и внутренней поверхностями, соответствующими направляющим 6 перемещения цанги 4, расположенными на корпусе 1 и хвостовике 2. МП 5 снабжен внутренней рабочей конической поверхностью 8 и расположен между внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью хвостовика 2 с образованием двух полостей 9. МП 5 сопряжен с зазором не более чем установленный для пневмо-, гидроцилиндров с соответствующими поверхностями корпуса 1 и хвостовика 2 с возможностью взаимного осевого перемещения. Вторая рабочая коническая поверхность цанги 4 предназначена для взаимодействия с рабочей конической поверхностью 8 МП 5. Цанга 4 выполнена с осевыми прорезями 10, которые расположены с обоих торцов.

Работа ЦП заключается в следующем. После установки изделия (на чертеже не показано) в ЦП к МП 5 прикладывают осевое усилие. МП движется вниз (от торца 7 корпуса 1 к его средней части) по направляющим 6 перемещения цанги 4. Рабочие конические поверхности 3 и 8 хвостовика 2 и МП 5 соответственно вступают во взаимодействие с рабочими коническими поверхностями цанги 4. Под действием возникших в контакте конических поверхностей радиальных усилий лепестки цанги 4 сближаются и происходит зажим изделия. После выполнения необходимых операций с закрепленным изделием к МП 5 прикладывают осевое усилие, направленное вверх (от средней части корпуса 1 к его торцу 7). МП 5 начинает движение по направляющим 6 перемещения цанги 4. Рабочие конические поверхности 3 и 8 хвостовика 2 и МП 5 соответственно прекращают взаимодействовать с рабочими коническими поверхностями цанги 4. Лепестки цанги 4 под действием сил упругости расходятся и изделие разжимается. После выемки изделия из ЦП он готов к следующему циклу работы.

Источники информации

1. А.с. №1708536, Ю.И.Мальцев, "Патрон". СССР МКИ⁵ В23С 31/02 БИ №4, 1992.

2. А.с. №1738487, В.В.Вождаенко, "Цанговый патрон". СССР МКИ⁵ В23С 31/20 БИ №21, 1992.

3. А.с. №1720806, Г.В.Фомичев, "Патрон для осевого инструмента". СССР МКИ5 В23С 31/02 БИ №11, 1992 - прототип.

Патрон содержит корпус с рабочей конической поверхностью, хвостовик и установленный в корпусе по меньшей мере один зажимной элемент, выполненный в виде цанги с наружной или внутренней рабочей конической поверхностью, предназначенной для взаимодействия с ответной рабочей конической поверхностью, и расположенный в корпусе механизм перемещения, включающий направляющие перемещения цанги. Для повышения надежности за счет увеличения точности центрирования изделия корпус выполнен составным, состоящим из корпуса и хвостовика, расположенного внутри корпуса соосно его поверхностям, и с торцом, расположенным по отношению к средней части корпуса со стороны торца корпуса, рабочая коническая поверхность расположена на хвостовике изнутри или снаружи со стороны его торца, а направляющие перемещения цанги выполнены в виде поверхностей, расположенных на корпусе и хвостовике. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Цанговый патрон, содержащий корпус с рабочей конической поверхностью, хвостовик и установленный в корпусе по меньшей мере один зажимной элемент, выполненный в виде цанги с наружной рабочей конической поверхностью, предназначенной для взаимодействия с ответной рабочей конической поверхностью, и расположенный в корпусе механизм перемещения, включающий направляющие перемещения цанги, отличающийся тем, что корпус выполнен составным, состоящим из корпуса и хвостовика, расположенного внутри корпуса соосно его поверхностям и с торцом, расположенным по отношению к средней части корпуса со стороны торца корпуса, рабочая коническая поверхность расположена на хвостовике изнутри со стороны его торца, а направляющие перемещения цанги выполнены в виде поверхностей, расположенных на корпусе и хвостовике.2. Цанговый патрон по п.1, отличающийся тем, что направляющие перемещения цанги в осевом сечении сформированы прямолинейными образующими, параллельными оси корпуса, по меньшей мере, направляющие перемещения цанги выполнены состоящими на корпусе из двух внутренних, а на хвостовике - из одной наружной поверхностей, или на корпусе - из одной внутренней, а на хвостовике - из двух наружных поверхностей, механизм перемещения включает полый поршень с наружной и внутренней поверхностями, соответствующими направляющим перемещения цанги, расположенным на корпусе и хвостовике, имеющий внутреннюю рабочую коническую поверхность и расположенный между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью хвостовика с образованием двух полостей, при этом поверхности механизма перемещения сопряжены с соответствующими поверхностями корпуса и хвостовика с возможностью взаимного осевого перемещения с радиальным зазором в сопряжении не более чем устанавливаемый для пневмо-, гидроцилиндров, а на цанге выполнены две рабочие конические поверхности, одна из которых предназначена для взаимодействия с рабочей конической поверхностью механизма перемещения, при этом вершины конусов рабочих конических поверхностей цанги расположены с ее разных торцов.3. Цанговый патрон по п.1, отличающийся тем, что на цанге выполнены осевые прорези, расположенные с одного или обоих торцов, и/или прорези, выполненные по окружности и расположенные вдоль оси по меньшей мере в один ряд.4. Цанговый патрон по п.2, отличающийся тем, что на цанге выполнены осевые прорези, расположенные с одного или обоих торцов, и/или прорези, выполненные по окружности и расположенные вдоль оси по меньшей мере в один ряд.5. Цанговый патрон, содержащий корпус с рабочей конической поверхностью, хвостовик и установленный в корпусе по меньшей мере один зажимной элемент, выполненный в виде цанги с внутренней рабочей конической поверхностью, предназначенной для взаимодействия с ответной рабочей конической поверхностью, и расположенный в корпусе механизм перемещения, включающий направляющие перемещения цанги, отличающийся тем, что корпус выполнен составным, состоящим из корпуса и хвостовика, расположенного внутри корпуса соосно его поверхностям с торцом, расположенным по отношению к средней части корпуса со стороны торца корпуса, рабочая коническая поверхность расположена на хвостовике снаружи со стороны его торца, при этом корпус и хвостовик изнутри ограничены по меньшей мере одной поверхностью, а направляющие перемещения зажимного элемента выполнены в виде поверхностей, расположенных на корпусе и хвостовике.6. Цанговый патрон по п.5, отличающийся тем, что направляющие перемещения цанги в осевом сечении сформированы прямолинейными образующими, параллельными оси корпуса, по меньшей мере, направляющие перемещения цанги выполнены состоящими на корпусе из двух внутренних, а на хвостовике - из одной наружной поверхностей, или на корпусе - из одной внутренней, а на хвостовике - из двух наружных поверхностей, механизм перемещения включает полый поршень, имеющий снаружи по меньшей мере две поверхности, одна из которых соответствует внутренней поверхности корпуса, а другая - внутренней поверхности хвостовика, и наружную и внутреннюю поверхности, соответствующие направляющим перемещения цанги, наружную рабочую коническую поверхность и расположенный между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью хвостовика с образованием двух полостей, при этом поверхности механизма перемещения сопряжены с соответствующими поверхностями корпуса и хвостовика с возможностью взаимного осевого перемещения с радиальным зазором в сопряжении не более чем устанавливаемый для пневмо-, гидроцилиндров, а на цанге выполнены две рабочие конические поверхности, одна из которых предназначена для взаимодействия с рабочей конической поверхностью механизма перемещения, при этом вершины конусов рабочих конических поверхностей цанги расположены с ее разных торцов.7. Цанговый патрон по п.5, отличающийся тем, что на цанге выполнены осевые прорези, расположенные с одного или обоих торцов, и/или прорези, выполненные по окружности и расположенные вдоль оси по меньшей мере в один ряд.8. Цанговый патрон по п.6, отличающийся тем, что на цанге выполнены осевые прорези, расположенные с одного или обоих торцов, и/или прорези, выполненные по окружности и расположенные вдоль оси по меньшей мере в один ряд.