ЗАЖИМНОЙ ПАТРОН (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2009 года по МПК B23B31/16 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к металлообработке резанием, и может быть использовано в производстве подшипников качения при токарной обработке заготовок наружных двухбортовых колец цилиндрических роликоподшипников, а также другими предприятиями машиностроения РФ.

Известен зажимной патрон для одновременного базирования и крепления заготовок колец по внутренним осерадиальным цилиндрическим выточкам по авт. св. СССР №400423, Мкл. В23в 31/16, БИ №40-1973, принятый авторами за прототип. Кулачки указанного патрона выполнены с кольцевыми выточками по оси симметрии выточки заготовки кольца, разделяющие его на два элемента для размещения секторов трапецеидального или круглого сечения для деформации элементов кулачка в направлении оси внутренней цилиндрической выточки заготовки, осуществления базирования и закрепления.

Известно также, что в соответствии с ГОСТ 8328-75 для цилиндрических роликоподшипников серий 32000, 42000, 52000, 62000, 92000 и ГОСТ 5377-60 для серий 292000 длина образующей выточки колеблется в пределах от 6,5 до 106 мм.

Известно также, что конструкторскими чертежами на наружные двухбортовые кольца цилиндрических роликоподшипников предусмотрена привязка положения одного из торцов борта и выточки к одному из торцов кольца (базе), что влечет за собой введение дополнительной операции механического клеймения базового торца. Указанное требование не обеспечивает оптимальность и равномерность припусков для последующего шлифования поверхностей торцов бортов, огранивающих выточку (см. фиг.1).

Недостатками конструкции зажимного патрона (прототипа) являются:

- ограниченная возможность применения; обычно для выточек с длиной образующей в пределах 25 мм для заготовок колец с диаметром наружной цилиндрической поверхности (НЦП) до 200 мм;

- невозможность применения для обработки заготовок колец с длиной образующей выточки от 25 до 100 мм из-за резкого увеличения металлоемкости, веса патрона, сложности и трудоемкости изготовления;

- недостаточная усталостная прочность упругих элементов кулачков даже при расположении волокон металла вдоль оси кулачков при их изготовлении; ориентировочно она в среднем составляет 1,0...1,5 тысячи циклов «зажим - разжим» заготовок.

Известны также кулачки зажимного патрона для одновременного базирования и крепления заготовок колец по внутренним осерадиальным цилиндрическим выточкам по авт. св. СССР №536892, Мкл. В23в 31/10, БИ №44-1976 г. и №700290; Мкл. В23в 31/10; БИ №44-1979 г.

Указанные кулачки не были востребованы в производстве цилиндрических роликоподшипников по тем же недостаткам, присущим зажимному патрону по авт.св. №400423.

Техническим результатом предлагаемого изобретения являются:

- повышение производительности обработки путем концентрации обрабатываемых поверхностей;

- повышение размерной точности поверхностей колец, взаимного их расположения путем одновременной обработки двух торцов, двух фасок и наружной цилиндрической поверхности (НЦП) в одной позиции с одной установки;

- стабилизация припусков для последующей шлифовальной обработки торцов кольца, торцов бортов, ограничивающих выточку;

- обезличивание базы для их последующего шлифования;

- обеспечение обработки заготовок колец с длиной образующей внутренней цилиндрической выточки 25...100 мм с увеличением диапазона диаметров НЦП от 200 до 500 мм и более;

- исключение усталостного разрушения упругих элементов кулачков;

- снижение веса, металлоемкости и трудоемкости изготовления патрона и его деталей.

Эти результаты достигаются путем применения предлагаемых вариантов зажимных патронов, обеспечивающих одновременное базирование заготовок колец по двум обработанным торцам выточки, креплением по ее диаметру и обработкой НЦП двух торцов и фасок в одной позиции по авт.св. №1353581.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где представлены:

- на фиг.1 - действующий конструкторский чертеж наружного двухбортового кольца цилиндрического роликоподшипника с размерными цепями;

- на фиг.2 - предлагаемая конструкция кольца с размерными цепями;

- на фиг.3 - первый вариант зажимного патрона с разрезе по оси заготовки кольца;

- на фиг.4 - первый вариант зажимного патрона в разрезе по сечению А-А;

- на фиг.5 - то же по сечению В-В;

- на фиг.6 - второй вариант зажимного патрона в разрезе по оси заготовки кольца;

- на фиг.7 - второй вариант зажимного патрона в разрезе по сечению А-А;

- на фиг.8 - вариант крепления патрона к накладным кулачкам самоцентрирующих спирально-реечных патронов.

Рассмотрим устройство и работу зажимных патронов двух вариантов: первый - на фиг.3, второй - на фиг.7. Заготовки колец показаны в зажатом состоянии. Указанные зажимные патроны объединяет единая компоновка рабочих органов, содержащих корпус 1 с прямоугольными окнами 2, ориентированными наибольшей стороной вдоль оси корпуса, в которых размещены кулачки 3 с встроенными в них рабочими элементами, перемещаемые радиально с помощью раздвижного конуса 4.

Указанная компоновка предусматривает базирование и закрепление заготовок колец по внутренним осерадиальным закрытым цилиндрическим выточкам с длиной образующей 25...100 мм и диаметрами наружных цилиндрических поверхностей (НЦП) в пределах 200 мм.

В первом варианте (фиг.3) каждый кулачок 3 снабжен встроенными в него двумя одинаковыми по размерам цилиндрическими ползунами 5 с общей осью, параллельной образующей выточки, удерживаемыми в исходном положении пружинами растяжения 6; оба цилиндрических ползуна расположены относительно середины выточки и друг друга зеркально; при этом торцевые поверхности, обращенные к торцам бортов выточки, выполнены плоскими, перпендикулярными их оси; противоположные поверхности ползунов, контактирующие с боковыми поверхностями нажимного трапециевидного клина 7, выполняют или конусными, или сферическими. До начала базирования и зажима заготовки 8 нажимные трапециевидные клинья 7 от выпадения удерживаются пружинами растяжения 9 (фиг.4, 5). В исходном положении заготовку кольца 8 устанавливают выточкой на один из кулачков 3, которая под собственным весом принимает строго вертикальное положение. При движении раздвижного конуса 4 влево кулачок 3, преодолевая сопротивление рессорной пружины 10, перемещается в радиальном направлении, при этом трапециевидный клин 7 при контакте с образующей выточки раздвигает принудительно и синхронно ползуны 5 до упора в торцы выточек бортов, при соприкосновении с которыми возникающие усилия производят одновременное базирование и закрепление заготовки. Разжим заготовки осуществляют перемещением раздвижного конуса 4 вправо; при этом рессорные пружины 10, пружины растяжения 6 возвращают кулачки 3 и ползуны 5 в исходное положение, освобождая заготовку после одновременной обработки двух торцов, фасок и НЦП.

Во втором варианте зажимного патрона (фиг.7) каждый кулачок 3 в осевом направлении выполнен со ступенью зажима 11 и прямоугольным окном 12, в котором размещена трехлистовая рессора 13 из закаленной полосовой пружинной стали; на концах верхнего листа рессоры напаяны шары 14 для одновременного контактирования с обработанными торцами бортов и образующей выточки. Равноплечая рессора 13 с шарами 14 размещена в отверстии кулачка 15 на оси выточки, соединена с ним через плунжер 16 с пружиной сжатия 17 винтом 18 с возможностью радиального перемещения при превышении усилий базирования. В исходном состоянии зазоры между поверхностями шаров относительно поверхностей торцов бортов составляют 2...3 мм и обеспечивают свободную установку заготовки на кулачки; при этом поверхность шаров 14 выступает над поверхностью ступени зажима 11 с опережением на 2...4 мм. Длина ступени зажима кулачков равна четырем пятым длины образующей выточки. При перемещении раздвижного конуса 4 влево кулачок 3, преодолевая сопротивление рессорной пружины 10, перемещается в радиальном направлении; при контакте шаров 14 с образующей выточки заготовки рессорная пружина 13 распрямляется и шары 14 вступают в контакт с торцами выточки бортов, обеспечивая базирование заготовки; при дальнейшем перемещении кулачка в радиальном направлении ступенью 11 производится зажим заготовки. Разжим обработанной заготовки осуществляется в таком же порядке, как и в первом варианте, при этом упругие силы рессоры 13 возвращают ее в исходное положение.

Для обоих вариантов зажимных патронов размеры диаметров цилиндрических ползунов 5 равны разности диаметров выточки и ограничивающих ее бортов (фиг.1), а диаметр шаров 14 - полуразности.

При обработке заготовок с НЦП диаметрами 200...500 мм и более корпуса зажимных патронов 1 крепят к зеркалу самоцентрирующих спирально-реечных патронов 19 (условно не показаны), а зажимные кулачки 3 - к их присоединительным кулачкам 20 винтами 21 (фиг.8).

Для радиального перемещения кулачков в обоих вариантах зажимных патронов возможно применение стандартных самоцентрирующих спирально-реечных патронов с накладными кулачками.

Размерная наладка зажимных кулачков обоих вариантов предполагается вне станка с использованием специальных стендов.

Пример конкретного исполнения

1. Авторами проведены опытно-конструкторские работы:

1.1. По анализу состояния технологии изготовления наружных двухбортовых колец цилиндрических роликоподшипников с осерадиальными внутренними закрытыми выточками в РФ и за рубежом по доступной патентной и НТЛ, в т.ч. по зажимным патронам;

1.2. Разработан эскизный проект зажимного патрона по второму варианту со сменными рессорами для выточек длиной, образующей 80 и 100 мм;

1.3. Ранее изготовлен и испытан в лабораторных условиях подобный заявляемым зажимной патрон по авт.св. №400423 на обработке наружных колец цилиндрического роликоподшипника 32309 с выточкой длиною образующей 14 мм с использованием авт.св №1353581 для обработки НЦП, двух торцов и фасок в одной позиции с одной установки; получены результаты повышения точности обработки и взаимного расположения обработанных поверхностей в 5...6 раз против установленных технической документацией.

2. Намерения: попытка заключить договор на изготовление зажимных патронов, оснастки и др. по чертежам авторов на условиях предоставления прав на открытую лицензию (в случаях признания заявки изобретением) Европейской подшипниковой корпорации, проведения испытаний и внедрение.

Использование зажимных патронов в подшипниковой промышленности РФ позволит:

1. Повысить производительность обработки наружных колец двухбортовых цилиндрических роликоподшипников в 1,5...2 раза.

2. Повысить точность обработки и взаимного расположения обработанных поверхностей в 5...6 раз.

Источники информации

1. Авт.св. СССР №400423, Мкл. В23в 31/16, БИ №40-1973 г (прототип).

2. Авт.св. СССР №536892, Мкл. В23в 31/10, БИ №44-1976 г.

3. Авт.св. СССР №700290, Мкл. В23в 31/10, БИ №44-1979 г.

4. Авт.св. СССР №1353581, Мкл. В23в 1/00, БИ №43-1987 г.

5. Заявка на выдачу патента РФ на изобретение №2005141275(045976) от 28.12.05 Мкл. В23в 3/00.

Патрон предназначен для одновременного базирования и крепления заготовок колец по внутренним осерадиальным цилиндрическим выточкам и содержит нажимные клинья, корпус и размещенные в его пазах кулачки с перемещаемыми радиально рабочими элементами. Для повышения производительности и точности обработки он снабжен встроенными в каждый кулачок двумя одинаковыми по размерам цилиндрическими ползунами с общей осью, параллельной образующей выточки, удерживаемыми пружиной растяжения и располагаемыми зеркально относительно середины выточки с возможностью их принудительного синхронного перемещения до соприкосновения с торцами выточки и нажимным клином, выполненным трапециевидным и закрепляющим заготовку радиальными силами при его контакте с образующей выточки. Для достижения того технического результата по второму варианту каждый кулачок в осевом направлении заготовки выполнен со ступенью зажима и прямоугольным окном, в котором размещена равноплечая трехлистовая рессора из закаленной полосовой пружинной стали, верхний лист которой снабжен шарами на концах для одновременного взаимодействия с обработанными торцами выточки и ее образующей и возможностью принудительного ее перемещения в радиальном направлении усилиями базирования и зажима заготовки путем сжатия пружины плунжера, расположенного радиально по оси выточки. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Зажимной патрон для одновременного базирования и крепления заготовок колец по внутренним осерадиальным цилиндрическим выточкам, содержащий нажимные клинья, корпус и размещенные в его пазах кулачки с перемещаемыми радиально рабочими элементами для обеспечения одновременной обработки наружной цилиндрической поверхности, двух торцов и фасок в одной позиции с одной установки, повышения точности обработки и их взаимного расположения, отличающийся тем, что он снабжен встроенными в каждый кулачок двумя одинаковыми по размерам цилиндрическими ползунами с общей осью, параллельной образующей выточки, удерживаемыми пружиной растяжения и располагаемыми зеркально относительно середины выточки с возможностью их принудительного синхронного перемещения до соприкосновения с торцами выточки и нажимным клином, выполненным трапециевидным и закрепляющим заготовку радиальными силами при его контакте с образующей выточки.2. 3ажимной патрон по п.1, отличающийся тем, что торцевые поверхности ползунов, контактирующих с торцами бортов выточки, выполняют плоскими, перпендикулярными их оси, а поверхности ползунов, контактирующих с боковыми поверхностями нажимного трапециевидного клина, - конусными или сферическими.3. Зажимной патрон по п.1 или 2, отличающийся тем, что диаметры цилиндрических ползунов равны разности диаметров выточки и ограничивающих ее бортов.4. 3ажимной патрон по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что для радиального перемещения кулачков он снабжен раздвижным конусом или самоцентрирующим спирально-реечным патроном с накладными кулачками.5. Зажимной патрон для одновременного базирования и крепления заготовок по внутренним осерадиальным цилиндрическим выточкам, содержащий корпус и размещенные в его пазах кулачки с перемещаемыми радиально рабочими элементами для обеспечения одновременной обработки наружной цилиндрической поверхности двух торцов и фасок в одной позиции с одной установки, повышения точности обработки и их взаимного расположения, отличающийся тем, что каждый кулачок в осевом направлении заготовки выполнен со ступенью зажима и прямоугольным окном, в котором размещена равноплечая трехлистовая рессора из закаленной полосовой пружинной стали, верхний лист которой снабжен шарами на концах для одновременного взаимодействия с обработанными торцами выточки и ее образующей и возможностью принудительного ее перемещения в радиальном направлении усилиями базирования и зажима заготовки путем сжатия пружины плунжера, расположенного радиально по оси выточки.6. Зажимной патрон по п.5, отличающийся тем, что длина ступени зажима кулачка для крепления заготовки равна четырем пятым длины образующей выточки.7. Зажимной патрон по п.5, отличающийся тем, что диаметр шаров равен полуразности диаметров выточки и ограничивающих ее бортов.8. Зажимной патрон по любому из пп.5-7, отличающийся тем, что для радиального перемещения кулачков он снабжен раздвижным конусом или самоцентрирующим спирально-реечным патроном с накладными кулачками.