УСТРОЙСТВО СОЕДИНЕНИЯ МОДУЛЕЙ Российский патент 2010 года по МПК B23B31/06 

Изобретение относится к устройствам соединения модулей, преимущественно для инструментальных блочных систем гибких производств, обрабатывающих центров и станков с числовым программным управлением.

Для соединения режущего инструмента со шпинделем станка применяется различная цельная технологическая инструментальная оснастка.

Однако для современного высокоскоростного, высокоточного и высокопроизводительного оборудования, особенно в случаях требуемого большого вылета инструмента от торца шпинделя, необходима жесткая, хорошо сбалансированная блочно-модульная технологическая инструментальная система для соединения режущего инструмента со шпинделем станка, предотвращающая возникновение вибраций режущего инструмента в процессе резания. Примером решения такой технической проблемы можно назвать изобретение «Устройство соединения модулей» по а.с. SU 1791075 A1, B23B 31/06, B23Q 3/155. По этому способу наращивания инструментальной штанги обеспечивается определенная жесткость соединения и точность позиционирования модулей путем устранения радиального зазора между их сопрягаемыми поверхностями. Однако слабым звеном этого технического решения является упругий элемент, входящий в состав стяжного винта, в некоторых случаях не обеспечивающий требуемую величину осевого усилия при стяжке соединяемых модулей.

Известно также техническое решение по а.с. SU 1313576 A1, B23B 31/04, где в качестве опорного элемента для стяжного винта применены шарики, размещенные в канавке на стяжном винте. Применение этого технического решения в конструкции по а.с. SU 1791075 A1, B23B 31/06 вместо упругого элемента из тарельчатых пружин позволяет исключить дефект этой конструкции и обеспечить требуемую величину осевого усилия при затяжке соединяемых модулей. Однако и в этой созданной конструкции узла соединения модулей имеется недостаток, а именно отсутствие надежной фиксации опорного элемента от проворачивания, а значит имеется возможность отворачивания стопорного винта от вибрации при резании.

Целью предлагаемого изобретения является устранение названного недостатка известной конструкции и обеспечение гарантированной заданной жесткости и усилия стяжки соединяемых модулей.

Поставленная цель достигается тем, что устройство соединения модулей, содержащее стяжной винт, размещенный в стыковочном отверстии базового модуля, в котором также базируется хвостовик конечного модуля и опорный элемент, выполненный из шариков, размещенных в канавке на стяжном винте и опирающихся на торец расточки, выполненной в цилиндрической части отверстия базового модуля для передачи осевого усилия при его стыковке с конечным модулем, имеющем радиальное резьбовое отверстие для установки шариков опорного элемента и винт, предохраняющий от выпадания шариков опорного элемента, отличается тем, что ось радиального резьбового отверстия смещена относительно оси шариков опорного элемента, а винт имеет коническую поверхность, контактирующую с боковой поверхностью шариков опорного элемента, что при определенном моменте затяжки этого винта обеспечивает эффект заклинивания созданного положения опорного элемента и фиксации момента затяжки стяжного винта, что противодействует поворачиванию опорного элемента и отворачиванию стяжного винта при воздействии вибрации.

Предлагаемое устройство соединения модулей изображено на чертежах, где на фиг.1 показан в разрезе базовый модуль, на фиг.2 - присоединяемый конечный модуль перед их состыковкой. На фиг.3 показан вырыв А (4:1), иллюстрирующий расклад действующих сил при стяжке модулей посредством стяжного винта, и на фиг.4 показаны в разрезе полностью соединенные (стянутые) модули.

В корпусе 1 базового модуля, закрепляемого в конусном отверстии шпинделя станка (не показан), выполнено сквозное осевое отверстие сложного профиля. В цилиндрическую часть отверстия базового модуля, обращенную в сторону корпуса 2 присоединяемого конечного модуля, вставлен с возможностью осевого и вращательного движения стяжной винт 3 с резьбовым участком и цилиндрической частью, на которой выполнена канавка под уплотнительное кольцо 4 и канавка для размещения в ней шариков 5 опорного кольцевого элемента (фиг.1 и 4). Против канавки в корпусе 1 под шарики 5 выполнена канавка 6 для размещения тех же шариков, которыми заполняют образовавшуюся полость через радиальное резьбовое отверстие, закрываемое винтом 7 с конической частью. В осевом отверстии стяжного винта 3 выполнено граненное (четырехгранник или шестигранник) отверстие под соответствующий ключ (не показан).

Между описанной цилиндрической частью отверстия корпуса 1 и его торцевой поверхностью 8 (фиг.1) выполнена внутренняя коническая базирующая поверхность 9. С противоположной стороны корпуса 1 в его центральном отверстии выполнена резьба 10 для закрепления базового модуля в шпинделе станка при помощи резьбовой тяги (не показана). Со стороны торцевой поверхности 8 на корпусе 1 выполнен также сквозной радиальный паз 11, в который при сборке описываемого устройства соединения модулей заводятся два сухаря 12, закрепляемые винтами 13 на наружной поверхности корпуса 2 конечного модуля, предотвращающие проворот от усилий резания корпуса 2 относительно корпуса 1.

На трубчатой части корпуса 2, обращенной в сторону корпуса 1, выполнены наружная базирующая коническая часть 14 и внутренняя резьба 15 для взаимодействия с наружной резьбой стяжного винта 3. На противоположной стороне корпуса 2 выполнена внутренняя поверхность конуса Морзе 17 или другая поверхность для базирования в ней режущего инструмента (не показан), имеющего соответствующий наружный конус Морзе или другую поверхность.

Сборку инструментальной штанги (из двух модулей или больше) непосредственно на металлообрабатывающем станке или на специальном стенде производят в следующем порядке. Конус 14 конечного модуля (фиг.2) вводят в сопрягаемое с ним коническое отверстие 9 базового модуля (фиг.1) до их непосредственного контакта, совмещая сухари 12 конечного модуля с соответствующими пазами 11 на базовом модуле. Затем удлиненный стержневой ключ (например, шестигранный) через осевое отверстие корпуса 1 вводят в шестигранное отверстие стяжного винта 3 и начинают его вращать.

Благодаря опорному элементу, выполненнему из шариков 5, стяжной винт 3 ограничен в движении в осевом направлении относительно базового модуля и поэтому начинает тянуть на себя резьбой конечный модуль, преодолевая сопротивление трубчатой части корпуса 2. Это взаимное стягивание модулей продолжается до упора их соответствующими торцевыми базирующими поверхностями. Расклад действующих при этом сил смотри на фиг.3. Дальнейшим вращением стержневого ключа добиваются расчетного момента затяжки (например, при помощи не показанного на чертежах динамометрического ключа, соединенного со стержневым ключом). Затем вворачиванием винта 7 до определенного момента заклиниваются шарики опорного элемента 5, предотвращая самопроизвольный поворот опорного элемента и стяжного винта 3 от вибраций, возникающих при резании металла (или другого материала). Надежность фиксации шарикового опорного элемента обеспечивается тем, что ось стопорного винта 7 смещена на некоторую расчетную величину δ (фиг.1) относительно оси шариков опорного элемента 5, и контакт конической части винта 7 с боковой поверхностью шариков опорного элемента создает заклинивание созданного положения опорного элемента и стяжного винта. Режущий инструмент посредством конуса Морзе крепится в корпусе 2 и, таким образом, собранная штанга готова к работе (фиг.4). Разъединение модулей производят в порядке, обратном описанному.

Благодаря применению шарикового опорного элемента, фиксирующим осевое расположение стяжного винта в базовом модуле и обеспечивающим достижение необходимого момента стяжки двух модулей, а также благодаря смещению оси резьбового отверстия относительно оси шарикового опорного элемента и контакта конической поверхности винта 7 по боковым поверхностям шариков опорного элемента происходит надежная фиксация стяжного винта и заклинивание этого контакта. Поставленная изобретением цель выполняется.

Устройство содержит стяжной винт, размещенный в стыковочном отверстии базового модуля, выполненного с возможностью базирования хвостовика конечного модуля и опорного элемента, выполненного из шариков, размещенных в канавке на стяжном винте с опорой на торец расточки, выполненной в цилиндрической части отверстия базового модуля, для передачи осевого усилия при его стыковке с конечным модулем, имеющим радиальное резьбовое отверстие для установки шариков опорного элемента и винт для предохранения от выпадания шариков опорного элемента. Для повышения надежности соединения ось радиального резьбового отверстия смещена относительно оси шариков опорного элемента, а на винте выполнена коническая поверхность для контактирования с боковой поверхностью шариков опорного элемента для заклинивания при определенном моменте затяжки этого винта созданного положения опорного элемента и фиксации момента затяжки стяжного винта для противодействия проворачиванию опорного элемента и отворачиванию стяжного винта при воздействии вибрации. 4 ил.

Устройство соединения модулей, содержащее стяжной винт, размещенный в стыковочном отверстии базового модуля, выполненного с возможностью базирования хвостовика конечного модуля и опорного элемента, выполненного из шариков, размещенных в канавке на стяжном винте с опорой на торец расточки, выполненной в цилиндрической части отверстия базового модуля, для передачи осевого усилия при его стыковке с конечным модулем, имеющим радиальное резьбовое отверстие для установки шариков опорного элемента и винт для предохранения от выпадания шариков опорного элемента, отличающееся тем, что ось радиального резьбового отверстия смещена относительно оси шариков опорного элемента, а на винте выполнена коническая поверхность для контактирования с боковой поверхностью шариков опорного элемента для заклинивания при определенном моменте затяжки этого винта созданного положения опорного элемента и фиксации момента затяжки стяжного винта для противодействия проворачиванию опорного элемента и отворачиванию стяжного винта при воздействии вибрации.