ПАТРОН, ИМЕЮЩИЙ ПОВОРОТНЫЙ ЗАКРЕПЛЯЮЩИЙ МЕХАНИЗМ Российский патент 2011 года по МПК B23B31/107 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к патронам, в частности к патронам для закрепления с возможностью открепления режущих инструментов или заготовок на станках.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Патроны используются для закрепления с возможностью открепления режущих инструментов или заготовок на станках, таких как станки для обработки резанием. Как хорошо известно специалистам, патроны в основном имеют установочную часть, предназначенную для закрепления с возможностью открепления в станке, и рабочую часть, которая удерживает с возможностью открепления режущий инструмент или заготовку.

В патенте США №2039149, автор Dodge, раскрыт патрон, действующий в одном направлении по типу муфты обгона, соединяющий приводящий и приводной элементы с помощью роликов, свободных от нагрузок, связанных со скольжением и перекатыванием, и имеющий очень малый боковой зазор, заполненный масляной пленкой. Патрон включает внутренний и наружный элементы, серию клиновых блоков, каждый из которых с одной стороны имеет цилиндрическую поверхность, предназначенную для введения во фрикционное взаимодействие с одним из упомянутых элементов, а с противоположной стороны - клиновую поверхность, соответствующую серию роликов, каждый из которых расположен между другим из упомянутых элементов и клиновой поверхностью одного из упомянутых блоков, и независимые от блоков средства (т.е. пружины) для поджима упомянутых роликов от блоков.

Когда патрон находится в состоянии без нагрузки, все части (т.е. коаксиальные элементы, клиновые блоки, ролики и пружины) удерживаются в плотном взаимодействии. Однако, когда приложена сжимающая нагрузка при срабатывании муфты обгона, пружины сворачиваются усилием, действующим прямо против их силы, при этом изменяется нагрузка, приложенная от пружин, и уменьшается нагрузка на пружины до достижения баланса сил. Кроме того, для уменьшения сил трения в начале зажима подается масло для образования масляной пленки на том из упомянутых элементов, на который воздействуют цилиндрические поверхности клиньев. Зажим наступает с приложением приводной нагрузки, т.е. с увеличением нагрузки на клиновые блоки масляная пленка уходит через канавки, выполненные на цилиндрических поверхностях клиновых блоков, и они переходят к фрикционному взаимодействию с упомянутыми элементами.

В патенте Великобритании №921522, авторы Hopkins и Cooper, раскрыт патрон для закрепления заготовок в виде прутков круглого сечения. Патрон включает в основном цилиндрический трубчатый элемент, разрезанный в продольном направлении с образованием по крайней мере трех лепестков, на котором установлена наружная концентричная втулка. Цилиндрический трубчатый элемент имеет эксцентричные поверхности, образованные на наружной поверхности каждого лепестка. Наружная втулка имеет на внутренней поверхности выступающие радиально внутрь кулачки. При повороте втулки относительно цилиндрического трубчатого элемента ее кулачки скользят по эксцентричной поверхности каждого лепестка, смещая их радиально внутрь и прикладывая посредством этого зажимающие усилия к прутку круглого сечения, размещенному в цилиндрическом трубчатом элементе.

В патенте США №4808049, автор Cook, раскрыт патрон для использования в станке. Патрон имеет разрезную втулку, наружная поверхность которой выполнена с множеством сегментов с наружными кулачковыми поверхностями, расположенными по периферии вокруг нее. Каждая наружная кулачковая поверхность равномерно увеличивается от меньшего к большему радиусу по отношению к центральной оси патрона и разрезной втулки. Разрезная втулка взаимодействует с зажимной втулкой, имеющей сегменты с внутренними кулачковыми поверхностями, ответными по числу и форме сегментам с наружными кулачковыми поверхностями. Поворот зажимной втулки относительно разрезной втулки вызывает взаимодействие сегментов с внутренними кулачковыми поверхностями с сегментами с наружными кулачковыми поверхностями, посредством чего разрезная втулка прикладывает зажимное усилие к хвостовику режущего инструмента.

В патенте США №6131916, автор Toda, раскрыт патрон, включающий установочную базу и выполненный с ней заодно вал, выступающий из центра обращенной вперед поверхности базы и имеющий скошенные поверхности на наружной периферийной поверхности. В выступающем валу выполнено отверстие, имеющее зажимные части и деформируемые части. Зажимные части и деформируемые части расположены через одну, при этом зажимные части расположены равномерно вдоль внутренней периферии выступающего вала. Каждая зажимная часть расположена на меньшем радиусе от центра отверстия. Деформируемые части расположены между зажимными частями на большем радиусе от центра отверстия. Поворотный цилиндр установлен с возможностью съема снаружи на выступающий вал, группа роликов размещена внутри поворотного цилиндра так, что их оси расположены вдоль оси поворотного цилиндра, и удерживается соответствующими средствами. При вращении поворотного цилиндра деформируемые части сжимаются и суживаются в поперечном сечении роликами, находящимися в периферийном контакте с наружной периферийной поверхностью выступающего вала. В результате этого зажимные части расширяются в периферийном направлении вследствие сдавливания и сужения в поперечном сечении деформируемых частей. В результате неправильной формы отверстие преобразуется в правильный круг, облегчающий вставление в него хвостовика инструмента. После вставления хвостовика инструмента в патрон поворотный цилиндр вращается от частей скошенных поверхностей на выступающем вале, расположенных на большем радиусе к их частям, расположенным на меньшем радиусе. Соответственно группа роликов перестает давить на деформируемые части. Таким образом, зажимные части не расширены. Хвостовик инструмента удерживается в отверстии зажимными частями, которые не могут возвратиться к исходной форме. Когда инструмент зажат в патроне, поворотный цилиндр удаляется с выступающего вала. Чтобы удалить инструмент из выступающего вала, поворотный цилиндр используется снова, чтобы сдавить и сузить в поперечном сечении деформируемые части и расширить зажимные части в поперечном направлении. В результате неправильной формы отверстие в зажимном положении преобразуется в правильный круг в положении разжима, что облегчает удаление хвостовика инструмента из отверстия.

Задачей настоящего изобретения является создание улучшенного патрона. Эта задача решается посредством совокупности признаков, включенных в формулу изобретения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предложен патрон для закрепления с возможностью раскрепления заготовки или инструмента. Патрон включает рабочую часть, зажимную втулку и по крайней мере один ролик. Рабочая часть имеет принимающее отверстие с продольной осью L, ограниченное боковой поверхностью. Зажимная втулка установлена в принимающем отверстии с возможностью поворота между раскрепленным положением и закрепленным положением. Зажимная втулка имеет фасонную зажимную поверхность, имеющую по крайней мере один зажимной сегмент. Зажимной сегмент включает первый наклонный участок между канавкой и гребнем, второй наклонный участок между гребнем и выемкой, причем канавка, гребень и выемка расположены соответственно на расстояниях D_T, D_C и D_D от продольной оси L, при этом D_T<D_D<D_C. По крайней мере один ролик установлен между боковой поверхностью принимающего отверстия и фасонной зажимной поверхностью. Когда зажимная втулка находится в закрепленном положении первый ролик из упомянутых одного или более роликов расположен в выемке с приложением от него радиально внутрь направленного усилия к фасонной зажимной поверхности. Когда зажимная втулка находится в раскрепленном положении, упомянутый первый ролик расположен вне выемки.

В основном, когда зажимная втулка находится в раскрепленном положении, первый ролик расположен вблизи канавки.

В основном также, когда зажимная втулка поворачивается из раскрепленного положения в закрепленное положение, первый ролик проходит вдоль по первому наклонному участку, минует гребень и входит в выемку.

В соответствии с предпочтительным вариантом принимающее отверстие и фасонная поверхность выполнены цилиндрическими.

Предпочтительно по крайней мере от одного из упомянутых одного или более роликов к боковой поверхности принимающего отверстия приложено усилие, направленное радиально наружу.

В соответствии с предпочтительным вариантом патрон включает сепаратор цилиндрических роликов, расположенный между боковой поверхностью принимающего отверстия и зажимной втулкой и имеющий по крайней мере один сквозной паз, в котором размещены один или более роликов.

В соответствии с некоторыми специальными исполнениями патрон предназначен для закрепления вращающегося станочного инструмента.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для лучшего понимания настоящего изобретения и, чтобы показать, как оно может быть выполнено на практике, отсылки будут сделаны к приложенным чертежам, на которых

на фиг.1 представлен вид в перспективе на патрон и закрепленный в нем режущий инструмент в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения;

на фиг.2 с частичным разрезом представлен вид сбоку на патрон, показанный на фиг.1;

на фиг.3 представлен вид спереди в перспективе на рабочую часть патрона, показанного на фиг.1;

на фиг.4 представлено сечение патрона вместе с режущим инструментом по линии IV-IV на фиг.2;

на фиг.5 представлен вид в перспективе в разобранном состоянии на зажимной механизм патрона, показанного на фиг.1;

на фиг.6 представлен вид спереди в перспективе на зажимную втулку зажимного механизма, показанного на фиг.5;

на фиг.7 представлен вид сзади в перспективе на зажимную втулку, показанную на фиг.6;

на фиг.8 представлен вид сбоку на зажимную втулку, показанную на фиг.5;

на фиг.9 представлено поперечное сечение зажимной втулки, показанной на фиг.5, по линии IХ-IХ на фиг.8;

на фиг.10 в увеличенном масштабе представлено поперечное сечение зажимной втулки, показанное на фиг.9;

на фиг.11 в увеличенном масштабе представлен патрон, показанный на фиг.4, в раскрепленном положении;

на фиг.12 в увеличенном масштабе представлен патрон, показанный на фиг.4, в закрепленном положении;

на фиг.13 в увеличенном масштабе представлено поперечное сечение другого варианта патрона в соответствии с настоящим изобретением в раскрепленном положении;

на фиг.14 в увеличенном масштабе представлено поперечное сечение патрона, показанного на фиг.13, в закрепленном положении;

на фиг.15 в увеличенном масштабе показано поперечное сечение еще одного варианта патрона в соответствии с настоящим изобретением в закрепленном положении;

на фиг.16 в увеличенном масштабе показано поперечное сечение варианта, показанного на фиг.15, в закрепленном положении;

на фиг.17 представлен вид в перспективе на инструментальную головку и инструмент, закрепленный в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения;

на фиг.18 представлен вид в перспективе на используемый для закрепления режущего инструмента патрон, показанный на фиг.17;

на фиг.19 представлен вид в перспективе в разобранном состоянии на патрон, показанный на фиг.18.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ

Рассмотрим фиг.1-5. В соответствии с первым вариантом патрон 30 с возможностью раскрепления закрепляет хвостовик 32 режущего инструмента в выполненной в виде единого целого его рабочей части 34. Режущий инструмент может быть вращающимся режущим инструментом, таким как концевая фреза, хотя хвостовик может принадлежать и другим типам инструментов или быть даже заготовкой.

Патрон 30 имеет продольную ось L, определяющую направление спереди назад, и выполненную в виде единого целого заднюю установочную часть 36, которая с возможностью замены устанавливается в шпинделе станка (не показан). Установочная часть проходит вперед к установочному фланцу 38, при этом рабочая часть 34 проходит вперед от установочного фланца к ее передней поверхности 40, перпендикулярной продольной оси L. Точная форма и действия с установочной частью 36 и установочным фланцем 38 в основном известны специалистам.

Приемное отверстие 42, имеющее цилиндрическую боковую поверхность 44, проходит коаксиально с продольной осью L назад от передней поверхности 40 и ограничивается задним концом 46. В приемном отверстии 42 размещен зажимной механизм 48, имеющий зажимную втулку 50 и множество роликов 52, размещенных в сепараторе 54. Множество роликов 52 и сепаратор 54 расположены между зажимной втулкой 50 и боковой поверхностью 44 отверстия 42.

Теперь обратим внимание на фиг.6 и 7. Зажимная втулка 50 предпочтительно выполнена в виде единого элемента из твердого и упругого материала и предпочтительно изготавливается с использованием обычных металлорежущих операций. Зажимная втулка 50 проходит от ее переднего конца к ее заднему концу параллельно продольной оси L. Сквозное отверстие 60, в котором размещается хвостовик инструмента 32, проходит через зажимную втулку 50 от ее переднего конца 56 к ее заднему концу 58 коаксиально с продольной осью L. Передний конец 56 втулки выполнен в виде головки 62, которая выступает радиально наружу по отношению к основному цилиндрическому корпусу 64 втулки, проходящему в продольном направлении назад от него к заднему концу 58 коаксиально с продольной осью L. Головка 62 может быть предпочтительно шестигранной формы и имеет шестиугольную переднюю поверхность 66 и противолежащую ей параллельную шестиугольную заднюю поверхность 68, обе передняя и задняя поверхности 66, 68 расположены перпендикулярно к продольной оси L. На сквозном отверстии 60 со стороны передней поверхности 66 выполнена фаска 70. Периферийная огибающая 72, имеющая шесть плоских контактных поверхностей 74, проходит между передней и задней поверхностями 66, 68 головки параллельно продольной оси L. Головка 62 выполнена для взаимодействия с соответствующей формы ключом (не показан). Хотя в показанном варианте применена шестигранная головка 62, понятно, что вместо нее другой формы головка (и соответствующий инструмент для нее) может быть использована.

Корпус 64 втулки имеет фасонную зажимную поверхность 76, отделенную от задней поверхности 68 головки периферийной проточкой 78 и проходящую назад от нее параллельно продольной оси L к задней поверхности 80 втулки, проходящей назад от фасонной зажимной поверхности 76 до заднего конца 58 втулки.

Рассмотрим теперь фиг.8 и 9. Фасонная зажимная поверхность 76 имеет множество идентичных зажимных сегментов 82. Каждый зажимной сегмент 82 проходит в продольном направлении вдоль фасонной зажимной поверхности 76, параллельной продольной оси L, и расположен по периферии между предшествующим зажимным сегментом 82' и последующим зажимным сегментом 82". Каждый зажимной сегмент 82 ограничен первым упорным ребром 84 и вторым упорным ребром 84'. В одном варианте фасонная зажимная поверхность 76 имеет шесть идентичных зажимных сегментов 82. Поскольку зажимные сегменты 82 идентичны, только один из них будет описан детально. Понятно также, что хотя использован термин «сегмент», фасонная зажимная поверхность 76 наиболее часто имеет единую структуру и является непрерывной поверхностью.

Как лучше всего видно на фиг.10, зажимной сегмент 82 расположен между соседними упорными ребрами 84, 84'. Первое плечо 85 наклонено в направлении радиально внутрь от первого упорного ребра 84 к канавке 86. Первый наклонный участок 88 проходит от канавки 86 до гребня 90. Как видно на варианте, показанном на фиг.10, первый наклонный участок 88 может перекрывать половину периферийной длины сегмента 82 с постепенным наклоном в направлении радиально наружу. В других вариантах ограничивающая часть первого наклонного участка 88 вблизи гребня 90 выполнена в форме площадки 95, имеющей уменьшенный наклон по отношению к остальному первому участку 88. От гребня 90 второй наклонный участок 92 проходит к выемке 94. От выемки 94 третий наклонный участок 96 проходит ко второму упорному ребру 84'. Эта последовательность особенностей затем повторяется для каждого сегмента зажимной поверхности 76, при этом следует понимать, что каждая из этих особенностей проходит в продольном направлении.

Учитывая изложенное, можно заметить, что канавка 86 расположена между упорным ребром 84 и первым наклонным участком 88; первый наклонный участок 88 расположен между канавкой 86 и гребнем 90; а выемка 94 образована с дальней стороны гребня 90. Канавка 86, гребень 90, выемка 94 и упорное ребро 84 расположены соответственно на расстояниях D_T, D_C, D_D и D_S от продольной оси L, причем расстояние канавки D_T выполнено меньше, чем расстояние выемки D_D, а расстояние выемки D_D выполнено меньше, чем расстояние гребня D_C. Расстояние упорного ребра D_S может быть равно или больше, чем расстояние гребня D_C. Таким образом, D_T<D_D<D_C<D_S.

В соответствии с предпочтительными вариантами, и как показано на фиг.4 и 5, каждый зажимной сегмент взаимодействует с парой 98 роликов. Два ролика 52 пары 98 могут быть идентичными. Соответственно, зажимной механизм 48 в этом варианте имеет шесть пар 98 роликов.

Каждый ролик 52 выполнен цельным обычной конструкции и предпочтительно из твердого и упругого материала. Каждый ролик 52 имеет цилиндрическую поверхность, проходящую вдоль его продольной оси R. Пары 98 роликов отделены друг от руга сепаратором 54, расположенным коаксиально продольной оси L, имеющим в основном цилиндрическую форму и ограниченным внутренней поверхностью 100 и наружной поверхностью 102. Шесть идентичных разнесенных друг от друга продольных сквозных пазов 104 проходят радиально между внутренней поверхностью 100 и наружной поверхностью 102 сепаратора, а в осевом направлении расположены параллельно продольной оси L. Каждая из шести пар 98 роликов размещена в одном сквозном пазу 104 сепаратора, посредством чего каждая пара роликов отделена от соседних пар 98 роликов. Пазы 104 сепаратора ориентируют ролики 52 так, что продольная ось R каждого ролика расположена параллельно продольной оси L патрона 30.

Как лучше всего видно на фиг.1 и 2, зажимной механизм 48 размещен на рабочей части 34, при этом корпус втулки 64 размещен в приемном отверстии 42 коаксиально продольной оси L, а головка 62 втулки выступает вперед по отношению к рабочей части 34 так, что задняя поверхность 68 головки примыкает к передней поверхности 40 рабочей части. Как лучше всего видно на фиг.4, когда зажимной механизм размещен в приемном отверстии 42, пара 98 роликов, взаимодействующая с каждым зажимным сегментом 82, зажата между зажимным сегментом 82 и боковой поверхностью 44 приемного отверстия, при этом внутренняя поверхность 100 сепаратора обращена к фасонной зажимной поверхности 76 зажимной втулки 50, а наружная поверхность 102 сепаратора обращена к боковой поверхности 44 приемного отверстия 42.

Для того чтобы закрепить хвостовик 32 инструмента в патроне 30 или раскрепить его, зажимной механизм 48 поворачивается по отношению к рабочей части 34 между раскрепленным положением и закрепленным положением. Поворот зажимного механизма 48 из раскрепленного положения к закрепленному положению и наоборот может быть выполнен ключом (не показан), поворачивающим головку 62 зажимной втулки 50.

В раскрепленном положении, как лучше всего видно на фиг.11, каждая пара 98 роликов расположена со стороны первого наклонного участка 88, примыкающей к канавке. Пара 98 роликов включает ведущий или первый ролик 52' и второй ролик 52", соседний с первым роликом 52'. Второй ролик 52" каждой пары 98 роликов расположен в канавке 86, непосредственно примыкающей к плечу 85 упорного ребра 84 в то время, как первый ролик 52' пары 98 роликов расположен с другой стороны от второго ролика 52" от упорного ребра 84. Таким образом, как видно на фиг.11, первый ролик 52' может быть по крайней мере частично размещен на первом наклонном участке 88, примыкающем к канавке 86. Сквозное отверстие 60 зажимной втулки 50 по размеру выполнено таким, чтобы в раскрепленном положении хвостовик 32 инструмента мог быть свободно вставлен в него или удален.

Поворот зажимной втулки 50 к закрепленному положению вызывает движение зажимного сегмента 82 по отношению к паре 98 роликов. При перемещении от раскрепленного положения на фиг.11 к закрепленному положению на фиг.12 зажимной сегмент 82 движется в направлении по стрелке S. Вследствие этого пара 98 роликов катится вдоль первого наклонного участка 88 от канавки 86 к гребню 90. В закрепленном положении на фиг.12 первый ролик 52' каждой пары 98 роликов проходит гребень 90 и размещается в выемке 94, расположенной между гребнем 90 и смежным упорным ребром 84' в то время, как второй ролик 52" пары 98 роликов остается на гребне 90. Поскольку расстояние выемки D_D и расстояние гребня D_C выполнены больше, чем расстояние канавки D_T, вращение зажимного механизма в закрепленное положение заставляет ролики 52 смещать зажимной сегмент 82 радиально внутрь, вызывая сжатие корпуса 64 втулки и сквозного отверстия 60, посредством чего происходит закрепление хвостовика 32 инструмента.

Когда зажимная втулка 50 находится в закрепленном положении на фиг.12, поскольку первый ролик 52' расположен в выемке 94, он находится слегка радиально внутри по отношению ко второму ролику 52". Поэтому первый ролик 52' может с меньшим усилием удерживаться между выемкой 94 и боковой поверхностью 44 приемного отверстия и поэтому может совсем не прикладывать зажимного усилия - его задача запирать зажимную втулку в закрепленном положении за счет размещения выемки 94. При этом второй ролик 52" прикладывает направленное радиально внутрь усилие к плоскому участку 95 фасонной поверхности зажимного сегмента 82 и направленное радиально наружу усилие к боковой поверхности рабочей части 34. Таким образом для варианта на фиг.12, в то время, как второй ролик 52" прикладывает сжимающее усилие, чтобы сжать зажимную втулку 50 радиально внутрь для фрикционного захвата хвостовика 32 инструмента, и прикладывает направленное радиально наружу усилие, чтобы зафиксировать зажимной механизм на рабочей части 34, первый ролик 52' гарантирует, что зажимной механизм 48 удерживается в закрепленном положении при отсутствии достаточного поворотного усилия для его смещения из выемки 94.

В других возможных вариантах различные патроны могут иметь различные зажимные механизмы с меньшим числом зажимных сегментов 82, например 2, 3, 4 или 5 или с большим количеством зажимных сегментов 82, например 7, 8, 9, 10 или более, и соответственно с меньшим числом пар 98 роликов, например 2, 3 4 или 5 или с большим числом пар 98 роликов, например 7, 8, 9, 10 или более.

Теперь обратим внимание на фиг.13 и 14, на которых представлено раскрепленное положение и закрепленное положение соответственно патрона 230 в соответствии со вторым вариантом настоящего изобретения, согласно которому используется только один ролик для взаимодействия с каждым зажимным сегментом. Поскольку патрон 230 имеет много элементов, сходных с патроном 30, сходные элементы патрона 230 будут обозначены ниже номерами позиций, которые получены путем добавления 200 к номерам позиций для патрона 30.

Патрон 230 имеет продольную ось L, определяемую во многом также, как продольная ось L патрона 30. Рабочая часть 234 патрона 230 имеет приемное отверстие 242, проходящее коаксиально продольной оси L. В приемном отверстии 242 размещен зажимной механизм 248, включающий зажимную втулку 250 и сепаратор 254. Зажимная втулка 250 имеет сквозное отверстие 260, проходящее в продольном направлении коаксиально с продольной осью L, и фасонную зажимную поверхность 276, имеющую множество зажимных сегментов 282. В соответствии с одним исполнением этого варианта фасонная зажимная поверхность 276 имеет шесть идентичных зажимных сегментов 282.

Сквозное отверстие 260 предназначено для размещения в нем хвостовика 232 инструмента. Множество роликов, разнесенных друг от друга, размещены между фасонной зажимной поверхностью 276 и боковой поверхностью 244 приемного отверстия 242. Однако патрон 230 имеет единственный ролик 252А, 252В, 252С и т.д., взаимодействующий с каждым зажимным сегментом 282, в то время как патрон 30 имеет пару 98 роликов из идентичных первого и второго роликов 52', 52", взаимодействующую с каждым зажимным сегментов 82. Соответственно зажимной механизм 248 по второму варианту, как показано на фиг.13 и 14, имеет в общем шесть таких роликов.

В раскрепленном положении патрона 230, показанном на фиг.13, ролик 252А, взаимодействующий с зажимным сегментом 282, расположен в его канавке 286, в результате чего облегчается вставление, позиционирование или удаление хвостовика 232 инструмента из сквозного отверстия 260. Поворот зажимной втулки 250 в направлении закрепленного положения заставляет ролик 252А, взаимодействующий с зажимным сегментом 282, двигаться относительно корпуса 264 втулки по первому наклонному участку 288 к гребню 290 зажимного сегмента 282. В закрепленном положении, как лучше всего видно на фиг.14, ролик 252А минует гребень 290 и размещается в выемке 294, расположенной между гребнем 290 и прилегающим упорным ребром 284', посредством чего вызывается сжатие корпуса 264 втулки, уменьшение размера сквозного отверстия 260 и надежное закрепление хвостовика 232 инструмента.

В этом варианте с «единичным роликом», ролик 252А при размещении в выемке 294 зажимной втулки 250 в закрепленном положении на фиг.14 воздействует в радиальном направлении внутрь на дно выемки 294 и в радиальном направлении наружу на боковую поверхность 244. Ролик 252А, благодаря своему расположению в выемке 294, также помогает удерживать зажимную втулку 250 в закрепленном положении. Таким образом, в этом варианте ролик 252А выполняет функцию как первого ролика 52', так и второго ролика 52" в варианте «пара роликов», описанном выше по отношению к фиг.11 и 12.

В других возможных вариантах различные патроны могут иметь различные зажимные механизмы с меньшим количеством зажимных сегментов 282, например 2, 3, 4 или 5 или с большим количеством зажимных сегментов, например 7, 8, 9, 10 или больше, и соответственно с меньшим числом роликов 252, например 2, 3, 4 или 5 или большим числом роликов 252, например 7, 8, 9, 10 или больше.

Рассмотрим теперь фиг.15 и 16, показывающие раскрепленное и закрепленное положения соответственно патрона 430 в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения. Поскольку патрон 430 имеет много элементов, сходных с элементами патрона 30, для таких элементов ниже будут использованы номера позиций, увеличенные на 400 по сравнению с номерами позиций элементов патрона 30.

Патрон 430 имеет продольную ось L, определяемую во многом также, как продольная ось L патрона 30. Рабочая часть 434 патрона 430 имеет приемное отверстие 442, проходящее коаксиально продольной оси L. Приемное отверстие 442 взаимодействует с зажимным механизмом 448, содержащим зажимную втулку 450. Зажимная втулка 450 имеет сквозное отверстие 460, проходящее в продольном направлении коаксиально продольной оси L, и фасонную зажимную поверхность 476, имеющую множество выполненных на ней зажимных сегментов 482. В соответствии с одним исполнением этого варианта фасонная зажимная поверхность 476 имеет шесть идентичных зажимных сегментов 482. Сквозное отверстие 460 предназначено для размещения в нем хвостовика 432 инструмента. Множество роликов 452 размещено между фасонной зажимной поверхностью 476 и боковой поверхностью 444 приемного отверстия 442. В рассматриваемом варианте три ролика: первый, второй и третий 452', 452", 452''' составляют трио 498 роликов, взаимодействующих с каждым зажимным сегментом 482 зажимной втулки 450 в то время, как патрон 30 имеет только два 52', 52" ролика, входящих в пару 98 роликов, взаимодействующую с каждым зажимным сегментом 82. Соответственно зажимной механизм 448 имеет шесть трио 498 роликов. Три ролика 452', 452", 452''', взаимодействующие с каждым зажимным сегментом 482, могут быть идентичными.

В раскрепленном положении патрона 430, показанном на фиг.15, трио 498 роликов, взаимодействующее с зажимным сегментом 482, расположено на первом наклонном участке 488 со стороны канавки. Третий ролик 452''' размещен в канавке 486, непосредственно примыкающей к плечу 485 упорного ребра 484 (см. фиг.15) в то время, как второй и первый ролики 452", 452' соответственно примыкают к третьему ролику 452'''. Таким образом, второй и первый ролики 452", 452' могут быть, по крайней мере, частично расположены на первом наклонном участке 488 вблизи канавки 486. Первый наклонный участок 488 проходит от канавки 486 к гребню 490, таким образом облегчается вставление, позиционирование или удаление хвостовика 432 инструмента в раскрепленном положении.

В закрепленном положении, как лучше всего видно на фиг.16, первый ролик 452' миновал гребень 490 и размещен в выемке 494, расположенной между гребнем 490 и смежным ему упорным ребром 484' в то время, как третий и второй ролики 452''', 452" расположены на плоском участке 495 фасонной поверхности зажимного сегмента 482, примыкающей к его гребню 490. Таким образом, в варианте «трио роликов» первый ролик 452', взаимодействующий с выемкой 494, запирает зажимную втулку 450, а второй ролик 452" и третий ролик 452''' прикладывают необходимые радиальные усилия для сжатия зажимной втулки 450 и закрепления размещенного в сквозном отверстии 460, выполненном во втулке 450, хвостовика 432 инструмента и помогают закреплять зажимную втулку 450 в приемном отверстии 442.

В других возможных вариантах различные патроны могут иметь различные зажимные механизмы с меньшим количеством зажимных сегментов 476, например 2, 3, 4 или 5, или с большим количеством зажимных сегментов 476, например 7, 8, 9, 10 или больше, и соответственно с меньшим количеством трио 448 роликов, например 2, 3, 4 или 5, или большим количеством трио 448 роликов, например 7, 8, 9, 10 или больше.

Как следует из приведенного выше описания, с зажимным сегментом взаимодействует один или более роликов. Когда зажимная втулка находится в закрепленном положении, первый ролик из одного или более роликов расположен в выемке и помогает выдерживать зажимную втулку в закрепленном положении. В вариантах, описанных выше, остальные ролики, если они есть, расположены вблизи выемки и помогают прикладывать необходимые радиальные усилия для закрепления хвостовика инструмента, а также удерживать зажимную втулку в приемном отверстии (единственный ролик также выполняет эту функцию в варианте «единственный ролик»). Когда зажимная втулка находится в раскрепленном положении, первый ролик не размещен в выемке. Наконец, при повороте зажимной втулки от раскрепленного положения к закрепленному положению первый ролик проходит по наклонному участку, минует гребень и входит в выемку.

Рассмотрим фиг.17-19, показывающие патрон 630. Поскольку патрон 630 имеет много элементов, сходных с элементами патрона 30, номера позиций сходных элементов патрона 630 будут получены ниже путем прибавления 600 к номерам позиций патрона 30.

Патрон 630 имеет продольную ось L, определяемую во многом также, как продольная ось L патрона 30, и предназначен для закрепления с возможностью раскрепления хвостовика стационарного режущего инструмента в рабочей части 634. Стационарный режущий инструмент может быть, например, в виде токарного инструмента, хотя и другие инструменты могут также использоваться. Рабочая часть 634 соединена с установочной частью 636, которая может быть с возможностью замены установлена в головке 720 станка, такого как токарный станок. Головка 720 выполнена в основном в форме плоского диска, имеющего параллельные и противолежащие в основном круглые переднюю 722 и заднюю (на фиг.17 не видна) поверхности и цилиндрическую периферийную поверхность 724, проходящую между ними, как показано на фиг.17. Множество держателей 726 патронов расположены группой на головке 720 вблизи периферийной поверхности 724. В каждом держателе 726 установлен патрон. Множество держателей 726 патронов может быть расположено по кругу. Каждый держатель 726 патрона выполнен так, чтобы принимать и удерживать установочную часть 636 патрона 630. Держатель 726 патрона имеет в основном отверстие усеченной цилиндрической формы, цилиндрическую стенку 728, проходящую от передней 722 поверхности головки к ее задней поверхности. Цилиндрическая стенка 728 усечена плоской опорой 730 патрона, определяющей первый и второй концы 732', 732" так, что цилиндрическая стенка 728 проходит по периферии от первого конца 732' ко второму концу 732" вдоль центрального угла θ, большего чем 180°. Плоская опора 730 патрона проходит от второго конца 732" к первому концу 732' держателя 726 патрона. Плоская опора 730 патрона предназначена для предотвращения поворота установочной части 636, удерживаемой в держателе 726 патрона.

Как показано на фиг.19, установочная часть 636 выполнена в форме продолговатой призмы, имеющей наружную поверхность 734, проходящую в продольном направлении между противолежащими и параллельными передней поверхностью 736 и задней поверхностью (на фиг.19 не видна) параллельно продольной оси L. Наружная поверхность 734 имеет четыре идентичные боковые стенки 738, каждая из которых в основном перпендикулярна к прилежащим боковым стенкам 738 и сопряжена с ними закругленными углами 740 по поверхности 742, которая соответствует по форме и размерам цилиндрической стенке 728 головки 720.

Установочная часть 636 имеет в основном цилиндрическое сквозное отверстие 744, проходящее от передней поверхности 736 к задней поверхности коаксиально с продольной осью L. Два отстоящих друг от друга фиксирующих резьбовых сквозных отверстия 746 проходят между одной из боковых стенок 748, которая является фиксирующей боковой стенкой 748, и сквозным отверстием 744 вблизи передней поверхности 736. Каждое фиксирующее резьбовое сквозное отверстие предназначено для размещения в нем фиксирующего винта (не показан).

Рабочая часть 634 выполнена в основном цилиндрической формы с периферийной поверхностью 750, проходящей коаксиально продольной оси L между передним 752 и задним 754 концами рабочей части. Приемное отверстие 642 ограничено в основном цилиндрической боковой поверхностью 644, проходящей через рабочую часть 634 от ее переднего конца 752 к заднему концу 754 коаксиально продольной оси L. В варианте, показанном на фиг.19, периферийная поверхность 750 имеет четыре выполненные на ней взаимно перпендикулярных и разнесенных по периферии плоские фиксирующие площадки 756, расположенные параллельно продольной оси L от передней части 758, примыкающей к переднему концу 752, к задней части 760, примыкающей к заднему концу 754.

Рабочая часть 634 размещена в сквозном отверстии 744 так, что одна из фиксирующих площадок 756 обращена к сквозным резьбовым отверстиям 746. Когда фиксирующие винты (не показаны) затянуты в резьбовых отверстиях 746, конец каждого из них (не показан) давит на обращенную к нему фиксирующую площадку 756, предотвращая таким образом поворот рабочей части 634 относительно установочной части 636.

В приемном отверстии 642 размещен зажимной механизм 648, содержащий зажимную втулку 650, множество роликов 652 и сепаратор 654. Действие зажимного механизма 648 идентично действию зажимных механизмов 48, 248 и 448 и, следовательно, не требует подробного описания. Когда зажимной механизм 648 находится в раскрепленном положении, хвостовик 632 инструмента может быть свободно вставлен, позиционирован или удален из сквозного отверстия 660, образованного в зажимной втулке 650 зажимного механизма 648, размеры которой выполнены такими, чтобы облегчить такое вставление или удаление хвостовика 632 инструмента. Когда зажимной механизм 648 находится в закрепленном положении, множество роликов 652, расположенных между фасонной зажимной поверхностью 676 зажимной втулки 650 и цилиндрической поверхностью 644 приемного отверстия 642, сжимают зажимную втулку 650 радиально внутрь, вызывая уменьшение размера сквозного отверстия и закрепляя хвостовик 632 инструмента в зажимной втулке 650.

Когда ролики 652 сжимают зажимную втулку 650 радиально внутрь, они также расширяют рабочую часть 634 радиально наружу. Поскольку рабочая часть 634 размещена в сквозном отверстии 744 установочной части 636, расширение радиально наружу рабочей части 634 вызывает также расширение установочной части 636. При расширении установочной части 636 округленные углы 740 воздействуют в направлении радиально наружу на цилиндрическую стенку 728 так, что одна из боковых стенок 738 поджимается к опоре 730 патрона для центрирования и позиционирования патрона 630 в головке 720. Таким образом, переход зажимной втулки 650 из раскрепленного положения в закрепленное положение закрепляет хвостовик 632 инструмента в зажимной втулке 650, закрепляет зажимную втулку 650 в рабочей части 634, закрепляет рабочую часть 634 в установочной части 636 и закрепляет и позиционирует установочную часть 636 патрона 630 в головке 720.

В соответствии с некоторыми вариантами фасонная зажимная поверхность 676 имеет шесть идентичных зажимных сегментов 682 (похожих на зажимные сегменты 82, но не показанных на фиг.19). Каждый зажимной сегмент взаимодействует с парой 698 роликов, включающей два идентичных ролика 652. Соответственно зажимной механизм 648 в этом варианте содержит шесть пар 698 роликов.

В других возможных вариантах различные патроны могут иметь различные зажимные механизмы с меньшим числом зажимных сегментов 682, например 2, 3, 4 или 5, или с большим числом зажимных сегментов 682, например 7, 8, 9, 10 или больше, и соответственно меньшим числом пар 698 роликов, например 2, 3, 4 или 5, или большим числом пар 698 роликов, например 7, 8, 9, 10 или больше.

Другие возможные варианты настоящего изобретения могут относиться к различным патронам с изменениями зажимных механизмов. Например, зажимной механизм может иметь единственный ролик 652, взаимодействующий с каждым зажимным сегментом 682, или они могут иметь идентичные первый, второй и третий ролики 652', 652", 652''', составляющие трио 698 роликов, взаимодействующее с каждым зажимным сегментом 682. Другие числа роликов также возможны.

Хотя настоящее изобретение было описано с определенной степенью детализации, следует понимать, что его изменения и модификации могут выполнены без отхода от существа изобретения, изложенного в приведенной ниже формуле.

Патрон предназначен для закрепления с возможностью раскрепления инструмента или заготовки, содержит рабочую часть, имеющую приемное отверстие с продольной осью и боковой поверхностью, зажимную втулку, размещенную в приемном отверстии с возможностью поворота между раскрепленным положением и закрепленным положением и имеющую фасонную зажимную поверхность с по крайней мере одним зажимным сегментом, включающим первый наклонный участок между канавкой и гребнем и второй наклонный участок между гребнем и выемкой, причем расстояния до продольной оси канавки D_T, гребня D_C и выемки D_D связаны между собой соотношением: D_T<D_C<D_D, один или более роликов, взаимодействующих с по крайней мере одним зажимным сегментом и расположенных между боковой поверхностью приемного отверстия и фасонной зажимной поверхностью. При расположении зажимной втулки в закрепленном положении первый ролик из упомянутых размещен в выемке и один из роликов прикладывает к фасонной зажимной поверхности направленное радиально внутрь усилие, а при расположении зажимной втулки в раскрепленном положении размещен вне выемки. Технический результат: повышение надежности патрона. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 19 ил.

1. Патрон для закрепления с возможностью раскрепления инструмента или заготовки, содержащий рабочую часть, имеющую приемное отверстие с продольной осью L и боковой поверхностью, зажимную втулку, размещенную в приемном отверстии с возможностью поворота между раскрепленным положением и закрепленным положением и имеющую фасонную зажимную поверхность с по крайней мере одним зажимным сегментом, включающим первый наклонный участок между канавкой и гребнем и второй наклонный участок между гребнем и выемкой, причем расстояния до продольной оси L канавки D_T, гребня D_C и выемки D_D связаны между собой соотношением: D_T<D_C<D_D, один или более роликов, взаимодействующих с по крайней мере одним зажимным сегментом и расположенных между боковой поверхностью приемного отверстия и фасонной зажимной поверхностью, причем при расположении зажимной втулки в закрепленном положении первый ролик из упомянутых одного или более роликов размещен в выемке и один из упомянутых одного или более роликов прикладывает к фасонной зажимной поверхности направленное радиально внутрь усилие, а при расположении зажимной втулки в раскрепленном положении размещен вне выемки.

2. Патрон по п.1, в котором при расположении зажимной втулки в открепленном положении первый ролик расположен вблизи канавки.

3. Патрон по п.2, в котором при повороте зажимной втулки от раскрепленного положения в закрепленное положение первый ролик проходит вдоль первого наклонного участка, минует гребень и входит в выемку.

4. Патрон по п.1, в котором приемное отверстие и зажимная втулка выполнены цилиндрическими.

5. Патрон по п.1, в котором по крайней мере один из упомянутых одного или более роликов прикладывает направленное радиально наружу усилие к боковой поверхности приемного отверстия.

6. Патрон по п.1, в котором один или более роликов выполнены цилиндрическими, каждый ролик имеет ось R, параллельную продольной оси L.

7. Патрон по п.1, в котором зажимной сегмент ограничен выступающим упорным ребром, имеющим расстояние D_S до продольной оси L, причем D_C≤D_S.

8. Патрон по п.1, который снабжен сепаратором для цилиндрических роликов, расположенным между боковой поверхностью приемного отверстия и зажимной втулкой и имеющим по крайней мере один сквозной паз для размещения одного или более роликов.

9. Патрон по п.1, в котором выполнено шесть зажимных сегментов, каждый из которых взаимодействует с одним или более роликов.

10. Патрон по п.9, в котором каждый зажимной сегмент взаимодействует с двумя роликами, при расположении зажимной втулки в закрепленном положении первый из двух роликов расположен в выемке, а второй из двух роликов прикладывает направленное радиально внутрь усилие к фасонной зажимной поверхности.

11. Патрон по п.9, в котором каждый зажимной сегмент взаимодействует с тремя роликами, при расположении зажимной втулки в закрепленном положении первый из трех роликов расположен в выемке, а оба - второй и третий из трех роликов прикладывают направленное радиально внутрь усилие к фасонной зажимной поверхности.

12. Патрон по п.1, в котором один ролик взаимодействует с по крайней мере одним зажимным сегментом, при расположении зажимной втулки в закрепленном положении упомянутый один ролик расположен в выемке и прикладывает направленное радиально внутрь усилие к фасонной зажимной поверхности.

13. Патрон по п.1, в котором пара роликов взаимодействует с по крайней мере одним зажимным сегментом.

14. Патрон по п.1, в котором три ролика взаимодействуют с по крайней мере одним зажимным сегментом.

15. Патрон по п.1, в котором инструмент выполнен в виде вращающегося станочного инструмента.

16. Патрон по п.1, который снабжен установочной частью, имеющей выполненное в ней сквозное отверстие и наружную поверхность, при этом рабочая часть размещена в отверстии установочной части.

17. Патрон по п.16, в котором на наружной поверхности рабочей части выполнено множество разнесенных по периферии фиксирующих площадок, а на наружной поверхности установочной части выполнена боковая стенка с парой сквозных резьбовых отверстий, проходящих до ее сквозного отверстия.

18. Патрон по п.16, в котором при расположении зажимной втулки в закрепленном положении один или более роликов воздействуют на рабочую часть для расширения ее в направлении радиально наружу для закрепления с возможностью раскрепления рабочей части в установочной части.

19. Головка станка, содержащая множество держателей патрона, расположенных группой, при этом в каждом держателе установлен патрон по п.1.

20. Патрон для закрепления с возможностью раскрепления инструмента или заготовки, содержащий рабочую часть, имеющую приемное отверстие с продольной осью L и боковой поверхностью, зажимную втулку, размещенную в приемном отверстии с возможностью поворота между раскрепленным положением и закрепленным положением и имеющую фасонную зажимную поверхность с множеством зажимных сегментов, каждый зажимной сегмент включает первый наклонный участок между канавкой и гребнем и выемку, образованную с дальней стороны гребня, причем расстояния до продольной оси L канавки D_T, гребня D_C и выемки D_D связаны между собой соотношением: D_T<D_D<D_T, один или более роликов, взаимодействующих с каждым зажимным сегментом и расположенных между боковой поверхностью приемного отверстия и фасонной зажимной поверхностью, причем при расположении зажимной втулки в закрепленном положении первый ролик из упомянутых одного или более роликов размещен в выемке соответствующего зажимного сегмента и по крайней мере один из упомянутых одного или более роликов прикладывает к фасонной зажимной поверхности направленное радиально внутрь усилие, а при расположении зажимной втулки в раскрепленном положении упомянутый первый ролик размещен вне выемки, при этом при повороте зажимной втулки из раскрепленного положения в закрепленное положение первый ролик проходит вдоль первого наклонного участка, минует гребень и входит в выемку.