ЗАЖИМНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2013 года по МПК B23B31/00 B23Q3/00 

Настоящее изобретение касается зажимного устройства, выполненного согласно ограничительной части формулы изобретения.

Такого рода зажимные устройства используются для зажима в определенной позиции инструментов, обрабатываемых изделий или приспособлений для крепления обрабатываемых изделий. Зажимной патрон обычно стационарно фиксируется на рабочем столе обрабатывающего станка или пресса, в то время как устройство для крепления изделия может многократно крепиться в точной позиции на зажимном устройстве и вновь отсоединяться.

Из документа EP 0111092 B2 известно соединительное устройство для сменного соединения без возможности проворачивания изделия с обрабатывающим устройством. Устройство состоит из двух соосных соединительных узлов и одного промежуточно расположенного поводкового диска (патрона). Один соединительный элемент снабжен круглым, расположенным по центру поводковым пальцем, а также одним продольным, эксцентрично расположенным поводковым пальцем. Центральный поводковый палец имеет наружную боковую поверхность в форме усеченного конуса, в то время как эксцентрично расположенный поводковый палец содержит две проходящих параллельно радиусу боковых поверхности, которые проходят с наклоном относительно оси вращения соединительного узла. Поводковый диск снабжен одним центральным круглым отверстием, а также одним эксцентрично расположенным, по существу овальным отверстием, причем отверстия соответствуют по форме и положению соответствующему поводковому пальцу. На соединительном узле расположены три распорных пальца, поверхности которых выступают над поверхностью соединения и при зажатом соединительном устройстве прилегают к поверхности другого соединительного узла. Поводковый диск выполнен из пружинной стали, причем предусмотренные в нем отверстия согласованы с обоими поводковыми пальцами таким образом, что поводковый диск в зажатом состоянии соединительного устройства упруго деформируется в осевом направлении в области отверстий.

Изобретение направлено на усовершенствование зажимного устройства с зажимным патроном и одним, фиксируемым на нем зажимным элементом таким образом, что зажимное устройство является нечувствительным к загрязнению, зажимной элемент может повторно точно позиционироваться на зажимном патроне, и возможно несложное и рентабельное изготовление центрирующих элементов.

С этой целью в изобретении предусмотрено зажимное устройство в соответствии с п.1 формулы изобретения.

Предпочтительные формы исполнения и модификации предмета изобретения описываются в зависимых пп.2-15.

Для обеспечения точного позиционирования зажимного элемента на зажимном патроне с высокой, а также повторяемой точностью предусмотрены по меньшей мере три пары центрирующих элементов, которые взаимодействуют между собой таким образом, что зажимной элемент при закреплении позиционируется относительно зажимного патрона в направлении осей Х и У, а также относительно углового положения оси Z, причем за счет линейного прилегания боковых поверхностей центрирующих цапф к боковым стенкам соответствующего центрирующего отверстия достигается высокая степень нечувствительности к загрязнению.

С целью достижения высокой стабильности закрепленного на зажимном патроне зажимного элемента предусмотрены четыре распорных пальца, которые выступают относительно далеко наружу.

В п.16 заявляется, к тому же, зажимной элемент для использования в представленном в пп.1-15 зажимном устройстве. Предпочтительные усовершенствования зажимного элемента определены в п.17.

В п.18 определяется центрирующая пластина, которая весьма предпочтительным образом пригодна для расположения на базовом корпусе зажимного элемента с целью использования в зажимном устройстве в соответствии с одним из пп.1-15. Предпочтительные усовершенствования центрирующей пластины описаны в зависимых пп.19÷21 формулы изобретения.

В последующем со ссылкой на приложенные чертежи более подробно поясняется один предпочтительный пример выполнения соответствующего изобретению зажимного устройства. На чертежах показано:

на фиг.1 - зажимное устройство в схематическом представлении во время процесса центрирования;

на фиг.2 - зажимное устройство в соответствии с фиг.1 после звершения процесса центрирования;

на фиг.2а - увеличенный фрагмент из фиг.2;

на фиг.2b - два центрирующих элемента в перспективном изображении;

на фиг.3 - зажимное устройство, состоящее из зажимного патрона, а также зажимного элемента;

на фиг.4 - предпочтительный пример выполнения центрирующей пластины.

С помощью фиг.1, на которой показано зажимное устройство в схематичном поперечном сечении, приводится более подробное описание принципа действия центрирующих элементов. Зажимное устройство содержит зажимной патрон 1, а также один зажимной элемент 6. Зажимной патрон 1 оснащен зажимным механизмом для закрепления расположенной на зажимном элементе зажимной цапфы, причем соответствующие зажимные средства не изображены. Зажимной элемент 6 служит, в целом, для приема обрабатываемых изделий или инструментов и должен иметь возможность установки или фиксации на зажимном патроне в точной позиции и обеспечения повторяемости. Как зажимной патрон 1, так и зажимной элемент 6 оснащены массивным базовым корпусом 2, 7. Зажимной патрон 1 оснащен первыми центрирующими элементами в форме центрирующих цапф 3, в то время как зажимной элемент 6 содержит следующие центрирующие элементы в форме центрирующих отверстий 9. Хотя в случае настоящего примера изображены лишь одна центрирующая цапфа 3 и одно центрирующее отверстие 9, зажимной патрон 6 обычно оснащается четырьмя центрирующими цапфами 3, а зажимной элемент - соответствующим количеством центрирующих отверстий.

В случае настоящего примера центрирующие отверстия 9 выполнены в центрирующей пластине 8, функция которой в последующем поясняется более подробно. Центрирующая пластина 8 посредством пальцев 12 расположена на расстоянии относительно торцевой стороны 6а базового корпуса 7 зажимного элемента 6 с возможностью отклонения пластины 8 в направлении базового корпуса 7. Торцевая сторона 13 соответствующего пальца 12 образует упор по оси Z для зажимного элемента 6. Базовый корпус 2 зажимного патрона 1 оснащен ровными поверхностями 4 прилегания, которые предназначены для прилегания к торцевой стороне 13 пальцев 12. Соответствующая центрирующая цапфа оснащена двумя конически сходящимися боковыми поверхностями 3a, 3b, которые прилегают к боковым стенкам 9а, 9b центрирующей пластины 8, ограничивающим с боковых сторон соответствующее центрирующее отверстие 9. Центрирующие цапфы 3 выполнены из более твердого материала, чем центрирующая пластина 8. Это обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что конические боковые поверхности 3a, 3b центрирующих цапф 3 практически не изнашиваются, так что точность позиционирования не ухудшается также при большом количестве операций зажима. При имеющем место возможном износе боковых стенок 9а, 9b центрирующей пластины 8 происходит только незначительное расширение входящей в контакт с центрирующими цапфами 3 поверхности (линейное прилегание), что, однако, не оказывает значительного влияния на точность позиционирования.

На фиг.2 показан зажимной патрон 1 вместе с установленным на нем зажимным элементом 6. При закреплении зажимного элемента 6 на зажимном патроне 1 соответствующая центрирующая цапфа 3 входит в центрирующее отверстие 9. При этом боковые поверхности 3а, 3b центрирующей цапфы 3 прилегают к ограничивающим центрирующее отверстие 9 боковым стенкам 9а, 9b центрирующей пластины 8, в результате чего центрирующая цапфа 3 или зажимной элемент 6 выравниваются относительно зажимного патрона 1. За счет того, что предусмотрены четыре центрирующих цапфы 3 и соответствующее количество центрирующих отверстий 9, зажимной элемент 6 при закреплении на зажимном патроне 1 выравнивается в направлении осей Х и У, а также относительно углового положения вокруг оси Z.

В изображенном здесь состоянии, в котором обе конически сходящиеся боковых поверхности 3a, 3b центрирующей цапфы 3 прилегают к ограничивающим с обеих сторон центрирующее отверстие 9 стенкам 9а, 9b центрирующей пластины 8, происходит линейный контакт между центрирующей цапфой 3 и соответствующей боковой стенкой 9а, 9b. С этой целью размеры центрирующих цапф 3 выбраны таким образом, что центрирующая пластина 8 посредством соответствующей центрирующей цапфы 3 легко отклоняется в направлении базового корпуса зажимного элемента 6, прежде чем распорные пальцы 12 войдут в контакт своими торцевыми поверхностями 13 с ровными поверхностями 4 зажимного патрона 1. На фиг.2 в поперечном сечении в увеличенном виде показано, каким образом одна боковая поверхность 3a центрирующей цапфы 8 прилегает к ограничивающей сбоку отверстие стенке 9а центрирующей пластины 8. Если смотреть в поперечном сечении, происходит точечный контакт между боковой поверхностью 3a центрирующей цапфы 3 и боковой стенкой 9а центрирующего отверстия 9.

На фиг.2b показана в перспективе центрирующая цапфа 3, которая входит в центрирующее отверстие 9. Пунктирные линии L1, L2 обозначают линейное прилегание центрирующей цапфы 2 к стенкам, которые ограничивают сбоку отверстие 9. В отличие от плоскостного контакта такое линейное прилегание создает преимущество, выраженное в том, что центрирующие элементы 3, 9 в высокой степени нечувствительны к загрязнению, поскольку это приводит к высокой нагрузке на поверхность, и при вводе центрирующей цапфы 3 в центрирующее отверстие 9 возможные загрязнения отодвигаются или выдавливаются. В любом случае, таким образом может быть достигнута также высокая абсолютная, а также повторяемая точность при центрировании соответствующей центрирующей цапфы 3 относительно центрирующего отверстия 9 и, следовательно, зажимного элемента 6 относительно зажимного патрона 1. Центрирующая пластина 8 предпочтительно выполнена из нержавеющей листовой стали, причем центрирующие отверстия 9 выполнены предпочтительно путем прецизионной вырубки. Толщина центрирующей пластины 8 составляет приблизительно от 0,8 до 1,5 мм. Такая центрирующая пластина 8 может изготавливаться при сравнительно небольших затратах. Боковые поверхности 3a, 3b центрирующих цапф 3 подвергнуты высокопрецизионной обработке, в частности шлифованию.

На фиг.3 показана предпочтительная форма выполнения зажимного устройства, состоящего из зажимного патрона 1 и закрепленного на нем зажимного элемента 6. Зажимной патрон состоит из цилиндрического базового корпуса 2, на котором расположены четыре проходящих в направлении оси Z центрирующих цапфы 3. Как четыре центрирующих цапфы 3, так и четыре центрирующих отверстия 9 расположены по окружности K1, K2, будучи разнесенными каждое на 90 градусов относительно друг друга. Как видно, каждое центрирующее отверстие 9 с каждой стороны окружено центрирующей пластиной 8. Для закрепления зажимной цапфы, расположенной на зажимном элементе 6, зажимной патрон 1 обычно оснащен зажимным механизмом, причем в случае представленного примера ни зажимной механизм, ни зажимная цапфа на чертеже не изображены. В поверхности базового корпуса 2 выполняют две ровных поверхности 4 прилегания, о которые могут опираться своими торцевыми сторонами распорные пальцы 12.

Зажимной элемент 6 содержит центрирующую пластину 8, которая посредством распорных держателей 15 закреплена на базовом корпусе 7. Распорные держатели 15 могут быть выполнены в качестве отдельных, укрепленных на базовом корпусе 7 элементов. Альтернативно этому они могут быть также выполнены в качестве единого с базовым корпусом 7 узла. Следующая альтернатива состоит в том, что базовый корпус 7 снабжен по существу плоской торцевой стороной, которая снабжена выемками только в области соответствующих центрирующих отверстий 9.

Само крепление центрирующей пластины 8 осуществляется посредством распорных пальцев 12, торцевая сторона которых служит в качестве упора для зажимного элемента 6. Распорные пальцы в предпочтительном случае снабжены обратной резьбой, с помощью которой они могут фиксироваться во внутренней резьбе соответствующего распорного держателя 15 или базовой пластины 7. Распорные пальцы 12 расположены выходящими достаточно далеко наружу с тем, чтобы обеспечить высокую стабильность затянутого на зажимном патроне 1 зажимного элемента 6. Предпочтительно распорные пальцы 12 расположены во внешней четверти виртуальной окружности К3, наложенной на наиболее внешние радиальные точки зажимного элемента 6.

Продольные центральные оси центрирующих цапф 3, равно как и центрирующих отверстий 9, проходят параллельно радиусу относительно оси Z1 зажимного патрона 1 или зажимного элемента 6. Во всяком случае, за счет расположения центрирующих элементов 3, 9 обеспечивается возможность прецизионного повторяемого позиционирования зажимного элемента 6 относительно зажимного патрона 1 в направлении осей Х и У, а также относительно углового положения по оси Z. За счет предусмотрения распорных пальцев 12 описанного типа, которые прилегают к плоским поверхностям 4 прилегания зажимного патрона 1, к тому же достигается возможность высокопрецизионного позиционирования в направления оси Z.

На фиг.4 показана выполненная в качестве цельного элемента центрирующая пластина 8. Для обеспечения возможности крепления центрирующей пластины 8 с помощью распорных пальцев, в центре между двумя соседними центрирующими отверстиями 9 в центрирующей пластине 8 выполнено по одному отверстию 16.

Зажимное устройство включает зажимной патрон для закрепления зажимного элемента, содержащий расположенные на зажимном патроне (1) первые центрирующие элементы, взаимодействующие с расположенными на зажимном элементе дополнительными центрирующими элементами таким образом, что зажимной элемент при закреплении выровнен в направлении осей Х и У, причем одни центрирующие элементы образованы центрирующими цапфами, выполненными с возможностью проникновения в выполненные в виде центрирующих отверстий другие центрирующие элементы. Для повышения точности позиционирования оно содержит по меньшей мере три центрирующих отверстия и соответствующее количество центрирующих цапф, причем соответствующая центрирующая цапфа снабжена двумя сходящимися боковыми поверхностями, и соответствующее центрирующее отверстие ограничено двумя проходящими параллельно относительно друг друга боковыми стенками, выполненными с возможностью линейного прилегания к ним сходящихся боковых поверхностей соответствующей центрирующей цапфы. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Зажимное устройство с зажимным патроном (1) для закрепления зажимного элемента (6), содержащее расположенные на зажимном патроне (1) первые центрирующие элементы (3), взаимодействующие с расположенными на зажимном элементе (6) дополнительными центрирующими элементами (9) таким образом, что зажимной элемент (6) при закреплении на зажимном патроне (1) выровнен в направлении осей Х и У, причем одни центрирующие элементы образованы центрирующими цапфами (3), выполненными с возможностью проникновения в выполненные в виде центрирующих отверстий (9) другие центрирующие элементы, отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере три центрирующих отверстия (9) и соответствующее количество центрирующих цапф (3), причем соответствующая центрирующая цапфа (3) снабжена двумя сходящимися боковыми поверхностями (3a, 3b), и соответствующее центрирующее отверстие (9) ограничено двумя проходящими параллельно относительно друг друга боковыми стенками (9а, 9b), выполненными с возможностью линейного прилегания к ним сходящихся боковых поверхностей (3a, 3b) соответствующей центрирующей цапфы (3).

2. Зажимное устройство по п.1, отличающееся тем, что зажимное устройство содержит четыре центрирующих отверстия (9) и соответствующее количество центрирующих цапф (3).

3. Зажимное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что центрирующие отверстия (9) выполнены в выполненной в виде цельного элемента центрирующей пластине (8), которая по меньшей мере в области центрирующих отверстий (9) выполнена упруго податливой в направлении оси Z.

4. Зажимное устройство по п.3, отличающееся тем, что центрирующая пластина (8) закреплена посредством пальцев (12) на базовом корпусе (7) зажимного элемента (6).

5. Зажимное устройство по п.4, отличающееся тем, что пальцы (12) снабжены резьбой и ввинчены в базовый корпус (7) зажимного элемента (6), причем торцевая сторона (13) соответствующего пальца (12) образует упор по оси Z для прилегания к зажимному патрону (1).

6. Зажимное устройство по п.4, отличающееся тем, что соответствующее центрирующее отверстие (9) ограничено упруго податливой в направлении оси Z боковой стенкой (9а, 9b).

7. Зажимное устройство по п.4, отличающееся тем, что центрирующая пластина (8) выполнена из нержавеющей стали.

8. Зажимное устройство по п.4, отличающееся тем, что центрирующая пластина (8) выполнена из более мягкого материала, чем центрирующие цапфы (3).

9. Зажимное устройство по п.4, отличающееся тем, что центрирующие отверстия (9) выполнены в центрирующей пластине (8) посредством прецизионной вырубки.

10. Зажимное устройство по п.4, отличающееся тем, что центрирующая пластина (8) имеет толщину по большей мере 2 мм, в частности толщину от 0,8 до 1,5 мм.

11. Зажимное устройство по п.1, отличающееся тем, что боковые поверхности (3a, 3b) центрирующих цапф подвергнуты высокоточной обработке, в частности шлифованию.

12. Зажимное устройство по п.1, отличающееся тем, что центрирующие элементы (3, 9) расположены с равномерным распределением по окружности (К1, К2).

13. Зажимное устройство по п.1, отличающееся тем, что зажимной элемент (6) снабжен расположенной на расстоянии от его торцевой поверхности центрирующей пластиной (8), снабженной четырьмя центрирующими отверстиями (9), причем каждое центрирующее отверстие (9) с каждой стороны окружено центрирующей пластиной (8).

14. Зажимное устройство по п.5, отличающееся тем, что зажимной патрон (1) снабжен базовым корпусом (2), снабженным плоскими ровными поверхностями (4) для прилегания к пальцам (12).

15. Зажимное устройство по п.1, отличающееся тем, что центрирующая пластина (8) закреплена посредством четырех снабженных резьбой пальцев (12) на базовом корпусе (7) зажимного элемента (6), причем торцевая сторона (13) соответствующего пальца (12) образует упор по оси Z для прилегания к зажимному патрону (1).

16. Зажимной элемент (6) для зажимного устройства по одному из пп.1-15, причем зажимной элемент (6) содержит базовый корпус (7), на котором закреплена центрирующая пластина (8), снабженная по меньшей мере тремя центрирующими отверстиями (9) и выполненная в виде цельного элемента, таким образом, что она является упруго податливой в области центрирующих отверстий (9) в направлении оси Z.

17. Зажимной элемент по п.16, отличающийся тем, что зажимной элемент (6) выполнен в качестве посадочного места для изделия.

18. Центрирующая пластина (8) для установки на базовом корпусе зажимного элемента (6) зажимного устройства по одному из пп.4-10 или 14, причем центрирующая пластина (8) выполнена в виде цельного элемента и содержит по меньшей мере три центрирующих отверстия (9), причем она снабжена по меньшей мере тремя отверстиями для крепления на базовом корпусе (7) зажимного элемента (6).

19. Центрирующая пластина (8) по п.18, отличающаяся тем, что она снабжена четырьмя центрирующими отверстиями (9), расположенными по окружности (К2), разнесенными каждое на 90° относительно друг друга, причем соответствующее центрирующее отверстие (9) ограничено сбоку двумя проходящими параллельно друг другу боковыми стенками (9а, 9b).

20. Центрирующая пластина (8) по п.18 или 19, отличающаяся тем, что между каждыми двумя соседними центрирующими отверстиями (9) в центрирующей пластине (8) выполнено одно крепежное отверстие (16).

21. Центрирующая пластина (8) по п.18, отличающаяся тем, что центрирующие отверстия (9) выполнены посредством прецизионной вырубки.