Зажимной патрон Советский патент 1993 года по МПК B23B31/28 

Изобретение относится к станкостроению, а именно к зажимным устройствам для крепления заготовок на станках токарной группы.

В промышленности известны зажим- ные патроны, применяемые на станках различного исполнения. На универсальных станках применяется стандартный патрон, например, типа П-250 с ручным приводом кулачков ключом.

На станках с ЧПУ, например, типа 16К20ФЗС5, 16К20ФЗС32 и др. применяются в основном патроны специального исполнения с электроприводом на базе электромеханической головки типа ЭМГ- 50, ЭМГ-52 и др. Специальные патроны находят ограниченное применение; в основном для крепления калиброванных заготовок, обрабатываемых большими партиями, в виде ограниченного хода кулачков и сложности их переналадки при переходе с одной детали на Другую. На практике в большинстве случаев их заменяют стандартными патронами с ручным приводом кулачков ключом..

Известны также специальные зажимные патроны, например, с механическим перемещением кулачков и с ручным и механическим перемещением кулачков. В известном патроне перемещение кулачков обеспечивается как от ручного привода клю- чом, так и от электромеханического привода без применения ручного ключа по общей кинематической цепи вращения спирального диска, разрыв которой происходит при расположении .трех конических шестерен ручного привода в выемках, выполненных равномерно на венце конической шестерни промежуточного механизма. В этом положении врачцение спирального диска и пере- мещение контактирующих с ним кулачков выполняются путем вращения одной из трех шестерен ручного привода ключом. При вращении конической шестерни промежуточного механизма от электропривода кони- ческие шестерни ручного привода выходят

из выемок, входят в зацепление с зубьями венца этой шестерни и выполняют функции паразитных шестерён в кинематической цепи вращения спирального диска.

Известный патрон находит ограниченное применение на станках с ЧПУ и робрти- зир ованных комплексах и не применяется на универсальных станках токарной группы вследствие его недостатков.

Технология крепления заготовок в кулачках патронов на универсальных станках токарной группы выполняется по схеме: предварительный зажим, центровка и доза- жим до требуемого усилия. Такая технология в известном патроне невыполнима, так как при зажатой в кулачках заготовке три конические шестерни ручного привода находятся в зацеплении с зубьями шестерни про- мёжуточногЬ механизма и венца спирального диска, являясь жестким звеном кинематиче- . ской цепи между электроприводом и спиральным диском, и повернуть любую из них ключом невозможно. В случае крепления сложных заготовок :после литья, ковки, штамповки и т.п. с некаблированной поверхностью для надежного удерживания иногда требуется создание усилия, большего развиваемого электромеханическим приводом. Обеспечить дополнительное усилие зажима заготовке ключом по указанной причине невозможно. Рабочий ход кулачков Н ограничен рабочей зоной зубьев на венце конического колеса промежуточного механизма, расположенной между коническими шестернями ручного привода, и не может как регулироваться, так и изменяться в сторону увеличения в зависимости от состояния поверхности исходной заготовки. Поэтому типаж закрепленных заготовок ограничен, не обеспечивается также выбор оптимального хода кулачков.

Указанных недостатков лишен предлагаемый зажимной патрон. В корпусе патрона расположены кулачки со спирально-реечным механизмом их перемещения, спиральный диск которого связан с ручным приводом,

содержащим коническую передачу, и электромеханическим приводом с механизмом высокой редукции.

Отличительной особенностью предлагаемого патрона является снабжение его стопором и применение механизма высокой редукции в виде планетарного редуктора с сателлитами, водилом и центральным колесом внутреннего зацепления, причем водило связано со спиральным диском, центральное колесо внутреннего зацепления установлено в корпусе патрона с возможностью вращения, а стопор установлен в корпусе с возможностью радиального перемещения и предназначен для взаимодействия с отверстиями, выполненными на периферии центрального колеса.

В предлагаемом патроне зажим-разжим деталей в кулачках возможен как авто- номным применением ручного или электромеханического привода, так и совместной их работой в любой последовательности/При этом ручной режим аналогичен, как и в стандартном зажимном патроне, что сохраняет в предлагаемом патроне все его технические возможности, В режиме зажима-разжима деталей от электромеханического привода обеспечивается регулировка и выбор оптимального хода ку лачков в зависимости от состояния поверхности исходной заготовки.

Предлагаемый патрон отличается от известных, обеспечивает зажим-ра.зжим в кулачках всеготипажа деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ, роботизирован:- ных комплексах.

Целевым назначением предлагаемого патрона является повышение производительности труда станочников путем сокращения времени цикла зажима-разжима деталей.

Цель достигается автоматизацией процесса зажима-разжима и снижением уровня ручного труда станочников. Процесс зажима-разжима в патроне выполняется в двух режимах: ручном, и автоматизированном. Ручной режим является вспомогательным и выполняется путем вращения спирального диска ключом. В этом режиме время цикла зажима-разжима определяется станочником аналогично, как и стандартном зажимном патроне со спирально-реечным механизмом перемещения кулачков. Автоматизированный режим является основным и выполняется вращением спирального диска от электропривода путем нажатия станочником кнопки системы управления на универсальных станках и по программе на станках с ЧПУ, роботизированных комплексах. В этом режиме процесс зажима-разжима выполняется автоматически без применения ручного труда станочника, а время цикла определяется скоростью перемещения кулачков, величина которой зависит от 5 редукции электропривода, Выходным звеном кинематической цепи передачи вращения спиральному диску от электродвигателя является встроенный в корпус патрона планетарный редуктор, выбором редукции ко0 торого и обеспечивается получение заданной скорости перемещения кулачков, а следовательно, и обеспечение оптимального времени длительности цикла зажима- разжима. По сравнению с ручным в этом

5 режиме время процесса зажиима-разжима уменьшается в среднем на 30%.

Повышение производительности труда станочника обеспечивается в резул ьтате выбора оптимальной скорости перемещения

0 кулачков, сокращения длительности цикла зажима-разжима деталей, исключения необходимости применения ручного труда, а следовательно, снижения усталости и утомляемости станочников в течение смены.

5 На фиг. 1 показан осевой разрез патрона; на фиг,2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - кинематическая схема привода перемещения кулачков.

Патрон содержит электропривод f, ме0 ханизм 2 привода, полую штангу 3, планшайбу 4, коренное колесо 5, палец 6 упора, фиксатор 7, подвижный упор 8, три конических шестерни 9, спиральный диск 10, три шестерни водила 11, солнечное колесо 12,

5 кулачки 13 и 14, Полая штанга 3 связана шлицевым соединением с механизмом 2 привода и расположена внутри шпинделя станка. На переднем конце штанги 3, расположенном в корпусе патрона, закреплено

0 солнечное колесо 12 планетарного редуктора, зубчатый венец которого находится в зацеплении с тремя шестернями водила 11, равномерно расположенными по окружности в его корпусе. Зубья шестерен водила 11

5 входят в зацепление с зубьями коренного колеса 5, расположенного и вращающегося в выточке планшайбы 4. В радиальном отверстии планшайбы 4 расположен подвиж- . ный упор 8, который перемещается

0 посредством пальцев ,6 при повороте фиксатора 7 на угол d и стопорит от вращения коренное колесо 5 планетарного редуктора. Водило планетарного редуктора выполнено в корпусе спирального диска 10.

5 На боковой поверхности корпуса спирального диска выполнено коническое колесо,- зубья которого входят в зацепление с тремя коническими шестернями 9 ручного привода, каждая из которых вращается автономно ключом 14.

Патрон работает следующим образом.

В зависимости от качества поверхности исходной заготовки и метода ее изготовления (из прутка, паковки, штамповки, литья и т.п.) выбирается ручной или .механический режим в процессе зажима-разжима. В ручном режиме фиксатор 7 устанавливается в положение Р. При этом ролик пальца 6, перемещаясь в пазу фиксатора 7 из радиуса RI на радиус R2, вводит упор 8 из зацепления с коренным колесом 5 планетарного редуктора и тем самым обеспечивается свободное его вращение. В этом режиме процесс зажима-разжима выполняемся аналогично, как и в стандартном патроне с ручным приводом вращения спирального диска ключом. Подлежащая зажиму деталь 15 вставляется в кулачки 13 патрона. Ключом 14 обеспечивается вращение по часовой стрелке одной из трех конических шестерен 9, которая через коническую шестерню на спиральном диске 10 передает ему вращение, а следовательно, и перемещение контактирующих с ним кулачков 13 на размер Н в радиальных пазах корпуса патрона до зажима детали 15. При этом водило планетарного редуктора, выполненное в корпусе спирального диска 10, вращается вхолостую, так как коренное колесо 5 свободно вращается в выточке планшайбы 4, а три конические шестерни 11 обкатываются по венцу неподвижного солнечного колеса 12, связанного с механизированным приводом, не передавая ему вращения.

Для снятия детали.обеспечивается вращение ключом 14 одной из трех конических шестерен 9 против часовой стрелки.. В ре- зулътате по той же кинематической цепи кулачки 13 перемещаются на размер Н в обратном направлении и освобождают деталь. Водило планетарного редуктора при этом вращается вхолостую в обратном Направлении, как и в режиме зажима детали вместе со спиральным диском.

Механический зажим и освобождение детали выполняется в следующей последовательности. Фиксатор поворачивается на угол а из положения Р в положение А. При этом палец .6 упора перемещается в пазу фиксатора.7 из радиуса R2 на радиус RI и вводит подвижный упор 8 в одно из отверстий коренного колеса. 5, .выполненных на его периферии, исключая возможность его вращенияотносительно корпуса патрона. Следовательно, в планетарном редукторе неподвижным звеном становится коренное колесо 5.

В приводе 1 вращения по шкале (не показана) устанавливается требуемое уси- лие зажима детали в кулачкзх патрона. Подлежащая зажиму деталь 15 вставляется в кулачки 13 и выполняется ее зажим путем включения электропривода 1, который через механизм 2 привода передает вращение

по часовой стрелке полой штанге 3, расположенной внутри шпинделя станка. В результате получает вращение солнечное колесо 12 планетарного редуктора, закрепленное на переднем конце полой штанги 3,

расположенном в корпусе патрона. Солнечное колесо через свой зубчатый венец передает вращение трем шестерням 11, равномерно расположенным по окружности в корпусе водила планетарного редуктора и

входящим в зацепление с зубьями неподвижного коренного колеса 5. При этом вращениепередается водилу, а следовательно, и спиральному диску 10, так как водило выполнено в его корпусе. В результате вращения спирального диска контактирующие с ним кулачки 13 перемещаются в радиальных пазах корпуса патрона на размер Н до зажима детали 15. По достижении заданного усилия зажима привод 1 вращения автоматгйчески оста ав лив;ается. Так как при механическом зажиме обеспечивается жёсткаяi связь между электроприводом 1 и кулачками 13, то зажим детали 15 происходит аналогично.выпрднению этой операции riyтем вращения ключом 14 одной из трех конических шестерен. 9 без при.

привода вращения, Которые в этом режиме не используются и вращаются вхолостую, При необходимости, например, контрольной проверки усилия зажима перемещение кулачков 13 возможно выполнить путем вращения ключом 14 одной из трех конических шестерен 9 при зажатой детали 15. Для этого фиксатор 7 поворачивается на

угол о; из положения А в положение Р, т.е. используется ручной режим зажима и освобождения детали, описанной выше. В результате обеспечиваются регулировка и выбор оптимального усилия зажима, например, тонкостенных деталей, возможность в случае необходимости создания усилия зажима, большего развиваемого приводом 1 вращения, например, применения рычага на ручном ключе 14. Совместное применение ручного и электромеханического приводов обеспечивает зажим-разжим в патроне сложных деталей, в том числе, например, операции центровки. Предварительный зажим и переустановка детали выполняются

при центровке с применением электромеханического привода, а окончательный зажим после центровки производится ручным приводом.. .... v

Для снятия детали привод 1 вращения включается в обратном направлении.

В результате полая штанга 3 вращается против часовой стрелки и через солнечное колесо 12 передает вращение трем шестерням 11 и водилу планетарного редуктора, а следовательно, и спиральному диску 10. При этом кулачки 13 перемещаются в противоположном направлении на ход Ни освобождают деталь 15.

Ход кулачков Н определяется углом поворота выходного звена механизма 2 вращения и может регулироваться в зависимости от качества поверхности исходной заготовки детали, например, поковка, штамповка, калиброванный прокат и т.п. Установленный оптимальный ход кулачков Н в процессе зажима-разжима деталей остается постоянным и обеспечивается автоматически системой управления электроприводом 1 (не показано).

Перемещение кулачков на любой размер зажима деталей в пределах рабочего хода НМакс производится путем включения электродвигателя привода 1 в требуемом направлении или вращения ключом 14 одной из трех конических шестерен 9.

Наличие свободного пространства в корпусе патрона и сквозного отверстия по всей длине шпинделя позволяет зажимать прутки и детали с хвостовиками.

При выходе из строя электропривода или механизма вращения включается простой станка ввиду возможности производить зажим-разжим деталей ключом вручную.

Применение в приводе 1 асинхронного электродвигателя трехфазного тока позволяет использовать патроны на станках токарной группы без дополнительного подвода другой энергии.

Возможность зажима прутков и деталей с хвостовиками, а также выполнение операций центровки расширяют область применения предлагаемого патрона по сравнению с известными как на станках ЧПУ и роботизированных комплексах, так и на универсальных токарных станках общего назначения. Испытание опытного образца предлагаемого образца предлагаемого патрона на универсальном станке токарной группы типа IK 62 подтверждает на практике возможность зажима-разжима всей номенклатуры деталей аналогично, как и с приме5 нением стандартного зажимного патрона типа П-250 со.спирально-реечным- механизмом перемещения кулачков ключом. С применением патрона обеспечивается механизация ручного труда станочников, со0 кращаются циклы зажима и освобождения деталей на 25-30%, снижается утомляемость и усталость станочников, повышается производительность труда, увеличивается выпуск продукции на каждом станке до

5 3-5%. В результате применения электропривода создается возможность автоматизации процесса зажима-разжима деталей и прутков, выполнять автоматическую настройку кулачков патрона на заданный диа0 метр обрабатываемой детали по управляющей программе, а следовательно, встраивать станки в автоматические линии или гибкие производственные системы, исключая ручную переналадку.

5 - . , . . . .Формула и з о б р е т е-н и я

Зажимной патрон, в корпусе которого расположены зажимные кулачки со спи0 рально-реечным механизмом их перемещения, спиральный диск которого связан с ручным приводом, содержащим коническую передачу, и электромеханическим приводом с механизмом высокой редукции, о т л и5 чающийся тем, что, с целью повышения производительности за счет сокращения времени процесса зажима-разжима, патрон снабжен стопором, а механизм высокой редукции выполнен в виде планетарного ре0 дуктора с сателлитами, водило связано со спиральным диском, центральное колесо внутреннего зацепления установлено в корпусе патрона с возможностью вращения, а упомянутый стопор установлен в корпусе с

5 возможностью перемещения и предназначен для взаимодействия с отверстиями, выполненными на периферии упомянутого центрального колеса.