Оснастка для базирования и закрепления детали при обработке

Полезная модель относится к машиностроению, производству конструкционных материалов и транспортных средств и может быть использована для базирования и закрепления нежестких деталей из полимерных композитных материалов и тонких металлических оболочек сложной формы при обработке на станках с ЧПУ и в робототехнических ячейках.
Известно устройство для позиционирования изделия, включающее опорный стол, выполненный в виде прямоугольной рамы, содержащей параллельные продольные направляющие, связанные системой поперечных продольных связей, и опирающиеся на них держатели, выполненные с возможностью взаимодействия каждого из них с обрабатываемой деталью и возможностью их позиционирования, по крайней мере, на площади прямоугольной рамы (см. патент РФ № 2492986, МПК B23Q 1/03, дата публикации 20.09.2013).
Недостаток этого решения - конструктивная сложность и громоздкость установки, обеспечивающей, по словам разработчика, достаточно широкий диапазон поддерживаемых деталей как по форме, так и по размерам, что исключает его применение при большой номенклатуре деталей (порядка 500) и ограниченности производственных площадей, кроме того, увеличивается сложность устройства и сложность и оперативность его переоснастки, требуется увеличение производственных площадей и площадей, потребных для их хранения, низкая оперативность переоснастки устройства. Кроме того, вертикальная схема раздвижки держателей не обеспечивает надежность удержания обрабатываемой детали, что не способствует высокой точности обработки.
В качестве ближайшего аналога принята универсальная крепежная оснастка тонкостенных неметаллических деталей, содержащая опорные и фиксирующие элементы, а также основание, на котором сформированы поперечные ячейки (см. патент РФ № 2620524, МПК B23Q 1/25, B23Q 3/02, дата публикации 26.05.2017).
Недостатками ближайшего аналога являются:
- необходимость обеспечивания с большой точностью совпадения формы детали и оснастки, что бывает затруднительно при наличии нежесткости детали, отклонении форм и размеров в условиях малой серийности;
- необходимость изготовления «индивидуальных» опорных элементов для деталей разных форм, типов и размеров;
- закрепление детали лишь в отдельных точках.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является разработка универсальной крепежной оснастки, которая позволяет нивелировать отличия формы и размеров каждой индивидуальной детали в небольшой серии при базировании и закреплении детали.
Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в повышении эффективности за счет следующих факторов:
- нивелирование отличий формы и размеров каждой индивидуальной детали в небольшой серии при базировании и закреплении детали;
- низкая трудоемкость изготовления и смены крепежной оснастки, а также закрепления детали;
- возможность закрепления детали по всей длине ее поперечных сечений;
- возможность регулирования пространственной жесткости отдельных элементов крепежной оснастки.
Поставленная задача решается тем, что крепежная оснастка, содержащая опорные и фиксирующие элементы, а также основание, на котором сформированы поперечные ячейки, отличается тем, что опорные элементы выполнены из вспененного материала, с возможностью съемной установки их нижних частей в ячейках, причем одна из продольных стенок верхней части имеет форму, подобную форме соответствующего поперечного сечения закрепляемой детали, и ее кромка выступает в качестве вершины скошенной поверхности, которая выполнена с основным уклоном в поперечном направлении, а длина каждой нижней части не меньше длины соответствующей верхней части, при этом в качестве фиксирующих элементов используют гибкие стропы, закрепленные у внешних торцов поперечных ячеек.
Сопоставительный анализ совокупности существенных признаков предлагаемого технического решения и совокупности существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом отличительные признаки формулы полезной модели решают следующие функциональные задачи.
Признак «опорные элементы выполнены из вспененного материала» приводит к следующему:
- опорные элементы имеют низкую себестоимость и легко поддаются обработке, в т.ч. ручным инструментом, поэтому можно адаптировать форму и размеры их верхних частей под закрепляемые детали;
- возможность деформации вспененного материала под весом закрепляемой детали и усилием прижатия нивелирует отличия форм и размеров каждой индивидуальной детали в небольшой серии.
Признак «опорные элементы выполнены … с возможностью съемной установки их нижних частей в ячейках» обеспечивает универсальность конструкции из-за установки опорных элементов на основании в любом порядке и с возможностью их быстрой замены.
Признак «одна из продольных стенок верхней части [опорного элемента] имеет форму, подобную форме соответствующего поперечного сечения закрепляемой детали» позволяет однозначно установить закрепляемую деталь на опорном элементе.
Признаки «кромка [верхней части опорного элемента] выступает в качестве вершины скошенной поверхности, которая выполнена с основным уклоном в поперечном направлении, а длина каждой нижней части не меньше длины соответствующей верхней части» позволяют опереть закрепляемую деталь на кромку верхней части и свободные участки нижней части при регулировании жесткости и площади опирания.
Признаки «в качестве фиксирующих элементов используют гибкие стропы, закрепленные у внешних торцов поперечных ячеек» позволяют фиксировать детали различных форм и размеров по длине их поперечного сечения в каждой из ячеек.
На фиг.1 изображен общий вид крепежной оснастки.
На фиг.2 изображен общий вид оснастки с закрепленной деталью.
На фиг.3 изображен продольный разрез оснастки с закрепленной деталью.
На чертежах показаны опорные элементы 1, фиксирующие элементы в виде гибких строп 2, основание 3 с поперечными ячейками 4, верхние 5 и нижние 6 части опорных элементов 1, закрепляемая деталь 7.
На основании 3 сформированы поперечные ячейки 4, у внешних торцов которых закреплены фиксирующие элементы в виде гибких строп 2.
Опорные элементы 1 выполнены из вспененного материала, с возможностью съемной установки их нижних частей 6 в ячейках 4, при этом длина каждой нижней части 6 не меньше длины соответствующей верхней части 5.
Одна из продольных стенок верхней части 5 имеет форму, подобную форме соответствующего поперечного сечения закрепляемой детали 7, и ее кромка выступает в качестве вершины скошенной поверхности, которая выполнена с основным уклоном в поперечном направлении.
Деталь базируют и закрепляют следующим образом.
1. Предварительно профилируют опорные элементы 1 под набор деталей 7 в небольшой серии.
Для этого одной из продольных стенок верхней части 5 придают форму, подобную форме соответствующего поперечного сечения закрепляемой детали 7, чтобы ее кромка была вершиной скошенной поверхности, которую организуют с основным уклоном в поперечном направлении.
В качестве вспененного материала для опорных элементов 1 можно использовать экструдированный пенополистирол или пенополиуретан толщиной, обеспечивающей достаточную вертикальную и боковую жесткость.
2. Далее опорные элементы 1 с профилированными верхними частями 5 устанавливают на основании 3, для чего их нижние части 6 размещают в поперечных ячейках 4.
При этом пространственная жесткость конструкции обеспечивается за счет жесткости стенок ячеек 4 и жесткости опорных элементов 1.
Для повышения продольной жесткости опорного элемента 1 можно вклеить дополнительный слой фанеры или картона.
Для повышения боковой жесткости оснастки между опорными элементами 1 можно вставить дополнительные элементы из вспененных материалов.
В качестве деформируемого элемента можно использовать упругую полосу (например, полоса из поролона, силикона, пористой резины), приклеенную на верхнюю часть 5 опорного элемента 1. В этом случае долговечность оснастки резко вырастет.
Дополнительно верхняя часть 5 опорного элемента 1 может быть исполнена с полной поверхностью, соответствующей сопряженному участку детали 7 и содержать в себе вакуумный крепежный элемент с подведением вакуума.
3. Затем закрепляемую деталь 7 базируют на каждом из опорных элементов 1, опирая ее на кромку верхней части 5 и свободные участки нижней части 6, под весом детали 7 кромка верхней части 5 немного деформируется, тем самым нивелируя отличия формы и размеров каждой индивидуальной детали в небольшой серии.
При необходимости на этом этапе осуществляют дополнительное профилирование верхних частей 5 опорных элементов 1.
4. На заключительном этапе деталь 7 фиксируют вдоль опорных элементов 1 с помощью гибких строп 2.
5. После проведения технологических операций гибкие стропы 2 расстегивают и деталь 7 снимают с опорных элементов 1.
Далее процесс повторяется.
На чертежах приведен пример с деталью сложной формы из полимерного композитного материала, габаритами 1200х600х450 мм без выраженных базовых поверхностей.
В качестве основания использован рабочий стол робототехнической ячейки с габаритами 1000х2000 мм и 13 поперечными ячейками, расположенными с шагом 200 мм.
Опорные элементы выполнены из стандартного вспененного материала в виде листа толщиной 100 мм или двух листов по 50 мм, которые распространены в строительной отрасли.