ЗАЖИМНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЫСТРОЙ ПЕРЕНАЛАДКИ СТАНОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Полезная модель относится к зажимному устройству, содержащему зажимной патрон и держатель для обрабатываемых деталей, приспособленный для присоединения к зажимному патрону с возможностью отсоединения, имеющий плоскую нижнюю поверхность и содержащий зажимной штифт, выступающий от плоской нижней поверхности. Такое зажимное устройство предпочтительно используется для фиксации держателей для обрабатываемых деталей, на которых установлены одна или несколько обрабатываемых деталей, подлежащих механической обработке в зоне обработки металлорежущего станка в точно определенном и заранее заданном положении. Обычно зажимной патрон устройства зафиксирован в рабочей зоне металлорежущего станка, в то время как держатель для обрабатываемых деталей, выполненный с зажимным штифтом, прикреплен к зажимному патрону с возможностью отсоединения.
Сегодня в технике существует проблема, возникающая при изготовлении сложных деталей, например, деталей газотурбинных двигателей. В производстве остро стоит задача сокращения времени их изготовления за счет изменения структуры производственно-технологического процесса. Одним из необходимых изменений в производственно-технологическом процессе является повышение точности обрабатываемых деталей за счет постоянства технологических баз.
Фактически для определенной группы деталей создается производственная ячейка замкнутого цикла в которой производственное оборудования располагается по ходу технологического процесса.
Каждая единица производственного оборудования (каждый станок) входящая в производственную ячейку не может быть настроен на производство деталей только одного типа. Следовательно, должен существовать механизм, позволяющий производить быструю переналадку станков при смене типа производимых деталей.
Данное устройство или способ также должны унифицировать схему крепления паллеты с обрабатываемой деталью к станинам станков входящих в производственную ячейку. Это позволяет перемещать паллету с обрабатываемой деталью между любыми станками входящими в производственную ячейку без проведения дополнительной наладки, сохраняя при этом постоянство технологических баз.
Таким образом, эффективное производство деталей определенной номенклатуры в производственной ячейке замкнутого цикла требует наличия устройства обеспечивающего:
- единую систему закрепления паллеты с обрабатываемой деталью на всех станках входящих в производственную ячейку;
- возможность перемещения паллеты с обрабатываемой деталью от станка к станку без проведения дополнительной наладки;
- установку обрабатываемой детали в зажимное приспособление находящегося на паллете и наладку этого приспособления вне станка;
- постоянство технологических баз, которое повышает точность обрабатываемой детали.
Желательно, чтобы устройство позволяло обрабатывать детали единичными партиями, давало возможность установить его на станину любого металлообрабатывающего станка, обеспечивало возможность быстрой смены паллет и быстрое и точное центрирование и позиционирование паллет.
Реализацию данной проблемы решают так называемые системы палетизации, которые предназначены для обеспечения возможности зажима обрабатываемых деталей с различными размерами и которые содержат множество зажимных патронов, обычно два, четыре, шесть или восемь зажимных патронов. С помощью этих множеств зажимных патронов может быть зажат держатель для обрабатываемых деталей, выполненный, в зависимости от его размера, с двумя, четырьмя, шестью или восемью зажимными штифтами. В определенных случаях может иметь место ситуация, когда держатель для обрабатываемых деталей будет выполнен с нечетным числом зажимных штифтов. Поскольку отдельный зажимной патрон обычно не содержит ни средств, позволяющих избежать поворота зажимного штифта, ни средств, предназначенных для определения углового положения зажимного штифта относительно оси Z, может оказаться предпочтительным выполнить один или несколько зажимных патронов с позиционирующими средствами, определяющими помимо положений по осям Х и Y также угловое положение относительно оси Z, в результате чего при надлежащем позиционировании держатели для обрабатываемых деталей, имеющие только один зажимной штифт, также могут быть зафиксированы относительно зажимного патрона в точно определенном линейном и угловом положении. Очевидно, что в таком случае держатель для обрабатываемых деталей также должен быть предусмотрен с позиционирующим средством, взаимодействующим с вышеупомянутым позиционирующим средством зажимного патрона.
Проблема, с которой сталкиваются в особенности при использовании держателей для больших и тяжелых обрабатываемых деталей, может быть заключена в том, что требуемое приблизительное выставление зажимных штифтов держателя для обрабатываемых деталей относительно соответствующих отверстий в зажимных патронах в значительной степени затруднено, поскольку существует только небольшой зазор между передней частью зажимного штифта и отверстием в зажимном патроне, приспособленным для приема зажимного штифта. Кроме того, существует опасность того, что как зажимной штифт, так и отверстие в зажимном патроне могут быть повреждены. Помимо зажимных устройств, в которых зажимной штифт выполнен с цилиндрической частью, предназначенной для его позиционирования внутри отверстия зажимного патрона, в данной области техники известны другие зажимные устройства, в которых зажимной патрон выполнен с конической центрирующей поверхностной зоной для выставления зажимного штифта без зазора. Например, в документе ЕР 1044760 раскрыто зажимное устройство данного типа. В этом зажимном устройстве выставление зажимного штифта осуществляется посредством конической центрирующей поверхности, предусмотренной в верхней части отверстия зажимного патрона. Стенка корпуса зажимного патрона обладает упругостью в аксиальном направлении в зоне этой конической центрирующей поверхности; с этой целью за конической центрирующей поверхностью выполнен радиальный паз. Тем самым создается эластично-упругая зона, которая обеспечивает возможность смещения зажимного штифта в аксиальном направлении и втягивания его дальше в направлении оси Z после центрирования.
Эластично-упругие поверхностные зоны данного типа оказались эффективными в особенности в небольших зажимных устройствах. Однако в случае зажимного устройства, предназначенного для приема держателей для больших и тяжелых обрабатываемых деталей, зажимной патрон с течением времени оказывается ослабленным при выполнении такого паза. Кроме того, невозможно выполнить базу по оси Z или упор в направлении оси Z в зоне вокруг вышеупомянутого паза, поскольку зажимное устройство обладает слишком большой упругостью в направлении оси Z в этой зоне. В завершение, существует опасность того, что вставка зажимного штифта в зажимной патрон вызовет повреждение эластично-упругой зоны, поскольку эластично-упругая зона не может выдерживать большие нагрузки ни в аксиальном, ни в радиальном направлениях. В документе DE 4110857 описано устройство, предназначенное для присоединения державки инструмента к рабочему шпинделю металлорежущего станка. Рабочий шпиндель выполнен с отверстием для приема стержневой части державки инструмента. Отверстие имеет верхнюю и нижнюю коническую часть с кольцевой выемкой, имеющей опорную поверхность, расположенную между двумя коническими частями. Стержневая часть державки инструмента предусмотрена с двумя коническими кольцами, опирающимися на упругие опоры. Между двумя коническими кольцами расположено фиксирующее устройство, содержащее две фиксирующие детали, выполненные с возможностью смещения в радиальном направлении. В верхней части этих фиксирующих деталей имеются клинообразные поверхностные зоны, которые опираются в положении фиксации на опорную поверхность кольцевой выемки. За счет выполнения упругих опор конические кольца могут смещаться в аксиальном направлении относительно стержневой части державки инструмента и обеспечивают возможность втягивания стержневой части в отверстие после того, как конические кольца окажутся в положении, при котором они опираются на конические части отверстия. Сами конические кольца выполнены с прорезями. Стержневая часть выполнена с фланцевой частью, образующей на ее нижнем конце плоскую кольцевую поверхность, служащую в качестве упора в направлении оси Z, опирающегося на переднюю поверхность рабочего шпинделя станка при зажиме стержневой части. В отверстии рабочего шпинделя могут быть зажаты как обычные зажимные штифты (фиг.5), так и сборные зажимные штифты (фиг.1 и 3).
Таким образом, основную идею изобретения можно увидеть в том, что держатели для обрабатываемых деталей с зажимными штифтами разной конструкции могут быть зажаты в рабочем шпинделе металлорежущего станка. Очевидно, что такое зажимное устройство совершенно не пригодно для крепления держателя обрабатываемой детали к рабочему шпинделю металлорежущего станка с обеспечением высокой точности и стабильности позиционирования.
В патенте США 5722806 описана система соединительных элементов, которая включает в себя охватываемый соединительный элемент, который имеет цилиндрический дальний конец, выполненный с выемкой, имеющей поверхности, представляющие собой поверхности элемента, работающего от кулачка, охватывающий соединительный элемент, который имеет цилиндрическую внутреннюю полость, предназначенную для приема дальнего конца охватываемого соединительного элемента, и пару противоположных кулачков, установленных с возможностью смещения внутри внутренней полости и имеющих наружные криволинейные поверхности, предназначенные для контактирования с поверхностями охватываемого элемента, представляющими собой поверхности элемента, работающего от кулачка, в тот момент, когда кулачки смещены в радиальном направлении в сторону друг от друга, и цепь привода, предназначенную для принудительного смещения кулачков в сторону друг от друга в радиальном направлении. Цепь привода включает в себя подклинивающий шарик, который свободно вращается в выемках между противоположными кулачками, и приводную тягу, предназначенную для смещения подклинивающего шарика в аксиальном направлении для ввода его в контакт и вывода его из контакта со скошенными поверхностями, имеющимися внутри кулачков. Приводная тяга имеет дальний конец, выполненный с отверстием для приема подклинивающего шарика с возможностью скольжения. Свободное вращение подклинивающего шарика внутри отверстия приводной тяги и между внутренними поверхностями кулачков позволяет ему воздействовать с равномерными усилиями заклинивания на кулачки при раздвигании их в сторону друг от друга в положение соединения.
В патенте США 5918870 описано устройство, которое предназначено для крепления обрабатываемых деталей, подлежащих обработке, с возможностью отсоединения на металлообрабатывающем станке, имеющем стол-держатель, на котором обрабатываемые детали закрепляют с возможностью отсоединения, и которое может быть присоединено через посредство этого стола-держателя к металлообрабатывающему станку с возможностью отсоединения, при этом фиксация стола-держателя относительно одного или более быстро зажимных цилиндров осуществляется посредством, по меньшей мере, одного затягивающего болта, который закреплен на столе-держателе и который входит в соответствующее отверстие в быстро зажимном цилиндре с обеспечением зажима, и при этом фиксирующее соединение поддерживается с помощью пружин растяжения, и для расфиксации может быть приведен в действие гидравлический поршень, который преодолевает усилие зажима, действующее со стороны пружин растяжения, причем в быстро зажимном цилиндре пространство между центральным затягивающим болтом и пружинами растяжения, расположенными сбоку от него, герметично закрыто.
В патенте США 5415384 описано устройство для зажима обрабатываемой детали, содержащее основание и держатель для обрабатываемых деталей, приспособленный для установки на основание и крепления к нему. Основание и держатель имеют средства для выставления, предназначенные для выставления положения держателя относительно основания вдоль трех перпендикулярных координатных осей, а также для выставления углового положения. Средство выставления включает в себя первую пару элементов для выставления, выполненных в виде взаимодействующих базовых поверхностей на держателе и основании, которые определяют положение держателя по оси Z. Средство выставления дополнительно содержит вторую и третью пары элементов для выставления, выполненные в виде пар взаимодействующих элементов для выставления по прямой, которые определяют положение держателя соответственно по осям Х и Y. Каждая из взаимодействующих пар содержит клинообразный центрирующий элемент и сопряженный элемент с соответствующей центрирующей прорезью. Предусмотрено зажимное средство, предназначенное для крепления держателя к основанию в точно определенном положении, которое задается средствами выставления. Зажимное средство содержит множество зажимных элементов, каждый из которых имеет штифт, прикрепленный к держателю, и патрон, расположенный в основании. Держатель имеет плоскую поверхность, которая обращена к основанию, если держатель прикреплен к основанию. Плоская поверхность образует одну из базовых поверхностей. Один из элементов каждой из второй и третьей пар элементов присоединен непосредственно к плоской поверхности. Каждый штифт также присоединен непосредственно к плоской поверхности.
Наиболее близким решением является патент RU 2240912, B23Q 3/00, В23В 31/02, Конвенционный приоритет: 19.12.2001 СН 20012318/01, Опубликовано: 27.11.2004. В нем описано зажимное устройство, содержащее зажимной патрон и держатель для обрабатываемых деталей, приспособленный для присоединения к зажимному патрону с возможностью отсоединения, имеющий плоскую нижнюю поверхность и содержащий зажимной штифт, выступающий от плоской нижней поверхности. Зажимной патрон имеет центральное отверстие с конической входной частью, предназначенное для приема зажимного штифта держателя для обрабатываемых деталей. Зажимной штифт имеет, по меньшей мере, один участок поверхности, соответствующий по форме форме конической входной части центрального отверстия для выставления положения зажимного штифта в направлении оси Х и/или Y. Кроме того, зажимной патрон выполнен с зажимным механизмом, предназначенным для фиксации зажимного штифта держателя для обрабатываемых деталей в центральном отверстии с зажимом, и имеет, по меньшей мере, один участок поверхности, служащий в качестве упора в направлении оси Z. Данное зажимное устройство с зажимным патроном и держателем для обрабатываемых деталей выполнено присоединяемым к зажимному патрону с возможностью отсоединения, при этом зажимной патрон зажимного устройства особенно подходит для систем палетизации, в которых отдельный зажимной патрон должен быть очень прочным и жестким. Зажимной штифт может быть выставлен в направлении оси Х и/или Y без какого-либо зазора. Смещение зажимного штифта и тем самым держателя для обрабатываемых деталей в направлении оси Z возможно после выставления зажимного штифта в направлении оси Х и/или Y, при этом отсутствует необходимость выполнения отдельных эластично-упругих средств в конструкции. Прототип решает задачу быстрой переналадки станочного оборудования (быстрой смены деталей).
Недостатком этого и иных известных решений систем палетизации является конструктивная сложность зажимного патрона. Например, в прототипе зажимной патрон состоит из верхней и нижней чашеобразных частей. При этом нижняя часть сама состоит из нескольких сложных узлов. Механизм фиксации зажимного штифта держателя увязан с взаимодействием нескольких механических узлов, усилия на которые передаются с большим сопротивлением. Кроме того, механизм фиксации зажимного штифта держателя основан только на сжатии его зажимными шариками по середине зажимного штифта держателя, что все равно обеспечивает небольшой люфт (смещение) центрировки. Таким образом, сложность систем палетизации ведет к быстрому их износу и как следствие к снижению точности позиционирования.
Целью настоящей полезной модели является устройство, обеспечивающее повышение точности позиционирования и упрощения конструкции зажимного устройства при сохранении высокой скорости переналадки станочного оборудования (быстрой смены деталей).
Решение этой задачи достигается за счет того, что зажимное устройство, содержащее зажимной патрон и держатель для обрабатываемых деталей, приспособленный для присоединения к зажимному патрону с возможностью отсоединения, имеющий плоскую нижнюю поверхность и содержащий зажимной штифт, выступающий от плоской нижней поверхности, причем зажимной патрон имеет центральное отверстие с конической входной частью, предназначенное для приема зажимного штифта держателя для обрабатываемых деталей, а зажимной штифт имеет, по меньшей мере, один участок поверхности, соответствующий по форме конической входной части центрального отверстия для выставления положения зажимного штифта в направлении оси Х и/или Y; зажимной патрон выполнен с зажимным механизмом, предназначенным для фиксации зажимного штифта держателя для обрабатываемых деталей в центральном отверстии с зажимом, отличающееся тем, что зажимной механизм выполнен в виде втулки с коническим или закругленным концом, которая выполнена с возможностью сдвижения в горизонтальном направлении, основание втулки подпружинено к боковой стенке зажимного патрона и закреплено с поршневой камерой, выполненной с возможностью функционирования посредством гидравлического давления или пневматической среды через внутренний трубопровод и через штуцер с внешней поверхности зажимного механизма; центральное отверстие зажимного патрона в основании дополнительно содержит стержень с коническим концом, а конец зажимного штифта на держателе содержит внутреннее отверстие, которое по диаметру больше, чем диаметр стержня с коническим концом, причем в основании отверстия зажимного штифта на держателе участок поверхности также выполнен коническим и с возможностью входить в контакт с конической входной частью стержня.
Кроме того, на конце или вблизи конца штифта выполнены диаметральные углубления под форму концов втулок, и функцией которых является прижим втулок в данной зоне при зажиме держателя в патроне.
Краткое описание чертежей.
Фиг.1 показывает первое продольное сечение зажимного патрона и держателя для обрабатываемых деталей;
Фиг.2 показывает продольное сечение зажимного патрона с держателем для обрабатываемых деталей, свободно установленным на зажимном патроне;
Фиг.3 показывает продольное сечение зажимного патрона с держателем для обрабатываемых деталей, зафиксированным относительно зажимного патрона.
Полезная модель реализуется следующим образом. Зажимное устройство содержит зажимной патрон, обозначенный в целом ссылочным номером 4, и держатель для обрабатываемых деталей, обозначенный в целом ссылочным номером 1. Держатель 1 для обрабатываемых деталей предусмотрен с зажимным штифтом 2, с помощью которого держатель 1 для обрабатываемых деталей может быть зафиксирован относительно зажимного патрона 4. Такое зажимное устройство предпочтительно и особенно целесообразно используется при фиксации обрабатываемой детали в рабочей зоне металлорежущего станка (непоказанного) в точно определенном положении. Тем самым, как это имеет место в данном примере, держатель 1 для обрабатываемых деталей может одновременно представлять собой саму обрабатываемую деталь.
Зажимной патрон 4, подлежащий креплению к металлорежущему станку с помощью средств, которые сами по себе известны и не показаны на чертежах, имеет центральное отверстие 5, приспособленное для приема и фиксации зажимного штифта 2 держателя 1 для обрабатываемых деталей. Верхняя зона этого отверстия выполнена в виде конической входной части. Зажимной патрон 4 прост конструктивно и состоит из одной крупной детали, внутри которой выполнены вспомогательные узлы 24, 25, содержащие все основные механизмы крепления.
Зажимной патрон 4 выполнен с соединительным штуцером 20, внутренним трубопроводом 18, предназначенным для подачи гидравлической или пневматической среды во внутреннее пространство зажимного патрона 4 в каналы 17 для соответственно фиксации и расфиксации зажимного штифта 2 держателя 1 для обрабатываемых деталей, как будет разъяснено ниже более подробно.
Зажимной патрон 4 может содержать фиксирующие шарики 8, которые выполняют подпружиненными и назначение которых предварительное стопорение держателя 1 в центральном отверстии 5 зажимного патрона. Стопорение становится возможным при выполнении зажимного штифта 2 с углублениями, где и выталкиваются шарики 8 под действием пружин. Стопорение позволяет более надежно предварительно зафиксировать держатель 1 в зажимном патроне 4 перед их фиксацией, но никак не препятствует их свободному отсоединению, поскольку шарики 8 также легко вдавливаются внутрь и не препятствуют вертикальному сдвижению штифта 2.
Верхний конец зажимного штифта 2, прикрепленного к держателю 1 для обрабатываемых деталей, выполнен с кольцевым базовым участком 21 поверхности. Кольцевой базовый участок поверхности зажимного штифта 2 опирается на плоскую нижнюю поверхность держателя для обрабатываемых деталей; таким образом, нижняя поверхность держателя для обрабатываемых деталей, служащая в качестве базы по оси Z, занимает четко определенное положение относительно зажимного штифта 2.
Зажимной механизм, предназначенный для зажима зажимного штифта 2, выполнен в виде втулки 9 с коническим или закругленным концом, которая выполнена с возможностью сдвижения в горизонтальном направлении. Основание втулки 10 посредством пружины 11 подпружинено к боковой стенке 12 зажимного патрона 4 и закреплено с поршневой камерой 13, выполненной с возможностью функционирования посредством гидравлического давления или пневматической среды. Среда подается через наружный штуцер 20, далее через внутренний трубопровод 18 и затем через каналы 17 в поршневую камеру 13. Под действием давления среды (см. Фиг.1, Фиг.2) во внутренней полости 15 камеры 13 возникает давление. Поршень 14, одновременно закрепленный внутри патрона 4 неподвижен. Поэтому сама камера 13 совершает сдвижение в горизонтальном направлении от центра вместе с основанием 10 и втулкой 9. Тем самым, втулка отходит от центра и позволяет вставлять штифт 2 беспрепятственно. При снятии давления среды (см. Фиг.3), давление в камере 13 не возникает и под действием пружин 11, толкающих основание 10 с втулкой 9, последняя напирает к центру. Поэтому давление среды снимают когда держатель 1 уже вставлен в патрон 4. Тогда втулки 9 своими концами прижимаются в диаметральные углубления 22, которые содержатся на конце или вблизи конца штифта 2 и специально выполнены под форму концов втулок.
Другой особенностью заявленного устройства является то, что центральное отверстие 5 зажимного патрона 4 в основании дополнительно содержит стержень 6 с коническим концом 7, а конец зажимного штифта 2 на держателе 1 содержит внутреннее отверстие 3, которое по диаметру больше, чем диаметр стержня 6 с коническим концом 7, причем в основании 23 отверстия 3 зажимного штифта 2 на держателе 1 участок поверхности также выполнен коническим и с возможностью входить в контакт с конической входной частью 7 стержня 6.
Стержень позволяет осуществлять зажим в центральной части патрона 4 и держателя 1 уже в зоне держателя 1. Тем самым, кроме зажима втулками 9 в углублениях 22 происходит зажим в зоне 23 конического конца 7 стержня 6. Возникает зажим в двух точках, что повышает точность позиционирования и снижает вероятность возникновения люфтов при центрировке.
Таким образом реализуются задачи упрощения конструкции и повышения точности позиционирования. Сохранении высокой скорости переналадки станочного оборудования достигается за счет применения быстрого механизма фиксации держателя в патроне давлением среды, аналогично тому, как реализовано в прототипе.