ЗАЖИМНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РОТОРА ШЛИФОВАЛЬНОГО ШПИНДЕЛЯ И ДЕТАЛЬ В ВИДЕ ТЕЛА ВРАЩЕНИЯ ДЛЯ ЗАЖИМНОГО УСТРОЙСТВА
CLAMPING DEVICE FOR ROTOR OF POLISHING SPINDLE AND PART IN FORM OF REVOLUTION SOLID FOR CLAMPING DEVICE

Изобретение относится к зажимному устройству для ротора шлифовального шпинделя согласно ограничительной части пункта 1, а также к детали в виде тела вращения с центрирующим приспособлением согласно ограничительной части пункта 14. Такого рода зажимное устройство известно из патента DE 3322258 С1. Областью применения подобных зажимных устройств и роторов шлифовальных шпинделей являются, прежде всего, кругло- и плоскошлифовальные станки и виды универсальных шлифовальных станков, на которых шлифуют высококачественные машиностроительные детали. При этом требуется наибольшая точность в сочетании с безукоризненной чистотой поверхности. Особенно важными, например, являются шлифовальные станки, применяемые в серийном производстве для шлифования валковых деталей, таких как кулачковые валки и кривошипные валы. Сюда также можно отнести другие шлифовальные станки, если они удовлетворяют требованиям, предъявляемым к результатам шлифования.
В случае патента DE 3322258 С1 на роторе шлифовального шпинделя зажата деталь шлифовального круга в виде тела вращения, которая состоит из основного корпуса и шлифующей накладки на нем. Основной корпус шлифовального круга имеет внутреннюю выемку с тремя пазами, направленными радиально наружу. Эти пазы находятся обычно на угловом расстоянии 120 градусов друг от друга. Деталь в виде тела вращения посредством этой выемки сдвигают на центрирующем участке ротора шлифовального шпинделя и зажимают в осевом направлении между прилегающим фланцем шлифовального круга и зажимным фланцем. Центрирующий участок имеет, по существу, цилиндрический основной корпус, причем по наружному обхвату центрующего участка имеются три симметрично расположенные шпонки, направленные радиально наружу, которые образуют выступы. Наружный диаметр шпонок соответствует внутреннему диаметру выемок в детали в виде тела вращения, имеющих параллельные оси. Шпонки образуют, таким образом, три опоры, по которым к детали 1 прилегает центрующий участок, и осуществляется центрирование по внутренней выемке детали в виде тела вращения.
Используя известное зажимное устройство, легко можно достичь сдвига детали типа тела вращения на центрирующем участке и точно отцентрировать ее. Для сдвига указанные пазы на детали в виде тела вращения будут выравнивать шпонки центрирующего участка. Шпонки имеют большое радиальное расстояние от оснований пазов, которые (основания) во внутреннем углублении детали в виде тела вращения формируют пазы. Так как шпонки к тому же имеют меньшее окружное пространство, чем пазы, легко возможен сдвиг детали в виде тела вращения на центрующем участке при точном выравнивании угла. Как только деталь типа тела вращения плоской стороной прикладывается к прилегающему фланцу ротора шлифовального шпинделя, вращающийся корпус будет повернут так, что шпонки после этого с надлежащей припасовкой приложатся к цилиндрическому углублению детали в виде тела вращения, которая имеет диаметр меньше, чем пазовые основания трех пазов. Этим ротор шлифовального шпинделя надежно центрируется на центрирующем участке.
Зажимное устройство в соответствии с патентом DE 3322258 С1 достигает свою цель и заслуживает хорошую репутацию на практике. Однако необходимо при сдвиге вращающегося корпуса на центрующем участке обращать внимание на точное угловое выравнивание обеих частей. Кроме того, требуется надлежащая припасовка между тремя шпонками, которые образуют опоры, и это постоянно вынуждает к компромиссу относительно внутреннего диаметра внутренней выемки. С одной стороны, должно быть произведено точное центрирование, таким образом, необходимо иметь тесную припасовку. С другой же стороны, должно быть надежное закрепление, чтобы производить по возможности легко последующее вращение. Существует, таким образом, потребность в еще более легком и удобном обслуживании известного зажимного приспособления и по возможности еще более точного центрирования
В патенте DE 3405556 С1 описано зажимное устройство для шлифовального круга, которое имеет на несущем фланце съемный закрепленный зажимной фланец. Коренная шейка, на которой посажен и зажат шлифовальный круг, имеет располагающиеся по ее длине и выступающие в радиальном направлении шпонки. Во внутреннем отверстии шлифовального круга имеются пазы соответствующей формы, которые сопряжены с соответствующими шпонками. Выступающие шпонки имеют в поперечном сечении контур, очерченный дугами окружности, центры кривизны которых смещены относительно центра несущей цапфы. Именно на этом основана возможность относительно широких радиальных допусков точного центрирования с узкими зазорами, однако технология изготовления закругленных шпонок с эксцентричной поверхностью связана с высокой стоимостью и при изготовлении должны быть учтены требования к отверстиям шлифовальных кругов, а также к соответствующим углублениям.
Поэтому в основу изобретения положено улучшение известного зажимного устройства, соответствующего родовому понятию согласно пункту 1 формулы изобретения, путем по возможности простого соединения ротора шлифовального шпинделя и детали в виде тела вращения и снижения тем самым расхода энергии; вместе с тем одновременно имеет место абсолютная надежность и точность центрирования. В дальнейшем последует экономия производственных расходов, особенно при использовании широких шлифовальных кругов или широких наборов шлифовальных кругов с необходимыми для них длинами центрируемых участков.
Для решения этой задачи для зажимного устройства согласно широкому понятию пункта 1 формулы изобретения предусмотрены существенные признаки, соответствующие отличительной части пункта 1 формулы изобретения.
Согласно изобретению зажимное устройство создано для повышения точности при центрировании за счет двух твердых выступов, образующих опоры, которые вдаются внутрь внутреннего углубления детали в виде тела вращения. Эти твердые выступы изготавливают координатным шлифованием, причем деталь в виде тела вращения при монтаже на роторе шлифовального шпинделя должна показывать строго центрированное вращение, предпочтительно ≤2/µm. Третью опору напротив устанавливают подвижно, она образуют подвижный установочный элемент, который перемещается между двумя позициями. Для сдвига детали в виде тела вращения по центрирующему участку установочный элемент вводят или втягивают в радиальном направлении наружу в деталь в виде тела вращения. Внутренняя выемка детали в виде тела вращения образует в таком случае в этой области свободное пространство в поперечном сечении, вследствие чего достигается гарантия большого радиального зазора между внутренней выемкой и центрирующим участком. Деталь в виде тела вращения, таким образом, может быть легко сдвинута при любом выравнивании угла по отношению к центрирующему участку. Как только деталь в виде тела вращения достигнет своего окончательного осевого положения, будет возможно в этом положении прочно закрепить ее точно также при любом угловом положении. Это происходит вследствие того, что подвижный установочный элемент приводят во вторую позицию в радиальном направлении внутрь детали в виде тела вращения, и он лежит на центральном участке (т.е. контактирует с ним). Является предпочтительным самотормозящийся вставной элемент, особенно в виде кулачкового диска, изготовленный с небольшим уклоном. Однако также возможно, чтобы вставной элемент был выполнен фиксируемым, т.е. чтобы он был определен в своей установке на центрирующем участке.
Тогда как точность и так уже вполне гарантирована двумя выступами, образующими опоры, использованием подвижного установочного элемента будет достигнуто еще более надежное и симметричное прилегание детали в виде тела вращения на цилиндрическом центрирующем участке. При этом сохраняется положительный эффект от опоры на три точки, соответствующий названному вначале уровню техники. Он состоит в статически определенном, но не чрезмерно определенном, опертом состоянии на три точки опоры. Линия действия подвижного установочного элемента должна быть направлена по биссектрисе к обоим прочным выступам; в простейшем случае для всех опор будет выбрано снова взаимное угловое расстояние 120 градусов. Когда-либо возможен случай применения, при котором угловое расстояние будет иное, однако линия действия установочных элементов будет, предпочтительно, находится на биссектрисе. В сравнении с уровнем техники использование изобретения существенно облегчено, так как следует придавать значение сборке и разборке не более чем точной установке угла и точно пригнанному вращению детали в виде тела вращения напротив центрирующего участка. Величина давления прижима между опорами и центрирующим участком будет определяться только посредством вставки подвижного установочного элемента и не будет влиять на соединение детали в виде тела вращения и центрирующего участка. Кроме того, показана технологическая выгода, потому что может быть образован центрирующий цилиндрический участок с гладкими очертаниями по всей его длине, образованный без выступов или пазов. Цилиндрический центрирующий участок может, поэтому, сразу быть отшлифован с точностью, лежащей в микронном диапазоне. Облегчение использования предлагаемого зажимного устройства достигается, особенно в том случае, если тело вращения и центрующий участок имеют большие размеры в осевом направлении, как при абразивных изделиях, имеющих форму валов, или таких абразивных изделиях, которые составлены из множества шлифовальных кругов. Наконец это принимают во внимание при шлифовании деталей типа валов и кулачковых и кривошипных валов. Изобретение особенно хорошо использовать в CBN-шлифовании и алмазном шлифовании.
Полезные разработки зажимного устройства согласно изобретению указаны в нижеприведенных пунктах формулы изобретения.
Так, можно показать, что подвижный установочный элемент выгоден, если он изготовлен в форме кулачкового диска, который расположен в детали в виде тела вращения и со стороны торца имеет отверстие зацепления для инструмента вращения, параллельное к ее (детали) оси вращения. Такого рода кулачковый диск является достойным похвалы (недорогим) плоским конструкционным элементом, который в отверстии детали в виде тела вращения занимает мало места и может быть установлен, например, с помощью легкого поворота стержневого ключа (Inbus-ключ), который вводят в отверстие зацепления кулачкового диска. Такого рода плоский конструкционный элемент занимает небольшое пространство и представляет небольшую помеху при равномерном вращении в виде мешающего дисбаланса, который легко можно уменьшить. Чтобы дисбаланс массы можно было сократить до минимума, проводят балансировку шлифовальных кругов и промежуточных прокладочных колец. Достигнута особенно простая разработка в варианте с кулачковым диском, выполненным в качестве установочного элемента, опирающегося своей поверхностью на два опорных штифта, которые расположены параллельно оси вращения. Такие опорные штифты легко и без больших помех устанавливают отношение масс в детали в виде тела вращения. При этом совершенствовании кулачковый диск стоит неподвижно на опорных штифтах и не требуется никакой конструктивно оформленной оси вращения.
Другая польза от усовершенствования установочного элемента может состоять в том, что применяется один штифт, который установлен с возможностью перемещения в радиально ориентированном отверстии детали типа тела вращения и подвергается со стороны нажимной пружины предварительному напряжению в направлении из отверстия. Благодаря выбору вставленной пружины этот установочный элемент совместно с твердыми выступами прилегает к цилиндрическому центрирующему участку. Штифт переводится в недействующее положение вследствие его захвата поворотным рычагом, который установлен в детали в виде тела вращения на оси качания, параллельной оси этой детали в виде тела вращения и имеет отверстие зацепления для помещения в него с торцевой стороны инструмента вращения. Для соединения деталей вводят инструмент вращения, такой, например, как Inbus-ключ или иной стержневой ключ в отверстие зацепления поворотного рычага, и штифт путем вращения вращающего инструмента перемещают в наружную сторону. Деталь в виде тела вращения может быть в таком случае легко передвинута по центрирующему участку, после чего нажимная пружина опять освобождается и штифт, прилегая, нажимает на центрующий участок. Имеется также возможность сделать установочный элемент с принадлежащей ему нажимной пружиной в виде одного измерительного штифта (копирного щупа). В таком случае отодвигают деталь в виде тела вращения на центрирующем участке ротора шлифовального шпинделя, чтобы оба твердых выступа находились под действием силы земного притяжения сверху центрирующего участка ротора шлифовального шпинделя, причем на нижней стороне центрирующего участка будет находиться установочный элемент, так что это даст возможность центрирования детали в виде тела вращения на центрирующем участке ротора шлифовального шпинделя. Для обоих названных вариантов исполнения изобретения даются технологичные и полезные конструкции; так, выемки, необходимые для кулачкового диска или для поворотного рычага закрыты крышками. Показаны отверстия зацепления для инструмента вращения. Крышка может быть прикреплена к детали в виде тела вращения с помощью крепящих винтов так, чтобы они одновременно служили как крепящие элементы для фиксации соответственного положения кулачкового диска или поворотного рычага.
В соответствии с изобретением зажимное устройство может быть осуществлено не только на таких шлифовальных кругах как те, которые представлены в описании к патенту DE 3322258 С1. Его можно применять равным образом также для прокладочных колец, которые находятся между отдельными шлифовальными кругами, образующими абразивный инструмент в виде цилиндра. Здесь отдельные шлифовальные круги и прокладочные кольца могут быть перемещены на большое осевое расстояние, в процессе сдвига по центрирующему отрезку, удаление или установка шлифовальных кругов и прокладочных колец может дать пользу от использования зажимного устройства согласно изобретению в совершенно различных особых случаях.
Оба прочных выступа детали в виде тела вращения будут полезны, если они изготовлены из одного куска с этой деталью и представляют собой проходящую в осевом направлении выпуклость, которая в поперечном разрезе имеет сводчатую форму. Сводчатая форма имеет большое значение, прежде всего, для простого монтажа (вставления) и вращения детали в виде тела вращения, так как при этом не нужно уделять особого внимания на установку угла. Кроме того, при этом имеется приблизительно линейный контакт между твердыми выступами, детали в виде тела вращения и цилиндрическим центрирующим участком в противоположность плоской установке в соответствие с уровнем техники. Приближение к принципу опоры в трех точках будет, поэтому, наилучшим.
На основании точного определения точек контакта предусмотрены соответствующие дальнейшие разработки, чтобы установочный элемент имел выпуклую форму в направлении оси вращения детали в виде тела вращения.
В примере исполнения изобретения с установочным элементом в виде кулачкового диска этот кулачковый диск располагают в основном корпусе детали типа тела вращения, имеющем задний вырез, то есть кулачек незначительно в направлении своего радиуса "погружен" в основной корпус детали в виде тела вращения.
Соответственно, дальнейшему аспекту изобретения показана деталь в виде тела вращения, в частности шлифовальный круг, в интегрированном направлении центрирования. В этом интегрированном направлении центрирования показаны в основном корпусе детали в виде тела вращения два прочных выступа в основном корпусе детали в виде тела вращения и одна противолежащая прочным выступам регулируемая опора, выполненная в виде установочного элемента. Оба твердых выступа, предпочтительно, объединены с основным корпусом детали в виде тела вращения и выступают в его выемке вовнутрь; они являются, предпочтительно, опорами линейной или точечной формы для центрирующего участка ротора шлифовального шпинделя, причем третья регулируемая опора расположена напротив и образует третью точку опоры для этого центрирующего участка ротора шлифовального шпинделя.
Предпочтительно деталь в виде тела вращения является шлифовальным кругом, который предпочтительно образует составную конструкцию. При этом предусмотрен внутренний круг, который имеет образованные в своем внутреннем углублении прочные выступы и который вмещает третью регулируемую опору для установки на центрующий участок ротора шлифовального шпинделя. Внутреннее кольцо является предпочтительно изготовленным из металла, в то время как остальной основной корпус шлифовального круга может быть из синтетического материала или, например, из алюминия, причем его наружное окружение предусмотрено в виде шлифовального покрытия. Однако также возможно, что внутреннее кольцо с центрирующим приспособлением изготовлено из металла, а снаружи этот составной основной корпус покрыт корундом.
Изобретение далее будет подробнее объяснено при помощи чертежей, более ясно представляющих примеры реализации. На фигурах представлено следующее.
Фигура 1 показывает согласно изобретению зажимное устройство в продольном разрезе.
Фигура 2 показывает первую форму исполнения подвижно установленного установочного элемента в виде кулачкового диска.
Фигура 3 показывает сечение А-А на фигуре 2 в увеличенном масштабе.
Фигура 4 наглядно показывает измененную форму исполнения подвижно установленного установочного элемента.
Фигура 5 показывает в продольном разрезе состоящий из нескольких частей, многократно используемый шлифовальный круг с зажимным устройством согласно изобретению.
Фигура 6 показывает выполненный составным шлифовальный круг с металлическим внутренним кольцом, представляющим деталь его основного корпуса.
В продольном разрезе, показанном на фигуре 1, позиционным номером 1 обозначена деталь в виде тела вращения, предназначенная для закрепления на роторе шлифовального шпинделя. Деталь 1 в виде тела вращения является в этом случае шлифовальным кругом, который состоит из основного корпуса 1а и охватывающей его кругом шлифовальной накладки lb. Шлифовальный круг может быть выполнен как CBN-круг, или как алмазный шлифовальный круг. При этом вид их соединения не имеет значения, так что могут быть использованы все обычные виды крепления, например керамика, искусственные смолы или металл. Также может быть принято в расчет гальваническое покрытие CBN-круга или шлифовального круга. Для зажимных устройств согласно изобретению является особенно важной частью, прежде всего, основной корпус 1а шлифовального круга, который обычно изготавливают на металлической основе. Однако также получили распространение в настоящее время материалы, упрочняемые пластмассой или углеродными волокнами, они являются согласно изобретению равным образом пригодными.
Ротор 2 шлифовального шпинделя представляет собой вращающийся приводной вал, который имеет прилегающий фланец 3, цилиндрический центрирующий участок 4, а также центрирующий заплечик 5. На центрирующий заплечик 5 надвинут зажимной фланец 6, укрепленный зажимными винтами 8, которые показаны только осевыми линиями.
Основной корпус 1а шлифовального круга прочно зажат между прилегающим фланцем 3 и зажимным фланцем 6 стягивающими усилиями зажимных винтов 8, действующими в осевом направлении, причем плоская сторона 7 основного корпуса 1а с усилием прилегает к поверхности прилегающего фланца 3.
На фигуре 2 показан вырез из основного корпуса 1а в направлении, перпендикулярном продольному разрезу, соответствующему фигуре 1. Основной корпус 1а, сообразно с этим, имеет внутреннюю выемку 10 по существу кругообразной формы. В качестве опор во внутреннюю выемку выступают два прочных выступа 11. Прочные выступы выполнены цельными (из одного куска) с основным корпусом 1а и имеют форму расходящихся от оси относительно плоских возвышений. Эти возвышения являются в поперечном сечении плоско изогнутыми (их поверхности изогнуты в одной плоскости), как отчетливо показано на фигуре 2.
В качестве третьей опоры служит установленный подвижно установочный элемент, который на фигуре 2 оформлен как кулачковый диск 9. Кулачковый диск 9 расположен в имеющем форму кармана углублении 17, находящемся в основном корпусе 1а, который имеет задний вырез; кулачковый диск упирается в два опорных штифта 13, которые расположены параллельно оси вращения 12 основного корпуса 1а. Кулачковый диск 9 имеет отверстие 14 для зацепления, в которое можно вставлять инструмент 15 вращения. Подробности следуют из еще более сильно увеличенного изображения на фигуре 3.
Кулачковый диск 9 может быть изготовлен как распределительный кулачок, который при повороте входит во внутреннюю выемку 10.
На фигуре 2 штрихпунктирные окружности внутри внутренней выемки 10 обозначают наружный охват цилиндрического центрируещего участка 4. Понятно, что при вращении кулачкового диска 9 основной корпус 1а, в конце концов, самостоятельно центруется на центрирующем участке. Линия действия (силы) кулачкового диска 9 должна приблизительно делить пополам угол, лежащий между обоими твердыми выступами 11. Соответственно уровню техники можно, однако, также выбрать совершенно равномерный порядок, так чтобы опоры имели угловое расстояние приблизительно 120 градусов друг от друга, углы α и β, показанные на фигуре 2, были бы также равны по величине. Необходимо еще отметить, что кулачковый диск 9, представленный на фигуре 2, не имеет конструктивно сформированную ось вращения, он скользит по опорным штифтам 13, совершая вращательное движение, и может иметь геометрическую ось, которая постоянно смещается.
Кулачковый диск 9 является простой плоской деталью, которую легко поместить в небольшом, имеющем форму кармана, углублении 17 основного корпуса 1а. Имеющее форму кармана углубление может затем закрываться крышкой 18, которая показана на фигуре 3. Крышка 18 прикреплена к основному корпусу 1а с помощью крепящих винтов 19, показанных на чертеже только осевыми линиями. Крышка 18 имеет сквозное отверстие 20, через которое становится доступным отверстие 14 зацепления в кулачковом диске 9. Одновременно фигура 3 содержит изображение инструмента 15 вращения в форме стержневого ключа (Inbus-ключа), причем направление вращения поясняется с помощью стрелки 16. Имеется возможность фиксировать определенное положение после поворота кулачкового диска 9, для этого размеры выбирают так, что при затягивании крепящих винтов 19 крышка 18 осуществляет зажим кулачкового диска 9. Для облегчения осевого передвижения и поворота в месте контакта кулачковый диск 9 имеет закругленную образующую линию 21, это придает ему шарообразную форму в месте контакта (с деталью 4).
Один из вариантов подвижного установочного элемента представлен на фигуре 4. Сообразно с этим, установочным элементом является штифт 22, который установлен подвижно в радиально расположенном отверстии 23 детали 1 в виде тела вращения. Нажимная пружина 24, которая здесь выполнена в виде спиральной пружины, сообщает штифту 22 предварительное напряжение в направлении внутрь центрирующего участка 4. Штифт 22 имеет осаженный (т.е. имеющий меньший диаметр) осевой участок, в который входит палец поворотного рычага 25. Поворотный рычаг установлен в углублении с цилиндрическими очертаниями основного корпуса 1а с возможностью поворота и имеет такое же, как в ранее описанном кулачковом диске 9 отверстие 26 зацепления для инструмента вращения. Можно видеть, как поворотный рычаг 25 путем поворота вокруг своей оси 27 поворота двигает штифт 22 во внутрь основного корпуса 1а. Таким образом, при оттянутом назад положении штифта 22 легко возможно осевое движение основного корпуса 1а относительно центрирующего участка 4, в то время как при освобождении нажимной пружины 24 фиксируется прочное и достаточно центрированное фиксирование обеих частей относительно друг друга.
Фигура 5 объясняет, что согласно изобретению изображенное зажимное устройство может быть выполнено не только в виде одного отдельного шлифовального диска или одного его основного корпуса 1а. Фигура 5 показывает комбинированный шлифовальный диск, состоящий из отдельных установленных по оси на расстоянии друг от друга основных корпусов 1а, разделенных прокладочными кольцами 28. При этом не только каждый отдельный шлифовальный круг снабжен прочными выступами и кулачковым диском 9, но для тех же самых деталей предусмотрены прокладочные кольца 28, которые обеспечивают расстояния между отдельными шлифовальными кругами. Постоянное осевое напряжение между поверхностью 3 прилегания и зажимным фланцем 6 в принципе то же самое, как и в ранее описанных конструктивных формах. Однако видно, что в случае фигуры 5 отдельные основные корпуса 1а и прокладочные кольца 28 необходимо сдвигать на большую длину по центрующему участку 4. Согласно изобретению особенно подходящим для этого является зажимное устройство с возможностью временно сдвигать назад одну из трех опор. Также здесь можно не считаться с особенным угловым положением при сдвигании детали в виде тела вращения, что из-за большого числа сдвигаемых отдельных деталей особенно полезно. Далее на фигуре 5 указаны позиционные номера, обозначающие детали, которые согласуются с ранее описанными деталями.
И, наконец, на фигуре 6 показан шлифовальный круг в композитном исполнении. Шлифовальный круг представляет собой деталь 1 в виде тела вращения и включает в себя основной корпус 1а, шлифовальную накладку lb и внутренний круг 1с, на котором, или, в котором непосредственно находится, или является сформированным, центрирующее приспособление. Этот внутренний круг изготавливают из металла, в то время как шлифовальную накладку lb, которую несет основной корпус 1а, выполняют из синтетического материала. Однако также возможно, что основной корпус может также состоять из металла, который может отличаться от материала внутреннего круга.
Перечень деталей
1 деталь в виде тела вращения
15 инструмент вращения
1а основной корпус
16 стрелка направления вращения
lb шлифовальная накладка
17 выемка
1с внутреннее кольцо
18 крышка
2 ротор шлифовального шпинделя
19 упрочняющий винт
3 прилегающий фланец
20 сквозное отверстие
4 центрирующий участок
21 образующая
5 центрирующий заплечик
22 штифт
6 зажимной фланец
23 отверстие
7 плоская сторона
24 нажимная пружина
8 зажимной винт
25 поворотный рычаг
9 кулачковый диск
26 отверстие зацепления
10 внутренняя выемка
27 ось поворота
11 прочный выступ
28 прокладочное кольцо
12 ось вращения
13 опорный штифт
14 отверстие зацепления