ЗАЖИМНОЕ УСТРОЙСТВО
CLAMPING DEVICE

Настоящее изобретение касается зажимного устройства, выполненного согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения, зажимной системы, имеющей зажимное устройство, выполненной согласно ограничительной части п.14 формулы изобретения, а также зажимной системы, выполненной согласно ограничительной части п.24 формулы изобретения.
Зажимные устройства, о которых здесь идет речь, служат для зажатия в определенном положении зажимных элементов в зажимном патроне. При этом данный зажимной патрон обычно неподвижно монтируется на столе обрабатывающего станка, в то время как зажимной элемент или, соответственно, зажимные элементы располагаются, как правило, на паллетах с держателями для заготовки.
Из EP 0 614 725 A2 известно родственное устройство для зажатия в определенном положении заготовки на рабочем месте обрабатывающего станка. Это устройство состоит из фиксируемой на рабочем месте обрабатывающего станка подставки и насаживаемого на подставку и зажимаемого на ней держателя заготовки. Держатель заготовки имеет четыре зажимные цапфы, посредством которых он может зажимать четыре зажимных приспособления, расположенных на подставке соответствующим образом. Для позиционирования держателя заготовки на подставки последняя снабжена первыми выравнивающими элементами в виде центрирующих линеек, в то время как держатель заготовки имеет другие выравнивающие элементы в виде профилированных пластин, которые снабжены пазом. При фиксации держателя заготовки на подставке названные центрирующие линейки вставляются в пазы профилированных пластин и позиционируют держатель заготовки в направлении X и Y, а также в угловом положении вокруг оси Z. Z-позиционирование осуществляется таким образом, что держатель заготовки посредством зажимных приспособлений притягивается к подставке, пока он своей плоской нижней стороной не придет в соприкосновение с кольцевыми опорными поверхностями подставки. Хотя такое зажимное устройство хорошо зарекомендовало себя на практике, оно только условно пригодно для зажатия держателей заготовок от больших до очень больших размеров, так как с размером данного держателя заготовки увеличивается также изменение его абсолютной длины, например, обусловленное термическими воздействиями. Это проблематично, например, потому, что держатель заготовки часто изготовлен не из того же материала, что и стол станка, на котором расположены зажимные патроны. Поэтому получаются различные коэффициенты теплового расширения между зажимной нижней частью, то есть столом станка с закрепленными на нем зажимными патронами, и зажимной верхней частью, то есть держателем заготовки с расположенными на нем зажимными элементами. Независимо от этого, у больших держателей заготовки, у которых отдельные зажимные элементы вполне могут отстоять друг от друга на один метр или больше, проблематичным является также точное крепление их к держателю заготовки таким образом, чтобы расстояние между ними было точно согласовано с расстоянием между соответствующими зажимными патронами. Это проблематично, конечно, особенно у круглых зажимных элементов.
Чтобы можно было зажимать в точном положении большие держатели заготовки, как правило, применяются несколько зажимных патронов, при этом держатель заготовки снабжается соответствующим количеством зажимных элементов. При применении зажимных патронов, снабженных несколькими центрирующими элементами, проблема может заключаться в том, что при зажатии держателя заготовки в плоскости X-Y возникает статическая неопределенность.
Во избежание такой статической неопределенности из EP 0 403 428 A2 известно устройство для зажатия заготовки в точном положении. Это устройство имеет по меньшей мере два зажимных патрона, снабженных центрирующими цапфами, и соответствующее количество снабженных зажимными цапфами и зажимаемых в ни верхних частей. Верхние части расположены на приспособлении для помещения заготовки. Каждая верхняя часть снабжена центрирующими шлицами, соответствующими центрирующим цапфам. Кроме того, каждая верхняя часть имеет круглый стяжной болт для зажимной цапфы, который может зажиматься в центральном гнезде соответствующего зажимного патрона. В то время как каждый зажимной патрон снабжен четырьмя центрирующими цапфами, только одна верхняя часть снабжена четырьмя соответствующими центрирующими шлицами. Другая верхняя часть или, соответственно, другие верхние части снабжена/снабжены только двумя центрирующими шлицами. Поэтому одной верхней частью должно задаваться положение приспособления для помещения заготовки в направлении X и Y, в то время как другой верхней частью или, соответственно, другими верхними частями должно задаваться только угловое положение вокруг оси Z.
Хотя такое устройство хорошо зарекомендовало себя на практике, его конструкция относительно сложна и только условно пригодна для зажатия больших и тяжелых держателей заготовок с воспроизводимой точностью, поскольку данная круглая зажимная цапфа должна быть очень точно позиционирована относительно центрального и тоже круглого гнезда данного зажимного патрона. Кроме того, с помощью такого устройства не могут создаваться очень высокие удерживающие силы.
Из EP 0 267 352 A2 известно зажимное устройство для фиксации заготовки или инструмента. Устройство включает в себя закрепленную на металлообрабатывающем станке первую соединительную часть и вторую соединительную часть - держатель - для заготовки. Эти две соединительные части снабжены попарно взаимодействующими друг с другом соединительными средствами. Для этого на первой соединительной части расположены подобные кронштейнам подшипника посадочные устройства, в то время как держатель имеет жесткие профильные элементы, которые для позиционирования погружаются в пазы посадочных устройств. Для зажатия держателей на первой соединительной части по одному из примеров осуществления предусмотрены скобообразные выступы, воздействующие на наклонную поверхность поднутрения.
Наконец, из EP 1 595 641 A1 известно зажимное устройство, имеющее зажимной патрон и паллет, зажимаемый в нем с возможностью разъединения. Зажимной патрон снабжен четырьмя центрирующими пазами, сдвинутыми друг относительно друга соответственно на 90°, в то время как паллет имеет четыре расположенные соответственно им центрирующие цапфы. Одна боковая сторона центрирующего паза служит для центрирования центрирующей цапфы, в то время как другая боковая сторона центрирующего паза образуется зажимным элементом, посредством которого данная центрирующая цапфа может зажиматься в пазе.
Задачей изобретения является создать принадлежащее к вышеназванной области техники зажимное устройство, которое имеет простую конструкцию и, с одной стороны, создает высокие зажимные или, соответственно, удерживающие силы, а с другой стороны, по меньшей мере в одном направлении, то есть в направлении X или Y, может покрывать или, соответственно, корректировать допуски в отношении позиционирования или расположения соответствующего зажимного элемента, причем это зажимное устройство должно быть также пригодным в качестве модуля для построения зажимной системы.
Решение этой задачи определено признаками п.1 формулы изобретения. В соответствии с изобретением зажимное устройство снабжено зажимным патроном и зажимаемым в нем зажимным элементом, при этом зажимной патрон имеет посадочное отверстие для зажимного элемента и зажимные средства для зажатия зажимного элемента, и при этом зажимной элемент выполнен продолговатым, а зажимной патрон снабжен продолговатым посадочным отверстием для зажимного элемента, и при этом в области ввода посадочного отверстия на зажимном патроне расположен по меньшей мере один податливый упруго-эластичный центрирующий элемент, который выравнивает зажимной элемент при вводе в посадочное отверстие поперек продольной оси посадочного отверстия.
Когда зажимное устройство имеет продолговатое посадочное отверстие и продолговато выполненный зажимной элемент, с одной стороны, создается принципиальная предпосылка для возможности восприятия зажимным элементом высоких зажимных или, соответственно, удерживающих сил. Это исполнение вместе с расположенным в области ввода посадочного отверстия, податливым упруго-эластичным центрирующим элементом допускает, что, с другой стороны, зажимной элемент в продольном направлении не должен быть точно согласован с посадочным отверстием. Кроме того, такое зажимное устройство имеет сравнительно простую конструкцию, поскольку данный зажимной элемент выполняет как функцию зажатия, так и функцию центрирования, и поэтому нет необходимости в отдельных центрирующих элементах.
Предпочтительные варианты осуществления и усовершенствования зажимного устройства описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Так, в одном из предпочтительных усовершенствований предусмотрено, что данный центрирующий элемент снабжен продолговатым центрирующим отверстием, при этом как посадочное отверстие зажимного патрона, так и центрирующее отверстие длиннее, чем зажимной элемент. Благодаря этому нет необходимости вводить зажимной элемент в продольном направлении, т.е. в направлении продольной оси зажимного элемента или, соответственно, центрирующего отверстия, точно в середине, а он вполне может быть сдвинут на несколько миллиметров. Это исполнение допускает возможность «компенсации» данным зажимным патроном изменений длины держателя заготовки при соответствующем расположении на зажимной подставке.
При одном из особенно предпочтительных усовершенствований зажимные средства выполнены в виде продолговатых ползунов, которые воздействуют на зажимную поверхность зажимного элемента. Благодаря этому на зажимной элемент могут передаваться высокие зажимные и удерживающие силы.
Предпочтительно зажимной патрон снабжен двумя параллельно расположенными зажимными средствами. В противоположность зажимным патронам, имеющим множество зажимных элементов, таких как, например, зажимные шарики, такие зажимные средства просты и экономичны в изготовлении, и управление ими также является сравнительно простым.
Одно из предпочтительных усовершенствований предусматривает, что соответствующее зажимное средство длиннее, чем зажимной элемент. При этом исполнении может гарантироваться прилегание зажимного средства по всей длине зажимного элемента, и причем также тогда, когда зажимной элемент в продольном направлении вводится в посадочное отверстие зажимного патрона не в середине, а с некоторым сдвигом.
Другое предпочтительное усовершенствование предусматривает, что центрирующий элемент представляет собой цельно выполненную пружинную шайбу из нержавеющей стали, причем эта пружинная шайба расположена в области ввода посадочного отверстия, и при этом в пружинной шайбе выбрано центрирующее отверстие. Такая пружинная шайба, с одной стороны, проста и экономична в изготовлении, а с другой стороны, она может быстро и легко устанавливаться на зажимном патроне.
В другом предпочтительном усовершенствовании предлагается снабдить зажимной элемент по каждой из его двух продольных сторон зажимной поверхностью, к которой с силовым и/или с геометрическим замыканием прилегает соответствующее зажимное средство для втягивания и зажатия зажимного элемента. Таким образом может реализовываться большая зажимная поверхность, которая может воспринимать и передавать высокие силы.
Особенно предпочтительно зажимной элемент по каждой из его двух продольных сторон снабжен конически сходящейся центрирующей поверхностью и зажимной поверхностью, при этом зажимные поверхности, если смотреть в направлении вдвигания, расположены перед центрирующими поверхностями, и при этом зажимные средства выполнены в виде продолговатых ползунов, которые предназначены для воздействия на соответствующую зажимную поверхность зажимного элемента. Такой зажимной элемент прост в изготовлении и допускает высокие зажимные силы, при этом он одновременно также выполняет функцию центрирования.
Предпочтительно зажимной патрон имеет для каждого зажимного средства по меньшей мере один линейно смещаемый, помещенный в корпус поршня исполнительный поршень, который механически соединен с данным зажимным средством. Такой поршень обеспечивает возможность надежного смещения соответствующего зажимного средства. Кроме того, он прост и экономичен в реализации.
Особенно предпочтительно каждый исполнительный поршень и/или каждое зажимное средство нагружены посредством пружин сжатия в направлении посадочного отверстия, при этом каждый исполнительный поршень обладает возможностью пневматического смещения против силы пружин. При этом исполнении возможна автоматическая механическая блокировка зажимного устройства, а зажимная сила сохраняется даже в состоянии без приложения энергии. К тому же пневматическое открытие зажимного патрона просто в реализации.
Одно из предпочтительных усовершенствований предусматривает, кроме того, что зажимной элемент на каждой из двух продольных сторон снабжен конически сходящейся центрирующей поверхностью, при этом данная центрирующая поверхность выполнена, в частности, двухступенчатой. Такая центрирующая поверхность проста в реализации; кроме того, в двухступенчатом варианте осуществления становится возможным двухступенчатое центрирование в виде грубого и последующего точного центрирования.
Когда зажимной патрон снабжен проходным, распространяющимся по всей длине зажимного патрона посадочным отверстием, как это предусмотрено в одном из предпочтительных усовершенствований, зажимной патрон может легко чиститься, при этом скапливающиеся частицы грязи могут выходить из посадочного отверстия в сторону. Кроме того, такое исполнение является простым и экономичным в реализации.
Наконец, в другом предпочтительном усовершенствовании зажимного устройства зажимной патрон на верхней стороне снабжен возвышенными опорными поверхностями, которые распространяются по обеим сторонам вдоль посадочного отверстия. Это исполнение делает возможным Z-опоры для держателя заготовки, имеющие большую площадь.
Другая задача изобретения заключается в том, чтобы создать зажимную систему, при которой выполненные в соответствии с изобретением зажимные устройства могут располагаться особенно предпочтительным образом.
Решение этой задачи определено признаками п.1 формулы изобретения. В соответствии с изобретением зажимная система имеет для этого по меньшей мере два выполненных по одному из пп.1-13 зажимных устройства, которые имеют по меньшей мере два расположенных на зажимной подставке зажимных патрона и соответствующее количество расположенных на держателе заготовки зажимных элементов, при этом по меньшей мере два зажимных патрона расположены со сдвигом друг относительно друга на 90°, а на держателе заготовки соответственно им расположены зажимные элементы. При таком расположении зажимных патронов, с одной стороны, определяется положение держателя заготовки при зажатии в направлении X и Y, а с другой стороны, положение и расположение зажимных элементов относительно зажимного патрона является относительно некритичным.
Другая задача изобретения заключается в том, чтобы создать зажимную систему, которая особенно предпочтительным образом пригодна для того, чтобы можно было позиционировать и зажимать с воспроизводимой точностью также держатели заготовки от больших до очень больших размеров, причем эта зажимная система, в частности, должна быть также нечувствительной в отношении точного позиционирования зажимных элементов при установке на держателе заготовки и/или допусков изготовления зажимных элементов и/или в отношении допусков изготовления центрирующих элементов и/или зажимных патронов, и, например, также не должна чувствительно реагировать в отношении изменений длины держателя заготовки, обусловленных температурой.
Эта задача решается с помощью зажимной системы, которая снабжена признаками п.16 формулы изобретения. По определению эта зажимная система имеет по меньшей мере два зажимных патрона, располагаемых на зажимной подставке со сдвигом под некоторым углом друг к другу, в частности по меньшей мере три зажимных патрона, располагаемых на зажимной подставке со сдвигом друг относительно друга под углом 60°, 72°, 90° или 120°, и соответствующее количество соответственно располагаемых на держателе заготовки зажимных элементов, при этом каждый зажимной патрон имеет посадочное отверстие для зажимного элемента и зажимные средства для зажатия зажимного элемента в посадочном отверстии, и при этом как зажимные элементы, так и посадочные отверстия зажимных патронов выполнены продолговатыми, и по меньшей мере два зажимных патрона в области ввода посадочного отверстия снабжены каждый податливым упруго-эластичным центрирующим элементом, которые выравнивают данный зажимной элемент при вводе в посадочное отверстие поперек продольной оси посадочного отверстия.
Предпочтительные усовершенствования зажимной системы определены в зависимых пунктах 17-23 формулы изобретения.
Так, в одном из предпочтительных усовершенствований предлагается, чтобы на зажимной подставке были расположены четыре зажимных патрона, сдвинутых каждый друг относительно друга на 90°, при этом держатель заготовки снабжен четырьмя зажимными элементами для зажатия держателя заготовки в зажимной подставке, и при этом два зажимных патрона в области ввода посадочного отверстия снабжены каждый центрирующим элементом для выравнивания держателя заготовки в первом направлении, а два других зажимных патрона в области ввода посадочного отверстия снабжены каждый центрирующим элементом для выравнивания держателя заготовки во втором направлении, проходящем поперек первого направления. Такая зажимная система пригодна, в частности, для зажатия с воспроизводимой точностью держателей заготовки средних размеров.
При другом предпочтительном усовершенствовании предлагается, чтобы на зажимной подставке были расположены по меньшей мере четыре зажимных патрона, при этом по меньшей мере два зажимных патрона соосны друг другу в одном направлении, и при этом по меньшей мере один другой зажимной патрон расположен на зажимной подставке под 90° относительно двух соосных друг другу зажимных патронов. Такая зажимная система образует основу для зажатия с воспроизводимой точностью держателей заготовки от средних до больших или очень больших размеров.
Другое предпочтительное усовершенствование предусматривает, что на зажимной подставке расположены по меньшей мере четыре зажимных патрона, при этом по меньшей мере два зажимных патрона соосны друг другу в первом направлении, и при этом по меньшей мере два других зажимных патрона соосны друг другу во втором направлении, и при этом два соосных друг другу в первом направлении зажимных патрона снабжены каждый центрирующей шайбой для выравнивания соответствующего зажимного элемента в первом направлении, и при этом два соосных друг другу во втором направлении зажимных патрона снабжены каждый центрирующей шайбой для выравнивания соответствующего зажимного элемента во втором направлении, сдвинутом на 90° относительно первого направления. При таком исполнении нулевую точку зажимной системы проходит через точку пересечения двух прямых, которые соединяют каждая два соосных друг другу зажимных патрона.
При другом предпочтительном усовершенствовании предлагается, чтобы на зажимной подставке с распределением по линии окружности были расположены три, четыре, пять или шесть зажимных патронов. Такое расположение пригодно, в частности, для круглых держателей заготовки, которые служат, в частности, для помещения круглых заготовок.
Особенно предпочтительно как посадочное отверстие зажимного патрона, так и выбранное в центрирующем элементе центрирующее отверстие длиннее, чем соответствующий зажимной элемент. Такое исполнение, в частности, нечувствительно в отношении возможных изменений длины держателя заготовки по отношению к зажимной подставке.
Другое предпочтительное усовершенствование зажимной системы предусматривает, что каждый зажимной патрон имеет два параллельно расположенных, выполненных в виде продолговатых ползунов зажимных средства, которые предназначены для воздействия на зажимную поверхность соответствующего зажимного элемента. Такие ползуны просты и экономичны в изготовлении. Кроме того, они могут передавать на зажимной элемент высокие зажимные и удерживающие силы.
Из последующего детального описания и совокупности пунктов формулы изобретения следуют другие предпочтительные варианты осуществления и комбинации признаков изобретения.
Краткое описание чертежей
На фигурах чертежей, используемых для пояснения одного из примеров осуществления, показано:
фиг.1: зажимное устройство, состоящее из зажимного патрона и зажимного элемента, на изображении в перспективе;
фиг.2: зажимное устройство в соответствии с фиг.1 в сечении, при этом закрепленный на держателе заготовки зажимной элемент изображен удаленно от зажимного патрона;
фиг.3: зажимное устройство в соответствии с фиг.2, при этом держатель заготовки незакрепленным образом насажен на зажимной патрон;
фиг.4: зажимное устройство в соответствии с фиг.2 во время зажатия держателя заготовки в зажимном патроне;
фиг.5: зажимной патрон вместе с зажимным элементом, помещенным в посадочное отверстие;
фиг.6: половина зажимного патрона на виде с внутренней стороны вместе с держателем заготовки и расположенным на нем зажимным элементом;
фиг.7: вид в перспективе зажимной системы, имеющей зажимную подставку и зажимную верхнюю часть;
фиг.8: зажимная подставка, которая пригодна для зажатия держателей заготовки от больших до очень больших размеров;
фиг.9: один из альтернативных примеров осуществления зажимного патрона в сечении.
На фиг.1 показаны два существенных элемента зажимного устройства на виде в перспективе. Зажимное устройство включает в себя зажимной патрон 1, а также зажимаемый в зажимном патроне 1 зажимной элемент 2. Зажимной патрон 1 обычно фиксируется на обрабатывающем столе обрабатывающего станка, в то время как зажимной элемент 2 крепится на нижней стороне паллета с держателями заготовки. Зажимной патрон 1 изображен на виде сверху, а зажимной элемент 2 вместе с условно показанным на чертеже держателем 40 заготовки - на виде снизу. Для зажатия зажимного элемента 2 в посадочном отверстии 7 зажимной патрон 1 снабжен двумя продолговатыми зажимными средствами, которые на этом изображении, однако, не видны.
Зажимной патрон 1 образуется двумя по существу идентичными половинами 4a, 4b зажимного патрона. Каждая половина 4a, 4b зажимного патрона снабжена корпусом 5a, 5b, при этом оба корпуса 5a, 5b в области своего дна соединены винтовым соединением с получением корпуса, в совокупности обозначенного 5. Каждая половина 4a, 4b зажимного патрона имеет, кроме того, корпус 8a, 8b поршня, во внутреннем пространстве которого расположено по поршню (не видно).
Зажимной патрон 1 снабжен продолговатым шлицевым посадочным отверстием 7 для зажимного элемента 2, выполненного продолговатым. В области ввода посадочного отверстия 7 на зажимном патроне 1 расположен центрирующий элемент 9 в виде податливой упруго-эластичный в направлении Z шайбы 9a. Направлением Z называется то направление, которое в нормальном случае проходит вертикально, т.е. перпендикулярно поверхности обрабатывающего стола, в то время как направления X и Y проходят параллельно поверхности обрабатывающего стола, на котором зажимается такой зажимной патрон 1. Центрирующая шайба 9a посредством винтов 10 закреплена на корпусе 5 или, соответственно, двух частях 5a, 5b корпуса зажимного патрона 1. Одновременно центрирующая шайба 9 действует в качестве усиления для двух частей 5a, 5b корпуса. В центрирующей шайбе 9a выбрано продолговатое, по существу прямоугольно выполненное центрирующее отверстие 11. Этим центрирующим отверстием 11 вдоль продольной стороны центрирующей шайбы образуются две проходящие параллельно друг другу боковые стенки 12a, 12b, которые согласованы с данным зажимным элементом 2 таким образом, что зажимной элемент 2 выравнивается при вводе в посадочное отверстие 7 поперек продольной оси L поперек посадочного отверстия 7. Эти две боковые стенки 12a, 12b образуют своего рода язычки, которые являются податливыми упруго-эластичными в направлении Z. В зависимости от расположения зажимного патрона 1, зажимной элемент 2 при вводе в посадочное отверстие 7 выравниваются в направлении X или Y. В любом случае зажимной элемент 2 при вводе выравнивается по двум боковым стенкам 12a, 12b поперек продольной оси L посадочного отверстия 7 или, соответственно, зажимного патрона 1. Зажимной элемент 2 снабжен для этого в задней или, соответственно, верхней области конически сходящимися боковыми поверхностями, как еще будет поясняться ниже. Зажимной элемент 2 при вводе в зажимной патрон 1 линейно прилегает к центрирующей шайбе 9a, что, например, дает преимущества в отношении нечувствительности к грязи, так как они действуют как скребки для грязи.
На обеих сторонах центрирующей шайбы 9a зажимной патрон 1 снабжен продолговатыми возвышенными опорными поверхностями 15a, 15b, которые образуют Z-опору для держателя заготовки при зажатии в зажимном патроне 1. Эти опорные поверхности 15a, 15b проходят параллельно продольной оси L посадочного отверстия 7. В торцевую сторону 16 зажимного патрона 1 в области дна впадают два канала 17, 18, через которые может вводиться сжатый воздух. При этом один канал 17 служит для открытия зажимного патрона, в то время как другой канал 18 предусмотрен для поджатия зажимных средств. Оба канала 17, 18 проходят, с одной стороны, сквозь зажимной патрон 1 до его другой торцевой стороны. С другой стороны, каждый канал соединен с обеими половинами 4a, 4b зажимного патрона. В любом случае каждая половина 4a, 4b патрона на каждой торцевой стороне имеет канал для подключения к трубопроводу сжатого воздуха. Это исполнение одновременно делает возможным последовательное включение нескольких зажимных патронов.
Зажимной элемент 2 выполнен в виде продолговатой балки, которая в поперечном сечении похожа на железнодорожный рельс. Зажимной элемент 2 может, с одной стороны, зажиматься в зажимном патроне 1; одновременно он выполняет также функцию центрирования, при этом он наряду с зажимными поверхностями имеет также центрирующие поверхности, посредством которых при вводе в зажимной патрон 1 он выравнивается поперек продольной оси L посадочного отверстия 7. Зажимной элемент 2 имеет плоскую заднюю сторону, которая при завертывании по плоскости приходит в соприкосновение с нижней стороной держателя 40 заготовки. Зажимной элемент 2 снабжен сверлениями 30 для помещения крепежных винтов. На обращенной к зажимному патрону 1 передней стороне зажимной элемент 2 выполнен T-образно, так что образуется головная часть в виде выступа 32. В области задней стороны зажимной элемент 2 на каждой продольной стороне снабжен центрирующей поверхностью 35. Каждая центрирующая поверхность 35 выполнена предпочтительно 2-ступенчатой. Держатель 40 заготовки при зажатии зажимного элемента 2 своей плоской нижней стороной приходит в соприкосновение с опорными поверхностями 15a, 15b.
С помощью фиг.2-4, на которых показан в сечении зажимной патрон 1 вместе с зафиксированным в держателе 40 заготовки зажимным элементом 2, подробнее поясняется, в частности, исполнение зажимного патрона 1, а также его принцип действия при зажатии зажимного элемента 2. Зажимной элемент 2 посредством нескольких винтов закреплен на нижней стороне схематично изображенного держателя 40 заготовки.
В то время как на фиг.2 показан зажимной патрон 1 в открытом состоянии вместе с еще не насаженным или, соответственно, не зажатым держателем 40 заготовки, на фиг.3 зажимной патрон 1 показан в открытом состоянии вместе с держателем заготовки, насаженным на него незакрепленным образом. На фиг.4 зажимной патрон изображен на моментальном снимке при зажатии держателя заготовки. Так как зажимной патрон 1 состоит из двух по существу одинаково выполненных половин 4a, 4b зажимного патрона, которые здесь изображены зеркально, соответственно элементы одной половины 4a снабжены ссылочными обозначениями, идентичными соответствующим элементам другой половины 4b зажимного патрона.
Как видно на фиг.2, внутри зажимного патрона 1 расположены два зажимных средства 20 в виде ползунов. Оба зажимных средства 20 находятся друг напротив друга, выполнены продолговатыми и расположены параллельно друг другу. Зажимные средства 20 выполнены цельно и имеют очень устойчивую к механическим повреждениям конструкцию. Предпочтительно оба зажимных средства 20 состоят из азотированной стали. Каждое зажимное средство 20 нагружено посредством нескольких пружин 25 сжатия в направлении посадочного отверстия 7, причем из этого изображения видно только по одной пружине 25 сжатия каждого зажимного средства 20. Пружины 25 сжатия на задней стороне оперты на корпус 8a, 8b поршня. Каждое зажимное средство 20 снабжено продолжением 21, нижняя сторона которого имеет зажимную поверхность 22, посредством которой это зажимное средство 20 может воздействовать на зажимную поверхность 33 на задней стороне выступа 32 зажимного элемента 2, чтобы втягивать зажимной элемент 2 и вместе с держателем 40 заготовки затягивать в зажимном патроне 1. Зажимной элемент 2 по своим двум продольном сторонам снабжен такой зажимной поверхностью 33. Эти две зажимные поверхности 33 образуются каждая поднутрением в зажимном элементе 2. Расположенная на продолжении 21 зажимная поверхность 22 каждого зажимного средства 20 согласована с зажимной поверхностью 33 зажимного элемента 2 таким образом, что зажимной элемент 2 двумя зажимными средствами 20 с высокой силой втягивается вниз или, соответственно, в зажимной патрон 1. Когда данное зажимное средство 20 выполнено в виде продолговатого ползуна, оно может по всей длине зажимного элемента 2 по большой площади прилегать к нему и зажимать держатель 40 заготовки с высокой силой в зажимном патроне 1, так что зажимной элемент 2 и вместе с тем также держатель 40 заготовки может/могут воспринимать большие силы, в частности также высокие поперечные силы. Кроме того, виден выбранный в области дна в корпусе 5 канал 17, функция которого еще будет поясняться позже. Вместо всего двух зажимных средств с каждой стороны могли бы, например, предусматриваться также два или три зажимных средства, так что имелись бы всего четыре или шесть зажимных средств, причем это количество ни в коем случае не должно считаться окончательным.
Каждое зажимное средство 20 посредством нажимных штанг 36 соединено с расположенным на том же уровне поршнем 24. Каждый поршень 24 обладает возможностью латерального смещения внутри соответствующего корпуса 8a, 8b поршня. Когда данный поршень 24 расположен горизонтально на одном уровне с соответствующим зажимным средством 20, сила может передаваться непосредственно от поршня 24, т.е. без изменения направления, на каждое зажимное средство 20. Кроме того, это исполнение позволяет получить компактную конструкцию с малой конструктивной высотой всего зажимного патрона 1. Оба поршня 2 двигают соответствующие зажимные средства 20 независимо друг от друга, что, в т.ч., дает то преимущество, что зажимной элемент 2 в поперечном направлении не должен вставляться в зажимной патрон точно в середине. Это предпочтительно, в частности, у больших зажимных систем, имеющих несколько зажимных патронов, как еще будет поясняться ниже.
Пространство 26 между передней стороной данного поршня 24 и основной поверхностью корпуса 8a, 8b поршня называется камерой сжатия, в то время как пространство 27 между задней стороной поршня 24 и боковой крышкой 37 корпуса называется камерой поджатия. Как в камеру 26 сжатия, так и в камеру 27 поджатия через внутренние каналы (не видны) может подаваться избыточное давление. Кроме того, виден кабель-канал 17, который пригоден, например, для помещения проводов сенсоров и т.п.
Пружины 25 сжатия выполнены и расположены таким образом, что они нагружают данный поршень 24, и вместе с тем также оба зажимных средства 20, в направлении посадочного отверстия 7, так что зажимной элемент 2 силой пружин 25 зажимается или, соответственно, остается зажатым в зажимном патроне 1. Чтобы привести данный поршень 24 вместе с механически соединенным зажимным средством 20 в изображенное здесь, отодвинутое положение, в данную камеру 26 сжатия должно подаваться пневматическое давление. Для этого в камере 26 сжатия должно создаваться столь высокое давление, чтобы преодолевалась сила воздействующих на зажимное средство пружин сжатия, а также других пружин сжатия, вместе с сопротивлениями трения.
Разумеется, что оба зажимных средства 20 должны находиться в отодвинутом положении, чтобы зажимной элемент 2 мог вводиться в зажимной патрон 1 и зажиматься в нем.
При вводе зажимного элемента 2 в посадочное отверстие 7 зажимного патрона 1 сначала передняя часть зажимного элемента своими двумя зажимными поверхностями 33 водится в посадочное отверстие 7. Затем, в конце процесса ввода, центрирующие поверхности 35 зажимного элемента 2 приходят в соприкосновение с центрирующей шайбой 9a. В любом случае зажимные поверхности 33 зажимного элемента 2, если смотреть в направлении вдвигания, расположены перед центрирующими поверхностями 35.
На фиг.3 показан зажимной патрон 1 вместе с опирающимся на него незакрепленным образом держателем 40 заготовки. «Незакрепленным образом» в этом контексте означает, что держатель 40 заготовки опирается на зажимной патрон только своим собственным весом, конечно, включая возможно закрепленные на нем заготовки. При накладывании держателя 40 заготовки на зажимной патрон 1 центрирующие поверхности 35 зажимного элемента 2 приходят в соприкосновение с центрирующей шайбой 9a (фиг.2) и при этом выравнивают зажимной элемент 2 поперек продольной оси посадочного отверстия 7. В любом случае центрирующие поверхности зажимного элемента 2 выполнены с такими размерами и согласованы с центрирующей шайбой таким образом, что зажимной элемент при вводе в центрирующее отверстие или, соответственно, посадочное отверстие выравнивается точно поперек своей продольной оси L (фиг.5) или, соответственно, поперек продольной оси посадочного отверстия. Благодаря двухступенчатому исполнению расположенных на зажимном элементе центрирующих поверхностей сначала производится грубое, а после этого точное центрирование.
Как изображено на фиг.3, у легких держателей 40 заготовки после незакрепленного наложения между плоской нижней стороной 41 держателя заготовки и поверхностью опорных поверхностей 15 может оставаться небольшой зазор, так как данный зажимной элемент 2 в направлении Z опирается на центрирующую шайбу 9a. Будет ли после наложения существовать такой зазор, зависит, конечно, в частности, от геометрии центрирующих поверхностей зажимного элемента по отношению к центрирующему отверстию центрирующей шайбы, а также жесткости центрирующей шайбы и общего веса держателя заготовки. Центрирующая шайба имеет предпочтительно толщину от 2 до 5 мм, так что посредством центрирующей шайбы 9a могут также восприниматься определенные поперечные силы.
Если после незакрепленного наложения держателя заготовки между его нижней стороной 41 и опорными поверхностями 15 еще остается зазор, позиционирование держателя заготовки в направлении Z осуществляется с использованием упруго пружинящей податливости центрирующей шайбы. Этот зазор устраняется, когда зажимной элемент под действием зажимных средств продолжает втягиваться в зажимной патрон. При этом положение зажимного элемента поперек продольной оси посадочного отверстия больше не изменяется, так как после незакрепленного наложения держателя заготовки происходит только лишь очень небольшое движение держателя заготовки или, соответственно, зажимного элемента в направлении Z. Обычно держатель 40 заготовки после выравнивания зажимного элемента 2 движется еще на несколько десятых миллиметра в направлении Z, пока он не придет в соприкосновение с возвышенными участками 15 поверхности зажимного патрона 1. Основной принцип такого позиционирования известен из EP 0 111 092 B2.
На фиг.4 показано сечение зажимного патрона 1 вместе с держателем 40 заготовки и закрепленным в нем зажимным элементом 2 во время зажатия держателя 40 заготовки. Из этого изображения видны, кроме того, дополнительные пружины 38, которые зажаты между задней стороной данного поршня 24 и боковой крышкой 37 корпуса. Хотя у каждого поршня 24 видна только одна дополнительная пружина 38, для каждого поршня 24 имеются несколько таких пружин 38. Эти дополнительные пружины 38 нагружают поршень 24 в направлении внутренней стороны зажимного патрона и повышают зажимную силу зажимного средства 20, соединенного с силовым замыканием с данным поршнем, дополнительно к уже вышеупомянутым пружинам 25 сжатия. С помощью таких дополнительных пружин 38 может стабильно повышаться механическая зажимная сила. Разумеется, что при пневматическом отодвигании данного поршня 24 должна также преодолеваться сила этих дополнительных пружин 38.
Чтобы два зажимных средства 20 могли смещаться внутрь в активное или, соответственно, зажатое положение, давление в камере 26 сжатия понижается или, соответственно, камера 26 сжатия открывается в атмосферу. Затем под силой пружин 25, 38 сжатия оба поршня 24 вместе с зажимными средствами 20, соединенными с ними с силовым замыканием, движутся внутрь. При этом зажимная поверхность 22 каждого зажимного средства 20 прилегает к соответствующей зажимной поверхности 33 зажимного элемента 2 (фиг.2) и тянет ее вместе с держателем 40 заготовки в направлении Z вниз, пока держатель 40 заготовки не придет в соприкосновение с возвышенными участками поверхности зажимного патрона 1. При этом Z-позиционировании центрирующая шайба 9a в области центрирующего отверстия упруго деформируется в направлении внутренней стороны зажимного патрона, как это показано условным образом. Под силой пружин 25, 38 такое зажимное устройство автоматически блокируется. Кроме того, зажимная сила сохраняется даже в состоянии без приложения энергии. Чтобы в случае необходимости повысить зажимную или, соответственно, втягивающую силу, в камеру 27 поджатия может подаваться пневматическое давление.
На фиг.5 показан зажимной патрон 1 вместе с помещенным в посадочное отверстие 7 зажимным элементом 2 на виде сверху. На этом изображении видно, что выбранное в центрирующей шайбе 9a центрирующее отверстие 11 заметно длиннее, чем зажимной элемент 2. Длина зажимного элемента 2 обозначена A, в то время как длина центрирующего отверстия 11 обозначена B. Кроме того, видно, что посадочное отверстие 7 в продольном направлении распространяется сквозь весь зажимной патрон 1 и при этом, конечно, также длиннее, чем зажимной элемент 2. Предпочтительно как центрирующее отверстие 11, так и посадочное отверстие 7 по меньшей мере на 5% длиннее, чем зажимной элемент 2, особенно предпочтительно по меньшей мере на 10%, совсем особо предпочтительно по меньшей мере на 20%. Такая конфигурация гарантирует, что зажимной элемент 2 не должен вводиться в зажимной патрон 1 точно в середине, а что он в продольном направлении, т.е. в направлении продольной оси L зажимного элемента 2 или, соответственно, центрирующего отверстия 11, вполне может со смещением на несколько миллиметров или даже на несколько сантиметров вводиться в центрирующее отверстие 11 или, соответственно, посадочное отверстие 7 зажимного патрона 1, что, в частности, предпочтительно у больших держателей заготовки или, соответственно, зажимных систем, как еще будет подробнее поясняться ниже.
На фиг.6 показано в упрощенном изображении одна половина 4b зажимного патрона на виде с внутренней стороны. Кроме того, виден держатель 40 заготовки вместе с расположенным в нем и тоже упрощенно изображенным зажимным элементом 2. Из этого вида, в частности, видно помещенное в отверстие 28 ползуна корпуса 5 зажимного патрона зажимное средство 20. Длина зажимного элемента 2, в свою очередь, обозначена A, в то время как длина зажимного средства 20 обозначена C. Предпочтительно зажимное средство 20 несколько длиннее, чем зажимной элемент 2. Тем самым может гарантироваться, что зажимное средство 20 вдоль всего зажимного элемента 20 будет прилегать к его зажимной поверхности, что является важным потому, что данный зажимной элемент 20 в продольном направлении, вполне вероятно, вводится в зажимной патрон 1 не всегда центрально, что, в частности, может быть связано с тем, что такими зажимными патронами могут зажиматься различные держатели 40 заготовки.
Изображенное на фиг.1-6 зажимное устройство образует основной элемент для образования зажимной системы, с помощью которой могут зажиматься большие и/или тяжелые заготовки или, соответственно, держатели заготовки в рабочей области обрабатывающего станка, например, фрезерного станка, шлифовального станка, эрозионного станка или токарного станка. Под термином «большие или, соответственно, очень большие держатели заготовки» понимаются держатели заготовки, которые по меньшей мере в одном направлении могут иметь ширину или, соответственно, длину прибл. в один метр и больше, при этом они вполне также могут иметь размер до десяти метров. На таких держателях заготовки могут крепиться заготовки с общим весом до нескольких тысяч килограммов. В любом случае, такое зажимное устройство образует модульный конструктивный узел, посредством которого могут реализовываться зажимные системы от больших до очень больших размеров.
На фиг.7 показана такая зажимная система, которая имеет зажимную подставку 42 и зажимную верхнюю часть. Зажимная подставка 42 включает в себя четыре зажимных патрона 1a-1d, в то время как зажимная верхняя часть включает в себя держатель 40 заготовки с четырьмя расположенными на нем зажимными элементами 2a-2d. Каждый зажимной патрон сдвинут на 90° относительно двух своих соседних зажимных патронов на схематично обозначенном столе 43 обрабатывающего станка (не виден), в то время как четыре зажимных элемента 2a-2d соответственно зажимным патронам 1a-1d расположены на нижней стороне держателя 40 заготовки. Зажимная система включает в себя в настоящем примере, кроме того, четыре устройства для предварительного центрирования, состоящие из четырех расположенных на столе 43 станка центрирующих цапф 45 и четырех расположенные на держателе 40 заготовки центрирующих втулок 46. Устройства для предварительного центрирования служат для того, чтобы зажимные элементы 2a-2d держателя 40 заготовки при подведении к зажимной подставке 42 сравнительно легко и быстро могли выравниваться по этим четырем зажимным патронам 1a-1d. Тем самым может предотвращаться повреждение зажимных патронов 1a-1d зажимными элементами 2a-2d, когда они, в частности, при опускании держателя 40 заготовки не достаточно точно выровнены по данному зажимному патрону 1a-1d. При этом следует учитывать, что держатель 40 заготовки, который вполне может иметь вес от нескольких сотен до нескольких тысяч килограммов, в нормальном случае движется посредством крана и т.п. и насаживается на зажимную подставку 42. Держатель 40 заготовки отдельно имеет обычно вес по меньшей мере прибл.200-300 килограммов, и может воспринимать вес до нескольких тысяч килограммов. При недостаточном выравнивании держателя 40 заготовки относительно зажимной подставки 42 центрирующие цапфы 45 приходят в соприкосновение с нижней стороной держателя 40 заготовки и препятствую его дальнейшему опусканию и вместе с тем возможному повреждению зажимных патронов 1a-1d.
В примере в соответствии с фиг.7 все четыре зажимных патрона 1a-1d снабжены центрирующей шайбой 9a-9d, а все четыре зажимных элемента 2a-2d - центрирующими поверхностями для выравнивания по соответствующей центрирующей шайбе 9a-9d. Хотя при этом, в принципе, имеет место механическая статическая неопределенность в плоскости X-Y, она может в максимальной степени компенсироваться упруго пружинящей податливостью центрирующих шайб. Такая конфигурация пригодна, в частности, для зажимных систем от малых до средних размеров.
На фиг.8 показан один из примеров осуществления зажимной подставки 42a, которая пригодна для зажимных систем от больших до очень больших размеров. Зажимная подставка 42a снабжена для этого всего шестью зажимными патронами 1e-1k. Из шести зажимных патронов 1e-1k, с одной стороны, два средних зажимных патрона 1g, 1k соосны друг другу. С другой стороны, также два верхних наружных зажимных патрона 1f, 1h соосны друг другу. Два нижних наружных зажимных патрона 1e, 1i не соосны ни одному из других зажимных патронов 1f, 1g, 1h, 1k.
Когда речь идет о соосности друг другу, то под этим в настоящем контексте следует понимать, что продольные средние оси упомянутых зажимных патронов 1g, 1k; 1f, 1h лежат на одной линии - оси - A2 или, соответственно, A1.
В этом примере не все зажимные патроны снабжены центрирующей шайбой, а только два средних 1g, 1k, которые определяют направление Y, и два наружных задних 1f, 1h, которые определяют направление X. Два наружных нижних зажимных патрона 1e, 1i не имеют центрирующей шайбы; таким образом, они служат только для зажатия соответственно расположенного на паллете зажимного элемента. Точка пересечения осей A1, A2, проходящих через снабженные центрирующей шайбой зажимные патроны 1f, 1h; 1g, 1k, образует при этом нулевую точку N зажимной системы.
Разумеется, что по меньшей мере отдельные из зажимных патронов располагаются по меньшей мере на наибольшем возможном расстоянии друг от друга, так что также соответственно установленные на данном держателе заготовки зажимные элементы могут располагаться на держателе заготовки как можно дальше снаружи.
Благодаря отсутствию центрирующих шайб в двух наружных зажимных патронах 1e, 1f должна, с одной стороны, предотвращаться механическая статическая неопределенность. С другой стороны, при этом должна обеспечиваться возможность зажатия держателей заготовки от больших до очень больших размеров, поскольку, как уже упомянуто, с размером данного держателя заготовки может также варьироваться его абсолютная длина, например, в зависимости от термических воздействий. При предлагаемом изобретением исполнении и расположении зажимных устройств такие изменения длины не оказывают значительного негативного воздействия в отношении зажатия держателя заготовки с воспроизводимой точностью. Два зажимных средства 20 одного зажимного патрона движутся соответствующим поршнем независимо друг от друга, данный зажимной элемент в поперечном направлении не должен вставляться в соответствующий зажимной патрон точно в середине. Это преимущество раскрывается, в частности, у двух зажимных патронов 1e, 1i, которые не имеют центрирующей шайбы. Тем самым могут компенсироваться изменения длины держателя заготовки, которые возникают, прежде всего, вследствие термических расширений.
Такая зажимная подставка 42a пригодна также для зажатия держателей заготовки, имеющих четыре зажимных элемента. При этом могут также применяться держатели заготовки, зажимные элементы которых взаимодействуют с двум средними зажимными патронами 1g, 1k и либо правыми 1e, 1f, либо левыми зажимными патронами 1h, 1i.
Выполненная таким образом зажимная система, с одной стороны, относительно нечувствительна в отношении точного позиционирования зажимных элементов на держателе заготовки, а также в отношении допусков изготовления зажимных элементов, а также центрирующих элементов, так как определенные неточности, с одной стороны, могут компенсироваться пружинными шайбами, а с другой стороны, описанное расположение зажимного патрона способствует также тому, что, например, могут компенсироваться или, соответственно, покрываться обусловленные температурой изменения длины держателя заготовки.
Альтернативно примеру осуществления в соответствии с фиг.8, также все зажимные патроны могли бы снабжаться центрирующими шайбами. В этом случае у некоторых зажимных элементов могли бы, например, отсутствовать центрирующие поверхности 35, так чтобы соответствующие зажимные элементы при зажатии в зажимном патроне не приходили в соприкосновение с центрирующими шайбами, а служили только для зажатия в зажимном патроне. Конечно, возможна также комбинация того и другого, когда у одного или нескольких зажимных патронах отсутствуют центрирующие шайбы, а у одного или нескольких зажимных элементов центрирующие поверхности.
Предпочтительно данная зажимная подставка 42, 42a дополнительно снабжена также элементами для обнаружения наличия держателя заготовки. В зависимости от исполнения, расположения и принципа действия посредством таких элементов может также распознаваться правильное зажатие держателя заготовки. В качестве элементов могут, например, находить применение имеющиеся в продаже бесконтактные переключатели, например, на механической, индуктивной, емкостной, оптической или магнитной основе.
На фиг.9 показан один из альтернативных и особенно предпочтительных вариантов осуществления зажимного патрона 1 в сечении. Чтобы выполнить зажимной патрон 1 в целом более стабильным и более жестким, две половины 4a, 4b зажимного патрона в верхней области соединены друг с другом посредством двух связей 47, причем из этого изображения видна только одна из этих двух связей. Каждая связь состоит из распорной втулки 48 и стяжного винта 49. Зажимной патрон 1 в каждой из двух концевых областях усилен посредством одной такой связи 47. При этом расстояние в свету между двумя связями больше, чем длина зажимного элемента. Предпочтительно расстояние в свету между двумя связями примерно равно длине выбранного в центрирующей шайбе 9a центрирующего отверстия 11 (фиг.1), так что сохраняются приведенные выше преимущества, а именно, что зажимной элемент в продольном направлении, т.е. в направлении продольной оси зажимного элемента или, соответственно, центрирующего отверстия не должен вводиться точно в середине, а вполне может быть сдвинут на несколько миллиметров. К тому же обе связи выполнены и расположены так, что сохраняется идентичная конфигурация двух половин 4a, 4b зажимного патрона.
Разумеется, что предыдущие примеры осуществления не должны считаться окончательными или всеобъемлющими. Так, в рамках изобретения могут также реализовываться зажимные системы, которые снабжены несколькими зажимными патронами, с распределением расположенными на линии окружности. Например, на зажимной подставке могли бы располагаться три, четыре, пять или шесть зажимных патронов с распределением по линии окружности.
Преимущества выполненных в соответствии с изобретением зажимных устройств или, соответственно, зажимных систем могут резюмироваться следующим образом:
- могут создаваться очень высокие зажимные и удерживающие силы;
- отдельный зажимной патрон может воспринимать очень высокие поперечные силы;
- зажимные патроны вместе с зажимными элементами предназначаются в качестве модулей для построения зажимных систем различных размеров и различных конфигураций;
- с помощью модулей могут реализовываться очень большие зажимные системы для очень больших и тяжелых держателей заготовки;
- на зажимной подставке могут также зажиматься очень большие держатели заготовки с воспроизводимой точностью в пределах прибл. от 10 до 20 мкм;
- зажимные элементы могут легко и быстро устанавливаться на держателях заготовки самых различных конфигураций;
- с помощью податливых упруго-эластичных центрирующих шайб может в значительной степени устраняться или, соответственно, компенсироваться возможная статическая неопределенность;
- зажимные патроны имеют небольшую конструктивную высоту;
- зажимные патроны имеют простую конструкцию, надежны в применении и экономичны в изготовлении;
- зажимной патрон состоит из двух конструктивно одинаковых половин;
- каждый зажимной элемент механически посредством пружин сжатия надежно блокируется в зажимном патроне;
- пружины сжатия гарантируют сохранение зажимной силы даже в состоянии без приложения энергии;
- возможна пневматическое последовательное включение зажимных патронов;
- зажимные патроны имеют грязеустойчивый дизайн;
- зажимные патроны легко чистятся;
- зажимная система нечувствительна в отношении точного позиционирования зажимных элементов при установке на держателе заготовки;
- зажимная система нечувствительна в отношении допусков изготовления зажимных элементов;
- зажимная система нечувствительна в отношении допусков изготовления центрирующих элементов;
- зажимная система реагирует нечувствительно в отношении изменений длины держателя заготовки, обусловленных температурой.