УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ И ЦЕНТРИРОВАНИЯ ИНСТРУМЕНТА
DEVICE FOR ATTACHMENT AND CENTERING OF TOOL

[0001] Целью настоящего изобретения является устройство для крепления и центрирования инструмента со шпинделем, например, в сверлильном станке для рельс и аппаратов рельсовых путей в железнодорожной отрасли.
[0002] Станки для роторного бурения, как правило, содержат шпиндель, на который можно установить или которые могут образовывать устройство для крепления и центрирования инструмента, например, буровых коронок или фрезерных головок, для выполнения на них или с их помощью определенных видов механической обработки.
[0003] Известны другие системы крепления фрез на шпинделе, включая системы крепления Quick, распространенные в Северной Америке, и системы крепления Weldon, применяемые в Европе.
[0004] В известной системе Weldon шпиндель образует цилиндрический патрон с двумя радиальными стяжными штифтами (также называемыми зажимными винтами), расположенными перпендикулярно друг другу, и кольцевым уплотнением, установленным на дне патрона.
[0005] Подходящий инструмент 1 (фиг. 1), например, фреза, образует соединительный участок 2, вставляемый в патрон Weldon, с цилиндрической наружной поверхностью 3, продолжающейся от заднего свободного конца 4 соединительного участка 2 до его передней стороны 5, из которой продолжается рабочий участок 6 инструмента 1. Свободный конец 4 имеет наружную радиально скошенную кромку, которая образует кольцевую уплотнительную поверхность 8, выполненную с возможностью примыкания к кольцевому уплотнению патрона Weldon для предотвращения утечки охлаждающей жидкости, подаваемой через крепление.
[0006] На цилиндрической поверхности 3 сформированы две опорные поверхности 7 и 8, расположенные перпендикулярно друг другу и параллельно продольной оси 9 инструмента 1. Опорные поверхности 7 и 8 сформированы в области, отстоящей от свободного конца 4 (чтобы не касаться уплотнительной поверхности 8), и образуют углубления с цилиндрической поверхностью 3, определяющей максимальный радиальный размер соединительного участка 2.
[0007] Инструмент 1 с соединительным участком Weldon можно зафиксировать в патроне Weldon затягиванием двух стяжных штифтов на опорных поверхностях 7 и 8. Инструмент 1 типа Weldon также образует продольное отверстие 10, проходящее через весь соединительный участок 2, для пропускания охлаждающей жидкости и (или) центрирующего штифта 11.
[0008] В известной системе Quick шпиндель образует цилиндрический патрон без кольцевого уплотнения и радиальных стяжных штифтов, а, скорее, единый тангенциальный штифт, который пересекает пространство, ограничиваемое патрон и частично продолжается через него.
[0009] Подходящий инструмент 1' (фиг. 2, 3), например, фреза, образует соединительный участок 2' с цилиндрической наружной поверхностью 3', продолжающейся от заднего свободного конца 4' соединительного участка 2' до его передней стороны 5', из которой продолжается рабочий участок 6 инструмента 1.
[0010] В пределах цилиндрической поверхности 3' сформированы две опорные поверхности 7' и 8', расположенные перпендикулярно друг другу и параллельно продольной оси 9' инструмента 1'. Опорные поверхности 7' и 8' образуют углубления с цилиндрической поверхностью 3, определяющей максимальный радиальный размер соединительного участка 2. Первая опорная поверхность 7' из двух, 7' и 8', сформирована в области, отстоящей от свободного конца 4', а вторая опорная поверхность 8' продолжается до свободного конца 4', что делает формирование уплотнительной поверхности невозможным на данной площади. На цилиндрической поверхности 3' также сформировано фиксирующее сужение 12, продолжающееся от второй опорной поверхности 8' по окружности до стороны, противоположной первой опорной поверхности 7'. Если смотреть в рабочем направлении (вперед), фиксирующее сужение продолжается по часовой стрелке, другими словами, в стандартном направлении вращения шпинделей станков.
[0011] Во избежание утечки охлаждающей жидкости, подаваемой через крепление Quick, соединительный участок 2' содержит кольцевое уплотнение 13, например, уплотнительное кольцо, вставляемое в кольцевую канавку 14, образованную на цилиндрической поверхности 3', отстоящей от опорных поверхностей 7' и 8' и фиксирующего сужения 12 со стороны, противоположной свободному концу 4'.
[0012] Соединительный участок 2' крепления Quick можно вставить в патрон типа Quick единственным способом, когда тангенциальный штифт является смежным второй опорной поверхностью 8' и согласован с ней, при этом не пересекается с цилиндрической поверхностью 3'. Дальнейшее вращение соединительного участка 2' в направлении, обратном рабочему, приводит к зацеплению тангенциального штифта и фиксирующего сужения 12, удерживающего инструмент 1'. В фиксированном положении кольцевое уплотнение 13 примыкает к кольцевой уплотнительной поверхности патрона типа Quick.
[0013] Расположение двух опорных поверхностей 7', 8' и кольцевого уплотнения 13 позволяет использовать соединительный участок типа Quick и в патроне Weldon, в то время как соединительный участок Weldon в патроне типа Quick использовать нельзя.
[0014] В узкоспециализированных отраслях из-за особенностей работы, например, при прокладке железнодорожных путей, некоторые станки (фрезерные, сверлильные) производятся специально и лишь несколькими производителями, но применяются во всем мире, при этом простая и экономичная закупка инструмента (например, буровых коронок или фрезерных головок) у местных производителей по-прежнему ограничена различиями стандартов крепления.
[0015] Следовательно, целью настоящего изобретения является единое устройство для крепления и центрирования инструмента со шпинделем, имеющее характеристики, позволяющие использовать оба вида инструмента - Weldon и Quick - при этом обеспечивая возможность фиксации и центровки, а также подачи охлаждающей жидкости в обоих случаях.
[0016] В изобретении эти и другие цели выполняются устройством для крепления и центрирования инструмента со шпинделем по пункту 1 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы касаются определенных предпочтительных вариантов выполнения изобретения.
[0017] Один вариант предлагаемого устройства для крепления и центрирования инструмента со шпинделем содержит трубчатый участок с продольной (геометрической) осью и образует:
- патрон, открытый с переднего конца трубчатого участка и продольно ограниченный цилиндрической центрирующей поверхностью, соосной продольной оси,
- одно первое резьбовое отверстие, в которое вкручивается первый стяжной штифт (зажимной винт), при этом первый затягиваемый конец входит в патрон,
- второе резьбовое отверстие, в которое вкручивается второй стяжной штифт (зажимной винт), при этом второй затягиваемый конец входит в патрон,
причем первый и второй стяжные штифты продолжаются вдоль пересекающихся стяжных осей перпендикулярно друг другу и перпендикулярно продольной оси, отличающийся наличием:
- третьего отверстия, по существу касающегося центрирующей поверхности и по меньшей мере частично пересекающего патрон,
- стопорного штифта, который, будучи вставленным в третье отверстие, блокирует патрон, а для разблокировки патрона извлекается из третьего отверстия,
при этом первое резьбовое отверстие с первым стяжным штифтом и второе резьбовое отверстие со вторым стяжным штифтом расположены в первой половине трубчатого участка, а третье отверстие образовано во второй половине трубчатого участка, которая геометрически отделена от первой половины диаметральной плоскостью, содержащей продольную ось.
[0018] Устройство крепления подходит для применения инструментов типов Weldon и Quick в одних и тех же режимах, известных операторам. Переход с одной конфигурации на другую происходит путем вставки стопорного штифта в третье отверстие и извлечения из него.
[0019] Чтобы лучше понять суть изобретения и его преимущества, далее приводится его описание, не имеющее ограничительного характера, со ссылкой на прилагаемые чертежи:
[0020] Фиг. 1 - вид в перспективе инструмента, например, фрезы, по сути известного типа Weldon, но также образующего часть системы крепления согласно изобретению,
[0021] Фиг. 2 и 3 - виды в перспективе инструмента, например, фрезы, по сути известного типа Quick, но также образующего часть системы крепления согласно изобретению,
[0022] Фиг. 4 - вид сбоку, частично в разрезе, сверлильного станка, некоторые части которого удалены, согласно одному из вариантов выполнения изобретения,
[0023] Фиг. 5 - вид в перспективе передней стороны сверлильного станка из фиг. 4,
[0024] Фиг. 6 - увеличенный вид в разрезе устройства крепления сверлильного аппарата из фиг. 4 в режиме крепления Weldon,
[0025] Фиг. 7 - увеличенный вид в разрезе устройства крепления сверлильного аппарата из фиг. 4 в режиме крепления Quick,
[0026] Фиг. 8 - вид в перспективе в разрезе по первой плоскости сечения устройства крепления согласно одному из вариантов выполнения изобретения,
[0027] Фиг. 9 - вид в перспективе и в разрезе устройства крепления из фиг. 8, совместимое с инструментом с типом крепления Quick,
[0028] Фиг. 10 - вид сбоку в разрезе устройства крепления из фиг. 8, совместимого с инструментом с типом крепления Quick,
[0029] Фиг. 11 - вид в перспективе в разрезе по следующей плоскости сечения устройства крепления из фиг. 8,
[0030] Фиг. 12 - вид в перспективе в разрезе устройства крепления из фиг. 8 и 11, совместимого с инструментом с типом крепления Weldon,
[0031] Фиг. 13 - вид сбоку в разрезе устройства крепления из фиг. 8 и 11, совместимого с инструментом с типом крепления Weldon.
[0032] Фиг. 14 - вид в перспективе передней стороны механического инструмента с устройством крепления согласно одному из вариантов выполнения изобретения.
[0033] Согласно чертежам, устройство 15 для крепления и центрирования инструмента 1, 1' со шпинделем 16 содержит трубчатый участок 17 с продольной (геометрической) осью 18 и образует:
[0034] - один патрон 19, открытый с переднего конца 20 трубчатого участка 17 и продольно ограниченный цилиндрической центрирующей поверхностью 21, соосной продольной оси 18,
[0035] - первое резьбовое отверстие 22, в которое вставляется первый стяжной штифт 23, при этом первый затягиваемый конец 24 входит в патрон 19,
[0036] - второе резьбовое отверстие 25, в которое вкручивается второй стяжной штифт 26, при этом второй затягиваемый конец 27 входит в патрон 19,
[0037] при этом первый стяжной штифт 23 и второй стяжной штифт 26 продолжаются вдоль стяжных осей 28 и 29 перпендикулярно друг другу и перпендикулярно продольной оси 18,
[0038] - третьего отверстия 30, по существу касающегося центрирующей поверхности 21 и по меньшей мере частично пересекающего патрон 19.
[0039] Стопорный штифт 34, будучи вставленным в третье отверстие 30, блокирует патрон 19, а для разблокировки патрона 19 извлекается из третьего отверстия 30.
[0040] Первое резьбовое отверстие 22 с первым стяжным штифтом 23 и второе резьбовое отверстие 25 со вторым стяжным штифтом 26 расположены в первой половине 35 трубчатого участка 17, а третье отверстие 30 образовано во второй половине 36 трубчатого участка 17, которая геометрически отделена от первой половины диаметральной плоскостью 37, содержащей продольную ось 9.
[0041] Устройство 1 крепления подходит для применения инструментов типов Weldon и Quick в одних и тех же режимах, известных операторам. Переход с одной конфигурации на другую происходит путем вставки стопорного штифта 34 в третье отверстие 30 и извлечения из него.
[0042] В одном из вариантов осуществления изобретения третье отверстие 30 имеет первый резьбовой участок 31 за пределами патрона 19, второй участок 32, предпочтительно без резьбы, за пределами патрона 19 и напротив первого участка 31, и третий участок 33, лежащий между первым участком 31 и вторым участком 32 и пересекающий патрон 19. Стопорный штифт 34 содержит резьбовой участок 38, который можно вкрутить в первый резьбовой участок 31 третьего отверстия 30, и участок 39 с гладкой наружной поверхностью, выполненный с возможностью совмещения со вторым участком 32 и третьим участком 33 третьего отверстия 30 и частично пересекающий патрон 19. В предпочтительном варианте выполнения резьбовой участок 38 также образует головку/патрон, выполненный с возможностью зацепления инструментом для завинчивания, например, паз, шестигранное или крестовое углубление, а первый резьбовой участок 31 третьего отверстия 30 выходил на наружную сторону трубчатого участка 17, таким образом, формируя сторону вставки/извлечения стопорного штифта 34.
[0043] Таким образом, резьбовое соединение 31 и 38 повышает герметичность третьего отверстия 30 и устойчивость к протеканиям охлаждающей жидкости.
[0044] Третий участок 33 третьего отверстия 30 в предпочтительном варианте выполнения является несквозным, с отверстием, направленным в сторону патрона 19.
[0045] В одном из вариантов осуществления изобретения запирающие концы 24 и 27 первого 23 и второго 26 стяжных штифтов имеют уширение относительно первого 22 и второго 25 резьбовых отверстий, что не позволяет полностью выкрутить (извлечь) первый 23 и второй 26 стяжные штифты из трубчатого участка 17.
[0046] Это предотвращает утерю стяжных штифтов 24 и 27 во время работы в режиме Quick (при этом штифты 24 и 27 неплотно прилегают к инструменту), несмотря на вибрации и циклическое перемещение устройства 15, и повышает устойчивость первого 22 и второго 25 резьбовых отверстий к протеканию охлаждающей жидкости.
[0047] В одном из вариантов осуществления изобретения первый 23 и второй 26 стяжные штифты выполнены такой формы, которая позволяет полное их извлечение во внутреннюю полость патрона 19 для удаления и замены через патрон 19. Это облегчает первичную установку и замену стяжных штифтов без необходимости отказа от защиты от риска утери стяжных штифтов во время использования инструмента 1' с типом крепления Quick.
[0048] В зоне выхода первого 22 и второго 25 резьбовых отверстий из патрона 19 трубчатый участок 17 образует фиксирующую полость 42, уширяющуюся по отношению к резьбовому отверстию 22 и 25, утоняющуюся по отношению к цилиндрической центрирующей поверхности 21 и имеющую размер, достаточный для вставки затягиваемого конца 24 и 27 в фиксирующее положение без пересечения с патроном 19. Таким образом, устройство 15 можно использовать с инструментом 1' типа Quick, в частности, для затяжки вращением, что в других случаях невозможно из-за стяжных штифтов 23, 26.
[0049] В предпочтительном варианте выполнения каждый затягиваемый конец 24 и 27 образует пластинчатый участок (с плоской передней поверхностью), направленный перпендикулярно радиальному направлению продольной оси 18, и таким образом обеспечивает базу для центрирования инструмента 1 типа Weldon относительно продольной оси 18.
[0050] На конце, противоположном затягиваемому концу 24 и 27 и направленном к наружной поверхности трубчатого участка 17, первый 23 и второй 26 стяжные штифты образуют головку/патрон, например, паз, шестигранное или крестовое углубление, доступные для зацепления с инструментом для завинчивания с наружной стороны устройства 15.
[0051] В одном варианте осуществления изобретения стяжные оси 28 и 29 (которые совпадают с соответствующими центральными осями стяжных штифтов 23 и 26 и резьбовых отверстий 22 и 25 соответственно) перпендикулярны друг другу и продольной оси 18 и лежат в общей стяжной плоскости Weldon перпендикулярно продольной оси 18.
[0052] В другом варианте осуществления изобретения центральная ось 43 третьего отверстия 30 и (или) стопорного штифта 34, вставляемого в третье отверстие 30 (фиксирующая ось), лежит в фиксирующей плоскости Quick, перпендикулярной продольной оси 18 и отстоящей от стяжной плоскости Weldon в направлении переднего конца 20 трубчатого участка 17.
[0053] В одном варианте осуществления изобретения центральная ось 43 третьего отверстия 30 и (или) стопорного штифта 34, вставляемого в третье отверстие 30, параллельна диаметральной плоскости 37 и (или) перпендикулярна радиальной плоскости 44 симметрии трубчатого участка 17. Кроме того, первое и второе резьбовые отверстия 22 и 25 и третье отверстие 30, и соответственные им стяжные штифты и стопорный штифт накладываются друг на друга в продольном направлении без пересечения или нарушения пространства. Другими словами, они разнесены по окружности относительно продольной оси 18, но по меньшей мере частично накладываются друг на друга в продольном направлении. Исходя из расстояния по окружности, все отверстия отделены друг от друга с единственной возможностью связи через патрон 19.
[0054] Это позволяет уменьшить размер устройства 15 и четко разделить проходы и их использование для целей безопасной подачи охлаждающей жидкости.
[0055] Устройство 15 также содержит кольцевое уплотнение 45, расположенное, например, в кольцевой канавке 46, на задней стороне или в нижней части 47 патрона 19, на некотором расстоянии от третьего отверстия 30 и первого 22 и второго 25 резьбовых отверстий, в направлении, противоположном переднему концу 20 трубчатого участка 17.
[0056] Кольцевое уплотнение 45 совместно с уплотнительной поверхностью Weldon соединительного участка 2 предотвращает утечки охлаждающей жидкости в направлении к третьему отверстию 30 и через него, в котором в режиме Weldon отсутствует стопорный штифт 34.
[0057] Передний конец 20 трубчатого участка 17 также образует расширяющуюся переднюю уплотнительную поверхность 48, непосредственно примыкающую к цилиндрической центрирующей поверхности 21.
[0058] Передняя уплотнительная поверхность 48 совместно с кольцевым уплотнением 13 соединительного участка 2' типа Quick предотвращает утечки охлаждающей жидкости в направлении к переднему отверстию патрона 19 и через него.
[0059] Наконец, для простоты использования устройство 15 содержит один установочный патрон 49, отстоящий от третьего отверстия 30, предпочтительно снаружи и на расстоянии от трубчатого участка 17, и выполненный с возможностью вставки и удержания, например, с помощью подходящей резьбы, стопорного штифта 34 во время использования устройства 15 в режиме Weldon.
[0060] Отдельные компоненты устройства 15, за исключением прокладок, могут быть изготовлены из металлического материала, в частности, стали, например, инструментальной стали.
[0061] Устройство 1 может соединяться со шпинделем 16, например, инструмента 50 для сверлильного станка для рельс (фиг. 4, 5), или образовывать его часть.