Универсальная крепежная оснастка тонкостенных неметаллических деталей

Полезная модель относится к робототехнике и может быть использована для базирования и закрепления тонкостенных неметаллических деталей (например, детали планеров летательных аппаратов, выполненные из полимерных композитных материалов) на рабочем столе обрабатывающего оборудования (например, рабочий стол роботизированной ячейки гидроабразивной резки).
Известна универсальная крепежная оснастка тонкостенных неметаллических деталей, содержащая расположенное в горизонтальной плоскости основание с установленными на нем вертикальными стойками, в верхней части каждой из которых с возможностью перемещения и фиксации в заданном положении размещен держатель обтекаемой формы, выполненный из металла (см. патент РФ № 2666651, МПК B23Q 1/25, B25B 11/00, дата публикации 11.09.2018).
Недостатками известного решения являются:
- каждая из стоек выполнена с возможностью перемещения только вдоль вертикальной оси, и площадь опирания детали ограничена поверхностью вакуумной присоски;
- расположение вертикальных стоек на основании фиксированное, что значительно сужает функциональные возможности, т.к. в случае изменения расстояния между стойками или увеличения их количества придется переделывать существующую конструкцию или изготавливать новую;
- конструктивная сложность устройства, в котором для перемещения и фиксации держателя в заданном положении используют пневмоцилиндры, пневматические линейные приводы и пневматические тормоза.
В качестве ближайшего аналога принято крепежная оснастка, содержащая прямоугольную раму, состоящую из параллельных продольных направляющих, связанных между собой поперечными ребрами, верхние грани которых расположены в одной горизонтальной плоскости, и жесткие стойки, установленные вертикально на поперечных ребрах с возможностью их заданного позиционирования на площади прямоугольной рамы, при этом верхние концы стоек снабжены держателями, причем каждая из стоек снабжена основанием, выполненным в виде пластины, на плоскости которой, обращенной в сторону поперечных ребер, выполнены выступы с зазором между ними, соответствующим ширине упомянутых ребер, с возможностью установки основания на ребро и его снятия с ребра, причем обращенные друг к другу стороны выступов выполнены плоскими и параллельными между собой, в каждом поперечном ребре выполнены шпоночные пазы с возможностью размещения в них шпонок, а в выступах каждого основания выполнены вертикальные пазы на уровне, обеспечивающем их совмещение со шпонками для закрепления упомянутых стоек на ребрах (см. патент РФ № 2620524, МПК B23Q 1/25, B23Q 3/02, дата публикации 26.05.2017).
Существенным недостатком ближайшего аналога является необходимость изготовления нескольких комплектов стоек разной длины с разной формой установочных накладок из-за следующих факторов:
- форма и ориентация в пространстве поверхности опирания установочных накладок остается неизменной, сложно адаптировать их для разных деталей, следовательно, придется изготавливать несколько типоразмеров;
- «рабочая» площадь каждой из стоек ограничена установочными накладками;
- фиксированная длина стоек подразумевает необходимость изготовления и наличия набора стоек различной протяженности, при этом разница в высоте стоек может быть минимальной;
- необходимо продумать и обеспечить оптимальное расположение гибкого трубопровода относительно всех стоек;
- конструктивная сложность устройства (наличие гибкого шланга, гибкого трубопровода, системы вакуумирования и вакуум-насоса), обусловленная использованием вакуума для базирования и закрепления детали.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является разработка крепежной оснастки тонкостенных неметаллических деталей, которая не требует предварительного изготовления нескольких типоразмеров стоек с установочными накладками.
Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в возможности быстрой и удобной корректировки положения держателей относительно жестких стоек не только на предварительном этапе, но и в процессе базирования и закрепления детали, обеспечивающей расширение функциональных возможностей.
Поставленная задача решается тем, что крепежная оснастка тонкостенных неметаллических деталей, содержащая прямоугольную раму, состоящую из параллельных продольных направляющих, связанных между собой поперечными ребрами, верхние грани которых расположены в одной горизонтальной плоскости, и жесткие стойки, установленные вертикально на поперечных ребрах с возможностью их заданного позиционирования на площади прямоугольной рамы, при этом верхние концы стоек снабжены держателями, причем каждая из стоек снабжена основанием, выполненным в виде пластины, на плоскости которой, обращенной в сторону поперечных ребер, выполнены выступы с зазором между ними, соответствующим ширине упомянутых ребер, с возможностью установки основания на ребро и его снятия с ребра, причем обращенные друг к другу стороны выступов выполнены плоскими и параллельными между собой, в каждом поперечном ребре выполнены шпоночные пазы с возможностью размещения в них шпонок, а в выступе с одной стороны каждого основания выполнен вертикальный паз на уровне, обеспечивающем его совмещение со шпонками для ориентации и закрепления упомянутых стоек на ребрах, отличается тем, что на верхнем конце каждой стойки в храповом замке шарнирного механизма с возможностью перемещения в трех измерениях размещена подвижная штанга, один конец которой снабжен держателем, при этом каждый держатель выполнен в форме сферы из металла с возможностью магнитного взаимодействия с магнитами для фиксации детали.
Сопоставительный анализ совокупности существенных признаков предлагаемого технического решения и совокупности существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом отличительные признаки формулы полезной модели решают следующие функциональные задачи.
Признаки «на верхнем конце каждой стойки в храповом замке шарнирного механизма с возможностью перемещения в трех измерениях размещена подвижная штанга, один конец которой снабжен держателем» обеспечивают возможность быстрой и удобной корректировки положения держателя относительно соответствующей жесткой стойки.
При этом возможность перемещения держателя в горизонтальной плоскости увеличивает «рабочую» площадь стойки, что позволяет увеличить расстояние между стойками либо уменьшить их количество, а возможность перемещения держателя по вертикали позволяет «нарастить» высоту стойки с высокой точностью и тем самым сократить количество их типоразмеров.
Признаки «каждый держатель выполнен в форме сферы из металла с возможностью магнитного взаимодействия с магнитами для фиксации детали» позволяет закрепить на нем неметаллическую деталь с помощью магнита.
Выполнение каждого держателя в форме сферы обеспечивает одинаковую поверхность опирания независимо от расположения держателя, при этом можно варьировать площадь опирания (и как следствие удельную нагрузку) за счет изменения диаметра держателя.
Держатели могут быть выполнены из различных материалов, обладающих возможностью магнитного взаимодействия с магнитами:
- ферромагнитные металлы - железо, никель, кобальт;
- сплавы на основе ферромагнитных металлов - например сталь (сталь Ст3, Сталь 20, 40Х13 и т.п.);
2
14
5
- редкоземельные магниты - например NdFeB и SmCo.
На фиг. 1 изображен общий вид крепежной оснастки на этапе базирования тонкостенной неметаллической детали.
На фиг. 2 изображен узел закрепления стойки на поперечном ребре:
а - общий вид;
б - вертикальный разрез.
На фиг. 3 изображен общий вид стойки с установленным на ней держателем.
На чертежах показаны тонкостенная неметаллическая деталь 1, продольные направляющие 2 и поперечные ребра 3 прямоугольной рамы, жесткие стойки 4, держатели 5, основания 6 стоек 4 с выступами 7, зазоры 8 между выступами 7, шпоночные пазы 9 поперечных ребер 3, шпонки 10, вертикальные пазы 11 выступов 7, стопорные винты 12 и 13, шарнирные механизмы 14 с храповым замком и подвижные штанги 15 стоек 4.
Прямоугольная рама размещена на рабочем столе обрабатывающего оборудования (на чертежах не показан) и состоит из параллельных продольных направляющих 2, связанных между собой поперечными ребрами 3, верхние грани которых расположены в одной горизонтальной плоскости, притом в каждом поперечном ребре 3 выполнены шпоночные пазы 9 с размещенными в них шпонками 10.
Жесткие стойки 4 установлены вертикально на поперечных ребрах 3.
На верхнем конце каждой стойки 4 в храповом замке шарнирного механизма 14 размещена подвижная штанга 15, один конец которой снабжен держателем 5, выполненным в форме сферы из металла с возможностью магнитного взаимодействия с магнитами для фиксации детали (на чертежах не показаны).
При этом за счет изменения свободной длины подвижной штанги 15, а также ее поворота относительно соответствующей стойки 4 с помощью шарнирного механизма 14 обеспечивается возможность перемещения держателя 5 в трех измерениях. Также шарнирный механизм 14 выполнен с возможностью перемещения вдоль стойки 4 и его положение фиксируется с помощью стопорного винта 13.
Каждая из стоек 4 снабжена основанием 6, выполненным в виде пластины, на плоскости которой, обращенной в сторону поперечных ребер 3, выполнены выступы 7 с зазором 8 между ними, соответствующим ширине упомянутых ребер 3, с возможностью установки основания 6 на ребро 3 и его снятия с ребра 3.
Кроме того, в выступах 7 каждого основания 6 выполнены вертикальные пазы 11 на уровне, обеспечивающем их совмещение со шпонками 10 для закрепления упомянутых стоек 4 на ребрах 3, а обращенные друг к другу стороны выступов 7 выполнены плоскими и параллельными между собой.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Предварительно намечают положение тонкостенной неметаллической детали 1 с известной формой и размерами относительно прямоугольной рамы.
Далее максимально близко к установленным координатам вертикально закрепляют жесткие стойки 4 на поперечных ребрах 3.
Для каждой стойки 4 устанавливают основание 6 таким образом, чтобы ребро 3 оказалось в зазоре 8 между выступами 7 и их вертикальный паз 11 был совмещен со шпонкой 10, расположенной в шпоночном пазе 9 упомянутого ребра 3, затем фиксируют положение стойки 4 с помощью стопорного винта 12.
Потом для каждой стойки 4 с помощью стопорного винта 13 разжимают шарнирный механизм 14 с храповым замком и за счет перемещения подвижной штанги 15 и/или шарнирного механизма 14 двигают держатель 5 в заданную точку в пространстве и фиксируют положение с помощью стопорного винта 13.
После установки всех держателей 5 в проектное положение на них базируют тонкостенную неметаллическую деталь 1, при необходимости корректируют положение держателей 5 по вышеуказанному алгоритму.
Далее закрепляют тонкостенную неметаллическую деталь 1, для чего над ней и держателями 5 размещают магниты, которые фиксируют положение тонкостенной неметаллической детали 1 относительно рабочего стола.
На заключительном этапе осуществляют необходимые технологические операции и снимают тонкостенную неметаллическую деталь 1 с крепежной оснастки, для чего проводят процедуру в обратном порядке.