ЗАЖИМНОЕ УСТРОЙСТВО
CLAMPING DEVICE

Изобретение относится к зажимному устройству, содержащему основание, имеющее центральное гнездо для зажимаемой детали и несколько полостей вокруг гнезда, причем основание выполнено с возможностью упругой деформации посредством радиальных сжимающих усилий, прикладываемых снаружи в зоне полостей, таким образом, что зажимаемая деталь может быть вставлена в гнездо, и с возможностью упругой обратной деформации за счет уменьшения или устранения радиальных сжимающих усилий для создания сжимающего соединения с зажимаемой деталью.
Зажимные устройства этого рода известны, например, из DE 19834739 С1. У этих зажимных устройств основание выполнено многоугольным и упруго приводится в круглую форму за счет приложения радиальных сжимающих усилий. При этом лежащие между точками приложения усилий участки основания деформируются с возможностью расширения гнезда и вставки круглого хвостовика. При уменьшении или устранении радиальных усилий деформированная деталь снова принимает свою многоугольную форму, так что хвостовик фиксируется за счет прессовой посадки.
У известных зажимных устройств полости, расположенные целесообразно так, что линии действия радиальных сжимающих усилий проходят посередине через них, обеспечивают то, что основание может деформироваться со сравнительно малым усилием даже при толстостенном выполнении и обладает деформационной характеристикой тонкостенной детали.
Этот вид зажимных устройств вполне зарекомендовал себя на практике. Однако частично считается недостатком то, что при очень высоких частотах вращения гораздо выше 100000 об/мин зажимное устройство под влиянием действующих центробежных сил имеет тенденцию раскрываться, так что надежный зажим больше не обеспечивается.
Задачей изобретения является, поэтому выполнение зажимного устройства описанного выше рода так, чтобы оно обеспечивало надежный зажим даже при высоких частотах вращения.
Эта задача решается, согласно изобретению, за счет того, что в полостях расположены грузики компенсации центробежных сил. При приведении зажимного устройства во вращение грузики за счет возникающих центробежных сил отжимаются наружу, вследствие чего лежащие между ними участки прогибаются внутрь, в результате чего гнездо смыкается. Зажимное усилие возникает или даже усиливается в зависимости от величины и массы грузиков компенсации центробежных сил. Опыты показали, что у зажимных устройств, согласно изобретению, надежный зажим может быть обеспечен до частот вращения 250000 об/мин и более.
Согласно одному варианту осуществления изобретения грузики компенсации центробежных сил выполнены за одно целое с основанием и в зоне наружных стенок полостей соединены с основанием посредством соединительных участков в виде перемычек. В этом случае целесообразно расположение соединительных участков в виде перемычек между основанием в зоне наружных стенок полостей и грузиками компенсации центробежных сил, если смотреть в направлении периферии, примерно посередине полостей, т.е. в зонах, где к основанию прикладываются также радиальные сжимающие усилия для открывания гнезда.
В качестве альтернативы можно вставить грузики компенсации центробежных сил в полости в виде отдельных деталей, причем грузики компенсации центробежных сил выполнены и расположены с возможностью образования между ними и основанием зон ввода усилий в виде перемычек, в которых, в частности, возникает непосредственный контакт между основанием и грузиками компенсации центробежных сил. Также в этом случае целесообразно, если зоны ввода усилий в виде перемычек расположены, если смотреть в направлении периферии, примерно посередине в полостях. Чтобы у этого варианта позиционировать грузики компенсации центробежных сил, целесообразно заполнить лежащие вокруг грузиков компенсации центробежных сил участки полостей эластичным материалом, например полимером. Этот материал может быть заполнен либо после вставки грузиков компенсации центробежных сил в полости, либо может находиться в распоряжении в качестве предварительно изготовленного вспомогательного позиционирующего приспособления. Заполнение таким эластичным материалом может быть предусмотрено, само собой, и тогда, когда грузики компенсации центробежных сил прочно соединены с основанием.
В остальном возможно также соединение выполненных в виде отдельных деталей грузиков компенсации центробежных сил подходящим образом с основанием в зонах ввода усилий.
Полости могут быть выполнены известным сам по себе образом открытыми к гнезду и, в частности, соединены с гнездом посредством радиальных прорезей, выполненных, если смотреть в направлении периферии, посередине полостей. В этом случае между прорезями образованы отдельные зажимные кулачки в гнезде.
Согласно одному альтернативному варианту осуществления изобретения, полости, по меньшей мере, частично заполнены сыпучим материалом и/или жидкостью в качестве грузиков компенсации центробежных сил. Грузики компенсации центробежных сил могут быть образованы в этом случае свободной засыпкой из песчаных зерен, стальных шариков и т.п., смоченных целесообразно средством для улучшения скольжения, например жидкостью для более легкого скольжения.
Другие предпочтительные варианты приведены в зависимых пунктах формулы и в нижеследующем описании примеров осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображают:
- фиг.1: первый вариант зажимного устройства в состоянии соединения и/или разъединения;
- фиг.2: зажимное устройство из фиг.1 в несрабатывающем состоянии зажима;
- фиг.3: второй вариант зажимного устройства в состоянии зажима;
- фиг.4: третий вариант зажимного устройства в состоянии зажима.
На фиг.1 и 2 изображен вариант зажимного устройства 1, который может быть выполнен, например, в виде зажимного патрона для зажима инструментов на рабочем шпинделе станка или может быть интегрирован непосредственно в рабочий шпиндель станка. Зажимное устройство 1 содержит основание 2 многоугольного внешнего контура, в котором выполнено центральное гнездо 3 для зажимаемой детали. Вокруг гнезда 3 в основании 2 расположены сегменто- или почкообразные полости 4, которые проходят соответственно по участку периферии около 100° и выполнены в основании 2, например, посредством электроэрозионной или фрезеровальной обработки. Таким образом, между полостями 4 остаются перемычки 2а, посредством которых лежащие вне полостей 4 стеновые участки соединены с лежащими внутри полостей 4 стеновыми участками основания 2. На фиг.1 и 2 видно также, что полости 4 связаны в направлении гнезда 3 посредством радиальных прорезей 9, которые расположены, если смотреть в направлении периферии, примерно посередине полостей 4. При этом между радиальными прорезями выполнены три дискретных зажимных кулачка 3а, 3b, 3с гнезда 3, которые соответственно посредством лежащих между полостями 4 перемычек 2а соединены с лежащими радиально вне полостей 4 стеновыми участками основания 2.
Согласно изобретению в полостях 4 расположены грузики 5 компенсации центробежных сил. Эти грузики 5 имеют соответствующий форме полостей 4 контур и выполнены за одно целое с основанием 2, причем они соединены с ним в зоне наружных стенок полостей 4 посредством соединительных участков 6 в виде перемычек, которые расположены, если смотреть в направлении периферии, примерно посередине полостей 4.
Если с помощью зажимного устройства 1 должна быть зажата деталь, например хвостовик сверла или фрезы, снаружи к основанию 2 прикладывают радиальные сжимающие усилия F, как показано на фиг.1, причем точки приложения усилий выбраны так, что линии действия усилий F проходят приблизительно посередине через полости 4. За счет сжимающих усилий F основание 2 в зоне точек приложения усилий сжимается радиально внутрь, и одновременно лежащие между точками приложения участки, т.е. образованные между полостями 4 перемычки 2а, а с ними зажимные кулачки 3а, 3b, 3с, упруго деформируются наружу, в результате чего гнездо 3 увеличивается, и зажимаемая деталь может быть вставлена в него.
При уменьшении теперь или устранении радиальных сжимающих усилий F происходит упругая обратная деформация основания 2, вследствие чего перемычки и, тем самым, зажимные кулачки 3а, 3b, 3с гнезда 3 движутся снова внутрь и упругим возвратным усилием давят на хвостовик, в результате чего возникает прессовая посадка.
F
F
Если при работе зажимное устройство 1 вращается с высокой частотой, то грузики 5 компенсации центробежных сил отжимаются наружу посредством возникающих центробежных сил F. Эти силы F вводятся через соединительные участки 6 в виде перемычек в остальное основание 2, так что оно отжимается наружу на соединительных участках 6. При этом лежащие между ними участки и, тем самым, также лежащие между полостями 4 перемычки 2а и зажимные кулачки 3а, 3b, 3с гнезда прогибаются внутрь, в результате чего зажимное усилие возникает даже при высоких частотах вращения или может быть даже усилено.
На фиг.3 изображен модифицированный вариант зажимного устройства 1 из фиг.1 и 2. У этого варианта грузики 5 компенсации центробежных сил выполнены в виде отдельных деталей и вставлены в полости 4. Грузики 5 выполнены при этом так же, как и у зажимного устройства 1 из фиг.1 и 2 и контактируют с основанием 2 в зоне наружных стенок полостей 4 только посредством зон 8 ввода усилий в виде перемычек, которые расположены, если смотреть в направлении периферии, приблизительно посередине полостей 4. Чтобы надежно позиционировать грузики 5 компенсации центробежных сил в полостях 4, оставшиеся в полостях 4 свободные пространства вокруг грузиков 5 заполнены эластичным полимерным материалом 7. Этот эластичный полимерный материал 7 может быть предварительно изготовленным, например отлитым под давлением, позиционирующим элементом.
Важно, чтобы в зонах 8 ввода усилий возникал, по возможности, непосредственный контакт между грузиками 5 компенсации центробежных сил и основанием 2 для обеспечения непосредственного ввода усилий грузиками 5 в основание 2.
Возможна также фиксация грузиков 5 компенсации центробежных сил в зонах 8 ввода усилий на основании 2, например подвулканизация.
На фиг.4 изображен третий вариант зажимного устройства 1, у которого грузики 5 компенсации центробежных сил образованы свободной засыпкой из песчаных зерен, стальных шариков и т.п., которые смочены жидкостью для более легкого скольжения.
У изображенных на фиг.3 и 4 вариантов гнездо 3 выполнено закрытым, т.е. в отличие от зажимных устройств на фиг.1 и 2 между гнездом 3 и полостями 4 связь отсутствует.