ЗАЖИМНОЕ УСТРОЙСТВО С ЗАЖИМНЫМ ПАТРОНОМ И РАЗЪЕМНО ФИКСИРУЕМЫМ НА НЕМ ДЕРЖАТЕЛЕМ ЗАГОТОВКИ
CLAMPING DEVICE WITH GRIPPING SOCKET AND DETACHABLE BILLET HOLDER LOCKED THEREON

Описание
Настоящее изобретение касается сформированного согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения зажимного устройства.
Подобного рода зажимное устройство используется предпочтительно для заданного по позиции закрепления, снабженного инструментом или заготовкой держателя. Зажимной патрон обычно жестко фиксируется на рабочем столе обрабатывающего станка или пресса, в то время как держатель заготовки выполнен с возможностью воспроизводимой точно по позиции фиксации в зажимном патроне, а также с возможностью последующего освобождения.
В то время как в случае известных зажимных устройств возникающие сжимающие усилия передаются, по меньшей мере, по большой поверхности посредством предусмотренных для этого контактных поверхностей, растягивающие усилия должны восприниматься снабженным зажимными элементами зажимным механизмом. Такой зажимной механизм обычно имеет несколько подпружиненных зажимных шариков, которые при зажимании держателя заготовки воздействуют с усилием на зажимные поверхности закрепленной в держателе заготовки зажимной цапфы или непосредственно на сам держатель заготовки. Несмотря на то, что зажимные устройства этого типа хорошо зарекомендовали себя, для определенных применений было бы желательно, если держатель заготовки мог бы воспринимать более высокие растягивающие усилия. В качестве примера такого применения следовало бы упомянуть применения в порошковых прессах, где на держателе заготовки закреплен штамп для прессования порошка. Поскольку не только торцевая сторона штампа, но и, в частности, также его внутренние и внешние боковые поверхности принимают участие в собственно процессе формования, то для извлечения/вытягивания штампа из матрицы должны прикладываться соответственно высокие вытягивающие усилия с тем, чтобы штамп мог вытягиваться в аксиальном направлении из высоко уплотненной или, соответственно, сжатой порошковой массы. Так, вполне может быть, что для вытягивания штампа в направлении растягивания должны прикладываться усилия, составляющие более чем 30% усилия прессования. Следовательно, если, например, для изготовления фасонной детали из железного или керамического порошка должно прикладываться усилие прессования 100 тонн, то для удаления штампа в направлении растягивания должны прикладываться усилия в 30 тонн или более. Поскольку штамп закреплен на держателе заготовки, то эти усилия конечно же должны также передаваться от держателя заготовки на зажимной патрон. Понятно, что подобного рода высокие вытягивающие усилия не могут восприниматься традиционным шариковым зажимным механизмом, так как вследствие очень малой контактной поверхности шариков имело бы место слишком высокое удельное давление.
Из ЕР-А-0 255 042 известно зажимное устройство для инструмента для металлообрабатывающего станка, которое состоит из зажимного патрона и держателя инструмента. Зажимной патрон имеет две выступающие из его нижней стороны пары центрирующих планок, которые снабжены контактными поверхностями для ориентирования держателя заготовки в Х- и Y-направлении. Кроме того, предусмотрены четыре выступающие над поверхностью зажимного патрона цапфы, которые отвечают за ориентирование держателя инструмента в Z-направлении. Держатель инструмента имеет плоскую поверхность, которая должна лежать точно напротив торцевой поверхности ранее упомянутой цапфы. Кроме того, в держателе инструмента имеется две пары ориентированных на центрирующие планки пазов с предусмотренными для прилегания к планкам упругими губками. Наконец, держатель инструмента снабжен средним отверстием для приема натяжного болта, с помощью которого передается зажимное усилие, которое требуется для надлежащего по положению центрирования держателя заготовки. При этом зажимной патрон имеет расположенный по центру шаровой затвор, который работает совместно с этим натяжным болтом. Понятно, что через натяжной болт и шаровой затвор могут передаваться только сравнительно малые усилия в направлении растягивания.
В ЕР-А-0 827 806 описан зажимной цилиндр для зажимания ниппеля. Зажимной цилиндр снабжен центральным приемным элементом, который служит для приема ниппеля. Зажимной цилиндр снабжен первым внешним поршнем, а также расположенным радиально внутри него вторым поршнем. Между обоими названными поршнями расположено множество зажимных элементов, названных блокирующим поршнями, которые служат для зажимания ниппеля. Эти блокирующие поршни воздействуют на расположенный на переднем конце ниппеля выступ. Несколько блокирующих поршней равномерно распределены по периферии. Оба поршня выполнены с возможностью аксиального смещения совместно с блокирующими поршнями, причем блокирующие поршня дополнительно выполнены еще и с возможностью радиальной перестановки. Внешний поршень снабжен скошенной поверхностью и посредством пружин сжатия нагружен в аксиальном направлении таким образом, что он своей скошенной поверхностью должен определенно надавливать радиально внутрь на блокирующие поршни. Блокирующие поршни сформированы в виде задвижных элементов. Разъединение поршней осуществляется гидравлически. Существенный недостаток, который присущ этому зажимному цилиндру, состоит в том, что соединенная с ниппелем плита-спутник является пружинно-упруго податливой в направлении вытягивания и может воспринимать лишь незначительные усилия, так как блокирующие поршни своими сравнительно малыми контактными поверхностями контактируют с ниппелем, а поршень, фиксирующий ниппель в Z-направлении посредством блокирующих поршней, нагружен в направлении вытягивания только пружинами сжатия.
Кроме того, из ЕР-А-1 068 919 известно зажимное устройство, которое может воспринимать сравнительно высокие опрокидывающие и вращающие моменты. Зажимное устройство включает в себя подлежащий фиксации в рабочем столе обрабатывающего станка зажимной патрон и насаживаемый на зажимной патрон и зажимаемый на нем держатель заготовки. Первые позиционирующие средства на зажимном патроне и вторые позиционирующие средства на держателе заготовки попарно работают в качестве направляющих элементов и позиционируют держатель заготовки в X-, Y- и Z-направлении. Для того, чтобы зажать держатель заготовки в установленной посредством позиционирующих средств позиции в зажимном патроне, также предусмотрено зажимное приспособление. Это зажимное приспособление включает в себя множество расположенных вдоль круглого кольца зажимных шариков, линии действия зажимных усилий которых лежат по существу на воображаемой, параллельной Z-оси, пересекаемой первыми и вторыми позиционирующими средствами цилиндрической поверхности или в области этой цилиндрической поверхности. В направлении сжатия осуществляется передача усилий от держателя заготовки на зажимной патрон, в первую очередь, через Z-контактные поверхности, с которыми должен входит в контакт держатель заготовки в случае его зажимания в зажимном патроне. Несмотря на то, что подобного рода зажимное устройство, с одной стороны, может воспринимать сравнительно высокие усилия в направлении сжатия и, с другой стороны, могут также передавать высокие вращающие моменты и опрокидывающие моменты, передача усилий в направлении растягивания ограничена ввиду названных в начале причин.
Изобретение направлено на усовершенствование зажимного устройства с зажимным патроном и выполненным с возможностью разъемной фиксации на нем держателем заготовки таким образом, что держатель заготовки может воспринимать высокие усилия даже в направлении растягивания.
Для этого в соответствии с изобретением предоставлено зажимное устройство согласно пункту 1 формулы изобретения.
Лежащая в основе изобретения идея должны усматриваться в том, что зажимной патрон снабжен сформированными в виде задвижки зажимными элементами, которые по большой поверхности воздействуют на внешнюю сторону держателя заготовки, а именно на проходящую, по существу, вдоль боковой поверхности зажимную поверхность. Вследствие этого создается принципиальное условие, что держатель заготовки может воспринимать высокие усилия даже в направлении растягивания и передавать их на зажимной патрон, так как проходящая вдоль боковой поверхности держателя заготовки зажимная поверхность по сравнению с зажимной цапфой предоставляет значительно большую контактную поверхность для зажимных элементов.
Предпочтительные варианты осуществления и усовершенствования предмета изобретения описаны в зависимых пунктах 2-18.
Чтобы гарантировать, что держатель заготовки при зажимании в зажимном патроне позиционируется с высокой абсолютной и повторяемой точностью, на зажимном патроне расположены первые центрирующие элементы, которые взаимодействуют с другими расположенными на держателе заготовки центрирующими элементами таким образом, что держатель заготовки в процессе зажимания позиционируется по отношению к зажимному патрону в X- и Y-направлении.
В дальнейшем предпочтительный пример осуществления соответствующего изобретению зажимного устройства поясняется более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано:
Фиг.1 - вид в перспективе состоящего из зажимного патрона и держателя заготовки зажимного устройства;
Фиг.2 - вид сверху зажимного патрона;
Фиг.2b - представление в перспективе держателя заготовки на виде снизу;
Фиг.3 - горизонтальный разрез зажимного устройства;
Фиг.4 - вертикальный разрез зажимного устройства в заблокированном состоянии;
Фиг.5 - вертикальный разрез зажимного устройства в освобожденном состоянии;
Фиг.6 - вставка зажимного патрона вместе с задвижным элементом в перспективном представлении;
Фиг.7 - вертикальный разрез альтернативного примера осуществления зажимного устройства в увеличенном представлении.
На Фиг.1 в перспективе представлено зажимное устройство, состоящее из зажимного патрона 1 и держателя 22 заготовки. Зажимной патрон 1 закреплен на базовой плите 31, причем зажимной патрон 1 также может быть закреплен непосредственно на столе станка. Держатель 22 заготовки, также названный плитой-спутником или спутником, служит для приема заготовок и должен иметь возможность точной по позиции и воспроизводимой установки или, соответственно, фиксации на зажимном патроне 1. В данном случае название "держатель заготовки" должен интерпретироваться отнюдь не в том отношении, что он служит исключительно для приема заготовок, а в том, что на нем помимо этого также могут крепиться инструменты и тому подобное.
Зажимной патрон 1 имеет цилиндрическое основное тело 2, которое на внутренней стороне снабжено вставкой 3. Эта вставка 3 ограничивает круглое отверстие 4, которое служит для приема выполненного по существу цилиндрическим держателя 22 заготовки. Держатель 22 заготовки на своей плоской нижней стороне 23 снабжен центрирующими пазами 24, в которые должны определенно входить расположенные на зажимном патроне 1 центрирующие кулачки, когда держатель 22 заготовки фиксируется на зажимном патроне 1. За счет входящих без зазоров в центрирующие пазы 24 центрирующих кулачков держатель 22 заготовки в процессе зажимания на зажимном патроне 1 точно позиционируется в X- и Y-направлении, а также относительно углового положения вокруг Z-оси. Держатель 22 заготовки сформирован, по существу, цилиндрическим и снабжен выполненным в боковой поверхности 26 кольцевым пазом 27. В качестве боковой поверхности 26 называется внешняя окружная поверхность держателя 22 заготовки. Одна боковая стенка этого кольцевого паза 27 образует кольцеобразный заплечик 28 и служит в качестве зажимной поверхности 28а, на которую в процессе зажимания воздействуют/прилагают усилия расположенные на зажимном патроне 1 зажимные элементы, как это еще будет пояснено ниже. Зажимная поверхность 28а поднимается (возрастает) снаружи вовнутрь предпочтительным образом наклонно или искривлено. Держатель 22 заготовки снабжен сквозным отверстием 29, которое служит, например, для приема и фиксации заготовки или инструмента. Основное тело 2 посредством множества болтов 30 жестко соединено с базовой плитой 31. Необходимые для фиксации заготовки или инструмента крепежные элементы держателя 22 заготовки более подробно не представлены.
Фиг.2а показывает зажимной патрон 1 на виде сверху. Из этого представления видна расположенная на дне зажимного патрона 1 основная плита 5, которая снабжена четырьмя предназначенными для позиционирования держателя 22 заготовки центрирующими кулачками 6. Между каждыми двумя смежными центрирующими кулачками 6 проходит выполненная в форме сектора круга опорная поверхность 7. Эти выполненные в форме сектора круга опорные поверхности 7 совместно образуют Z-упор для держателя 22 заготовки. Для целей очистки каждая из этих опорных поверхностей 7 снабжена несколькими отверстиями 8, через которые может продуваться воздух таким образом, что нижняя сторона держателя 22 заготовки в процессе фиксации на зажимном патроне может освобождаться от загрязнений.
Из Фиг.2b, которая показывает держатель 22 заготовки в перспективе и на виде снизу, видны, в частности, четыре крестообразно выполненных в нижней стороне 23 паза 24, которые делят плоскую нижнюю сторону 23 на четыре плоские контактные поверхности 25. Эти пазы 24 по форме и размерам соответствуют четырем центрирующим кулачкам 6 зажимного патрона 1 таким образом, что держатель 22 заготовки в процессе зажимания на зажимном патроне 1 ориентируется в X- и Y-направлении, а также относительно углового положения вокруг Z-оси.
Фиг.3 показывает в горизонтальном разрезе зажимной патрон 1 вместе с зафиксированным в нем держателем заготовки. Из этого представления видны, в частности, четыре задвижных элемента 10, которые служат для зажимания держателя 22 заготовки 22 на зажимном патроне 1. Четыре задвижных элемента 10 помещены радиально подвижно во вставке 3 и соответственно расположены со смещением друг относительно друга на 90°. Каждый из этих четырех задвижных элементов 10 нагружен посредством двух пружин 11 сжатия таким образом, что он нажимается радиально вовнутрь в направлении расположенного в зажимном патроне 1 держателя 22 заготовки. Продольная ось этих пружин 11 сжатия проходит параллельно направлению перемещения задвижных элементов 10. Монолитная вставка 3 выполнена таким образом, что она может воспринимать возникающие в направлении растягивания на задвижных элементах 10 усилия.
Передняя сторона 12 задвижных элементов выполнена и подогнана к контуру зажимной поверхности 28а держателя 22 заготовки так, что соответствующий задвижной элемент 10 по большой поверхности контактирует с образующим зажимную поверхность 28а заплечиком 28 (Фиг.1) держателя 22 заготовки. Предпочтительным образом, соответствующий задвижной элемент 10 всей своей торцевой стороной входит в контакт с зажимной поверхностью 28а. Обращенные к держателю 22 заготовки передние стороны 12 четырех задвижных элементов 10 проходят совместно приблизительно на 320° периферии держателя 22 заготовки. За счет этого, по сравнению с традиционными шариковыми зажимными механизмами, в которых шарики прилегали лишь точечно, достигается сравнительно большая контактная поверхность между зажимными элементами - задвижные элементы 10 - и держателем 22 заготовки. Эта большая контактная поверхность между зажимным патроном 1 и держателем 22 заготовки формирует основное условие для обеспечения возможности восприятия держателем 22 заготовки высоких усилий в направлении растягивания. Во всяком случае за счет прилегания по большой поверхности задвижных элементов 10 к зажимной поверхности 28а удельное давление или, соответственно, контактное напряжение сравнительно мало, даже если - при необходимости - должны были бы действовать очень высокие вытягивающие усилия.
Фиг.4 показывает вертикальный разрез зажимного устройства в заблокированном состоянии. Из этого представления видно, что соответствующий задвижной элемент 10 под воздействием пружин 11 сжатия нажимается в направлении размещенного в зажимном патроне 1 держателя 22 заготовки. Посредством усилия предварительного напряжения пружин 11 задвижной элемент 10 своей действующей в качестве нажимной поверхности 13 нижней стороны по поверхности прилегает к образующему зажимную поверхность заплечику 28 кольцевого паза 27 и тянет держатель 22 заготовки вниз к основной плите 5 зажимного патрона 1 до тех пор, пока он не войдет своей плоской нижней стороной в контакт с опорной поверхностью зажимного патрона 1 и тем самым не станет позиционированным в Z-направлении. В любом случае ход или, соответственно, наклон зажимной поверхности 28а подогнан к передней стороне задвижных элементов 10 таким образом, что держатель 22 заготовки в процессе радиального вдвигания задвижных элементов 10 тянется в Z-направлении вниз к основной плите 5 зажимного патрона 1.
Наряду с позиционированием держателя заготовки в Z-направлении он в процессе зажимания на зажимном патроне 1 также позиционируется в X- и Y-направлении, а также в отношении углового положения относительно Z-оси. Это позиционирование, как уже упомянуто выше, обеспечивается посредством вводимых в центрирующие пазы 24 держателя 22 заготовки (Фиг.2а, 2b) центрирующих кулачков 6 зажимного патрона 1.
Чтобы освободить зажатый в зажимном патроне 1 держатель 22 заготовки, задвижные элементы 10 должны нажиматься радиально наружу против направления действия усилия пружин 11 сжатия. Для этого предусмотрен исполнительный инструмент в форме кольцеобразного поршня 16, который имеет снабженное скошенной нажимной поверхностью продолжение 17, которое должно входить в соответствующий вырез 14 в соответствующем задвижном элементе 10. Одновременно, сформированная по существу плоско верхняя сторона 18 кольцеобразного поршня 16 образует нижнее завершение кольцеобразной нагнетательной камеры 20. Когда кольцеобразный поршень 16 движется вниз, то его входящее в вырез 14 задвижного элемента 10 продолжение 17 выдавливает задвижной элемент 10 радиально наружу. Приведение в действие поршня 16 осуществляется предпочтительным образом пневматически за счет нагружения находящейся над поршнем 16 нагнетательной камеры 20 сжатым воздухом. Вместо пневматического приведения в действие поршня 16 это также возможно осуществить, например, за счет гидравлического или электромеханического приведения в действие. В любом случае задвижные элементы 10 в процессе опускания поршня 16 смещаются поперек продольной оси L зажимного патрона 1 и, соответственно, центрального отверстия 4.
Кроме того, на Фиг.4 видно, что основное тело 2 - если смотреть в поперечном сечении - сформировано по существу L-образно за счет наличия на его верхней стороне, проходящей, по существу, в радиальном направлении, базовой части 2а. Вставка 3 снабжена окружным заплечиком 15, посредством которого она опирается по поверхности в направлении растягивания на нижнюю сторону базовой части 2а основного тела. Это выполнение вместе с монолитной конструкцией основного тела 2 и вставки 3 позволяет то, что в направлении растягивания вставкой 3 могут восприниматься высокие усилия и передаваться на основное тело 2.
Фиг.5 показывает вертикальный разрез зажимного устройства в освобожденном состоянии, причем из этого представления не видны пружины сжатия. Чтобы освободить держатель 22 заготовки от блокировки, задвижные элементы 10 должны перемещаться радиально наружу. Для этого, нагнетательная камера 20 нагружается сжатым воздухом и под действием повышенного давления оседает настолько, что кольцевой поршень 16 нажимается вниз. В процессе опускания кольцевого поршня 16 его продолжение 17 входит в вырез 14 задвижного элемента 10 и при этом выдавливает соответствующий задвижной элемент 19 радиально наружу настолько, что его задняя сторона входит в контакт с внутренней стороной основного тела 2. После этого держатель 22 заготовки может удаляться из зажимного патрона 1. Кроме того, здесь можно видеть, что образующий нажимную поверхность заплечик кольцевой канавки 27 возрастает в радиальном направлении снаружи вовнутрь.
Фиг.6 показывает вставку 3 зажимного патрона 1 вместе с задвижным элементом 10 в перспективном представлении. Из этого представления видны, в частности, четыре выполненных во вставке щелеобразных выреза 9. Каждый из этих вырезов 9 служит для приема и направления задвижного элемента 10. Предпочтительным образом, высота соответствующего выреза 9 очень точно согласована с высотой задвижного элемента 10, так что этот задвижной элемент 10 вставляется в вырез практически без зазора в Z-направлении, и обеспечивается возможность воспроизводимости точного позиционирования держателя 22 заготовки в Z-направлении. Предпочтительным образом, соответствующая щель 9 является на величину между 1 и 5 микрометрами выше, чем принимаемая в ней передняя часть 12 соответствующего задвижного элемента 10. В любом случае задвижные элементы 10 в Z-направлении опираются по поверхности на вставку 3.
Кроме того, за счет точного согласования щелеобразных вырезов 9 с задвижными элементами 10 проникновение загрязнений в значительной мере предотвращается. К тому же у представленного задвижного элемента 10 видны скругленная передняя сторона 12, нижняя нажимная поверхность 13, а также круглый вырез 14.
Преимущества показанного и описанного зажимного устройства состоят, в частности, в том, что за счет монолитного выполнения зажимного патрона и за счет прилегания по поверхности задвижных элементов к держателю заготовки этим держателем заготовки и, соответственно, всем зажимным устройством могут восприниматься очень высокие усилия в Z-направлении.
Выполненные в соответствии с изобретением зажимные устройства пригодны, в частности, но не исключительно, для применений в порошковых прессах, где на держателе заготовки закреплен штамп для прессования порошка. В любом случае держатель заготовки может воспринимать высокие растягивающие и, соответственно, вытягивающие усилия, которые должны вводиться при вытягивании штампа из матрицы.
Подобного рода зажимное устройство пригодно также для применения в так называемых многоуровневых системах, в которых множество зажимных патронов расположено соосно друг над другом, с одной стороны, и множество инструментов, например полоцилиндрических штампов, расположено соосно друг относительно друга, с другой стороны.
Фиг.7 показывает в увеличенном представлении вертикальный разрез альтернативного примера осуществления зажимного устройства, причем виден только фрагмент зажимного устройства. В этом примере предусмотренный для освобождение задвижных элементов 10а кольцевой поршень 16а расположен под задвижными элементами 10а, причем служащее для смещения задвижных элементов 10а продолжение 17а расположено на верхней стороне и, в свою очередь, сопряжено с соответствующим раздвижным элементом 10а. Держатель 22а заготовки на верхней стороне снабжен окружным краевым выступом, который выступает в радиальном направлении за цилиндрическую боковую поверхность держателя 22а заготовки. На верхней стороне зажимного патрона 1а расположено уплотнение 34, которое в процессе зажимания держателя 22а заготовки входит в контакт с нижней стороной краевого выступа 33. В области дна держателя 22а заготовки расположено другое уплотнение 35, которое входит в контакт с нижней стороной держателя 22а заготовки. Оба этих уплотнения 34, 35 служат для уплотнения зажимного патрона 1а и обеспечивают его относительную невосприимчивость к загрязнению. Посредством названных уплотнений 34, 35 от загрязнения защищаются, в частности, чувствительные элементы зажимного патрона 1а, такие как задвижные элементы 10а, поршень 16а и так далее.
Список ссылочных позиций
1 - зажимной патрон;
2 - основное тело/ 2а базовая часть;
3 - вставка;
4 - центральное отверстие;
5 - основная плита;
6 - центрирующие кулачки;
7 - опорная поверхность;
8 - отверстия;
9 - щелеобразный вырез;
10 - задвижной элемент;
11 - пружины;
12 - скругленная передняя сторона;
13 - нажимная поверхность;
14 - кольцеобразный вырез;
15 - заплечик (вставка);
16 - кольцевой поршень;
17 - нижняя сторона;
18 - верхняя сторона;
20 - нагнетающая камера;
22 - держатель заготовки;
23 - плоская нижняя сторона;
24 - центрирующие пазы;
25 - контактные поверхности;
26 - боковая поверхность;
27 - окружной кольцевой паз;
28 - заплечик/ 28а зажимная поверхность;
29 - сквозное отверстие;
30 - винты;
31 - базовая плита;
33 - краевой выступ;
34 - уплотнение;
35 - уплотнение.