ЗАЖИМНОЕ УСТРОЙСТВО
CLAMPING DEVICE

Изобретение относится к зажимному устройству для зажима предназначенной для вращения вокруг оси вращения детали машины, в частности держателя сверлильного, фрезерного или абразивного инструмента в балансировочном станке.
Зажимные устройства описанного рода используются главным образом для зажима приводимых во вращение с большим числом оборотов инструментов в балансировочном станке. К балансировке таких инструментов предъявляются высокие требования, поскольку недостаточно отбалансированные инструменты могут привести к ухудшению качества обработки. Для удовлетворения высоких требований к качеству балансировки требуется точный центровой зажим балансируемых инструментов с помощью расположенного на шпинделе балансировочного станка зажимного устройства.
Из WO 00/45983 А1 известно предусмотренное в балансировочном станке зажимное устройство для зажима посадочного приспособления для инструмента, в котором основание, закрепленное на приводимом во вращение вокруг оси вращения шпинделе станка, имеет центрическое к оси вращения посадочное отверстие, в которое аксиально вставляется соединительный хвостовик посадочного приспособления. В посадочном отверстии расположена зажимная цанга, которая воздействует на соединительный хвостовик и приводится в действие посредством исполнительного блока, установленного на основании с возможностью аксиального перемещения относительно него. Исполнительный блок цанги перемещается на основании посредством двух пар направляющих скольжения. Для достижения высокой точности перемещения эти пары могут быть выполнены в виде переходных припасовок, однако с тем последствием, что исполнительный блок цанги может перемещаться относительно основания лишь очень туго. Большие допуски обеспечивают перемещение исполнительного блока цанги с более легким ходом. Однако вызванное этими допусками радиальное биение может отразиться на результатах измерений и значительно ухудшить воспроизводимость измерений.
Для устранения этих недостатков из приведенной выше публикации далее известно, что исполнительный блок цанги перемещается аксиально посредством устройства с телами качения, которые обкатываются по поверхностям качения основания и исполнительного блока цанги. Устройство с телами качения должно обеспечивать прецизионное осевое перемещение исполнительного блока цанги с легким ходом, в частности, если тела качения установлены с натягом между основанием и исполнительным блоком цанги.
В основе изобретения лежит задача создания зажимного устройства описанного рода, приводимое в действие с легким ходом и было бы при этом недорогим в изготовлении.
Согласно изобретению эта задача решается посредством зажимного устройства с признаками пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения зажимного устройства приведены в зависимых пунктах.
Зажимное устройство включает в себя посадочный блок с центрическим к оси вращения посадочным отверстием, в которое аксиально вставляется соединительный хвостовик детали машины, расположенную в посадочном отверстии зажимную цангу и установленный на посадочном блоке с возможностью осевого перемещения относительно него исполнительный блок для приведения в действие зажимной цанги, причем исполнительный блок содержит установленный в центральной расточке посадочного блока с возможностью осевого скольжения шток, на одном конце штока приводящее зажимную цангу в действие зажимное тело, а на другом конце штока тело ввода усилий и несколько пружин сжатия, расположенных между посадочным блоком и телом ввода усилий, причем пружины сжатия расположены и/или выполнены так, что их усилия, действующие при сжатой зажимной цанге на тело ввода усилий, нагружают его по отношению к оси штока асимметрично.
Изобретение основано на том факте, что высокая степень балансировки достигается даже тогда, когда зажимное устройство в сжатом положении, в котором осуществляется измерение дебаланса, имеет ограниченный дебаланс, поскольку этот дебаланс может быть точно измерен, а при регистрации общего дебаланса зажимного устройства и балансируемой детали машины расчетным путем отделен от доли дебаланса детали машины. Существенным для таких действий является то, чтобы измеренный дебаланс зажимного устройства, который может быть вызван, например, эксцентриситетом исполнительного блока, установленного с возможностью скольжения с легким ходом и поэтому неполностью без люфта, не изменялся после каждого процесса зажима, а после каждого процесса зажима сохранял свои положение и величину.
Согласно изобретению это достигается посредством асимметричной по отношению к штоку нагрузки тела ввода усилий с помощью пружин сжатия. Расположенные неподвижно между посадочным блоком и телом ввода усилий пружины сжатия создают за счет этого действующий на тело ввода усилий и шток крутящий момент, который стремится вращать тело ввода усилий и шток вокруг оси, перпендикулярной определенной, проходящей через ось штока плоскости. За счет этого крутящего момента шток в лежащем в этой плоскости направлении прижимается к стенке центральной расточки посадочного блока, в которой он установлен, так что он вследствие имеющегося в направляющей зазора занимает определенное эксцентричное положение в расточке. Соответственно также прочно соединенное со штоком тело ввода усилий занимает такое же эксцентричное положение. Этот стабильный за счет асимметричного силового воздействия пружин сжатия эксцентриситет вызывает определенный дебаланс, который может быть зарегистрирован во время тестового прогона и математически компенсирован при последующих измерениях дебаланса. Устанавливающийся эксцентриситет фиксирован по величине за счет люфта направляющей скольжения, а по направлению - за счет расположения и/или выполнения пружин сжатия и поэтому воспроизводится при каждом процессе зажима. По этой причине можно отказаться от лишенного люфта ведения исполнительного блока устройствами с телами качения и от узких припасовок, что позволяет достичь заметного сокращения издержек производства при изготовлении зажимного устройства.
Обычно пружины сжатия зажимного устройства натягиваются при их установке. При движении исполнительного блока зажимного устройства в положение зажима пружины сжатия еще натяжены за пределы начального натяжения. Чтобы простым образом достичь асимметричной нагрузки тела ввода усилий, по меньшей мере, одна из пружин сжатия может быть натяжена сильнее других. Большее усилие сильнее натяженной пружины сжатия может достигаться меньшей монтажной длиной или большей длиной пружины при данной монтажной длине.
Другая предпочтительная возможность достижения асимметричной нагрузки может заключаться также в использовании, по меньшей мере, одной пружины сжатия с более крутой по сравнению с другими пружинами сжатия характеристикой.
Согласно другому предложению изобретения асимметричная нагрузка тела ввода усилий может достигаться за счет асимметричного расположения на нем нескольких пружин сжатия. В этом случае они могут быть установлены одинаково и с одинаковым натяжением.
Число пружин сжатия может быть четным или нечетным. Особенно предпочтительным оказалось использование пяти пружин сжатия, расположенных на теле ввода усилий на равном расстоянии друг от друга, причем две несоседние пружины сжатия имеют одинаковое большее натяжение, а другие пружины сжатия - одинаковое меньшее натяжение. С таким расположением пружин сжатия достигаются довольно надежная ориентация усилий крутящего момента и тем самым воспроизводимый в узких пределах эксцентриситет исполнительного блока относительно посадочного блока.
Пружины сжатия могут располагаться в предложенном зажимном устройстве в расточках тела ввода усилий и посадочного блока, причем за счет разной глубины расточек можно вызвать разное натяжение пружин сжатия.
Шток исполнительного блока может быть установлен предпочтительно с обеспечивающим движение с легким ходом люфтом во втулках скольжения, расположенных в расточке посадочного блока. В качестве втулок скольжения могут использоваться самосмазывающиеся втулки скольжения.
Чтобы можно было перемещать исполнительный блок против усилия пружин сжатия пневматически или гидравлически в положение ослабления, тело ввода усилия может представлять собой поршень цилиндропоршневого устройства, расположенного коаксиально во вращающемся шпинделе балансировочного станка.
Изобретение более подробно поясняется ниже на примере его осуществления, изображенном на чертеже, показывающем продольный разрез зажимного устройства.
Изображенное зажимное устройство 1 предназначено для вставки в открытый конец полого шпинделя балансировочного станка. Оно содержит посадочный блок 2, состоящий из двух соединенных между собой винтами частей - посадочной части 3 и опорной части 4. Фланец 5 с крепежными расточками 6 в посадочной части 3 служит для закрепления посадочного блока 2 на торцевой стороне полого шпинделя. Для точного центрирования относительно полого шпинделя посадочная часть 3 снабжена на своей внешней стороне центрирующей поверхностью 7. Через посадочную часть 3 в осевом направлении проходит проточка 8, которая имеет центральное посадочное отверстие 9, предназначенное для размещения стандартного полого крутого конусного соединительного хвостовика инструмента. Разумеется, посадочная часть 3 может быть выполнена также с посадочным отверстием другой формы для размещения соединительных хвостовиков других форм.
В проточке 8 находится зажимная цанга 10, которая фланцем 11 закреплена в выполненной в опорной части 4 кольцевой выемке 12 посредством винтов. Зажимная цанга 10 имеет многократно разрезанный в продольном направлении на части своей длины втулочный участок 13, который направлен в посадочное отверстие 9 и на своем разрезанном конце снабжен зажимным фланцем 14. При зажиме вставленного в посадочное отверстие 9 соединительного хвостовика зажимной фланец 14 своей зажимной поверхностью 15 охватывает сверху выполненное в отверстии соединительного хвостовика зажимное утолщение.
Зажимная цанга 10 приводится в действие посредством исполнительного блока 18, содержащего расположенный в центральной расточке 19 опорной части 4 шток 20, обращенный к зажимной цанге 10, конец которого несет зажимное тело 21, а противоположный, выступающий из опорной части 4 конец прочно соединен с дискообразным телом 22 ввода усилий. Между зажимным телом 21 и телом 22 ввода усилий шток 20 снабжен цилиндрическим направляющим участком и проходит во втулках 23, 24 скольжения, расположенных в расточке 19. Направляющий участок штока 20 имеет во втулках 23, 24 скольжения люфт порядка 30-50 мкм, что обеспечивает осевую подвижность штока 20 с легким ходом. Зажимное тело 21 имеет коническую зажимную поверхность 25, которая взаимодействует с коническими зажимными поверхностями 26 на разрезанном конце втулочного участка 13 для разжима зажимного фланца 14. Обращенный к штоку 20 конец зажимного тела 21 образует упор 27, ограничивающий движение исполнительного блока 18 в направлении, увеличивающем расстояние между опорной частью 4 и телом 22 ввода усилий.
В обращенных друг к другу поверхностях опорной части 4 и тела 22 ввода усилий выполнены противоположные друг другу с одинаковым расположением приемные расточки 28, 29, в которых расположены натяженные, выполненные в виде винтовых пружин сжатия пружины 30, 31 сжатия. Посредством них исполнительный блок 18 удерживается в показанном упорном положении, в котором зажимное тело 21 упором 27 опирается на опорную часть 4.
Пружина 30 имеет большее число витков и меньшую зажимную длину, чем пружина 31. Поэтому пружина 30 создает большее усилие натяжения, посредством которого на теле 22 ввода усилий вырабатывается крутящий момент, действующий вокруг перпендикулярной плоскости чертежа против часовой стрелки. Крутящий момент с помощью штока 20 опирается на втулки 23, 24 скольжения. Вследствие этого шток 20 прижимается в направлении пружины 31 к втулке 24, а в направлении пружины 30 - к втулке 23. За счет этого в описанной ситуации зажима шток 20 занимает однозначно определенное, несмотря на имеющийся люфт скольжения, лишенное люфта положение внутри втулок 23, 24, которое определяется исключительно асимметричной нагрузкой тела 22 ввода усилий с помощью пружин 30, 31 и поэтому повторяется при каждом процессе зажима.
Поясненное выше и показанное на чертеже положение зажима исполнительного блока 18 не совсем соответствует положению при зажиме соединительного хвостовика. Напротив, при зажиме соединительного хвостовика исполнительный блок 18, натягивая пружины 30, 31, сначала смещается в направлении посадочного отверстия 9 до тех пор, пока зажимное тело 21 своим толстым концом не будет выступать из зажимной цанги 10, так что она может упруго сжиматься и уменьшать наружный диаметр зажимного фланца 14, обеспечивая вставку соединительного хвостовика в посадочное отверстие 9. Это движение ослабления исполнительный блок 18 создает обычно за счет воздействия давления сжатого воздуха на расположенное в цилиндре тело 22 ввода усилий. Для последующего зажима вставленного соединительного фланца действующее на тело 22 ввода усилий давление уменьшают, и за счет усилий пружин 30, 31 зажимное тело 21 своей зажимной поверхностью 25 прижимается к зажимным поверхностям 26 зажимной цанги 10. В результате этого она разжимается и соединительный хвостовик зажимается в посадочном отверстии 9. В натяженном конечном положении исполнительного блока 18, в котором все усилия находятся в равновесии с созданными пружинами 30, 31 усилиями, зажимное тело 21 опирается на зажимную цангу 10, причем упор 27 находится еще на расстоянии от соседнего конца опорной части 4. Усилия пружин 30, 31 в этом положении зажима выше, чем в описанном выше упорном положении, однако различие между усилиями пружин 30, 31 и вызванный этим крутящий момент соответственно выше, так что описанный выше радиальный прижим штока 20 к втулкам 23, 24 скольжения происходит в равной степени. Таким образом, зажимное устройство 1 находится в зажатом состоянии в однозначно определенном положении с определенным эксцентриситетом штока 20 и тела 22 ввода усилий. Возникающий в результате этого дебаланс может быть зарегистрирован и при его измерении компенсирован.
В описанном выше примере для простоты изображены только две пружины сжатия. Обычно в зажимных устройствах описанного рода используется, однако, их большее число. Чтобы достичь требуемой, согласно изобретению, асимметричной нагрузки тела ввода усилий, целесообразно поэтому, чтобы несколько из имеющихся пружин сжатия имели большее натяжение. Особенно предпочтительным оказалось пять пружин, расположенных с равными промежутками и на равном расстоянии от оси штока между посадочным блоком и телом ввода усилий, причем, по меньшей мере, две непосредственно не соседние пружины создают большее по сравнению с другими пружинами усилие. Обе более сильные и лежащая между ними третья пружины создают при этом однозначно ориентированный крутящий момент, посредством которого исполнительный блок в положении зажима может быть с точным повтором приведен в лишенное люфта эксцентричное положение.