CZ20024160A3 - Device for clamping tools in machine-tool spindle - Google Patents

Description

Zařízení pro upínání nástrojů do vřetene obráběcího stroje a způsob upínání a uvolnění nástroje

Oblast techniky

Vynález řeší zařízení pro upínání nástrojů do vřeten obráběcích strojů a dále řeší způsob upínání a uvolnění nástroje. Zejména se jedná o vřetena určená pro vysokorychlostní obrábění, to znamená pro vysoké otáčky vřetena.

Dosavadní stav techniky

Dosud byl problém řešen tak, že se nástroje do vřeten obráběcích strojů upínají pomocí svazku talířových pružin, které přes táhlo a rozevírající se elementy vtahují nástroj do vřetena. Tento mechanismus vyhovoval zcela bez problémů u vřeten s nižšími otáčkami. U vysokootáčkových vřeten však u tohoto principu nevyhovuje svazek talířových pružin. Tyto pružiny totiž vyžadují pro svoji funkci radiální vůli. Při novém upnutí nástroje se pak pružiny mohou nekontrolované posunout v radiálním směru. Při tom vznikne nevyvážený stav, který při vysokých otáčkách může způsobit nežádoucí vibrace vřetena.

Tento nedostatek je odstraněn dalšími známými řešeními, při kterých je upínací síla vyvozena pomocí lineárního hydromotoru. Známá nevýhoda nedostatečné bezpečnosti hydraulického systému při výpadku elektrického proudu a následného poklesu tlaku v hydraulickém systému, která by mohla vést k uvolnění nástroje a následné havárii, je u těchto systémů poměrně jednoduše řešena pomocí samosvorného mechanismu, který je zařazen mezi lineární hydromotor a nástroj. Tento mechanismus drží nástroj v upnutém stavu i po dobu zastavování vřetena do klidové polohy a zamezí tak případné havárii.

Žádný z těchto principů však nepoužívá pro upnutí pouze tohoto samosvorného mechanismu, protože vibrace, vznikající při obrábění, by mohly tento mechanismus uvolnit. Významnou nevýhodou zůstává nutnost použití rotačního přívodu tlakové kapaliny z pevné části (vřeteníku) na rotační část (vřeteno). Životnost těsnění u tohoto rotačního přívodu je vždy omezená.

Je nutné poznamenat, ze naopak velkou výhodou samosvorných mechanismů je konstantní upínací síla při výměně nástrojů, kdy nemusí být zachována stejná vzdálenost od čela opěrné plochy k uchopovací ploše. Upínací síla se například u systémů s talířovými pružinami mění a velikost rozdílu v upínací síle závisí na tuhosti svazku talířových pružin.

Podstata vynálezu

Zařízení pro upínání nástrojů do vřetene obráběcího stroje, podle vynálezu, má nástroj spojen s vřetenem pomocí uchopovacích elementů.

Podstata řešení spočívá v tom, že ve vřetení jsou radiálně uloženy uchopovací elementy, vzájemně oddělené pružnými vymezovacími podložkami o stejné tloušťce. Těmi je zajištěno rovnoměrného rozmístění uchopovacích elementů v upínacím prostoru vřetene.

Uvnitř uchopovacích elementů jsou vytvořeny kuželové plochy a na vnější straně uchopovacích elementů jsou též vytvořeny kuželové plochy. Ve vřeteni je vytvořena kuželová plocha a v držáku nástroje je kuželová plocha.

Podélně středem zařízení prochází dělená tažná tyč, která je v části umístěné v uchopovacím elementu rovněž opatřena vnější kuželovou plochou. Na jedné straně je tažná tyč pomocí třecí vazby spojena s vymezovací trubkou, která je na vnější straně také opatřena kuželovou plochou. Kuželové plochy jsou vždy párové.

Na opačné straně je tažná tyč připojena k otočně uložené přírubě, kde příruba je uložena v posuvném děleném pístu hydromotoru a ve vřeteni. V zadní části hydromotoru je pojistné

-2kuličkové zařízení, sestávající z pružiny a koule, a dále jsou zde přívody/odvody tlakového média.

Podstata vynálezu dále spočívá ve způsobu upínání a uvolnění nástroje do vřetene kdy při upínání je nejprve do hydromotorů přívodem přivedeno tlakové médium v množství, při kterém dojde k vzájemnému dosednutí kuželových ploch posunem tažné tyče a vymezovací trubky. Dalším posunem stejným směrem dojde k vymezení vůlí mezi kuželovými plochami uchopovacího elementu a vřetene a mezi kuželovými plochami uchopovacího elementu a nástroje. Vymezením vůlí se dostane vymezovací trubka do konečné polohy a dojde k překonání třecí síly ve vazbě mezi tažnou tyčí a vymezovací trubkou a tím k jejich vzájemnému posunutí.

Při dalším pohybu tažné tyče směrem od nástroje dojde k vzájemnému dosednutí kuželových ploch uchopovacího elementu a tažné tyče, posléze vzájemným posunem kuželových ploch uchopovacího elementu a tažné tyče dojde k deformaci upínacích elementů, a tím k vyvození upínací síly.

Při uvolňování nástroje je do prostoru hydromotorů přívodem přivedeno tlakové médium. Tlakem děleného pístu se posune příruba a dělená tažná tyč směrem k nástroji.

Zpětným posunem kuželových ploch uchopovacího elementu a tažné tyče se uvolní upínací elementy a vyruší se upínací síla. Dalším posunem tažné tyče spolu s vymezovací trubkou a zpětným posunem kuželových ploch uchopovacího elementu a tažné tyče dojde k uvolnění nástroje a následný posun trubky vysune nástroj z vřetene.

Výhodou řešení podle vynálezu je odstranění nevyváženého stavu v rotační části, který způsobují talířové pružiny, jak je popsáno shora. Dále navrhované řešení zvyšuje bezpečnost upnutí nástroje a odstraňuje nutnost použití rotačních přívodů pro tlakovou kapalinu, udržující nástroj v upnutém stavu. Zároveň zachovává téměř konstantní upínací sílu pro různé nástroje.

Přehled obrázků

Na obr. I je naznačen stav při upnutí nástroje, na obr. 2 je stav, kdy je nástroj uvolněn a je ho možné vyjmout a vyměnit za další.

Na obr. 3 je znázorněn stav při vymezování vůlí. Obr. 4 znázorňuje uchopovací elementy a vymezovací podložky pro vymezení stejných rozestupů mezi nimi.

Na obr. 5 je naznačeno tvarování vymezovací trubky pro vytvoření listových pružin k zajištění stálé velikosti předepínací síly.

Příklady provedení

Zařízení pro upínání nástrojů do vřetene obráběcího stroje má vřeteno I uloženo ve valivých ložiscích ve vřeteníku 2. Nástroj 3 je spojen s vřetenem i pomocí uchopovacích elementů 4. Ve vřetení I jsou radiálně uloženy uchopovací elementy 4 a jsou oddělené pružnými vymezovacími podložkami 10 vždy o stejné tloušťce, viz obr. 4. Tím je zajištěno rovnoměrné rozmístění uchopovacích elementů 4 v upínacím prostoru vřetene L Uvnitř uchopovacích elementů 4 jsou vytvořeny kuželové plochy 41 a 42, a na vnější straně uchopovacích elementů 4 jsou též vytvořeny kuželové plochy 43 a 44, jak je patrné z obr. 1. Ve vřetení I je vytvořena kuželová plocha Π. a v držáku nástroje je kuželová plocha 3L

Podélně středem zařízení prochází dělená tažná tyč 8, která je v části umístěné v uchopovacím elementu 4 rovněž opatřena vnější kuželovou plochou 81.

Na jedné straně je tažná tyč 8 pomocí třecí vazby spojena s vymezovací trubkou 9, která je na vnější straně také opatřena kuželovou plochou 91. Kuželové plochy 41 a 8_1, kuželové plochy • · ·

-3H a 43 , kuželové plochy 31 a 44 a kuželové plochy 42 a 91 jsou vždy párové, tj. se stejným vrcholovým úhlem.

Na opačné straně je tažná tyč 8_připojena k otočně uložené přírubě 7. Příruba 7 je uložena v posuvném děleném pístu 6 hydromotoru. Ve vřetení 1 a v zadní části hydromotoru je pojistné kuličkové zařízení, sestávající z pružiny 12 a koule 13, a dále jsou zde přívody/odvody tlakového média 5 a 16.

Způsob upínání a následného uvolnění nástroje do/z vřetene podle vynálezu je dán takto:

Při upínání nástroje je vyvození upínací síly je zajištěno tak, že do prostoru pístnice je přívodem 5 je přiveden tlakový olej, který zajistí posunutí děleného pístu 6, příruby 7 a dělené tažné tyče 8. Přes kuželovou plochu 81 konce tažné tyče 8 rozevře konec uchopovacích elementů 4. Ty se posunují po kuželové ploše 11 vřetene i směrem dovnitř. Přední konce uchopovacích elementů 4_ potom dosednou z vnější strany na kuželovou plochu 31 nástroje 3 a z vnitřní strany na válec vymezovací trubky 9.

Velikost upínací síly je dána tloušťkou upínacího elementu 4 a velikostí jeho deformace. Na obr. 4 je patrné, jak jsou uchopovací elementy 4 odděleny pružnými, v tomto případě gumovými vymezovacími podložkami JO. Pro vytvoření vůle mezi otáčející se přírubou 7 a děleným pístem 6 je nutné zajistit odpojení tlakového media. Tento upínací mechanismus je samosvorný a nedojde kjeho uvolnění ani když přestane působit hydraulická síla. Poloha pístu 6 je zajištěna tak, že pružinou 12 je zatlačena koule 13 do kuželového vybrání v děleném pístu 6. Tím dojde k vytvoření žádoucí vůle mezi děleným pístem 6 a přírubou 7. Dělený píst 6, tažná tyč 8 i vymezovací trubka 9 jsou duté pro možnost vedení chladící kapaliny středem nástroje 3.

Stav při uvolnění a výměně nástroje zachycuje obrázek 2. Do levé části hydromotoru je přiveden tlakový olej. Dělený píst 6 pak zatlačí na přírubu 7 a ta přes čelní plochu dělené tažné tyče 8 tlačí na soustavu uchopovacích elementů 4. Tyto jsou přes vnitřní kuželovou plochu 11 vřetene i stlačeny dovnitř k tažné tyči 8 a vymezovací trubce 9. Tím je vytvořen volný prostor k vyjmutí nástroje 3. Vymezovací trubka 9 vytlačí dále svou čelní plochou nástroj 3 z vřetene I o vzdálenost, která je nutná k úplnému uvolnění nástroje 3 z vřetene T

Vymezování vůle je vysvětleno na obr. 3 a obr. 5. Při vložení nového nástroje 3 do vřetene J_ dosednou na sebe kuželové plochy 3_1 a 44. Mezi čelní stěnou vřetene 1 a nástrojem 3 se vytvoří vůle v, (tyto plochy na sebe dosednou až po vyvození upínací síly).

Při započetí pohybu lineárního hydromotoru, dojde pomocí kuželové plochy 91 vymezovací trubky 9 k rozevření upínacích elementů 4.

Na obr. 5 je znázorněna vymezovací trubka 9, na které jsou pomocí kolíků 15 připevněny třecí segmenty 14. Konec vymezovací trubky 9 je podélně dělen a tvoří listové pružiny, které přitlačují třecí segmenty 14 na válcovou plochu tažné tyče 8. Přítlačná síla musí být tak velká, aby došlo k rozevření upínacích elementů 4 bez posunu tažné tyče 8 směrem od vymezovací trubky 9. Tak je vysvětleno, že nedojde k posunutí vymezovací trubky 9 od tažné tyče 8.

Po dosažení těchto podmínek nastane stav, který je zachycený na obr. 3. Upínací elementy 4 dosednou na nástroj 3, vřeteno i, tažnou tyč 8 a vymezovací trubku 9. Až po tomto vymezení vůlí dojde k posunu tažné tyče 8 vůči vymezovací trubce 9, k rozevření uchopovacích elementů 4 a vyvození upínací síly.

Při výměně nástrojů se pak může vzdálenost yl pohybovat v určité toleranci a upínací síla zůstane téměř konstantní. Změní se pouze konečné posunutí tažné tyče 8 od vymezovací trubky 9, označené na obr. 1 jako vzdálenost v2.

Claims (2)

Patentové nároky

1. Zařízení pro upínání nástrojů do vřetene obráběcího stroje, ve kterém je nástroj (3) spojen s vřetenem (1) pomocí uchopovacích elementů (4), vyznačující se tím, že ve vřetení (1) jsou radiálně uloženy uchopovací elementy (4), vzájemně oddělené pružnými vymezovacími podložkami (10) o stejné tloušťce, k zajištění rovnoměrného rozmístění uchopovacích elementů (4) v upínacím prostoru vřetene (1), přičemž uvnitř uchopovacích elementů (4) jsou vytvořeny kuželové plochy (41a 42), a na vnější straně uchopovacích elementů (4) jsou též vytvořeny kuželové plochy (43 a 44), a dále ve vřeteni (1) je vytvořena kuželová plocha (11) a v držáku nástroje je kuželová plocha (31), přičemž podélně středem zařízení prochází dělená tažná tyč (8), která v části umístěné v uchopovacím elementu (4) je rovněž opatřena vnější kuželovou plochou (81), a na jedné straně je tažná tyč (8) pomocí třecí vazby spojena s vymezovací trubkou (9), která je na vnější straně také opatřena kuželovou plochou (91) a zároveň kuželové plochy (41 a 81), kuželové plochy (11 a 43 ), kuželové plochy (31a 44) a kuželové plochy (42 a 91) jsou vždy párové, a na opačné straně je tažná tyč (8) připojena k otočně uložené přírubě (7), kde příruba (7) je uložena v posuvném děleném pístu (6) hydromotoru a ve vřeteni (1), a v zadní části hydromotoru se nachází přívody/odvody tlakového média (5 a 16) a pojistné kuličkové zařízení, sestávající z pružiny (12) a koule (13).

2. Způsob upínání a uvolnění nástroje do vřetene vyznačující se tím, že při upínání je nejprve do hydromotoru přívodem (5) přivedeno tlakové médium v množství, při kterém dojde k vzájemnému dosednutí kuželových ploch (42 a 91) posunem tažné tyče (8) a vymezovací trubky (9), dalším posunem stejným směrem dojde k vymezení vůlí mezi kuželovými plochami (43 a 11) a mezi kuželovými plochami (44 a 31), vymezením vůlí se dostane vymezovací trubka (9) do konečné polohy a dojde k překonání třecí síly ve vazbě mezi tažnou tyčí (8) a vymezovací trubkou (9) a tím k jejich vzájemnému posunutí, při dalším pohybu tažné tyče (8) směrem od nástroje (3) dojde k vzájemnému dosednutí kuželových ploch (41 a 81), posléze vzájemným posunem kuželových ploch (41 a 81) dojde k deformaci upínacích elementů (4), a tím k vyvození upínací síly, přičemž při uvolňování nástroje (3) je do prostoru hydromotoru přívodem (16) přivedeno tlakové médium, tlakem děleného pístu (6) se posune příruba (7) a dělená tažná tyč (8) směrem k nástroji, zpětným posunem kuželových ploch (41 a 81) se uvolní upínací elementy (4) a vyruší se upínací síla, dalším posunem tažné tyče (8) spolu s vymezovací trubkou (9) a zpětným posunem kuželových ploch (42 a 91) dojde k uvolnění nástroje, a následný posun trubky (9) vysune nástroj (3) z vřetene (1).