CZ2016101A3 - Strojní svěrák s modulárním systémem upínání - Google Patents

Description

Strojní svěrák s modulárním systémem upínání

Oblast techniky

Vynález spadá do oblasti obrábění kovů a týká se strojního svěráku s modulárním systémem upínání, který je aplikovatelný zejména na CNC strojích.

Dosavadní stav techniky

Pro upínání polotovarů na obráběcích stolech CNC strojů jsou standardně využívány svěráky, jejichž tělo je uzpůsobeno pro upnutí k pracovnímu či obráběcímu stolu a pro upevnění a vedení upínacích čelistí. Tělo svěráku bývá obvykle jedním celkem a jeho výroba je vzhledem k složitému tvaru velmi pracná a vyžaduje užití speciálních nástrojů či technologií pro dosažení rozměrové a tvarové přesnosti jednotlivých funkčních ploch. Při třískovém obrábění těla z hutního profilového materiálu je vykazován velký odpad odebraného materiálu, a proto se někdy k výrobě těl používají odlitky, které množství odebraného materiálu snižují, ale nedají se používat pro typy svěráků, u nichž je vyžadováno použití speciálních materiálů, které se nadají odlévat. Upínací čelisti svěráků jsou buď obě pohyblivé nebo jedna pevná a jedna pohyblivá a jejich pohyb a upínací síla jsou realizovány upínacím mechanismem, kterým je je většinou pohybový šroub, ale využívána jsou i řešení hydraulická, pneumatická či hydraulicko-mechanická. U tzv. středících svěráků vybavených dvěma pohyblivými čelistmi je nutné zajistit pohybový šroub proti jeho posuvu v axiálním směru, což bývá často řešeno buď drážkou či jinou konstrukční úpravou zeslabující průřez šroubu nebo úpravou zvětšující v daném místě průřez šroubu, což vede ke zvýšení materiálových nákladů. Navíc začátky závitů na pohybovém šroubu, jejich poloha od středu šroubu, začátky závitů pohyblivých čelistí a upínací plochy pohyblivých čelistí jsou spolu ve vzájemném vztahu, aby byla zajištěna středová poloha šroubu vůči rovině symetrie upínacích čelistí. Díky tomu jsou při výrobě upínacího mechanizmu kladeny vysoké nároky na přesnost provedení jednotlivých komponent

-2středového uložení pohybového šroubu, které jsou zásadní pro zajištění dokonalé funkčnosti svěráku.

Je známa konstrukce středícího svěráku popsaná ve spise EP1946890, kde tělo svěráku je monolit s vytvořeným vnitřním prostorem tvarově uzpůsobeným pro vedení pohyblivých čelistí. Pohybový šroub je vybaven ve střední části vnější drážkou, do níž jsou vsazeny kolíky upevněné zároveň ve středovém fixačním dílu, který je vsazen do těla svěráku a zároveň k němu upevněn. Axiální vymezení polohy pohybového šroubu kolíky je nevýhodné s ohledem na životnost a možnou zatížitelnost spojení. Řešení pohybového šroubu s vystupující vnější drážkou nad průměr závitu zvyšuje jak nároky na technologii výroby pohybového šroubu, tak nároky na použitý materiál. Vnitřní drážka vytvořená pod průměrem závitu pohybového šroubu snižuje jeho únosnost, přičemž další nevýhodou tohoto řešení je složitý tvar vnitřního prostoru těla svěráku, což ještě více navyšuje náklady na jeho výrobu a snižuje možnost použití pro různé CNC stroje. V dokumentu EP 2105257 je popsán středící svěrák s tělem tvořeným jedním dílem, kde k vedení pohyblivých čelistí je uzpůsoben vnější tvar těla svěráku. Tento tvar těla je výrobně složitý, neboť je nutné vytvořit vnější stykové plochy pro vedení čelistí, a také uvolnit vnitřní prostor pro umístění upínacího mechanismu, což znamená značné množství odpadového materiálu při jeho výrobě. Výhodou tohoto řešení svěráku je vytvoření pohyblivých čelistí složením z více dílů, čímž se snížena ekonomická náročnost jejich výroby a dosáhla úspora použitého materiálu.

Dokument CN 201505858 popisuje středící svěrák s upínacím mechanismem řešeným pomocí hydraulicko-mechanického převodu a s tělem skládaným z více dílů, kde tělo je rozděleno v horní části v oblasti vedení pohyblivé čelisti, čímž se sice jeho výroba zjednodušila, avšak materiálové nároky na provedení jednotlivých dílů jsou stále vysoké. Ve spise FR 2274394 je popsán svěrák s pevnou čelistí, jehož dolní část těla je rozdělena v oblasti vedení pohyblivých čelistí na více dílů a sestává z desky a na ni upevněných kolejnic, čímž jsou materiálové nároky na výrobu jednotlivých dílů těla svěráku minimalizovány. Upínací mechanismus je zde řešen pohybovým šroubem, který je na jedné straně proveden levostranně a na druhé pravostranně, přičemž jedna

-3strana pohybového šroubu je v záběru se stavitelnou čelistí, která má po přestavení pevnou pozici, a druhá strana pohybového šroubu je v záběru s pohyblivou čelistí. Otáčením šroubu dochází k pohybu pohyblivé čelisti vůči pevné čelisti. Nevýhodou tohoto řešení je sestavení upínacího mechanismu z více výrobně složitých prvků, které zvyšují celkové náklady na výrobu svěráku. Dokument DE 102012208720 popisuje středící svěrák, jehož tělo je tvořeno jedním dílem s vnitřním prostorem tvarově uzpůsobeným pro vedení pohyblivých čelistí. Pohybový šroub je opatřen ve střední části vystupujícím vnějším nákružkem vloženým do kluzného pouzdra, které je zasazeno do těla svěráku, čímž je vymezen pohyb šroubu v jeho ose. Toto řešení je rovněž náročné na technologii výroby a složité provedení těla svěráku zvyšuje i materiálové požadavky na jeho výrobu.

Cílem předkládaného vynálezu je představit strojní svěrák s modulárním systémem upínání, jehož konstrukce je navržena tak, aby jednotlivé součásti svěráku byly výrobně jednoduché při zachování či překročení všech standardních požadavků kladených na moderní strojní svěráky, jako jsou upínací síla, tuhost, možnost výměny upínacích elementů, variabilita, rychlé ustavení na stroji, možnost středění součásti, přesnost apod.

Podstata vynálezu

Stanoveného cíle je dosaženo vynálezem, kterým je strojní svěrák s modulárním systémem upínání tvořený vzájemně rozebíratelně sestavitelnými tělem, dvěma upínacími čelistmi a pohybovým šroubem, kde tělo sestává ze základny uzpůsobené pro upevnění ke stolu obráběcího stroje a ze dvou vodících lišt ustavených zrcadlově proti sobě tak, že je umožněno upevnění a/nebo suvné vedení upínacích čelistí a je vytvořena shora částečně otevřená průchozí dutina pro rotační uložení pohybového šroubu. Podstatou vynálezu je, že pohybový šroub je jednak uložen alespoň v jednom závitovém vodícím otvoru, vytvořeném buď alespoň v jedné z upínacích čelistí anebo ve fixačním členu ustaveném v dutině mezi vodícími lištami, a jednak je proti axiálnímu

-4posuvu zajištěn upevněním mezi dvěma stahovacími maticemi uloženými a zajištěnými proti pootočení po obou stranách polohovacího otvoru, jehož vnitřní průměr je větší než průměr pohybového šroubu a je vytvořen buď ve fixačním členu při použití pohybového šroubu se dvěma protisměrnými vnějšími závity anebo v jedné z upínacích čelistí při použití pohybového šroubu s jediným vnějším závitem, přičemž základna a vodící lišty jsou vytvořeny rozebíratelně spojitelně.

Ve výhodném provedení svírají stahovací matice z obou stran rozpěrný člen, který je volně suvně vložený v polohovacím otvoru, kde šířka rozpěrného členu je větší o svěrnou vzdálenost (s) pohybující se v rozmezí hodnot s = 0,01 až 1 mm než je šířka tělesa fixačního členu nebo šířka upínací čelisti, v nichž je uložen.

Vdalším výhodném provedení jsou mezi tělesem fixačního členu a stahovacími maticemi nebo mezi čelními stěnami upínací čelisti a stahovacími maticemi vloženy distanční podložky nebo ložiska.

Konečně je výhodné, když fixační člen je v dutině mezi vodícími lištami uložen nasunutím do vertikálních polohovacích zářezů vytvořených v obou vodících lištách protilehle.

Novým vynálezem se dosahuje vyššího účinku v tom, že se konstrukce těla svěráku skládá z více výrobně jednoduchých součástí, které jsou spolu montážně spojeny, čímž je dosaženo výrazného snížení nákladů na obrobení těla svěráku. Dále lze využít různých tvarů základen těla svěráku, neboť fixační díl nemusí být v případě provedení jako středící svěrák upevněn k tělu svěráku, přičemž je možno využít jeho více poloh. Konstrukce rotačního uložení pohybového šroubu je navržena tak, aby bylo možné montážní úpravou vymezit vůle mezi pohybovým šroubem a fixačním dílem v axiálním směru při zachování výrobní jednoduchosti použitých dílců a toto řešení navíc nezmenšuje nosný průřez pohybového šroubu a minimalizuje materiálové nároky na jeho výrobu. Montážní ustavení polohy pohybového šroubu vůči rovině symetrie

-5upínacích čelistí umožňuje eliminovat vysoké nároky na přesnost vzájemné polohy začátků závitů pohybového šroubu, začátky závitů pohyblivých čelistí a upínacích ploch pohyblivých čelistí. Celková konstrukce také dovoluje dodatečné vymezení vůle vzniklé dlouhodobým provozem svěráku bez použití náhradních dílů.

Objasnění výkresů

Konkrétní příklady provedení vynálezu jsou schematicky znázorněny na připojených výkresech, kde obr.1 je axonometrický pohled na základní provedení svěráku s dvěma pohyblivými čelistmi, obr.2 je osový částečný řez svěrákem z obr.1, obr.3 je explodovaný axonometrický pohled na svěrák z obr.1, obr.4 je čelní explodovaný axonometrický pohled na tělo svěráku z obr.1, obr.5 je detail řezu rotačního uložení pohybového šroubu ve fixačním členu z obr.2, obr.6 je řez schématickým zobrazením základního provedení rotačního uložení pohybového šroubu ve fixačního členu, obr.7 je detail řezu alternativního provedení uložení pohybového šroubu ve fixačním členu, obr.8 je axonometrický pohled na alternativní provedení svěráku s dvěma pohyblivými čelistmi, obr.9 je osový částečný řez svěrákem z obr.8, obr. 10 je explodovaný axonometrický pohled na svěrák z obr.8, obr. 11 je detail řezu alternativního provedení uložení pohybového šroubu ve fixačním členu z obr.8 obr. 12 je axonometrický pohled na alternativní provedení svěráku s jednou pevnou a jednou pohyblivou čelistí, obr. 13 je osový částečný řez svěrákem z obr.12, obr. 14 je explodovaný axonometrický pohled na svěrák z obr. 12,

-6obr.15 je zadní axonometrický pohled na standardní uložení pohybového šroubu v pevné čelisti při provedení svěráku podle obr. 12, obr.16 je zadní axonometrický pohled na alternativní uložení pohybového šroubu v pevné čelisti při provedení svěráku podle obr. 12, obr. 17 je axonometrický pohled na další alternativní provedení svěráku s jednou pevnou a jednou pohyblivou čelistí při uchycení pohybového šroubu pouze v pohyblivé čelisti obr. 18 je osový částečný řez svěrákem z obr. 17 a obr. 19 je explodovaný axonometrický pohled na svěrák z obr. 17.

Výkresy, které znázorňují představovaný vynález a následně popsané příklady konkrétních provedení v žádném případě neomezují rozsah ochrany uvedený v definici, ale jen objasňují podstatu vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Strojní svěrák je v základním provedení znázorněném na obr.1 až obr.5 tvořen vzájemně rozebíratelně sestavitelnými tělem 1, dvěma pohyblivými upínacími čelistmi 2 a pohybovým šroubem 3 uchyceným ve fixačním členu 4. Tělo 1 sestává z deskovité základny 11 a dvou vodících lišt 12, kde neoznačené spodní plocha nebo boční stěny základny 11 jsou uzpůsobeny pro upevnění svěráku k rovněž neznázorněnému stolu obráběcího stroje. Horní plocha 111 základny 11 je opatřena dvěma podélnými drážkami 112 pro ustavení vodících lišt 12, které jsou vytvořeny ve tvaru obráceného písmene L a jsou uspořádány svými volnými rameny 121 zrcadlově proti sobě tak, že vytvářejí shora částečně otevřenou průchozí dutinu pro uložení a suvné vedení upínacích čelistí 2. Volná ramena 121 jsou na svých čelech opatřena sadou vertikálních polohovacích zářezů 122 pro umožnění nasunutí a usazení fixačního členu 4. Upínací čelisti 2 jsou tvořeny tvarovaným domkem 21 a svěrným segmentem 22 vytvářejícími jeden celek, kde obrys domku 21 odpovídá průřezu průchozí dutiny a šířka svěrného segmentu 22 bočně nepřesahuje přes obrys vodících lišt 12. Horní čelo 221 svěrného

-7segmentu 22 je opatřeno příčnou drážkou 222, v níž je uchycena fixační příložka 23 opatřená na podélných stranách ozubením 231. Domek 21 je opatřen průchozím závitovým vodícím otvorem 211 pro vedení pohybového šroubu 3, přičemž na obou stěnách kolmých k podélné ose vodícího otvoru 2H je domek 21 opatřen obloukovými portálovými zahloubeními 212 pro umožnění dosednutí přilehlých částí fixačního členu 4. Fixační člen 4 je tvořen hranolovitým tělesem 41 o průřezu ve tvaru písmene T, jehož šířka odpovídá šířce polohovacích zářezů 122 vodících lišt 12 a délka jeho horního ramena 411 odpovídá vzdálenosti vnitřních ploch protilehlých polohovacích zářezů 122 vodících lišt 12. Těleso 41 fixačního členu 4 je opatřeno průchozím polohovacím otvorem 412. v němž je uložen trubkový rozpěrný člen 42, jehož vnitřní průměr je větší než průměr pohybového šroubu 3 a jehož šířka je větší než šířka tělesa 41 o svěrnou vzdálenost s pohybující se v rozmezí hodnot s = 0,01 až 1 mm.

Součástí fixačního členu 4 jsou dvě stahovací matice 43, velikost jejichž vnitřního závitu 431 odpovídá vnějšímu závitu 31 pohybového šroubu 3. Na obvodové ploše jsou stahovací matice 43 opatřeny technologickými montážními zářezy 432 pro umožnění uchycení neznázorněných montážních klíčů. Vnější závit 31 má z důvodu umožnění protisměrného pohybu upínacích čelistí 2 na každé polovině pohybového šroubu 3 protisměrné stoupání, což je patrné především z detailu obr.5.

Ve variantním řešení fixačního členu 4 pro svěráky s dvěma pohyblivými upínacími čelistmi 2, znázorněném v detailu na obr.7, jsou mezi těleso 41 a stahovací matice 43 vloženy distanční podložky 44 a v další konstrukční alternativě pro tento typ svěráků patrné z obr.8 až obr. 10 jsou distanční podložky 44 nahrazeny ložisky 45.

Při sestavování strojního svěráku se nejdříve sestaví tělo 1 sešroubováním základny 11 a vodících lišt 12 a poté se provede ustavení fixačního dílu 4 na pohybový šroub 3. Při této montáži se našroubuje jedna stahovací matice 43 přibližně do její předpokládané pozice, poté se na pohybový šroub 3 navlékne rozpěrný člen 42, přes který se nasune těleso 41 a došroubuje se druhá stahovací matice 43. Následně se jedna ze stahovacích matic 43 ustaví na pohybovém šroubu 3 přesně do požadované

-8polohy a druhá stahovací matice 43 se dotáhne tak, že dojde k deformaci rozpěrného členu 42 a vymezení vůle mezi čely stahovacích matic 43 a tělesem 41. Tato sestava dílů 3 a 4 se umístí do těla 1 tak, že se těleso 41 vloží do zvolených polohovacích zářezů 122 vodících lišt 12. Poté se nasunou obě upínací čelisti 2 na protilehlé koncové části protisměrných vnějších závitů 31 pohybového šroubu 3 a při vyvození současného protisměrného tlaku na obě upínací čelisti 2 se zajistí, aby byly navedeny na pohybový šroub 3 při jeho následném otáčení přibližně ve stejném okamžiku. V případě nutnosti pevného nastavení roviny symetrie rozevírání upínacích čelistí 2 vůči pevnému bodu na těle 1 svěráku je možno stahovací matice 43 na tělese 41 povolit a přenastavit přesně dle požadavku.

Stejný modulární systém upínání je možno uplatnit rovněž u strojních svěráků vybavených jednou pevnou a jednou pohyblivou upínací čelistí 2. V základním provedení tohoto uspořádání znázorněném na obr. 12 až obr. 14 je konstrukce těla 1 identická s řešením svěráku opatřeného dvěma pohyblivými upínacími čelistmi 2. Fixační člen 4 je pak vintegrován do jedné z upínacích čelistí 2 tak, že v jejím domku 21 je průchozí závitový vodící otvor 211 pro vedení pohybového šroubu 3 nahrazen průchozím bezzávitovým polohovacím otvorem 412. takže domek 21 přebírá funkci tělesa 41 fixačního členu 4 zajišťujícího uložení koncové části pohybového šroubu 3 a jeho volné otáčení v této pevně ustavené upínací čelisti 2. Pohybový šroub 3 je v tomto případě opatřen jediným vnějším závitem 31 a nemusí být v pevné upínací čelisti 2 uchycen svojí koncovou částí, jak je znázorněno na obr.15, ale v závislosti na druhu a velikosti opracovávaných obrobků i kdekoliv po své délce, jak je příkladně znázorněno na obr.16. V dalším alternativním provedení strojního svěráku s jednou pevnou a jednou pohyblivou upínací čelistí 2, které je znázorněno na obr. 17 až obr. 19, je pevná upínací čelist 2 ustavena a upevněna na těle 1 bez jakéhokoliv spřažení či kontaktu s pohybovým šroubem 3. Pohybový šroub 3 je opatřen jediným vnějším závitem 31 a je veden v závitovém vodícím otvoru 211 tělesa 41 fixačního členu 4, přičemž koncová část pohybového šroubu 3 je ustavena v pohyblivé upínací čelisti 2 pomocí rozpěrného členu 42 a stahovacích matic 43.

-9Popsaná a znázorněná provedení strojního svěráku nejsou jedinými možnými konstrukcemi podle vynálezu, ale bez změny jeho podstaty nemusí mít těleso 41 fixačního členu průřez ve tvaru písmene T, ale může být přizpůsobeno provedení základny 11 a vodících lišt 12 těla 1. Domek 21 upínacích čelistí 2 nemusí být opatřen portálovými zahloubeními 212 a svěrné segmenty 22 nemusí být vybaveny fixačními příložkami 23, průřez vodících lišt 12 nemusí tvar obráceného písmene L, ale vodící lišty 12 mohou mít průřez například ve tvaru písmene C. Tvarovaný domek 21 nemusí tvořit se svěrným segmentem 22 jeden celek, ale mohou být montážně spojeny. Šířka svěrného segmentu 22 může bočně přesahovat obrys vodících lišt 12. Stahovací matice 42 nemusí být vybaveny technologickými montážními zářezy 432, ale jiným systémem pro uchycení montážních klíčů a nemusí svírat z obou stran rozpěrný člen 43, když mohou být zajištěny proti pootočení vzhledem k pohybovému šroubu 3 jinými standardními prostředky, například zajišťovacími šrouby.

Průmyslová využitelnost

Strojní svěrák s modulárním systémem upínání podle vynálezu je určen zejména pro ustavení na stolech CNC obráběcích strojů, konvenčních obráběcích strojů, vrtaček, apod., ale lze jej použít i jako zámečnický či montážní svěrák.

Claims (6)

1. Strojní svěrák s modulárním systémem upínání, který je tvořen vzájemně rozebíratelně sestavitelnými tělem (1), dvěma upínacími čelistmi (2) a pohybovým šroubem (3), kde tělo (1) sestává ze základny (11) uzpůsobené pro upevnění ke stolu obráběcího stroje a ze dvou vodících lišt (12) ustavených zrcadlově proti sobě tak, že je umožněno upevnění a/nebo suvné vedení upínacích čelistí (2) a je vytvořena shora částečně otevřená průchozí dutina pro rotační uložení pohybového šroubu (3), vyznačující se tím, že pohybový šroub (3) je jednak uložen alespoň v jednom závitovém vodícím otvoru (211), vytvořeném buď alespoň v jedné z upínacích čelistí (2) anebo ve fixačním členu (4) ustaveném v dutině mezi vodícími lištami (12), a jednak je proti axiálnímu posuvu zajištěn upevněním mezi dvěma stahovacími maticemi (43) uloženými a zajištěnými proti pootočení po obou stranách polohovacího otvoru (412), jehož vnitřní průměr je větší než průměr pohybového šroubu (3) a je vytvořen buď ve fixačním členu (4) při použití pohybového šroubu (3) se dvěma protisměrnými vnějšími závity (31) anebo v jedné z upínacích čelistí (2) při použití pohybového šroubu (3) s jediným vnějším závitem (31), přičemž základna (11) a vodící lišty (12) jsou vytvořeny rozebíratelně spojitelně.

2. Strojní svěrák podle nároku 1, vyznačující se tím, že stahovací matice (43) svírají z obou stran rozpěrný člen (42), který je volně suvně vložený v polohovacím otvoru (412).

3. Strojní svěrák podle nároku 2, vyznačující se tím, že šířka rozpěrného členu (42) je větší o svěrnou vzdálenost (s) pohybující se v rozmezí hodnot s = 0,01 až 1 mm než je šířka tělesa (41) fixačního členu (4) nebo šířka upínací čelisti (2), v nichž je uložen.

4. Strojní svěrák podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že mezi tělesem (41) fixačního členu (4) a stahovacími maticemi (43) nebo mezi čelními stěnami upínací čelisti (2) a stahovacími maticemi (43) jsou vloženy distanční podložky (44).

5. Strojní svěrák podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že mezi tělesem (41) fixačního členu (4) a stahovacími maticemi (43) nebo mezi čelními stěnami upínací čelisti (2) a stahovacími maticemi (43) jsou vložena ložiska (45).

6. Strojní svěrák podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že fixační člen (4) je v dutině mezi vodícími lištami (12) uložen nasunutím do vertikálních polohovacích zářezů (122) vytvořených v obou vodících lištách (12) protilehle.