CZ278963B6 - Centering and clamping system - Google Patents

Description

Vystředbvací a upínací systém

Oblast techniky

Vynález se týká vystřeďovacího a upínacího systému pro polohově přesné upevňování výměnného dílu na nosném dílu, který je opatřen jednak upínacími prvky pro upevnění výměnného dílu, které jsou upraveny na nosném dílu, jednak dosedacími plochami pro podepření výměnného dílu, které jsou upraveny na nosném dílu, a jednak vystřeďovacími prvky, které jsou upraveny na výměnném dílu, které jsou uspořádány pro spolupůsobení s vodícími prvky nosného dílu a polohování výměnného dílu v dosedací rovině obou dílů ve dvou navzájem pravoúhlých směrech, kdy vztažná osa výměnného dílu lícuje se vztažnou osou nosného dílu.

Dosavadní stav techniky

Při provozu obráběcích strojů je často žádoucí upevnit nějaký výměnná díl vysoce přesně na nosném dílu. Tak například může být potřeba polohovat s vysokou přesností vyměnitelný vřeteník nebo nástrojovou hlavu na stojanu nebo na suportu obráběcího stroje, aby vřeteno přesně zaujalo požadovanou polohu a aby bylo možno obrobek přesně přivádět do polohy, která je předem stanovena ovládáním stroje. Není to však vždy jen nástroj nebo nástroj unášející nástrojová hlava, může to být například vřeteník, který je třeba uspořádat v přesně definované poloze a směru, avšak přesné polohování zpravidla vyžaduje i obráběný obrobek. Pokud je obrobek upnut na přípravné paletě, na které se potom přivádí k obráběcímu stroji na opracování, je třeba tuto přípravnou paletu polohovat na obráběcím stroji zpravidla velmi přesně, aby mohl obráběcí nástroj provést přesné opracování ve správném místě obrobku.

Známé vystředovací a upínací systémy umožňují polohově přesné uspořádání výměnného dílu vzhledem k nosnému dílu, přičemž vztažné osy nosného dílu a výměnného dílu se shodují. Potíže však začínají vznikat tehdy, pokud jsou jednotlivé konstrukční skupiny obráběcího stroje vystaveny různým teplotám. Pokud je například umístěn obráběcí stroj ráno ve studené hale a pokud v průběhu dne teplota v této hale vzrůstá, mění se podmínky, za kterých bylo vystředění původně uskutečněno. To například znamená, že vřeteno vyměnitelného vřeteníku nezaujímá vzhledem k obráběcímu stroji přesně stejnou úložnou polohu, jakou mělo původně a vzhledem ke které je které je orientován celý program stroje.

Je známé spojit výměnný díl na jednom konci typem pevného uloženi, například kruhovým čepem, kterým se připojí k nosnému dílu, a protilehlý konec vytvořit jako posuvné volné uložení, například mečovitým čepem, což umožňuje, aby se výměnný díl délkově neomezeně měnil v závislosti na teplotě. V takovém případě zůstává vzhledem k nosnému dílu beze změny jen ta poloha výměnného dílu, ve kterém je upraveno pevné uložení. Vzhledem k tomu, že toto pevné uloženi však není možné uspořádat ve vztažné ose, kde se u vřeteníku například upravuje vřeteno, má například uvedená osa vřetene trvale od pevného uložení určitou rozteč. Tím dochází působením teplotních změn ke vzájemným změnám polohy vztažných os obou uvedených dílů.

-1CZ 278963 B6

Z Patentového spisu USA č. 4 384 811 je známá frézka s vyměnitelným vřetenem, u které má těleso stroje čtyři upevňovací kusy, které jsou na svých koncích opatřeny drážkami, do nichž zabírají vyrovnávací výstupky upravené na zadní plose vřetenové hlavy. Upevňovací kusy jsou obecně uspořádány v osách osového kříže, které se křižují v ose vřetene. Upevňovací kusy jsou posuvné v šikmých drahách, což umožňuje měnit úhel nastavení frézovacího nástroje řízeným pohybem upevňovacích kusů. Pevné vodicí plochy nejsou na nosném dílu upraveny, což neumožňuje velmi přesné vyrovnání výměnného dílu vzhledem k nosnému dílu.

Podstata vynálezu

Vynález si klade za úkol vytvořit vystřeďovací a upínací systém v úvodu uvedeného typu, u kterého by bylo zajištěno, že vztažné osy obou dílů se navzájem neposunou ani v případě tepelných délkových změn některého z dílů, což by umožnilo nejen nastavit vysoce přesné vyrovnáni obou vztažných os proti sobě navzájem, avšak umožnilo by takové nastavení zachovat i při různých provozních poměrech.

Vytčený úkol se řeší a uvedené nedostatky se odstraňuji vystřeďovacím a upínacím systémem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že vodicí prvky jsou opatřeny rovnou vodicí plochou, přičemž vodicí plochy jsou uspořádány podél osového kříže, jehož střed je upraven na vztažné ose nosného dílu, a ke každému vodícímu prvku je upraven v pravém úhlu k dosedací rovině z nosného dílu vysunutelný přítlačný prvek, uspořádaný pro působení přes šikmou plochu na vystřeďovací prvek a pro jeho přitlačení na vodicí plochu.

Podle vynálezu má tedy každý dosedací a vodicí prvek rovnou vodicí plochu, po které může klouzat příslušný vystřeďovací prvek. Vodicí plochy jsou uspořádány podél os osového kříže, jehož střed je upraven ve vztažné ose nosného dílu. Tím se dosáhne toho, že výměnný díl se může protahovat, popřípadě smršťovat ve všech směrech, aniž by se tím změnila poloha jeho vztažné osy. Podle vynálezu jsou tedy všechna ložiska, prostřednictvím kterých je výměnný díl vystředěn na nosném dílu, upravena jako volná ložiska nebo volná uložení, která připouštějí pohyb ve směru kterékoli z os osového kříže, přičemž v příčném směru ke každé z těchto os však zajišťují upevnění, popřípadě vystředění polohy. Všechna uložení mohou být uspořádána v rozteči od těchto obou shodných vztažných os, to je středů os, takže vřeteno nebo jiný konstrukční díl, který je uspořádán ve vztažné ose, není omezován žádným uložením, popřípadě dosedacím vodicím prvkem. Jediný polohově pevný bod výměnného dílu je upraven na vztažné ose tohoto dílu, i když v tomto bodě není upraveno žádné pevné spojení s nosným dílem a všechna uložení a dosedací plochy jsou upraveny v rozteči od tohoto bodu. Tím se umožňuje definovat polohově neměnitelný bod, který zachovává svoji polohu při všech teplotách, aniž by bylo třeba v tomto bodě, to je ve vztažné ose, například ve středu vřetena, vytvářet složku potřebnou pro vystřeďování. Přítlačný prvek vysunutelný z nosného dílu, působí šikmou plochou na vystřeďovací prvek výměnného dílu a přitlačuje tento vystřeďovací prvek ve směru na vodicí plochu. Tím se dosáhne definované polohy vystřeďovacího prvku výměnného dílu na

-2CZ 278963 B6 vodicí plose nosného dílu a výměnný díl je vysoce přesně a bez vůle nasměrován do os osového kříže.

Vystřeďovací a upínací systém podle vynálezu je zvláště vhodný zejména pro upevňovaní vřeteníku nebo jiné nástrojové nebo obráběcí hlavy na obráběcí stroji, jakož i pro zajištění polohy přípravných palet, unášejících obrobky nebo podobně na odpovídající základně. Toto použití ve spojení s číslicově řízenými obráběcími stroji, které mohou vykonávat pohyb podél více os, umožní vysoce přesné opracováni, které je nezávislé na kolísáni teploty a místním prodloužení jednotlivých složek.

Výhodná uspořádání a další vytvoření systému podle vynálezu jsou patrná z dalších patentových nároků.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je v dalším podrobněji vysvětlen na příkladu provedení ve spojení s připojenými výkresy,'kde na obr. 1 je schematicky znázorněn perspektivní pohled na obráběcí stroj, na obr. 2 je zobrazen řez rovinou podle čáry II - II z obr. 1, tedy podél úložné roviny obou relativně navzájem upevnitelných dílů, přičemž výměnný díl je odebrán, na obr. 3 je řez rovinou podle čáry III - III z obr. 2, na obr. 4 je schematicky znázorněno v perspektivním zobrazení spolupůsobení vystřeďovacího prvku s dosedacím a vodicím prvkem a přítlačným prvkem a na obr. 5 je schematicky znázorněn příklad uspořádání nosného dílu na stojanu.

Příklad provedení vynálezu

Z obr. 1 je patrný obráběcí stroj 10., který má stojan 12, vodorovně pojízdný po loži 11 stroje 10,. Na přední straně stojanu je upraven nosný díl .13, který je pojízdný po svislých vodicích lištách 17.· Na přední straně nosného dílu 13 je upevněn výměnný díl 14, v daném případě hlava vřetena. Výměnný díl 14 má na své zadní straně svislé vodicí drážky 15 ve tvaru písmene T, do -nichž zasahují upínací prvky nosného dílu 13.· Pokud se má výměnný díl 14 z nosného dílu 13 odstranit, uvolní se upínací prvky, což umožní vysunout výměnný díl 14 z nosného dílu 13 vertikálním pohybem směrem vzhůru. Potom je samozřejmě možné zasunout nový výměnný díl 14 jeho svislými vodícími drážkami 15 shora před nosný díl 13 , přičemž upínací prvky nosného dílu 13 se opět vloží do svislých vodicích drážek 15. Z přední strany výměnného dílu 14 vyčnívá vpřed otočné vřeteno 16.

Stojan 12 je opatřen neznázorněným poháněcím zařízením pro otočné vřeteno 16. Hřídel 18 tohoto poháněcího zařízení je upraven svisle uvnitř stojanu 12 a je spojen s vodorovným hřídelem, který prochází vnitřkem nosného dílu 13 a se kterým je spojeno otočné vřeteno 16, pokud je výměnný díl 14 spojen s nosným dílem

13. Poháněči hřídel otočného hřídele 16 prochází v nosném dílu vztažnou osou 19 tohoto nosného dílu 13., viz obr. 3. Vztažnou osou 2 0 výměnného dílu 14 je osa otočného vřetene 16.· Při správném vyrovnání nosného dílu 13 a výměnného dílu 14 lícují jejich vztažné osy 19, 20.

Nosný díl 13 má čtyři upínací prvky 21, které jsou vytvořeny vždy z jednoho dříku 21a, který je vodorovně posuvný v nosném

-3CZ 278963 B6 dílu £3, a ze širší hlavy 21b, která je upravena na vnějším konci dříku 21a. Vnější konec dříku 21a a hlavy 21b mají takový tvar a takové rozměry, že lícují s vnitřním tvarem svislých vodicích drážek 15 ve tvaru písmene T. Upínací ústroji pro zpětné zatahování upínacího prvku 21 je znázorněno na obr. 3. Toto upínací ústrojí je tvořeno klínovým pohonem 22., u kterého zapadá šikmé šoupátko 23 do šikmé příčné drážky 24 dříku 21a. Šikmé šoupátko 23 je upevněno na pístu 25, který je posuvný ve válci 26 , upraveném napříč ke dříku 21a. Ve válci 26 je upravena pružina 22/ která zatlačuje píst 25 ve směru ke dříku 21a, čímž je dřík 21a zatlačován do své zpětné tažné polohy vzhledem k výměnnému dílu

14. Pro uvolnění upínacího prvku 21 působí na ten konec pistu 25, který je odvrácen od pružiny 27, tlak přiváděný potrubím 28, čímž se píst 25 zatlačí zpět proti účinku pružiny 27. Tím se vytlačí upínací prvek 21 z nosného dílu 13 a tak se zajistí uvolnění výměnného dílu 14. Dík působením pružiny 27 je zajištěno upnutí i při výpadku tlaku. Všechny čtyři upínací prvky 21, které jsou podle obr. 2 uspořádány v podobě pravoúhelníku, jsou řízeny synchronizované.

Dřík 21a každého upínacího prvku 21 prochází otvorem bloku 29, který je upevněn na přední straně nosného dílu 13. Každý blok 29 má na své přední straně dvě vyčnívající, jemně opracované dosedací plochy 30., na které dosedá výměnný díl 14 a na které je výměnný díl 14 upínacími prvky 21 přitahován. Všechny dosedací plochy 30 jsou upraveny ve společné svislé rovině, která je označena jako dosedací rovina 31. V dosedací rovině 31 se opírá zadní stěna výměnného dílu 14 o celkem osm dosedacích ploch 30.

Ze zadní stěny výměnného dílu 14 vystupují tři vystřeďovací prvky 32a, 32b, 32c. Každý z těchto vystřeďovacích prvků 32a,

32b, 32c je na výměnném dílu 14 upraven pevně a má šikmou plochu 33 a proti ni v pravém úhlu k dosedací rovině 31 upravenou rovnou dosedací plochou 34. Dosedací plocha 34 je upravena vždy rovno> běžně s rovnou vodicí plochou 35 vodícího prvku 36., 37., který je upraven na přední stěně nosného dílu 13. Jak je patrno z obr. 2, je pro oba vystřeďovací prvky 32a a 32b upraven společný vodicí prvek 36 ve tvaru vodorovného nosníku, na jehož horní straně jsou uspořádány vodorovné vodicí plochy 35. Tyto vodorovné vodici plochy 35 jsou upraveny přesně v úrovni vodorovné první osy 38 osového 40, jehož střed je uložen na vztažné ose 19., popřípadě na ose otočného vřetena 16. Na svislé druhé ose 39 osového kříže 40 je upravena svislá rovná vodicí plocha 35 vodícího prvku 37.

Ke každé vodicí ploše 35 je přiřazen čepový přítlačný prvek 41, který je uspořádán v nosném dílu 13 rovnoběžně posuvně se vztažnou osou 19 a jehož přední konec vyčnívá z nosného dílu 13. Přítlačný prvek 41 je opatřen šikmou plochou 42 , která je upravena rovnoběžně se šikmou plochou 33 příslušného vystřeďovacího prvku 32a, 32b, 32c. Pokud je výměnný díl 14 upraven na nosném dílu 13., vyčnívá hlava každého vystřeďovacího prvku 32a, 3 2b, 32c do štěrbiny mezi příslušnou vodicí plochou 35 a šikmou plochou 42. Jakmile se přítlačný prvek 41 pohybuje z nosného dílu 13, je vystřeďovací prvek 32a, 32b, 32c tlačen šikmými plochami a 33 proti vodicí ploše 35.

Jak je patrno z obr. 2, jsou štěrbiny mezi přítlačným prvkem 41 a vodicím prvkem 36 u vystřeďovacich prvků 32a a 32b svislé,

-4CZ 278963 B6 takže tyto vystřeďovací prvky 32a, 32b jsou svou vodorovnou dosedací plochou 34 tlačeny svisle dolů proti vodorovné vodicí ploše 35. Na rozdíl od toho je vystřeďovací prvek 32c svou dosedací plochou tlačen vodorovně proti svislé vodicí ploše 35 vodícího prvku 37. Tak se navzájem nasměrují vztažné osy 19 a 20 , přičemž všechna tři vystřeďovací ústrojí jsou uspořádána v rozteči od otočného vřetena 16.

Každý čepový přítlačný prvek 41 je spojen s pístem 43 , který se může pohybovat ve válci 44 nosného dílu 13 a který je tlakem v potrubí 47 , podporovaném ještě pružinou 45, zatlačován ven, tedy do vystřeďovací . polohy. Tlak ve druhém potrubí 46 může zatlačovat píst 43 nazpět, čímž se stlačuje i pružina £5, což zajistí uvolnění vystředění. Pružina 45 zabezpečuje, že výměnný díl 14 zůstává ve své poloze i při přerušení dodávky tlakového prostředí.

Pro vystředění a upnutí výměnného dílu 14 na nosném dílu 13 se výměnný díl 14 zasune svislými vodícími drážkami 15 ve tvaru písmene T kolmo přes hlavy upínacích prvků 21. Potom se uskuteční boční vystředění vysunutím spodního přítlačného prvku 41, který spolupracuje s vystřeďovacím prvkem 32c. Potom se provede svislé vystředění uvedením obou přítlačných prvků 41 v činnost. Ty spolupracují s vystřeďovacími prvky 32a a 32b. Pokud se takto uvedou do souladu vztažné osy 19 a 20, zasunou se čtyři upínací prvky 21 současně do nosného dílu 13 , čímž se uskuteční upnutí a zablokování výměnného dílu 14 na nosném dílu 13.

Při nezamýšleném otevření zablokováni, například v důsledku chybné obsluhy, nemůže výměnný díl 14 spadnout dolů, protože je držen ve vodicích drážkách 15 ve tvaru písmene T a dosedá na vodicí plochy s vystřeďovacími prvky 32a a 32b.

Při případné změně délky výměnného dílu 14 ve vztahu k nosnému dílu 13 působením místních teplotních rozdílů zůstává lícování vztažných os 19 a 20 zachováno.

Polohu ovládacího ústrojí 25, tvořeného pístem, popřípadě polohu ovládacího zařízení £3, tvořeného pístem, lze kontrolovat hydraulickými nebo pneumatickými kontrolními kanály, ve kterých se uskutečňuje průtok jen při stanovené poloze pístu. Tak se umožní zpětná kontrola skutečnosti, zda upínací prvky 21, popřípadě ovládací zařízení 43 jsou ve své pracovní poloze.

Mimoto lze na dosedacích plochách 30 a vodicích plochách £5 upravit tryskové otvory, ze kterých proudí tlakový vzduch, který jednak čistí tyto plochy od nečistot a jednak umožňuje prostřednictvím tlakových čidel zjišťovat, zda je výměnný díl 14 skutečně v upnuté poloze, ve které uzavírá tryskové otvory.

Konečně lze na hlavách 21b upínacích prvků 21 upravit kladky nebo válečky, což umožňuje při zasouvání a při uvolňování výměnného dílu 14 zmenšit ztráty třením a odstranit zbytečné opotřebovávání dosedacích ploch 30.

Obr. 5 znázorňuje ve zjednodušené podobně uspořádání tři vodicích ploch 35 na přední straně nosného dílu 13. Přídavně zakreslené vystřeďovací prvky 32a, 32b, 32c nejsou upevněny na

-5CZ 278963 B6 nosném dílu 13., ale na neznázorněném vyměnitelném dílu. Šipky udávající směr působením příslušných přítlačných prvků 41. Zatímco obě boční vystřeďovací místa, která zajišťují svislé vystředění, mají větší rozteče od středu osového kříže £0, je rozteč spodního vystředovacího místa, které zajišťuje vodorovné vystředěni, menší. Toto spodní vystřeďovací místo může být uspořádáno poblíž osového kříže 40 nebo může být dokonce uspořádáno v osovém kříži £0, pokud to konstrukční poměry připouštějí. Je samozřejmě také možné uspořádat místo jednoho vodorovného vystředovacího místa dvě taková vystřeďovací místa, upravená podél svislé druhé osy 39.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Vystřeďovací a upínací systém pro polohově přesné upevňování výměnného dílu na nosném dílu, který je opatřen jednak upínacími prvky pro upevnění výměnného dílu, které jsou upraveny na nosném dílu, jednak dosedacími plochami pro podepření výměnného dílu, které jsou upraveny na nosném dílu, a jednak vystřeďovacími prvky, které jsou upraveny na výměnném dílu, které jsou uspořádány pro spolupůsobení s vodícími prvky nosného dílu a polohování výměnného dílu v dosedací rovině obou dílů ve dvou navzájem pravoúhlých směrech, kdy vztažná osa výměnného dílu lícuje se vztažnou osou nosného dílu, v y z na č u jící se tím, že vodicí prvky (36, 37) jsou opatřeny rovnou vodicí plochou (35), přičemž vodicí plochy (35) jsou uspořádány podél osového kříže (40), jehož střed je upraven na vztažné ose (19) nosného dílu (13) a ke každému vodícímu prvku (36, 37) je upraven v pravém úhlu k dosedací rovině (31) z nosného dílu (13) vysunutelný přítlačný prvek (41), opatřený šikmou plochou (42) upravenou rovnoběžně se šikmou plochou (33) příslušného vystředovacího prvku (32a, 32b, 32c).
2. 2. Vystřeďovací a upínací systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že dva vystřeďovací prvky (32a, 32b) jsou uspořádány podél první osy (38) osového kříže (40) a podél druhé osy (39) osového kříže (40) je uspořádán jeden jediný vystřeďovací prvek (32c).
3. 3. Vystřeďovací a upínací systém podle nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že nosný díl (13) má pružně předpjaté upínací prvky (21) v napínacím směru a upravená uvolňovací tlaková ovládací ústrojí (22, 23, 25).
4. 4. Vystřeďovací a upínací systém podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že přítlačné prvky (41) jsou v nosném dílu uloženy s pružinou (45) hydraulicky vytlačitelně pro jejich zpětné zatažení je upraveno ovládací ústrojí s pístem (43).
5. 5. Vystřeďovací a upínací systém podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že na přední straně nosného dílu (13) je upevněn blok (29), který je opatřen čtyřmi dose

   -6CZ 278963 B6 dacími plochami (30) uspořádanými například v rozích pravoúhelníku nebo dvojicemi těchto dosedacích ploch.
6. 6. Vystřeďovací a upínací systém podle nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že vodicí plochy (35), uspořádané podél první osy (38), mají větší vzdálenost od středu osového kříže (40), než vodicí plocha (35), uspořádaná podél druhé osy (39).