CZ295979B6

CZ295979B6 - Zařízení pro upínání obrobku

Info

Publication number: CZ295979B6
Application number: CZ20002582A
Authority: CZ
Inventors: Marcel Lüscher; Karl Fries
Original assignee: Erowa Ag
Priority date: 1999-07-14
Filing date: 2000-07-12
Publication date: 2005-12-14
Also published as: CA2313564A1; BR0002727A; HK1034486A1; BR0002789A; UA66373C2; DE50005384D1; DK1068919T3; US6378877B1; CN1298503C; JP4724274B2; ES2231145T3; UA67761C2; MXPA00006932A; PT1068918E; PL341276A1; CA2313567A1; ES2215598T3; US6367814B1; CN1200795C; SG83214A1

Abstract

Zařízení obsahuje sklíčidlo (1) upevnitelné v pracovní oblasti obráběcího stroje, nosič (25) obrobku, upevnitelný a upnutelný ve sklíčidle (1), dále ustavující elementy tvořené prvními polohovacími prostředky (22, 23) na sklíčidle (1) a druhými polohovacími prostředky (30, 29) na nosiči (25) obrobku, které vzájemně působí v párech a ustavují nosič (25) obrobku ve třech souřadných osách (X, Y, Z), probíhajících kolmo k sobě navzájem, a do správného úhlu relativně vůči sklíčidlu (1), a dále upínací mechanismus (12, 14, 18, 28), jehož upínací síla přidržuje nosič (25) obrobku ve sklíčidle (1) v poloze vytvořené polohovacími prostředky. První polohovací prostředky (22) a druhé polohovací prostředky (30) jsou uspořádány na kružnici. Upínací mechanismus obsahuje upínací členy, jejichž axiální komponenty upínacích sil mají směry působení ležící alespoň přibližně na nebo vně imaginárního válcového spojitého povrchu (MF) rovnoběžného se souřadnou osou (Z) a protínající první polohovací prostředky (22, 23) a druhé polohovací prostředky (29, 30).

Description

Vynález se týká zařízení pro upínání obrobku v definované poloze v pracovní oblasti obráběcího stroje, obsahujícího sklíčidlo upevnitelné v pracovní oblasti obráběcího stroje, nosič obrobku, upevnitelný a upnutelný ve sklíčidle, dále ustavující elementy tvořené prvními polohovacími prostředky na sklíčidle a druhými polohovacími prostředky na nosiči obrobku, které vzájemně působí v párech a ustavují nosič obrobku ve třech souřadných osách X, Y, Z, probíhajících kolmo k sobě navzájem, a do správného úhlu relativně vůči sklíčidlu, a dále upínací mechanismus, jehož upínací síla přidržuje nosič obrobku ve sklíčidle v poloze vytvořené polohovacími prostředky.

Dosavadní stav techniky

Takové zařízení, dobře známé v oboru, primárně slouží pro upnutí obrobku při opracování v pracovní oblasti obráběcího stroje s velmi vysokou přesností. Je zejména důležité, že také opakovanost přesnosti je zajištěna. Jinými slovy obrobek umístěný do nosiče obrobku musí být upnut postupně mnohokrát ve sklíčidle uzpůsobeném pro daný nosič obrobku a má mít přitom vždy přesně definovanou polohu v ose X, ose Y, ose Z a také vzhledem k úhlové orientaci kolem osy Z, například v podmínkách když nosič obrobku nesoucí obráběný obrobek musí být upnut v různých obráběcích strojích, které po sobě provádějí různé obráběcí operace a jsou každý vybaven stejným sklíčidlem, nebo v měřicích a testovacích stanicích vybavených rovněž stejným sklíčidlem.

Takové zařízení je popsáno například v Evropském patentu č. 0 255 042. Toto zařízení obsahuje dva páry polohovacích páskových dílů vyčnívajících nad povrch sklíčidla, vybavených dotykovými povrchy pro orientaci nosiče obrobku ve směrech X a Y. Mimoto obsahuje čtyři kolíky rovněž vyčnívající nad povrch sklíčidla. Tyto kolíky definují polohu nosiče obrobku ve směru Z. Lícovaný nosič obrobku obsahuje rovinný povrch přizpůsobený k opření o výše zmíněné kolíky na sklíčidle. Dále povrch nosiče obrobku je opatřen dvěma páry drážek v rozložení odpovídajícím jednomu z výše zmíněných polohovacích páskových dílů. Drážky mají pružné hrany, které jsou určeny k opření o dotykové plochy výše uvedených páskových dílů sklíčidla. Konečně nosič obrobku má středový otvor pro tahový svorníkový díl, pomocí kterého je přenášena upínací síla požadovaná pro udržování definované polohy mezi nosičem obrobku a sklíčidlem. Přitom sklíčidlo obsahuje středově umístěný kulový uzamykací mechanismus spolupracující s tahovým svorníkovým dílem.

Nevýhodu takového známého zařízení lze spatřovat ve skutečnosti, že nemůže odolávat vysokým klopným momentům nebo torzním silám, které mohou nastat zejména v případě řezných operací nebo když jsou opracovávané obrobky poměrně velké.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je tak poskytnout zařízení pro upínání obrobku v přesně definované poloze v pracovní oblasti obráběcího stroje, ve kterém je nosič obrobku upnut ke sklíčidlu a tedy obrobek, který má být opracován, má podstatně zvýšenou odolnost proti klopným momentům a torzním silám a současně se zabraňuje vzniku nebezpečí, že nosič obrobku a tím obrobek bude posunut vzhledem ke sklíčidlu při současném dodržení velmi vysoké přesnosti pokud se týká umístění nosiče obrobku vzhledem ke sklíčidlu, zejména také v případě opakovaného upínání, jak bylo vysvětleno výše.

-1 CZ 295979 B6

Uvedený úkol splňuje zařízení pro upínání obrobku v definované poloze v pracovní oblasti obráběcího stroje, obsahující sklíčidlo upevnitelné v pracovní oblasti obráběcího stroje, nosič obrobku, upevnitelný a upnutelný ve sklíčidle, dále ustavující elementy tvořené prvními polohovacími prostředky na sklíčidle a druhými polohovacími prostředky na nosiči obrobku, které vzájemně působí v párech a ustavují nosič obrobku ve třech souřadných osách X, Y, Z, probíhajících kolmo k sobě navzájem, a do správného úhlu relativně vůči sklíčidlu, a dále upínací mechanismus, jehož upínací síla přidržuje nosič obrobku ve sklíčidle v poloze vytvořené polohovacími prostředky, podle vynálezu, jehož podstatou je, že první polohovací prostředky a druhé polohovací prostředky jsou uspořádány na kružnici, přičemž upínací mechanismus obsahuje upínací členy, jejichž axiální komponenty upínacích sil mají směry působení ležící alespoň přibližně na nebo vně imaginárního válcového spojitého povrchu rovnoběžného se souřadnou osou Z a protínající první polohovací prostředky a druhé polohovací prostředky.

Poskytnutím množství jednotlivých upínacích prostředků, které jsou uspořádány, obecně řečeno, například na kružnici, upínací síly působí přesně na ta místa, kde mohou vyvinout svůj největší účinek, tj. v oblasti prvních a druhých polohovacích prostředků. Výsledkem je, že délka pák podstatných pro výskyt klopných momentů a torzních momentů je nulová nebo alespoň extrémně malá. Tato skutečnost vysvětluje vysokou odolnost zařízení podle vynálezu proti neočekávaným, změnám polohy způsobeným klopnými a torzními momenty vznikajícími při vysokém zatížení.

Aby se dále zvýšila požadovaná vysoká odolnost proti nežádoucím změnám polohy způsobeným naklápěcími a torzními momenty nastávajícími při vysokých zatíženích, jsou v přednostním provedení výše zmíněné lineární dráhy působení jednotlivých upínacích prostředků umístěny mírně vně výše zmíněné imaginární válcové spojité plochy protínající první a druhé polohovací prostředky a rovnoběžné s osou Z. Ty mohou být realizovány, například sklíčidlem v podstatě válcového tvaru a nosičem obrobku v podstatě dutého válcového tvaru, přičemž upínací mechanismus obsahuje množství upínacích kuliček pravidelně rozdělených po obvodu sklíčidla, a přičemž nosič obrobku obsahuje prstencovou drážku upravenou na jeho vnitřním válcovém povrchu, přičemž upínací kuličky spolupracují s touto prstencovou drážkou.

Upínací mechanismus s výhodou obsahuje prstencový píst předepjatý pružinami a axiálně pohyblivě uložený v prstencové komoře sklíčidla, přičemž upínací kuličky dosedají na prstencový píst, a přičemž prstencový píst je upraven pro zatlačování upínacích kuliček do prstencové drážky v nosiči obrobku.

Prstencový píst je s výhodou pneumaticky nebo hydraulicky přemístitelný z činné polohy, v níž je předepjat pružinami a zatlačuje upínací kuličky do prstencové drážky v nosiči obrobku, do klidové polohy, v níž jsou upínací kuličky uvolněny.

Prstencový píst s výhodou obsahuje obvodovou drážku umístěnou pro vniknutí upínacích kuliček do této obvodové drážky, když je píst ve své klidové poloze.

Upínací kuličky jsou s výhodou uloženy v radiálně probíhajících vrtáních ve sklíčidle a pravidelně rozmístěny po jeho obvodu.

Upínací prostředky jsou s výhodou tvořeny dvanácti upínacími kuličkami.

Prstencová drážka vytvořená v nosiči obrobku má s výhodou příčný průřez ve tvaru písmene V.

Axiální poloha prstencové drážky v nosiči obrobku je s výhodou definována pro vniknutí upínacích kuliček sklíčidla do prstencové drážky, když se nosič obrobku nachází volně nasazen na sklíčidle, přičemž rovina symetrie prstencové drážky je umístěna nad středy upínacích kuliček vložených do radiálně probíhajících vrtání ve sklíčidle.

-2 CZ 295979 B6

Podle dalšího výhodného provedení má sklíčidlo tvar válce a nosič obrobku má tvar dutého válce, který je na jednom čele zakryt prstencovitým deskovým dílem pro uzavření sklíčidla v nosiči obrobku, když je zařízení v upnutém stavu.

Aby se zařízením podle vynálezu umožnilo vkládání i například podélných obrobků, u nichž má být obrobena jen určitá oblast, je podle dalšího výhodného provedení vynálezu provedeno takové opatření, že jak sklíčidlo, tak i nosič obrobku mají středové otvory pro vložení takových podlouhlých obrobků.

Přehled obrázků na výkresech

V následujícím bude podrobněji popsáno provedení zařízení podle vynálezu s pomocí připojených výkresů, na kterých:

obr. 1 znázorňuje prostorový pohled na sklíčidlo;

obr. 2 znázorňuje půdorys sklíčidla z obr. 1;

obr. 3 znázorňuje řez sklíčidlem z obr. 1 rovinou 111-111 z obr. 2;

obr. 4 znázorňuje řez sklíčidlem z obr. 1 rovinou IV-IV z obr. 2;

obr. 5 znázorňuje řez sklíčidlem z obr. 1 rovinou V-V z obr. 2;

obr. 6 znázorňuje prostorový pohled na nosič obrobku;

obr. 7 znázorňuje pohled zespodu na nosič obrobku z obr. 6;

obr. 8 znázorňuje řez nosičem obrobku z obr. 6 rovinou VIII-VIII z obr. 7;

obr. 9 znázorňuje zvětšený detail středícího vybrání a kolíku v řezu.

Příklady provedení vynálezu

Zařízení pro upínání obrobku v přesně definované poloze v pracovní oblasti obráběcího stroje znázorněné na výkresech obsahuje na jedné straně sklíčidlo 1, znázorněné na obr. 1 až 5, a na druhé straně nosič 25 obrobku, znázorněný na obr. 6 až 8. Zatímco sklíčidlo 1 je v podstatě uzpůsobeno k upevnění v pracovní oblasti obráběcího stroje (neznázoměného na výkresech), nosič 25 obrobku slouží pro přijetí a upevnění opracovávaného obrobku. Je třeba zdůraznit že výraz obrobek má být chápán v obecném smyslu; zejména protože obrobkem může být také nástroj, který má být opracován, například elektroda pro elektroerozivní obráběcí zařízení.

Jak je vidět zejména z obr. 3 až 5, sklíčidlo 1 v podstatě obsahuje tři části, tj. základní část či základní prvek 2, mezilehlou část 3 a hlavovou část 4. V provedení znázorněném na výkresech, základní prvek 2 má tvar kruhového disku nebo plochého dílu opatřeného středovým otvorem 5; účel tohoto otvoru 5 bude vysvětlen později. Mezilehlá část 3 je opatřena středovým otvorem 6 o stejném průměru jako otvor 5 a má tvar válcového či trubkového prvku. Je spojena se základním prvkem 2 pomocí šroubů 7. Konečně hlavová část 4 má rovněž středový otvor 8, opět o stejném průměru jako otvory 5 a 6. Má v podstatě hrncovitý či kloboukovitý tvar s vnitřním průměrem, který je větší než vnější průměr mezilehlé části 3. Hlavová část 4 je na jedné straně spojena se základním prvkem 2 pomocí šroubů 9 a na druhé straně je spojena s mezilehlou částí pomocí šroubů 10. Výše uvedenou konstrukcí je realizováno extrémně tuhé a ohybově nepoddajné sklíčidlové pouzdro, které mimoto může být snadno rozebráno, například pro účely údržby.

Vzhledem ke skutečnosti, že vnitřní průměr hlavové části 4 je větší než vnější průměr mezilehlé části 3, je mezi oběma částmi 3 a 4 vytvořena prstencová komora 1L Prstencová komora 11 je utěsněna pomocí vhodných těsnicích prvků vyznačených na výkresech (viz obr. 3 až 5) ale podrobně nepopsaných. Uvnitř této prstencové komory 11 je umístěn prstencový píst 12 takovým způsobem, že se může pohybovat podél středové osy Z sklíčidla 1. Prstencový píst 12 je opatřen slepými otvory 13, které jsou pravidelně rozděleny kolem jeho obvodu, a které jsou upraveny pro vložení napínacích nebo upínacích pružin M. Pružiny 14 se opírají o spodní povrch hlavové části a tlačí s předpětím prstencový píst 12 směrem dolů. Dále je prstencový píst 12 opatřen vnější obvodovou drážkou 15. Spodní boční stěna vnější obvodové drážky 15 je skloněna směrem ven a dolů. Vnější obvodová drážka 15 slouží pro částečné zapadnutí upínacích kuliček 18.

Pod prstencovým pístem 12 je vytvořena dutá prstencová komora 16 propojená se spojovacím vrtáním 17 vytvořeným v základním prvku 2. Pomocí tohoto spojovacího vrtání 17 může být prstencová komora 16 plněna tlakovým vzduchem působícím na prstencový píst 12 a pohybujícím prstencovým pístem 12 nahoru proti tlaku pružin 14.

Hlavová část 4 je opatřena radiálně probíhajícími vrtáními 19, která mají průměr, který v podstatě odpovídá průměru upínacích kuliček 18, a která slouží k uložení těchto upínacích kuliček 18. Výšková úroveň těchto vrtání 19 a výšková úroveň dříve zmíněné obvodové drážky 15 jsou v takovém vztahu, že upínací kuličky 18 vložené do vrtání 19 mohou vstoupit do obvodové drážky 15 jestliže je prstencový píst 12 pod vlivem tlakového vzduchu v prstencové komoře 16 a proti síle pružin 14 posunut do své nejvyšší polohy. Tím upínací kuličky 18 mohou proniknout do obvodové drážky 15 v takovém rozsahu, že upínací kuličky 18 již nevyčnívají přes vnější obvod hlavové části 4. Konečně je hlavová část 4 opatřena vnějším obvodovým osazením 20. Do horního povrchu osazení 20 je vložen těsnicí díl 21.

Horní povrch 24 hlavové části 4 je opatřen čtyřmi vystupujícími středícími kolíky jako prvními polohovacími prostředky 22, které mají v podstatě hranolový tvar, a které jsou pravidelně rozmístěny podél okrajové oblasti horního povrchu 24 hlavové části 4. Dva protilehlé první polohovací prostředky 22 definují průběh osy X, zatímco zbývající dva protilehlé první polohovací prostředky 22 definují průběh osy Y kolmé k ose X. Průsečík osy X a osy Y definuje osu Z (obr. 3 až 5) probíhající kolmo jak k ose X tak k ose Y. Jak zde bude dále vysvětleno, alespoň dva obvodově protilehlé boční povrchy prvních polohovacích prostředků 22 jsou poněkud skloněny vzhledem k ose Z.

Dále je horní povrch 24 hlavové části 4 opatřen čtyřmi rovinnými povrchovými částmi jako dalšími prvními polohovacími prostředky 23, z nichž každá, podle znázorněného provedení, probíhá radiálně mezi dvěma sousedními prvními polohovacími prostředky 22. První polohovací prostředky 23 lehce vystupují nad horní povrch 24 hlavové části 4. Tyto první polohovací prostředky 23 slouží jako vztažné plochy ve směru osy Z, jak zde bude později vysvětleno.

Konstrukce nosiče 25 obrobku je znázorněna na obr. 6 až 8. Jak lze vidět zejména na obr. 6 a 8 obsahuje jednodílný nosič 25 obrobku obvodovou část 26 v postatě válcového nebo trubkového tvaru stejně jako horní část 27 prstencového tvaru. Vnitřní průměr obvodové části 26 v podstatě odpovídá vnějšímu průměru hlavové části 4 sklíčidla 1, samozřejmě s přiměřenou vůlí, takže nosič 25 obrobku může být uložen na sklíčidle 1.

Vnitřní stěna obvodové části 26 nosiče 25 obrobku je opatřena prstencovou drážkou 28, přičemž obě boční stěny prstencové drážky 28 se rozbíhají kuželově navzájem od sebe jak je vidět ve směru do vnitřku obvodové části 26. Jinými slovy prstencová drážka 28 má příčný průřez v podstatě ve tvaru písmene V. Axiální poloha obvodové prstencové drážky 28, tj. výšková úroveň

-4 CZ 295979 B6 vzhledem k ose Z, je určena tak, že upínací kuličky 18, schematicky znázorněné na obr. 8, mohou proniknout do prstencové drážky 28 jestliže nosič 25 obrobku je volně uložen na sklíčidle 1. V tomto stavu jsou upínací kuličky 18 poněkud axiálně posunuty dolů vzhledem rovině S-S symetrie prstencové drážky 28. Jinými slovy: Jestliže nosič 25 obrobku je volně uložen na sklíčidle 1, dříve zmíněná rovina S-S symetrie prstencové drážky 28 se nachází poněkud nad středem kuliček 18 vložených do vrtání 19 mezilehlé části 3 sklíčidla 1.

Horní část 27 nosiče 25 obrobku je opatřena prstencovým osazením jako druhým polohovacím prostředkem 29 vystupujícím dovnitř z obvodové části 26. Přitom střední průměr tohoto osazení v podstatě odpovídá průměru kružnice, podél které jsou umístěny čtyři první polohovací prostředky 22 na hlavové části 4 sklíčidla 1. Přední povrch tohoto osazení, tvořícího druhý polohovací prostředek 29, které vyčnívá do vnitřku obvodové části 26 nosiče 25 obrobku, je jemně broušený do roviny a slouží jako vztažná plocha ve směru osy Z nosiče 25 obrobku. Je uzpůsoben ke spolupráci s výše uvedenými rovinnými prvními polohovacími prostředky 23 vytvořenými na horním povrchu 24 hlavové části 4 sklíčidla 1. Dále je výše uvedený přední povrch opatřen čtyřmi vybráními jako dalšími druhými polohovacími prostředky 30 pravidelně rozmístěnými podél obvodu tohoto předního povrchu. Přesná konstrukce těchto vybrání bude zde blíže popsána později. Rozhodně však tyto čtyři druhé polohovací prostředky 30 jsou uzpůsobeny ke spolupráci s dříve uvedenými čtyřmi středícími kolíky jako prvními polohovacími prostředky 22 na horním povrchu 24 hlavové části 4 sklíčidla 1.

I když jsou u znázorněného provedení znázorněny a popsány čtyři první polohovací prostředky 22 a čtyři druhé polohovací prostředky 30 navzájem spolupracující, rozumí se, že je možné použít tři, šest, osm nebo větší počet prvních polohovacích prostředků 22 a druhých polohovacích prostředků 30, který je matematickou podmnožinou Hirthova ozubení, pro zajištění polohy nosiče 25 obrobku vzhledem ke sklíčidlu 1 ve směrech X a Y stejně jako s ohledem na úhlovou orientaci.

Obr. 9 schematicky znázorňuje v řezu ve zvětšeném měřítku středící vybrání jako druhý polohovací prostředek 30 a první polohovací prostředek 22. Toto středící vybrání je konstruováno jako dvoustupňová drážka a obsahuje dvě osazení 31a a 31b. Jak bylo uvedeno již dříve, jsou první polohovací prostředky 22 mírně kuželové vzhledem ke skutečnosti, že alespoň dva obvodově protilehlé boční povrchy prvních polohovacích prostředků 22 jsou poněkud skloněny vzhledem k ose Z. V praxi může být úhel sklonu v rozsahu od 3° do 9°. Okraje 31a a 32b osazení 31a a 31b vystupující dovnitř vybrání tvořícího druhý polohovací prostředek 30 jsou rozhodující pro definování polohy nosiče 25 obrobku vzhledem ke sklíčidlu 1 ve směrech X a Y stejně jako s ohledem na úhlovou orientaci. Vzdálenost mezi těmito okraji 32a a 32b ie tak poněkud menší než šířka kuželového prvního polohovacího prostředku 22 zabírajícího do tohoto druhého polohovacího prostředku 30 měřená mezi dotykovými body nebo čarami obou protilehlých bočních povrchů prvního polohovacího prostředku 22, když je nosič 25 obrobku pevně upnut ve sklíčidle 1.

Vzájemné rozměry nosiče 25 obrobku a sklíčidla 1 jsou vybrány tak, že z toho vyplývají následující důsledky:

Když je nosič 25 obrobku volně uložen na sklíčidle 1, první polohovací prostředky 22 jsou v záběru s odpovídajícími druhými polohovacími prostředky 30, přičemž boční povrchy 22a prvních polohovacích prostředků 22 se dostanou do příslušného lineárního dotyku s okraji 32a a 32b příslušných osazení 31a a 31b. Za těchto podmínek rovinný broušený čelní povrch druhého polohovacího prostředku 29 nosiče 25 obrobku, sloužící jako vztažná plocha nosiče 25 ve směru osy Z, se ještě neopírá o rovinné první polohovací prostředky 23 na hlavové části 4 sklíčidla 1 vystupující poněkud nad její horní povrch a sloužící jako vztažné plochy sklíčidla 1 ve směru osy Z. V této situaci je mezi čelním povrchem druhého polohovacího prostředku 29 a povrchem prvních polohovacích prostředků 23 spíše mezera o šířce několika setin milimetru. Na druhé straně,

-5 CZ 295979 B6 a tato skutečnost musí být zdůrazněna, je definitivně nastavena poloha nosiče 25 obrobku vzhledem ke sklíčidlu 1 ve směrech X a Y, stejně jako s ohledem na úhlovou orientaci.

Jak již bylo dříve zmíněno, axiální poloha prstencové drážky 28 v nosiči 25 obrobku je umístěna takovým způsobem, že upínací kuličky 18 sklíčidla 1 mohou proniknout do drážky 28 jestliže nosič 25 obrobku je volně uložen na sklíčidle 1, přičemž rovina S-S symetrie prstencové drážky 28 je umístěna poněkud nad středy upínacích kuliček 18 vložených do radiálně vedených vrtání 19 mezilehlé části 3 sklíčidla 1. Na druhé straně pro umožnění volného uložení nosiče 25 obrobku na sklíčidle 1 musí být upínací kuličky 18 sklíčidla 1 ve svých zasunutých polohách. Toho je dosaženo (viz obr. 3 až 5) naplněním prstencové komory 16 pod prstencovým pístem 12 tlakovým vzduchem s tím výsledkem, že prstencový píst 12 je přinucen k pohybu nahoru proti tlaku pružin 14. Obvodová drážka 15 v prstencovém pístu 12 se tak pohne do polohy, kde je v zákrytu s upínacími kuličkami 18 tak, že upínací kuličky 18 mohou proniknout do drážky 15 a nevyčnívají nad povrch mezilehlé části 3 sklíčidla 1.

Jakmile je nosič 25 obrobku volně uložen na sklíčidle a konečně ustaven ve směrech X a Y, stejně jako s ohledem na jeho úhlovou polohu, přetlak v prstencové komoře 16 se odstraní s tím výsledkem, že prstencový píst 12 se pohne dolů vlivem síly vyvolané pružinami 14. Upínací kuličky 18 jsou tak tlačeny do prstencové drážky 28 nosiče 25 obrobku. V důsledku dříve zmíněné mírně nesymetrické polohy mezi upínacími kuličkami 18 a prstencovou drážkou 28 a v důsledku konstrukčního tvaru příčného průřezu prstencové drážky 28 do tvaru písmene V, je nosič 25 obrobku tažen proti sklíčidlu 1 v praxi silou v rozsahu od 2000 do 3000 newtonů. Vlivem této upínací síly působící ve směru osy Z se osazení 31a a 3 lb pružně deformují v oblasti svých okrajů 32a a 32b zejména v takovém rozsahu, že čelní povrch druhého polohovacího prostředku 29 nosiče 25 obrobku se opře o mírně vyvýšené první polohovací prostředky 23 hlavové části 4 sklíčidla 1. Výsledkem je, že nosič 25 obrobku je přesně ustaven vzhledem ke sklíčidlu 1 rovněž ve směru osy Z.

Z těchto vysvětlení je zřejmé, že upínací síla působící rovnoběžně se směrem osy Z je přenášena pomocí upínacích kuliček 18 na nosič 25 obrobku pro jeho upnutí ke sklíčidlu 1, zejména podle znázorněného příkladu na dvanácti místech rovnoměrně rozmístěných podél obvodu mezilehlé části 3 sklíčidla 1. Jinými slovy, celková upínací síla působící na nosič 25 obrobku je složena z dvanácti jednotlivých složek upínací síly, z nichž každá je přenášena jednou z dvanácti upínacích kuliček 18. Proto jsou přímky působení těchto axiálních složek upínací síly umístěny na válcovém spojitém povrchu MF (viz obr. 2 až 5 a 8), který probíhá, v závislosti na zvoleném dimenzování sklíčidla 1 a držáku 25 obrobku a v závislosti na přesné poloze prvních polohovacích prostředků 22, druhých polohovacích prostředků 30 a čelního povrchu druhého polohovacího prostředku 29, těmito prvky, tj. protíná tyto prvky nebo probíhá bezprostředně u těchto prvků, přednostně mírně vně od nich. Tím je zajištěno že upínací síla působí přesně na ta místa, kde je to skutečně požadováno, s tím výsledkem, že ohybová napětí přítomná v nosičích obrobků podle předchozího stavu techniky jsou drasticky redukována a případně zcela odstraněna. Mimo to naklápěcí momenty nastávající během opracování obrobku jsou mnohem lépe absorbovány než v případě nosiče obrobku podle předchozího stavu techniky se středovým upínacím prostředkem.

Rozumí se, že prstencový píst 12 může být ovládán místo stlačeným vzduchem také hydraulicky.

Konečné tvarování vybrání tvořících druhé polohovací prostředky 30 nosiče 25 obrobku je přednostně prováděno plastickou deformací, například lisováním. Tím může být dosaženo velmi vysoké přesnosti i v sériové výrobě. Masivní středící první polohovací prostředky 22 s mírně skloněnými bočními povrchy zajišťují ve spolupráci s druhými polohovacími prostředky 30,že mohou být přenášeny i velmi vysoké torzní momenty.

Stabilitu a tuhost systému sklíčidlo 1 - nosič 25 obrobku v upnutém stavu podporuje také okolnost, že nosič 25 obrobku je konstruován jako jednodílný, včetně svých středících prvků ve smě

-6CZ 295979 B6 rech os X, Y, Z a v úhlových směrech. V důsledku v podstatě hrncovitého nebo kloboukovitého tvaru nosiče 25 obrobku jsou podstatné části a prvky sklíčidla 1 uzavřeny, jakmile je systém v činnosti, čímž jsou zejména polohovací prostředky 22, 23 a 30 dobře chráněny proti znečištění. Taková ochrana je dokonce zvýšena těsnicím dílem 21 (viz obr. 3 až 5) umístěným na horní straně osazení 20, na kterém spočívá spodní čelní povrch obvodové části 26 nosiče 25 obrobku.

Středové otvory 5, 6 a 8, v základním prvku 2, v mezilehlé části 3 a v hlavové části 4 ve spojení s obecně prstencovou konstrukcí nosiče 25 obrobku umožňují upínání a opracování podlouhlých obrobků. Například mohou být do výše uvedených otvorů 5, 6 a 8 vloženy turbinové lopatky turbínových rotorů pro opracování tak zvaných dendritů turbínových lopatek.

Jestliže se lze podle vynálezu obejít bez dříve zmíněných středových otvorů upínacího systému, je možné doplnit středový upínací mechanismus pro další zvýšení upínací síly použité na nosič obrobku, nebo doplnit další nezávislý upínací mechanismus známý z předchozího stavu techniky, například pro upínání menších obrobků.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení pro upínání obrobku v definované poloze v pracovní oblasti obráběcího stroje, obsahující sklíčidlo (1) upevnitelné v pracovní oblasti obráběcího stroje, nosič (25) obrobku, upevnitelný a upnutelný ve sklíčidle (1), dále ustavující elementy tvořené prvními polohovacími prostředky (22, 23) na sklíčidle (1) a druhými polohovacími prostředky (30, 29) na nosiči (25) obrobku, které vzájemně působí v párech a ustavují nosič (25) obrobku ve třech souřadných osách (X, Y, Z), probíhajících kolmo k sobě navzájem, a do správného úhlu relativně vůči sklíčidlu (1), a dále upínací mechanismus, jehož upínací síla přidržuje nosič (25) obrobku ve sklíčidle (1) v poloze vytvořené polohovacími prostředky, vyznačující se tím, že první polohovací prostředky (22) a druhé polohovací prostředky (30) jsou uspořádány na kružnici, přičemž upínací mechanismus obsahuje upínací členy, jejichž axiální komponenty upínacích sil mají směry působení ležící alespoň přibližně na nebo vně imaginárního válcového spojitého povrchu (MF) rovnoběžného se souřadnou osou (Z) a protínající první polohovací prostředky (22, 23) a druhé polohovací prostředky (29, 30).
2. Zařízení podle nároku 1, v y z n a č u j í c í se t í m , že sklíčidlo (1) má tvar válce a nosič (25) obrobku má tvar dutého válce, přičemž upínací členy jsou tvořeny upínacími kuličkami (18) rovnoměrně rozmístěnými po obvodu sklíčidla (1) a upravenými pro spolupráci s prstencovou drážkou (28) uspořádanou ve vnitřním válcovém povrchu nosiče (25) obrobku.
3. Zařízení podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že upínací mechanismus obsahuje prstencový píst (12) předepjatý pružinami (14) a axiálně pohyblivě uložený v prstencové komoře (11) sklíčidla (1), přičemž upínací kuličky (18) dosedají na prstencový píst (12), a přičemž prstencový píst (12) je upraven pro zatlačování upínacích kuliček (18) do prstencové drážky (28) v nosiči (25) obrobku.
4. Zařízení podle nároku 3, vyznačuj ící se tí m , že prstencový píst (12) je pneumaticky nebo hydraulicky přemístitelný z činné polohy, v níž je předepjat pružinami (14) a zatlačuje upínací kuličky (18) do prstencové drážky (28) v nosiči (25) obrobku, do klidové polohy, v níž jsou upínací kuličky (18) uvolněny.

-7 CZ 295979 B6
5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že prstencový píst (12) obsahuje obvodovou drážku (15) umístěnou pro vniknutí upínacích kuliček (18) do této obvodové drážky (15), když je píst (12) ve své klidové poloze.
6. Zařízení podle jednoho z nároků 2 až 5, vyznačující se tím, že upínací kuličky (18) jsou uloženy v radiálně probíhajících vrtáních (19) ve sklíčidle (1) a pravidelně rozmístěny po jeho obvodu.
7. Zařízení podle jednoho z nároků 2 až 6, v y z n a č uj í c í se t í m , že upínací prostředky jsou tvořeny dvanácti upínacími kuličkami (18).
8. Zařízení podle jednoho z nároků 2 až 7, vyznačující se tím, že prstencová drážka (28) vytvořená v nosiči (25) obrobku má příčný průřez ve tvaru písmene V.
9. Zařízení podle jednoho z nároků 2 až 8, vyznačující se tím, že axiální poloha prstencové drážky (28) v nosiči (25) obrobku je definována pro vniknutí upínacích kuliček (18) sklíčidla (1) do prstencové drážky (28), když se nosič (25) obrobku nachází volně nasazen na sklíčidle (1), přičemž rovina (S-S) symetrie prstencové drážky (28) je umístěna nad středy upínacích kuliček (18) vložených do radiálně probíhajících vrtání (19) ve sklíčidle (1).
10. Zařízení podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že sklíčidlo (1) má tvar válce a nosič (25) obrobku má tvar dutého válce, který je na jednom čele zakryt prstencovitým deskovým dílem pro uzavření sklíčidla (1) v nosiči (25) obrobku, když je zařízení v upnutém stavu.
11. Zařízení podle jednoho z předcházejících nároků, vy z n a č uj í c í se t í m , že jak sklíčidlo (1), tak i nosič (25) obrobku mají středové otvory (5, 6, 8) pro vložení podlouhlých obrobků.