Oblast techniky

Vynálezem je zařízení pro upínání obrobku tvořené segmenty opatřenými otvorem pro obrobek, kde otvor mezi segmenty ve sklíčidle je přizpůsobitelný průměru obrobku, jenž se do sklíčidla upíná za vnější válcovou plochu, přičemž sklíčidlo je uzpůsobené k upnutí do vřetena a segmenty jsou vzájemně odděleny pružně plastickou stěnou.

Dosavadní stav techniky

Technologie obrábění, která je jedním ze základních odvětví výrobní strojírenské technologie, navazuje na proces výroby polotovarů jiných technologií, jako je například slévání, tváření a nekonvenční metody obrábění. Ve výrobě jsou kladeny stále vyšší požadavky na dosažení maximální produktivity práce a také na hospodárnost výroby. Ty lze zvýšit zdokonalením technologického postupu. Jedním z jeho důležitých úseků je samotné upínání nástrojů a obrobků, a s tím také spojená správná volba upínacího zařízení. Při upínání nástrojů a obrobků je nutné se řídit určitými zásadami, je třeba klást důraz na bezpečnost a spolehlivost upnutí nástroje a obrobku. Důkladné upnutí má vliv na přesný tvar a rozměr obrobku, přesnost a jakost obráběného povrchu, opotřebení nástroje a také zkrácení času potřebného na upnutí, což se odráží i v celkovém strojním čase. Hlavním účelem upnutí obrobku je jeho ustavení do požadované polohy. Nutné je jeho pevné zajištění, tedy zabránění jeho uvolnění při působení řezných a odstředivých sil.

Každá obráběcí metoda vyžaduje vlastní nároky na upnutí obrobků a nástrojů. Na dnešním trhu existuje široká nabídka různých typů upínacích prvků. Ty lze dělit podle několika kritérií. Nej důležitějším z nich je způsob obrábění zahrnující jak metody soustružení, frézování a vrtání, tak i další metody, kupříkladu o broušení, vyvrtávání a podobně. Volba upínacího zařízení závisí na operaci obráběcího procesu tvaru obrobku, jeho rozměru a hmotnosti, typu stroje, velikosti nástroje, požadované přesnosti obrábění, celkovém počtu vyráběných součástí či upínací síle nutné pro spolehlivý přenos kroutících momentů pracovního vřetena. V kusové a malosériové výrobě se používají jiná upínací zařízení než u sériové a hromadné výroby, kde se používají speciální zařízení v podobě přípravků, díky nimž se zkracuje čas potřebný k upínání a zvyšuje se kvalita součástí a zároveň se snižuje výrobní cena součástí. Správnost provedení upnutí má zejména vliv na tvar obrobku, přesnost obráběného povrchu, kvalitu obráběného povrchu a opotřebení nástroje. Požadavky na upínání nástrojů jsou zejména jednoduchost upnutí, dostatečná tuhost upnutí, bezpečnost upnutí. Nástroj by se mohl vlivem působení odstředivé síly a síly řezného odporu uvolnit, proto musí být v upínacím zařízení dobře zajištěn. Žádoucí jsou minimální náklady na provedení upnutí, spolehlivý přenos kroutícího momentu, rychlost výměny nástroje, soustřednost a vyváženost rotujících částí a přesnost upínání, která závisí zejména na přesnosti vlastního upínače, životnosti upínacího prostředku. Obrobek musí být v upínacím prostředku dobře zajištěn, aby se vlivem působení odstředivé síly a síly řezného odporu neuvolnil. Při upínání obrobku u soustružení se musí hledět na tvar a rozměr obrobku. Dále je potřeba přihlédnout k poměru délky k průměru, jeho hmotnosti a na požadovanou přesnost obráběné plochy.

Nejčastěji užívaným upínacím prostředkem na soustruhu je univerzální sklíčidlo. Využívá se v kusové i sériové výrobě. Slouží jak k upnutí válcových součástí menších rozměrů, tak i obrobků větších rozměrů. U nich je ale nutné použít hrot koníku, o který se opře druhý konec součásti. Součásti lze upínat za vnější i vnitřní plochu. Podle počtu pohyblivých upínacích čelistí rozeznáváme tříčelisťová, čtyřčelisťová a méně častá dvoučelisťová sklíčidla. Aby při působení upínacích a řezných sil při soustružení nedocházelo k deformaci obrobku, je nutné upínat do univerzálního sklíčidla pouze ty obrobky, které jsou dostatečně tuhé. Taktéž vyložení obrobku,

- 1 CZ 307933 B6 vyčnívající konec obrobku, by nemělo překročit pětinásobek jeho průměru. Jinak musí bát volný konec obrobku podepřen otočným hrotem koníku. Tento upínací prostředek se volí jen v případě, kdy je osa obráběné plochy totožná s osou soustružení, tedy s vřetenem soustruhu. Univerzální sklíčidlo tak obrobek zároveň středí. Přesnost tohoto středění závisí na samotné konstrukci sklíčidla, která je dánapřesností jeho výroby. Dalším hojně užívaným prostředkem je kleština. Ta slouží pro upínání součástí z tyčového materiálu menších průměrů. Používá se hlavně v sériové a hromadné výrobě. Otvor v kleštině se tvarem přizpůsobí tvaru obrobku, který se do ní upíná za vnější válcovou plochu. To usnadňuje samotnou práci kleštiny, která se nemusí rozevírat více, než je třeba, a tím je i její sevření snadnější a rychlejší. Kleština je nejčastěji ocelové kalené pouzdro kuželového tvaru. Její čelisti vzniknou tak, že se po jejím obvodu do necelé její délky několikrát nařízne. Čelisti se svírají a zároveň tím upínají materiál, pomocí tažného šroubu, který kleštinu vtáhne do kuželové dutiny tělesa hlavy. Aby nebylo třeba velké posouvací a upínací síly vůči materiálu, tak kleština a dutina tělesa hlavy na sebe nedosedají celou plochou, ale jen okraji. Jednou z předností kleštiny je, že nepoškozuje čistě obrobený povrch součásti. Přesnost obrobené plochy součásti je tak poměrně vysoká. To záleží samozřejmě také na samotné konstrukci kleštiny a volbě materiálu. Tento způsob upnutí zaručuje správnou souosost upnutého obrobku a lze jej použít i pro upínání tenkostěnných součástí, protože kontakt kleštiny s upnutou součástí je ve větší ploše. Nevýhodou těchto upínacích prvků je malý rozsah jmenovitých průměrů kleštin.

Existují kleštiny, jež jsou tvořeny dvěma a více segmenty, které jsou spojeny pružně plastickými materiály, tím jsou eliminovány vibrace při obrábění vedoucí k možným nepřesnostem výroby. Známá provedení kleštin jsou popsána v patentových spisech EP 0178434 (AI) či US 2018099336. Ve spisu EP 1602426 je popsáno upínací zařízení k polohově přesné fixaci kleštiny na sklíčidle, kde je součástí zařízení kleština s plochým čelem. Obdobné řešení upínací kleštiny pro obrobky rotujících součástí se stupňovitým tvarem do vřeten obráběcích strojů je známo z dokumentu CZ 247681.

V dokumentu EP 0263780 je popsáno řešení kleštiny, která je opatřena oběžnou okrajovou lištou opatřenou otvory, prostřednictvím nichž je možná fixace na sklíčidle. V dokumentu WO 9614182 je popsáno řešení sklíčidla opatřeným otvorem pro nástroj, kde se otvor ve sklíčidle přizpůsobí průměru nástroje, který se upíná za vnější válcovou plochu, sklíčidlo je sestaveno z jednotlivých segmentů. Sklíčidlo se ovládá stiskem ruky za otáčení kleštiny, která je určena pro ruční vrtačku. Vnější tvar sklíčidla respektuje bezpečnost tohoto úkonu.

Takováto řešení však neumožňují výrazně jednoduchý přístup nástroje k obrobku, z důvodu tvaru sklíčidla, kleštiny či držáku je nutné vykonávat poměrně zdlouhavé posuvy a přísuvy nástroje, popřípadě výměnu držáku či nástroje za jiný tvarově vhodnější, jelikož těleso držáku a kleštiny může bránit dostupnosti nástroje do prostoru obrobku. To alespoň částečně eliminuje provedení předloženého řešení vynálezu.

Podstata vynálezu

Vynálezem je zařízení pro upínání obrobku tvořené segmenty opatřenými otvorem pro obrobek, kde otvor mezi segmenty ve sklíčidle je přizpůsobitelný průměru obrobku. Obrobek se do sklíčidla upíná za vnější válcovou plochu, přičemž sklíčidlo je uzpůsobené k upnutí do vřetena a segmenty jsou vzájemně odděleny pružně plastickou stěnou. Segmenty jsou na čele zakončeny výstupkem, přičemž mezi čelem sklíčidla a výstupkem je přechod ve tvaru plynulé vyduté křivky. Variantně může být přechod ve tvaru rádiusu, hyperboly či jiné křivky. Provedení tvaru přechodu výstupku je ovlivněno velikostí řezných sil, průměrem či vyložením obrobku.

Toto řešení zařízení pro upínání obrobku tvořené segmenty opatřenými otvorem pro obrobek je v podstatě segmentovým nástavcem sklíčidla vložítelným do vřetene, respektive sklíčidla stroje, a tím pádem se značně odlišuje od dosud známých řešení tím, že aplikací tohoto segmentového nástavce dochází ke zvětšení pracovního prostoru sklíčidla a usnadnění přístupu k nástroji a

-2CZ 307933 B6 obrobku. Zvětšený pracovní prostor umožňuje snadnější manipulaci s nástrojem během procesu obrábění kupříkladu při posuvu nebo přísuvu nástroje do míst, která by byla pro nástroj těžko dostupná z důvodu tvaru sklíčidla, obrobku či nástroje. Práce obsluhy je usnadněna i během případné výměny nástrojů, a to včetně vizuální kontroly procesu obrábění. Sekundárním efektem takového tvaru kleštiny s výstupkem je i skutečnost, že dochází ke snadnějšímu odstranění otřepů vznikajících během obrábění.

Přestože obě řešení, WO 9614182 a předložené řešení vynálezu, vykazují některé shodné znaky, zásadní rozdíl mezi nimi je vtom, že do sklíčidla dle WO 9614182 je vkládán nástroj, zatímco do sklíčidla dle předloženého řešení vynálezu je vkládán obrobek. Dalším rozdílem je, že kleština pro uchycení nástroje dle WO 9614182 se ovládá stiskem ruky za otáčení kleštiny a je určena pro ruční nářadí, kupříkladu pro vrtačku. Kleština je ovládaná obousměrně, jak pro její sevření, tak pro rozevření. Vnější tvar sklíčidla respektuje ergonomii a bezpečnost tohoto úkonu. Řešení zařízení k upnutí obrobku v podobě segmentového nástavce dle předložené přihlášky má jednotlivé segmenty odděleny plastickou hmotou. Podobné řešení pro upínání nástrojů, ve kterém jsou použity vymezovací elementy, je známo ze spisu CZ 295167, kde vložitelné vymezovací gumové podložky procházejí po celé délce vnitřní části děleného tělesa pro upínání nástrojů. K utažení obrobku kleštinami dojde působením hydrauliky sklíčidla na segmentový nástavec za současné deformace plastické hmoty mezi segmenty, dojde k zafixování polohy obrobku v požadované poloze pro jeho obrábění. Opačným působením hydrauliky k oddálení segmentů působením stlačené plastické hmoty, které segmenty od sebe odtlačí. Oproti WO 9614182, kde sklíčidlo je závislé na lidské síle, přihlášené řešení kontakt s obsluhou zcela vylučuje. Řešení kleštiny dle WO 9614182 neumožňuje dosažení potřebné upínací síly pro obrobek. U předloženého řešení, kde segmenty jsou na čele zakončeny výstupkem, přičemž mezi čelem sklíčidla a výstupkem je přechod ve tvaru plynulé vyduté křivky, je obrobek bezpečně přístupný pro nástroj, jakož i umožňuje vizuální kontrolu procesu obrábění. U WO 9614182 je tvar čela sklíčidla předurčen pro kontakt s obsluhou, jejíž stisk rukou a směr otáčení určuje svěmý pohyb segmentů sklíčidla. U přihlášeného řešení je přímé působení obsluhy zcela vyloučeno. Tvar přechodu mezi čely segmentů sklíčidla výstupkem, kterým jsou zakončeny, zefektivňuje obráběcí proces, protože usnadňuje pohyb nástroje k obrobku, jakož i jeho kontrolu.

Objasnění výkresů

Na obr. 1 je znázorněn izometrický pohled na zařízení k upnutí obrobku, na obr. 2 je znázorněno toto zařízení za pomocí pohledu shora, na obr. 3 je znázorněn boční pohled na zařízení s naznačeným nástrojem.

Příklady uskutečnění vynálezu

Zařízení pro upínání obrobku je tvořené segmenty S, které jsou opatřeny otvorem pro obrobek. Otvor mezi segmenty S ve sklíčidle K je přizpůsobitelný průměru obrobku, jenž se do sklíčidla K upíná za vnější válcovou plochu. Maximální upínací průměr je v tomto příkladném provedení o velikosti 30 mm. Sklíčidlo K je uzpůsobené k upnutí do vřetena a segmenty S jsou vzájemně odděleny pružně plastickou stěnou P. Segmenty S jsou na čele K1 zakončeny výstupkem V, přičemž mezi čelem K1 sklíčidla K a výstupkem V je přechod ve tvaru plynulé vyduté křivky tvaru rádiusu. Průměr výstupku V je výrazně menší než průměr sklíčidla K. Vložením obrobku do prostoru sklíčidla K a následným utažením za pomocí hydrauliky do sklíčidla K dojde k zafixování polohy obráběného obrobku.

Průmyslová využitelnost

Zařízení podle technického řešení je určeno pro bezpečné a efektivní upínání obrobků zejména

-3 CZ 307933 B6 menších průměrů pro strojírenské technologické operace jako je kupříkladu soustružení.

PATENTOVÉ NÁROKY