CZ32254U1

CZ32254U1 - A workpiece clamping device

Info

Publication number: CZ32254U1
Application number: CZ2018-35357U
Authority: CZ
Inventors: Denis Traudich
Original assignee: DT TECHNOLOGIES CZ s.r.o.
Priority date: 2018-05-30
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2018-10-29

Description

Oblast technikyField of technology

Technickým řešením je zařízení pro upínání obrobku tvořené kleštinou opatřenou otvorem pro obrobek, kde otvor se v kleštině přizpůsobí průměru obrobku, jenž se do kleštiny upíná za vnější válcovou plochu, přičemž kleština je uzpůsobená k upnutí do vřetena a je sestavena ze segmentů vzájemně oddělených pružně plastickou stěnou.The technical solution is a workpiece clamping device consisting of a collet provided with a workpiece hole, where the hole in the collet adapts to the diameter of the workpiece clamping behind the outer cylindrical surface, the collet being adapted to be clamped to the spindle wall.

Dosavadní stav technikyPrior art

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.Machining technology, which is one of the basic branches of manufacturing engineering technology, follows the process of manufacturing semi-finished products of other technologies, such as casting, forming and unconventional machining methods. In production, ever higher demands are placed on achieving maximum labor productivity and also on the economy of production. These can be increased by improving the technological process. One of its important sections is the clamping of tools and workpieces themselves, and the associated choice of clamping device. When clamping tools and workpieces, it is necessary to follow certain principles, it is necessary to emphasize the safety and reliability of clamping tools and workpieces. Thorough clamping affects the exact shape and size of the workpiece, the accuracy and quality of the machined surface, tool wear and also shortens the time required for clamping, which is reflected in the total machine time. The main purpose of clamping the workpiece is to set it in the desired position. It is necessary to secure it firmly, ie to prevent its release under the action of cutting and centrifugal forces.

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.Each machining method requires its own requirements for clamping workpieces and tools. There is a wide range of different types of clamps on the market today. These can be divided according to several criteria. The most important of these is the machining method, which includes both turning, milling and drilling methods as well as other methods, such as grinding, boring and the like. The choice of clamping device depends on the operation of the machining process of the workpiece shape, its size and weight, machine type, tool size, required machining accuracy, total number of manufactured parts or clamping force necessary for reliable transmission of working spindle torques. In piece and small series production, clamping devices are used other than in series and mass production, where special devices in the form of jigs are used, which shortens the time required for clamping and increases the quality of components while reducing the production cost of components. The correctness of the clamping has a particular effect on the shape of the workpiece, the accuracy of the machined surface, the quality of the machined surface and the wear of the tool. The requirements for clamping tools are in particular the simplicity of clamping, sufficient rigidity of clamping, safety of clamping. The tool could come loose due to centrifugal force and cutting resistance, so it must be well secured in the chuck. Minimal clamping costs, reliable torque transmission, tool change speed, concentricity and balance of the rotating parts and clamping accuracy, which depend in particular on the accuracy of the chuck itself, the service life of the clamping means, are desirable. The workpiece must be well secured in the fixture so that it does not come loose under the influence of centrifugal force and cutting force. The shape and size of the workpiece must be taken into account when clamping the workpiece during turning. Furthermore, it is necessary to take into account the ratio of length to diameter, its weight and the required accuracy of the machined surface.

Nejčastěji užívaným upínacím prostředkem na soustruhu je univerzální sklíčidlo. Využívá se vkusové i sériové výrobě. Slouží jak kupnutí 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,The most commonly used clamping means on a lathe is a universal chuck. It is used in taste and serial production. It is used to purchase cylindrical components of smaller dimensions as well as workpieces of larger dimensions. For them, however, it is necessary to use the tip of the tailstock, on which the other end of the part rests. Components can be clamped behind the outer and inner surface. According to the number of movable clamping jaws, we distinguish between three-jawed, four-jawed and less frequent double-jawed chucks. In order to prevent deformation of the workpiece during the action of clamping and cutting forces during turning, it is necessary to clamp only those workpieces that are sufficiently rigid in the universal chuck. Also workpiece unloading,

- 1 CZ 32254 UI 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 dána přesností 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.- 1 CZ 32254 UI protruding end of the workpiece should not exceed five times its diameter. Otherwise, the free end of the workpiece must be supported by the swivel tip of the tailstock. This clamping means is selected only if the axis of the workpiece is identical with the axis of turning, i.e. with the lathe spindle. The universal chuck thus centers the workpiece at the same time. The accuracy of this centering depends on the design of the chuck itself, which is given by the accuracy of its production. Another widely used tool is collets. It is used for clamping components made of rod material of smaller diameters. It is mainly used in serial and mass production. The shape of the hole in the collet adapts to the shape of the workpiece, which is clamped into it behind the outer cylindrical surface. This simplifies the work of the collet itself, which does not have to open more than necessary, and thus makes its clamping easier and faster. The collet is most often a steel hardened cone-shaped housing. Its jaws are formed by cutting several times along its circumference to less than its length. The jaws are clamped and at the same time the material is clamped, by means of a tension screw, which pulls the collet into the conical cavity of the head body. In order to avoid the need for large displacement and clamping forces relative to the material, the collet and the cavity of the head body do not abut each other over the entire surface, but only the edges. One of the advantages of the collet is that it does not damage the cleanly machined surface of the part. The accuracy of the machined surface of the part is thus relatively high. Of course, this also depends on the construction of the collet itself and the choice of material. This method of clamping guarantees the correct alignment of the clamped workpiece and can also be used for clamping thin-walled parts, because the contact of the collet with the clamped part is in a larger area. The disadvantage of these clamping elements is the small range of nominal collet diameters.

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.There are collets, which are formed by two or more segments, which are connected by flexible plastic materials, thus eliminating vibrations during machining leading to possible inaccuracies in production.

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.Known collet embodiments are described in EP 0178434 A1 or US 2018099336. EP 1602426 describes a clamping device for positionally precise fixation of the collet on a chuck, where the device includes a flat-faced collet. A similar solution of a clamping collet for workpieces of rotating parts with a stepped shape for machine tool spindles is known from document CZ 247681.

V dokumentu EP 0263780 je popsáno řešení kleštiny, která je opatřena oběžnou okrajovou lištou opatřenou otvory, jichž prostřednictvím je možná fixace na sklíčidle.EP 0263780 describes a solution for a collet which is provided with a revolving edge strip provided with holes, by means of which fixation on the chuck is possible.

Takováto řešení neumožňují výrazně jednoduchý přístup nástroje k obrobku, z důvodu tvaru 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.Such solutions do not allow significantly easy access of the tool to the workpiece, due to the shape of the collet or holder it is necessary to perform relatively lengthy tool feeds and feeds, or to replace the holder or tool with another more suitable shape, as the body of the holder and collet may prevent tool access to the workpiece space. This at least partially eliminates embodiments of the present invention.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Technickým řešením je zařízení pro upínání obrobku je tvořené kleštinou, která je opatřen otvorem pro obrobek. Otvor se v kleštině přizpůsobí průměru obrobku, jenž se do kleštiny upíná za vnější válcovou plochu. Kleština je uzpůsobená k upnutí do vřetena a je sestavena ze segmentů, které jsou vzájemně oddělené pružně plastickou stěnou. Kleština je na svém čele zakončena výstupkem. Vnitřní povrch výstupku obklopuje vložený obrobek. Kleština je na čele zakončena výstupkem, rovněž sestaveným ze segmentů, jehož vnitřní povrch obklopuje obrobek, přičemž mezi čelem kleštiny a výstupkem je přechod ve tvaru plynulé vyduté křivky. Variantně může být ve tvaru rádiusu, hyperboly či jiné křivky. To je ovlivněno velikostí řezných sil, průměrem či vyložením obrobku.The technical solution is a device for clamping the workpiece is formed by a collet, which is provided with a hole for the workpiece. The hole in the collet adapts to the diameter of the workpiece, which is clamped in the collet behind the outer cylindrical surface. The collet is adapted to be clamped in the spindle and is composed of segments which are separated from each other by a resiliently plastic wall. The collet is terminated at its forehead by a protrusion. The inner surface of the protrusion surrounds the inserted workpiece. The collet is terminated at the face by a protrusion, also composed of segments, the inner surface of which surrounds the workpiece, with a transition in the form of a continuous concave curve between the face of the collet and the protrusion. Alternatively, it may be in the form of a radius, hyperbola or other curve. This is affected by the size of the cutting forces, the diameter or the offset of the workpiece.

Objasnění výkresůExplanation of drawings

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 zařízeníFig. 1 shows an isometric view of the device for clamping the workpiece, Fig. 2 shows this device by means of a top view, Fig. 3 shows a side view of the device

-2CZ 32254 UI s naznačeným nástrojem.-2GB 32254 UI with indicated tool.

Příklad uskutečnění technického řešeníExample of implementing a technical solution

Zařízení pro upínání obrobku je tvořené kleštinou K, která je opatřena otvorem pro obrobek. Otvor se v kleštině K přizpůsobí průměru obrobku, jenž se do kleštiny K upíná za vnější válcovou plochu. Maximální upínací průměr je v tomto příkladném provedení o velikosti 30 mm. Kleština K je uzpůsobená k upnutí do sklíčidla a je sestavena ze segmentů S, které jsou vzájemně oddělené pružně plastickou stěnou P. Kleština K je na svém čele zakončena výstupkem V. Vnitřní povrch výstupku V obklopuje vložený obrobek. Průměr výstupku V je výrazně menší než průměr kleštiny K. Kleština K je na čele K1 zakončena výstupkem V o délce 50 mm, rovněž tvořeným segmenty S, jehož vnitřní povrch obklopuje obrobek, přičemž mezi čelem K1 kleštiny K a výstupkem V je přechod ve tvaru plynulé vyduté křivky. Tato křivka je ve tvaru rádiusu. Vložením obrobku do prostoru kleštiny K a následným utažením za pomocí hydrauliky do sklíčidla dojde k zafixování polohy obrobku, který má být obroben. Vzhledem k tomu, že přechod mezi čelem kleštiny K a výstupkem V je ve tvaru plynulé vyduté křivky, je u nástroje, respektive držáku, podle potřeby snáze proveditelný posuv či přísuv, a není třeba nástroj znovu upínat či měnit, aby byla zajištěna jeho dostupnost do prostoru k obráběnému polotovaru v důsledku tvaru kleštiny, která ve standardních provedeních mnohdy znemožňuje posuv a přísuv nástroje k obrobku. Sekundárním efektem takového tvaru kleštiny s výstupkem je i skutečnost, že dochází ke snadnějšímu odstranění otřepů vznikajících během obrábění.The workpiece clamping device consists of a collet K, which is provided with a hole for the workpiece. The hole in the collet K adapts to the diameter of the workpiece, which is clamped in the collet K behind the outer cylindrical surface. The maximum clamping diameter in this exemplary embodiment is 30 mm. The collet K is adapted to be clamped in the chuck and is composed of segments S, which are separated from each other by a resiliently plastic wall P. The collet K is terminated at its front by a protrusion V. The inner surface of the protrusion V surrounds the inserted workpiece. The diameter of the protrusion V is significantly smaller than the diameter of the collet K. The collet K is terminated at the face K1 by a protrusion V 50 mm long, also formed by segments S, the inner surface of which surrounds the workpiece, with a continuous transition between the face K1 of the collet K and the protrusion V. concave curves. This curve is in the shape of a radius. By inserting the workpiece into the space of the collet K and then tightening it hydraulically into the chuck, the position of the workpiece to be machined is fixed. Due to the fact that the transition between the collet face K and the protrusion V is in the shape of a smooth concave curve, the tool or holder is easier to feed or feed as required, and there is no need to clamp or change the tool again to ensure its accessibility to space to the workpiece blank due to the shape of the collet, which in standard designs often prevents the tool from being moved and fed to the workpiece. A secondary effect of such a collet shape with a protrusion is the fact that it is easier to remove burrs generated during machining.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Zařízení podle technického řešení je určeno pro bezpečné a efektivní upínání obrobků zejména menších průměrů pro strojírenské technologické operace jako je kupříkladu soustružení.The device according to the technical solution is designed for safe and efficient clamping of workpieces, especially smaller diameters, for engineering technological operations such as turning.

Claims

CLAIMS FOR PROTECTION

A workpiece clamping device comprising a collet (K) provided with a workpiece hole, wherein the hole in the collet (K) adapts to the diameter of the workpiece which is clamped in the collet (K) beyond the outer cylindrical surface, the collet (K) being adapted to clamp into the spindle and is composed of segments (S) separated from each other by a resiliently plastic wall (P), characterized in that the collet (K) is terminated at the front (K1) by a protrusion (V), also composed of segments (S), the inner the surface surrounds the workpiece, with a transition in the form of a continuous concave curve between the face (K1) of the collet (K) and the projection (V).