Узел крепления сменных модулей блочной инструментальной оснастки

Предлагаемое техническое решение - полезная модель - относится к области станкостроения, а именно, к инструментальной оснастке для станков с автоматической сменой инструмента и ЧПУ. Предлагаемая конструкция состоит из нескольких основных элементов. Корпус с внутренней и наружной цилиндрическими и торцовой базовыми поверхностями. Центрирующая втулка, предназначенная для центрирования сменного модуля относительно корпуса. Внутри корпуса размещена тяга, которая имеет наклонные прорези радиусной формы для формирования и передачи усилия закрепления инструментального модуля, установленного в коническом отверстии центрирующей втулки. С узлом крепления сопрягается сменный инструментальный модуль с ответными базовыми поверхностями и режущим элементом. На инструментальном модуле и на корпусе имеются пазы специальной формы, в которых размещаются шарики, находящиеся в прорезях тяги, обеспечивая закрепление инструментального модуля. 1 п.ф.

Предлагаемое техническое решение - полезная модель - относится к области станкостроения, а именно, к инструментальной оснастке для станков с автоматической сменой инструмента и числовым программным управлением (ЧПУ).

Известен быстросменный инструментальный блок [1]. Зажим головки осуществляется шариками. Угловое позиционирование головки относительно державки осуществляется посредством шпоночного соединения. Недостатком описанного устройства являются базирование инструментальной головки по цилиндрической поверхности и индивидуальное изготовление каждой инструментальной головки из-за различного выполнения углублений цилиндрической формы.

Известен резцедержатель [2]. Сменная головка выполнена с коническим хвостовиком. Зажим осуществляется резьбовой тягой и деформируемыми стенками. Недостатком описанного устройства является низкая долговечность резьбового соединения и деформируемого элемента.

Авторам известна модульная инструментальная оснастка [3, прототип]. Зажимная сила создается за счет перемещения тел качения (шариков) при взаимодействии пазов и канавок специальной формы, расположенных на элементах конструкции. Угловое позиционирование головки относительно державки осуществляется посредством шпоночного соединения. Недостатком описанного устройства является повышенные внутренние напряжения в тяге при создании усилия закрепления.

Предлагаемое авторами техническое решение направлено на усовершенствование конструкции, уменьшение действующих внутренних напряжений в тяге и как следствие, повышение долговечности и надежности данного узла.

На фиг.1 показан сборочный чертеж предлагаемой конструкции узла крепления сменных модулей блочной инструментальной оснастки (корпус показан условно). На фиг.2 показана форма паза на инструментальном модуле и на корпусе. На фиг.3 показан график зависимости напряжений от величины округления паза. На фиг.4 показана величина А- расстояние от линии центров прямого паза до максимально удаленного положения шарика в пазе.

При теоретическом исследовании зависимостей технологических параметров прототипа при эксплуатации устройства на обеспечение работоспособности модульной инструментальной оснастки было замечено, что форма паза на тяге напрямую влияет на напряжения, возникающие в деталях модульной инструментальной оснастки при закреплении сменного модуля. Сравнение результатов производилось при изменении формы паза, используя метод конечных элементов. Паз выполнялся не прямым, как было ранее, а радиусным. Так же менялось направление закругления. По данным расчета был построен график зависимости напряжений, возникающих в пазе, от величины округления паза (см. фиг.3).

На графике величина А - расстояние от линии центров прямого паза до максимально удаленного положения шарика в пазе (см. фиг.4).

Исходя из графика, была выбрана форма паза с величиной _min=2 мм, при которой возникающие напряжения в деталях будут минимальны, при одной и той же силе закрепления сменного модуля.

Конструкция (см. фиг.1) включает в себя корпус 1 с внутренней и наружной цилиндрическими и торцовой базовыми поверхностями, центрирующую втулку 2, предназначенную для центрирования сменного модуля относительно корпуса, инструментальный модуль 3, установленный в коническом отверстии центрирующей втулки, тягу 4, которая имеет наклонные прорези радиусной формы для закрепления инструментального модуля. Радиусная форма прорезей обеспечивает минимальные внутренние напряжения в тяге. Зажимной узел включает в себя пазы специальной формы (см. фиг.2) в сменном инструментальном модуле 3 и в корпусе 1, тягу 4, пакет тарельчатых пружин 5 и шарики 7.

Конструкция работает следующим образом.

При смене инструментального модуля для снятия усилия закрепления на пакет тарельчатых пружин 5 воздействуют внешней силой, превышающей усилие, создаваемое ими, чем обеспечивается перемещение тяги в осевом направлении. Перемещение тяги ограничивается ходом винта 8 по пазу. При этом шарики, перекатываясь по прорезям тяги, попадают в вершины паза в инструментальном модуле, высвобождая его. Удержание шариков 7 в прорезях обеспечивается смещением втулки 12 под действием пружины 13. Ход втулки ограничивается винтом 14. Необходимые воздействия создаются внешним силовым устройством, которое непосредственно не входит в состав инструментальной оснастки. При установке модуля действия выполняются в обратной последовательности. Внешний силовой элемент воздействует на пакет тарельчатых пружин 5. Тяга 4 находится в крайнем левом положении. Шарики 7 находятся во впадинах паза корпуса 1. Модуль предварительно ориентируется шпонкой 10 и центрируется по коническому отверстию центрирующей втулки 2. Происходит смещение в осевом направлении центрирующей втулки 2, которая сжимает упругий элемент 15. Инструментальный модуль 3 смещается до упора в торец корпуса 1. При совмещении пазов в корпусе 1 и в инструментальном модуле 3 воздействие внешнего силового элемента на пакет тарельчатых пружин 5 плавно уменьшается, что приводит к смещению тяги 4 в осевом направлении. При этом шарики 7, перекатываясь по прорезям в тяге 4 из впадин паза в корпусе 1, попадают во впадины паза в инструментальном модуле 3. При этом происходит силовое замыкание инструментального модуля 3 через шарики 7. После чего сменный инструментальный модуль надежно закреплен.

Описанный узел крепления сменных модулей блочной инструментальной оснастки используется на кафедре МРСиИ Бийского технологического института АлтГТУ им. И. И. Ползунова как опытный образец. Есть предложение изготовления опытной партии для апробации в производственных условиях.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки.

1. А.с. СССР 1657278, 1991 г.

2. А.с. СССР 1673289, 1991 г.

3. RU 97662, 2010 г.

Узел крепления сменных модулей блочной инструментальной оснастки, содержащий корпус с внутренней и наружной цилиндрическими и торцевой базовыми поверхностями, центрирующую втулку, инструментальный модуль, установленный в коническом отверстии центрирующей втулки, тягу с наклонными прорезями, при этом в инструментальном модуле и в корпусе выполнены пазы для передачи зажимного усилия от пакета тарельчатых пружин через шарики, отличающийся тем, что наклонные прорези выполнены радиусной формы, обеспечивающей минимальные внутренние напряжения в тяге.