Зажимное устройство
Изобретение относится к машиностроению, а именно к зажимным устройствам. Зажимное устройство для инструментов содержит основание (1), в котором выполнены центральное гнездо (2) для хвостовика зажимаемого инструмента (W) и окружающая гнездо (2) кольцеобразная демпфирующая полость (3) или несколько распределенных вокруг гнезда (2) и расположенных со смещением по отношению друг к другу демпфирующих полостей (3). Каждая демпфирующая полость (3) открыта к торцевой поверхности (1а) основания (1) со стороны инструмента. Открытый конец каждой демпфирующей полости (3), по меньшей мере, частично закрыт крышкой (5), которая вставлена в соответствующую полость (3) с открытой торцевой стороны и фиксирована в демпфирующей полости (3). Обеспечивается улучшение демпфирующих свойств зажимного устройства. 6 з.п. ф-лы, 12 ил.
Изобретение относится к зажимному устройству для инструментов, содержащему основание, в котором выполнены центральное гнездо для хвостовика зажимаемого инструмента и окружающая гнездо кольцеобразная демпфирующая полость или несколько распределенных вокруг гнезда и расположенных со смещением по отношению друг к другу демпфирующих полостей, причем каждая демпфирующая полость открыта к торцевой поверхности основания со стороны детали.
Зажимные устройства этого рода известны, например, из WO 00/76703 и служат для фиксации хвостовика инструмента, например хвостовика сверла или фрезы, на рабочем шпинделе соответствующего станка. Они используются, в частности, для зажима небольших инструментов.
У известных из WO 00/76703 зажимных устройств инструменты зажимают посредством горячей посадки. Они состоят для этого, как правило, из металлического основания, имеющего центральное гнездо для хвостовика зажимаемого инструмента. Диаметр гнезда при этом рассчитан так, что он немного меньше диаметра хвостовика инструмента. Для зажима инструмента основание нагревают, по меньшей мере, в зоне гнезда, пока оно термически не расширится настолько, что хвостовик инструмента можно будет вставить в него. При последующем охлаждении гнездо снова подвергается усадке, в результате чего хвостовик инструмента фиксируется в гнезде посредством прессовой или горячей посадки.
В качестве альтернативы могут использоваться другие зажимные механизмы. Рассматриваются, например, зажимные механизмы так называемых зажимных патронов Tribos заявителя, описанные в DE 19827101 и C1 DE 19834739 А1.
Такие зажимные устройства вполне зарекомендовали себя на практике. За счет жесткого зажима хвостовика при работе могут возникнуть, однако, эффекты отвалки, которые могут привести к разрушению сплошного твердосплавного хвостовика инструмента. По этой причине в WO 00/76703 предложено предусмотреть вокруг гнезда кольцеобразную демпфирующую полость или в качестве альтернативы несколько распределенных вокруг гнезда и расположенных со смещением по отношению друг к другу демпфирующих полостей. За счет этого выполнения зажим хвостовика инструмента становится «мягче», вследствие чего возникающие из-за жесткого зажима хвостовика «карданные эффекты», которые могут привести к разрушению инструмента, могут быть исключены или в значительной степени предотвращены.
Недостатком следует считать, однако, то, что в демпфирующих полостях может скапливаться стружка и т.п. Поскольку такие скопления стружки в демпфирующих полостях возникают неравномерно, они неизбежно приводят к дебалансу, являющемуся недостатком при очень высоких отчасти скоростях вращения. Кроме того, усилия направлены на дальнейшее улучшение демпфирующих свойств, причем, однако, статическая жесткость основания или зажимного устройства должна быть, по меньшей мере, в основном, сохранена.
Задачей изобретения является, поэтому выполнение зажимного устройства описанного выше рода так, чтобы, в основном, избежать дебалансов и улучшить демпфирующие свойства зажимного устройства с сохранением статической жесткости основания.
Эта задача решается, согласно изобретению, за счет того, что открытый конец каждой демпфирующей полости, по меньшей мере, частично закрыт крышкой, которая вставлена в соответствующую полость с открытой торцевой стороны и фиксирована в демпфирующей полости. В основе изобретения лежит, тем самым, идея, заключающаяся в том, чтобы, по меньшей мере, частично закрыть демпфирующие полости и противодействовать этим проникновению стружки и т.п. Чтобы при этом как можно меньше влиять на демпфирующие свойства и жесткость зажимного устройства, каждой демпфирующей полости придана собственная крышка, и эта крышка фиксирована внутри соответствующей демпфирующей полости.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, каждая крышка выполнена и фиксирована в соответствующей демпфирующей полости, в основном, не влияя на статическую жесткость зажимного устройства.
В случае если вокруг гнезда предусмотрены несколько отдельных демпфирующих полостей, достигается особенно хороший эффект, поскольку тогда практически не возникает влияния на статическую жесткость зажимного устройства, поскольку она определяется, в основном, оставшимся между демпфирующими полостями материалом основания. Можно, однако, соединить между собой отдельные крышки узкими соединительными перемычками и выполнить в торцевой стороне основания соответствующую кольцевую канавку, в которую могут быть вставлены соединительные перемычки. Соединение крышек такими соединительными перемычками дает преимущества при монтаже.
Если вместо нескольких отдельных демпфирующих полостей предусмотрена одна демпфирующая полость, кольцеобразно окружающая гнездо, то целесообразно следует принять дополнительные меры во избежание влияния на статическую жесткость кольцеобразной крышкой. Например, может быть предусмотрено сегментирование крышки в направлении ее периферии.
В другом варианте осуществления изобретения каждая крышка выполнена в виде демпфирующего элемента и подвешена в соответствующей демпфирующей полости с возможностью свободного колебания. Например, можно удерживать крышки в соответствующих демпфирующих полостях с возможностью свободного колебания соответственно посредством, по меньшей мере, одного или нескольких колец круглого сечения. В основе этого варианта осуществления изобретения лежит идея целенаправленного демпфирования крайней зоны зажима инструмента, где при работе возникают наибольшие скорости колебаний, а именно через демпфирующие элементы, размещенные в демпфирующих полостях с возможностью колебания, т.е. с зазором и упругоподпружиненно, так что может возникнуть относительное движение между демпфирующими элементами, которые выполнены здесь в виде крышек, но необязательно должны выполнять запорную функцию, и основанием. Таким образом, зажимное устройство представляет собой многомассный вибратор, демпфирующие свойства которого можно изменять за счет использования разных демпфирующих элементов, вследствие чего возможны демпфирование до самых различных частот и, тем самым, настройка собственной частоты зажимного устройства. За счет изменения длины L демпфирующих элементов, если смотреть в осевом направлении зажимного устройства, возможна жесткая настройка демпфирования. При этом небольшая длина L вызывает более низкое демпфирование, а большая длина L - более высокое демпфирование. Изменение положения внутри основания также вызывает изменение демпфирования. При этом демпфирование тем ниже, чем глубже демпфирующие элементы вставлены в зажимное устройство. Другие возможности демпфирования возникают за счет плотности материала демпфирующих элементов и использования различных твердостей и количеств демпфирующих элементов. Опыты показали, что уже небольшие демпфирующие массы позволяют достичь хороших результатов. Небольшие массы важны при этом для вращающейся системы, поскольку силы инерции при ускорении и торможении могут поддерживаться на низком уровне.
При использовании колец круглого сечения для фиксации крышек или демпфирующих элементов в демпфирующих полостях в стенке крышки и/или стенке соответствующей демпфирующей полости могут быть выполнены канавки для размещения колец круглого сечения. Дополнительно целесообразно надежно предотвратить выпадение крышек из демпфирующих полостей за счет соединений с геометрическим или с фрикционным замыканием. Для образования такого соединения с геометрическим замыканием, согласно одному предпочтительному варианту, на крышках выполнены подпружиненные наружу фиксаторы, а в соответствующей демпфирующей полости - соответствующие выемки для фиксаторов. В этом случае фиксаторы, выполненные преимущественно на противоположных сторонах крышек, упруго входят в выемки основания и могут быть упруго вдавлены внутрь для отделения.
Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах формулы и нижеследующем описании со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображают:
- фиг.1: продольный разрез варианта зажимного устройства с почкообразными демпфирующими полостями;
- фиг.2: зажимное устройство из фиг.1 в сечении по линии II-II на фиг.1;
- фиг.3: в перспективе крышку для запирания демпфирующих полостей зажимного устройства из фиг.1 и 2 в перспективе;
- фиг.4: крышку из фиг.3 при виде спереди;
- фиг.5: крышку из фиг.3 при виде сверху;
- фиг.6: крышку из фиг.3 при виде сбоку;
- фиг.7: продольный разрез альтернативного варианта зажимного устройства с почкообразными демпфирующими полостями;
- фиг.8: зажимное устройство из фиг.7 при виде сверху;
- фиг.9: продольный разрез варианта зажимного устройства с осевыми демпфирующими полостями;
- фиг.10: зажимное устройство из фиг.9 при виде сверху;
- фиг.11: продольный разрез другого варианта зажимного устройства с кольцеобразно окружающей гнездо демпфирующей полостью;
- фиг.12: зажимной патрон из фиг.11 при виде сверху.
На фиг.1 и 2 в продольном разрезе изображен первый вариант зажимного устройства для зажима инструментов, который выполнен здесь в виде зажимного патрона, однако может быть интегрировано также, например, непосредственно в рабочий шпиндель станка. Зажимной патрон содержит основание 1 из жесткого благодаря своей форме материала, например стали, которое на одном своем концевом участке имеет центральное гнездо 2 для цилиндрического хвостовика зажимаемого инструмента W, например сверла или фрезы. На другом своем концевом участке основание 1 известным образом имеет место сопряжения для зажима в рабочий шпиндель станка.
В основании 1 вокруг гнезда 2 равномерно распределены три демпфирующие полости 3. Демпфирующие полости 3 открыты к торцу основания 1 со стороны инструмента и выполнены приблизительно в форме почки, причем их контур со стороны гнезда 2 соответствует его диаметру. За счет этих демпфирующих полостей 3 достигается то, что основание 1 в зоне места зажима становится мягче, в результате чего возникающие при работе колебания демпфируются.
Согласно изобретению открытые концы демпфирующих полостей 3 закрыты соответственно крышкой 5, которая вставлена в соответствующую демпфирующую полость 3 с открытой торцевой стороны и фиксирована в демпфирующей полости 3. Как хорошо видно на фиг.1-6, крышки 5 имеют соответствующую демпфирующим полостям 3 форму почки и удерживаются в демпфирующих полостях 3 как с силовым, так и с геометрическим замыканием. Для этого крышки 5, которые в остальном выполнены немного меньше демпфирующих полостей 3, имеют два выступающих наружу, огибающих утолщения 6, которыми крышки 5 упираются в стенки демпфирующих полостей 3, образуя силовое замыкание. Кроме того, на противоположных друг другу в продольном направлении формы почки концевых участках каждой крышки 5 выполнены выступающие наружу фиксаторы 7 с фиксирующими носиками 7а, выполненными с возможностью вхождения в соответствующие выемки 8 в стенке соответствующей демпфирующей полости 3 для фиксации крышки 5 в демпфирующей полости 3. При этом фиксаторы 7 удерживаются на теле 5а крышки подвижно и могут упруго входить в выемки 9 тела 5а крышки для ее монтажа или демонтажа. В изображенном примере фиксаторы 7 отформованы на теле 5а крышки и соединены с ним твердотельным шарниром 5b.
На фиг.7 и 8 изображен второй вариант зажимного устройства, в основном соответствующий описанному выше варианту. Основное отличие состоит в том, что огибающие утолщения 6 на крышке 5 заменены кольцами 4 круглого сечения, которые вставлены в соответствующие периферийные канавки в стенке крышки и в стенке демпфирующей полости. Другими словами, во втором варианте крышки 5 упруго подвешены в демпфирующих полостях 3 через кольца 4 круглого сечения, а поскольку, как уже сказано, крышки 5 вставлены в демпфирующие полости 3 с зазором, они могут свободно качаться в демпфирующих полостях 3.
У этого варианта крышки 5 образуют демпфирующие элементы, которые могут совершать относительно основания 1 относительные движения. Таким образом, зажимное устройство 1 представляет собой многомассный вибратор, демпфирующие свойства которого можно изменять за счет использования разных демпфирующих элементов 5, вследствие чего возможны демпфирование до самых различных частот и, тем самым, настройка собственной частоты зажимного устройства. За счет изменения длины L выполненных на крышках 5 демпфирующих элементов, если смотреть в осевом направлении зажимного патрона, возможна жесткая настройка демпфирования. При этом небольшая длина L вызывает более низкое демпфирование, а большая длина L - более высокое демпфирование. Изменение положения внутри основания 1 также вызывает изменение демпфирования. При этом демпфирование тем ниже, чем глубже демпфирующие элементы вставлены в зажимное устройство. Другие возможности демпфирования возникают за счет плотности материала демпфирующих элементов и использования различных твердостей и количеств демпфирующих элементов.
При этом демпфирование происходит целенаправленно в крайней зоне зажима инструмента, где при работе возникают наибольшие скорости колебаний.
На фиг.9 и 10 изображен третий вариант осуществления изобретения. Он соответствует описанному выше со ссылкой на фиг.7 и 8 второму варианту с тем единственным отличием, что вместо трех почкообразных демпфирующих полостей 3 вокруг гнезда распределены пять демпфирующих полостей 3, а крышки 5 выполнены соответственно круглыми.
У изображенного на фиг.11 и 12 четвертого варианта осуществления изобретения предусмотрена единственная, окружающая гнездо 2 демпфирующая полость 3, а крышка 5 выполнена соответственно также круглой.
1. Зажимное устройство для инструментов, содержащее основание (1), в котором выполнены центральное гнездо (2) для хвостовика зажимаемого инструмента (W) и окружающая гнездо (2) кольцеобразная демпфирующая полость (3) или несколько распределенных вокруг гнезда (2) и расположенных со смещением по отношению друг к другу демпфирующих полостей (3), причем каждая демпфирующая полость (3) открыта к торцевой поверхности (1а) основания (1) со стороны инструмента, отличающееся тем, что открытый конец каждой демпфирующей полости (3), по меньшей мере, частично закрыт крышкой (5), которая вставлена в соответствующую демпфирующую полость (3) с открытой торцевой стороны и зафиксирована в ней.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждая крышка (5) выполнена и зафиксирована в соответствующей демпфирующей полости (3), в основном, с исключением влияния на статическую жесткость основания (1).
3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что каждая крышка (5) выполнена в виде демпфирующего элемента и подвешена в соответствующей демпфирующей полости (3) с возможностью свободного колебания.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что каждая крышка (5) зафиксирована в соответствующей демпфирующей полости (3) с возможностью свободного колебания посредством по меньшей мере одного кольца (4) круглого сечения.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в стенке крышки (5) и/или стенке соответствующей демпфирующей полости (3) выполнены канавки для размещения колец (4) круглого сечения.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждая крышка (5) зафиксирована в соответствующей демпфирующей полости (3) за счет соединения с геометрическим замыканием.
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что на крышке (5) выполнены подпружиненные наружу фиксаторы (7), а в соответствующей демпфирующей полости (3) - соответствующие выемки (8) для фиксаторов (7).
