устройство для пространственной ориентации изделий

Формула изобретения

1. Устройство для пространственной ориентации изделий, содержащее связанные между собой базовый и пространственно ориентируемый относительно последнего установочный элементы, расположенные между ними центральный и регулируемые периферийные опорные узлы со сферическими опорными элементами, контактирующими с соответствующей поверхностью пространственно ориентируемого установочного элемента, а также средства фиксации заданного пространственного положения установочного элемента, отличающееся тем, что базовый и пространственно ориентируемый установочный элементы связаны, по меньшей мере, одним упругим элементом, расположенным в зоне, ограниченной размещенными в вершинах треугольника центрами сферических опорных элементов центрального и периферийных опорных узлов, а каждый периферийный опорный узел выполнен в виде двух полусфер, одна из которых жестко закреплена на базовом элементе, а другая кинематически связана с ним посредством подпружиненного рычага, и регулировочного элемента с клиновым профилем, размещенного с возможностью перемещения и пространственной самоустановки между сферическими поверхностями упомянутых полусфер, при этом средства фиксации заданного пространственного положения установочного элемента выполнены в виде расположенных по периферии устройства, по меньшей мере, трех фиксирующих узлов, состоящих из жестко связанного с базовым элементом средства зажима и плоской пружины, один конец которой жестко закреплен на установочном элементе, а другой расположен с возможностью жесткой фиксации в зоне зажимных элементов упомянутого средства зажима, причем продольная ось пружины ориентирована по отношению к установочному элементу под углом, близким или равным 90^o.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что центры сферических опорных элементов каждого опорного узла размещены в вершинах прямоугольного треугольника, а вершина прямого угла совмещена с центром сферического опорного элемента центрального опорного узла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения и может быть промышленно реализовано для пространственной ориентации объектов с целью последующей их сборки или механической обработки, например, в качестве юстировочного стола для прецизионной обработки деталей на металлорежущих (преимущественно, строгальных и/или координатно-расточных) станках.

Известно устройство для пространственной ориентации изделий (монтажно-сборочный стол), включающее связанные между собой базовый элемент (в виде системы стоек с опорами и связанного с ними домкрата) и пространственно ориентируемый относительно базового элемента установочный элемент (в виде столешницы, состоящей из двух взаимосвязанных частей) с расположенными между ними центральным и, по меньшей мере, тремя регулируемыми периферийными опорными узлами со сферическими опорными элементами. Сферические опорные элементы контактируют с соответствующей поверхностью пространственно ориентируемого установочного элемента. Кроме того, известное из уровня техники устройство содержит средство фиксации заданного пространственного положения установочного элемента, выполненное в виде гайки со сферической шайбой, которая фрикционно взаимодействует с обоймой сферического опорного элемента центрального опорного узла (SU, 1719760, кл. F 16 M 9/00, 1992).

К недостаткам данного известного из уровня техники устройства следует отнести то, что оно обладает недостаточной жесткостью (надежностью сохранения во времени заданного пространственного положения) после осуществления фиксации пространственного положения установочного элемента используемым в данном устройстве средством фиксации.

Объясняется это тем, что средство фиксации пространственного положения установочного элемента выполнено фрикционного типа и расположено в зоне исключительно центрального опорного узла. Следовательно, при воздействии на установочный элемент внецентренной нагрузки (с большим плечом ее приложения относительно оси центрального опорного узла) не исключена возможность изменения пространственного положения установочного элемента, поскольку периферийные опорные узлы являются упругими. Следовательно, конструкция данного известного устройства не позволяет его использовать в тех случаях, когда после пространственной ориентации и фиксации заданного пространственного положения изделия на него действуют внецентренные динамические нагрузки (как это, например, происходит при обработке изделий на металлорежущих станках), поскольку они вызывают изменение пространственных координат положения изделия, что недопустимо, например, при механической обработке на прецизионном оборудовании.

В основу заявленного изобретения была положена задача создания такого устройства для пространственной ориентации изделий, которое наряду с расширением функциональных возможностей обеспечивало бы надежную жесткую фиксацию пространственного положения закрепляемого на нем изделия.

Техническое решение поставленной задачи обеспечивается посредством того, что в устройстве для пространственной ориентации изделий, включающем связанные между собой базовый элемент и пространственно ориентируемый относительно последнего установочный элемент с расположенными между ними центральным и регулируемыми периферийными опорными узлами со сферическими опорными элементами, контактирующими с соответствующей поверхностью пространственно ориентируемого установочного элемента, а также средства фиксации заданного пространственного положения установочного элемента, согласно изобретению базовый и пространственно регулируемый установочный элементы связаны между собой посредством, по меньшей мере, одного упругого элемента, который расположен в зоне, ограниченной центрами сферических опорных элементов центрального и периферийных опорных узлов; центры сферических элементов каждого опорного узла размещены в вершинах треугольника, каждый периферийный опорный узел выполнен в виде двух полусфер, между сферическими поверхностями которых размещен (с возможностью перемещения и пространственной самоустановки в процессе последнего) регулировочный элемент с клиновым профилем, одна из упомянутых полусфер жестко закреплена на базовом элементе, а другая - кинематически связана с последним посредством подпружиненного рычага, при этом средства фиксации заданного пространственного положения установочного элемента выполнены в виде расположенных по периферии устройства, по меньшей мере, трех фиксирующих узлов, каждый из которых включает жестко связанное с базовым элементом средство зажима и плоскую пружину, продольная ось которой ориентирована по отношению к установочному элементу под углом, близким или равным 90^o; один конец упомянутой плоской пружины жестко закреплен на установочном элементе, а другой размещен в зоне зажимных элементов упомянутого средства зажима с возможностью жесткой фиксации этого конца.

Оптимально центры сферических опорных элементов каждого опорного узла размещать в вершинах прямоугольного треугольника, при этом вершина прямого угла должна соответствовать месту расположения центра сферического опорного элемента центрального опорного узла.

Совершенно очевидно, что каждый признак патентуемого объекта изобретения в отдельности широко известен из уровня техники. Однако поставленная задача может быть решена исключительно за счет отраженной в формуле изобретения совокупности известных признаков и реализуемых посредством определенного конструктивного выполнения и относительного пространственного расположения элементов устройства взаимосвязей. Следовательно, отраженная в формуле изобретения совокупность известных из уровня техники признаков обеспечивает в патентуемом объекте изобретения синергетический результат за счет определенной взаимосвязи этих признаков.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками и связями между ними, идентичными всем существенным признакам заявленного объекта изобретения, а выбранный из перечня выявленных аналогов прототип, как наиболее близкий по совокупности признаков аналог, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию патентоспособности НОВИЗНА по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию критерия патентоспособности ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ заявитель провел дополнительный поиск известных технических решений, с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение усматриваемого заявителем технического результата.

В частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования известного объекта-прототипа:

- дополнение известного объекта каким-либо известным признаком, присоединяемым к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;

- замена какого-либо признака известного объекта другим известным признаком для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;

- исключение какого-либо признака известного объекта с одновременным исключением обусловленной наличием этого признака функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата;

- увеличение количества однотипных признаков в известном объекте для усиления технического результата, обусловленного наличием в объекте именно таких признаков;

- выполнение известного объекта или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала;

- создание объекта, включающего известные признаки, выбор которых и связь между ними осуществлены на основании известных правил, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами признаков этого объекта и связей между ними.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию критерия патентоспособности ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ по действующему законодательству.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, предназначен для использования в промышленности, а именно в области машиностроения, преимущественно для юстировки заготовок на рабочих столах металлорежущих (например, строгальных, координатно-расточных, фрезерных, плоскошлифовальных и т. п. ) станках;

- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию критерия патентоспособности ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ по действующему законодательству.

Изобретение иллюстрируется графическими материалами.

Фиг. 1 - общий вид устройства для пространственной ориентации изделий (в плане).

Фиг. 2 - сечение А - А по фиг. 1.

Устройство для пространственной ориентации изделий включает связанные между собой базовый элемент 1 и пространственно ориентируемый относительно последнего установочный элемент 2 с расположенными между ними центральным и регулируемыми периферийными опорными узлами 3 и 4 соответственно. Опорные узлы 3 и 4 снабжены сферическими опорными элементами 5, контактирующими с соответствующей (обращенной в сторону опорных узлов 3 и 4) поверхностью пространственно ориентируемого установочного элемента 2. Как правило, сферические опорные элементы 5 размещены в конических гнездах, выполненных на упомянутой поверхности пространственно ориентируемого установочного элемента 2 и поверхностях соответствующих элементов опорных узлов 3 и 4. Кроме того, устройство содержит средства фиксации заданного пространственного положения установочного элемента. Указанные средства фиксации выполнены в виде преимущественно равномерно расположенных по периферии устройства, по меньшей мере, трех фиксирующих узлов 6, каждый из которых включает жестко связанное с базовым элементом 1 средство зажима (выполненное, например, в виде двух связанных с базовым элементом 1 взаимоподвижных, преимущественно подпружиненных одна относительно другой посредством пружины 7 зажимных губок 8 и 9), а также плоскую пружину 10. Зажимная губка 8 жестко закреплена на базовом элементе, а взаимное перемещение зажимных губок 8 и 9 осуществляется посредством резьбовой пары (в виде винта 11 и гайки 12) и пружины 7. Один конец плоской пружины 10 жестко закреплен на обращенной к фиксирующему узлу 6 поверхности установочного элемента 2 (одним из известных способов крепления), при этом продольная ось плоской пружины 10 ориентирована по отношению к установочному элементу под углом, близким или равным 90^o. Другой конец этой плоской пружины 10 размещен в зоне зажимных элементов вышеупомянутого средства зажима (в данном конкретном случае /фиг. 2/ - между взаимообращенными поверхностями зажимных губок 8 и 9) с возможностью жесткого закрепления этого конца в процессе фиксации заданного пространственного положения установочного элемента 2. Базовый и пространственно ориентируемый установочный элементы 1 и 2 соответственно связаны между собой посредством, по меньшей мере, одного упругого элемента 13, который расположен между центральным опорным узлом 3 и одним из периферийных опорных узлов 4 (т. е. в зоне, ограниченной треугольником, образованным центрами опорных сферических опорных элементов 5 опорных узлов 3 и 4). Центры опорных сферических элементов 5 каждого опорного узла 3 и 4 размещены в вершинах треугольника, при этом периферийные опорные узлы 4 должны быть смещены один относительно другого в окружном направлении преимущественно на угол, равный 90^o. Каждый периферийный опорный узел 4 выполнен в виде двух полусфер 14 и 15, между сферическими поверхностями которых размещен с возможностью перемещения пространственно самоустанавливающийся (посредством его упругой связи с базовым элементом 1) регулировочный элемент 16 с клиновым профилем. Одна из упомянутых полусфер 14 жестко закреплена на базовом элементе 1, а другая полусфера 15 - кинематически связана с базовым элементом 1 посредством подпружиненного качающегося рычага 17. Перемещение регулировочного элемента 16 осуществляется посредством резьбовой пары в виде связанного с основанием регулировочного элемента 16 винта 18 и плавающей гайки 19, закрепленной на поверхности базового элемента 1 посредством плоских пружин 20 с целью обеспечения пространственной самоустановки регулировочного элемента 16 и компенсации возможных перекосов и заклинивания в резьбовой паре при осуществлении процесса регулировки пространственного положения установочного элемента 2.

Для упрощения позиционирования (по координатным осям "X" и "У") и фиксации изделия в плоскости рабочей поверхности 21 установочного элемента 1 на последнем могут быть размещены координатные линейки 22, упор 23 и подвижные прижимные планки 24 (условно обозначенные на фиг. 1 пунктирными линиями).

Пространственная ориентация изделия посредством заявленного устройства осуществляется в следующей последовательности.

После установки изделия на рабочую поверхность 21 установочного элемента 2 обеспечивают его позиционирование в координатной плоскости "X" - "У". При этом координату заданного положения изделия по оси "X" обеспечивают посредством упора 23, а координату положения по оси "У" посредством одной из перемещаемых вдоль указанной оси прижимных планок 24. После чего посредством второй прижимной планки 24 осуществляют жесткую фиксацию заданного положения изделия в координатной плоскости "X" - "У".

Далее, при разжатых губках 8 и 9 фиксирующих узлов 6 осуществляют процесс пространственной ориентации изделия посредством изменения высоты периферийных опорных узлов 4 посредством перемещения резьбовыми элементами в соответствующем направлении регулировочных элементов 16. С помощью соответствующих (известных из уровня техники) контрольно-измерительных средств рабочую поверхность 21 установочного элемента 2 выставляют в заданное положение. После этого осуществляют жесткую фиксацию плоских пружин 10 фиксирующих узлов 6 между губками 8 и 9 этих узлов 6. На этом процесс пространственной ориентации изделия заканчивается.

Здесь необходимо отметить, что использование в фиксирующих узлах именно плоских пружин 10 (а не жестких пластин или стержней) обеспечивает:

- во-первых, исключение какого-либо изменения выставленного пространственного положения изделия при фиксации плоских пружин 10 губками 8 и 9 фиксирующих узлов (т. к. в процессе упомянутой фиксации практически исключается какое-либо силовое воздействие на опорные узлы, способное изменить их пространственное положение);

- а, во-вторых, при наличии и соответствующем взаимном расположении, по меньшей мере, трех таких плоских пружин 10 обеспечивается жесткая (а не упругая) пространственная взаимосвязь базового элемента 1 (в качестве которого может быть использован, например, рабочий стол станка) с установочным элементом 2 в процессе последующего манипулирования изделием, то есть полностью исключается изменение пространственной ориентации изделия в процессе, например, его механической обработки; следовательно, в рассматриваемом случае совокупность плоских пружин 10 выполняет роль жесткого связующего средства, несмотря на то, что включает только упругие элементы.

Таким образом, заявленное устройство может быть широко использовано в различных областях техники, то есть тамЮ где необходимо обеспечить точную пространственную ориентацию изделий (с последующей надежной фиксацией заданного пространственного положения) и исключение изменения заданного пространственного положения изделия в процессе воздействия на него динамических нагрузок. Преимущественно данное устройство может быть использовано в качестве средства юстировки заготовок, обрабатываемых на прецизионных металлорежущих станках, например при изготовлении на специальных суперпрецизионных строгальных станках металлографских форм для производства денежных знаков и иных ценных бумаг, допуски на изготовление профильных элементов рельефа которых составляют тысячные доли миллиметра.