способ установки детали по плоскости и отверстиям
Классы МПК: | B23Q3/06 зажимные устройства для обрабатываемых изделий |
Автор(ы): | Немыткин С.А., Лысенко Н.В., Бухарцев А.Ю. |
Патентообладатель(и): | Самарский государственный технический университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-03-28 публикация патента:
27.03.2003 |
Изобретение относится к машиностроению, механической обработке, сборке и контролю. Способ включает размещение детали в приспособлении с ориентированием по плоскости и отверстиям с пересекающими ее осями и обеспечением начальных гарантированных радиальных зазоров между внутренними разжимными установочными элементами в виде цанговых досылающих пальцев и базовыми поверхностями отверстий детали, базирование детали с устранением радиальных зазоров путем разжима цанговых досылающих пальцев и закрепление детали посредством силового замыкания между ними и базовыми поверхностями отверстий детали, досылание детали в направлении установочной плоскости путем упругой осевой деформации сжатия цанговых досылающих пальцев. Для повышения точности и надежности вначале выбирают и оценивают конструкцию и геометрические параметры базовых отверстий детали и соответствующую им форму рабочих поверхностей цанговых досылающих пальцев, определяют требуемую силу зажима и последовательность выполнения этапов установки. Затем по полученным результатам задают осевую и радиальную жесткости цанговых досылающих пальцев, соотношение которых устанавливают последовательностью и параметрами процесса установки большим или равным единице. 8 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8
Формула изобретения
Способ установки детали по плоскости и отверстиям, включающий размещение детали в приспособлении с ориентированием по плоскости и отверстиям с пересекающими ее осями и обеспечением начальных гарантированных радиальных зазоров между внутренними разжимными установочными элементами в виде цанговых досылающих пальцев и базовыми поверхностями отверстий детали, базирование детали с устранением радиальных зазоров путем разжима цанговых досылающих пальцев и закрепление детали посредством силового замыкания между ними и базовыми поверхностями отверстий детали, досылание детали в направлении установочной плоскости путем упругой осевой деформации сжатия цанговых досылающих пальцев, отличающийся тем, что вначале выбирают и оценивают конструкцию и геометрические параметры базовых отверстий детали и соответствующую им форму рабочих поверхностей цанговых досылающих пальцев, определяют требуемую силу зажима и последовательность выполнения этапов установки, затем по полученным результатам задают осевую и радиальную жесткости цанговых досылающих пальцев, соотношение которых устанавливают последовательностью и параметрами процесса установки большим или равным единице.Описание изобретения к патенту
Изобретение относиться к машиностроению, в частности к механической обработке, сборке и контролю. Изобретение может быть использовано для повышения точности установки деталей по плоскости и отверстиям, а также для увеличения доступности поверхностей детали для рабочего инструмента при механической обработке, сборке или контроле. Изобретение позволяет повысить точность и надежность установки, а также автоматизировать процесс закрепления и досылания деталей в приспособлениях для фрезерно-расточных, сверлильных и других работ, в том числе выполняемых в автоматическом режиме на агрегатных станках, станках с ЧПУ и многоцелевых станках. Предлагаемый способ установки деталей по плоскости и отверстиям повышает доступность поверхностей детали для рабочего инструмента. Это обстоятельство делает предлагаемое изобретение наиболее эффективным при интегрированной автоматизированной обработке, сборке или контроле. Известен способ установки деталей по плоскости и отверстиям с пересекающими ее осями, реализованный при помощи устройства для крепления деталей (SU 639681, B23Q 3/00, 1978). В корпусе устройства размещены цанговые пальцы, выполненные в виде разрезной гильзы с разжимным корпусом, связанным с приводом. Опорный торец разрезной гильзы выполнен в виде сферического хвостовика, подпружиненного в направлении корпуса, что позволяет обеспечить самоустановку разрезной гильзы и повышает точность установки детали. Вначале деталь размещают таким образом, чтобы цанговые пальцы оказались внутри ее установочных отверстий с начальным гарантированным зазором. Затем с помощью гидравлического привода осуществляют разжим цанговых пальцев, закрепляя тем самым обрабатываемую деталь. Недостатком данного способа и реализующего его устройства является отсутствие досылания закрепляемой детали в направлении установочной базы. Вследствие этого возможно нарушение непрерывности контакта по установочной базе и перекос детали, что отрицательно сказывается на точности установки. Для устранения этого недостатка на практике применяют дополнительные зажимные элементы - прихваты. Однако при этом ограничивается зона доступа рабочего инструмента к поверхностям детали. Известен также способ установки деталей типа фланец по торцевой плоскости и отверстию, реализованный с помощью оправки J-290 фирмы ТОБЛЕР (Франция). Оправка J-290 включает раздвижные сухари и скользящую втулку. Центрирование устанавливаемой детали и прижим к неподвижному упору производится при помощи тяги. Деталь сначала размещают на оправке, ориентируя по отверстию и торцевой плоскости, обеспечивая начальные гарантированные радиальные зазоры между сухарями и базовой поверхностью отверстия детали. После этого деталь базируют, устраняя радиальные зазоры путем разжима установочных элементов - сухарей. Затем деталь закрепляют, осуществляя силовое замыкание между установочными элементами и базовой поверхностью отверстия детали. После этого производят досылание детали в направлении торцевой плоскости за счет сжатия дополнительно введенных элементов - пружин, размещенных между подвижными и неподвижными элементами устройства. Недостатком данного способа и реализующего его устройства является затрудненное использование оправки для установки по плоскости и отверстиям с пересекающими ее осями корпусных деталей типа фланцев с отверстиями, имеющими фигурный профиль, так как возможно их повреждение и, следовательно, снижение качества и надежности установки. Кроме того, вследствие значительных габаритов и конструктивной сложности оправки, затруднено использование устройства для установки деталей по отверстиям небольшого диаметра. Наличие подвижных соединений между элементами оправки ведет к изнашиванию их сопрягаемых поверхностей, увеличению зазоров и снижению точности установки детали. Известен способ установки детали по плоскости и отверстиям, при котором деталь сначала размещают в приспособлении, ориентируя по плоскости и отверстиям с пересекающими ее осями и обеспечивая начальные гарантированные радиальные зазоры между внутренними разжимными установочными элементами в виде цанговых досылающих пальцев и базовыми поверхностями отверстий детали, затем деталь базируют, устраняя радиальные зазоры путем разжима цанговых досылающих пальцев и закрепляют деталь, осуществляя силовое замыкание между ними и базовыми поверхностями отверстий детали, после этого осуществляют досылание детали в направлении установочной плоскости путем упругой осевой деформации сжатия цанговых досылающих пальцев (см. ЕР 0925871, В 23 Q 3/06, 1999). Таким образом, задачей данного изобретения является повышение точности и надежности способа установки деталей по плоскости и отверстиям с пересекающими ее осями и расширение области его использования. Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в способе установки детали по плоскости и отверстиям, включающем размещение детали в приспособлении с ориентированием по плоскости и отверстиям с пересекающими ее осями и обеспечением начальных гарантированных радиальных зазоров между внутренними разжимными установочными элементами в виде цанговых досылающих пальцев и базовыми поверхностями отверстий детали, базирование детали с устранением радиальных зазоров путем разжима цанговых досылающих пальцев и закрепление детали, посредством силового замыкания между ними и базовыми поверхностями отверстий детали, досылание детали в направлении установочной плоскости путем упругой осевой деформации сжатия цанговых досылающих пальцев, вначале выбирают и оценивают конструкцию и геометрические параметры базовых отверстий детали и соответствующую им форму рабочих поверхностей цанговых досылающих пальцев, определяют требуемую силу зажима и последовательность выполнения этапов установки, затем по полученным результатам задают осевую и радиальную жесткости цанговых досылающих пальцев, соотношение которых устанавливают последовательностью и параметрами процесса установки большим или равным единице. Сущность изобретения поясняется следующими чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид и вид сверху цангового досылающего пальца, реализующего в своей конструкции предлагаемый способ установки детали по плоскости и отверстиям; на фиг. 2, 3 и 4 изображены разрезы цангового досылающего пальца по плоскостям А-А, Б-Б и В-В соответственно. На чертежах фиг.1-4 и приняты следующие обозначения. 1. Корпус. 2. Цанга. 3. Осевые прорези. 4. Внутренняя коническая поверхность. 5. Разжимной конический шток. 6. Резьбовая часть штока. 7. Рабочая поверхность цанги. 8. Кольцевые проточки. 9. Деталь. 10. Сквозные ступенчатые прорези. 11. Шлицевый паз. 12. Головка для сопряжения с ключом предельного момента. Р - сила зажима. На фиг.5 изображен цанговый досылающий палец с резьбовой рабочей поверхностью цанги; на фиг.6, 7 - цанговый досылающий палец с буртиком. На чертежах фиг.5-7 приняты следующие обозначения. 1. Деталь. 2. Рабочая поверхность цанги. 3. Буртик. р - шаг резьбы. Н - высота резьбы. D1 - диаметр буртика. D2 - диаметр рабочей поверхности цанги. Bmin - минимальная в пределах допуска ширина кольцевой выточки детали. К - высота рабочей части цанги. На фиг. 8 изображен цанговый досылающий палец для установки деталей по шлицевым отверстиям. На чертеже фиг.8 приняты следующие обозначения. 1. Наружный диаметр шлицевого отверстия. 2. Цанга. 3. Внутренний диаметр шлицевого отверстия. Цанговый досылающий палец (фиг.1), реализующий предлагаемый способ установки деталей, состоит из корпуса 1, цанги 2 с осевыми прорезями 3 и внутренней конической поверхностью 4. В центральном отверстии цанги 2 размещен разжимной конический шток 5, резьбовая часть 6 которого ввинчивается в отверстие штока привода, например гидравлического или пневматического (на фиг. 1 не показан). Корпус 1 жестко связан с неподвижным корпусом привода. Такая конструкция наиболее удобна для установки деталей по глухим базовым отверстиям. Если установка осуществляется по сквозным отверстиям, то для закрепления можно использовать ключ предельного момента (на фиг.1 не показан), устанавливаемый в шпиндель станка и сопрягаемый с разжимным коническим штоком 5 посредством головки 12 (на фиг.1 показана пунктиром). При этом резьбовая часть 6 штока 5 сопрягается с резьбовым отверстием в неподвижном корпусе 1. Вращение шпинделя станка, передаваемое через ключ предельного момента, либо закрепляет, либо раскрепляет деталь - в зависимости от направления вращения: по или против часовой стрелки. В нижней части цанги 2 (см. фиг.1) по наружной поверхности выполнены сквозные ступенчатые прорези 10, формирующие упругую в осевом направлении цангу, способную упруго деформироваться под действием разжимного конического штока 5. Для завинчивания штока 5 в резьбовое отверстие штока привода служит шлицевый паз 11 или головка 12 под сопрягаемый ключ. Наружная поверхность 7 цанги 2 выполняется сообразно форме базового отверстия устанавливаемой детали. Например, в случае гладкой поверхности базового отверстия рабочая поверхность 7 цанги 2 снабжается кольцевыми проточками 8 или насечкой, чем обеспечивается надежный контакт цанги с поверхностью отверстия детали 9. При этом повышается удерживающая способность цанги. Если установочное отверстие детали 1 (фиг.5) имеет резьбу с шагом р, то рабочая поверхность цанги 2 выполняется резьбовой с тем же профилем и шагом. При этом радиальный ход лепестков цанги 2 должен быть больше высоты резьбы H на величину H![способ установки детали по плоскости и отверстиям, патент № 2201322](/images/patents/269/2201001/8226.gif)
![способ установки детали по плоскости и отверстиям, патент № 2201322](/images/patents/269/2201028/946.gif)
![способ установки детали по плоскости и отверстиям, патент № 2201322](/images/patents/269/2201028/946.gif)
D1=D2+2r
![способ установки детали по плоскости и отверстиям, патент № 2201322](/images/patents/269/2201018/947.gif)
где D1 - диаметр буртика цанги, находящейся в свободном (недеформированном) состоянии; D2 - диаметр базового отверстия детали; r - радиальный ход лепестков цанги;
![способ установки детали по плоскости и отверстиям, патент № 2201322](/images/patents/269/2201018/947.gif)
![способ установки детали по плоскости и отверстиям, патент № 2201322](/images/patents/269/2201015/916.gif)
![способ установки детали по плоскости и отверстиям, патент № 2201322](/images/patents/269/2201001/8226.gif)
![способ установки детали по плоскости и отверстиям, патент № 2201322](/images/patents/269/2201018/947.gif)
![способ установки детали по плоскости и отверстиям, патент № 2201322](/images/patents/269/2201015/916.gif)
![способ установки детали по плоскости и отверстиям, патент № 2201322](/images/patents/269/2201018/947.gif)
![способ установки детали по плоскости и отверстиям, патент № 2201322](/images/patents/269/2201015/916.gif)
h =
![способ установки детали по плоскости и отверстиям, патент № 2201322](/images/patents/269/2201322/914.gif)
![способ установки детали по плоскости и отверстиям, патент № 2201322](/images/patents/269/2201015/916.gif)
![способ установки детали по плоскости и отверстиям, патент № 2201322](/images/patents/269/2201001/8226.gif)
![способ установки детали по плоскости и отверстиям, патент № 2201322](/images/patents/269/2201018/947.gif)
где Вmin - минимальная в пределах допуска ширина канавки устанавливаемой детали;
![способ установки детали по плоскости и отверстиям, патент № 2201322](/images/patents/269/2201015/916.gif)
![способ установки детали по плоскости и отверстиям, патент № 2201322](/images/patents/269/2201018/947.gif)
Требуемую величину упругой деформации в осевом и радиальном направлениях обеспечивают, задавая численные значения жесткости соответствующих элементов устройства, сохраняя при этом отношение осевой жесткости к радиальной большим или равным единице. Необходимая жесткость и соответствующая ей величина деформации при требуемой силе закрепления Р рассчитывается методом конечных элементов, например, с помощью компьютерной программы ANSYS 5.3 для WINDOWS 95 или определяется экспериментальным путем. После обработки детали шток 5 (см. фиг.1) от привода получает перемещение в направлении, противоположном действию силы зажима Р. Цанга 2 под действием сил упругости возвращается в исходное положение, ее диаметр уменьшается, и деталь может быть легко снята с приспособления. Положительный эффект от применения предлагаемого способа установки детали по плоскости и отверстиям с пересекающими ее осями обеспечивается за счет повышения точности и надежности установки. Кроме того, предлагаемый способ дает возможность исключить необходимость применения традиционных прихватов, используемых для установки корпусных деталей по плоскости и отверстиям. В этом случае повышается доступность сторон и поверхностей детали для рабочего инструмента и появляется возможность реализации интегрированной обработки, сборки или контроля. В настоящее время разработаны, изготовлены и успешно испытаны опытно-лабораторные образцы досылающих цанговых пальцев, реализующих предлагаемый способ установки. Использование данного технического решения позволило на порядок повысить точность и надежность установки деталей в приспособлении, а также позволило автоматизировать процесс.
Класс B23Q3/06 зажимные устройства для обрабатываемых изделий