Устройство для удержания хвостовика инструментальной головки с применением вращающегося кулачка для сведения к минимуму обратных ударов - RU2108207C1
Код документа: RU2108207C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится к устройству для закрепления инструментальной головки в основе и более конкретно относится к использованию кулачкового механизма для приведения в действие запорного стержня, закрепляющего инструментальную головку в основе.
Металлообработка, как правило, осуществляется с использованием режущей пластины из твердого металла. Такая пластина устанавливается в инструментальную головку, которая закрепляется либо временно, либо постоянно в основе, являющейся частью станка, такого как токарный или фрезерный.
Поскольку режущие пластины работают в экстремальных условиях, они должны регулярно заменяться. Для этого режущие пластины должны извлекаться из инструментальной головки. Однако выключение станка при металлообработке на период времени, необходимый для замены режущей пластины, уменьшает эффективность эксплуатации станка. Поэтому целесообразно использовать съемную инструментальную головку, такую, чтобы она вся вместе с режущей пластиной могла быть заменена другой инструментальной головкой, имеющей новую режущую пластину, уже установленную в нее.
Известно устройство для удержания с возможностью освобождения трубчатого хвостовика инструментальной головки, содержащее основу, имеющую обращенную вперед поверхность и отверстие, пересекающее последнюю, простирающееся от нее назад и предназначенное для размещения хвостовика инструментальной головки, запорный стержень с передним и задним концами, размещенный в основе вдоль продольной оси с возможностью совершения возвратно-поступательного движения назад и вперед, предназначенного для втягивания хвостовика инструментальной головки в отверстие, в запертое положение и выталкивания хвостовика инструментальной головки из отверстия в незапертое положение, при это указанный запорный стержень имеет прорезь, расположенную поперек продольной оси и ограниченную передней стенкой, предназначенной для использования в качестве кулачковой следящей поверхности запорного стержня (патент США N 4747735, B 23 C 5/26, 1988).
Недостатком известного технического решения является сложность конструкции, не позволяющая быстро и просто заменить инструментальную головку.
Техническим результатом изобретения является создание такого устройства для удержания с возможностью освобождения трубчатого хвостовика инструментальной головки, которое позволяет быстро и просто производить ее замену.
Это достигается тем, что устройство снабжено кулачком, втулкой и пружиной, при этом кулачок размещен в основе с возможностью вращения и имеет стойку, размещенную в прорези запорного стержня и предназначенную для воздействия на последний для обеспечения возвратно-поступательного движения назад и вперед, при этом втулка имеет кулачковую следящую поверхность и установлена на запорном стержне с возможностью скольжения и взаимодействия со стойкой кулачка, при этом упомянутая пружина размещена между втулкой и задним концом запорного стержня и предназначена для перемещения запорного стержня в запертое положение, стойка кулачка предназначена для воздействия при вращении кулачка в одном направлении на кулачковую следящую поверхность втулки, сжимая при этом пружину и перемещая запорный стержень в запертое положение, а при вращении кулачка в противоположном направлении, разгружая пружину и отпирая запорный стержень, при этом стойка кулачка предназначена также для ограничения разжатия пружины, создавая взаимное воздействие друг на друга кулачковой следящей поверхности запорного стержня и кулачковой следящей поверхности втулки.
Стойка кулачка имеет первый кулачковый сегмент в виде цилиндрической секции и второй кулачковый сегмент в виде нецилиндрической секции, предназначенный для вхождения в контакт с кулачковой следящей поверхностью запорного стержня и кулачковой следящей поверхностью втулки.
Нецилиндрическая секция может быть расположена с максимальным смещением, предназначенным для создания максимального воздействия друг на друга кулачковых следящих поверхностей в промежуточном положении между запертым и незапертым положениями при вращении кулачка.
Максимальное смещение нецилиндрической секции может быть выбрано примерно равным среднему запорному ходу запорного стержня.
Стойка кулачка может иметь форму кулачкового сегмента в виде единственной нецилиндрической секции, предназначенной для вхождения в контакт с кулачковой следящей поверхностью запорного стержня и кулачковой следящей поверхностью втулки.
Единственная нецилиндрическая секция может быть расположена с максимальным смещением, предназначенным для создания максимального взаимного воздействия друг на друга кулачковых следящих поверхностей в промежуточном положении между запертым и незапертым положениями при вращении кулачка.
Максимальное смещение единственной нецилиндрической секции может быть выбрано примерно равным среднему запорному ходу запорного стержня.
Стойка может иметь первый кулачковый сегмент в виде цилиндрической секции и второй кулачковый сегмент в виде цилиндрической секции, смещенной от цилиндрической секции первого кулачкового сегмента таким образом, что кулачковая следящая поверхность запорного стержня и кулачковая следящая поверхность находятся в контакте и разделяются упомянутыми цилиндрическими секциями.
Цилиндрическая секция может быть расположена с максимальным смещением, предназначенным для создания максимального воздействия друг на друга кулачковых следящих поверхностей в промежуточном положении между запертым и незапертым положениями при вращении кулачка.
Максимальное смещение цилиндрической секции может быть выбрано примерно равным среднему запорному ходу запорного стержня.
Сущность изобретения поясняется с помощью чертежей, где на фиг. 1 показан боковой вид в разрезе основы инструментальной головки в незапертом положении; на фиг. 2 - боковой вид в разрезе основы инструментальной головкой в запертом положении, в котором инструментальная головка закреплена; на фиг. 3 показан вид в перспективе вращающегося кулачка, контактирующего с запорным стержнем в его переднем положении; на фиг. 4 - вид в перспективе вращающегося кулачка, перемещающего запорный стержень в его заднее положение; на фиг. 5 - вид в перспективе в разобранном положении варианта осуществления изобретения; на фиг. 6 - развернутый на 90o вид в разрезе, показанный на фиг. 1; на фиг. 7 - показан развернутый на 90o вид сбоку в разрезе, показанный на фиг. 2; на фиг. 8 - относительное положение вращающегося кулачка в запертом и незапертом положениях; на фиг. 9 - график, иллюстрирующий смещение пружины в зависимости от вращения вращающегося кулачка в настоящем варианте осуществления изобретения; на фиг. 10 - вид в перспективе вращающегося кулачка, который имеет нецилиндрический сегмент в соответствии с вторым вариантом осуществления изобретения; на фиг. 11 - кулачок, показанный на фиг. 10, с нецилиндрическим сегментом, простирающимся по всей длине поверхности кулачка; на фиг. 12 - вид сверху в разрезе кулачка, показанного на фиг. 10, находящегося в запертом положении; на фиг. 13 - вид сверху в разрезе кулачка, показанного на фиг. 10, находящегося в незапертом положении; на фиг. 14 - вид сбоку в разрезе основы инструментальной головки, находящейся в незапертом положении, в котором вращающийся кулачок имеет стойку, подобную показанной в разрезе на фиг. 11; на фиг. 15 - вид сбоку в разрезе основы инструментальной головки, находящейся в запертом положении, в котором вращающийся кулачок имеет стойку, подобную показанной в разрезе на фиг. 11; на фиг. 16 - вид сбоку в разрезе основы инструментальной головки, находящейся в промежуточном между незапертым и запертым положении, в котором вращающийся кулачок имеет стойку, подобную показанной в разрезе на фиг. 11.
На фиг. 1 показана инструментальная головка 10, имеющая передний конец 15, на котором установлен резец 20. Резец 20 может отделяться от инструментальной головки 10 прокладкой (не показана), при этом и резец 20 и прокладка 25 крепятся к инструментальной головке 10 при помощи зажима 30, который крепится к инструментальной головке 10 штифтом 35. Инструментальная головка 10 имеет обращенную назад опорную поверхность 40 и трубчатый хвостовик 45, имеющий стенку 50, отступающую назад от переднего конца 15. Инструментальная головка 10 может иметь выравнивающий паз 53, находящийся в стенке 50 хвостовика. В стенке 50 хвостовика также находятся разнесенные между собой прорези 55. Инструментальная головка 10 может иметь обращенные вперед вогнутые контактные поверхности 60, находящиеся в прорезях 55.
Инструментальная головка 10 располагается на продольной оси 56. Как видно на чертежах, многие элементы описываемого устройства расположены симметрично относительно продольной оси 56. Поэтому ссылки будут делаться на один элемент, подразумевая, что описание касается также других аналогичных элементов.
Инструментальная головка, показанная на фиг. 1, это обычная инструментальная головка, применяемая в наборе невращающихся инструментов для механической обработки на токарном станке. Однако, очевидно, что инструментальная головка может использоваться с любым из ряда резцов, используемых как с невращающимися, так и с вращающимися приспособлениями. Кроме того, часть инструментальной головки 10, примыкающая к переднему концу 15, как правило, вращается на 90o относительно цилиндрического хвостовика 45 вокруг продольной оси 56.
На чертежах инструментальная головка показана радиально отделенной от приемного отверстия. Очевидно, что изобретение относится к кулачку и запорному стержню и что соединение между инструментальной головкой и приемным отверстием должно быть таким, как показано, или производиться путем посадки с натягом.
Узел 65 приема инструментальной головки, имеющий обращенную вперед опорную поверхность 67 и проход, состоящий из отверстия 70, проходящего по продольной оси 56, прикреплен к основе 75 и является ее частью.
В проходе 80, проходящем через основу 75, находится выступ 85, входящий в отверстие 70 узла 65 приема инструментальной головки. Отверстие 90 проходит вдоль выступа 85, а запорный стержень 95 установлен с возможностью скольжения внутри отверстия 90.
Вблизи переднего конца 97 на запорном стержне 95 сформированы углубления 100, которые могут выравниваться относительно радиальных прорезей 105, проходящих сквозь выступ 85. Запорный стержень 95 может перемещаться вдоль продольной оси 56 путем его втягивания или выталкивания, воздействуя на любую точку запорного стержня, предпочтительно на опору 110, являющуюся частью запорного стержня 95. Когда запорный стержень 95 вытягивается из инструментальной головки 10, запорные элементы 115, расположенные в прорезях 105 выступа 85 и в углублениях 100 запорного стержня 95, выталкиваются радиально в наружном направлении.
На фиг. 1 показана инструментальная головка 10, извлеченная из ее основы 75 резцедержателя. Для закрепления инструментальной головки 10 в ее основе 75 запорный стержень 95 располагается так, что запорные элементы 115 оказываются в углублениях 100 и помещаются в радиальных прорезях 105. В таком положении трубчатый хвостовик 45 инструментальной головки 10 может вставляться в отверстие 70.
Как показано на фиг.2, при вводе инструментальной головки 10 в отверстие 70 запорный стержень 95 может быть вытянут в направлении, показанном стрелкой 117, из инструментальной головки 10 так, что запорные элементы 115 перемещаются радиально в наружном направлении из углубления 100 на уклоны 116, таким образом вызывая проникновение запирающих элементов 115 в отверстия 55 и контакт запирающих элементов с обращенными вперед вогнутыми контактными поверхностями 60 хвостовика 45 инструментальной головки. Когда запорный стрежень 95 оказывается втянутым по направлению, показанному стрелкой 117, инструментальная головка 10 направляется в узел 65 приема инструментальной головки, и обращенная назад опорная поверхность 40 инструментальной головки 10 входит в контакт с обращенной вперед опорной поверхностью 67 узла 65 приема инструментальной головки. Это действие запорного стержня 95 закрепляет инструментальную головку 10 в узле 65 приема инструментальной головки.
Для освобождения инструментальной головки 10 из узла 65 приема инструментальной головки запорный стержень 95 перемещается в направлении инструментальной головки, показанном стрелкой 119. При этом запорные элементы 115 входят в радиальные прорези 105 и углубления 100 так, что образуется необходимый зазор, и инструментальная головка 10 может извлекаться из узла 65 приема инструментальной головки, как показано на фиг. 1.
Когда инструментальная головка 1 заперта в основе 75, может происходить гибкая деформация узла 65 приема инструментальной головки, таким образом, образуются большие силы трения, удерживающие инструментальную головку 10 в узле 65 приема инструментальной головки. Для освобождения инструментальной головки 10 запорный стержень 95 выдвигается из узла 65 приема инструментальной головки так, что запорный стержень 95 выходит за пределы выступа 80 и входит в контакт с контактной площадью 120, находящейся в трубчатом хвостовике 45 инструментальной головки 10. Перемещаемый таким образом запорный стержень в направлении инструментальной головки 10 упирается в контактную площадь 120, благодаря чему инструментальная головка 10 выталкивается из основы 75 инструментальной головки. Таким образом, при перемещении запорного стержня 95 инструментальная головка 10 может быть закреплена в основе 75 или освобождена из нее, при этом обеспечивается ее быстрая замена.
Сущность настоящего изобретения заключается в механизме выдвижения запорного стержня 95 в направлении, показанном стрелкой 119, в свободное положение, как показано на фиг. 1, и втягивании запорного стержня 95 в направлении, показанном стрелкой 117, для закрепления инструментальной головки 1 в запертом положении, как показано на фиг. 2.
Основные элементы этого механизма, показанного на фиг. 1 и 2, выделены на фиг. 3 и 4. В частности, на фиг. 3 показан запорный стержень 95 в его переднем положении, подобном показанному на фиг. 1. Вращающийся кулачок 150 с продольной осью 155 имеет стойку 160 кулачка, которая может иметь цилиндрическую форму. Стойка 160 имеет продольную ось, смещенную относительно продольной оси 155 кулачка 150. Стойка 160 кулачка имеет по меньшей мере одну кулачковую поверхность 170. Вращающийся кулачок 150 расположен в прорези 180, проходя сквозь запорный стержень 95 он образует на запорном стержне 95 кулачковую следящую поверхность 185, находящуюся на передней части стенки прорези 180.
Кулачок с боков закреплен в основе 75 (фиг. 1) так, что возможно вращение кулачка только вокруг продольной оси 155. С другой стороны, движение запорного стержня 95 допускается только вдоль продольной оси 56. Таким образом, как показано на фиг. 1 и 3, в одном положении кулачка 150 кулачковая поверхность 170 стойки 160 кулачка контактирует с кулачковой следящей поверхностью 185 запорного стержня 95, вынуждая запорный стержень 95 двигаться в направлении, показанном стрелкой 119, в незапертое положение. Во втором положении кулачка 150 (фиг. 2 и 4) кулачковая поверхность 170 стойки 160 кулачка вынуждает запорный стержень 95 двигаться в направлении, показанном стрелкой 117, таким образом вызывая выход запорных элементов 115 из углублений 100 и их движение по уклонам 116, как показано на фиг. 2 и 4, запирая при этом инструментальную головку в основе 75. Нужно отметить, что на фиг. 4 показана кулачковая поверхность 170, находящаяся в непосредственном контакте с запорным стержнем 95. Касаясь перемещения запорного стержня в надлежащем направлении, описываемая предпочтительная конструкция показана на фиг. 2, в которой кулачок 150 толкает запорный стержень 95 в запертое положение, используя промежуточные приспособления, состоящие из втулки и пружины, причем стойка 160 кулачка воздействует на втулку 195, сжимая пружину 200, соединенную с задним концом 205 запорного стержня, таким образом перемещая запорный стержень в направлении, показанном стрелкой 117.
На фиг. 1 - 4 видно, что вращением кулачка 150 от переднего положения, показанного на фиг. 1 и 3, в заднее положение, показанное на фиг. 2 и 4, запорный стержень перемещается от незапертого положения в запертое положение, закрепляя инструментальную головку 10 в основе 75 инструментальной головки.
На фиг. 5 показан вид разобранного устройства, соответствующего настоящему изобретению. Основа 75 с узлом 65 приема инструментальной головки показаны отделенными друг от друга так, что видно отверстие 70 узла приема инструментальной головки, прорезь 210 запорного стержня и выемка для пружины 215 по оси 56, отделенные друг от друга поперечным круглым отверстием 220 и направляющей 225 запорного стержня. Выступ 85, находящийся в отверстии 70, также имеет отверстие 90, через которое запорный стержень 95 выходит, выравнивая относительно друг друга запорные элементы 115 и углубления 100 запорного стержня 95. Кулачок 150 со стойкой 160 установлен в прорезь 180 запорного стержня 95 так, что кулачковая поверхность 170 может контактировать с кулачковой следящей поверхностью 185 запорного стержня 95. Кулачок 150 в поперечном направлении удерживается круглым отверстием 220.
Втулка 195 имеет отверстие 235, в которое вставляется задний конец 205 запорного стержня до контакта втулки с фланцем 240 запорного стержня, примыкая, таким образом, к стойке 160 вращающегося кулачка 150. Втулка 195 прижимается к фланцу 240 запорного стержня пружиной 200, которая крепится к заднему концу 205 запорного стержня колпачком 245. Колпачок присоединен к заднему концу 205 запорного стержня болтом 250, который привинчен к заднему концу 205 запорного стержня. Несмотря на то, что на фиг. 5 цифрой 200 показана спиральная пружина, она показана в качестве примера, в предпочтительном исполнении устройства может применяться блок последовательно расположенных пружин Беллевиля. Пружина сжимается узлом колпачок/болт.
В альтернативном варианте сегмент запорного стержня 95 может быть более гибким для обеспечения упругости, таким образом устраняя необходимость наличия пружины 200. Например, сечение запорного стержня 95, связанного с прорезью 180, может быть уменьшено. В этом варианте втулка 195 из конструкции исключается, при этом стойка 160 кулачка непосредственно контактирует с запорным стержнем 95, перемещая запорный стержень 95 между запертым и незапертым положениями. Однако в таком устройстве размеры прорези 180 должны быть уменьшены для обеспечения возвратно-поступательного перемещения запорного стержня 95 стойкой 160 кулачка.
Фланец 240 запорного стержня входит в выемку 210, что создает боковую опору запорного стержня 95, допускающую в то же время перемещение запорного стержня 95 вдоль продольной оси 56. Таким образом, кулачок 150 может поворачиваться, предпочтительно при помощи инструмента, вставляемого в углубление 255, перемещая запорный стержень 95 из незапертого в запертое положение.
Устройство работает следующим образом. При отсутствии инструментальной головки 10 в отверстии 70 вращение кулачка вызывает возвратно-поступательное перемещение запорного стержня 95 назад и вперед вдоль продольной оси 56, без перемещения относительно втулки 195. При этом запорный стержень 95 будет перемещаться в отверстии 90 узла 65 приема инструментальной головки, а запорные элементы 115 будут свободно перемещаться назад и вперед в радиальных прорезях 105.
Однако, когда инструментальная головка 10 вставлена в отверстие 70, запорный стержень 95 перемещается назад, как показано на фиг. 2, за счет контакта стойки 160 кулачка с кулачковой следящей поверхностью 197 втулки 195. При этом запорные элементы 115 перемещаются наружу из углублений 100 на уклоны 116 и входят в контакт с обращенными вперед вогнутыми поверхностями 60 хвостовика 45 инструментальной головки, захватывая инструментальную головку 1. В этот момент продолжение вращения кулачка 150 будет вызывать отделение втулки 195 от фланца 240 запорного стержня и ее скольжение по запорному стержню 95 от фланца 240 запорного стержня, таким образом сжимая пружину 200, при этом результирующая сила пружины передается на запорный стержень 95 через болт 250, крепящий пружину 200 к запорному стержню 95, как показано на фиг. 2. Зазор 257 показывает это отделение втулки 195 от фланца 240 запорного стержня.
Нужно отметить, что пружина 200 предварительно нагружена втулкой 195. Запорный стержень 95 может быть втянут без задействия пружины 200, если втулка 195 не смещена относительно запорного стержня 95. Однако, если запорные элементы 115 захватывают трубчатый хвостовик 45, запорный стержень 95 оказывается задержанным и дальнейшее перемещение втулки 195 в направлении, показанном стрелкой 117, вызовет перемещение втулки 195 относительно запорного стержня 95. Это, в свою очередь, вызовет сжатие пружины 200, передачу всей силы предварительного сжатия запорным элементам 115 и закрепление трубчатого хвостовика 45.
Втулка 195 и запорный стержень 95 будут перемещаться в направлении, показанном стрелкой 117, до выхода запорных элементов 115 из углублений 100 в положение на наклонных поверхностях 116, где запорные элементы 115 захватывают трубчатый хвостовик 45. Это расстояние определяется как запорный ход. Точное расположение наклонных поверхностей 116, при котором запорные элементы 115 захватывают трубчатый хвостовик 45, зависит от производственных допусков. Поэтому это запорное расстояние будет называться средним запорным ходом.
Это показано на фиг. 6 и 7, которые иллюстрируют боковой вид в разрезе устройства в незапертом и запертом положении. В незапертом положении (фиг. 6) поверхность 170 кулачка входит в контакт с кулачковой следящей поверхностью 185 запорного стержня 95. В этом положении запорный элемент 115 (показанный пунктиром) погружается в углубление 100 запорного стержня 95. Для наглядности узел 65 приема инструментальной головки (фиг.5) здесь исключен. Как видно на фиг. 6, толщина или диаметр стойки 160 кулачка равен или чуть меньше расстояния между кулачковой следящей поверхностью 185 запорного стержня 95 и кулачковой следящей поверхностью 197 втулки 195. Втулка 195 упирается во фланец 240 (не показан) запорного стержня 95 для обеспечения такого промежутка.
Однако в закрытом положении (фиг. 7) запорные элементы 115 (показанные пунктиром) смещены на наклонную поверхность 116 до контакта с хвостовиком инструментальной головки (не показано).
Для наглядности узел 65 приема инструментальной головки и инструментальная головка 10 на этой фигуре исключены. В этом положении дальнейшее вращение кулачка 150 приведет к смещению втулки 195 вдоль запорного стержня 95, при этом пружина 200 сжимается, вследствие чего происходит дальнейшее втягивание запорного стержня 95.
На фиг. 6 и 7 показаны два существенных признака настоящего изобретения. На фиг. 6 показана кулачковая поверхность 170, контактирующая с кулачковой следящей поверхностью 185 запорного стержня в средней секции стойки 160 кулачка, находящаяся на кулачковой поверхности 170а при незапертом положении устройства. На фиг. 7 показана кулачковая поверхность 170, контактирующая с кулачковой следящей поверхностью 197 втулки 195, находящаяся в верхней и нижней секциях 170b, 170c кулачковой поверхности 170, при этом втулка 195, как видно на фиг. 5, имеет отверстие 235. Это важно по двум причинам.
Во-первых, симметричный контакт между кулачковой поверхностью 170 и кулачковыми следящими поверхностями 185 и 197 сводит к минимуму возможность заклинивания запорного стержня 95 в основе 75 инструментальной головки в результате действия на запорный стержень или втулку 195 асимметрично направленных сил. Например, если стойка 160 кулачка входит в контакт с втулкой 195 только верхней частью кулачковой поверхности 170, втулка 195 может быть зажата в основе 75 инструментальной головки, таким образом затрудняя продольное перемещение втулки 195.
Во-вторых, для отпирания и запирания запорного стержня 95 используются отдельные продольные части кулачковой поверхности 170. Как показано на фиг. 6, средняя секция 170a кулачковой поверхности 170 контактирует с кулачковой следящей поверхностью 185 запорного стержня 95, а верхняя и нижняя секции 170b, 170c кулачковой поверхности 170 контактируют с втулкой 195. При таком устройстве нагрузка на изнашивающиеся поверхности стойки 160 кулачка и кулачковых следящих поверхностей 185 и 197 распределяется так, что их износ сводится к минимуму. Как будет описано, контакт втулки 195 и запорного стержня 95 со стойкой 160 кулачка также может происходить в различных радиальных точках.
На фиг. 1 и 2 вращающийся кулачок 150 и стойка 160 кулачка показаны пунктиром. Это также показано на фиг. 8, однако для наглядности диаметр стойки кулачка здесь уменьшен. Положение кулачка 150, при котором стойка кулачка находится в максимально удаленной от инструментальной головки 10 (не показана) точке, будет определено как 0o, а положительное направление вращения будет определено, как вращение против часовой стрелки.
На фиг. 8 и 1 видно, что в незапертом положении кулачок 150 сориентирован под углом примерно 135o. Несмотря на то, что существует возможность вращения кулачка до положения, обозначенного как 180o, угол вращения кулачка намеренно ограничен пределами, меньшими 180o, для уменьшения диапазона поворота кулачка между запертым и незапертым положениями. Это необходимо в случаях, когда основа 75 инструментальной головки представляет собой закрытое пространство и инструмент, который используется при вращении кулачка, такой, как гаечный ключ, может иметь ограниченный ход. Диапазон поворота кулачка 150 ограничен до этих пределов установочным винтом 260 (фиг. 5), ввинченным в отверстие 265 в основе 75 инструментальной головки и входящим в паз 270 в кулачке 159, охватывающий угол, составляющий примерно 135o, соответствующий желательному углу поворота кулачка 150.
Двигаясь от незапертого положения, показанного как (B) на фиг. 8 и изображенного на фиг. 1, к запертому положению, показанному как (A) на фиг. 8 и изображенному на фиг. 2, когда кулачок 150 вращается по часовой стрелке от незапертого положения, запорный стержень 95 перемещается в направлении, показанном стрелкой 117. Запорные элементы 115 перемещаются из углублений 100 наружу, где при инструментальной головке 1, вставленной в отверстие 70, запорные элементы 115 захватывают обращенные вперед вогнутые контактные поверхности 60 инструментальной головки 10. В этом положении продольное перемещение запорного стержня 95 стопорится. Однако продолжение вращения кулачка 150 по часовой стрелке приводит к тому, что кулачковая поверхность 170 перемещает втулку 195 к пружине 200, таким образом сжимая пружину и увеличивая направленную назад силу, тянущую запорный стержень 95 в запертое положение.
Максимальное смещение пружины 200 произойдет при повороте кулачка 150 до положения 0o. Однако для того, чтобы удержать вращающийся кулачок 150 в положении, сводящем к минимуму вероятность внезапного возвращения кулачка в незапертое положение под действием силы пружины, кулачок 150 дополнительно повернут в положение -5o и вращение кулачка ограничивается установочным винтом 260 (фиг. 5) и пазом 270 кулачка 150. Поскольку этот дополнительный угол поворота компенсирует часть силы, с которой пружина воздействует на запорный стержень 95, при помощи этого свойства позитивного запирания обеспечивается минимальная затрата сил.
На фиг. 8 в сочетании с фиг 1 и 2 также показано вращение кулачка от запертого положения в незапертое положение в пределах менее 180o. Когда кулачок 150 вращается от запертого положения против часовой стрелки, стойка 160 кулачка движется в направлении инструментальной головки 10, позволяя пружине разжиматься при движении втулки 195 в направлении фланца 240 запорного стержня. Когда втулка 195 входит в контакт с фланцем 240, дальнейшее вращение кулачка вызывает контакт стойки 160 кулачка 33 с кулачковой следящей поверхностью 185 запорного стержня 95. При этом запорный стержень 95 выдвигается в направлении, показанном стрелкой 119, до контакта переднего конца 97 запорного стержня с контактной поверхностью 120 инструментальной головки 10. В этом положении дальнейшее вращение кулачка приводит к выталкиванию инструментальной головки 10 из основы 75. Устройство сконструировано так, что пределы вращения, необходимые для этого действия, составляют примерно 45o.
Как было описано, контактная поверхность по длине стойки кулачка симметрична и контакт происходит на различной длине для незапертого положения и запертого положения запорного стержня.
Конструкция, показанная на фиг. 1 и 2, включает дополнительный признак изобретения. Даже если контакт стойки кулачка происходит на одной и той же длине стойки, вращение кулачка ограничено так, что при перемещении запорного стержня в запертое и незапертое положения в контакт входят различные радиальные части стойки кулачка. Как показано в качестве примера на фиг. 8, стойка 160 кулачка входит в контакт с втулкой при втягивании запорного стержня своей секцией 272, которая показана жирной линией. Стойка 160 кулачка входит в контакт с запорным стержнем при переводе его в незапертое положение своей секцией 274, показанной жирной линией. Поскольку эти поверхности занимают разное радиальное положение на стойке 160 кулачка, износ стойки 160 кулачка сводится к минимуму.
При нахождении инструментальной головки в отверстии вращение кулачка 150 по часовой стрелке, показанное на фиг.8, обеспечивает движение стойки 160 кулачка, которая перемещает втулку и передает силу на запорный стержень. Когда втулка сжимает пружину, эта сила также передается запорному стержню. Для обеспечения надлежащего запирания запорного стержня необходимо получить силу сжатия пружины, составляющую свыше 454 кгс. Эта сила передается через кулачок в форме вращающегося момента, когда запорный стержень перемещается между незапертым и запертым положением. В целом, вращающийся кулачок вращается ручным инструментом, таким как гаечный ключ, и высокое значение образуемой силы сжатия пружины передается через кулачок гаечному ключу в виде высокого значения вращающегося момента. В результате может возникнуть нежелательный эффект обратного удара от кулачка при его движении между запертым и незапертым положениями.
На фиг. 9 показана стойка кулачка и смещение пружины от запертого положения (A) запорного стержня, соответствующего углу поворота кулачка, равному 0o, в разгруженное положение (B), соответствующее углу поворота кулачка, равному 135o. Линия 280 показывает смещение стойки 160 кулачка в точке ее контакта с втулкой 195 при вращении кулачка от запертого к незапертому положению. Как отмечалось ранее, запертое положение кулачка реально соответствует углу поворота, равному -5o, однако, это не показано на фиг. 9. На фиг. 9 можно видеть, что линия 280 постепенно идет под уклон и, когда кулачок поворачивается к незапертому положению, уклон становится круче. Эта же линия показывает профиль смещения пружины до момента контакта втулки 195 с фланцем 24-0 запорного стержня, который может происходить при угле поворота кулачка, равном примерно 40o. Это будет соответствовать положению запорного стержня 95, показанному на фиг. 1 и 2. В этой точке при дальнейшем вращении кулачка пружина больше не разжимается, однако запорный стержень перемещается в направлении, показанном стрелкой 119, освобождая инструментальную головку 10. Однако во время вращения кулачка, вызывающего смещение пружины, на стойку кулачка воздействует существенная сила, образующая высокое значение вращающего момента. Когда для типичного комплекта пружин сила сжатия превышает 454 кгс, сила и соответствующий вращающий момент, передаваемый кулачком и необходимый для запирания и отпирания запорного стержня 95, становятся существенными с точки зрения образования эффекта обратного удара.
Желательно создание конструкции, в которой эффект обратного удара был бы уменьшен, и это является ключевым моментом второго варианта осуществления изобретения. Путем изменения конфигурации стойки кулачка (т.е. отказа от трубчатой формы) смещение пружины может быть изменено по всему ходу. Вновь вернемся к фиг. 1. Если инструментальная головка 10 не помещена в отверстие 70, то в этом случае, когда трубчатый кулачок 150 вращается от незапертого положения к запертому положению, весь узел, включающий запорный стержень 95, втулку 195, пружину 200 и торцевой колпачок 205, движется, перемещаемый стойкой 160 кулачка. В таком устройстве нет относительного перемещения между втулкой 195 и запорным стержнем 95. Относительное перемещение существует только тогда, когда запорный стержень 95 удерживается инструментальной головкой 10, при этом движение кулачка 150 воздействует на втулку 195 и сжимает пружину 200. Это и есть то движение, при котором образуется кривая 280, показанная на фиг. 9.
Было обнаружено, что изменение профиля стойки кулачка может выгодно влиять на смещение пружины и позволяет увеличить диапазон поворота, в пределах которого пружина разжимается (или сжимается), и ввести дополнительную силу трения, воздействующую на стойку кулачка, что уменьшает силу обратного удара, образуемого при использовании полностью 3цилиндрической стойки кулачка. Путем применения эксцентрического кулачка, проходящего по всей длине стойки кулачка, смещение пружины, непосредственно поворачивающее кулачок, может быть сведено к минимуму. В частности, стойка кулачка может влиять на разжатие (или сжатие) пружины так, что вращающий момент, воздействующий на кулачок, может быть уменьшен. Кроме того, смещение пружины распространяется при ее разжатии (или сжатии) на большой диапазон поворота кулачка, таким образом сводя с минимуму высокое значение силы, передаваемой при более коротком диапазоне поворота, вместо чего передается более низкое значение силы при большем диапазоне вращения.
Кроме того, путем увеличения диапазона поворота кулачка для разжатия (или сжатия) сила, передающаяся на стойку кулачка в точке вращения стойки кулачка, создает меньшее плечо рычага, и таким образом в еще большей степени уменьшает вращающий момент.
На фиг. 10 показан кулачок 150, имеющий стойку 160 кулачка с тремя выраженными сегментами 161, 162, 163. Сегменты 161 и 162 имеют профиль, идентичный ранее описанному, а сегмент 163 имеет дополнительный кулачковый выступ 290. На фиг. 11 показан кулачок 150, имеющий стойку 160 кулачка с одним сегментом 164, имеющим профиль, идентичный профилю сегмента 163, показанному на фиг. 10. На фиг. 12 показано сечение стойки 160 кулачка, проходящее через сегмент 163, показанный на фиг. 10, или сегмент 164, показанный на фиг. 11. Сегменты 161 и 162 стойки кулачка имеют радиус r1, а сегмент 163 имеет дополнительный кулачковый выступ, имеющий радиус r2, который совместно с радиусом r1 образует непрерывную поверхность. Принимая за основу линию 167, пересекающую центральную линию 165 стойки 160 кулачка и центральную линию 152 кулачка, максимальное отклонение от радиуса r1 происходит под углом к линии, принятой на основу, равным примерно 65o. Это находится примерно в середине хода вращающегося кулачка. Величина радиуса r2 приблизительно равна расстоянию, которое проходит запорный элемент 115 от основания уклона 116 до той части уклона 116, в которой запорный элемент захватывает трубчатый хвостовик. Это расстояние определяется как средний запорный ход.
Вернемся к фиг. 1. Вращение кулачка 150 без установки инструментальной головки 10 будет перемещать запорный стержень 95, втулку 195, пружину 200 и торцевой колпачок 205 как единый узел без относительного перемещение между этими элементами. Кроме того, цилиндрическая стойка 160 кулачка свободно вращается в прорези 180 запорного стержня между кулачковой следящей поверхностью 185 запорного стержня 95 и кулачковой следящей поверхностью 197 втулки 195. Модификация кулачка приведет к другому результату. В частности, как показано на фиг. 14-16 и будет поясняться более подробно, модифицированный кулачок 150 будет работать как клин между кулачковой следящей поверхностью 185 запорного стержня 95 и кулачковой следящей поверхностью 1967 втулки 195, таким образом заставляя вращаться две отдельные части. Даже без помещения запорного стержня 95 в отверстие 70 вращение кулачка 150 будет сжимать пружину до максимального уровня, соответствующего разнице меду радиусами r2 и r1.
На фиг. 12 показан кулачок в запертом положении, соответствующем положению (A), показанному на фиг. 8. На фиг. 13 показан кулачок в незапертом положении, соответствующем положению (B), показанному на фиг. 8. Кроме того, на фиг. 14 и 15 показаны основа 75 инструментальной головки и инструментальная головка 10, идентичные описанным ранее и показанным на фиг. 1 и 2, за исключением того, что теперь кулачок 150 имеет стойку 160, аналогичную показанным на фиг. 10 и 11. При вращении кулачка 150 от запертого положения к незапертому положению втулка 195 будет следовать движению первого сегмента 161 и второго сегмента 162 стойки 160 кулачка (или стойки 164 кулачка) так же, как было описано ранее. Однако с применением кулачкового выступа 290 при движении запорного стержня 95 из запертого положения в незапертое положение, тогда как в результате этого вращения пружина разжимается, таким образом образуя эффект обратного удара, кулачковый выступ 290 будет воздействовать на кулачковую следящую поверхность 185 запорного стержня 95, таким образом слегка отделяя фланец 240 запорного стержня от втулки 195. Это, в свою очередь, сожмет пружину, вызывая примыкание кулачковых следящих поверхностей 185 и 197 запорного стержня 95 и втулки 195 соответственно к стойке 160 кулачка. Линия 282, показанная на фиг. 8, демонстрирует смещение пружины, вызванное этим относительным перемещением между запорным стержнем и втулкой. В середине диапазона вращения, примерно под углом 65o, смещение пружин достигает максимума.
Используя размеры, характерные для настоящего изобретения, отметим что максимальное смещение между запорным стержнем 95 и втулкой 195, возникающее при повороте примерно на 65o, составляет около 1,27 мм, что показано линией 282. Эта величина смещения, равная 1,27 мм, соответствует максимальному смещению пружины, необходимому для достижения среднего значения запирающей силы. Как показано линией 282 с применением круглого кулачка, показанного на фиг. 1-8, смещение пружины на 1,27 мм происходит при повороте на угол, составляющий около 40o. С использованием модифицированного кулачка, показанного на фиг. 10 и 11, отклонение пружины происходит в соответствии с линией 280 до тех пор, пока кулачковый выступ не заставит ее отклоняться в соответствии с линией 282.
Для наглядности линия 280 показана совместно с линией 282 для демонстрации реального отклонения пружины с применением модифицированного кулачка. Реальное отклонение пружины показано верхним сегментом пересекающихся линий 280 282. Отклонение пружины под воздействием кулачкового выступа происходит между 70o и 135o в диапазоне, превышающем 60o, в отличие от конструкции, не имеющей кулачкового выступа, в которой полное отклонение происходит между 0o и 40o в диапазоне 40o.
На фиг. 14 показан кулачок с модифицированным кулачковым выступом, расположенный в основе 75 инструментальной головки. Кулачковый выступ 290 показан в положении, примыкающем к кулачковой следящей поверхности 185 запорного стержня 95. При вращении кулачка 150 по часовой стрелке в запертое положение кулачковый выступ будет воздействовать на кулачковую следящую поверхность запорного стержня, таким образом увеличивая сжатие пружины до степени, превышающей степень сжатия, производимую кулачком с обычным профилем в начале вращения, но одновременно повышает сопротивление вращению, вызываемое трением. Это показано в среднем положении, представленном на фиг. 16.
Дальнейшее вращение продвигает кулачковый выступ 290 за пределы контакта с кулачковой следящей поверхностью 185 запорного стержня 95, когда только округлая часть кулачка (161, 162 на фиг. 10 или 164 на фиг. 11) контактирует со следящей поверхностью 185. Кулачок 150 в запертом положении показан на фиг. 15.
Действие, производимое смещенным кулачковым выступом 290 в центральной секции 163 стойки 160 кулачка, может повторяться, если центральная секция 163 имеет цилиндрический профиль, а верхняя и нижняя секции 161 и 162 имеют кулачковые выступы, подобные кулачковому выступу 290. Необходимый эффект достигается в случае, когда разжатие (или сжатие) пружины происходит в большем диапазоне вращения, чем тот эффект, который производится круглым кулачком, показанным на фиг. 1-8.
Очевидно, что ориентация кулачкового выступа 290 может быть изменена на 180o так, что происходит контакт с втулкой 195, а не с запорным стержнем 95. Однако, как можно видеть на фиг. 10, при этом было бы необходимо поменять местами сегменты 161 и 162 с сегментом 163, имеющим кулачковый выступ.
Реферат
Изобретение относится к устройству для закрепления кулачкового механизма для приведения в действие запорного стержня, закрепляющего инструментальную головку. Техническим результатом изобретения является создание такого устройства для удержания с возможностью освобождения трубчатого хвостовика инструментальной головки, которое позволяет быстро и просто производить ее замену. Это достигается тем, что устройство снабжено кулачком, втулкой и пружиной. Кулачок размещен в основе с возможностью вращения и имеет стойку, размещенную в прорези запорного стержня и предназначенную для воздействия на него для обеспечения возвратно-поступательного движения. Втулка установлена на запорном стержне, а пружина размещена между втулкой и задним концом запорного стержня и поджимает втулку к стойке кулачка. 9 з.п. ф-лы, 16 ил.
