Прецизионное устройство для пространственной ориентации изделий

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для пространственной ориентации объектов. Устройство включает упруго связанные между собой базовый элемент (БЭ) 1 и пространственно ориентируемый установочный элемент (УЭ) с расположенными между ними периферийными опорными узлами 3 и 4 с опорными элементами, а также средства фиксации заданного пространственного положения УЭ. Центры сферических опорных элементов каждого опорного узла размещены в вершинах треугольника, преимущественно - прямоугольного. Каждый периферийный опорный узел выполнен в виде двух элементов 14 и 15, между сферическими поверхностями которых размещен с возможностью перемещения регулировочный элемент 16 с клиновым профилем. Один элемент 14 жестко закреплен на БЭ, а элемент 15 кинематически связан с БЭ посредством подпружиненного рычага 17. Средства фиксации пространственного положения УЭ выполнены в виде расположенных по периферии устройства трех фиксирующих узлов 6. Каждый узел 6 включает две связанные с БЭ взаимоподвижные зажимные губки 8 и 9, а также плоскую пружину 10, один конец которой жестко закреплен на УЭ, а другой размещен между взаимообращенными поверхностями губок. Продольные оси плоских пружин 10 фиксирующих узлов 6 расположены одна относительно другой под углами, отличными от 0 или 180°, и ориентированы вдоль базовой плоскости УЭ под углом, близким или равным 0 или 180°. Технический результат - повышение точности позиционирования изделия, повышение точности и качества обработки изделия. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть промышленно реализовано для пространственной ориентации объектов с целью последующей механической обработки, например в качестве юстировочного средства для прецизионной обработки деталей на металлорежущих (преимущественно, гравировальных строгальных) 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. F16M 9/00, 1992 г.).

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 строгальных станках), поскольку они вызывают изменение пространственных координат положения обрабатываемого изделия (заготовки), что недопустимо, например, при механической обработке на прецизионном оборудовании.

Наиболее близким к заявленному изобретению является прецизионное устройство для пространственной ориентации изделий, содержащее связанные между собой базовый и пространственно ориентируемый установочный элементы, расположенные между ними самоустанавливающиеся центральный и регулируемые периферийные опорные узлы с опорными элементами, а также средства фиксации заданного пространственного положения установочного элемента. При этом базовый и пространственно ориентируемый установочный элементы связаны, по меньшей мере, одним упругим элементом, расположенным в зоне, ограниченной размещенными в вершинах треугольника центрами опорных элементов центрального и периферийных опорных узлов. Каждый периферийный опорный узел выполнен в виде двух опорных элементов с самоустанавливающимися поверхностями, первый из которых жестко закреплен на базовом элементе, а второй, самоустанавливающаяся поверхность которого выполнена сферической, кинематически связан с первым посредством подпружиненного рычага и регулировочного элемента с клиновым профилем, который размещен с возможностью перемещения между самоустанавливающимися поверхностями упомянутых опорных элементов. 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 состоит из жестко связанного с базовым элементом средства зажима и плоской пружины. Один конец плоской пружины жестко закреплен на установочном элементе, а другой расположен с возможностью его жесткой фиксации в зоне зажимных элементов упомянутого средства зажима (RU №2177865, кл. В23Q, 2002 г.).

К недостаткам данного известного из уровня техники устройства следует отнести, во-первых, сложность его сборки ввиду того, что достаточно сложно сориентировать вершины самоустанавливающихся полусферических поверхностей в каждой паре опорных элементов периферийных опорных узлов строго по одной вертикальной оси. А отсутствие данного условия негативно влияет на точность позиционирования изделия перед началом обработки. Кроме того, расположение продольных осей плоских пружин в фиксирующих узлах перпендикулярно базовой плоскости установочного элемента не обеспечивает необходимую жесткость юстировочной системы в целом в процессе обработки резанием (в частности, строганием) под действием усилий действующих по трем ортогональным координатным осям при нарезании именно криволинейных канавок. А несоблюдение данного условия оказывает негативное влияние на точность и качество обработки, что особенно важно, например, при изготовлении рисунка гравюры металлографских форм для производства ценных бумаг.

В основу заявленного изобретения была положена задача создания такого устройства для прецизионной пространственной ориентации изделий, которое наряду с повышением точности позиционирования изделия, обеспечивало бы повышение точности и качества его обработки за счет регламентации жесткости юстировочной системы в процессе строгания конструктивными средствами (т.е. стабилизации пространственного положения закрепляемого на ней обрабатываемого изделия в процессе строгания).

Техническое решение поставленной задачи обеспечивается посредством того, что в прецизионном устройстве для пространственной ориентации изделий, содержащем связанные между собой базовый и пространственно ориентируемый установочный элементы, расположенные между ними самоустанавливающиеся центральный и регулируемые периферийные опорные узлы с опорными элементами, а также средства фиксации заданного пространственного положения установочного элемента, при этом базовый и пространственно ориентируемый установочный элементы связаны, по меньшей мере, одним упругим элементом, расположенным в области, ограниченной размещенными в зоне вершин треугольника центрами опорных элементов центрального и периферийных опорных узлов, а каждый периферийный опорный узел выполнен в виде двух опорных элементов с самоустанавливающимися поверхностями, первый из которых жестко закреплен на базовом элементе, а второй, самоустанавливающаяся поверхность которого выполнена сферической, кинематически связан с первым посредством подпружиненного рычага и регулировочного элемента с клиновым профилем, который размещен с возможностью перемещения между самоустанавливающимися поверхностями упомянутых опорных элементов, 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 состоит из жестко связанного с базовым элементом средства зажима и плоской пружины, один конец которой жестко закреплен на установочном элементе, а другой расположен с возможностью его жесткой фиксации в зоне зажимных элементов упомянутого средства зажима, согласно изобретению, продольные оси плоских пружин фиксирующих узлов расположены одна относительно другой под углами отличными от 0 или 180° и ориентированы вдоль базовой плоскости установочного элемента под углом, близким или равным 0 или 180°, а самоустанавливающиеся поверхности жестко закрепленных на базовом элементе опорных элементов периферийных опорных узлов выполнены цилиндрическими.

Оптимально средства фиксации заданного пространственного положения установочного элемента выполнять в виде трех фиксирующих узлов, в которых продольные оси плоских пружин ориентированы вдоль сторон равностороннего треугольника.

Изобретение иллюстрируется графическими материалами.

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

Фиг.2 - сечение А-А по фиг.1

Фиг.3 - вид по стрелке «В» на фиг.2 (с указанием пространственной ориентации продольной оси /штрихпунктирная линия без позиции/ плоской пружины относительно базовой плоскости установочного элемента).

Прецизионное 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 2. 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 1, а взаимное перемещение зажимных губок 8 и 9 осуществляется посредством резьбовой пары (в виде винта 11 и гайки 12) и пружины 7. Один конец каждой плоской пружины 10 жестко закреплен на обращенной к фиксирующему узлу 6 поверхности установочного элемента 2 (одним из известных способов крепления). Продольные оси (на фиг.3 ось обозначена штрихпунктирной линией) плоских пружин 10 фиксирующих узлов 6 расположены одна относительно другой под углами отличными от 0 или 180° (преимущественно, в одной плоскости, параллельной плоскости 21 установочного элемента 2) и ориентированы вдоль базовой плоскости установочного элемента 2 под углом, близким или равным 0 или 180°. Другой конец каждой 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. Выполнение средств фиксации заданного пространственного положения установочного элемента в виде именно трех фиксирующих узлов (в которых продольные оси плоских пружин ориентированы вдоль сторон равностороннего треугольника) обеспечивает максимальную жесткость конструкции, причем практически одинаковую во всех направлениях в плоскости «X»-«У».

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 области ограниченной треугольником, образованным центрами 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°. Каждый периферийный опорный узел 4 выполнен в виде двух элементов 14 и 15, между самоустанавливающимися поверхностями которых размещен с возможностью перемещения пространственно самоустанавливающийся (посредством его упругой связи с базовым элементом 1) регулировочный элемент 16 с клиновым профилем. Один из упомянутых элементов 14 (выполненный в виде полуцилиндра) жестко закреплен на базовом элементе 1, а другой элемент 15 (выполненный в виде полусферы) кинематически связан 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 возможности 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 (т.е. базовой плоскости) 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 (т.е. базовую плоскость) 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 (т.е. базовую плоскость) установочного элемента 2 выставляют в заданное пространственное положение. После этого осуществляют жесткую фиксацию соответствующих концов 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 соответствующих концов 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 строганием. 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 там, 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 гравировальных строгальных станках металлографских форм для производства денежных знаков и иных ценных бумаг, допуски на изготовление профильных элементов рисунка гравюры которых составляют тысячные доли миллиметра.

1. Прецизионное устройство для пространственной ориентации изделий, содержащее связанные между собой базовый и пространственно ориентируемый установочный элементы, расположенные между ними самоустанавливающиеся центральный и регулируемые периферийные опорные узлы с опорными элементами, а также средства фиксации заданного пространственного положения установочного элемента, при этом базовый и пространственно ориентируемый установочный элементы связаны по меньшей мере одним упругим элементом, расположенным в области, ограниченной размещенными в зоне вершин треугольника центрами опорных элементов центрального и периферийных опорных узлов, а каждый периферийный опорный узел выполнен в виде двух опорных элементов с самоустанавливающимися поверхностями, первый из которых жестко закреплен на базовом элементе, а второй, самоустанавливающаяся поверхность которого выполнена сферической, кинематически связан с первым посредством подпружиненного рычага и регулировочного элемента с клиновым профилем, который размещен с возможностью перемещения между самоустанавливающимися поверхностями упомянутых опорных элементов, 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 состоит из жестко связанного с базовым элементом средства зажима и плоской пружины, один конец которой жестко закреплен на установочном элементе, а другой расположен с возможностью его жесткой фиксации в зоне зажимных элементов упомянутого средства зажима, отличающееся тем, что продольные оси плоских пружин фиксирующих узлов расположены одна относительно другой под углами, отличными от 0° или 180°, и ориентированы вдоль базовой плоскости установочного элемента под углом, близким или равным 0° или 180°, а самоустанавливающиеся поверхности жестко закрепленных на базовом элементе опорных элементов периферийных опорных узлов выполнены цилиндрическими.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средства фиксации заданного пространственного положения установочного элемента выполнены в виде трех фиксирующих узлов, в которых продольные оси плоских пружин ориентированы вдоль сторон равностороннего треугольника.