SI25251A - Samozatezna hitro vpenjalna vrtalna glava - Google Patents

Abstract

Samozaporna hitro vpenjalna vrtalna glava, ki obsega valjasto telo, ki ima na enem koncu izvrtino za sprejem nosilnega trna ali držala za vpetje v delovno napravo in je na drugem, sprednjem koncu odprto votlino za sprejem vpenjalnih čeljusti, vpenjalne čeljusti, v katere se namesti in vpne delovno orodje v obliki svedra, in vrtljivo ohišje, ki obdaja valjasto telo in vpenjalne čeljusti, pri čemer je vpenjalna čeljust izvedena kot valjasti izsek, katerega vrh sega preko središča valja, z ekscentrično izvrtino, ki se nahaja v območju vrha izven središča valja, s poševnim ozobjem na krožnem plaščnem delu, in z rotacijskim ozobjem, razporejenim na vrhu valjastega izseka po celotni višini vpenjalne čeljusti, pri čemer je vpenjalna čeljust preko ekscentrične izvrtine vrtljivo nameščena na v votlini radialno in z vzdolžno osjo vrtalne glave vzporedno nameščenem vodilnem sorniku.

Description

SAMOZATEZNA HITRO VPENJALNA VRTALNA GLAVA Predmet izuma

Predmet izuma je samozatezna hitro vpenjalna vrtalna glava, ki obsega valjasto telo, ki ima na svojem zadnjem koncu izvrtino za sprejem nosilnega trna ali držala za vpetje v delovno napravo in je na svojem sprednjem koncu odprto za sprejem vpenjalnih čeljusti, in vrtljivo ohišje, ki obdaja valjasto telo in vpenjalne čeljusti.

Tehnični problem

Tehnični problem je zasnovati tako samozatezno hitro vpenjalno glavo z vpenjalnimi čeljustmi, ki bo omogoča hitro in enostavno vpenjanje in izpenjanje svedra z relativno majhno silo brez kakršne koli uporabe dodatnega orodja, tudi med samim delovanjem delovne naprave, in bo hkrati zagotavljala zadostno silo vpetja delovnega orodja, to je svedra, ne da bi pri tem vpenjalne čeljusti povzročale deformacije na steblu svedra oziroma da so deformacije minimalne, kar bo bistveno povečalo življenjsko dobo tako svedra kot tudi vpenjalne glave. Hkrati naj bo zasnova vpenjalne glave enostavna, iz majhnega števila sestavnih delov in ekonomsko upravičena.

Stanja tehnike

Vpenjalne vrtalne glave, poznane iz stanja tehnike, imajo telo glave, v katerem so razporejene največkrat tri vpenjalne čeljusti, med katere se vpne delovno orodje v obliki svedra. Vpenjalne čeljusti so podolgovate valjaste oblike in so v telesu glave razporejene po radiu v enakomernih razmikih in poševno glede na vzdolžno os vrtalne glave tako, da so notranji konci čeljusti bolj oddaljeni od vzdolžne osi vrtalne glave kot zunanji konci. Čeljusti imajo na delu svoje dolžine izvedeno navojno ozobje, kije v ujemu z navojnim obročem, s pomočjo katerega se čeljusti premikajo v vzdolžni smeri osi vpenjalne glave. Vrtenje navojnega obroča povzroči premikanje vpenjalnih čeljusti v vzdolžni smeri glavne osi tako, da se spreminja svetlina med sprednjimi konci čeljusti. Pri vpenjanju svedra se vpenjalne čeljusti združujejo in z zunanjimi konci vpnejo sveder. Vsakokratni zunanji konec čeljusti je tvoijen v obliki klina, katerega vrh poteka v smeri vzdolžne osi vrtalne glave in vzdolž svedra. S pomočjo klina čeljust zgrabi telo svedra bodisi točkovno ali linijsko, odvisno od zasnove čeljusti, in skupaj s preostalima dvema čeljustma ustvaija silo vpetja. Sila vpetja mora biti zadosti velika, da se prepreči zasuk svedra. Zaradi velike vpenjalne sile in klinaste oblike čeljusti pogosto pride do poškodb in deformacij stebla svedra, kar lahko povzroči zdrs stebla v vrtalni glavi, izmik iz središča in točnost krožnega teka, s tem pa netočno obdelavo. V najhujšem primeru lahko sveder med delovanjem tudi izpade iz vrtalne glave. V takem primeru se osno vpetje ponovno zagotovi s povečanjem vpenjalne sile, s čimer se možnost poškodb še dodatno poveča. Povečevanje vpenjalne sile ima negativne posledice tudi pri izpenjanju svedra iz vrtalne glave, ker se s tem poveča sila, ki je potrebna za izpetje svedra iz glave. To pa posledično vpliva tudi na čas, ki je potreben za zamenjavo svedra. Taka zasnova vpenjanja svedra zahteva tudi zelo natančno radialno razporeditev vpenjalnih čeljusti in njihovo kotno premikanje glede na vzdolžno os vrtalne glave. V nasprotnem primeru sveder ni središčno vpet in j e točnost krožnega teka nezadovolj iva.

Pri drugi zasnovi vpenjalne glave so vpenjalne čeljusti zasnovane kot prirezani stožčasti izseki, ki so v povezavi bodisi s stožčastim navojnim obročem ali posebnim navojnim vijakom. Slednji je v navojnem ujemu z vrtljivim ohišjem. S pomočjo vrtljivega ohišja in vijaka se vpenjalne čeljusti premikajo vzporedno in v smeri vzdolžne osi vrtalne glave. Pri premikanju v vzdolžni smeri čeljust s svojo zunanjo ploskvijo drsi po notranji ploskvi konično oblikovanega ohišja glave. Posledično se svetlina čeljusti, ko se le te premikajo v smeri ven iz vrtalne glave, zmanjšuje in obratno, ko se čeljusti premikajo proti notranjosti vrtalne glave, se svetlina povečuje. Takrat lahko vrtalna glava sprejme večji sveder oziroma sprosti tistega, ki je vpet v vrtalni glavi. Tudi te vrste vrtalnih glav imajo običajno tri vpenjalne čeljusti, med katere je z zadosti veliko silo vpetja vpet sveder. Da se zagotovi središčnost vpetja svedra v vrtalni glavi, t. im. točnost krožnega teka, se zahteva izredna natančna izdelava vseh sestavnih delov, ki morajo biti med seboj popolnoma soosni. Sila vpetja mora biti relativno velika, da se prepreči zasuk svedra. Posledično lahko pride do poškodb stebla svedra.

Rešitev tehničnega problema

Navedeni tehnični problem je rešen s samozapomo hitro vpenjalno vrtalno glavo, ki obsega valjasto telo, ki ima na enem koncu izvrtino za sprejem nosilnega trna ali držala za vpetje v delovno napravo in je na drugem, sprednjem koncu odprto votlino za sprejem vpenjalnih čeljusti, vpenjalne čeljusti, v katere se namesti in vpne delovno orodje v obliki svedra, in vrtljivo ohišje, ki obdaja valjasto telo in vpenjalne čeljusti, pri čemer je vpenjalna čeljust izvedena kot valjasti izsek, katerega vrh sega preko središča valja, z ekscentrično izvrtino, ki se nahaja v območju vrha izven središča valja, s poševnim ozobjem na krožnem plaščnem delu, in z rotacijskim ozobjem, razporejenim na vrhu valjastega izseka po celotni višini vpenjalne čeljusti, pri čemer je vpenjalna čeljust preko ekscentrične izvrtine vrtljivo nameščena na v votlini radialno in z vzdolžno osjo vrtalne glave vzporedno nameščenem vodilnem somiku.

Vpenjalne čeljusti so v zobniškem ujemu z vrtljivim ohišjem, katerega zasuk povzroči zasuk vpenjalnih čeljusti okoli vodilnega somika, pri čemer se vpenjalne čeljusti razmaknejo za sprejem delovnega orodja.

Vpenjalne čeljusti so v povezavi z vrtljivim ohišjem preko prednapete upogibne spiralne vzmeti, ki je razporejena v valjastem telesu in sili vpenjalne čeljusti v zaprto lego. Upogibna spiralna vzmet je z enim koncem pritijena na valjastem telesu, z drugim koncem je pritijena na vrtljivo ohišje. Ko je v vrtalni glavi nameščen sveder, upogibna spiralna vzmet zapira vpenjalne čeljusti, te pa s pomočjo poševnega ozobja, ki se nahaja na krožnem plaščnem delu čeljusti, držijo sveder. Potisna sila vrtanja, ki deluje v nasprotni smeri vrtanja, deluje na poševno ozobje vpenjalnih čeljusti in pri tem zapira vpenjalne čeljusti Posledično se povečuje sila vpenjanja svedra v vpenjalnih čeljustih, s tem pa je sila vzmeti lahko manjša. Zaradi večtočkovnega vpetja stebla svedra v čeljustih, ki je posledica poševnega ozobja, so deformacije stebla svedra manjše.

Vrtalna glava ima v čelni ploskvi središčno razporejen magnet, ki preprečuje izpad svedra iz vrtalne glave v času njegove menjave, ko ga vrtalne čeljusti ne držijo. Hkrati pomaga tudi pri centriranju svedra.

Zaradi manjše potrebne sile vpenja, je zahtevana manjša sila za izpetje svedra iz vrtalne glave, kar vodi v lažje rokovanje. Taka zasnova vpenjalnih čeljusti in vrtalne glave omogoča relativno enostavno izvedbo z majhnim številom sestavnih delov.

Bistvena prednost vrtalne glave po izumu je v tem, da s svojo zasnovo omogoča menjavo svedra med samim delovanjem delovnega stroja, kar znatno prispeva k izboljšanju delovne učinkovitosti. Zahtevana sila, ki je potrebna za odpiranje vpenjalnih čeljusti, je majhna in se jo doseže z ročnim stiskom vrtljivega ohišja. Sveder, ki je vstavljen med razprte čeljusti, zgrabi magnet in ga drži dokler ga ne vpnejo vpenjalne čeljusti. Magnet tudi preprečuje izpad svedra iz vpenjalnih čeljusti v primeru izpenjanja, ko so vpenjalne čeljusti že odprte. Hkrati je jakost magneta zgolj tolikšna, da se sveder lahko ročno enostavno vzame iz vpenjalnih čeljusti. Ker je magnet in s tem tudi sveder središčno razporejen, so vrtilne hitrosti nizke in ne predstavljajo nevarnosti za uporabnika.

Zaradi ekscentričnega vpetja vpenjalnih čeljusti se radij plaščnega dela čeljusti, na katerem je razporejeno poševno ozobje, s kotom povečuje. To tudi omogoča vpetje svedrov različnih premerov oziroma različnih velikosti. S tem je omogočena uporaba ene vrtalne glave za več velikosti svedrov.

Dodatna prednost vrtalne glave po izumu je samocentriranje svedra med vpenjanjem, kije posledica treh valjastih čeljusti s spreminjajočim radiem poševnega ozobja.

Vrtalna glava po izumu je namenjena za uporabo pri ročnih in stebmih vrtalnih strojih, za montažo na trne za vpenjalne ali neposredno na vreteno stroja.

Izum bo podrobneje opisan na osnovi izvedbenega primera in slik, ki prikazujejo

Sl. 1 Samozatezna hitro vpenjalna vrtalna glava po izumu, vzdolžnim prerez Sl. 2 Samozatezna hitro vpenjalna vrtalna glava po izumu, čelni pogled

Samozatezna hitro vpenjalna vrtalna glava 1 obsega valjasto telo 10, ki ima na enem koncu središčno izvrtino 11 za sprejem nosilnega trna ali držala za vpetje v delovno napravo in ima na drugem, sprednjem koncu odprto votlino, ki sprejme tri prizmatične vpenjalne čeljusti 20, v obliki valjastega izseka, katerega vrh 25 sega preko središča valja, tri somike 30, ki so radialno razporejeni znotraj sprednje votline 12 valjastega telesa 10 v medsebojno enakih razmikih in na katerih so vrtljivo razporejene vpenjalne čeljusti 20, vrtljivo ohišje 40, ki obdaja valjasto telo 10 in vpenjalne čeljusti 20, pri čemer je vrtljivo ohišje z vpenjalnimi čeljustmi 20 povezano preko zobniške dvojice 23, 42 in je z valjastim telesom 10 povezano z elastičnim elementom v obliki upogibne spiralne vzmeti 50, ki vrača vpenjalne čeljusti 20 v izhodiščno, zaprto lego, in pokrov 60, ki zapira odprto votlino valjastega telesa in s tem tudi sprednji del vrtalne glave 1.

Valjasto telo 10 ima na enem koncu središčno izvrtino 11 za sprejem nosilnega trna ali držala za vpetje v delovno napravo in na drugem, sprednjem koncu odprto votlino 12 za sprejem treh prizmatičnih vpenjalnih čeljusti 20. Odprto votlino 12 v izvedbenem primeru obdajajo trije nastavki 13 za pritrditev pokrova 60, ki so razporejeni na obodnem delu valjastega telesa 10. V izvedbenem primeru je pritrditev pokrova 60 izvedena z vijačno zvezo. V območju zadnjega dela valjastega telesa 10 je po obodu razporejen obodni utor 15, v katerem je razporejen elastični element v obliki prednapete upogibne spiralne vzmeti 50, ki bo podrobneje opisana v nadaljevanju. V čelni ploskvi valjastega telesa 10, kije v bistvu osnovna ploskev votline 12 in hkrati omejevalo pri vstavljanju svedra v vpenjalne čeljusti, so radialno v enakih razmikih razporejene tri vijačne izvrtine 14, ki vsaka sprejme vodilni somik 30, natančneje navojni konec vsakokratnega vodilnega somika 30. Na prostem koncu somika 30, ki sega v odprto votlino 12, je vrtljivo nameščena vpenjalna čeljust 20.

Vpenjalna čeljust 20 je prizma, ki je izvedena v obliki valjastega izseka, katerega vrh 25 sega preko središča valja. Vpenjalna čeljust 20 ima v območju vrha izven središča valja skoznjo ekscentrično izvrtino 21, preko katere je vpenjalna čeljust 20 vrtljivo nameščena na vodilnem somiku 30 in niha okoli njegove osi. Na krožnem delu plašča vpenjalne čeljusti 20 je razporejeno poševno ozobje 22, s katerim vsakokratna čeljust 20 skupaj z drugim dvema vpenjalnima čeljustma 20 vprijema delovno orodje v obliki svedra, natančneje steblo svedra. Poševno ozobje 22, ki se razprostira po celotnem krožnem plaščnem delu, ima naklon večji od 0° glede na vzdolžno os in manjši od 45°, natančneje med 5° in 20°, še natančneje med 6° in 15°, in je odvisen od območja velikosti svedrov, za katere se dotična vrtalna glava uporablja. Oblika zob v poševnem ozobju je koničasta. Z naklonom ozobja in obliko zob se doseže veliko vpenjalno silo, ki deluje na relativno veliki dolžini stebla svedra, ker je steblo svedra vpeto med vpenjalne čeljusti po celotni njihovi višini. Zaradi izsrediščenosti izvrtine 21 in s tem tudi izsrediščenosti osi nihanja vpenjalne čeljusti 20, se radialna oddaljenost poševnega ozobja 22 od nihajne osi s kotom spreminja, kar omogoča vpetje svedrov določenega dimenzijskega območja, ne zgolj ene dimenzije svedra. Vsakokratna vpenjalna čeljust 20 je na vodilnem somiku 30 razporejena tako, da vpenjalna čeljust 20 pri odpiranju zaniha v smeri manjšega radia.

Na nasprotni strani krožnega plašča vpenjalne čeljusti 20, v območju vrha se po celotni višini vpenjalne čeljusti 20 razprostira rotacijsko ozobje 23, prednostno v obliki dveh zob, ki ubirata s soležnim rotacijskim ozobjem 42 na notranjem obodu vrtljivega ohišja 40, ki bo opisano v nadaljevanju.

Vrtljivo ohišje 40 obdaja valjasto telo 10 in vpenjalne čeljusti 20 in je hkrati z njima tudi povezano, v izvedbenem primeru razstavljivo. Z valjastim telesom 10 je vrtljivo ohišje 40 povezano preko elastičnega elementa v obliki prednapete upogibne spiralne vzmeti 50, kije v obliki navitja razporejena v obodnem utoru 15 valjastega telesa 10. Spiralna vzmet 50 je z enim koncem pritijena na valjasto telo 40, z drugim koncem na vrtljivo ohišje 10. Vpenjalne Čeljusti 20 in vrtljivo ohišje 40 so v medsebojnem zobniškem ujemu 23, 42. Na notranjem obodu vrtljivega ohišja 40 so v območju vpenjalnih čeljusti 20 izvedeni cikloidni utori 43, v katere se pri odpiranju umaknejo vpenjalne čeljusti 20.

Zasuk vrtljivega ohišja 40 zaradi stalnega zobniškega ujema 42, 23 povzroči zasuk vsakokratne vpenjalne čeljusti 20, pri čemer se vpenjalne čeljusti 20 medsebojno razmaknejo. Da se zagotovi zadosten zasuk vsakokratne vpenjalne čeljusti 20, so v notranjem obodu vrtljivega ohišja 40 razporejeni cikloidni utori, v katere se pri zanihanju čeljusti v odprto lego delno umakne vsakokratna vpenjalna čeljust 20. Zasuk vrtljivega ohišja 40 upogibno obremeni spiralno vzmet 50, ki se po prenehanju obremenjevanja, to je pri sprostitvi vrtljivega ohišja 40, vrne v svojo začetno lego. Skupaj z vzmetjo 50 se v začetno lego vrne vrtljivo ohišje 40, z njim pa tudi vrtljive čeljusti 20. V primeru, ko se v vrtalni glavi nahaja sveder oziroma steblo svedra, le ta prepreči vrnitev vpenjalnih čeljusti in upogibni vzmeti v začetno lego. Vpenjalne čeljusti vpnejo steblo svedra z upogibno silo upogibne vzmeti 50.

Izvedbeni primer vrtalne glave ima v čelni ploskvi valjastega telesa 10 središčno razporejen magnet 16, ki deluje na vstavljeni sveder in preprečuje njegov izpad iz vrtalne glave v času, ko sveder ni vpet v vpenjalnih čeljustih 20.

Pokrov 60, ki zapira vrtalno glavo 1 s sprednje strani in s tem tudi vrtljivo ohišje 40 skupaj z valjastim telesom 10 in vpenjalnimi čeljustmi 20, ima središčno odprtino 61 za vpenjanje in izpenjanje svedra. Središčna odprtina 61 je proti notranjosti izvedena z velikim posnetjem, ki omogoča iztekanje opilkov, ki se lahko naberejo v sami vrtalni glavi. Pokrov 60 ima na ploskvi, ki gleda v notranjost vrtalne glave, vodilne izvrtine 62 za pozicioniranje vodilnih somikov 30. Notranja ploskev pokrova je tudi omejevalo v osni smeri vpenjalnim čeljustim 20, ki imajo zato v neposredni bližini izsrediščne izvrtine 21naslon 24 s katerim nalegajo na notranjo ploskev pokrova 60. Pokrov 60 je v izvedbenem primeru vijačno pritrjen na vsakokratnem nastavku 13.

Razumljivo je, da lahko strokovnjak s področja izvede tudi drugačne izvedbene primere ne da bi pri tem obšel bistvo izuma.

Claims (8)

1. Patentni zahtevki

   1. Samozatezna hitro vpenjalna vrtalna glava, ki obsega valjasto telo (10), ki ima na enem koncu izvrtino za sprejem nosilnega trna ali držala za vpetje v delovno napravo in je na drugem, sprednjem koncu odprto votlino (12) za sprejem vpenjalnih čeljusti, vpenjalne čeljusti (20), v katere se namesti in vpne delovno orodje v obliki svedra, in vrtljivo ohišje (40), ki obdaja valjasto telo in vpenjalne čeljusti, značilna po tem, da je vpenjalna čeljust (20) izvedena kot valjasti izsek, katerega vrh (25) sega preko središča valja, z ekscentrično izvrtino (21), ki se nahaja v območju vrha (25) izven središča valja, s poševnim ozobjem (22) na krožnem plaščnem delu, in z rotacijskim ozobjem (23), razporejenim na vrhu (25) valjastega izseka po celotni višini vpenjalne čeljusti, pri čemer je vpenjalna čeljust (20) preko ekscentrične izvrtine (21) vrtljivo nameščena na v votlini (12) radialno in z vzdolžno osjo vrtalne glave vzporedno nameščenem vodilnem somiku (30).
2. 2. Samozatezna hitro vpenjalna vrtalna glava po zahtevku 1, značilna po tem, da obsega tri vpenjalne čeljusti (20) in tri vodilne somike (30), ki so radialno razporejeni v med seboj enakih razmikih in je na vsakokratnem vodilnem somiku (30) razporejena po ena vpenjalna čeljust (20).
3. 3. Samozatezna hitro vpenjalna vrtalna glava po zahtevku 1, značilna po tem, da ima poševno ozobje (22) naklon večji od 0° in manjši od 45° glede na vzdolžno os vrtalne glave, natančneje med 5° in 20°, še natančneje med 6° in 15°.
4. 4. Samozatezna hitro vpenjalna vrtalna glava po zahtevku 1, značilna po tem, da rotacijsko ozobje (23) ubira s soležnim ozobjem (42), ki je razporejeno na notranjem obodu vrtljivega ohišja (40) tako, da zasuk vrtljivega ohišja (40) povzroči zasuk vpenjalnih čeljusti (20) okoli vodilnega somika (30) in njihovo razmaknitev.
5. 5. Samozatezna hitro vpenjalna vrtalna glava po zahtevku 4, značilna po tem, da ima vrtljivo ohišje (40) na svojem notranjem obodu v območju vpenjalnih čeljusti (20) izvedene cikloidne utore (43), v katere se pri odpiranju umaknejo vpenjalne čeljusti (20).
6. 6. Samozatezna hitro vpenjalna vrtalna glava po zahtevku 1, značilna po tem, da ima valjasto telo (10) obodni utor (15), v katerem je razporejen elastični element v obliki upogibne spiralne vzmeti (50), ki je z enim prostim koncem povezana z valjastim telesom (10) in z drugim prostim koncem z vrtljivim ohišjem (40), da vrača vpenjalne čeljusti (20) v izhodiščno lego.
7. 7. Samozatezna hitro vpenjalna vrtalna glava po zahtevku 1, značilna po tem, da ima valjasto telo (10) v čelni ploskvi središčno razporejen magnet (16).
8. 8. Samozatezna hitro vpenjalna vrtalna glava po kateremkoli predhodnem zahtevku, značilna po tem, da ima pokrov (60), ki zapira valjasto telo.