ИСПОЛНИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО ЦЕНТРА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ РЕЗАНИЕМ СТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ СЛОЖНОГО ПРОФИЛЯ В ФУНКЦИОНАЛЬНОМ СЛОЕ ИЗДЕЛИЯ

Полезная модель относится к области станкостроения и может быть, использована в рамках реализации Государственной программы модернизации и технологического развития ведущих отраслей народного хозяйства посредством внедрения современного уровня достижений науки и техники в сфере комплексной механической обработки резанием сложнопрофильных изделий в ведущих отраслях техники, определяющих уровень экономического развития государства в целом.
То есть, преимущественное направление использования - автоматизированная мехатронная обработка резанием функционального слоя изделий со сложным пространственным профилем как формируемых в этом слое криволинейных поверхностей, так и дискретных структур, при использовании известного из уровня техники модернизированных станочного парка и вспомогательного оборудования (приспособлений).
Из уровня техники известна исполнительная система многофункционального программно-аппаратного центра для формирования резанием структуры поверхности сложного профиля в функциональном слое изделия включающая размещенные на станине металлорежущего станка средства позиционирования и относительного рабочего перемещения заготовки и инструмента, оснащенные координатно организованной системой главного формообразующего перемещения и позиционирования инструмента относительно поверхности функционального слоя изделия. Упомянутые средства позиционирования включают: установленные непосредственно на станине станка основной стол для базирования обрабатываемого изделия, организованный с возможностью возвратно-поступательного перемещения по координате Y в направляющих станины, а также средство установки узлов и механизмов средств позиционирования, кинематически организующих рабочие перемещения непосредственно режущего инструмента, в состав которых входит инструментальная головка с вращающимся по круговой координате C шпинделем, которая организована с возможностью возвратно-поступательного перемещения по координате Z (RU, патент на полезную модель №72164, B23D 5/02, 2008 г.).
К недостаткам данной известной из уровня техники исполнительной системы программно-аппаратного центра следует отнести ограниченные функциональные возможности и, как следствие, относительно невысокие производительность и класс точности обработки.
В основу заявленного технического решения была положена задача расширения функциональных возможностей исполнительной системы программно-аппаратного центра за счет обеспечения выполнения различных технологических операций (в частности, строгания, фрезерования, сверления, растачивания, токарной обработки) при одном установе обрабатываемой заготовки на базовой поверхности, а также повышения производительности оборудования при повышении класса точности обработки и чистоты поверхности изделия.
Технический результат заключается в повышении класса точности и чистоты поверхности обработанного изделия при повышении производительности технологического оборудования.
Поставленный технический результат обеспечивается посредством того, что в исполнительной системе многофункционального программно-аппаратного центра для формирования резанием структуры поверхности сложного профиля в функциональном слое изделия включающей размещенные на станине металлорежущего станка средства позиционирования и относительного рабочего перемещения заготовки и инструмента, оснащенные координатно организованной системой главного формообразующего перемещения и позиционирования инструмента относительно поверхности функционального слоя изделия; упомянутые средства позиционирования включают: установленные непосредственно на станине станка основной стол для базирования обрабатываемого изделия, организованный с возможностью возвратно-поступательного перемещения по координате Y в направляющих станины, а также средство установки узлов и механизмов средств позиционирования, кинематически организующих рабочие перемещения непосредственно режущего инструмента, в состав которых входит инструментальная головка с вращающимся по круговой координате С шпинделем, которая организована с возможностью возвратно-поступательного перемещения по координате Z, согласно полезной модели, упомянутое средство установки узлов и механизмов средств позиционирования, кинематически организующих рабочие перемещения непосредственно режущего инструмента, конструктивно организовано в виде портала, оснащенного горизонтальными направляющими, на одной из стоек которого размещен магазин инструментов с набором инструментальных оправок; основной стол средств позиционирования оснащен поворотным столом, кинематически связанным с основным с возможностью осуществления поворота по круговой координате B; кроме того, средства позиционирования дополнительно оснащены: кареткой с вертикальными направляющими, ориентированными вдоль координатной оси Z, установленной на горизонтальных направляющих портала; ползуном, установленным на вертикальных направляющих каретки; а также столом, кинематически связанным с ползуном с возможностью осуществления поворота по круговой координате A относительно ползуна, при этом инструментальная головка жестко закреплена непосредственно на упомянутом столе с возможностью осуществления совместного с ним поворота.
Кроме того, инструментальная головка может быть оснащена жестко связанным с ней разгрузочным устройством, конструктивно организованным в виде корпуса с размещенной в его полости на опорах вращения втулкой, кинематически не связанной со шпинделем и выполненной с конической посадочной поверхностью для базирования оправки режущего инструмента в виде, например, строгального или токарного резца.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного технического решения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками и связями между ними, идентичными всем существенным признакам заявленного технического решения, а выбранный из перечня выявленных аналогов прототип, как наиболее близкий по совокупности признаков аналог, позволил выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле полезной модели.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна» по действующему законодательству.
Полезная модель иллюстрируется графическими материалами.
Фиг.1 - общий вид программно-аппаратного центра с использованием заявленной исполнительной системы (вид спереди).
Фиг.2 - общий вид программно-аппаратного центра с использованием заявленной исполнительной системы (вид сверху по фиг.1).
Фиг.3 - общий вид (в разрезе) разгрузочного устройства программно-аппаратного центра (с использованием заявленной исполнительной системы) с установленной оправкой строгального резца.
Фиг.4 - общий вид (в разрезе) разгрузочного устройства программно-аппаратного центра (с использованием заявленной исполнительной системы) с установленной оправкой сверла.
В графических материалах основные узлы и агрегаты исполнительной системы программно-аппаратного центра обозначены следующими позициями:
1 - основание;
2 - портал (неподвижный с горизонтальными направляющими - координатная ось X);
3 - станина (с горизонтальными направляющими - координатная ось Y);
4 - каретка (с вертикальными направляющими /координатная ось Z/, установленная на горизонтальных направляющих портала 2);
5 - ползун (установленный на вертикальных направляющих каретки 4);
6 - стол (установленный с возможностью поворота по круговой координате по стрелке A относительно ползуна 5);
7 - головка (инструментальная шпиндельная, поворачиваемая по стрелке A совместно со столом 6);
8 - стол (основной, перемещаемый по координате Y в направляющих станины 3);
9 - стол (поворотный, установленный на столе 8 с возможностью осуществления поворота по стрелке B);
10 - магазин (инструментов, установленный на стойке портала 2 с возможностью поворота);
11 - набор (инструментальных оправок, установленных в магазине 10);
12 - шпиндель (установленный с возможностью поворота по стрелке С в шпиндельной головке 7);
13 - заготовка (обрабатываемая);
14 - устройство (разгрузочное);
15 - корпус (разгрузочного устройства 14);
16 - втулка (с конической установочной поверхностью для базирования оправки 18 строгального или токарного резца);
17 - подшипники (установочные для втулки 16);
18 - оправка (резца строгального);
19 - зубцы (поводковые оправки 18);
20 - паз (шпинделя 12);
21 - подшипники (установочные шпинделя 12).
Исполнительная система многофункционального программно-аппаратного центра для формирования резанием структуры поверхности сложного профиля в функциональном слое изделия включает следующие системы, узлы и агрегаты.
В металлорежущем станке программно-аппаратного центра с использованием заявленной исполнительной системы на основании 1 установлены неподвижный портал 2 с двумя стойками и горизонтальными направляющими (координатная ось X), а также станина 3 с горизонтальными направляющими (координатная ось Y, ортогонально расположенная оси X). На горизонтальных направляющих портала 2 размещена каретка 4 с вертикальными направляющими (координатная ось Z, ортогональная осям X и Y), а на ее вертикальных направляющих - ползун 5. На ползуне 5 размещен стол, установленный с возможностью поворота по круговой координате (стрелка A) относительно ползуна 5 совместно с инструментальной шпиндельной головкой 7, поворачиваемой по круговой координате (по стрелке A) совместно со столом 6. Кроме того, программно-аппаратный центр включает стол 8, установленный с возможностью перемещения по координате Y в направляющих станины 3, а также поворотный стол 9, установленный на столе 8 с возможностью осуществления поворота по круговой координате (по стрелке B).
На стойке портала 2 установлен с возможностью поворота магазин 10 инструментов, в котором размещен набор 11 инструментальных оправок.
Шпиндель 12 установлен с возможностью поворота по стрелке C в шпиндельной головке 7).
Обрабатываемая заготовка 13 базируется на поворотном столе 9.
Кроме того, инструментальная головка 5 может быть оснащена жестко связанным с ней разгрузочным устройством 14, конструктивно организованным в виде корпуса 15 с размещенной в его полости на опорах вращения (подшипниках 17) втулкой 16, кинематически не связанной со шпинделем 12 и выполненной с конической посадочной поверхностью для базирования оправки 18 режущего инструмента в виде строгального или токарного резца.
Совершенно очевидно, что вышеописанные системы, узлы и агрегаты программно-аппаратного центра в совокупности формируют исполнительную систему позиционирования и относительного рабочего перемещения заготовки и инструмента, оснащенную координатно организованной системой главного формообразующего перемещения и позиционирования инструмента относительно поверхности функционального слоя изделия, которая функционирует на базе системы числового программного управления (ЧПУ) упомянутой исполнительной системой, обеспечивающей (относится к системе ЧПУ) возможность формирования интегрального формообразующего относительного перемещения изделия и инструмента по заданной программе в процессе технологического цикла.
Исполнительная система программно-аппаратного центра работает следующим образом. В исходном положении инструментальная шпиндельная головка 7 развернута по круговой координате (стрелка А) так, что ось шпинделя 12 расположена горизонтально на уровне нижней ячейки магазина 10 инструментов. Посредством перемещения каретки 4 в горизонтальных направляющих портала 2 (совместно с инструментальной шпиндельной головкой 7) влево (координата X), т.е. в направлении магазина 10 инструментов, соответствующая инструментальная оправка 11 помещается в гнездо шпинделя 12 и там фиксируется в направлении стрелки F. Таким образом, инструмент, например, оправка 18 со строгальным резцом (фиг.3), базируется в конусе втулки 16 и по ее торцу, а зубцы 19 входят в паз шпинделя 12.
Ходом ползуна 5 по координате Z вниз в вертикальных направляющих каретки 4 инструментальная оправка 11 забирается из магазина 10 инструментов. Инструментальная шпиндельная головка 7 готова к работе. Вся последовательность перемещений по соответствующим координатам как рабочих органов, несущих режущий инструмент, так и стола 8 совместно с поворотным столом 9 с обрабатываемой заготовкой 13 (устанавливаемой с возможностью горизонтального перемещения по координате Y и поворота по круговой координате - по стрелке В) програмнно организована и функционирует посредством системы числового программного управления, связанной посредством пульта управления с процессором управляющего компьютера (в графических материалах условно не показаны).
При этом в технологической последовательности выполняются необходимые операции, например, строгание удлиненных узких поверхностей, доработка некоторых участков обработанной поверхности фрезерованием и обсверловка, а также токарная обработка.
Причем строгальная обработка может осуществляться не только по прямым траекториям, но и по криволинейным, в том числе трехмерным. Это обеспечивается благодаря возможности управлять по заданной программе поворотом резца таким образом, чтобы его режущая кромка всегда была ориентирована перпендикулярно касательной к траектории движения в каждой точке этой траектории.
Здесь следует отметить, что, например, в процессе строгания обеспечивается возможность осуществления технологического цикла без холостого хода режущего инструмента, за счет обеспечения возможности поворота передней поверхности резца на угол 180° в конце каждого прохода, что повышает производительность процесса и упрощает технологический цикл процесса строгания вследствие отсутствия необходимости подъема резца при обратном ходе.
При смене операций заменяется и инструмент: отработавший инструмент возвращается в магазин 10 инструментов, а необходимый для следующей операции - посредством вращения магазина 10 помещается в позицию смены, т.е., в нижнюю позицию, где осуществляется его фиксация в гнезде шпинделя 12 вышеописанным способом
Таким образом обеспечивается многофункциональность программно-аппаратного центра с использованием заявленной исполнительной системы и повышается производительность при повышении точности и качества обрабатываемых профильных поверхностей изделия.
Следовательно, заявленный программно-аппаратный центр (с применением заявленной исполнительной системы) может быть использован для автоматизированной мехатронной обработки резанием функционального слоя изделий со сложным пространственным профилем как формируемых в этом слое протяженных криволинейных поверхностей, так и дискретных структур, при использовании известного из уровня техники модернизированных станочного парка и вспомогательного оборудования (приспособлений), что подтверждает соответствие заявленного технического решения условию патентоспособности «промышленная применимость».