ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ФРЕЗЕРНО-СВЕРЛИЛЬНО-РАСТОЧНОЙ СТАНОК С ЧПУ

Полезная модель относится к станкостроению, в частности к вертикальным фрезерно-сверлильно-расточным станкам с ЧПУ, предназначенным для высокоточной и скоростной обработки деталей.
Из уровня техники известно, что все вертикальные фрезерные станки для металлообработки изделий, в том числе вертикальные фрезерно-сверлильно-расточные станки с ЧПУ имеют шпиндельную бабку, консольно раположенную относительно вертикальной части станины станка, на которой размещены направляющие для вертикального перемещения шпиндельной бабки. В станках с ЧПУ для такого перемещения применяются опоры качения с комплектом шариков. Для вертикального перемещения шпиндельной бабки используется шарико-винтовая пара, смонтированная внутри вертикальной стойки станины с соответствующим приводом вращения винта ШВП.
Шпиндельная бабка, с размещенным внутри ее шпиндельным узлом с устройством затягивания внутрь шпинделя оправки с инструментом, а также с размещенным на ее верхней части механизмом привода вращения шпинделя, имеют значительную массу, центр тяжести которой смещен относительно стойки станины, на которой закреплена шпиндельная бабка, к оси вращения шпинделя. В результате, возникает давление на поверхности направляющих, размещенных на вертикальной стойке, особенно в зоне расположения нижних шариковых опор, что влияет на долговечность их работы.
Консольное расположение шпиндельной бабки с закрепленным в шпинделе инструментом и значительное удаление оси инструмента от поверхности закрепления шпиндельной бабки, создают возможность возникновения вибраций, влияющих на точность и качество обрабатываемой поверхности.
Все вертикальные фрезерно-сверлильно-расточные станки с ЧПУ зарубежных производителей станков, в том числе фирмы: Haas (www.HaasCNC.com); Samsung machine tools (www.esmec.Com); CINCINNATI (www.pergam.ru) и др., имеют консольное расположение шпиндельных бабок в конструкциях станков.
Основные недостатки подобного расположения наиболее ответственного узла станка, существенно влияющего на точность обработки деталей, отмечены выше и, безусловно, связаны с высокой стоимостью таких станков, так как направляющие вертикальных перемещений шпиндельных бабок должны быть строго перпендикулярны к горизонтальной поверхности стола. Это может быть обеспечено высокой точностью изготовления соединяемых деталей и высоким качеством их сборки. После монтажа шпиндельной бабки на вертикальные направляющие, ее значительный вес, складывающийся из веса корпуса бабки, шпиндельного узла с механизмами, расположенными в шпинделе, и веса механизма привода вращения шпинделя, воздействует на небольшие по площади опорные поверхности направляющих, вызывая в них значительные напряжения.
Для уменьшения влияния напряжений на износ направляющих, их детали изготавливают с высокой точностью из высококачественных закаливаемых материалов. Возникающие в процессе обработки деталей вибрации в шпиндельном узле, в связи с достаточно большим расстоянием от точки закрепления шпиндельной бабки, могут оказывать значительное влияние либо на качество обработки, либо будет приводить к существенному уменьшению режимов обработки, а, следовательно, к снижению производительности изготовления детали.
Наиболее близким по компоновке решением, выбранным в качестве прототипа, является продольно-фрезерный станок с ЧПУ по патенту на полезную модель (RU 63729, МПК (2006.01): В23С 1/06, опубликованный 10.06.2006 года), включающий станину с продольными направляющими, стол, установленный с возможностью перемещения по продольным направляющим станины от соответствующего привода, арочную конструкцию станка, сформированную двумя вертикальными стойками, прикрепленными к станине и соединенными сверху поперечной балкой (траверсой), при этом, вертикальные стойки снабжены направляющими для вертикального перемещения шпиндельной бабки посредством двух шарико-винтовых пар с синхронизированными сервоприводами вращения винтов магазин для инструментов, руку перемещения инструмента и установленную с внешней стороны арочной конструкции станка шпиндельную бабку, расположенную на подвижной траверсе.
Таким образом, в конструкции этого станка, как и у других вертикальных фрезерно-сверлильно-расточных станков с ЧПУ, шпиндельная бабка размещена консольно. При этом, величина ее консоли имеет большую величину по сравнению с обычными вертикальными фрезерно-сверлильно-расточными станками с ЧПУ, так как шпиндельная бабка закреплена на подвижной траверсе, консольной относительно вертикальных стоек станка. Такая конструкция снижает жесткость и виброустойчивость шпиндельной бабки и, следовательно, точность обработки деталей. Также исключает возможность работы на интенсивных режимах обработки.
Кроме того, консольное расположение шпиндельной бабки вызывает определенные сложности при изготовлении корпуса шпиндельной бабки и сопрягаемых поверхностей подвижной траверсы, а также при их сборке, что выражается в повышении требований к точности изготовления этих элементов.
Задача полезной модели состоит в повышении качества и точности металлообработки заготовок на фрезерно-сверлильно-расточной станке с ЧПУ.
Технический результат полезной модели заключается в том, что качество и точность металлообработки заготовок на станке повышается за счет изменения компоновки станка, обеспечивающей такое размещение шпиндельной бабки, которое повышает ее жесткость и виброустойчивость.
Технический результат достигается за счет того, что станок содержит станину с направляющими, арочную конструкцию станка, сформированную двумя вертикальными стойками, прикрепленными к станине и
соединенными между собой поперечной балкой, причем вертикальные стойки снабжены направляющими для вертикального перемещения шпиндельной бабки посредством двух шарико-винтовых пар с синхронизированными сервоприводами вращения винтов, стол, установленный с возможностью перемещения по направляющим станины от соответствующих приводов, магазин для инструментов, руку перемещения инструментов, отличие согласно полезной модели состоит в том, что шпиндельная бабка с механизмами для затягивания оправки с инструментом установлена в арочной конструкции между двумя вертикальными стойками, что повышает жесткость и обеспечивает высокую виброустойчивость конструкции, при этом корпус шпиндельной бабки выполнен восьмиугольной формы, с четырьмя направляющими на угловых частях для ее вертикального перемещения, а по центру корпуса бабки установлен шпиндель с механизмом привода его вращения.
Кроме того, отличия также состоят в том, что между двумя вертикальными стойками установлен стол с возможностью возвратно-поступательного перемещения не только по продольным, но и по поперечным направляющим станины от соответствующих приводов в каждую сторону на величины равные половине длины и ширины стола, для расширения рабочей зоны обработки заготовки; станок может быть дополнительно снабжен поворотно-наклонным устройством, увеличивающим количество управляемых координатных перемещений на станке, установленным между двумя вертикальными стойками на столе, с обеспечением возможности для выполнения разнообразных технологических операций.
Сущность полезной модели иллюстрируется чертежами, на которых изображено:
на фиг. 1 - вид вертикального фрезерно-сверлильно-расточного станка с ЧПУ со шпиндельной бабкой, размещенной между вертикальными стойками;
на фиг. 2 - вид вертикального фрезерно-сверлильно-расточного станка с ЧПУ с барабанным магазином инструментов;
на фиг. 3 - вид корпуса шпиндельной бабки восьмиугольной формы с четырьмя направляющими на четырех угловых частях ее корпуса;
на фиг. 4 - вид сверху корпуса шпиндельной бабки восьмиугольной формы, установленной между вертикальными стойками станка;
на фиг. 5 - вид вертикального фрезерно-сверлильно-расточного станка с ЧПУ с наклонно-поворотным устройством, установленным на продольной направляющей станины;
на фиг. 6 - изображен вертикальный фрезерно-сверлильно-расточной станок с ЧПУ, предлагаемой компоновки, рабочая зона которого закрыта кожухом, обеспечивающим кабинетную защиту при обработке деталей
Станок по полезной модели содержит станину 1 с продольными и поперечными направляющими для рабочего стола 2, арочную конструкцию станка, сформированную двумя вертикальными стойками 3, прикрепленными к станине 1, соединенными между собой поперечной балкой 4 и обеспечивающей за счет этого высокую жесткость конструкции, шпиндельной бабки 5, корпус которой выполнен восьмиугольной формы, с четырьмя направляющими 6 (качения) на угловых частях и двух шарико-винтовых пар 7 (ШВП), которые позволяют осуществлять ее вертикальное перемещение от двух раздельных синхронизированных приводов 8; по центру шпиндельной бабки 5 установлен шпиндель 9 с механизмом привода его вращения; стол 2, установленный между вертикальными стойками 3 с возможностью перемещения не только по продольным, но и по поперечным направляющим станины 1 с соответствующими приводами; над столом 2 продольного перемещения на кронштейне 10 размещен магазин инструментов 11 (дисковый типа «зонтик», барабанный или цепной) и рука перемещения инструментов 12 из магазина 11 в шпиндель 9 станка, во внутренней части станины 1 размещен шнек (на чертеже не показан) для удаления стружки, образующейся в процессе обработки заготовки; между двумя вертикальными стойками 3 на продольной направляющей может быть установлено поворотно-наклонное устройство 13 с обеспечением возможности продольного и поперечного перемещения стола с заготовкой - для выполнения различных технологических операций; рабочая зона станка закрыта кожухом 14, обеспечивающим кабинетную защиту при обработке заготовки.
Работает станок, скомпонованный по предложенной полезной модели следующим образом.
После установки заготовки на рабочую поверхность стола 2, шпиндельная бабка 5 опускается вниз до контакта инструмента, закрепленного в шпинделе 9, с поверхностью обрабатываемой заготовки. Стол 2 имеет возможность перемещаться, как в продольном, так и в поперечном направлении в каждую сторону на величину несколько большую половины ширины стола.
Продольное и поперечное перемещения стола 2 осуществляются от отдельных сервоприводов, как и на всех вертикальных фрезерно-сверлильно-расточных станках, с помощью шарико-винтовых пар (на чертеже не показаны).
Вертикальное перемещение шпиндельной бабки 5 осуществляется с помощью двух шарико-винтовых пар 7 от двух раздельных синхронизируемых сервоприводов.
На продольной направляющей станины 1 на столе 2 может быть установлено поворотно-наклонное устройство 13 (стандартного типа - http://www.chipmaker.ru/topic/56971) для выполнения разнообразных технологических операций, что расширяет технологические возможности станка, при этом с возможностью перемещения в продольном и поперечном направлениях.
Арочная конструкция станка, где между двумя вертикальными стойками установлена шпиндельная бабка, имеет высокую жесткость и обеспечивает его высокую виброустойчивость, и, следовательно, позволяет повысить точность при высокоэффективных режимах металлообработки заготовки.