ПРОБИВНОЕ УСТРОЙСТВО
PUNCHING APPARATUS

Изобретение относится к станкам для механической обработки деталей и/или листов, а более конкретно - относится к пробивному устройству, которое может устанавливаться на пробивной машине с целью выполнения операций резки и пробивки.
В состав известных пробивных машин входит пробивное устройство, так называемая «пробивная головка», на которой крепится и перемещается по рабочей оси пробивной инструмент, который оказывает воздействие на деталь (как правило, металлический лист), взаимодействующую с располагающейся ниже пробивной матрицей, или контрпуансоном. Матрица крепится, как правило, к рабочему столу пробивной машины, на которой установлена обрабатываемая деталь.
В пробивных головках с одним инструментом этот инструмент съемно устанавливается на несущем элементе, так называемом «шпинделе», который приводится соответствующими исполнительными механизмами в прямолинейное перемещение по рабочей оси с вращением вокруг этой оси. Благодаря прямолинейному перемещению по рабочей оси в двух противоположных направлениях обеспечивается возможность рабочего и обратного хода инструмента в процессе пробивки. Что касается вращения вокруг рабочей оси, то благодаря ему становятся возможными вращение пробивного инструмента и изменение его угловой ориентации (индексации) с целью выполнения различных операций резки или пробивки обрабатываемой детали.
Для обеспечения, соответственно, прямолинейного и вращательного перемещения шпинделя с закрепленным на нем инструментом используют два различных исполнительных механизма. Могут использоваться исполнительные механизмы гидравлического или электрического типа. Во втором случае эти исполнительные механизмы могут включать в себя роторные электродвигатели, устанавливаемые по бокам шпинделя и воздействующие на него с помощью соответствующих передаточных средств. В частности, первый электродвигатель воздействует на гаечно-винтовое устройство, которое преобразует создаваемое первым двигателем вращение в возвратно-поступательное перемещение шпинделя. Второй электродвигатель воздействует на шпиндель с помощью, например, шлицевого муфтового соединения, что позволяет передать на шпиндель необходимое вращение. Однако из-за размещения двух электродвигателей по бокам шпинделя существенно увеличиваются габариты пробивной головки.
В многоинструментальных пробивных головках предусматривают специальный ударный элемент, так называемый «ударник», который совершает прямолинейное перемещение по рабочей оси, воздействуя на выбранный инструмент и придавая ему кинетическую энергию, требуемую для обработки детали.
Пробивные головки размещены в инструментодержателе, прикрепленном к пробивной головке и расположенном между ударником и обрабатываемой деталью. Этот инструментодержатель обычно содержит вращающийся барабан, в который подвижно вставлены инструменты, размещаемые по окружности вокруг оси вращения барабана.
Пробивная головка дополнительно может содержать револьверное устройство, на котором установлено множество инструментодержателей. Револьверное устройство может вращаться вокруг соответствующей оси посредством специального исполнительного механизма. Инструментодержатели с одним инструментом установлены с возможностью вращения и с угловым разнесением вокруг указанной оси вращения револьверного устройства. Вращая его надлежащим образом, можно выбрать инструментодержатель, необходимый для проведения операции обработки, и установить его на ударник.
В многоинструментальных головках с неподвижной головкой, кроме прямолинейного перемещения по рабочей оси для приведения в действие инструмента, ударник подвергается вращению вокруг указанной рабочей оси с целью выбора и приведения в действие нужного инструмента.
Вращение пробивного инструмента вокруг соответствующей оси с целью угловой ориентации (индексации) достигается путем согласованного поворота инструментодержателя и ударника.
Здесь тоже используют два отдельных исполнительных механизма для приведения ударника в движение, соответственно, прямолинейно и поворотно, причем конструктивные решения в этом случае практически аналогичны тем, что приняты для головки с одним инструментом, снабженной шпинделем.
Кроме того, предусмотрен третий исполнительный механизм, обычно, это - роторный электродвигатель, обеспечивающий вращение инструментодержателя и угловую ориентацию инструмента.
В многоинструментальных головках с вращающейся головкой ударник совершает только прямолинейное перемещение, при этом выбор инструмента и его угловая ориентация осуществляются посредством согласованного вращения части головки и инструментодержателя.
Один из недостатков известных многоинструментальных пробивных устройств с неподвижной или вращающейся головкой состоит в том, что для их работы требуются три отдельных исполнительных механизма для перемещения ударника, а также для выбора и угловой ориентации пробивного инструмента. Такие три исполнительных механизма вместе с соответствующими средствами передачи перемещения имеют обычно довольно сложную конструкцию, что влечет за собой существенное увеличение размеров и стоимости пробивного устройства.
Одной из целей изобретения является усовершенствование известных пробивных устройств, и в частности, многоинструментальных.
Другая цель состоит в разработке пробивного устройства простой компактной конструкции с незначительными размерами.
Еще одна цель заключается в разработке пробивного устройства, с помощью которого можно было бы добиться оптимального проведения процесса пробивки и в то же время обеспечить возможность выбора и/или угловой ориентации пробивного инструмента с использованием небольшого числа исполнительных механизмов.
В соответствии с первым аспектом изобретения, предложено пробивное устройство по пункту 1 формулы изобретения.
В соответствии со вторым аспектом изобретения, предложено пробивное устройство по пункту 16 формулы изобретения.
Изобретение станет более понятным и реализуемым благодаря ссылкам на приложенные чертежи, иллюстрирующие некоторые не имеющие ограничительного характера типовые варианты его осуществления, на которых:
- фиг. 1 представляет собой вид пробивного устройства согласно изобретению в продольном разрезе, причем ударный элемент находится во внутреннем рабочем положении;
- фиг. 2 представляет собой вид устройства в продольном разрезе, причем ударный элемент находится в наружном рабочем положении;
- фиг. 3 представляет собой вид в аксонометрии пробивного устройства по фиг. 1;
- фиг. 4 представляет собой частичный вид устройства по фиг. 1 в разрезе в увеличенном масштабе, иллюстрирующий, в частности, револьверное устройство и узел инструментодержателя.
На фиг. 1-4 показано пробивное устройство 1 согласно изобретению, выполненное с возможностью совместной работы с пробивной машиной известного типа (не показана), пригодной для выполнения операций резки и/или пробивки обрабатываемых деталей, например, металлических листов. Пробивное устройство 1, традиционно называемое также «пробивной головкой», включает в себя ударный элемент 2, называемый «ударником», выполненный с возможностью взаимодействия с пробивным инструментом 30, называемым «пуансоном», и перемещения в корпусе 3 вдоль и вокруг рабочей оси А. В частности, в проиллюстрированном варианте осуществления ударный элемент 2 отделен от пробивного инструмента и в процессе работы ударяет по этому пробивному инструменту, поступательно толкая его в сторону обрабатываемой детали.
Устройство 1 содержит первый вращающийся исполнительный механизм 4, который связан передаточным средством 10 с ударным элементом 2, для обеспечения прямолинейного перемещения последнего вдоль рабочей оси А и приведения в действие пробивного инструмента 30. Таким образом, ударный элемент 2 и связанный с ним пробивной инструмент 30 совершают перемещение вдоль рабочего хода в обоих направлениях, причем величина указанного хода зависит от толщины обрабатываемой детали. Так, в частности, ударный элемент 2 перемещается между внутренним рабочим положением R (фиг. 1), в котором он находится в корпусе 3, будучи отстоящим и отсоединенным от пробивного инструмента 30, и наружным рабочим положением Τ (фиг. 2), в котором указанный ударный элемент 2 смещает пробивной инструмент 30 в положение максимального выдвижения наружу.
Устройство 1 дополнительно содержит второй вращающийся исполнительный механизм 5, соединенный с ударным элементом 2 и предназначенный для вращения последнего вокруг рабочей оси А, в частности, для угловой ориентации пробивного инструмента 30.
Корпус 3 имеет коробчатую опорно-защитную конструкцию с полостью 13, в которую могут входить ударный элемент 3, передаточное средство 10 и второй вращающийся исполнительный механизм 5. Корпус 3 обеспечивает возможность крепления устройства 1 к станине пробивной машины. Последняя содержит рабочий стол, на котором крепятся обрабатываемая деталь и по меньшей мере одна матрица или контрпуансон, которая (который) взаимодействует с пробивным инструментом 30 при выполнении операций обработки детали.
Первый вращающийся исполнительный механизм содержит первый двигатель, в частности, первый электродвигатель 4, который прикреплен к корпусу 3 и снабжен ведущим валом, коаксиальным с рабочей осью А и соединенным с передаточным средством 10. В частности, первый электродвигатель 4 прикреплен к корпусу 3 снаружи, по существу, по одной линии с рабочей осью А и на стороне, противоположной по отношению к ударному элементу 2.
Первый электродвигатель 4 может включать в себя, например, двигатель моментного или бесщеточного типа.
Первый вращающийся исполнительный механизм может также включать в себя гидравлический или пневматический двигатель.
Передаточное средство 10 содержит винтовое средство 11, поддерживаемое с возможностью вращения корпусом 3 и приводимое во вращение первым вращающимся исполнительным механизмом 4, и гаечное средство 12, взаимодействующее с винтовым средством 11 и соединенное с ударным элементом 2. При повороте винтового средства 11 гаечное средство 12 совершает поступательное перемещение по рабочей оси А.
В представленном варианте осуществления винтовое средство содержит реверсивный шариковый винт 11, вставляемый в полость 13 корпуса 3 и поддерживаемый с возможностью вращения посредством пары подшипников. Винт 11 соединен с ведущим валом первого электродвигателя 4.
Гаечное средство образовано гайкой или охватывающим винтом 12, которая (который) взаимодействует с винтом 11 и скользит в полости 13. Предусмотрено контрящее средство 31, препятствующее вращению гайки 12 при вращении винта 11. В качестве такого контрящего средства используют, например, одну или более шпонок.
Ударный элемент 2 с возможностью поворота прикреплен посредством соединительного элемента 6 к тому концу гайки 12, который противоположен первому электродвигателю 4.
Второй вращающийся исполнительный механизм содержит второй электродвигатель 5, имеющий статор 51, прикрепленный к корпусу 3, и ротор 52, расположенный внутри и статора 51 и коаксиально с ним и соединенный с ударным элементом 2 таким образом, чтобы он мог перемещаться вместе с последним.
Статор 51 содержит специальный трубчатый элемент цилиндрической формы, прикрепленный к внутренней стенке полости 13 таким образом, чтобы охватывать ротор 52, ударный элемент 2 и передаточное средство 10.
Ротор 52 проходит вдоль рабочей оси А так, чтобы он был постоянно обращен к статору 51 и взаимодействовал с ним вдоль рабочего хода, и чтобы он вращался вокруг указанной рабочей оси А при приведенном в действие втором электродвигателе 5. В частности, ротор 52 образован фасонным трубчатым элементом, который частично охватывает ударный элемент 2 и гайку 12 и проходит продольно в направлении рабочей оси А на такую длину, чтобы при любом положении ударного элемента 2 между внутренним рабочим положением R и наружным рабочим положением Τ статор 51 постоянно был обращен к части ротора 52, чтобы соответствующие магнитные поля могли взаимодействовать, обеспечивая, таким образом, работу второго электродвигателя 5. В частности, форма и размеры ротора 52 должны быть такими, чтобы взаимодействие магнитных полей всегда способствовало созданию нужного момента электродвигателя.
Второй электродвигатель 5 включает в себя, например, двигатель моментного или бесщеточного типа.
Устройство содержит втулку 14, прикрепленную к внутренней стенке полости 13 и способную взаимодействовать с ротором 52 и подвижно его поддерживать.
Ударный элемент 2 имеет рабочий конец 8, выполненный с возможностью взаимодействия с пробивным инструментом 30.
Устройство содержит измерительное средство 15, 16, предназначенное для регистрации вращательных и/или прямолинейных перемещений ударного элемента 2, а также управляющее средство, соединенное с измерительным средством 15, 16, для согласованного и/или интерполированного приведения в действие первого вращающегося исполнительного механизма 4 и второго вращающегося исполнительного механизма 5, как будет подробнее разъяснено ниже.
Данное измерительное средство включает в себя первое измерительное средство 15 для измерения, по меньшей мере, угловой скорости и положения первого вращающегося исполнительного механизма 4 и второе измерительное средство 16 для измерения, по меньшей мере, вращения ударного элемента 2.
Первое измерительное средство 15 включает в себя измерительный преобразователь углового положения или энкодер, непосредственно установленный на первом электродвигателе 4, например, выполненный как одно целое с ним. Если известно передаточное отношение (между вращательным и прямолинейным перемещениями) передаточного средства 10, то управляющее средство, фактически, способно рассчитать прямолинейное перемещение и скорость ударного элемента 2, исходя из угловой скорости и положения первого вращающегося исполнительного механизма 4.
Второе измерительное средство 16 включает в себя измерительный преобразователь углового положения или энкодер, содержащий первый измерительный элемент (измерительную головку), прикрепленный к корпусу, и второй измерительный элемент (измерительную головку), прикрепленный к ударному элементу 2.
Следует отметить, что благодаря варианту осуществления второго вращающегося исполнительного механизма 5, содержащего ротор 52, который прикреплен к ударному элементу 2 и перемещается вместе с ним, а также приводится в движение непосредственно статором 51, обеспечивается особо компактное, малогабаритное пробивное устройство (пробивная головка). В частности, статор 51 и ротор 52 коаксиальны с рабочей осью А, при этом их поперечные размеры относительно рабочей оси А, по существу, равны размерам передаточного средства 10.
Кроме того, следует отметить что, в отличие от известных устройств, здесь нет необходимости в таких передаточных средствах, как зубчатые зацепления, синхронизирующие ремни и т.п. для передачи вращения второго электродвигателя на ударный элемент 2. Благодаря этому удается существенно упростить конструкцию предлагаемого пробивного устройства 1 и сделать ее более эффективной, надежной и экономичной.
Кроме этого, устройство 1 согласно изобретению получается компактным и конструктивно более простым благодаря тому, что первый электродвигатель 4 установлен снаружи корпуса 3, коаксиально с рабочей осью А, и в случае, если он содержит собой моментный двигатель, соединен с винтом 11 непосредственно, а в ином случае - с добавлением редукторной передачи.
Добавим, что при вышеописанном расположении исполнительных механизмов становится возможным проводить операции механической обработки, требующие интерполированных перемещений обоих исполнительных механизмов 4 и 5, то есть вращательно-поступательных перемещений ударного элемента 2, например, витков.
В соответствии с вариантом осуществления, представленным на фиг. 1-4, пробивное устройство 1 согласно изобретению является многоинструментальным и содержит револьверное устройство 19, соединенное с возможностью поворота с корпусом 3 и закрепленное на нем, при этом револьверное устройство удерживает несколько узлов 20 инструментодержателя (например, четыре), расположенных с разнесением в угловом направлении и установленных с возможностью поворота вокруг соответствующих осей В вращения. Револьверное устройство 19 может вращаться вокруг оси С выбора, что позволяет располагать заданный узел 20 инструментодержателя напротив ударного элемента 2.
Устройство содержит третий вращающийся исполнительный механизм 25 для вращения револьверного устройства 19 вокруг указанной оси С выбора посредством дополнительного передаточного средства 28. Последнее выполнено, например, в виде кольцевого зубчатого колеса 28, установленного по периметру на револьверном устройстве 19 и входящего в зацепление с шестерней (не показана) третьего вращающегося исполнительного механизма 25.
Каждый узел 20 инструментодержателя снабжен несколькими гнездами 21, в которые подвижно вставлены соответствующие пробивные инструменты 30. Узел 20 инструментодержателя установлен на револьверном устройстве 19, выполненном с возможностью вращения вокруг соответствующей оси В вращения, что позволяет обеспечивать угловую ориентацию заданного пробивного инструмента 30, как будет подробно разъяснено ниже. В рассматриваемом варианте осуществления каждый узел инструментодержателя содержит восемь гнезд 21, предназначенных для установки в них соответствующих пробивных инструментов 30.
На рабочем конце 8 ударного элемента 2 имеется ударный участок 8а, выполненный так, чтобы упираться только в один заданный пробивной инструмент 30, причем указанный заданный пробивной инструмент 30 выбирают и приводят во взаимодействие путем надлежащего поворота ударного элемента 2 вокруг рабочей оси А. Говоря точнее, приведение в действие второго электродвигателя 5 обеспечивает возможность поворота ударного элемента 2 на заданный угол, регистрируемый вторым измерительным средством 16, что позволяет установить ударный элемент 2 с ударным участком 8а, способным взаимодействовать с заданным пробивным инструментом 30 и упираться в него.
Кроме того, на рабочем конце 8 ударного элемента 2 имеется соединительное средство 9, выполненное с возможностью соединения с дополнительным соединительным средством 22 узла 20 инструментодержателя так, чтобы поворачивать последний вокруг соответствующей оси В вращения. Указанное соединительное средство содержит один или более выступов, или зубцов, 9, радиально расположенных на наружной цилиндрической стенке ударного элемента 2 и выполненных с возможностью вхождения в соответствующие канавки 22 дополнительного соединительного средства и взаимодействия с этими канавками. Канавки 22 выполнены на цилиндрической внутренней стенке корпуса 24 узла 20 инструментодержателя, в который входит рабочий конец 8 ударного элемента 2. Форма зубцов 9 и канавок 22 является комплементарной.
Устройство 1 дополнительно содержит несколько многоматричных узлов 35, каждый из которых содержит несколько матриц, или контрпуансонов, 36, выполненных с возможностью взаимодействия с соответствующими пробивными инструментами 30 для выполнения операций резки и/или пробивки обрабатываемых деталей. Каждый многоматричный узел 35 может вращаться вместе с соответствующим узлом 20 инструментодержателя вокруг соответствующей оси В вращения, чтобы обеспечить возможность угловой ориентации пробивного инструмента 30. Аналогично, каждый многоматричный узел 35 может вращаться вместе с револьверным устройством 19 вокруг оси С выбора. Многоматричные узлы 35 связаны с рабочим столом пробивной машины.
Работа пробивного устройства 1 согласно изобретению включает в себя первый начальный рабочий этап настройки, или регулировки, на котором выбор подлежащего использованию узла 20 инструментодержателя осуществляется посредством поворота револьверного устройства 19 вокруг оси С выбора таким образом, чтобы подвести нужный узел 20 инструментодержателя к ударному элементу 2. Этот элемент находится во внутреннем рабочем положении R, в котором он отстоит от узла 20 инструментодержателя (фиг. 1). При вращении револьверного устройства 19 или по окончании этого вращения ударный элемент 2 поворачивается вокруг рабочей оси А таким образом, что он входит во взаимодействие с пробивным инструментом 20, установленным в узле инструментодержателя, при этом его ударный участок 8а совершает следующий рабочий ход.
Благодаря управляющему средству устройства и второму измерительному средству 16 становится возможным привести во вращение второй электродвигатель 5 таким образом, чтобы можно было точно отрегулировать вращение ударного элемента 2.
На втором этапе работы осуществляется перемещение ударного элемента 2 первым электродвигателем 4 с помощью передаточного средства 10 вдоль рабочей оси А в промежуточное рабочее положение, при этом рабочий конец 8 входит в корпус 24 узла 20 инструментодержателя, ударный участок 8а упирается в граничный конец выбранного рабочего инструмента или устанавливается напротив этого конца, а зубцы 9 входят в канавки 22. В указанном промежуточном рабочем положении поворот ударного элемента 2 вокруг рабочей оси А приводит к повороту узла 20 инструментодержателя вокруг соответствующей оси В вращения, при этом он устанавливается, по существу, на одной линии и коаксиально с рабочей осью А. Благодаря этому появляется возможность, приводя во вращение второй электродвигатель 5, осуществить угловую ориентацию пробивного инструмента в соответствии с конкретными задачами обработки.
На третьем этапе работы можно осуществить быстрое перемещение ударного элемента 2 в наружное рабочее положение Т, в результате чего приводится в действие пробивной инструмент 30, который воздействует на обрабатываемую деталь, выполняя требуемую операцию пробивки совместно с расположенной ниже матрицей 32.
Таким образом, пробивное устройство 1 согласно изобретению позволяет использовать вращение ударного элемента 2 как для выбора заданного пробивного инструмента 30, расположенного в узле 20 инструментодержателя, так и для его угловой ориентации с целью выполнения необходимой операции пробивки. Благодаря соединительным средствам 9, 22 удается, по существу, добиться того, чтобы рабочий конец 8 ударного элемента 2 поворачивал узел 20 инструментодержателя. В результате появляется возможность использовать один-единственный вращающийся исполнительный механизм (второй электродвигатель 5) для выполнения двух операций, которые в пробивных устройствах, известных из уровня техники, требуют наличия двух соответствующих исполнительных механизмов. Благодаря такому техническому решению уменьшаются вес, габариты и совокупная стоимость устройства.
В соответствии с одной из модификаций пробивного устройства 1 согласно изобретению, которая на чертежах не проиллюстрирована, предусматривается, чтобы в узле 20 инструментодержателя, установленном на револьверном устройстве 19, крепился только один пробивной инструмент 30. В этом случае вращение ударного элемента 2 позволит поворачивать узел 20 инструментодержателя только с целью угловой ориентации пробивного инструмента.