МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ СТАНОК

Предлагаемая полезная модель относится к станкостроению, а именно - к универсальным токарно-винторезным станкам, в том числе с оперативным управлением и станкам с числовым программным управлением (ЧПУ) и предназначена для выполнения разнообразных токарных работ, включающих внутреннее растачивание, нарезание резьб, точение конусов и т.д. в единичном, мелкосерийном и массовом производстве при изготовлении деталей сложного профиля.
Известна большая номенклатура станков аналогичного назначения, например, токарно-винторезные - 16 Р 25 П, 1 М 63 Н, с оперативным управлением - 1 М 63 РФ 3, 1 Н 65 РФ 3, станки с ЧПУ - 16 М 30 Ф 3, РТ 755 Ф 3 и другие производства Рязанского станкостроительного завода (ОАО «РСЗ») [1], в которых в качестве инструментального узла применяются 4-х позиционные резцедержки, магазины или револьверные головки с различным числом позиций, в которых режущие инструменты в виде резцов закрепляются в технологических блоках (или без них) и устанавливаются в позицию инструментального узла. Например, циклограмма работы револьверной головки в станках с ЧПУ включает команды на смену позиций инструмента, подъем диска с технологическими блоками, его поворот на запрограммированную позицию, прижим диска к неподвижной базе, включение в работу необходимого инструмента по жестко заданной программе, при этом процесс смены инструмента требует выполнения большого количества холостых ходов, что, в частности, влияет на производительность станка и является их существенным недостатком. Кроме того, револьверные головки конструктивно сложны, недостаточно надежны в работе, трудоемки в изготовлении, требуют квалифицированного обслуживания. В процессе обработки детали при попадании стружки в зону фиксации диска происходит износ торцевых зубьев, при этом возникает нестабильность силы прижима диска приводом и, как следствие,
обработка деталей по второму классу точности в большинстве случаев становится невозможной, а из-за ограниченных возможностей по количеству устанавливаемого инструмента возникает вынужденное дробление операций технологического процесса обработки детали, особенно сложного профиля, а также деталей, устанавливаемых с двух сторон в центрах за один установ.
За прототип предлагаемой полезной модели принят инструментальный узел в виде линейной револьверной головки со сменной системой инструментодержателей типа «TRILOC» фирмы GILDEMEISTER [2], применяемой, например, на токарных станках с ЧПУ, токарных автоматах, на автоматически работающем металлообрабатывающем оборудовании, режущие инструменты которой жестко крепятся в технологических блоках в виде сменных державок, соединенных со станком при помощи призмы с зубчатым профилем
Станки с известным инструментальным узлом более производительны, обладают повышенной точностью и надежностью по сравнению с рассмотренными выше револьверными головками. Однако из-за большого поперечного хода ползушки суппорта в конструкции станка для исключения врезания резцов в зажимные кулачки патрона или обрабатываемую деталь станки с подобной резцедержкой применяют для обработки цилиндрических заготовок ограниченного диаметра.
Целью предлагаемой полезной модели является устранение недостатков станков с известными инструментальными узлами, рассмотренными выше, а также расширение при их применении технологических возможностей серийных металлообрабатывающих станков, повышение их производительности, расширения ассортимента изготавливаемых деталей, упрощение конструкции и себестоимости в процессе изготовления узлов на неспециализированных предприятиях.
Поставленная цель достигается тем, что в известный металлорежущий станок, содержащий станину с направляющими, переднюю бабку с коробками подач и скоростей, шпинделем и патроном, приводы подач и главного движения, заднюю бабку и размещенный на направляющих станины суппорт с фартуком, включающий каретку и ползушку с закрепленным на ней инструментальным
узлом, выполненным в виде поворотного, снабженного пазами блока, в котором закреплены посредством зажимных элементов и зубчатых поверхностей инструментальные державки дополнительно введена закрепленная на ползушке в концентрических Т-образных пазах с возможностью перемещения вокруг вертикальной оси и снабженная направляющими технологическая стойка, в направляющих которой установлена дополнительная ползушка с закрепленной на ней угловой платформой с резцедержкой, которая выполнена в виде инструментальной стойки квадратного или иного поперечного сечения с чередующимися по вертикали с постоянным, переменным или смещенным шагом относительно друг друга горизонтальными многосторонними пазами, причем дополнительная технологическая стойка снабжена безлюфтовым приводом, связанным с дополнительной ползушкой, а пазы инструментальной стойки снабжены средствами крепления инструмента, выполненными, например, в виде клиновых пар.
Предлагаемая полезная модель представлена на чертежах, где:
- на Фиг.1 показан металлообрабатывающий станок при виде сверху;
- на Фиг.2 показан вид инструментального узла по стрелке «А» Фиг.1;
- на Фиг.3 показан вид инструментального узла по стрелке «В» Фиг.1;
- на Фиг.4-7 показаны примеры использования предлагаемого инструментального узла при обработке цилиндрических деталей, закрепленных в патроне, без применения задней бабки;
- на Фиг.8-10 показаны примеры использования инструментального узла при обработке деталей с большими диаметрами отверстий;
- на Фиг.11-13 показаны примеры обработки детали типа «вал», закрепленный с двух сторон в центрах.
- на Фиг.14 приведена конструкция инструментальной державки;
- на Фиг.15 приведена одна из возможных конструкций устройства для установки инструментов на позицию обработки.
Предлагаемый станок (см. Фиг.1) содержит станину 1 с направляющими 2, переднюю бабку 3 с коробкой скоростей 4, коробкой подач 5, шпинделем 6, патроном 7, приводом главного движения 8 и гитарой сменных шестерен 9. На
направляющих 2 станины 1 размещены задняя бабка 10 и суппорт 11 с фартуком 12, кареткой 13 и ползушкой 14. В ползушке 14 выполнен концентрический Т-образный паз 15, в котором размещаются специальные элементы крепления 16 технологической стойки 17, снабженной в нижней своей части лимбом 18 с размеченной в градусах угловых шкалой 19, а на ползушке 14 нанесен индекс 20, что позволяет устанавливать технологическую стойку поворотом вокруг вертикальной оси на любой заданный угол с высокой точностью и, соответственно, настраивать инструмент под необходимым углом к оси обрабатываемой детали. Технологическая стойка 17 имеет направляющие 21, а также установленный на ней привод 22, взаимодействующий с дополнительной ползушкой 23, установленной с возможностью перемещения в направляющих 21. Управление приводом 22 перемещения резцов по вертикали может осуществляться как ручным управлением, так и с использованием системы ЧПУ, если станок в целом оснащен такой системой. На ползушке 23 закреплена угловая платформа 24 с установленной на ней резцедержкой 25, которая в плане может иметь квадратную или иную (треугольную, пятиугольную и т.д.) форму, что позволяет использовать большую номенклатуру обрабатывающих резцов как по назначению, так и по размеру. Резцедержка 25 выполнена в виде монолитного или составного из отдельных взаимосвязанных частей блока, в котором выполнены чередующиеся по вертикали горизонтально расположенные пазы 26, имеющие в сечении квадратную или иную форму, предназначенные для установки державок 27 обрабатывающих инструментов, который закрепляется клиновыми парами 28 и зажимными винтами 29. Сопрягающиеся плоскости блока и державок снабжены нарезкой типа «мышиный зуб» (см. Фиг.12, 14), что позволяет устанавливать инструмент по вертикали относительно оси инструментальной стойки с высокой точностью и надежно его закреплять.
К передней бабке 3 на кронштейне 30 прикреплено и выставлено по высоте относительно оси шпинделя устройство 31 для настройки каждого резца (инструмента, закрепленного в державке 27) по его вылетам и по уровню расположения относительно оси обрабатываемой детали. Устройство (см. Фиг.15) оснащено шаблоном 32 и линейками 33, 34
Для объяснения работы предлагаемой полезной модели ниже приводятся примеры выполнения основных технологических операций при обработке деталей различной сложности с использованием инструментального узла, примененного в данном техническом предложении.
Оператором станка в патроне 7 закрепляется заготовка детали 41, выбираются в соответствии с технологической картой обработки детали режимы работы коробок скоростей и подач и включается привод главного движения 8. При обработке детали возможны следующие варианты работы предлагаемой полезной модели.
Пример №1. Обработка детали без поджима ее задней бабкой.
На Фиг.4 приведен чертеж конструкции обрабатываемой детали, элементы которой являются типовыми представителями деталей типа резьбовых концов труб нефтегазового сортамента, муфт для них, фланцев различного назначения, подшипниковых колец и т.п.
1
6
1
11
1
n
Обрабатывающие инструменты (резцы), необходимые для обработки приведенных типов деталей компонуются на резцовом блоке в державках 27 в следующем порядке: 3 резца для наружной обработки и 3 резца для внутренней обработки заданных поверхностей (пример приведен как частный случай). Расположение резцов в блоке 25 и положение технологической стойки 17 на ползушке 23 приведено на Фиг.5, где у вершин каждого резца установленного комплекта обозначены элементы детали (помеченные индексами [P-Р] - для обрабатывающих резцов и [Э-Э] - для обрабатываемых элементов профилей детали), а соответствующие позиции по высоте установки резцов обозначены позициями их уровней У-У.и соответствующие им этапы обработки («начало» - «1-я смена инструмента», «2-я смена инструмента» и т.д.»).
Циклограмма работы резцов, последовательность их смены и траектория движения для наружной обработки приведена на Фиг.6, а для внутренней обработки - на Фиг.7. При этом при наружной обработке процесс смены обрабатывающего инструмента производится вертикальным перемещением резцового блока 25 при помощи ручного, оперативного или управления системой ЧПУ (посредством привода 22) с созданием необходимого зазора между
сменяемыми резцами и деталью, а для внутренней обработки - формированием движений выхода резца из детали, смещение резцового блока 25 по вертикали для выбора резца следующего уровня обработки, ввод резца в отверстие, обработка следующих внутренних элементов детали и т.д.
Пример №2. Обработка внутренних элементов детали большого диаметра.
В примере №1 приведена наладка инструментального узла, когда при обработке внутренних поверхностей в каждом пазу резцового блока размещен один режущий инструмент. При обработке внутренних элементов в отверстиях большого диаметра такая наладка требует значительных высот резцового блока и больших вертикальных перемещений дополнительной ползушки. На Фиг.8 приведен пример компоновки в одной борштанге, расположенной в одном пазу резцового блока до 4-х резцов внутренней обработки для детали, элементы которой приведены на Фиг.9.
Используя не только установочное, но и программируемое перемещение по координате «У» в данном инструментальном узле появляется возможность обработки как наружных, так и внутренних элементов детали не только в плоскости «XZ» (точки А и С), но и в плоскости «УZ» (точки В и D). На Фиг.10 приведено расположение 4-х вершин режущих инструментов, например, в следующей последовательности ввода их в работу:
1
1
6
1
1
1
- обработка резцом P (правый расточной резец - точка «А») элементов Э-Э) черновая обработка. В это время другие инструменты расположены внутри отверстия по точкам треугольника BCD/
2
1
6
2
2
2
- обработка резцом Р (левый расточной резец - точка С элементов Э-Э - чистовая обработка. Другие инструменты в это время располагаются по точкам треугольника ABD,
3
7
3
3
3
- обработка резцом Р (канавочный резец - точка «В») элемента Э - получение канавки. Расположение других вершин соответствует точкам АСD.
4
8
4
4
4
- обработка резцом Р (резьбонарезной резец - точка D) элемента Э. Расположение других вершин определяется точками АВС.
Анализ расположения точек показывает отсутствие врезания одних резцов в обрабатываемую деталь при работе других. При этом обработка в точках А и В
происходит при вращении детали против часовой стрелки, а в точках С и D - по часовой стрелке.
Пример №3. Обработка детали с зажимом в центрах.
1
2
3
1
7
8
12
1
2
3
1
7
4
5
6
8
12
На Фиг.11 приведен чертеж вала, закрепленного с двух сторон в центрах, а на Фиг.12 приведен пример наладки резцового блока. В этом случае деталь можно обрабатывать как с двух сторон за два установа, так и с двух сторон за один у станов. В первом случае режущие инструменты P, Р, Р располагаются в технологических блоках, расположенных с левой стороны резцового блока с обработкой элементов Э-Э. Со второго установа, после переналадки, обрабатываются элементы Э-Э соответствующими резцами. Во втором случае, при обработке вала за один установ резцами P, Р, Р обрабатываются элементы детали Э-Э при работе в направлении от задней бабки к передней, а резцами Р, Р, Р обрабатываются элементы детали Э-Э при работе в направлении от передней бабки к задней. Для исключения врезания одних режущих инструментов в обрабатываемую деталь при обработке другими, технологические блоки с резцами правой и левой сторон резцового блока смещены на расчетную величину друг относительно друга.
В рассмотренном примере показано, что режущие инструменты, закрепленные в державках 27 расположены не в пазах 26 резцового блока 25, а в пазах 35 технологического блока 36, перемещаемого бесступенчато по Т-образным пазам 37 резцового блока 38 с базированием его на резцовом блоке с помощью нарезки типа «мышиный зуб» 39 и крепления винтами 40. Такая форма резцового блока позволяет получить наладки с нужными межуровневыми расстояниями под конкретную деталь.
В отдельных случаях, когда резцовый блок применен в специальном станке с единой номенклатурой обрабатываемых деталей целесообразно иметь специализированный резцовый блок по форме расположения пазов, их формам и размерам, приведенным на Фиг.13.
Предлагаемое техническое решение металлорежущего станка с инструментальным узлом, выполненным по данному предложению, позволяет значительно расширить возможности серийных универсальных токарно-
винторезных станков общего назначения, расширить номенклатуру обрабатываемых деталей, повысить их точность и производительность, качество обработки, значительно сократить себестоимость изготовления инструментального узла для различного типа станков, а также широко использовать их в мелкосерийном, серийном и массовом производстве, в том числе - на неспециализированных производствах - ремонтных предприятиях различных отраслей народного хозяйства и может быть востребована на рынке станков и специального станочного оборудования.
Библиографические ссылки.
1. Каталог промышленного оборудования. Выпуск 3. Торговый дом «Рязанский станкостроительный завод», 2003 г., стр.18-38.
2. Проспект фирмы, GILDEMEISTER- DEVLIEG SYSTEM-WERKZEUGE GMBH, Bielefeld, 1980 г.