УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЛИСТОВЫХ  ПАНЕЛЕЙ ОБШИВОК ПЛАНЕРА САМОЛЕТОВ

Предлагаемая полезная модель относится к станкостроению, а именно к фрезерным станкам с горизонтальным расположением шпинделя для обработки нежестких заготовок сложной формы и может быть использована при механической обработке листовых панелей обшивок планера самолетов.
Известен автоматизированный комплекс для механической обработки крупногабаритных обводообразующих заготовок листовых панелей обшивок планера самолетов, содержащий основание, портал, размещенный на портале ползун, оснащенный двухповоротной шпиндельной головкой и средства закрепления панели, состоящие из линейных приводов с вакуумными прихватами (патент США №5163793, кл. B23C 1/06, B24B 11/00).
Известен также универсальный автоматизированный комплекс для базирования и механической обработки крупногабаритных обводообразующих заготовок листовых панелей обшивок планера самолетов, содержащий установленные с возможностью перемещения секции с рядами опор, оснащенных приводами и вакуумными прихватами, имеющими возможность перемещения вдоль своей оси, механообрабатывающее оборудование, систему числового программного управления (ЧПУ), стойку с упорами и приводами, связанными с системой ЧПУ, при этом секции с рядами опор установлены по оси OZ в ортогональной системе координат XYZ с возможностью перемещения по программе вдоль оси OY и поворота вокруг своей оси на заданный угол, оси опор расположены перпендикулярно к оси OZ в одной плоскости, а привод опор, имеющих возможность фиксации, выполнен централизованным, при этом стойка установлена с возможностью перемещения по программе вдоль оси OX и поворота на заданный угол, упоры смонтированы с возможностью одновременного перемещения на заданную по программе величину в системе координат XYZ, а механообрабатывающее оборудование выполнено в виде робототехнического комплекса, включающего промышленный робот (Патент РФ №2165836 кл. B23Q 15/22, B23P 21/00, 1999 г.)
Описанные выше устройства обладает достаточно высокой точностью несущей системы станка, однако использование нежесткого закрепления деталей вакуумными захватами, а так же закрепление заготовки панели в отдельных точках со значительными промежутками приводит к низкой точности обработки, связанной с малой жесткостью закрепления заготовки.
1
1
2
2
1
2
1
2
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является устройство для обработки листовых панелей обшивок планера самолетов, содержащее основание, станину, средства закрепления панели, обеспечивающие одновременный доступ к ее обрабатываемой и поддерживаемой поверхностям, механизм подачи режущего инструмента и механизм подачи опорного элемента, расположенные оппозитно относительно обрабатываемой панели с обеспечением пяти управляемых движений, три из которых поступательные вдоль осей X, Y, Z или X', Y', Z', параллельных осям правой ортогональной стандартной системы координат станка и два вращательные R, R' или R, R', оси вращения которых параллельны соответственно направлениям движений X, X' и Z, Z', перпендикулярным плоскостям XY, X'Y' и модуль системы числового программного управления, при этом механизм подачи режущего инструмента состоит из привода и направляющих движения X, установленной в них колонны с приводом и направляющими движения Z, каретки с направляющими движения Y и ползуна с приводом перемещения и двухповоротной шпиндельной головки, обеспечивающей вращательные движения R и R и имеющей выдвижную пиноль со шпинделем для размещения режущего инструмента, а механизм подачи опорного элемента состоит из привода и направляющих движения X', колонны с приводом и направляющими движения Z', каретки с направляющими движения Y' и ползуна с приводом перемещения и двухповоротной шпиндельной головки, обеспечивающей вращательные движения R' и R', выполненной с выдвижной пинолью для размещения опорного элемента (Патент РФ 2358850, МКИ B21J 15/10, B23Q 1/4857, B23Q 1/488, приоритет - 2003 г., пункты формулы 14-22).
Данное устройство нашло применение при обработке крупногабаритных обводообразующих заготовок листовых панелей обшивок планера самолетов, и считается одной из наиболее перспективных конструкций в данной области. Однако, дополнительные направляющие колонн устройства изготавливается в виде железобетонной конструкции мостовой или коробчатой формы, что значительно усложняет и удорожает его изготовление и монтаж.
Недостатком данного устройства является его сложность, обусловленная использованием дополнительной направляющей, а также низкая точность обработки вследствие трудности обеспечения параллельности дополнительных направляющих колонн и синхронизации приводов их перемещения, что приводит к значительной погрешности взаимного расположения режущего инструмента относительно опорного элемента и, соответственно, росту погрешности обработки изготавливаемой панели.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является упрощение конструкции и повышение точности обработки.
1
1
2
2
Поставленная техническая задача решается тем, что в устройстве для обработки листовых панелей обшивок планера самолетов, содержащем основание, станину, средства закрепления панели, обеспечивающие одновременный доступ к ее обрабатываемой и поддерживаемой поверхностям, механизм подачи режущего инструмента и механизм подачи опорного элемента, расположенные оппозитно относительно обрабатываемой панели с обеспечением пяти управляемых движений, три из которых поступательные вдоль осей X, Y, Z или X', Y', Z', параллельных осям правой ортогональной стандартной системы координат станка и два вращательные R, R' или R, R' оси вращения которых параллельны соответственно направлениям движений X, X' и Z, Z', перпендикулярным плоскостям XY, X'Y' и модуль системы числового программного управления,
1
2
при этом механизм подачи режущего инструмента состоит из привода и направляющих движения X, установленной в них колонны с приводом и направляющими движения Z, каретки с направляющими движения Y и ползуна с приводом перемещения и двухповоротной шпиндельной головки, обеспечивающей вращательные движения R и R и имеющей выдвижную пиноль со шпинделем для размещения режущего инструмента,
1
2
а механизм подачи опорного элемента состоит из привода и направляющих движения X', колонны с приводом и направляющими движения Z', каретки с направляющими движения Y' и ползуна с приводом перемещения и двухповоротной шпиндельной головки, обеспечивающей вращательные движения R' и R', выполненной с выдвижной пинолью для размещения опорного элемента
Новым в устройстве для обработки панелей является то, что оно снабжено кареткой с приводом, предназначенной для установки двухповоротной шпиндельной головки одного из механизмов подачи режущего инструмента или опорного элемента и выполненной с направляющими для установки каретки в направляющих, выполненных в ползуне другого из указанных механизмов,
при этом колонны механизма подачи режущего элемента и механизма подачи опорного элемента жестко связаны между собой.
На фиг.1 показан общий вид предлагаемого устройства; на фиг.2 - местный вид А на фиг.1; на фиг.3 - общий вид предлагаемого устройства, вид сверху; на фиг.4 - изометрическая проекция предлагаемого устройства; на фиг.5 - местный вид Б на фиг.4, на фиг.6 - схема расчета погрешности обработки панели прототипа; на фиг.7 - схема расчета погрешности обработки панели предлагаемого устройства.
Устройство для обработки листовых панелей обшивок планера самолетов содержит основание 1, на котором неподвижно установлены станины 2, 3 и 4.
Средства закрепления обрабатываемой заготовки листовой панели обшивки планера самолета 5 выполнены в виде палеты 6, установленной на станине 4. Палета 6 выполнена в форме рамы, обеспечивающей одновременный доступ к обрабатываемой поверхности 7 и поддерживаемой поверхности 8 обрабатываемой заготовки листовой панели обшивки планера самолета 5.
Движения рабочих органов устройства задаются в правой прямоугольной стандартной системе координат xyz. В станинах 2 и 3 выполнены направляющие 9 и 10 оси X, в которых, соответственно, установлены колонны 11 и 12. Колонны 11 и 12 имеют линейные направляющие 13 и 14 осей Z и Z', в которых установлены каретки 15, 16. Каретки 15, 16 имеют линейные направляющие 17, 18 осей Y и Y', с ползунами 19, и 20. Колонны 11 и 12 жестко соединены между собой траверсой 21.
1
2
1
2
С правого торца ползуна 19 установлен корпус двухповоротной шпиндельной головки 22, обеспечивающей вращательные движения R и R вокруг осей вращения 23 и 24, параллельных осям X, Z и перпендикулярным плоскостям XY и X'Y'. В корпусе двухповоротной шпиндельной головки 22 с обеспечением вращательного движения R вокруг оси 24 размещен промежуточный корпус 25. В промежуточном корпусе 25 с обеспечением вращательного движения R вокруг оси 23, параллельной оси Z, установлен корпус 26, имеющий выдвижную пиноль 27 со шпинделем 28 для закрепления режущего инструмента - фрезы 29.
1
2
1
С левого торца ползуна 20 в направляющих 30 с обеспечением прямолинейного движения X' параллельного оси X, расположена каретка 31, с установленным на ней корпусом двухповоротной шпиндельной головки 32, обеспечивающей вращательные движения R и R вокруг осей вращения 33 и 34, параллельных осям X, Z и перпендикулярным плоскостям XY и X'Y'. В корпусе двухповоротной шпиндельной головки 32 с обеспечением вращательного движения R вокруг оси 34 размещен промежуточный корпус 35. В промежуточном корпусе 35 обеспечением вращательного движения R2 вокруг оси 33, параллельной оси Z, установлен корпус 36, имеющий выдвижную пиноль 37 с опорным элементом 38, имеющим сферическую поверхность, контактирующую с поверхностью 8 обрабатываемой заготовки 5.
Режущий инструмент 29 расположен со стороны обрабатываемой поверхности 7 заготовки 5, а опорный элемент 38 - со стороны поддерживаемой поверхности 8.
Все указанные выше перемещаемые узлы (11, 12, 15, 16, 19, 20, 25, 35, 26, 36 и 28, 38) имеют приводы, интегрированные в их конструкцию, поэтому на фиг. не показаны. Предпочтительно использование систем прямого привода на базе синхронных линейных и круговых двигателей переменного тока с частотным регулированием.
Управление приводами подач устройства осуществляется от системы числового программного управления (ЧПУ) 39.
1
2
Таким образом, механизм подачи режущего инструмента 29 состоит из привода и направляющих 9 движения X, колонны 11 с приводом и направляющими 13 движения Z, каретки 15 с направляющими 17 движения Y, ползуна 19 с приводом перемещения, корпуса двухповоротной шпиндельной головки 22, состоящей из промежуточного корпуса 25 и корпуса 26, обеспечивающих вращательные движения R и R вокруг осей 23, 24, и выдвижной пиноли 27.
1
2
При этом, механизм подачи опорного элемента 38 состоит из привода и направляющих 10 движения X', колонны 12 с приводом и направляющими 14 движения Z', каретки 16 с направляющими движения Y', ползуна 20 с приводом перемещения, каретки 31 с приводом и направляющими 30 движения X', корпуса двухповоротной шпиндельной головки 32, состоящей из промежуточного корпуса 35 и корпуса 36, обеспечивающих вращательные движения R' и R' вокруг осей 33, 34 и выдвижной пиноли 37.
Равнозначным вариантом конструкции является установка корпуса 32 на ползуне 19, а корпуса 20 - на каретке 31. При этом на ползуне 19 должны быть выполнены соответствующие базовые поверхности для установки направляющих 30 каретки 31.
1
2
Для данного исполнения механизм подачи режущего инструмента 29 состоит из привода и направляющих 9 движения X, колонны 11 с приводом и направляющими 13 движения Z, каретки 15 с направляющими 17 движения Y, ползуна 19 с приводом перемещения, каретки 31 с приводом и направляющими 30 движения X', корпуса 32, корпуса двухповоротной шпиндельной головки 22, состоящей из промежуточного корпуса 25 и корпуса 26, обеспечивающих вращательные движения R и R вокруг осей 23, 24, и выдвижной пиноли 27.
1
2
При этом, механизм подачи опорного элемента 38 состоит из привода и направляющих 10 движения X', колонны 12 с приводом и направляющими 14 движения Z', каретки 16 с направляющими движения Y', ползуна 20 с приводом перемещения, корпуса 32 двухповоротной шпиндельной головки, состоящей из промежуточного корпуса 35 и корпуса 36, обеспечивающих вращательные движения R' и R' вокруг осей 33, 34 и выдвижной пиноли 37.
1
1
2
2
Для оценки точности обработки по толщине панели прототипа и предлагаемого устройства приняты следующие обозначения. При наличии погрешностей изготовления основных направляющих движения X и X' прототипа в направлении движения Y, появляются отклонения Δy и Δy'. При наличии погрешностей изготовления дополнительных направляющих движения X и X' прототипа в направлении движения Y, появляются отклонения Δy и Δy'. Номинальные положения основных и дополнительных направляющих на схемах обозначены 40 и 41 соответственно. Положения основных и дополнительных направляющих при наличии погрешностей изготовления соответственно обозначены 42, 43.
Погрешности положений вершины инструмента 29 и опорного элемента 38 обозначена Δy и Δy' соответственно. При наличии данных погрешностей появляется относительная погрешность Δ расположения режущего инструмента 29 и опорного элемента 38, которая влияет на толщину заготовки листовой панели обшивки планера самолета 5.
Номинальные положения направляющих X и X' предлагаемого устройства обозначены 44. Их положения при наличии погрешностей обозначены 45.
Устройство работает следующим образом. Палета 6 с обрабатываемой заготовкой 5 закрепляется на станине 4. ЧПУ по заданной программе производит управление перемещением колонн 11 и 12, а так же кареток 15, 16, ползунов 19, 20, каретки 31, промежуточных корпусов 25, 35, корпусов 26, 36 и выдвижных пинолей 28, 37. При этом режущий инструмент 29 производит обработку заготовки листовой панели обшивки планера самолета 5, а подвижный опорный элемент 34 предотвращает ее прогиб под действием силы резания.
Основание 1 обеспечивает жесткое взаимное положение станины 4 и станин 2, 3 с направляющими 4 и 5.
Необходимая точность перемещений обеспечивается направляющими 9, 10, 13, 14, 17, 18 и 30 и соответствующими приводами подач.
Погрешность изготовления панели по толщине обусловлена погрешностями изготовления и монтажа. В первом приближении она может быть рассчитана как сумма погрешностей положения режущего инструмента 29 и опорного элемента 38, копирующаяся на заготовку листовой панели обшивки планера самолета 5
Для составляющих данной формулы получим следующие выражения, связывающие погрешности положения режущего инструмента 29, опорного элемента 38 и заготовки 5 с погрешностью направляющих 9, 10 прототипа
Жесткая связь колонн 11 и 12 между собой траверсой 21 приводит к уменьшению их взаимных перемещений в направлении оси y, возникающих от неточностей их изготовления. При этом исключается влияние дополнительной направляющей, имеющей большую величину погрешности, чем у основной. Величина погрешности предлагаемого устройства может быть определена по формуле (1) с учетом следующих зависимостей для расчета положений режущего инструмента 29 и опорного элемента 38
Сравнение уравнений (2) и (3) показывает, что погрешность взаимного положения инструмента 29 и опорного элемента 38 при наличии перемещений некоторой величины Z и Z' для случая использования предлагаемого устройства снижается.
Погрешность взаимного положения инструмента 29, опоры 38 вдоль координаты x в предлагаемом устройстве будет зависеть в основном от одного привода X', обеспечивающего относительное перемещение фрезы и опорного элемента. Для прототипа данная погрешность будет определяться суммой погрешностей положений по осям X и X'.
Следовательно, предлагаемое устройство будет обеспечивать большую точность обработки.
Применение предлагаемого устройства позволит упростить его конструкцию за счет исключения дополнительных направляющих, размещенных на дополнительных несущих элементах, а также повысить точность обработки.