СТАНОК ДЛЯ ОБРАБОТКИ ГРАФИТОВЫХ ЭЛЕКТРОДОВ

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована для прецизионной обработки графитовых электродов, а также для обработки фасонных поверхностей других деталей.
Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является устройство для обработки графитовых деталей (электродов), содержащее основание, механизм позиционирования обрабатываемой детали со средствами ее крепления и фиксации, высокоскоростной шпиндель, средство всасывания для удаления пыли и других частиц, образующихся в процессе обработки (RU 2233734 C2. B32B 51/00, 10.08.2004 - прототип).
Недостатками известного устройства является сравнительно невысокая производительность и невозможность обработки деталей из графита из-за отсутствия системы пылеудаления из зоны обработки.
Технически достижимый результат - повышение эффективности и безопасности обработки деталей из графита.
Это достигается тем, что в станке для обработки графитовых электродов, состоящим из основания, механизма позиционирования обрабатываемых электродов, и содержащим высокоскоростной шпиндель, и систему удаления пыли из рабочей зоны, содержится колонна и закрепленный на кронштейне инструментальный магазин, при этом механизм позиционирования обрабатываемых электродов выполнен в виде стола, установленного с возможностью перемещения на салазках, которые размещены на основании с возможностью перемещения посредством передачи «винт-гайка качения», высокоскоростной шпиндель оснащен системой охлаждения, и выполнен в виде ротора, установленного с возможностью вращения внутри статора в двух радиальных электромагнитных и осевой опорах, и содержит опоры-ловители ротора, радиальные и осевые измерительные датчики, связанные с управляющей ЭВМ, которая подключена к обмоткам электромагнитных опор, а система удаления пыли из рабочей зоны, выполнена в виде сменного пылеприемника, изготовленного с учетом формы обрабатываемой детали и шарнирно связанного с воздуховодом, который соединен через входной патрубок с циклоном, содержащим корпус с цилиндрической и конической частями, винтообразную крышку, выхлопную трубу и выходной патрубок с закрепленным на нем фильтрующим элементом, причем циклон установлен на постаменте, в котором размещен бункер для сбора пыли, герметично соединенный с конической частью корпуса циклона.
На фиг.1 показана схема станка для обработки графитовых электродов с системой удаления пыли из рабочей зоны, на фиг.2 - профильная проекция станка, на фиг.3 - схема циклона для удаления пыли, на фиг.4 представлена схема высокоскоростного шпинделя с электромагнитными опорами и системой охлаждения, на фиг.5 - представлена схема подачи охлаждающей жидкости с естественной циркуляцией; на фиг.6 - схема подачи охлаждающей жидкости с принудительной циркуляцией.
Станок для обработки графитовых электродов (фиг.1 и 2) состоит из неподвижных частей - основания 1 и колонны 2. На основании станка установлены салазки 3, которые могут перемещаться вдоль основания (координата Y) посредством передачи "винт-гайка качения", которая соединяется через муфту с двигателем. Вдоль салазок 3 перемещается стол 4 (координата X) посредством передачи "винт-гайка качения", которая также соединяется через муфту со своим двигателем. На столе устанавливается деталь или приспособление с деталью (на чертеже не показано). На колонне 2 устанавливается шпиндельная бабка 5, перемещающаяся вверх-вниз (координата Z) посредством передачи "винт-гайка качения", которая также соединяется через муфту со своим двигателем. В шпиндельной бабке установлен шпиндель 6, вращающийся через ременную или зубчатые передачи (в зависимости от исполнения) электродвигателем 7. К колонне 2 крепится кронштейн 8, на котором в свою очередь крепится инструментальный магазин 9. Все электродвигатели управляются от ЧПУ обрабатывающего станка по заданной программе, независимо друг от друга. Станок консольного типа, с крестовым столом и с перемещением шпиндельной бабки позволяет вести обработку одновременно по трем координатам. Литые корпусные детали станка выполнены с достаточной жесткостью, что обеспечивает высокую точность обработки. Направляющие закалены, а ответные части покрыты антифрикционным материалом, что обеспечивает хорошее скольжение, уменьшая потери при трении. Приводы постоянного тока обеспечивают бесступенчатое регулирование подач по всем координатам. На обрабатывающем центре используется централизованная импульсная смазка направляющих, управляемая от ЧПУ станка. Станок имеет следующие координаты: ось Х - продольное перемещение стола, ось Y - поперечное перемещение стола, ось Z -вертикальное перемещение шпиндельной бабки.
Станок для обработки графитовых электродов может быть изготовлен в нескольких исполнениях: от универсально-фрезерного центра, имеющего 10-ти ступенчатую коробку скоростей и ручное управление приводами подач до центра с программным управлением с бесступенчатым регулированием оборотов шпинделя (до 8000 оборотов в минуту) и автоматической сменой инструмента. Автоматическая смена инструмента позволяет в процессе обработки менять инструмент в шпинделе за 2,5 секунды или 7,5 секунд в зависимости от исполнения инструментального магазина и требуемой производительности.
Станок для обработки графитовых электродов оснащен системой удаления пыли из рабочей зоны (фиг.3), включающей в себя сменный пылеприемник 10, выполненный с учетом формы обрабатываемой детали и с целью максимального забора из зоны обработки выделяющейся пыли. Сменный пылеприемник 10, посредством шарнирного соединения 12, позволяющего выбрать оптимальное (максимально возможное при конкретной форме детали) поглощение пыли, соединен воздуховодом 11 с входным патрубком 16 циклона, например типа ЦН-11, содержащего выходной патрубок 17, винтообразную крышку 18, выхлопную трубу 19, цилиндрическую 13 и коническую 20 части корпуса. На выходном патрубке 17 закреплен фильтрующий элемент 21. Циклон установлен на постаменте 14, в котором размещен бункер 15 для сбора пыли, герметично соединенный с конической частью корпуса циклона.
На фиг.4 показана схема высокоскоростного шпинделя, который может устанавливаться на станке как горизонтально, так и вертикально (на чертеже не показано). Шпиндель представляет собой ротор 22, вращающийся внутри статора 23 в двух радиальных электромагнитных опорах 24 и 25 и осевой опоре 26. Для обеспечения безопасной работы при радиальных нагрузках, превышающих допустимые, или при отсутствии напряжения на электромагнитных опорах предусмотрены опоры-ловители 27, на которые ложится ротор. Для сохранения положения ротора постоянным при различных радиальных и осевых нагрузках отклонения ротора от центрального положения измеряют датчиками (радиальными 28 и 29, 30 и 33 и осевыми 31, 32). Сигналы рассогласования преобразуются управляющей ЭВМ (на чертеже не показано) в ток возбуждения в обмотках, чем регулируется магнитодвижущая сила, которая и возвращает ротор в исходное положение.
Система подачи охлаждающей жидкости (фиг.5 и 6) к высокоскоростному шпинделю (шпиндель изображен вертикально) содержит камеру с отверстиями для входа и выхода охлаждающей жидкости.
Система естественной циркуляции запирающей жидкости (фиг.5) выполнена в виде камеры 34 предохранительного уплотнения, вход которой связан с теплообменником 35, а выход с пневмогидроаккумулятором 37 через манометр 40. Теплообменник 35 через запорную арматуру 41 и фильтр 36 также соединен с пневмогидроаккумулятором 37, который в свою очередь соединен с баком 38, имеющим воронку 39, и соединенным через байпас с запорной арматурой через манометр 42 с пневмогидроаккумулятором 37.
Система принудительной циркуляции запирающей жидкости (фиг.6) выполнена в виде камеры 34 предохранительного уплотнения, вход которой связан с теплообменником 35 через манометр 45 и фильтр 36, которые последовательно соединены с регулирующим клапаном 42, который в свою очередь последовательно соединен с баком 38, имеющим воронку 39. На выходе теплообменника 35 установлен насос 43 с обратным клапаном 44, последовательно соединенным с запорной арматурой 41 и с пневмогидроаккумулятором 37, связанным с выходом камеры охлаждения, при этом давление в системе контролируется манометром 30.
Станок для обработки графитовых электродов работает следующим образом.
Обрабатываемую деталь устанавливают на столе 5 и зажимают прихватами (фиг.1 и 2). Оператор включает систему ЧПУ станка (на чертеже не показано), и цикл работы начинается. Инструмент устанавливается в конус шпинделя вручную или автоматически (при наличии инструментального магазина). Электродвигатель 7 вращает шпиндель с инструментом с заданной частотой вращения и производит обработку детали. Движение подач инструмента относительно детали по координатам X, Y, Z осуществляется путем перемещения соответствующих узлов центра своими механизмами приводов. Приводы координат управляются системой ЧПУ независимо друг от друга. После выполнения заданной программы инструмент отводится от детали, и цикл обработки одной детали окончен.
Система удаления пыли из рабочей зоны работает следующим образом.
Запыленный газовый поток поступает в циклон через патрубок 16, закручивается за счет тангенциального периферийного ввода и движется далее по нисходящей винтовой линии вдоль стенок аппарата. В результате чего частицы пыли под действием центробежной силы движутся от центра аппарата к периферии, и достигая стенок аппарата транспортируются вниз в коническую часть 20 корпуса для сбора уловленной пыли. Очищенный воздух выводится из циклона через выходной патрубок 17. При этом легкие, мелкодисперсные фракции частиц пыли, не уловленные в коническую часть корпуса, задерживаются на фильтрующем элементе 21, при этом происходит снижение виброакустической энергии, так как фильтрующий элемент 21 одновременно является аэродинамическим глушителем шума активного (сорбционного) типа.
-1
0
0
0
Высокоскоростной шпиндель с электромагнитными опорами предназначен для сверхскоростной обработки, например с частотой вращения до 30000 мин и мощностью до 20 кВт. Для обеспечения безопасной работы при радиальных нагрузках, превышающих допустимые, или при отсутствии напряжения на электромагнитных опорах предусмотрены опоры-ловители 27, на которые ложится ротор. При проектировании таких шпиндельных узлов важно правильно выбрать радиальный зазор h между ротором (шпинделем) и статором, который назначают в зависимости от диаметра D шейки шпинделя (при D≤100 мм h=0,3…0,6 мм; при D=100 мм h=0,6…1,0 мм). Максимальная нагрузочная способность зависит от материала шпинделя и его геометрических размеров, диаметра D вала и длины L электромагнитной опоры.
Система подачи охлаждающей жидкости к шпинделю работает следующим образом.
-1
Схему обвязки с естественной циркуляцией запирающей жидкости (фиг.5) рекомендуется применять при работе уплотнения в следующих условиях: частота вращения вала до 5 с; температура рабочей среды в аппарате от -30 до +150°C. Давление запирающей жидкости поддерживается за счет давления в аппарате, если среда не вредная и не взрывоопасная, или за счет подачи азота под давлением при взрывоопасной и токсичной среде. Запирающая жидкость циркулирует в замкнутом контуре вследствие разности плотностей нагретых и охлажденных слоев жидкости на разных уровнях. Для лучшей циркуляции холодильник и пневмогидроаккумулятор следует устанавливать в непосредственной близости от уплотнения на высоте не менее 2 м.
-1
Схему обвязки с принудительной циркуляцией уплотняющей жидкости (фиг.6) рекомендуется применять при диаметре уплотняемого вала более 80 мм, частоте вращения не менее 5 с и температуре рабочей среды в аппарате до 150°C. Запирающая жидкость подается в уплотнение специальным насосом или централизованно из общей магистрали. Для сглаживания пульсаций давления и поддержания работоспособности уплотнения при кратковременных остановках насоса в схему обвязки включен ресивер.
Давление запирающей жидкости поддерживается за счет давления в аппарате, если среда не вредная и не взрывоопасная, или за счет подачи азота под давлением при взрывоопасной и токсичной среде. Запирающая жидкость циркулирует в замкнутом контуре вследствие разности плотностей нагретых и охлажденных слоев жидкости на разных уровнях. Для лучшей циркуляции пневмогидроаккумулятор 37 следует устанавливать в непосредственной близости от уплотнения, на высоте не менее 2 м. В качестве запирающей жидкости применяют обессоленную воду, масло или другие жидкости, химически совместимые с рабочей средой, но не вредные и не взрывоопасные. Температура запирающей жидкости на выходе из уплотнения не должна превышать 80°C. Давление запирающей жидкости должно быть выше давления среды в аппарате на 0,05-0,1 МПа.
На станке используется централизованная импульсная смазка направляющих, управляемая от ЧПУ станка, высокоскоростной шпиндель с электромагнитными опорами, система удаления пыли из рабочей зоны - все это позволяет эффективно обрабатывать широкий спектр деталей из графита.