МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ОБРАБАТЫВАЮЩИЙ УЗЕЛ

Предлагаемая полезная модель относится к станкостроению, а именно - к станкам токарной группы и может быть использована на универсальных токарных станках, станках с оперативной системой управления и станках с числовым программным управлением (ЧПУ) в процессе их модернизации или новом изготовлении.
Большинство деталей общепромышленного назначения, такие как валы, зубчатые колеса, фланцы, валки, корпусные детали, задвижки, диски автомобильных колес и т.д. требуют для своей комплексной обработки применения токарных, сверлильных, фрезерных, шлифовальных, расточных операций, когда деталь неподвижно закреплена или вращается в патроне В условиях крупных предприятий этот процесс осуществляется путем разработки соответствующих технологических процессов с применением раздельного оборудования, выполняющего вышеперечисленные операции, например так, как предлагается фирмой «SEMPUCO» [1]. Многофункциональные узлы, предлагаемые фирмой, представляют собой автономные блоки, которые предназначены для расширения технологических возможностей металлообрабатывающих станков, в том числе - токарных. Блоки могут быть установлены на ползушке станка, снабжаются индивидуальным приводом и инструментальным магазином с возможностью передачи к нему вращения от привода (например, модель SKH-NC4) и снабжены датчиком положения инструментального блока относительно обрабатываемой заготовки, (модель 8К8-МС2).Аналогичое техническое решение предлагает фирма «PARKSON», например, модель NO.PAR-250 [2]. Известные многофункциональные узлы, тем не менее, обладают ограниченными возможностями установки по координатам, сложной компоновкой и переналадкой обрабатывающих инструментов, применяемых при смене заготовки, направления или характера обработки заготовки.
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ОБРАБАТЫВАЮЩИЙ УЗЕЛ
Предлагаемая полезная модель относится к станкостроению, а именно - к станкам токарной группы и может быть использована на универсальных токарных станках, станках с оперативной системой управления и станках с числовым программным управлением (ЧПУ) в процессе их модернизации или новом изготовлении.
Большинство деталей общепромышленного назначения, такие как валы, зубчатые колеса, фланцы, валки, корпусные детали, задвижки, диски автомобильных колес и т.д. требуют для своей комплексной обработки применения токарных, сверлильных, фрезерных, шлифовальных, расточных операций, когда деталь неподвижно закреплена или вращается в патроне В условиях крупных предприятий этот процесс осуществляется путем разработки соответствующих технологических процессов с применением раздельного оборудования, выполняющего вышеперечисленные операции, например так, как предлагается фирмой «SEMPUCO» [1]. Многофункциональные узлы, предлагаемые фирмой, представляют собой автономные блоки, которые предназначены для расширения технологических возможностей металлообрабатывающих станков, в том числе - токарных. Блоки могут быть установлены на ползушке станка, снабжаются индивидуальным приводом и инструментальным магазином с возможностью передачи к нему вращения от привода (например, модель SKH-NC4) и снабжены датчиком положения инструментального блока относительно обрабатываемой заготовки, (модель 8К8-МС2).Аналогичое техническое решение предлагает фирма «PARKSON», например, модель NO.PAR-250 [2]. Известные многофункциональные узлы, тем не менее, обладают ограниченными возможностями установки по координатам, сложной компоновкой и переналадкой обрабатывающих инструментов, применяемых при смене заготовки, направления или характера обработки заготовки.
В настоящее время в станках токарной группы, включая станки с оперативной системой управления и станки с ЧПУ применяются в основном инструментальные узлы, представляющие собой револьверные головки, размещаемые на ползушке (поперечной плите суппорта) станка. Циклограмма работы головки (например, в станке с ЧПУ) заключается в том, что команды на смену позиции, подъем вращающегося диска с инструментально-технологическими блоками, поворот диска на фиксированную позицию, прижим вращающегося диска к неподвижной базе, включение в работу необходимого инструмента производится по жестко заданной программе, что не всегда оправдано технологически и в большинстве случаев необходимо в серийном производстве однотипных деталей.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является разработка фирмы SUHNER (Италия) [3], представляющаяся унифицированным узлом для металлообрабатывающего станка, в том числе, токарного.
Недостатками известные инструментальных узлов являются:
- сложность конструкции и, как следствие, недостаточная надежность в работе, требование к высококвалифицированному обслуживанию, трудоемкость изготовления элементов головок для достижения требуемой долговременной точности фиксации на рабочей позиции;
- нестабильность размеров поверхностей в обрабатываемой партии деталей из-за случайных погрешностей, возникающих в процессе реализации цикла поворотов по причинам попадания стружки в зону фиксаций дисков, износа их торцевых зубьев, нестабильность силы прижима дисков электродвигателем, в результате чего; обработка деталей по второму классу точности в большинстве случаев становится невозможной;
- отсутствие возможности одновременной обработки поверхностей деталей в режиме многорезцовой наладки;
- конструкции головок в режиме «ФЗ» не позволяют размещать режущие инструменты, требующие вращения, для осуществления операций сверления,
фрезерования, расточки, шлифования, а режиме Ф4 - ограниченные возможности их применения по числу позиций и диапазону действия.
Целью предлагаемой полезной модели является устранение вышеперечисленных недостатков.
Поставленная цель достигается тем, что в известном многофункциональном обрабатывающем узле, содержащем основание с закрепленными на нем инструментальным блоком, привод инструментального блока с элементами передачи вращения обрабатывающему инструменту и датчиками положения инструментального блока относительно обрабатываемой заготовки, в нем инструментальный блок установлен на основании через дополнительные поворотную и неповоротную круговые платформы, инструментальный блок снабжен шпинделем с установленной на нем планшайбой И сопряженными со шпинделем фиксатором и датчиком углового положения шпинделя, причем на торце планшайбы выполнен ряд радиальных Т-образных пазов, а по периферии планшайбы выполнен ряд соответствующих радиальным разам лысок, которые также снабжены Т-образными пазами.
Предлагаемый многофункциональный обрабатывающий узел показан на чертежах, где:
- на Фиг.1 показан вид в плане на узел и станок в целом;.
- на фиг.2 показан вид на узел в сечении А-А фиг.1;
- на фиг.3 показан вид на узел по стрелке В фиг.1;
- на фигурах 4-9 показаны варианты технологического использования предлагаемого технического решения.
Многофункциональный обрабатывающий узел (МОУ) содержит корпус 1, соорентированный на поворотном столе 2 с помощью базирующего штифта 3 и закрепленный на 1нем винтом 4. Поворотный стол 2 прикреплен к поперечной плите суппорта (ползушке) станка 5 винтами 6. В корпусе 1 размещен шпиндель 7 с планшайбой 8. Шпиндель 7 через зубчатые колеса 9 и 10 приводтся во вращение от двигателя постоянного тока 11. Угловое положение шпинделя определяется сопряженным с ним датчиком углового положения 12 и фиксируется управляемым от гидроцилиндра 13 фиксатором 14. Работа
двигателя 11, датчика 12, гидроцилиндра 13, фиксатора 14 управляется системой ЧПУ базового станка (если таковая имеется).В торце планшайбы профрезеровано несколько рядов Т-образных пазов 15, проходящих через центр, а по периферии выполнены лыски 16, образующие посадочные плоскости для размещения режущих инструментов как в технологических блоках, так и без них. На фиг.2 и 3 показаны варианты возможного расположения и закрепления режущих инструментов для токарной обработки деталей с базированием по лыскам блок 17, блок 18 с базированием по Т-образным пазам. Позиции 19 и 20 показывают расположение и закрепление режущих инструментов без технологических блоков с направлением их вершин от центра планшайбы с регулировкой их по вылету упором 21, а позиция 22 - с направлением вершины к центру планшайбы. Позиция 23 показывает возможность расположения инструмента внутри Т-образного паза с направлением его вершины параллельно оси шпинделя.
При больших перепадах диаметров обрабатываемых поверхностей деталей возможно расположение нескольких режущих инструментов в одном ряду - поз.24, 25. Режущие инструменты - сверла, развертки, фрезы шлифовальные круги др. располагаются в специальных борштангах 26 с базированием по конусу шпинделя, зажимаются пневмоцилиндром 27 через тягу 28 и дополнительно зафиксированы от проворота шпонкой 29. В заднем торце шпинделя 7 на одном диаметре через 30 градусов угловых равномерно просверлены отверстия 30 для установки углового положения шпинделя фиксатором 14. В этом случае при одном и том же шпинделе при восьмипозиционной планшайбе программирование углов выхода необходимого инструмента в рабочую позицию от нулевой метки углового датчика будет кратным 30 градусов угловых, при 4-х позиционной планшайбе - 90 градусов угловых, а при 12-ти позиционной планшайбе - 30 градусов угловых. Для расширения технологических возможностей МОУ и станка в целом его посадочный наружный конус шпинделя и наружный конус базового шпинделя унифицированы, что позволяет, в некоторых случаях, менять местами расположение патрона базового станка и планшайбы МОУ между собой. Для
обработки деталей, отличающихся от тел вращения - типа вилок, корпусных деталей или при проведении некоторых ремонтных операций МОУ снимается с поворотного патрона, а обрабатываемая деталь в приспособлении или без него крепится в его Т-образных пазах, а необходимые режущие инструменты располагаются в борштангах 26 шпинделя базового станка.
Таким образом, в зависимости от конструкции обрабатываемой детали (тела вращения или корпусные детали), состояния их в процессе обработки (неподвижные или с вращением), расположения детали в процессе обработки (в зажимном патроне или на поворотном столе), вида закрепления (в патроне или в центрах), требований технологических переходов или операций (токарные, шлифовальные, сверлильные, резьбонарезные и т.д.) МОУ имеет несколько режимов работы, а именно:
1. Планшайба с режущими инструментами вращается непрерывно от собственного двигателя 11, при выведенном фиксаторе 14 и перемещается под любым углом к оси обрабатываемой детали вместе с подвижными органами станка - кареткой (координата Z) и ползушкой (координата X) от имеющихся приводов базового станка 31 и 32, управляемых от ЧПУ, без использования координаты С.
2. Планшайба вращается и перемещается по координатам Х и Z с использованием координаты С, функционально связанной с перемещением от системы ЧПУ базового станка;
3. Планшайба с режущими инструментами работает с поворотом на запрограммированный угол от «0» метки углового датчика 12 и стопорится фиксатором
4. Последовательная работа по п.п.1-3
5. Планшайба устанавливается на поворотном столе под любым углом.
6. Планшайба МОУ может устанавливаться на базовом шпинделе станка вместо зажимного патрона, а патрон на место планшайбы 7. В торцевой плоскости планшайбы в Т-образных пазах могут закрепляться детали, отличающиеся от тел вращения.
7. МОУ может быстро сниматься с поворотной платформы для закрепления на нем деталей, отличающихся от тел вращения.
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом.
Пример №1
1
2
3
Требуется обработать конец вращающейся или не вращающейся трубы (Фиг.4) с одновременным получением элементов контура Э- обработка наружной фаски, Э - обработка торца, Э - обработка внутренней фаски.
1
3
1
3
1
Для обработки указанных элементов выбираются соответствующие резцы (Р-Р) и настраиваются в различных пазах 15, выполненных в торцевой части планшайбы 8 на расстоянии R-R от оси планшайбы и линейной разности их взаимного расположения в конце хода. (Способ выставки резцов при помощи специального приспособления, разработан и в данном описании не приводится). После совмещения оси шпинделя обрабатывающего узла с осью трубы и вывода фиксатора 14 включается двигатель продольной подача базового станка и обрабатывающий узел перемещается по оси Z. При достижении наиболее удаленной точки в контуре обработки подача отключается и обрабатывающий узел отводится из зоны обработки. Время обработки всех I элементов детали равно времени обработки наиболее удаленного элемента Э, что значительно повышает производительность обработки по сравнению с последовательным вводом резцов в работу.
Пример №2.
1
3
Труба вращается, при этом дополнительно к элементам Э-Э требуется нарезать коническую или цилиндрическую резьбы (элемент 34). При этом порядок работы обрабатывающего узла следующий:
1
3
- обрабатываются элементы Э-Э аналогично описанному в примере №1;
- по запрограммированной команде датчика 12 шпиндель устанавливается на отметку «О», программируется угол поворота шпинделя с целью вывода резьбового резца Р4, размещенного на периферии планшайбы 8, в рабочую позицию; включается гидроцилиндр 13 с фиксатором 14, программируется обработка резьбы с выходом в начало программы.
Пример №3.
Требуется нарезать трапециидальную резьбу вихревым способом (см. Фиг.5). Из приведенного эскиза видно, что режущие инструменты располагаются по периферии планшайбы 8 и настроены на всю глубину резьбы. При этом планшайба вращается и перемещается, деталь также вращается (осуществляется режим внешнего фрезерования), при необходимости шлифования резьбы устанавливается соответствующий шлифовальный инструмент И
Пример №4.
Требуется произвести обточку вала малого диаметра на проход (Фиг.6). Для данной операции обрабатывающие инструменты размещаются в технологических блоках или без них в торцовой части планшайбы и направлены к оси обрабатываемой детали, осуществляя режим бесцентровой обработки.
Пример №5
Требуется обработать внецентральные отверстия (см. Фиг.7) в детали, закрепленной в базовом шпинделе. Режущие инструменты располагаются в коническом отверстии планшайбы МОУ. Ползушка перемещается до пересечения с угловым положением оси обрабатываемого отверстия детали, при этом шпиндель базового станка затормаживается, планшайба МОУ вращается и перемещается вдоль обрабатываемого элемента детали.
Пример №6.
Требуется соосно расточить отверстия 2 и 3 в корпусной детали (см.фиг.8). Для этого МОУ снимается с поворотного стола. Деталь 1 устанавливается и закрепляется  в его Т-образных пазах. Настроенным на размер резцом обрабатывается отверстие 2, затем стол поворачивают на 180 градусов угловых и обрабатывают отверстие 3.
Пример №7
Дополнительно к токарной обработке вала может возникнуть необходимость; выполнения шпоночного паза 1, нарезания шлицев 2 и радиального сверления отверстия 3 (см. фиг.9). Поворотный стол
поворачивается на 180 градусов угловых от его базового положения. Соответствующие режущие инструменты в борштангах устанавливаются последовательно в шпиндель МОУ. Датчиком углового положения находят рабочее положение детали. В процессе обработки детали шпиндель базового станка стопорится.
Из рассмотренных примеров видно, что предлагаемая полезная модель обладает многофункциональностью, ее можно устанавливать на универсальные станки, станки с ЧПУ и станки с оперативным управлением, что превращает названные; станки в металлообрабатывающие центры, а применение предлагаемой полезной модели для обработки деталей типа труб, муфт, колец подшипников и т.д. позволяет создавать новые технологии обработки деталей со значительной экономией трудозатрат, повышением производительности и качества. Многофункциональный обрабатывающий узел может найти широкое применение в различных отраслях народного хозяйства, особенно на малых и средних машиностроительных предприятиях.
Предлагаемое техническое решение конструктивно значительно проще известных устройств аналогичного назначения, его изготовление может быть освоено с  незначительными материальными затратами, что предполагает устойчивый спрос на рынке станков и инструмента.
Библиография.
1. Каталог продукции фирмы «Sempuco». Ahwendungsbeispiele Rundnsche, Werkzeugmaschinenfabrik GmbH, Reichenbacher Snrase 69, D-07963 Greiz.
2. Каталог продукции фирмы «Parkson wu indusnrial со., LTD», узлы серий PAR,VLHI,PARP2.
3. Экспонат фирмы Suhner (Италия) на выставке 11. ЕМО, Милан, 1996 г.