МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЙ СТАНОК С АЭРОСТАТИЧЕСКОЙ ОПОРОЙ ДЛЯ НАПРАВЛЯЮЩИХ

Полезная модель относится к машиностроению.
Известен обрабатывающий центр по патенту РФ на полезную модель №10361, кл. B23Q 3/155 от 25.11.1997 г., состоящий из основания, с установленными на нем салазками, перемещающимися вдоль основания, колонны, стола, перемещающегося вдоль салазок, инструментального магазина, установленного на кронштейне.
Недостатками известного устройства является сравнительно невысокая производительность и точность из-за отсутствия системы повышения точности направляющих.
Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является металлорежущий станок с аэростатическими опорами, состоящими из направляющей станины станка и расположенной над ней с зазором планки, и выполненные из нескольких секций, в которых располагают карманы, причем подвод и распределение воздуха к каждой секции выполнены независимыми через отверстие диаметром d под давлением и распределительные микроканавки глубиной t для развода воздуха по площади секции (Металлорежущие станки: Учебник для машиностроительных втузов под ред. В.Э.Пуша, М., Машиностроение, 1985 с.350-351, рис.17.18 - прототип).
Недостатками известного устройства является сравнительно невысокая точность и быстродействие работы аэростатических опор для направляющих металлорежущих станков.
Технически достижимый результат - повышение точности и быстродействия работы аэростатических опор для направляющих металлорежущих станков за счет предотвращения перетекания воздуха из одной секции в другую.
Это достигается тем, что в металлорежущем станке, содержащим протяженную станину коробчатого типа с горизонтальными направляющими, на одном из концов которой перпендикулярно ей закреплена вертикальная стойка с вертикальными направляющими, по которым перемещается в вертикальной плоскости шпиндельная бабка с электродвигателем и расточной головкой, на станине установлены нижние салазки, совершающие движение по направляющим станины и верхние салазки, перемещающиеся в плоскости, перпендикулярной направляющим станины, на которых закреплен поворотный стол, с установленной на нем монтажной плитой для базирования заготовки, причем в стенках станины выполнены технологические окна и вырезы для размещения внутри них вспомогательных устройств, а для обеспечения высокой жесткости станина и стойка снабжают ребрами и перегородками. при этом он снабжен горизонтальными планками, расположенными с зазором над направляющими станины с образованием аэростатической опоры для направляющих, состоящих из секций, в которых расположены карманы, причем подвод воздуха под давлением и распределение его к каждой секции выполнены через отверстие и распределительные микроканавки для развода воздуха по площади секции, при этом секции выполнены прямоугольными и разделены дренажными каналами для предотвращения перетекание воздуха из одной секции в другую, причем общее число секций не менее трех. ширина направляющей не менее 30 мм, а длина каждой секции - не более 500 мм, при этом микроканавки в совокупности с поверхностью станины образуют капиллярные каналы, а расстояние от микроканавок до края направляющей не менее 15 мм.
На фиг.1 приведена принципиальная схема секции аэростатической опоры для направляющих станков с замкнутой канавкой, на фиг.2 - схема секции аэростатической опоры с прямолинейной канавкой, на фиг.3 конструктивная схема аэростатической опоры, на фиг.4 - вид сверху на опору при снятой планке, на фиг.5 разрез А-А фиг.4. на фиг.6 приведена компоновочная схема металлорежущего станка с аэростатической опорой для направляющих.
Металлорежущий станок с аэростатической опорой для направляющих (фиг.6) содержит протяженную станину 8 коробчатого типа с горизонтальными направляющими 9, на одном из концов которой перпендикулярно ей закреплена вертикальная стойка 15 с вертикальными направляющими 16, по которым перемещается в вертикальной плоскости шпиндельная бабка 17 с электродвигателем 18 и расточной головкой 19. На станине установлены нижние салазки 10, совершающие движение по направляющим 9 станины и верхние салазки 11, перемещающиеся в плоскости, перпендикулярной направляющим 9 станины, на которых закреплен поворотный стол 12, с установленной на нем монтажной плитой 13, на которой базируется заготовка 14. В стенках станины 9 предусматриваются окна и вырезы по технологическим соображениям, а также для размещения внутри них некоторых вспомо1агельных устройств (элементов систем смазки и охлаждения, противовесов и др.). Для обеспечения высокой жесткости станину 8 и стойку 15 снабжают ребрами и перегородками (фи).6). Основными материалами для станины 8 и стойки 15, удовлетворяющими условиям стабильности размеров, жесткости и виброустойчивости, являются чугуны, например марки СЧ 15 и низкоуглеродистые стали, реже применяется бетон. Чугун обладает хорошими литейными свойствами, мало коробится, но имеет сравнительно низкие механические свойства.
Аэростатическая опора для направляющих (фиг.1-2) состоит из нескольких секций, разделенных дренажными каналами 4. Дренажные каналы 4 предотвращают перетекание воздуха из одной секции в другую, что повышает угловую жесткость воздушной подушки. Секции могут быть прямоугольными (фиг.1) в прямоугольных направляющих и частью кольца в кольцевых направляющих (на чертеже не показано). Общее число секций должно быть не менее трех, предпочтительнее четыре секции, обеспечивающие наибольшую угловую устойчивость подвижного узла.
Аэростатические опоры включают саму направляющую 6 станины станка и расположенную над ней с зазором h планку 7 (фиг.3-фиг.4). Ширина направляющей В должна быть не менее 30 мм, а длина L каждой секции не более 500 мм.
Каждая секция опоры имеет отверстие 5 диаметром d для подвода воздуха под давлением и распределительные микроканавки 1, 2, 3 глубиной t для развода воздуха по площади секции. Микроканавки в совокупности с поверхностью станины образуют капиллярные каналы. Таким образом, воздух из области высокого давления, пройдя последовательно через три сопротивления (дроссель, микроканавка и зазор h между неподвижной и подвижной частями опоры), выходит через зазор в окружающую среду. Расстояние от микроканавок 1, 2, 3 до края направляющей должно быть не менее 15 мм, так как при меньшем расстоянии расход воздуха резко возрастает. В направляющих шириной более 40 мм микроканавки 1 и 2 образуют замкнутый контур, воздух в который поступает от дросселя через поперечную канавку 3. В узких направляющих (шириной до 40 мм) микроканавка 2 проходит через середину секции параллельно длинной стороне секции.
Металлорежущий станок с аэростатической опорой для направляющих работает следующим образом.
Заготовка 14 устанавливается на монтажной плите 6 поворотного стола 12 и может перемещаться во взаимно-перпендикулярных плоскостях за счет нижних салазок 10, совершающих движение по направляющим 9 станины и верхних салазок 11, перемещающихся в плоскости, перпендикулярной направляющим 9 станины, на которых закреплен поворотный стол 12. Расточная головка 19 приводится во вращение от шпиндельной бабки 17 с электродвигателем 18, которая имеет возможность вертикального перемещения по вертикальным направляющим стойки 16.
В аэростатических направляющих добиваются разделения трущихся поверхностей подачей в карманы воздуха под давлением, в результате чего между сопряженными поверхностями 6 и 7 образуется воздушная подушка. Воздух, подаваемый под давлением, проходит через дроссель и распределяется по канавкам 1, 2, 3, при этом образуется воздушный слой, разделяющий поверхности планки 7 каретки станка и направляющую 6 станины станка. В зоне, ограниченной микроканавкой, создается повышенное давление воздуха. За пределами микроканавок давление воздуха плавно снижается до атмосферного. Таким образом, воздух из области высокого давления, пройдя последовательно через три сопротивления (дроссель, микроканавка и зазор h между неподвижной и подвижной частями опоры), выходит через зазор в окружающую среду, т.е. назначение микроканавок - распределение сжатого воздуха по смазочному зазору. Для устранения опасности потери устойчивости и возбуждения интенсивных колебаний карманы и распределительные канавки делают в виде треугольного профиля для обеспечения небольшого сжимаемого объема воздуха в них (фиг.5).