СТАНОК С ЧПУ ДЛЯ ОБРАБОТКИ РАДИАЛЬНО РАСПОЛОЖЕННЫХ ОТВЕРСТИЙ

Предлагаемая полезная модель относится к области станкостроения, а именно- к станкам для сверления, расточки, зенкерования и других видов обработки радиально расположенных относительно центра поворота обрабатываемой детали отверстий и может быть использована в условиях единичного и серийного производства.
Обработка радиально расположенных относительно центра поворота детали отверстий является сложной технической задачей, особенно при обработке отверстий (сверлении, растачивании, зенкеровании и пр.) в крупногабаритных деталях на токарных, лоботокарных, карусельных станках с ЧПУ и т.д.
В станках с ЧПУ функционально связанные перемещения двух рабочих органов, необходимое для образования участка профиля «а-а» (фиг.4-а) осуществляется системой ЧПУ на основе информации, зафиксированной в программе. Так как во многих случаях контурно - и пространственно сложные поверхности образуются, например, фрезой с радиусом "г", поэтому в процессе перемещения рабочих органов должна быть воспроизведена траектория движения центра фрезы аа. В ряде случаев траектория движения центра фрезы может быть задана уравнением, а система ЧПУ позволяет воспроизвести эту траекторию на основании заданного уравнения и координат начальных точек кривой.
1
1
1
2
В большинстве случаев траектория разбивается на ряд участков: a' a', и т.д. и каждый участок кривой заменяется другой линией, достаточно близко совпадающей с заданной. Заданная кривая может быть также заменена рядом отрезков прямых линий. При этом отклонение фактически получающейся ломаной линии от заданной кривой определяется ошибкой Δ. При достаточно малой длине участков a' a', a' a' и т.д. ошибка Δ будет столь
незначительна, что замена заданной кривой рядом прямых линий оказывается вполне допустимой.
n-1
n
n-1
n
При перемещении одного рабочего органа из точки с координатой X в точку с координатой Х (Фиг.1-6) второй рабочий орган должен переместиться из точки с координатой Y в точку с координатой Y. Величина приращения координаты ΔY является функцией приращения ΔХ координаты X. Система ЧПУ определяет величины приращения координат и подает соответствующие сигналы приводам рабочих органов, осуществляющих необходимые перемещения инструмента.
Известен полуавтомат токарный патронный многоцелевой с ЧПУ модель 1П757Ф402 производства ОАО «Рязанский станкостроительный завод» [1], конструкция которого включает станину и размещенные на ней механизм позиционирования и поворота на заданный угол планшайбы с закрепленной на ней обрабатываемой деталью, механизм позиционирования и линейного перемещения режущего инструмента по радиусу окружности расположения обрабатываемых отверстий, механизм позиционирования и линейного перемещения режущего инструмента параллельно оси поворота обрабатываемой детали и механизм вращения режущего инструмента.
Механизм вращения инструмента сопряжен с механизмом позиционирования и линейного перемещения инструмента по радиусу окружности расположения обрабатываемых отверстий, который закреплен на станине подвижно, а механизм позиционирования и поворота планшайбы с обрабатываемой деталью закреплен на станине неподвижно. Все механизмы станка, за исключением механизма вращения режущего инструмента снабжены контурами обратной связи по положению и содержат соответствующие датчики. Любые отклонения под действием внешних воздействий исполнительных органов механизмов от точек позиционирования, зафиксированные соответствующими датчиками положения, воздействуют через контуры обратной связи на соответствующие усилители мощности, которые через подключенные на их выходы электромоторы возвращают
соответствующие исполнительные органы механизмов в точки позиционирования.
В известном станке ось линейного перемещения режущего инструмента проходит через центр поворота обрабатываемой детали. Для обработки отверстия (сверления, растачивания, нарезания резьбы и т.д.) деталь поворачивают вокруг оси до совпадения центра обрабатываемого отверстия с осью перемещения режущего инструмента, затем инструмент перемещают на величину радиуса окружности расположения обрабатываемых отверстий и производят обработку отверстия соответствующим инструментом.
Известный токарный полуавтомат в целом обеспечивает необходимые технические характеристики обработки отверстий в тех случаях, когда масса исполнительного органа - планшайбы механизма поворота детали и самой детали не велики, если же названная масса детали значительна, то контур обратной связи по положению использован быть не может по причине отсутствия в современной технике усилителей необходимой мощности. Вследствие этого точность обработки отверстий из-за погрешностей, возникающих от несовпадения осей обрабатываемого отверстия и положения обрабатывающего инструмента становится недостаточной, особенно при обработке прецизионных деталей.
Целью предлагаемой полезной модели является повышение точности обработки радиально расположенных отверстий на станках, не содержащих контур обратной связи по положению механизма поворота и позиционирования обрабатываемой детали.
Поставленная цель достигается тем, что в известном станке с ЧПУ, содержащем станину, размещенные на станине механизм позиционирования и поворота обрабатываемой детали на заданный угол и механизм позиционирования и линейного перемещения инструмента параллельно оси поворота детали, на котором смонтирован механизм позиционирования и линейного перемещения инструмента по радиусу окружности расположения обрабатывемых отверстий с закрепленным на нем механизмом вращения
режущего инструмента в станок дополнительно введен механизм позиционирования и линейного перемещения режущего инструмента под углом к радиусу расположения обрабатываемых отверстий, сопряженный с механизмом вращения инструмента и механизмом позиционирования и линейного перемещения режущего инструмента по радиусу окружности расположения обрабатываемых отверстий.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами, на которых:
- на Фиг.1 показан вид на станок сверху;
- на Фиг.2 показан вид на станок справа;
- на Фиг.3 показаны геометрические построения, поясняющие установку инструмента в позицию обработки.
- на Фиг.4 показан принцип получения траектории движения обрабатываемого инструмента в зависимости от траектории, заданной программой в системе ЧПУ.
Предлагаемый станок с ЧПУ содержит (см. Фиг.2, 3) станину 1, механизм 2 углового позиционирования и поворота детали 3 с элементами ее крепления 4 в количестве четырех на планшайбе 5, а также с электромотором-шпинделем 6 и датчиком 7 положения элетромотора-шпинделя, механизм 8 позиционирования и линейного перемещения инструмента 9 по радиусу окружности R (см. Фиг.2) расположения обрабатываемых отверстий 10с салазками 11, направляющими 12 и линейным электромотором 13, механизм 14 позиционирования и линейного перемещения инструмента 9 под углом к радиусу R окружности расположения обрабатываемых отверстий 10 с салазками 15, направляющими 16 и линейным электромотором 17, механизм 18 позиционирования и линейного перемещения инструмента 9 параллельно оси поворота детали 3 с салазками 19, направляющими 20 и линейным электромотором 21, механизм 22 вращения режущего инструмента 9 электроприводом 23.
Механизмы 8, 14, 18 позиционирования и линейного перемещения режущего инструмента 9 объединены с соответствующими линейными
датчиками положения инструмента, которые на чертежах не показаны. Также на чертежах не отображена система ЧПУ и усилители мощности и приводов для управления электромоторами механизмов.
Предлагаемый станок работает следующим образом.
C
C
Предположим, что требуется просверлить отверстие 10 (А на. Фиг.1, 2, 3 ) в некотрой детали 3. Для этого деталь закрепляется в планшайбе 5 крепежными элементами 4. Оператором включюется все системы станка. В систему ЧПУ загружают соответствующую программу и дают команду на ее выполнение. В это время вершина сверла 9 находится в точке «ноль» координатной системы станка XOY, а точка А центра отверстия 10 лежит на окружности радиуса R, повернутого к системе координат под углом α. Для этого система ЧПУ выдает команду на поворот мотора шпинделя 6 по часовой стрелке. Мотор шпиндель 6 в месте с деталью 3, закрепленной на планшайбе 5 крепежными элементами 4 начинает поворачиваться, при этом система ЧПУ отслеживает угол поворота детали 3 по угловому датчику 7. Как только центр обрабатываемого отверстия 10 переместится из точки А в точку В (см. Фиг.3) система ЧПУ выдаст сигнал на останов поворота детали 3, в результате чего центр обрабатываемого отверстия 10 в следствие инерции детали окажется в точке С. После останова детали система ЧПУ рассчитывает координаты точки С (Х, Y ) в соответствии с выражениями:
C
B
Х=Х+Δx
C
B
Y=Y+Δy
B
B
Где Х Y- координаты точки В в системе координат станка XOY.
Δх и Δy - погрешности предполагаемого позиционирования инструмента в системе координат «хву» детали.
Величины Δх и Δy определяются выражениями:
Δх=L*Cosγ
Δy=L*Sinγ
Где L - длина хорды, соединяющей точки В и С, γ - угол между хордой и осью Х координатной системы ХОУ станка. Длина хорды L вычисляется из
выражения , где Δα - угловая погрешность поворота детали вокруг оси.
Угол γ определяется из выражения:
Угол между хордой и осью «y» в системе координат «хву» определяется из выражения:
После окончания приведенных вычислений система ЧПУ выдает команды через усилители мощности линейным двигателям 12 и 16, которые приводят в действие механизмы 8 и 14, а именно:
C
механизм 8 позиционирования и линейного перемещения инструмента по радиусу R окружности расположения обрабатываемых отверстий, перемещая салазки 11 по направляющим 12 линейным электромотором 13 доставит инструмент 9 в координату Х;
C
- механизм 14 позиционирования и линейного перемещения инструмента 9 под углом к радиусу R окружности расположения обрабатываемых отверстий перемещая салазки 15 по направляющим 16 линейным электромотором 17 доставит инструмент 9 в координату Y.
После позиционирования инструмента ЧПУ дает команду электроприводу 23, который приводит во вращение инструмент 9 и команду линейному электромотору 21, который включает в работу механизм 18 позиционирования и линейного перемещения инструмента 9 параллельно оси поворота детали 3, в результате чего перемещающиеся салазки 19 по направляющим 20 обеспечивают подачу инструмента 9 в заданную точку на обрабатываемой детали линейным электродвигателем 21 и сверление отверстия на заданную глубину.
Предлагаемое техническое решение позволяет значительно повысить точность выполнения операций сверления, растачивания, зенкерования и т.д., на станках с ЧПУ для обработки радиально расположенных отверстий и
может найти широкое применение в различных отраслях - машино и станкостроении, металлообработке, нефтегазодобывающей промышленности и других.
Библиография
1. Полуавтомат токарный патронный многоцелевой с ЧПУ. Модель 1П757Ф402. ОАО «Рязанский станкостроительный завод». Код ОКП 38 1115 5595. Руководство по эксплуатации. Стр.30-31.