Инструмент для поверхностной обработки
SURFACE TREATMENT TOOL

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к инструменту для поверхностной обработки, предназначенному для обработки поверхностей детали и содержащему вращающуюся головку, на которой радиальным образом установлено несколько вращающихся приспособлений, содержащих цилиндрические режущие или шлифовальные валики, при этом приспособление снабжено противолежащими подшипниками, которые имеют ось вращения и к которым прикреплены концы подвески, установленной в посадочном отверстии на оси поворота, причем указанные оси проходят перпендикулярно друг другу.
Обработка поверхностей деталей путем шлифования, удаления заусенцев, матирования, полирования и т.д., выполняемая для чистовой обработки, или для подготовки поверхности к дополнительной обработке, такой как нанесение поверхностного слоя, или для предварительной обработки соединяемых поверхностей, широко распространена, и потому существует необходимость в эффективном оборудовании, предназначенном для выполнения данных задач.
На сегодняшний день повышенное внимание стало уделяться большим криволинейным поверхностям, таким как части летательных аппаратов, автомобилей, поездов, лопастей ветровых турбин и т.п., имеющие так называемые трехмерные поверхности, при этом данные крупные детали также должны подвергаться поверхностной обработке, например, при подготовке к соединению с другими элементами или для чистовой поверхностной обработки.
Известно оборудование для обработки плоских и криволинейных поверхностей ограниченного размера. Соответственно, такие детали представляют собой детали, которые могут быть размещены на конвейере и пропущены через обрабатывающую машину, или же оборудование может перемещаться вдоль всей детали.
Из международной публикации WO 2009/014511 известна машина для чистовой обработки пола, содержащая пескоструйный инструмент 820, установленный по двум пересекающимся поворотным осям 858а и 851а для возможности выполнения с помощью указанного инструмента 820 пескоструйной обработки полов с неровной поверхностью. Однако, поскольку поворотные оси 858а и 851а расположены на одном уровне, данное оборудование не может подстраиваться к криволинейным участкам пескоструйной обработки, поскольку инструмент лишь в ограниченной степени соответствует форме поверхности пола.
Из патента США №2240876 известно устройство для чистовой поверхностной обработки материалов, таких как мрамор, гранит и т.п. Данное устройство содержит монтируемую шлифовальную головку с радиально установленными вращающимися приспособлениями 17. Шлифовальная головка подвешена в универсальном шарнире 11, 12. Для позиционирования приспособления оно снабжено рычагом 8а, а для поддержания конического зубчатого колеса 10 указанное колесо соединено при помощи стержня 9 с опорным рычагом 5. Следовательно, с точки зрения положения шлифования этот шлифовальный инструмент ограничен плоскими поверхностями, поскольку он не обладает возможностью подстраивания под криволинейную поверхность.
Тем не менее, эти известные инструменты имеют ряд недостатков. Прежде всего, инструмент не обладает возможностью регулирования положения, в котором он выполняет пескоструйную обработку, в зависимости от контура поверхности объекта, поскольку крепление инструмента не дает возможности его подстройки к поверхности объектов. Кроме того, пескоструйный инструмент не отбалансирован по весу, что приводит к разной степени шлифования, так как давление, которое инструмент оказывает на поверхность детали, не является постоянным, а изменяется. Шлифующее воздействие не предполагает никакого саморегулирования.
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью изобретения является устранение указанных ограничений и недостатков, что согласно изобретению достигается при использовании инструмента для поверхностной обработки детали, содержащего вращающуюся головку с радиально установленным на ней набором вращающихся валиков, представляющих собой цилиндрические режущие или шлифовальные валики, при этом головка установлена в противолежащих подшипниках, имеющих ось вращения, к которым прикреплены концы подвески, установленной в подшипнике на оси поворота, причем упомянутые оси проходят перпендикулярно друг другу, отличающийся тем, что ось вращения подшипников проходит на уровне, расположенном ниже оси поворота подвески, при этом головка с валиками установлена с расположением центра тяжести на центральной оси ее вращения с обеспечением весовой балансировки инструмента и автоматического регулирования его рабочего положения в направлении центральной оси в зависимости от формы обрабатываемой поверхности.
Таким неожиданно простым способом обеспечивается саморегулируемый инструмент, который может обрабатывать поверхность независимо от того, является ли она плоской или криволинейной, так как инструмент по существу следует форме детали благодаря наличию в нем подвески. Таким образом, обрабатывающий инструмент автоматически подстраивается под форму детали без необходимости использования другой регулировки, а только благодаря отбалансированной подвеске.
Соответственно, подвеска инструмента образует «балансирную» подвеску (в которой центр тяжести инструмента расположен ниже места позиционирования) и способствует постоянному саморегулированию инструмента во время его вращения. Эффект аналогичен принципу работы гироскопических устройств, в которых постоянное вращательное перемещение маховика (головки инструмента) на перпендикулярном уровне объединено с вращением маховика (головки инструмента) вокруг оси. Такое вынужденное перемещение оси называется прецессией.
Другими словами, инструмент является самовыравнивающимся и может подстраиваться к форме поверхности, поскольку центр тяжести находится вблизи центральной точки обработки инструментом. Это способствует получению отбалансированного инструмента, который свободно и без усилий может следовать поверхности детали, так как постоянно стремится откорректировать свое рабочее положение согласно состоянию поверхности.
Кроме того, обеспечивается рабочий радиус обработки, зависящий только от длины подвески.
Как описано в п. 2 формулы изобретения, благодаря установке подвески на несущей раме, закрепленной на кронштейне или опорной плите инструмента, область обработки имеет такой размер, что она ограничена только расстоянием между кронштейном и головкой инструмента, и, кроме того, инструмент сможет обрабатывать относительно большие перепады высот на детали.
Как описано в п. 3 формулы изобретения, благодаря поддержанию несущей рамы с помощью привода для балансировки веса инструмента имеется возможность регулирования инструмента с получением заданного давления обработки и заданного усилия обработки.
Наконец, как описано в п. 4 формулы изобретения, данный инструмент целесообразно применять для обработки плоских и трехмерных поверхностей, поскольку инструмент выполнен с возможностью самостоятельного следования контурам поверхности без дополнительных регулировок.
ЧЕРТЕЖИ
Ниже приведено подробное описание примера предпочтительного варианта выполнения предложенного инструмента для поверхностной обработки со ссылкой на чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает вид сбоку горизонтально подвешенного инструмента,
фиг. 2 изображает вид сверху указанного инструмента, и
фиг. 3 изображает головку инструмента, которая обрабатывает деталь, имеющую наклонную поверхность.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже приведено описание изобретения на примере устройства, предназначенного предпочтительно для шлифования, матирования и т.п. поверхностей, в котором инструмент выполнен в виде шлифовального валика, известного как Fladdervalser.
Как показано на фиг. 1 и 3, данные валики 18 представляют собой цилиндрические приспособления, которые содержат круговые шлифующие элементы с пазами, расположенные бок о бок с образованием валика и с получением, таким образом, шлифовального приспособления, безопасного в использовании, поскольку оно обеспечивает однородный результат шлифования даже в случае, когда на поверхности детали есть перепады высот.
Как показано на чертежах, каждый валик 18 прикреплен к осевой цапфе 17, причем в данном примере имеется шесть таких цапф, равномерно распределенных вокруг шлифовальной головки.
Шлифовальная головка содержит зубчатую передачу, приводимую в действие двигателем 16.
Взаимодействие элементов таково, что шлифовальные валики 18 вращаются вокруг центральной оси инструмента, а именно оси 19 вращения, в одном направлении 23 и при этом вращаются в смежных противоположных направлениях 24, как показано стрелками на фиг. 3. Это сделано для обеспечения равномерной обработки поверхности.
Для вращения корпуса установлен двигатель 13 с зубчатым колесом 14, которое взаимодействует с зубчатым ободом 15. Таким образом, указанные валики могут вращаться на одном уровне, проходящем перпендикулярно оси 19 вращения.
Вместо шлифовальных валиков точно таким же образом могут быть установлены валики с другими обрабатывающими средствами, такие как металлические щетки, режущие валики, полировочные валики, вращающиеся пескоструйные аппараты и т.п., в зависимости от выполняемой задачи.
Головка инструмента подвешена в подшипниках 12, которые установлены с каждой стороны головки так, что они проходят на центральном уровне, и так, что центр тяжести головки инструмента с валиками 18 расположен на центральной оси 19 или вблизи нее благодаря подвеске 26, расположенной на оси вращения головки. Таким образом, все валики 18 находятся на одном уровне.
В дополнение к выравниванию по уровню, инструмент в процессе поворотов и вращения валиков находится в уравновешенном положении. Это обусловлено тем, что отдельные валики 18 во время их вращения работают как маховики, вращающиеся в противоположных направлениях во время вращения вокруг центральной оси 19. Это обеспечивает стабильную систему в виде вращающихся маховиков, установленных на цапфах, которые вращаются вокруг центральной оси.
В результате данного явления, называемого прецессией и известного из теории гироскопов, достигается почти полное уравновешивание моментов инерции во вращающихся частях и, следовательно, особенно равномерная и однородная обработка детали. Кроме того, благодаря такой абсолютно равномерной нагрузке на валики, зубчатые колеса и подшипники достигаются важные эксплуатационные преимущества.
Как указано выше, для получения карданных шарниров корпуса инструмента он прикреплен к подвеске 26 в виде вильчатого рычага, имеющего два конца 10, 11, как показано на фиг. 2.
Указанные концы соединены в подшипнике 9, при этом ось 21 поворота подвески 26 перпендикулярна оси 20 подвески корпуса инструмента. Это обеспечивает получение карданного шарнира головки инструмента, которое гарантирует, что головка и, следовательно, валики 18 будут всегда стремиться к положению, в котором они отрегулированы по уровню и зависят от формы поверхности детали и при котором центр тяжести инструмента перемещается в направлении оси 19.
Местоположение подшипника 9 находится в пределах корпуса 8 подшипника, который поддерживается несущей рамой, имеющей две полки 3, 4, концы 2 которых прикреплены к опорному кронштейну или опорной плите 1 указанного устройства. В данном корпусе 8 имеется возможность наклона относительно оси 22 с обеспечением возможности наклона головки инструмента вверх или вниз таким образом, что инструмент может следовать контурам поверхности 25. Головка инструмента остается в пределах своей рабочей зоны благодаря встроенным ограничителям в виде упоров, не показанным на чертежах.
Для балансировки инструмента под поперечной балкой 7, соединяющей полки 3, 4 несущей рамы, установлен привод 6, который может быть приводом любого подходящего типа: механическим, гидравлическим или пневматическим.
С помощью данного привода 6 вес головки инструмента может быть отрегулирован так, что валики 18 приобретают заданный вес и, следовательно, оказывают на поверхность 25 детали заданное давление.
Если требуется более высокое давление обработки, балансировка ослабляется, в результате чего вес головки увеличивается, и наоборот. Таким образом, давление обработки может быть отрегулировано в соответствии с требованиями.
С помощью данного устройства может быть достигнуто равномерное давление обработки, а также обеспечивается абсолютно однородная обработка поверхности, независимо от того, является ли указанная поверхность дугообразной, искривленной, вогнутой или выпуклой.
Кроме того, весовая балансировка и собственный вес устройства вместе со шлифовальным оборудованием на карданном подвесе обеспечивают отсутствующую ранее свободу обработки, поскольку инструмент автоматически регулируется в соответствии с состоянием и формой поверхности.
Данное саморегулирование достигается простыми средствами, не имеющими эксплуатационных недостатков. Напротив, обеспечивается высокая степень надежности, низкий износ и, следовательно, долгий срок службы без использования энергии и таких элементов, как регулировочное оборудование, содержащее датчики, и без выполнения регулировочных настроек.