СТАНОК СПЕЦИАЛЬНЫЙ ТОКАРНЫЙ

Полезная модель относится к станкостроению, а именно к станкам для токарной и фрезерной обработки роторов турбин и крупногабаритных валов.
Из уровня техники известен токарный станок, содержащий станину с двумя основными и двумя дополнительными продольными направляющими, переднюю бабку с главным шпинделем, заднюю бабку с противошпинделем, два инструментальных суппорта и по меньшей мере один люнет, при этом передняя бабка снабжена приводом вращения главного шпинделя, задняя бабка установлена с возможностью перемещения по основным продольным направляющим станины, снабжена приводом ее перемещения в продольном направлении и приводом вращения противошпинделя, инструментальный суппорт содержит каретку, по меньшей мере один ползун и по меньшей мере одну инструментальную головку, при этом каретка установлена с возможностью перемещения по дополнительным продольным направляющим станины, снабжена приводом ее перемещения в продольном направлении, и на ней закреплены поперечные направляющие, ползун установлен с возможностью перемещения по поперечным направляющим каретки, и снабжен приводом его перемещения в поперечном направлении, а инструментальная головка установлена на ползуне, при этом на главном шпинделе закреплен патрон, и на противошпинделе также закреплен патрон [Патент №2113319, РФ, МПК B23B 3/30, Токарный станок с противошпинделем / авторы и патентообладатели - Аскинази А.Е., Гатовский М.Б. - №96124321/02; заявл. 26.12.1996; опубл. 20.06.1998, фиг. 3, 5].
Недостатком этого станка является то, что люнет установлен в инструментальной головке. По этой причине люнет имеет небольшие размеры, малую прочность и жесткость. Это не позволяет обрабатывать на станке тяжелые и крупногабаритные детали, такие как роторы турбин, для поддержки которых во время обработки требуются прочные и жесткие люнеты, устанавливаемые на станине.
Кроме того, недостатком этого станка является то, что передняя бабка закреплена на станине без возможности перемещения в продольном направлении. Вследствие этого на этом станке невозможно выполнить обработку торца заготовки, обращенного к передней бабке, поскольку нет возможности отвести переднюю бабку от заготовки. Для обработки этого торца заготовку необходимо закрепить в патроне противошпинделя задней бабки и люнете, установленном в инструментальной головке правого суппорта и переместить заготовку вправо вместе с задней бабкой и правым суппортом. Это, во-первых, не позволяет обрабатывать тяжелые и крупногабаритные детали, а во-вторых, требует наличия второго суппорта, имеющего возможность независимого перемещения относительно первого суппорта в продольном и поперечном направлениях. Наличие второго суппорта значительно увеличивает сложность конструкции и стоимость станка. Отсутствие возможности обработки тяжелых и крупногабаритных деталей сужает технологические возможности станка.
Из уровня техники известен станок, содержащий станину с двумя основными и двумя дополнительными продольными направляющими, переднюю бабку с главным шпинделем, заднюю бабку с противошпинделем, два инструментальных суппорта и два люнета, при этом передняя бабка установлена с возможностью перемещения по продольным направляющим станины, снабжена приводом ее перемещения в продольном направлении и приводом вращения главного шпинделя, задняя бабка установлена с возможностью перемещения по продольным направляющим станины, снабжена приводом ее перемещения в продольном направлении и приводом вращения противошпинделя, каждый из инструментальных суппортов содержит каретку, ползун и инструментальную головку, при этом каретка установлена с возможностью перемещения по дополнительным продольным направляющим станины, снабжена приводом ее перемещения в продольном направлении, и на ней закреплены поперечные направляющие, ползун установлен с возможностью перемещения по поперечным направляющим каретки, и снабжен приводом его перемещения в поперечном направлении, а инструментальная головка установлена на ползуне, при этом на главном шпинделе передней бабки закреплен патрон, и на противошпинделе задней бабки также закреплен патрон [Патент №5175914 (А), США, МПК B23B 7/04, Machine tool, having dual spindles and tool rests / Yukio Mitsukuchi и др., патентообладатель - Yamazaki Mazak Corp. - №US 19890337881; заявл. 14.04.1989; опубл. 05.01.1993, фиг. 25-39].
Недостатком этого станка является то, что люнеты установлены в инструментальных головках. Во время обработки люнеты находятся сбоку от заготовки, поэтому максимальный диаметр обрабатываемой детали ограничен величиной выступания люнета за габариты инструментальной головки. Поскольку в этом станке используются инструментальные головки револьверного типа, то для того, чтобы обеспечить возможность поворота инструментальной головки вокруг своей оси, люнеты не могут далеко выступать за габариты головки. Поэтому на этом станке невозможна обработка деталей большого диаметра.
Такие люнеты имеют малую прочность и жесткость. Кроме того, место крепления люнета к инструментальной головке находится на значительном расстоянии от оси вращения детали, вследствие чего на люнет действует большой изгибающий момент от силы тяжести детали. Все это не позволяет обрабатывать на станке тяжелые детали.
Также недостатком этого станка является отсутствие возможности установки заготовки одновременно на два люнета. Для обработки длинной заготовки по всей ее длине требуется «перехватывать» заготовку: сначала удерживать заготовку в люнете левого суппорта и обрабатывать инструментом правого суппорта, а потом удерживать в люнете правого суппорта и обрабатывать инструментом левого суппорта. Такое «перехватывание» заготовки в сочетании с погрешностями позиционирования ползуна и инструментальной головки, недостаточной жесткостью люнета и его консольным креплением в инструментальной головке приводит к отклонению оси вращения заготовки от оси центров станка, что снижает точность обработки детали.
Кроме того, в этом станке установлена инструментальная головка револьверного типа, ось поворота которой параллельна оси центров станка. Закреплена эта головка на торцовой плоскости ползуна, перпендикулярной оси центров станка. Вследствие этого инструментальная головка совместно с ползуном имеет большие габариты в продольном направлении. Это не позволяет приблизить инструментальную головку к оси центров станка на нужное расстояние, чтобы обработать цилиндрическую поверхность небольшого диаметра (например, шейку ротора турбины) при большом наружном диаметре самой детали и небольшом расстоянии между выступающими частями детали (например, лопатками ротора) в продольном направлении (например, при восстановительном ремонте ротора турбины). Это сужает технологические возможности станка.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является специальный токарный станок, содержащий станину с двумя основными и двумя дополнительными продольными направляющими, переднюю бабку с главным шпинделем, заднюю бабку с противошпинделем, по меньшей мере один инструментальный суппорт и по меньшей мере два люнета, при этом передняя бабка снабжена приводом вращения главного шпинделя, задняя бабка установлена с возможностью перемещения по основным продольным направляющим станины и снабжена приводом ее перемещения в продольном направлении, люнеты установлены на основных продольных направляющих станины между передней и задней бабками, инструментальный суппорт содержит каретку, ползун и инструментальную головку, при этом каретка установлена с возможностью перемещения по дополнительным продольным направляющим станины и снабжена приводом ее перемещения в продольном направлении, на каретке закреплены поперечные направляющие, ползун установлен с возможностью перемещения по поперечным направляющим каретки, и снабжен приводом его перемещения в поперечном направлении, а инструментальная головка установлена на ползуне, при этом на главном шпинделе закреплен патрон, и на противошпинделе также закреплен патрон [Патент №34105, РФ, МПК B23B 5/00, Станок специальный токарный / Кузнецов Е.А. и др., патентообладатель - ОАО “Станкон”. - №2003116780/20; заявл. 10.06.2003; опубл. 27.11.2003], принятый нами за прототип.
Установка люнетов на направляющих станины позволяет использовать в этом станке прочные и жесткие люнеты больших размеров, что, в свою очередь, позволяет обрабатывать тяжелые и крупногабаритные детали.
Недостатком этого станка является то, что передняя бабка закреплена на станине без возможности перемещения в продольном направлении, а в задней бабке отсутствует привод вращения противошпинделя. Вследствие этого на этом станке невозможно выполнить обработку торца заготовки, обращенного к передней бабке, без переустановки заготовки. Для обработки этого торца необходимо раскрепить заготовку, отвести заднюю бабку, при помощи подъемных средств вынуть заготовку из люнетов и патрона главного шпинделя, развернуть заготовку на 180 град., опустить ее на ролики люнетов, выверить положение обрабатываемой заготовки относительно оси центров станка и вновь закрепить заготовку в патроне главного шпинделя и люнетах. Эти работы очень трудоемки и требуют высокой квалификации исполнителей. Необходимость выполнения этих действий значительно увеличивает трудоемкость и стоимость обработки. Отсутствие возможности обработки всех поверхностей в один установ снижает точность обработки детали из-за снижения точности взаимного расположения обрабатываемых поверхностей.
Кроме того, недостатком этого станка является использование люнетов, которые не являются самоцентрирующими. Для совмещения оси заготовки с осью центров станка используют специальные электромеханические домкраты, снабженные установочными призмами. Домкраты устанавливают на основные продольные направляющие станины. Обрабатываемую заготовку устанавливают на призмы домкратов, и за счет подъема и опускания домкратов, а также за счет разворота призм и их перемещения в поперечном направлении совмещают ось заготовки с осью центров станка. После этого зажимают концы заготовки в кулачках патронов главного шпинделя и противошпинделя и заменяют домкраты на поддерживающие люнеты. Эти работы являются очень сложными и трудоемкими, требуют высокой квалификации исполнителей. Это увеличивает трудоемкость и стоимость обработки.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, - снижение трудоемкости и стоимости обработки, повышение точности обработки детали.
Для решения этой задачи в станке, содержащем станину с двумя основными и двумя дополнительными продольными направляющими, переднюю бабку с главным шпинделем, заднюю бабку с противошпинделем, по меньшей мере один инструментальный суппорт и по меньшей мере два люнета, при этом передняя бабка снабжена приводом вращения главного шпинделя, задняя бабка установлена с возможностью перемещения по основным продольным направляющим станины и снабжена приводом ее перемещения в продольном направлении, люнеты установлены на основных продольных направляющих станины между передней и задней бабками, инструментальный суппорт содержит каретку, ползун и инструментальную головку, при этом каретка установлена с возможностью перемещения по дополнительным продольным направляющим станины и снабжена приводом ее перемещения в продольном направлении, на каретке закреплены поперечные направляющие, ползун установлен с возможностью перемещения по поперечным направляющим каретки, и снабжен приводом его перемещения в поперечном направлении, а инструментальная головка установлена на ползуне, при этом на главном шпинделе закреплен патрон, и на противошпинделе также закреплен патрон, отличие, согласно полезной модели, состоит в том, что передняя бабка установлена с возможностью перемещения по основным продольным направляющим станины и снабжена приводом ее перемещения в продольном направлении, задняя бабка снабжена приводом вращения противошпинделя, а каждый из люнетов выполнен самоцентрирующим, с тремя поддерживающими роликами, одновременно и равномерно сходящимися к одной оси.
Технический результат предложенной полезной модели заключается в обеспечении возможности обработки всех поверхностей детали, в том числе и обоих ее торцов, в один технологический установ. Это снижает трудоемкость и стоимость обработки, а также повышает точность обработки за счет повышения точности взаимного расположения обрабатываемых поверхностей.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
на фиг. 1 изображен предлагаемый станок, вид спереди;
на фиг. 2 - предлагаемый станок, вид сверху;
на фиг. 3 - разрез А-А по фиг. 1;
на фиг. 4 - выносной элемент Б по фиг. 3;
на фиг. 5 - предлагаемый станок, аксонометрия.
Предлагаемый станок содержит станину 1 с двумя основными 2, 3 и двумя дополнительными 4, 5 продольными направляющими, переднюю бабку 6 с главным шпинделем, заднюю бабку 7 с противошпинделем, по меньшей мере один инструментальный суппорт 8 и по меньшей мере два люнета 9, 10.
Передняя бабка 6 установлена с возможностью перемещения по основным продольным направляющим 2, 3 станины и снабжена приводом ее перемещения в продольном направлении. В передней бабке в подшипниковых опорах установлен главный шпиндель, снабженный приводом вращения и датчиком угла поворота. На главном шпинделе закреплен четырехкулачковый патрон 11 с независимым перемещением кулачков. Передняя бабка снабжена датчиком ее положения в продольном направлении.
Задняя бабка 7 установлена с возможностью перемещения по основным продольным направляющим 2, 3 станины и снабжена приводом ее перемещения в продольном направлении. В задней бабке в подшипниковых опорах установлен противошпиндель, снабженный приводом вращения и датчиком угла поворота. На противошпинделе закреплен четырехкулачковый патрон 12 с независимым перемещением кулачков. Задняя бабка снабжена датчиком ее положения в продольном направлении.
Люнеты 9, 10 установлены между передней и задней бабками на основных продольных направляющих 2, 3 станины. Каждый из люнетов 9,10 выполнен в виде люнета открытого типа, допускающего возможность обработки цилиндрической поверхности, охватываемой поддерживающими роликами 13 люнета, без отвода поддерживающих роликов. Каждый из люнетов 9, 10 установлен таким образом, что плоскость А симметрии люнета расположена под острым углом α к вертикальной плоскости В, проходящей через ось центров О станка. Люнеты 9, 10 выполнены самоцентрирующими, с тремя поддерживающими роликами 13, одновременно и равномерно сходящимися к одной оси. Люнеты 9, 10 установлены таким образом, что ось схождения поддерживающих роликов 13 каждого люнета совпадает с осью центров О станка.
Инструментальный суппорт содержит каретку 14, ползун 15 и инструментальную головку 16. Каретка 14 установлена с возможностью перемещения по дополнительным продольным направляющим 4, 5 станины, снабжена приводом ее перемещения в продольном направлении и датчиком ее положения в продольном направлении. На каретке 14 закреплены поперечные направляющие 17, 18. Ползун 15 установлен с возможностью перемещения по поперечным направляющим 17, 18 каретки, снабжен приводом его перемещения в поперечном направлении и датчиком его положения в поперечном направлении.
Ползун 15 инструментального суппорта снабжен наклонными направляющими 19, 20, плоскость Г симметрии которых перпендикулярна оси центров О станка, а зеркало Д направляющих расположено под острым углом β к вертикальной плоскости. Значение угла β не более, чем на 5 градусов отличается от значения угла α.
Инструментальная головка 16 содержит основание 21 и поворотный блок 22. Основание 21 установлено с возможностью перемещения по наклонным направляющим 19, 20 ползуна 15 инструментального суппорта, снабжено приводом его перемещения и датчиком его положения. Поворотный блок 22 установлен с возможностью поворота относительно основания 21 вокруг оси Е, перпендикулярной зеркалу Д наклонных направляющих 19, 20 ползуна, на угол не менее 90 градусов по часовой и против часовой стрелки от положения, параллельного направляющим 19, 20 ползуна. Поворотный блок 22 снабжен приводом поворота и датчиком угла поворота.
Поворотный блок 22 инструментальной головки 16 содержит шпиндель 23 для установки обрабатывающего инструмента 24 и электромеханический привод вращения шпинделя 23. Обрабатывающий инструмент 24 расположен в плоскости Ж, проходящей через ось центров О станка параллельно зеркалу Д наклонных направляющих 19, 20 ползуна.
Станок снабжен инструментальным магазином 25, установленным с возможностью поворота вокруг оси, параллельной оси центров О станка, снабженным приводом поворота и датчиком угла поворота.
Станок снабжен также манипулятором 26 смены инструмента, установленным с возможностью поворота вокруг оси, параллельной оси центров О станка, снабженным приводом поворота и датчиком угла поворота.
Передняя бабка может быть дополнительно снабжена электромеханическим приводом поворота главного шпинделя вокруг координатной оси С (не показан), а задняя бабка может быть дополнительно снабжена электромеханическим приводом поворота противошпинделя вокруг координатной оси С (не показан).
Станок снабжен устройством ЧПУ.
Датчики положения передней 6 и задней 7 бабок в продольном направлении, датчик угла поворота главного шпинделя, датчик угла поворота противошпинделя, датчик положения каретки 14 инструментального суппорта в продольном направлении, датчик положения ползуна 15 инструментального суппорта в поперечном направлении, датчик положения основания 21 инструментальной головки 16, датчик угла поворота поворотного блока 22 инструментальной головки 16, датчик угла поворота инструментального магазина 25 и датчик угла поворота манипулятора 26 смены инструмента через преобразователь соединены с входами в устройство ЧПУ.
Каждый из приводов перемещения передней 6 и задней 7 бабок в продольном направлении, вращения главного шпинделя, поворота главного шпинделя вокруг координатной оси С, вращения противошпинделя, поворота противошпинделя вокруг координатной оси С, перемещения каретки 14 инструментального суппорта в продольном направлении, перемещения ползуна 15 инструментального суппорта в поперечном направлении, перемещения основания 21 инструментальной головки 16, поворота поворотного блока 22 инструментальной головки 16, вращения шпинделя 23 инструментальной головки 16, поворота инструментального магазина 25, поворота манипулятора 26 смены инструмента выполнен электромеханическим и содержит электродвигатель. При этом каждый из электродвигателей этих приводов через преобразователь соединен с выходами с устройства ЧПУ.
Работает станок следующим образом. В исходном положении передняя 6 и задняя 7 бабки отведены друг от друга на расстояние, большее длины заготовки 27. Самоцентрирующие люнеты 9, 10 фиксируют на направляющих 2, 3 станины между бабками 6, 7 в местах расположения базовых цилиндрических поверхностей З, И заготовки 27. Предпочтительно, чтобы люнеты были установлены от торцов заготовки 27 на расстоянии ℓ, равном 0,2…0,25 длины детали.
При помощи подъемных средств укладывают заготовку 27 базовыми цилиндрическими поверхностями З, И на поддерживающие ролики 13 люнетов. Зажимают заготовку поддерживающими роликами 13 люнетов, совмещая тем самым ось вращения заготовки 27 с осью центров О станка. Перемещая переднюю бабку 6 по основным направляющим 2, 3 станины, заводят передний конец 28 заготовки в кулачки патрона 11 главного шпинделя. Зажимают передний конец 28 заготовки 27 в кулачках патрона 11. При необходимости, перемещая заднюю бабку 7 по основным направляющим 2, 3 станины, заводят задний конец 29 заготовки в кулачки патрона 12 противошпинделя и зажимают задний конец 29 заготовки 27 в кулачках патрона 12. В последнем случае, отсоединив противошпиндель от привода его вращения, обеспечивают возможность свободного вращения противошпинделя в подшипниковых опорах задней бабки 7.
По командам от устройства ЧПУ станка за счет использования приводов вращения или поворота вокруг координатной оси С главного шпинделя, перемещения каретки 14 в продольном направлении, перемещения ползуна 15 в поперечном направлении, перемещения основания
21 инструментальной головки 16 по направляющим 19, 20 ползуна, вращения шпинделя 23 инструментальной головки 16, поворота поворотного блока 22 инструментальной головки 16 производят обработку заготовки 27.
За счет использования люнетов 9, 10 открытого типа и за счет того, что значение угла β наклона обрабатывающего инструмента 24 не более, чем на 5 градусов отличается от значения угла α наклона плоскостей А симметрии люнетов 9, 10, возможна обработка базовых цилиндрических поверхностей З, И заготовки 27 без отвода поддерживающих роликов 13 люнетов 9, 10. Это исключает необходимость использования дополнительных люнетов при обработке базовых поверхностей З, И и позволяет повысить точность установки заготовки 27 на станке за счет использования эффекта самоустановки детали.
Для обработки заднего конца 29 и/или заднего торца заготовки 27 разжимают кулачки патрона 12 противошпинделя и отводят заднюю бабку 7 от торца заготовки. Вращая заготовку 27 при помощи привода вращения главного шпинделя либо при помощи привода поворота главного шпинделя вокруг координатной оси С, обрабатывают задний конец 29 заготовки 27. Для обработки заднего торца заготовки 27 поворачивают поворотный блок
22 инструментальной головки 16 на 90 градусов по часовой стрелке относительно оси Е так, чтобы ось шпинделя 23 инструментальной головки 16 располагалась параллельно оси центров О станка, а рабочий конец инструмента 24 был направлен в сторону передней бабки 6.
Для обработки переднего конца 28 и/или переднего торца заготовки 27 подводят заднюю бабку 7 к торцу заготовки, и зажимают задний конец 29 заготовки 27 в кулачках патрона 12 противошпинделя. Разжимают кулачки патрона 11 главного шпинделя, и отводят переднюю бабку 6 от переднего торца заготовки 27. Вращая заготовку 27 при помощи привода вращения противошпинделя либо при помощи привода поворота противошпинделя вокруг координатной оси С, обрабатывают передний конец 28 заготовки. Для обработки переднего торца заготовки 27 поворачивают поворотный блок 22 инструментальной головки на 90 градусов против часовой стрелки так, чтобы ось шпинделя 23 инструментальной головки 16 располагалась параллельно оси центров О станка, а рабочий конец инструмента 24 был направлен в сторону задней бабки 7.