УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВАФЕЛЬНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ И КОНИЧЕСКИХ ОБОЛОЧЕК

Устройство для обработки вафельных цилиндрических и конических оболочек
Предлагаемая полезная модель относится к станкостроению, а именно к фрезерным станкам с горизонтальным расположением шпинделя для обработки крупногабаритных нежестких заготовок цилиндрической и конической формы и может быть использована при механической обработке вафельных цилиндрических и конических оболочек, а так же сферических днищ.
Известно несколько способов изготовления вафельных цилиндрических и конических оболочек и, соответствующих устройств, реализующих данные способы.
Известен способ изготовления вафельной панели летательного аппарата, заключающийся в образовании на внутренней поверхности обшивки карманов и опорных поверхностей, с последующим привариванием к опорным поверхностям обшивки элементов продольного и поперечного силового набора, путем соединения диффузионной сваркой двух листов, в одном из которых предварительно вырезают окна, образующие после соединения листов указанные карманы и опорные поверхности. (АС СССР №809777 кл. B64F 5/00, приоритет 16.11.1979 г., опубл. 20.03.2005 г.).
Данный способ включает несколько различных технологических операций и обладает высокой трудоемкостью, связанной с наличием операции сварки тонкостенных заготовок, поэтому для изготовления вафельных цилиндрических и конических оболочек находит применение способ, заключающийся в их механической обработке.
Известен автоматизированный комплекс для механической обработки крупногабаритных обводообразующих заготовок листовых панелей обшивок планера самолетов, состоящий из станка портального типа, содержащего основание, портал, размещенный на портале ползун, оснащенный двухповоротной шпиндельной головкой и средств закрепления панели, состоящих из линейных приводов с вакуумными захватами (патент US №5163793, кл. В23С 1/06, В24В 11/00, приоритет 05.04.1991 г., опубл. 17.11.1992 г.).
Портальный станок, применяемый в данном комплексе обладает достаточно высокой точностью несущей системы, однако использование нежесткого закрепления деталей вакуумными захватами, а так же закрепление заготовки панели в отдельных точках со значительными промежутками приводит к низкой точности обработки, связанной с малой локальной жесткостью при закреплении заготовки.
Известен также способ обработки тонкостенных вафельных панелей, при котором заготовка устанавливается на опору по наружной или внутренней поверхности, так, что большая часть поверхности панели контактирует с опорой, а затем производится механическая обработка поверхности (Патент GB 2413977, B23Q 1/03, D23D 3/14, приоритет 13.05.2004 г., опубл. 12.07.2006 г.). Данный способ может быть реализован с использованием устройств в виде многокоординатных станков, например, портальной конструкции, описанном выше.
Недостатком устройства, осуществляющего данный способ, является сложность изготовления опорного элемента, повторяющего форму поверхности заготовки и необходимость перебазирования заготовки при обработке ее наружной и внутренней поверхности.
1
1
2
2
1
2
1
2
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является устройство для обработки листовых панелей обшивок планера самолетов, содержащее основание, станину, средства закрепления панели в виде съемной палеты в форме рамы, обеспечивающие одновременный доступ к ее обрабатываемой и поддерживаемой поверхностям, механизм подачи режущего инструмента и механизм подачи опорного элемента, расположенные оппозитно относительно обрабатываемой панели с обеспечением пяти управляемых движений, три из которых поступательные вдоль осей X, Y, Z или X′, Y′, Z′, параллельные осям правой ортогональной стандартной системы координат станка и два вращательные R, R′ или R, R′, оси вращения которых параллельны осям координат станка, и модуль системы числового программного управления, при этом механизм подачи режущего инструмента состоит из привода и направляющих движения X, установленной в них колонны с приводом и направляющими движения Z, каретки с приводом и направляющими движения Y ползуна с двухповоротной шпиндельной головкой, обеспечивающей вращательные движения R и R и имеющей выдвижную пиноль со шпинделем для размещения режущего инструмента, а механизм подачи опорного элемента состоит из привода и направляющих движения X′, колонны с приводом и направляющими движения Z′, каретки с приводом и направляющими движения Y′ ползуна с двухповоротной шпиндельной головкой, обеспечивающей вращательные движения R′ и R′, выполненной с выдвижной пинолью для размещения опорного элемента, (патент РФ 2358850, МКИ B21J 15/10, B23Q 1/4857, B23Q 1/488, приоритет - 2003 г., пункты формулы 14-22, 27-29).
Указанное устройство нашло применение при обработке крупногабаритных обводообразующих заготовок листовых панелей обшивок планера самолетов, и считается одной из наиболее перспективных конструкций в данной области. Закрепление заготовки панели обшивки в палете, выполненной в форме рамы позволяет последовательно обрабатывать обе стороны заготовки при повороте палеты на 180°.
Недостатком данного устройства является невозможность обработки вафельных цилиндрических и конических оболочек, поскольку используемые при закреплении заготовки приспособления и расположение его рабочих органов не позволяют получить одновременный доступ инструмента к наружной и внутренней поверхности заготовки.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение точности обработки вафельных цилиндрических и конических оболочек за счет применения метода фрезерования с использованием подвижного опорного элемента.
1
2
1
2
1
2
Поставленная техническая задача решается тем, что в устройстве для обработки вафельных цилиндрических и конических оболочек, содержащем основание с расположенной на ней станиной, установленное на станине средство для закрепления обрабатываемой оболочки, выполненное в виде съемной палеты в форме рамы, установленные на станине механизм подачи режущего инструмента и механизм подачи опорного элемента, и модуль системы числового программного управления, при этом механизм подачи режущего инструмента состоит из колонны, установленной на станине с возможностью перемещения по направляющим по оси X посредством привода колонны, каретки, установленной на колонне с возможностью перемещения по направляющим по оси Z посредством привода каретки, ползуна, установленного на каретке с возможностью перемещения по направляющим по оси Y посредством привода ползуна, и двухповоротной шпиндельной головки, имеющей выдвижную пиноль со шпинделем для размещения режущего инструмента и установленной на ползуне с возможностью обеспечения вращательных движений R и R относительно осей вращения, расположенных паралелльно соответственно упомянутым осям X и Z, а механизм подачи опорного элемента состоит из колонны, установленной на станине с возможностью перемещения по направляющим посредством привода колонны, каретки, установленной на колонне с возможностью перемещения по направляющим посредством привода каретки, ползуна, установленного на каретке с возможностью перемещения по направляющим посредством привода ползуна, и двухповоротной головки, имеющей выдвижную пиноль для размещения опорного элемента и установленной на ползуне с возможностью обеспечения вращательных движений R′ и R′, причем упомянутые оси X, Y, Z расположены параллельно осям правой ортогональной системы координат станка, а упомянутые механизмы выполнены с возможностью размещения соответственно режущего инструмента и опорного элемента со стороны противоположных поверхностей обрабатываемой оболочки, при этом упомянутая съемная палета выполнена с возможностью переустановки на станине с поворотом заготовки как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости, и с возможностью обеспечения одновременного доступа к наружной и внутренней поверхностям обрабатываемой оболочки, при этом направляющие перемещения колонны механизма подачи опорного элемента расположены по оси Y′, перпендикулярной упомянутой оси X, направляющие перемещения каретки механизма подачи опорного элемента расположены по оси Z′, параллельной упомянутой оси Z, направляющие перемещения ползуна механизма подачи опорного элемента расположены по оси X′, перпендикулярной упомянутой оси Y, а оси вращения вращательных движений R′ и R′ головки опорного элемента расположены параллельно соответственно упомянутым осям Y′ и Z′, причем упомянутые оси X′, Y′, Z′ расположены параллельной осям правой ортогональной системы координат.
Новым в устройстве для обработки вафельных цилиндрических и конических оболочек является то, что направляющие механизмов перемещения ползунов подачи инструмента и опорного элемента расположены взаимно перпендикулярно, при этом механизм подачи опорного элемента состоит из привода и направляющих движения Y′, колонны с приводом и направляющими движения Z′, каретки с приводом и направляющими движения X′ ползуна с двухповоротной шпиндельной головкой опорного элемента.
На фиг. 1 показан вид предлагаемого устройства сверху в положении для обработки внешней поверхности вафельных цилиндрических и конических оболочек; на фиг. 2 - общий вид предлагаемого устройства в изометрической проекции; на фиг. 3 - местный вид А на фиг. 1; на фиг. 4 - зона обработки детали, местный вид Б на фиг. 3; на фиг. 5 - вид сверху предлагаемого устройства в положении для обработки внутренней поверхности вафельных цилиндрических и конических оболочек, на фиг. 6 - вид В на фиг. 5; на фиг. 7 - разрез Г-Г на фиг. 5; на фиг. 8 - местный вид Д на фиг. 6.
Устройство для обработки вафельных цилиндрических и конических оболочек содержит основание 1, на котором неподвижно установлены станины 2, 3 и 4.
Средства закрепления обрабатываемой заготовки 5 выполнены в виде палеты 6, установленной на станине 4. Палета 6 выполнена в форме рамы, обеспечивающей одновременный доступ к наружной поверхности 7 и внутренней поверхности 8 обрабатываемой заготовки 5.
Движения рабочих органов устройства задаются в правой прямоугольной стандартной системе координат xyz. В станинах 2 и 3 выполнены направляющие 9 и 10 осей X и Y′, в которых, соответственно, установлены колонны 11 и 12. Колонны 11 и 12 имеют линейные направляющие 13 и 14 осей Z и Z′, в которых установлены каретки 15, 16. Каретки 15, 16 имеют линейные направляющие 17, 18 осей Y и Х′ с ползунами 19, и 20. Направляющие ползуна 19 расположены вдоль оси Y, а направляющие ползуна 20 - вдоль оси X′. При этом оси Y и X′ и линейные направляющие 17, 18 соответственно ползунов 19, 20 взаимно перпендикулярны.
1
2
1
2
На торце ползуна 19 установлен корпус 21 двухповоротной шпиндельной головки, обеспечивающей вращательные движения R и R вокруг осей вращения 22 и 23, параллельных осям X, Z и перпендикулярным плоскостям YZ и XY соответственно. В корпусе 21 двухповоротной шпиндельной головки с обеспечением вращательного движения R вокруг оси 22 размещен промежуточный корпус 24. В промежуточном корпусе 24 с обеспечением вращательного движения R вокруг оси 23, параллельной оси Z, установлен корпус 25, имеющий выдвижную пиноль 26 со шпинделем 27 для закрепления режущего инструмента - фрезы 28.
1
2
1
2
На торце ползуна 20 установлен корпус 29 двухповоротной шпиндельной головки, обеспечивающей вращательные движения R′ и R′ вокруг осей вращения 30 и 31, параллельных осям Y′, Z′ и перпендикулярным плоскостям X′Z′ и X′Z′. В корпусе 29 двухповоротной шпиндельной головки с обеспечением вращательного движения R′ вокруг оси 30 размещен промежуточный корпус 32. В промежуточном корпусе 32 с обеспечением вращательного движения R вокруг оси 31, в исходном положении устройства параллельной оси Z′, установлен корпус 33, имеющий выдвижную пиноль 34 с опорным элементом 35, имеющим сферическую поверхность, контактирующую с поверхностью 8 обрабатываемой заготовки 5.
Режущий инструмент 28 расположен со стороны обрабатываемой поверхности 7 заготовки 5, а опорный элемент 35 - со стороны поддерживаемой поверхности 8.
Все указанные выше перемещаемые узлы (11, 12, 15, 16, 19, 20, 24, 32, 26, 34) имеют приводы, интегрированные в их конструкцию, поэтому на фиг. не показаны.
Управление приводами подач устройства осуществляется от системы числового программного управления (ЧПУ) 36.
1
2
Таким образом, механизм подачи режущего инструмента 28 состоит из привода и направляющих 9 движения X, колонны 11 с приводом и направляющими 13 движения Z, каретки 15 с направляющими 17 движения Y, ползуна 19 с приводом перемещения, корпуса 21 двухповоротной шпиндельной головки, состоящей из промежуточного корпуса 24 и корпуса 25, обеспечивающих вращательные движения R и R вокруг осей 22, 23, и выдвижной пиноли 26.
1
2
При этом, механизм подачи опорного элемента 35 состоит из привода и направляющих 10 движения Y′, колонны 12 с приводом и направляющими 14 движения Z′, каретки 16 с направляющими движения X′, ползуна 20 с приводом перемещения и направляющими движения Y′, корпуса двухповоротной шпиндельной головки 29, состоящей из промежуточного корпуса 32 и корпуса 33, обеспечивающих вращательные движения R′ и R′ вокруг осей 30, 31 и выдвижной пиноли 34.
Равнозначным вариантом конструкции является расположение осей 22, 23 параллельно осям Z, X, а осей 30, 31 параллельно осям Z′, Y′.
Заготовка 5 закрепляется по торцам прижимами 37, 38, обеспечивающими ее базирование в палете 6. Прижимы 37 и 38 закрепляются в приспособлениях 39, 40 кольцевой формы. Свободный край заготовки 5 для предотвращения значительных деформаций под действием силы тяжести фиксируется растяжками 41.
Палета 6 имеет базовые поверхности 42 для базирования и закрепления ее относительно станины 4 для обработки различных участков заготовки 5. При перестановках палеты 6 на станине 4 ось 43 заготовки 5 может быть расположена либо параллельно оси X, либо параллельно оси Y стандартной системы координат станка.
Устройство работает следующим образом. Палета 6 с заготовкой 5 устанавливается на станину 4 с использованием базовых поверхностей 42 таким образом, чтобы ось 43 заготовки 5 была параллельна одной из осей координат X или Y.
При установке оси 43 заготовки 5 параллельно оси X (фиг. 1, 3, 4) появляется возможность обработки наружной поверхности 7 заготовки 5 инструментом 28. Для предотвращения деформации заготовки 5 во время обработки к внутренней поверхности 8 заготовки 5 подводится опорный элемент 35.
При установке оси 43 заготовки 5 параллельно оси Y (фиг. 5, 6, 8) появляется возможность обработки внутренней поверхности 8 заготовки 5. При этом опорный элемент 35 подводится к наружной поверхности 8.
1
2
Во время обработки движение подачи режущего инструмента 28 производится при помощи приводов перемещения колонны 11 по направляющим 9 движения X, каретки 15 по направляющим 13 движения Z, ползуна 19 по направляющим 17 движения Y, поворота R промежуточного корпуса 24 относительно корпуса 21, поворота R корпуса 25 относительно корпуса 24 и выдвижения пиноли 26.
1
2
Движение подачи опорного элемента 35 производится при помощи приводов перемещения колонны 12 по направляющим 10 движения Y′, каретки 16 по направляющим 14 движения Z′, ползуна 20 по направляющим 18 движения X′, поворота R′ промежуточного корпуса 32 относительно корпуса 29, поворота R′ корпуса 33 относительно корпуса 32 и выдвижения пиноли 34.
Управление движениями приводов подач осуществляется от системы числового программного управления (ЧПУ) 36.
После обработки сегмента поверхности заготовки 5, производится перебазирование палеты 6 с использованием базовых поверхностей 42, таким образом, что заготовка 5 вокруг оси 43 поворачивается на 180°, либо последовательно три раза на 90° для обработки следующего сегмента ее поверхности.
Далее производится перебазирование палеты 6 с поворотом оси 43 заготовки 5 на 90° в горизонтальной плоскости для обработки противоположной стороны заготовки 5.
Применение предлагаемого устройства позволит повысить точность обработки вафельных цилиндрических и конических оболочек за счет применения метода фрезерования с использованием подвижного опорного элемента.