МНОГОЦЕЛЕВОЙ ПОЛУАВТОМАТ С ЧПУ ДЛЯ МНОГОСТОРОННЕЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована на предприятиях по производству изделий трубопроводной арматуры с применением вертикальных обрабатывающих центров.
Известны токарные станки с ЧПУ с расширенными технологическими возможностями, обеспечивающие кроме основных токарных работ выполнение операций сверления нецентральных (параллельных оси вращения детали) и поперечных (радиальных) отверстий, фрезерования и других видов обработки с использованием встречных токарных и дополнительных инструментальных шпинделей. К ним можно отнести, например, токарные 2-шпиндельные полуавтоматы с ЧПУ фирмы «OCUMA» (Япония) и аналогичные им ряда других зарубежных и отечественных фирм.
Недостатком данных станков является невозможность токарной обработки за один установ поверхностей, расположенных на нескольких (3-х; 4-х; 2-х под углом) сторон детали.
Известны также станки, оснащенные автоматическими поворотными устройствами (патронами) для многосторонней обработки деталей, например, повортными патронами фирмы «FORKARDT» (Германия), патроном по патенту РФ №2070502 и целым рядом аналогичных устройств различных фирм. Данные станки, как правило, не имеют дополнительных инструментальных шпинделей и используются только для токарной обработки за один установ различных поверхностей, расположенных на нескольких сторонах вращающейся детали.
Наиболее близким к предлагаемой модели по ряду технологических возможностей является вертикальный токарно-сверлильный полуавтомат с ЧПУ модели VT900M фирмы «DOOSAN» (Корея). Данный станок выполняет различные операции токарной обработки; сверление отверстий, расположенных чаще всего по окружности на торцевых поверхностях и радиально под различными углами друг к другу; нарезание в них резьбы фрезами или метчиками; фрезерование канавок, лысок и т.п. Многоцелевой полуавтомат с ЧПУ для многосторонней обработки деталей, содержит вертикальный шпиндельный узел, револьверную головку, несущую приводные и неприводные инструменты, систему числового программного управления. Однако при этом на нем за один установ может быть осуществлена обработка лишь с одной стороны детали. При обработке многоосных деталей с идентичными поверхностями на нескольких сторонах требуется их перестановка с заменой или регулированием некоторых базирующих элементов, что снижает производительность станка и качество обрабатываемых деталей, повышает трудоемкость процесса обработки.
Для повышения надежности процесса, производительности и качества обработки многоосных деталей на токарный станок с ЧПУ устанавливается автоматический поворотный патрон, обеспечивающий за один установ обработку детали с нескольких сторон, расположенных под углами кратными 90°. При этом закрепление детали в патроне производится электромеханическим ключом, размещенным в гнезде револьверной головки, а ее поворот на заданный УЧПУ угол - посредством гидропривода, с контролем, заданной программой стороны, датчиком углового положения детали, установленным на приводе ее поворота.
На Фиг.1 изображена кинематическая схема многоцелевого полуавтомата с ЧПУ для многосторонней обработки деталей, на Фиг.2 - типовая деталь нефтегазовой арматуры - тройник, подлежащая обработке.
Полуавтомат для многосторонней обработки деталей содержит шпиндельный узел 1; поворотный патрон 2; крестовый суппорт 3 с приводами вертикальных и горизонтальных перемещений инструментов, закрепленных в гнездах, установленной на суппорте, револьверной головки 4.
Шпиндельный узел 1 содержит собственно шпиндель 5, привод 6 с бесступенчатым регулированием скорости вращения шпинделя от двигателя постоянного тока M1; датчик 7 углового положения шпинделя 5 и согласования скоростей при резьбонарезании; устройство торможения 8 шпинделя в заданном программой угловом положении.
Поворотный патрон 2, установленный на шпинделе 5, содержит корпус 9, в котором размещено двухкомпонентное поворотное звено 10, контактирующее с обрабатываемой деталью 11 при ее закреплении и повороте и состоящее из ведущей части 12,связанной с поворотным механизмом 13 и ведомой части 14, снабженной винтовым механизмом 15 для ее перемещения при зажиме-разжиме заготовки 11.
Поворотный механизм 13 содержит два клиновых толкателя 16 и 17 с рейками на боковых сторонах, связанными кинематически между собой реечной шестерней 18 и воздействующих поочередно на четурехгранник, выполненный на ведущей части 12 поворотного звена 10.
Привод поворотного механизма 13 осуществляется от гидроцилиндра 19, установленного на нижнем конце шпинделя, через реечную передачу 20 и шестерню 18. Задаваемое программой угловое положение ведущей части 12 поворотного звена 10, а через базирующий элемент 21 и положение обрабатываемой детали 11, контролируется датчиком 22 углового положения детали, связанным через нижнюю часть штока гидроцилиндра 19 с поворотным механизмом 13.
Крестовый суппорт 3 включает в себя вертикальный (продольный) суппорт 23 с приводом от электродвигателя М2 и установленный на нем горизонтальный (поперечный) суппорт 24 с приводом от электродвигателя М3, на котором установлена револьверная головка 4 с приводом ее поворота и инструментальных шпинделей от одного электродвигателя М4.
В нижней поворотной части револьверной головки 4 выполнены гнезда (горизонтальные расточки) под различные инструменты: неприводные 25 (резцы, сверла, борштанги и т.п.) для токарной обработки т.е. с вращением главного шпинделя 5 и приводные 26 (сверла, фрезы и др.) для обработки элементов деталей, получаемых при остановленном в заданном угловом положении или вращающемся с движением подачи главном шпинделе 5. Расположение осей обрабатываемых приводными инструментами элементов (отверстий) может быть вертикальным 27 или горизонтальным.
В предложенной модели полуавтомата предусмотрено размещение в одном из гнезд головки 4 приводного устройства 28, выполняющего функцию ключа для зажима-разжима заготовки 11, устанавливаемой в поворотном патроне 2.
Кинематическая связь ключа 28 и инструментальных шпинделей с приводом вращения 29 от электродвигателя М4 обеспечивается непосредственно при повороте револьверной головки - конец приводного вала, с выполненными на нем гранями, входит в паз 30 ступицы приводного конического колеса передачи 31. Требуемое (горизонтальное) положение паза 30, контролируемое датчиком 32, обеспечивается остановом и фиксацией посредством двигателя М4 конической передачи 31.
При этом зубчатое колесо 33 в револьверной головке зацеплено с колесом 34, свободно вращающимся на валу и через колесо 35 вращает колесо 36 с внутренними зубьями жестко связанное с поворотной частью револьверной головки. При зацеплении колеса 33 с колесом 37 вращение передается на коническую передачу 31 и далее на приводной инструментальный шпиндель или зажимной ключ 28.
Многосторонняя обработка деталей на предлагаемом полуавтомате осуществляется следующим образом.
При зафиксированном исходном угловом положении шпинделя 5 с поворотным патроном 2 к последнему подводится револьверная головка 4 с зажимным ключом 28 в рабочей позиции. Подпружиненная головка 38 ключа вращаясь соединяется с винтом зажимного механизма 15 и, вращая винт производит зажим детали 11, предварительно установленной на базирующем элементе 21. Эскиз детали приведен на Фиг.2.
Далее согласно управляющей программе (УП) производится обработка стороны 39 детали 11:
- сверление центрального отверстия (вращается главный шпиндель 5);
- расточка центрального отверстия;
- обточка торца детали и снятие фаски в отверстии;
- выточка трапецевидной канавки на торце под уплотнение.
Затем производится останов главного шпинделя 5 и поворот его на соответствующий угол.
Далее согласно УП осуществляется:
- сверление восьми отверстий под резьбу, расположенных по окружности с поворотом шпинделя 5 после каждого сверления;
- снятие фасок в восьми просверленных отверстиях;
- фрезерование резьбы М22-6Н в восьми отверстиях.
На этом заканчивается обработка стороны 39 и производится поворот детали 11 в патроне 2 на угол 90° (стороной 40 к рабочей зоне).
Производится повторение всех переходов, выполненных на стороне 39.
Далее точно также обрабатывается сторона 41 противоположная стороне 39 детали 11 и производится ее поворот на 90° в исходное положение. Затем ключом 28 по аналогии с зажимом производится ее освобождение от зажима и съем со станка готовой детали, обработанной за один установ.
Поворот детали в патроне 2 осуществляется от гидроцилиндра 19 через реечную передачу 20, которая вращает шестерню 18, находящуюся в зацеплении с двумя клиновыми толкателями 16 и 17, воздействующими на четырехгранник, выполненный на ведущей части 12 двухкомпонентного звена. Цикл поворота состоит из двух полуциклов. В первом полуцикле толкатель 16, воздействуя на ребро четырехгранника поворачивает последний навстречу своему движению и фиксирует его в промежуточном положении. Во втором полуцикле толкатель 17 своим торцом зацепляет гран четырехгранника и, поворачивая его по ходу своего движения, фиксирует за следующую грань. Цикл поворота завершается.
При необходимости циклы поворота повторяются по команде УП с контролем положения детали в патроне датчиком 22, связанным через шток с цилиндром поворота 19.
Применение предлагаемого многоцелевого полуавтомата с ЧПУ для многосторонней обработки позволит повысить надежность работы, повысить производительность в 1,5 раза, благодаря сокращению затрат времени на установку, снятие и транспортирование изделий, а также на перенастройку оборудования.