Приспособление для многоосевой фрезерной обработки нескольких деталей
APPARATUS FOR MULTIAXIAL MILLING OF MULTIPLE PARTS

Изобретение относится к cъёмным устройствам для установки в рабочее положение обрабатываемых изделий на фрезерном станке и может быть использовано для фрезерной обработки нескольких деталей одновременно с доступом режущего инструмента к деталям с разных сторон.
Известно устройство для установки обрабатываемой детали на металлорежущем станке (см. патент на изобретение RU №2607071, опубл. 10.01.2017 [1]), представляющее их себя устройство для установки обрабатываемой детали на металлорежущем станке, содержащее помимо прочего нижний и верхний клиновые диски, планшайбу, выполненную с возможностью закрепления на ней обрабатываемой детали, причем верхний клиновой диск установлен своей скошенной поверхностью на скошенной поверхности нижнего клинового диска с возможностью поворота относительно него в горизонтальной плоскости и с обеспечением наклона планшайбы относительно этой плоскости. Скользящий контакт деталей механизма обеспечен за счет подачи сжатого воздуха. Обеспечивается обработки плоских деталей с непараллельными плоскостями на металлорежущих станка.
Преимуществом такой конструкции является возможность отклонения плоскости планшайбы от плоскости стола, на котором установлено устройство. Недостатком такой конструкции является ограниченное значение угла отклонения плоскости планшайбы, на которой закрепляется деталь, от плоскости установки устройства на столе металлорежущего станка и, как следствие, ограниченный доступ режущего инструмента к сторонам обрабатываемой детали.
Известно также зажимное приспособление для обрабатываемых деталей (см. патент на изобретение RU №2410227, опубл. 27.01.2011 [2]), в основе которого лежит корпус, который с одной стороны снабжен по меньшей мере двумя зажимными кулачками для закрепления обрабатываемой детали, а с противоположной стороны снабжен средствами для фиксированного и позиционно точного размещения приспособления на зажимном патроне. Задача - простота и надёжность закрепления детали в приспособлении, а также точность размещения самого приспособления при позиционировании на зажимном патроне.
Преимуществом конструкции [2] является точность позиционирования приспособления. Недостатком конструкции [2] в отличие от конструкции [1] является отсутствие возможности изменения угла отклонения плоскости приспособления со стороны зажимных кулачков, т.е. со стороны плоскости крепления обрабатываемой детали, от плоскости, предназначенной для крепления приспособления на столе посредством зажимного патрона, что ограничивает доступ режущего инструмента к сторонам обрабатываемой детали.
Известно также приспособление по заявке с номером CN111283446A (дата публикации заявки 16.06.2020 [3]) для точной металлообработки, которое состоит из основания, слева и справа от которого расположены диски для закрепления приспособления на поворотном столе металлообрабатывающего центра, а на самом основании расположены четыре позиции для закрепления деталей. Обеспечивается доступ к обработке деталей с нескольких сторон, причем одновременно могут обрабатываться несколько деталей.
Преимуществом конструкции [3] является возможность обрабатывать несколько деталей за один программный цикл или за один проход инструмента с возможностью изменения угла наклона деталей относительно стола, на котором закреплено приспособление в широком диапазоне углов. Очевидным недостатком [3] является ограниченный набор стратегий обработки деталей со стороны левого и правого диска, а также со стороны деталей, которые направлены одной из сторон на другие детали. С указанных сторон без перестановки деталей и переналадки точек рабочей системы координат нельзя выполнить, например, торцевую обработку, просверлить отверстие, отфрезеровать т-образный паз, или сделать внутренний карман. К тому же приспособление габаритное и занимает вместе с поворотным столом много рабочего пространства.
Известно также техническое решение по RU 2590746 C2, B23Q3/06, 10.07.2016. В качестве прототипа взято известное техническое решение по RU 2590746 C2, B23Q3/06, 10.07.2016.
Основная задача, лежащая в основе настоящего изобретения, поиск технического решения, которое позволило бы соединить все преимущества вышеуказанных изобретений и исключить их недостатки.
Приспособление должно обеспечивать одновременную (в один программный цикл) механическую обработку нескольких деталей с доступом режущего инструмента к деталям с разных сторон преимущественно на вертикальных фрезерных станках или вертикальных фрезерных обрабатывающих центрах с применением средств ЧПУ. При этом приспособление должно быть относительно компактным и обладать малым весом, чтобы его можно было бы устанавливать на малогабаритные обрабатывающие центры.
Указанные задачи решаются за счет следующих технических решений.
В основании корпуса приспособления лежит многогранная геометрическая фигура, грани которого функционально разделены на две группы:
1. Грани, принадлежащие плоскостям, предназначенным для быстросъемного крепления приспособления на поворотном столе (4-ю ось) вертикального фрезерного станка или фрезерного обрабатывающего центра с ЧПУ.
2. Грани, принадлежащие плоскостям, предназначенным для установки на приспособлении устройств для закрепления и удержания деталей во время обработки: тиски полностью, либо только их часть, например, только губки, в случае, если корпус тисков выполнен в одной детали с корпусом приспособления, а также планшайбы, зажимы, цанговые патроны и т.п.
Указанные признаки присутствуют и в прототипе. Они являются общими признаками.
А вот взаимное расположение указанных групп граней приспособления как внутри группы, так и между группами, определяет совокупность новых технических результатов и указывает на отличительные признаки, а именно:
при наличии у приспособления двух граней, принадлежащих плоскостям, предназначенным для установки на приспособлении устройств для закрепления и удержания деталей во время обработки, и расположенным параллельно, т.е. друг напротив друга, обеспечивается компактность конструкции в сборе, например, с тисками и закрепленными в них деталями. Такое решение позволяет максимально сблизить эти две грани друг к другу. Компактность конструкции позволяет осуществлять обработку не менее двух деталей одновременно при ее установке на поворотный стол (четвертую ость) вертикального фрезерного обрабатывающего центра с обеспечение достаточного просвета при вращении поворотного стола как между деталью и столом фрезерного центра снизу, так и между шпинделем и деталью сверху. А оппозитное расположение граней, предназначенных для установки на приспособлении устройств для закрепления и удержания деталей во время обработки, обеспечивает доступ к не менее, чем трем сторонам каждой заготовки обрабатываемых деталей на обоих устройствах для закрепления и удержания деталей без ограничения возможных стратегий обработки. Говоря о трех сторонах заготовки детали, автор подразумевает три грани прямоугольного параллелепипеда, в который с точки зрения доступа режущего инструмента к заготовке можно вписать саму деталь. Ясное дело, что поворотный стол обеспечивает и промежуточные значения углов при повороте всей конструкции в сборе;
в свою очередь технический результат в виде доступа режущего инструмента к еще двум дополнительным сторонам заготовок без ограничения возможностей по выбору стратегий обработки обеспечивается наличием у приспособления двух других граней, предназначенных для быстросъемного крепления всего приспособления на поворотный стол фрезерного станка. Причем эти две грани по отношению друг к другу принадлежат перпендикулярным плоскостям. В свою очередь по отношению к плоскостям, в которых лежат грани приспособления, предназначенные для закрепления устройств для удержания деталей во время обработки, плоскости этих двух граней также расположены перпендикулярно.
Суть основной идеи, заложенной в изобретение, состоит в том, что при повороте всего приспособления в сборе с устройствами для крепления деталей на 90 градусов на поворотном столе вертикального фрезерного центра в плоскости, перпендикулярной плоскости вращения поворотного стола, в отличие от поворота каждого из устройств для крепления деталей на приспособлении, как это реализовано на рынке в коммерческих продуктах таких компаний, как Gerargi (Италия) или Fifthaxis (США), не просто открывается доступ к еще двум дополнительным сторонам заготовки каждой из деталей во время выполнения их обработки, но и обеспечиваются компактные размеры и относительно малый вес приспособления. Например, при вращении на приспособлении каждого из устройств для крепления деталей, как это реализовано на рынке в коммерческих продуктах таких компаний, как Gerargi (Италия) или Fifthaxis (США), за счет использования быстросъемных механизмов для каждого из устройств крепления деталей, теряется компактность приспособления, что не позволяет использовать его на малогабаритных обрабатывающих центрах, сильно увеличивается вес изделия, что предъявляет повышенные требования к техническим характеристикам поворотного стола, растут издержки на производство самого приспособления.
В предлагаемом приспособлении добавляется возможность вращения всего приспособление в сборе на поворотном столе станка, за счет чего решаются проблемы, связанные с чрезмерным весом и размерами приспособления, потому что появляется возможность закрепить устройства для крепления деталей стандартными средствами: прижимами, болтами и т.п., или вообще изготовить устройства для крепления деталей несъемными, т.е. в одной детали с корпусом самого приспособления.
К тому же при использовании предлагаемого приспособления имеем пять сторон для обработки каждой из двух деталей без ограничений стратегий обработки: три стороны в одном положении приспособления относительно поворотного стола и две в положении, когда мы повернули все приспособление в сборе на поворотном столе на 90 градусов. Точность и быстрота выполнения такого поворота приспособления в сборе во время выполнения программы ЧПУ может быть обеспечена за счет функции M00 (программный стоп), а технически, исходя из уровня техники и анализа коммерческих предложений на рынке, быстросъемное крепление может обеспечиваться пружинным механизмом, размыкаемым за счет давления воздуха, выполненным в виде платформы, либо платформой с механическим зажимом, либо магнитным столом поворотного стола. Тип устройства, обеспечивающего быстросъемное крепление, определят способ быстросъемного крепления устройства к поворотному столу с точки зрения наличия или отсутствия дополнительных устройств, располагаемых между приспособлением и поворотным столом. Например, при магнитном столе приспособление может крепиться непосредственно к столу. А при использовании платформы с пневматическим механизмом отпирания/запирания, такая платформа может быть расположена между приспособлением и поворотным столом.
За счет поворота приспособления в сборе вместе с установленными на него устройствами для удержания деталей в плоскости перпендикулярной плоскости вращения поворотного стола появляется возможность индексной (неодновременной) пятиосевой обработки деталей на обычном компактном трехосевом (XYZ) фрезерном вертикальном обрабатывающем центре с установленным на него поворотным столом (четвертой осью). Причем, количество подходов оператора с станку в такой конфигурации будет совпадать с количеством подходов оператора к пятиосевому фрезерному вертикальному центру. Чтобы сделать две детали на пятиосевой центре надо подойти к станку два раза для установки заготовок. В свою очередь, чтобы изготовить две детали на станке с вышеуказанной конфигурацией нужно также подойти к станку два раза. Один раз, чтобы установить сразу две заготовки на приспособление, а второй раз, чтобы переставить приспособление на поворотном столе. Но в этом случае экономится время на выполнение программы, потому что доставать инструмент из инструментального магазина придется один раз для обработки сразу обоих деталей.
Сохраняется возможность одновременной четырехосевой обработки деталей с одновременным движением инструмента в системе координат станка по осям X, Y, Z и движением оси вращения поворотного стола.
Таким образом, технические результаты от использования предлагаемого изобретения следующие:
приспособление позволяет осуществлять механическую обработку нескольких деталей с доступом режущего инструмента к деталям с разных сторон преимущественно на вертикальных фрезерных станках или вертикальных фрезерных обрабатывающих центрах с применением средств ЧПУ, с сохранением широкого круга стратегий фрезерной обработки и сверления с каждой из доступных сторон деталей;
в случае применения средств ЧПУ обработка деталей осуществляется одновременно, т.е. в один программный цикл;
изобретение имеет относительно компактные размеры и малый вес, что позволяет использовать его на малогабаритных фрезерных центрах или центрах с малым размером рабочего поля или малой максимальной высотой шпинделя над рабочим столом;
изобретение позволяет выполнять функцию индексной (неодновременной) пятиосевой обработки деталей на трехосевом (XYZ) фрезерном вертикальном обрабатывающем центре с установленным на него поворотным столом (четвертой осью) с экономией времени выполнения программного цикла из-за уменьшения количества смен инструмента для изготовления нескольких деталей и из-за уменьшения времени на холостые ходы рабочего стола и шпинделя фрезерного центра.
Сохраняется возможность одновременной четырехосевой обработки деталей с одновременным движением инструмента в системе координат станка по осям X, Y, Z и движением оси вращения поворотного стола.
Исходя из сущности отличительных признаков автором предлагается название приспособления - приспособление оппозитное двухпозиционное, или сокращенно - ПОД «Вертолет». Слово «оппозитное» указывает на способ размещения на приспособлении устройств для закрепления деталей, а слово «двухпозиционное» указывает на возможность поворота (перестановки) приспособления на поворотном столе. Слово «Вертолет» указывает на способность вращения устройств на поворотном столе.
Настоящее изобретение содержит следующую совокупность существенных признаков.
Приспособление, относящееся к съемным устройствам для установки обрабатываемых деталей на фрезерном или фрезерно-сверлильном станке или обрабатывающем центре, для выполнения операций фрезерования и сверления как при ручной подаче, так и при автоматической подаче, в том числе с использованием средств числового программного управления, состоящее из одной или нескольких деталей и представляющее из себя многогранную геометрическую фигуру, у которой есть грани, предназначенные для быстросъемного крепления приспособления на поворотном столе фрезерного станка или фрезерного обрабатывающего центра либо с применением дополнительного устройства, располагаемого на поворотном столе и обеспечивающего быстросъемное соединение, либо без применения такого устройства; а также грани для установки на приспособлении устройств для закрепления и удержания деталей или их заготовок во время обработки; и отличающееся тем, что не менее, чем две грани приспособления предназначены для быстросъемного крепления приспособления на поворотном столе фрезерного станка или фрезерного обрабатывающего центра и принадлежат перпендикулярным плоскостям, а также тем, что приспособление имеет не менее двух граней, предназначенных для установки на приспособлении устройств для закрепления и удержания деталей или их заготовок во время обработки, положение которых относительно друг друга и относительно других граней приспособления определяется одним из следующих вариантов (набором существенных альтернативных признаков, обеспечивающих одни и те же технические результаты):
из всех граней, предназначенных для установки на приспособлении устройств для закрепления и удержания деталей или их заготовок во время обработки, есть две грани, которые принадлежат параллельным плоскостям, при этом каждая из этих двух граней принадлежит своей плоскости, перпендикулярной плоскостям, в которых лежат грани приспособления, предназначенные для быстросъемного крепления приспособления на поворотном столе фрезерного станка или фрезерного обрабатывающего центра;
или
из всех граней, предназначенных для установки на приспособлении устройств для закрепления и удержания деталей или их заготовок во время обработки, есть хотя бы одна грань, которая принадлежит плоскости, перпендикулярной плоскостям, в которых лежат грани приспособления, предназначенные для быстросъемного крепления приспособления на поворотном столе фрезерного станка или фрезерного обрабатывающего центра;
или
из всех граней, предназначенных для установки на приспособлении устройств для закрепления и удержания деталей или их заготовок во время обработки, есть две грани, которые при установке на них устройств для закрепления и удержания деталей или их заготовок обеспечивают параллельность плоскостей, которым принадлежат максимально удаленные от приспособления грани устройств для закрепления и удержания деталей, а также перпендикулярность этих плоскостей плоскостям, в которых лежат грани приспособления, предназначенные для быстросъемного крепления приспособления на поворотном столе фрезерного станка или фрезерного обрабатывающего центра.
К частным признакам, которые дают дополнительный технический результат в виде упрощения написания программ обработки ЧПУ с использованием программных средств, в том числе в части упрощения определения точки рабочей системы координат, от которой рассчитываются траектории движения инструмента относительно детали, а также в виде повторяемости позиционирования устройства при его неоднократной перестановке на поворотном столе фрезерного центра в случае серийного производства можно отнести следующие признаки:
наличие со стороны одной или нескольких граней приспособления, предназначенных для быстросъемного крепления приспособления на поворотном столе фрезерного станка или фрезерного обрабатывающего центра, средств, обеспечивающих центрирование, т.е. принадлежность центра грани приспособления, предназначенного для быстросъемного крепления приспособления на поворотном столе, оси вращения поворотного стола, например: штревель, тяговый болт, шпонка, выемка и т.п.;
наличие со стороны одной или нескольких граней приспособления,, предназначенных для быстросъемного крепления приспособления на поворотном столе фрезерного станка или фрезерного обрабатывающего центра, средств, обеспечивающих постоянное или повторяющееся через равные промежутки значение угла вращения приспособления относительно плоскости поворотного стола при многократной перестановке приспособления на поворотном столе, например: 0 градусов, 90 градусов, 180 градусов, 270 градусов, 360 (0) градусов. Такими средствами также могут быть штревеля, тяговые болты, шпонки, выемки и т.п.
В целях достижения дополнительного технического результата в виде увеличения жесткости конструкции при обработке деталей можно отнести наличие на одной или нескольких гранях приспособления, противоположных граням, предназначенным для быстросъемного крепления приспособления на поворотном столе, конструктивных выемок для упора вращающегося или невращающегося центра, установленного на бабку, расположенную на столе фрезерного центра.
В целях увеличения жесткости конструкции и уменьшения ее размеров можно выделить также такой частный признак, как выполнение устройств, предназначенных для закрепления и удержания деталей или их заготовок во время обработки, полностью или частично в одной детали вместе с корпусом приспособления.
На фиг.1 представлена конструкция одного и того же варианта исполнения предлагаемого приспособления для многоосевой фрезерной обработки нескольких деталей в трех разных ракурсах, раскрывающая его конструктивную сущность.
Из фиг. 1 видно, что приспособление представляет из себя многогранную геометрическую фигуру, две грани 1 и 2 которой предназначены для быстросъемного крепления приспособления на поворотном столе фрезерного станка или фрезерного обрабатывающего центра, а две другие грани 3 и 4 предназначены для установки на приспособлении устройств для закрепления и удержания деталей или их заготовок во время обработки.
Грани 1 и 2, предназначенные для быстросъемного крепления приспособления на поворотном столе, лежат в перпендикулярных плоскостях.
Грани 3 и 4 лежат в параллельных плоскостях относительно друг друга, при этом каждая из этих двух граней лежит в плоскости, перпендикулярной плоскостям граней 1 и 2, предназначенных для быстросъемного крепления приспособления на поворотном столе фрезерного станка или фрезерного обрабатывающего центра
В представленном на фиг.1 варианте исполнения приспособления также присутствуют частные признаки изобретения, а именно:
Со стороны граней 1 и 2, предназначенных для быстросъемного крепления приспособления на поворотном столе, имеются средства, обеспечивающие центрирование, т.е. принадлежность центра граней приспособления 1 и 2 к оси вращения поворотного стола, выполненные в виде отверстий (выемок) 5, расположенных в центре граней 1 и 2.
Со стороны граней 1 и 2, предназначенных для быстросъемного крепления приспособления на поворотном столе, имеются также средства, обеспечивающие постоянное или повторяющееся через равные промежутки значение угла вращения приспособления относительно плоскости поворотного стола при многократной перестановке приспособления на поворотном столе: 0 градусов, 90 градусов, 180 градусов, 270 градусов, 360 (0) градусов, выполненные в виде выемок (карманов) 6.
Со стороны граней, противоположных граням 1 и 2, имеются выемки 7, предназначенные для упора вращающегося или невращающегося центра, установленного на бабку, расположенную на столе фрезерного центра, в целях увеличения жесткости конструкции при обработке деталей.
На фиг. 2, в свою очередь, представлены позиции установки представленного варианта исполнения приспособления на поворотном столе 4-х осевого вертикального фрезерного центра и продемонстрирована работа изобретения.
В позиции 1 грань 1 предназначена для крепления приспособления на поворотном столе 8 фрезерного центра посредством устройства 9, обеспечивающего быстросъемное соединение поворотного стола и приспособления. На приспособлении установлены устройства для закрепления заготовок 11 в виде компактных самоцентрирующихся тисков 10. Поворотный стол, вращаясь вокруг оси X в направлении, указанном пунктирной стрелкой, или в противоположном направлении, обеспечивает доступ торцевого фрезерного и сверлильного инструмента, расположенного в шпинделе станка параллельно оси Z, со сторон 12, 13 и 14 обоих заготовок 11, а также может быть направлен под углом к указанным сторонам в плоскости YZ координат станка, тем самым представляя широкий круг стратегий обработки деталей с указанных сторон. Возможна также одновременная 4-х осевая поочередная обработка заготовок 11 с одновременным движением инструмента в системе координат станка по осям X, Y, Z и движением оси вращения поворотного стола.
В позиции 2 уже грань 2 предназначена для крепления приспособления к поворотному столу 8 фрезерного центра посредством устройства 9, обеспечивающего быстросъемное соединение поворотного стола и приспособления. Поворотный стол вращаясь вокруг оси X в направлении, указанном пунктирной стрелкой, или в противоположном направлении, дополнительно обеспечивает доступ торцевого фрезерного и сверлильного инструмента, расположенного в шпинделе станка параллельно оси Z, со сторон 15 и 16 с сохранением доступа со стороны 13 обоих заготовок 11, а также может быть направлен под углом к указанным сторонам в плоскости YZ координат станка, тем самым представляя широкий круг стратегий обработки деталей с указанных сторон. В позиции 2 одновременная 4-х осевая поочередная обработка заготовок 11 с одновременным движением инструмента в системе координат станка по осям X, Y, Z и движением оси вращения поворотного стола, также возможна, как и в позиции 1.
Приспособление, основанное на представленном на фиг. 1 варианте исполнения, уже изготовлено на производственной базе ЗАО «ТЕХНОАРМС», г. Москва, и принято в эксплуатацию. На рис. 1 представлено фотографическое изображение изготовленного приспособления, установленного на малогабаритном фрезерном центре HAAS MiniMill, оборудованного поворотным столом диаметром 160 мм. и пневматическим устройством, обеспечивающим быстросъемное соединение устройства и поворотного стола.
Приспособление отлично зарекомендовало себя при серийном производстве небольших деталей из конструкционных и легированных сталей, типа ст. 30ХГСА или ст. 40Х. Жесткость конструкции при использовании таких марок сталей удовлетворительна даже без использования упора, установленного на бабку. Приспособление неплохо ведет себя и при обработке нержавейки типа ст. 20Х13 или высоколегированной стали ст. 38ХН3МФА. Но при использовании таких марок стали желательно применение упора центром, установленным на заднюю бабку.
За счет уменьшения времени подхода к станку и экономии времени при движении и смене инструмента удалось получить увеличение производительности обрабатывающего центра вплоть до 30%.