|
|
|
|
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
|
(19)
|
RU
|
(11)
|
101396
|
(13)
|
U1
|
|
(51) МПК
B23D5/00 (2006.01)
B23B25/06 (2006.01)
|
(12) ПАТЕНТ НА ПОЛЕЗНУЮ МОДЕЛЬ
|
|
|
|
(21), (22) Заявка: 2010137054/02, 07.09.2010
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
07.09.2010
Приоритет(ы):
(22) Дата подачи заявки: 07.09.2010
(45) Опубликовано: 20.01.2011
Адрес для переписки:
119991, Москва, 5-й Донской пр-д, 15, стр.8, ОАО "Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков (ОАО "ЭНИМС"), зам. ген. директора по научной работе г-ну А.Г. Бойму
|
(72) Автор(ы):
Бойм Александр Григорьевич (RU),
Сахарова Ольга Петровна (RU),
Аскинази Абрам Ефимович (RU),
Белинкин Игорь Сергеевич (RU),
Лурье Александр Михайлович (RU),
Эстерзон Михаил Абрамович (RU)
(73) Патентообладатель(и):
Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)
|
(54) МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ ЦЕНТР ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ РЕЗАНИЕМ СТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ СЛОЖНОГО ПРОФИЛЯ В ФУНКЦИОНАЛЬНОМ СЛОЕ ИЗДЕЛИЯ
(57) Реферат:
Программно-аппаратный центр включает металлорежущий станок на станине которого размещена исполнительная система (ИС) позиционирования и относительного рабочего перемещения заготовки 13 и инструмента. Исполнительная система включает установленные непосредственно на станине 3 станка основной стол 8, организованный с возможностью перемещения по координате У в направляющих станины 3, а также средство установки узлов и механизмов ИС, кинематически организующих рабочие перемещения непосредственно режущего инструмента. В состав указанных средств входит инструментальная головка 7 с вращающимся по круговой координате С шпинделем 12, которая организована с возможностью перемещения по координате Z. Кроме того, центр включает систему ЧПУ упомянутой ИС, обеспечивающей возможность формирования интегрального формообразующего относительного перемещения изделия и инструмента по заданной программе. Отличительными особенностями центра является следующее. Средство установки узлов и механизмов исполнительной системы конструктивно организовано в виде портала 2, оснащенного горизонтальными направляющими, на одной из стоек которого размещен магазин 10 инструментов. Основной стол 8 ИС оснащен поворотным столом 9, кинематически связанным с основным с возможностью осуществления поворота по круговой координате В. Кроме того, ИС дополнительно оснащена: кареткой 4 с вертикальными направляющими, ориентированными вдоль координатной оси Z, установленной на горизонтальных направляющих портала 2; ползуном 5, установленным на вертикальных направляющих каретки 4; а также столом 6, кинематически связанным с ползуном 5 с возможностью осуществления поворота по круговой координате А относительно ползуна 5. При этом инструментальная головка 7 жестко закреплена непосредственно на упомянутом столе 6 с возможностью осуществления совместного с ним поворота, 1 н.п. ф-лы, 4 ил.
Полезная модель относится к области станкостроения и может быть, использована в рамках реализации Государственной программы модернизации и технологического развития ведущих отраслей народного хозяйства посредством внедрения современного уровня достижений науки и техники в сфере комплексной механической обработки резанием сложнопрофильных изделий в ведущих отраслях техники, определяющих уровень экономического развития государства в целом.
То есть, преимущественное направление использования - автоматизированная мехатронная обработка резанием функционального слоя изделий со сложным пространственным профилем как формируемых в этом слое криволинейных поверхностей, так и дискретных структур, при использовании известного из уровня техники модернизированных станочного парка и вспомогательного оборудования (приспособлений).
Из уровня техники известен многофункциональный программно-аппаратный центр для формирования резанием структуры поверхности сложного профиля в функциональном слое изделия включающий непосредственно металлорежущий станок на станине которого размещена исполнительная система позиционирования и относительного рабочего перемещения заготовки и инструмента, оснащенная координатно-организованной системой главного формообразующего перемещения и позиционирования инструмента относительно поверхности функционального слоя изделия. Исполнительная система включает установленные непосредственно на станине станка основной стол для базирования обрабатываемого изделия, организованный с возможностью возвратно-поступательного перемещения по координате У в направляющих станины, а также средство установки узлов и механизмов исполнительной системы, кинематически организующих рабочие перемещения непосредственно режущего инструмента, в состав которых входит инструментальная головка с вращающимся по круговой координате С шпинделем, которая организована с возможностью возвратно-поступательного перемещения по координате Z. Кроме того, центр включает систему числового программного управления упомянутой исполнительной системой, обеспечивающую возможность формирования интегрального формообразующего относительного перемещения изделия и инструмента по заданной программе в процессе технологического цикла (RU, патент на полезную модель  72164, В23D 5/02, 2008 г.).
К недостаткам данного известного из уровня техники программно-аппаратного центра следует отнести ограниченные функциональные возможности и, как следствие, относительно невысокие производительность и класс точности обработки.
В основу заявленного технического решения была положена задача расширения функциональных возможностей программно-аппаратного центра за счет обеспечения выполнения различных технологических операций (в частности, строгания, фрезерования, сверления, растачивания, токарной обработки) при одном установе обрабатываемой заготовки на базовой поверхности, а также повышения производительности оборудования при повышении класса точности обработки и чистоты поверхности изделия.
Технический результат заключается в повышении класса точности и чистоты поверхности обработанного изделия при повышении производительности технологического оборудования.
Поставленный технический результат обеспечивается посредством того, что в многофункциональном программно-аппаратном центре для формирования резанием структуры поверхности сложного профиля в функциональном слое изделия включающем непосредственно металлорежущий станок на станине которого размещена исполнительная система позиционирования и относительного рабочего перемещения заготовки и инструмента, оснащенная координатно-организованной системой главного формообразующего перемещения и позиционирования инструмента относительно поверхности функционального слоя изделия; исполнительная система включает установленные непосредственно на станине станка основной стол для базирования обрабатываемого изделия, организованный с возможностью возвратно-поступательного перемещения по координате У в направляющих станины, а также средство установки узлов и механизмов исполнительной системы, кинематически организующих рабочие перемещения непосредственно режущего инструмента, в состав которых входит инструментальная головка с вращающимся по круговой координате С шпинделем, которая организована с возможностью возвратно-поступательного перемещения по координате Z; кроме того, включающем (относится к центру) систему числового программного управления упомянутой исполнительной системой, обеспечивающую возможность формирования интегрального формообразующего относительного перемещения изделия и инструмента по заданной программе в процессе технологического цикла, согласно полезной модели, упомянутое средство установки узлов и механизмов исполнительной системы конструктивно организовано в виде портала, оснащенного горизонтальными направляющими, на одной из стоек которого размещен магазин инструментов с набором инструментальных оправок; основной стол исполнительной системы оснащен поворотным столом, кинематически связанным с основным с возможностью осуществления поворота по круговой координате В; кроме того, исполнительная система дополнительно оснащена: кареткой с вертикальными направляющими, ориентированными вдоль координатной оси Z, установленной на горизонтальных направляющих портала; ползуном, установленным на вертикальных направляющих каретки; а также столом, кинематически связанным с ползуном с возможностью осуществления поворота по круговой координате А относительно ползуна, при этом инструментальная головка жестко закреплена непосредственно на упомянутом столе с возможностью осуществления совместного с ним поворота.
Кроме того, инструментальная головка может быть оснащена жестко связанным с ней разгрузочным устройством, конструктивно организованным в виде корпуса с размещенной в его полости на опорах вращения втулкой, кинематически не связанной со шпинделем и выполненной с конической посадочной поверхностью для базирования оправки режущего инструмента в виде, например, строгального или токарного резца.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного технического решения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками и связями между ними, идентичными всем существенным признакам заявленного технического решения, а выбранный из перечня выявленных аналогов прототип, как наиболее близкий по совокупности признаков аналог, позволил выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле полезной модели.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна» по действующему законодательству.
Полезная модель иллюстрируется графическими материалами.
Фиг.1 - общий вид программно-аппаратного центра (вид спереди).
Фиг.2 - общий вид программно-аппаратного центра (вид сверху по фиг.1).
Фиг.3 - общий вид (в разрезе) разгрузочного устройства программно-аппаратного центра с установленной оправкой строгального резца.
Фиг.4 - общий вид (в разрезе) разгрузочного устройства программно-аппаратного центра с установленной оправкой сверла.
В графических материалах основные узлы и агрегаты программно-аппаратного центра обозначены следующими позициями:
1 - основание;
2 - портал (неподвижный с горизонтальными направляющими - координатная ось X);
3 - станина (с горизонтальными направляющими - координатная ось У);
4 - каретка (с вертикальными направляющими /координатная ось Z/, установленная на горизонтальных направляющих портала 2);
5 - ползун (установленный на вертикальных направляющих каретки 4);
6 - стол (установленный с возможностью поворота по круговой координате по стрелке А относительно ползуна 5);
7 - головка (инструментальная шпиндельная, поворачиваемая по стрелке А совместно со столом 6);
8 - стол (основной, перемещаемый по координате У в направляющих станины 3);
9 - стол (поворотный, установленный на столе 8 с возможностью осуществления поворота по стрелке В);
10 - магазин (инструментов, установленный на стойке портала 2 с возможностью поворота);
11 - набор (инструментальных оправок, установленных в магазине 10);
12 - шпиндель (установленный с возможностью поворота по стрелке С в шпиндельной головке 7);
13 - заготовка (обрабатываемая);
14 - устройство (разгрузочное);
15 - корпус (разгрузочного устройства 14);
16 - втулка (с конической установочной поверхностью для базирования оправки 18 строгального или токарного резца);
17 - подшипники (установочные для втулки 16);
18 - оправка (резца строгального);
19 -зубцы (поводковые оправки 18);
20 - паз (шпинделя 12);
21 - подшипники (установочные шпинделя 12).
Многофункциональный программно-аппаратный центр для формирования резанием структуры поверхности сложного профиля в функциональном слое изделия включает следующие системы, узлы и агрегаты.
В металлорежущем станке программно-аппаратного центра на основании 1 установлены неподвижный портал 2 с двумя стойками и горизонтальными направляющими (координатная ось X), а также станина 3 с горизонтальными направляющими (координатная ось У, ортогонально расположенная оси X). На горизонтальных направляющих портала 2 размещена каретка 4 с вертикальными направляющими (координатная ось Z, ортогональная осям Х и У), а на ее вертикальных направляющих - ползун 5. На ползуне 5 размещен стол, установленный с возможностью поворота по круговой координате (стрелка А) относительно ползуна 5 совместно с инструментальной шпиндельной головкой 7, поворачиваемой по круговой координате (по стрелке А) совместно со столом 6. Кроме того, программно-аппаратный центр включает стол 8, установленный с возможностью перемещения по координате У в направляющих станины 3, а также поворотный стол 9, установленный на столе 8 с возможностью осуществления поворота по круговой координате (по стрелке В).
На стойке портала 2 установлен с возможностью поворота магазин 10 инструментов, в котором размещен набор 11 инструментальных оправок.
Шпиндель 12 установлен с возможностью поворота по стрелке С в шпиндельной головке 7).
Обрабатываемая заготовка 13 базируется на поворотном столе 9.
Кроме того, инструментальная головка 5 может быть оснащена жестко связанным с ней разгрузочным устройством 14, конструктивно организованным в виде корпуса 15 с размещенной в его полости на опорах вращения (подшипниках 17) втулкой 16, кинематически не связанной со шпинделем 12 и выполненной с конической посадочной поверхностью для базирования оправки 18 режущего инструмента в виде строгального или токарного резца.
Совершенно очевидно, что вышеописанные системы, узлы и агрегаты программно-аппаратного центра в совокупности формируют исполнительную систему позиционирования и относительного рабочего перемещения заготовки и инструмента, оснащенную координатно-организованной системой главного формообразующего перемещения и позиционирования инструмента относительно поверхности функционального слоя изделия, которая функционирует на базе системы числового программного управления (ЧПУ) упомянутой исполнительной системой, обеспечивающей (относится к системе ЧПУ) возможность формирования интегрального формообразующего относительного перемещения изделия и инструмента по заданной программе в процессе технологического цикла.
Программно-аппаратный центр работает следующим образом. В исходном положении инструментальная шпиндельная головка 7 развернута по круговой координате (стрелка А) так, что ось шпинделя 12 расположена горизонтально на уровне нижней ячейки магазина 10 инструментов. Посредством перемещения каретки 4 в горизонтальных направляющих портала 2 (совместно с инструментальной шпиндельной головкой 7) влево (координата X), т.е. в направлении магазина 10 инструментов, соответствующая инструментальная оправка 11 помещается в гнездо шпинделя 12 и там фиксируется в направлении стрелки F. Таким образом, инструмент, например, оправка 18 со строгальным резцом (фиг.3), базируется в конусе втулки 16 и по ее торцу, а зубцы 19 входят в паз шпинделя 12.
Ходом ползуна 5 по координате Z вниз в вертикальных направляющих каретки 4 инструментальная оправка 11 забирается из магазина 10 инструментов. Инструментальная шпиндельная головка 7 готова к работе. Вся последовательность перемещений по соответствующим координатам как рабочих органов, несущих режущий инструмент, так и стола 8 совместно с поворотным столом 9 с обрабатываемой заготовкой 13 (устанавливаемой с возможностью горизонтального перемещения по координате У и поворота по круговой координате - по стрелке В) программно организована и функционирует посредством системы числового программного управления, связанной посредством пульта управления с процессором управляющего компьютера (в графических материалах условно не показаны).
При этом в технологической последовательности выполняются необходимые операции, например, строгание удлиненных узких поверхностей, доработка некоторых участков обработанной поверхности фрезерованием и обсверловка, а также токарная обработка.
Причем строгальная обработка может осуществляться не только по прямым траекториям, но и по криволинейным, в том числе трехмерным. Это обеспечивается благодаря возможности управлять по заданной программе поворотом резца таким образом, чтобы его режущая кромка всегда была ориентирована перпендикулярно касательной к траектории движения в каждой точке этой траектории.
Здесь следует отметить, что, например, в процессе строгания обеспечивается возможность осуществления технологического цикла без холостого хода режущего инструмента, за счет обеспечения возможности поворота передней поверхности резца на угол 180° в конце каждого прохода, что повышает производительность процесса и упрощает технологический цикл процесса строгания вследствие отсутствия необходимости подъема резца при обратном ходе.
При смене операций заменяется и инструмент: отработавший инструмент возвращается в магазин 10 инструментов, а необходимый для следующей операции - посредством вращения магазина 10 помещается в позицию смены, т.е., в нижнюю позицию, где осуществляется его фиксация в гнезде шпинделя 12 вышеописанным способом
Таким образом обеспечивается многофункциональность программно-аппаратного центра и повышается производительность при повышении точности и качества обрабатываемых профильных поверхностей изделия.
Следовательно, заявленный программно-аппаратный центр может быть использован для автоматизированной мехатронной обработки резанием функционального слоя изделий со сложным пространственным профилем как формируемых в этом слое протяженных криволинейных поверхностей, так и дискретных структур, при использовании известного из уровня техники модернизированных станочного парка и вспомогательного оборудования (приспособлений), что подтверждает соответствие заявленного технического решения условию патентоспособности «промышленная применимость».
Формула полезной модели
1. Многофункциональный программно-аппаратный центр для формирования резанием структуры поверхности сложного профиля в функциональном слое изделия, включающий металлорежущий станок со станиной, на которой размещена исполнительная система позиционирования и относительного рабочего перемещения заготовки и режущего инструмента, оснащенная координатно-организованной системой главного формообразующего перемещения и позиционирования инструмента относительно поверхности функционального слоя изделия и содержащая установленный на станине станка основной стол для базирования обрабатываемого изделия, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения по координате Y в направляющих станины, средство установки узлов и механизмов исполнительной системы, кинематически связанных и организующих рабочие перемещения режущего инструмента, включающих инструментальную головку с вращающимся шпинделем по круговой координате С, которая организована с возможностью возвратно-поступательного перемещения по координате Z, систему числового программного управления исполнительной системой, обеспечивающую возможность формирования интегрального формообразующего относительного перемещения обрабатываемого изделия и инструмента по заданной программе в процессе технологического цикла, отличающийся тем, что упомянутое средство установки узлов и механизмов исполнительной системы выполнено в виде портала с горизонтальными направляющими, на одной из стоек которого размещен магазин инструментов с набором инструментальных оправок, основной стол исполнительной системы оснащен кинематически связанным с ним поворотным столом с возможностью осуществления поворота по круговой координате В, исполнительная система оснащена кареткой с вертикальными направляющими, ориентированными вдоль координатной оси Z, установленной на горизонтальных направляющих портала, ползуном, установленным на вертикальных направляющих каретки, и столом, кинематически связанным с ползуном с возможностью осуществления поворота по круговой координате А относительно ползуна, на котором жестко закреплена инструментальная головка с возможностью осуществления совместного с ним поворота.
2. Многофункциональный программно-аппаратный центр по п.1, отличающийся тем, что инструментальная головка оснащена жестко связанным с ней разгрузочным устройством в виде корпуса с размещенной в его полости на опорах вращения втулкой, выполненной с конической посадочной поверхностью для базирования оправки режущего инструмента в виде строгального или токарного резца. 
|
| |
