Многофункциональный программно-аппаратный комплекс для формирования резанием структуры поверхности сложного профиля в функциональном слое изделия пониженной жесткости
Комплекс включает следующие системы, узлы и механизмы. Металлорежущий станок, на станине которого размещена исполнительная система (ИС) позиционирования и перемещения заготовки и инструмента (И) 15. Эта ИС включает структуру главного формообразующего перемещения (ГФП) и позиционирования И 15. Кроме того, ИС оснащена следующими средствами (С): С17 и/или С28 обеспечения заданной жесткости обрабатываемого изделия; Средствами базирования и фиксации изделия в заданном положении, конструктивно организованными в виде двух опор 11 и 12, оснащенных механизмом поворота изделия по круговой координате «А»; а также С установки узлов и механизмов упомянутой структуры ГФП и позиционирования И 15, кинематически организующих рабочие перемещения И 15, в состав которой входит инструментальный узел. Особенностями комплекса является следующее. Средство установки узлов и механизмов конструктивно организовано в виде портала 1, установленного на направляющих 46 и 47 станины с возможностью перемещения по координате «У». Траверса 4 портала 1 выполнена с горизонтальными направляющими, расположенными в плоскости, ортогональной координате «У», и конструктивно организована с возможностью синхронного перемещения по координате «У» совместно с порталом 1. Структура ГФП включает каретки 5 и 6 с вертикальными направляющими, установленные на направляющих траверсы 4 с возможностью перемещения по координате «X». Инструментальный узел организован в виде шпиндельных головок 7 и 8 с вращающимися по координате «С» шпинделями 9 и 10, Шпиндельные головки 7 и 8 установлены на вертикальных направляющих кареток 5 и 6 с возможностью: независимого перемещения по координате «Z»; совместно с каретками - по координате «X»; поворота по круговым координатам «В». Опоры 11 и 12 установлены на станине независимо от портала 1. На стойках 2 и 3 размещены магазины 44 и 45 И 15. Средства обеспечения жесткости оснащены оправками 18 и 35 и размещены в гнезде шпинделя. 1 н.п. и 3 з.п. ф-лы, 6 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 пониженной жесткости 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 и с пониженной жесткостью как формируемых в этом слое криволинейных поверхностей, так и дискретных структур, при использовании известного из уровня техники модернизированных станочного парка и вспомогательного оборудования (приспособлений).
Более конкретно - предложенное техническое решение относится к обработке деталей пониженной жесткости типа пера лопаток турбин, лонжеронов, нервюр летательных аппаратов, иных кромок аэродинамического профиля и прочих протяженных сложнопрофильных изделий пониженной жесткости.
Из уровня техники известен программно-аппаратный комплекс для формирования резанием структуры поверхности сложного профиля в функциональном слое изделия пониженной жесткости, включающий непосредственно металлорежущий станок, на станине которого размещена исполнительная система позиционирования и относительного рабочего перемещения заготовки и инструмента. Данная исполнительная система включает координатно организованную (в ортогональной системе координат «XУZ») структуру главного формообразующего перемещения и позиционирования инструмента относительно поверхности функционального слоя изделия. Кроме того, исполнительная система оснащена средствами: обеспечения заданной жесткости обрабатываемого изделия в процессе технологического цикла; средствами базирования и фиксации изделия в заданном положении, конструктивно организованными в виде двух оппозитно расположенных опор, оснащенных механизмом поворота изделия относительно продольной оси механизма поворота по круговой координате «А»; а также средством установки узлов и механизмов упомянутой структуры главного формообразующего перемещения и позиционирования инструмента, кинематически организующих рабочие перемещения непосредственно режущего инструмента. В состав указанных узлов и механизмов упомянутой структуры главного формообразующего перемещения и позиционирования инструмента входит инструментальный узел, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Кроме того, комплекс включает систему числового программного управления исполнительной системой, обеспечивающую возможность формирования интегрального формообразующего относительного перемещения изделия и инструмента по заданной программе в процессе технологического цикла (US, 
6, 106, 204, 2000 г.).
Недостатками данного известного из уровня техники технического решения являются: ограниченные функционально - технологические возможности, т.к. обрабатываться могут только кромки изделия и не могут обрабатываться другие (лицевые) поверхности аэродинамического профиля, поскольку доступ инструмента к ним ограничен средствами обеспечивающими отсутствие деформации при резании; низкая производительность оборудования и технологического процесса в целом, т.к. отдельные участки функциональной поверхности могут обрабатываться только последовательно; относительно невысокое качество (по точности обработки и шероховатости поверхности), вследствие необходимости после обработки осуществлять еще ручную пригонку обработанных поверхностей; отсутствие возможности использования стандартных режущих пластин.
В основу заявленного технического решения была положена задача расширения функциональных возможностей программно-аппаратного комплекса 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 за счет обеспечения возможности обработки одновременно двух участков поверхности функционального слоя изделия при повышении класса точности и чистоты обработки поверхности изделия.
Технический результат заключается в повышении класса точности и чистоты обработки поверхности изделия при повышении производительности технологического оборудования и использовании в инструментальных оправках стандартных режущих пластин.
Поставленный технический результат обеспечивается посредством того, что в многофункциональном программно-аппаратном комплексе для формирования резанием структуры поверхности сложного профиля в функциональном слое изделия пониженной жесткости, включающем непосредственно металлорежущий станок, на станине которого размещена исполнительная система позиционирования и относительного рабочего перемещения заготовки и инструмента, которая включает координатно организованные в ортогональной системе координат «XYZ», узлы и механизмы главного формообразующего перемещения и позиционирования инструмента относительно поверхности функционального слоя изделия; кроме того, в котором исполнительная система оснащена средствами: обеспечения заданной жесткости обрабатываемого изделия в процессе технологического цикла; базирования и фиксации изделия в заданном положении, конструктивно организованными в виде двух оппозитно расположенных опор, оснащенных механизмом поворота изделия относительно продольной оси механизма поворота по круговой координате «А»; а также установки упомянутых узлов и механизмов главного формообразующего перемещения и позиционирования инструмента, кинематически организующих рабочие перемещения непосредственно режущего инструмента, в состав которых (т.е., упомянутых узлов и механизмов) входит инструментальный узел, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения; кроме того, включающем 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 структуры главного формообразующего перемещения и позиционирования инструмента конструктивно организовано в виде портала, установленного на направляющих станины с возможностью возвратно-поступательного перемещения в горизонтальной плоскости по координате «У»; траверса портала выполнена с горизонтальными направляющими, пространственно расположенными в плоскости ортогональной координате «У» и конструктивно организована с возможностью синхронного возвратно-поступательного перемещения вдоль координаты «У» совместно с порталом; структура главного формообразующего перемещения и позиционирования инструмента дополнительно включает две идентичные каретки с вертикальными направляющими, установленные на горизонтальных направляющих траверсы с возможностью возвратно-поступательного перемещения по координате «X»; инструментальный узел конструктивно организован в виде двух идентичных шпиндельных головок с вращающимися относительно своих осей по координате «С» шпинделями, при этом, шпиндельные головки установлены на вертикальных направляющих кареток с возможностью: независимого возвратно поступательного перемещения по координате «Z»; совместно с каретками - по координате «X»; а также ограниченного поворота по круговым координатам «В» в вертикальной плоскости; при этом упомянутые опоры средств базирования изделия установлены на станине независимо от портала, причем таким образом, что продольные оси механизмов поворота изделия пространственно ориентированы ортогонально плоскости расположения продольных осей траверсы и стоек портала, т.е., вдоль координатной оси «У»; на стойках портала размещены поворотные магазины инструментов с инструментальными оправками; а средства обеспечения заданной жесткости обрабатываемого изделия оснащены инструментальными оправками и в процессе технологического цикла размещены в инструментальном гнезде шпинделя одной из шпиндельных головок.
Оптимально, чтобы в качестве средства обеспечения заданной жесткости обрабатываемого изделия был использован непосредственно режущий инструмент, установленный в инструментальной оправке.
Возможно, чтобы в качестве средства обеспечения заданной жесткости обрабатываемого изделия был использован, по меньшей мере, один опорный ролик, установленный в соответствующей инструментальной оправке.
Для высоконагруженных технологических операций резания (в частности, силового строгания и токарной обработки), по меньшей мере, одна шпиндельная головка может быть оснащена разгрузочным устройством, конструктивно организованным 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, или средства обеспечения заданной жесткости обрабатываемого изделия, посредством которой, т.е., конической поверхности, функционально сформировано инструментальное гнездо для установки оправок указанных инструментов.
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 комплекса (вид спереди).
Фиг.2 - общий вид программно-аппаратного комплекса (вид сверху по фиг.1).
Фиг.3 - средство обеспечения заданной жесткости заготовки (с одним опорным роликом) используемое при обработке ее лицевых поверхностей по схеме, представленной на фиг.1 (частичный разрез).
Фиг.4 - средство (с двумя роликами) обеспечения заданной жесткости заготовки при обработке ее кромки по схеме, представленной на данной фигуре (частичный разрез).
Фиг.5 - общий вид (в разрезе) разгрузочного устройства программно-аппаратного комплекса с установленной оправкой строгального резца.
Фиг.6 - общий вид (в разрезе) разгрузочного устройства программно-аппаратного комплекса с установленной оправкой для сверла или фрезы.
В графических материалах основные узлы и агрегаты заявленного программно-аппаратного комплекса обозначены следующими позициями:
1 - портал (металлорежущего станка многофункционального комплекса, установленный на направляющих станины с возможностью возвратно-поступательного перемещения по координате «У»);
2 и 3 - стойки (портала 1);
4 - траверса (портала 1 с горизонтальными направляющими /координата «X»/ пространственно расположенными в плоскости ортогональной координате «У» и установленная с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль координаты «У» совместно с порталом 1);
5 и 6 - каретки (структуры главного формообразующего перемещения и позиционирования инструмента, с вертикальными направляющими /координата «Z»/, установленные на горизонтальных направляющих траверсы 4 с возможностью возвратно-поступательного перемещения по координате «X)»;
7 и 8 - головки (шпиндельные инструментального узла, установленные на вертикальных направляющих кареток 5 и 6, соответственно, с возможностью независимого возвратно поступательного перемещения по координате «Z» и, совместно с каретками 5 и 6 - по координате «X», а также ограниченного поворота по круговым координатам «В» в вертикальной плоскости);
9 и 10 - шпиндели (шпиндельных головок 7 и 8, соответственно, установленные с возможностью вращения относительно своих продольных осей по координате «С»);
11 и 12 - опоры (для установки и закрепления заготовки 14 с возможностью ее поворота по координате «А» вокруг оси 13, опора 11 - подвижная по координате «У»);
13 - ось (поворота заготовки 14);
14 - заготовка;
15 - инструмент;
16 - ролик (опорный средства 17 /фиг.3/ обеспечения заданной жесткости заготовки 14);
17 - средство (обеспечения заданной жесткости заготовки 14 при обработке лицевых поверхностей заготовки 14 по схеме, представленной на фиг.1);
18 - оправка (средства 17);
19 - корпус (средства 17);
20 и 21 шайбы (нажимные средства 17);
22 - втулка (посадочная средства 17);
23 - подшипники (втулки 22 средства 17);
24 и 25 - пружины (регулируемые средства 17);
26 - гайка (регулировочная пружин 24 и 25);
27 - головка (сменная средства 17);
28 - средство (обеспечения заданной жесткости заготовки 14 при обработке кромки заготовки 14 по схеме, представленной на фиг.4);
29 - вилка (средства 28 для жесткой установки ролика 30);
30 - ролик (средства 28 жестко установленный в вилке 29);
31 - корпус;
32 - ось (подвижная подпружиненная);
33 - пружины;
34 - ролик (подпружиненный посредством оси 32);
35 - оправка (средства 28);
36 - устройство (разгрузочное);
37 - корпус (разгрузочного устройства 36);
38 - втулка (с конической установочной поверхностью для базирования оправки 40 строгального резца);
39 - подшипники (установочные для втулки 38);
40 - оправка (резца строгального);
41 - зубцы (поводковые оправки 40);
42 - паз (шпинделя 9);
43 - подшипники (установочные шпинделя 9)
44 и 45 - магазины (инструментов с инструментальными оправками);
46 и 47 - направляющие (станины металлорежущего станка).
Многофункциональный программно-аппаратный комплекс для формирования резанием структуры поверхности сложного профиля в функциональном слое изделия включает следующие системы, узлы и агрегаты.
Непосредственно металлорежущий станок, на станине которого размещена исполнительная система позиционирования и относительного рабочего перемещения заготовки и инструмента 15, которая включает координатно организованную в ортогональной системе координат «XУZ», структуру главного формообразующего перемещения и позиционирования инструмента 15 относительно поверхности функционального слоя изделия. Кроме того, исполнительная система оснащена следующими средствами:
- средством 17 или 28 обеспечения заданной жесткости обрабатываемого изделия в процессе технологического цикла;
- средствами базирования и фиксации изделия в заданном положении, конструктивно организованными в виде двух оппозитно расположенных опор 11 и 12 (одна из которых, например, опора 11, подвижна по координате «У»), оснащенных механизмом поворота изделия относительно продольной оси 13 механизма поворота по круговой координате «А»;
- а также средством установки узлов и механизмов упомянутой структуры главного формообразующего перемещения и позиционирования инструмента 15, кинематически организующих рабочие перемещения непосредственно режущего инструмента 15 (в том числе, и средств 17 и 28 обеспечения заданной жесткости заготовки 14).
В состав узлов и механизмов структуры главного формообразующего перемещения и позиционирования инструмента 15 входит инструментальный узел, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Кроме того, комплекс включает систему числового программного управления (ЧПУ, в графических материалах условно не показана) упомянутой исполнительной системой, которая (система ЧПУ) обеспечивает возможность формирования интегрального формообразующего относительного перемещения изделия (заготовки 14) и инструмента 15 по заданной программе в процессе технологического цикла обработки.
Отличительными особенностями заявленного технического решения является следующее.
Упомянутое средство установки узлов и механизмов структуры главного формообразующего перемещения и позиционирования инструмента 15 конструктивно организовано в виде портала 1, установленного на направляющих 46 и 47 станины (в графических материалах условно не показана) с возможностью возвратно-поступательного перемещения в горизонтальной плоскости по координате «У». Траверса 4 портала 1 выполнена с горизонтальными направляющими, пространственно расположенными в плоскости, ортогональной координате «У» и конструктивно организована с возможностью синхронного возвратно-поступательного перемещения вдоль координаты «У» совместно с порталом 1. Структура главного формообразующего перемещения и позиционирования инструмента (в том числе, и средств 17 и 28 обеспечения заданной жесткости заготовки 14) дополнительно включает две идентичные каретки 5 и 6 с вертикальными направляющими, установленные на горизонтальных направляющих траверсы 4 с возможностью возвратно-поступательного перемещения по координате «X». Инструментальный узел конструктивно организован в виде двух идентичных шпиндельных головок 7 и 8 с вращающимися относительно своих осей по координате «С» шпинделями 9 и 10, При этом, шпиндельные головки 7 и 8 установлены на вертикальных направляющих кареток 5 и 6 с возможностью:
- независимого возвратно поступательного перемещения по координате «Z»;
- совместного с каретками перемещения по координате «X»;
- а также ограниченного поворота по круговым координатам «В» в вертикальной плоскости.
При этом упомянутые опоры 11 и 12 средств базирования и фиксации изделия установлены на станине независимо от портала 1, причем таким образом, что продольные оси 13 механизмов поворота изделия пространственно ориентированы ортогонально плоскости расположения продольных осей траверсы 4 и стоек 2 и 3 портала 1. То есть, вдоль координатной оси «У». Для цели обеспечения возможности закрепления заготовок 14 разной длины одна из опор, например, 11 выполнена перемещаемой по координате «У». На стойках 2 и 3 портала 1 размещены поворотные магазины 44 и 45 инструментов с инструментальными оправками (в том числе с оправками 18 и 35 средств 17 и 28 обеспечения заданной жесткости обрабатываемого изделия в процессе технологического цикла). Средства обеспечения заданной жесткости обрабатываемого изделия оснащены инструментальными оправками 18 и 35 и в процессе технологического цикла размещены в инструментальном гнезде шпинделя 9 или 10 одной из шпиндельных головок 7 или 8, соответственно.
Оптимально, чтобы в качестве средства обеспечения заданной жесткости обрабатываемого изделия был использован непосредственно режущий инструмент 15, установленный в инструментальной оправке 18.
Возможно, чтобы в качестве средства обеспечения заданной жесткости обрабатываемого изделия был использован, по меньшей мере, один опорный ролик 16 (в средстве 17) или ролики 30 и 34 (в средстве 28), установленные в соответствующих инструментальных оправках 18 и 35, соответственно.
Для высоконагруженных технологических операций резания (в частности, силового строгания и токарной обработки), по меньшей мере, одна шпиндельная головка 7 и 8 может быть оснащена разгрузочным устройством 36, конструктивно организованным в виде корпуса 37 с размещенной в его полости на опорах вращения (подшипниках 39) втулкой 38, кинематически не связанной со шпинделем 9 или 10 и выполненной с конической посадочной поверхностью для базирования оправки 40 режущего инструмента 15 в виде строгального или токарного резца, или средства 17 или 28 обеспечения заданной жесткости обрабатываемого изделия. Посредством данной конической поверхности функционально-технологически сформировано инструментальное гнездо для установки указанных оправок.
Совершенно очевидно, что вышеописанные системы, узлы и агрегаты программно-аппаратного комплекса 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 комплекс реализующий многофункциональный технологический цикл обработки заготовок 14 пониженной жесткости, работает следующим образом. Шпиндельная головка 7 (см. фиг.1) еще не содержащая, например, инструмента 15 в виде строгального резца, разворачивается по круговой координате «В» таким образом, что ее ось совпадает с соответствующей ячейкой магазина 44 инструментов 15, в которой помещен необходимый инструмент 15. Посредством перемещения головки 7 по координате «Z» до соответствующей ячейки магазина 44 инструмент 15 помещается в шпинделе 9 головки 7 и там автоматически закрепляется. Посредством перемещения каретки 5 вправо инструмент 15 удаляется из магазина 44. Головка 7 с инструментом 15 по заданной программе в процессе интегрально-организованного перемещения по соответствующим координатам («У», «В», «X» и «Z») подходит к обрабатываемой заготовке 14 и дополнительным перемещением портала 1 по координате «У» производит обработку, например, силовое строгание. Если обрабатываемая заготовка 14 имеет достаточную жесткость реализуемой высоконагруженной обработки, то головка 8, также снабженная режущим инструментом 15, может обрабатывать заготовку 14 одновременно с головкой 7 с противоположной стороны заготовки 14. Здесь следует отметить, что, поскольку оба используемых инструмента пространственно расположены строго оппозитно друг другу по разные стороны обрабатываемой заготовки 14 (при обработке противоположных лицевых поверхностей) то каждый инструмент 15 функционально выполняет дополнительную функцию жесткой опоры для обрабатываемого в данный момент участка поверхности заготовки 14 в отношении исключения прогиба обрабатываемой поверхности на данном участке под действием усилия со стороны противолежащего инструмента 15.
То есть, при данной схеме обработки каждый инструмент функционально является средством (аналогичным средству 17) обеспечения заданной жесткости заготовки 14.
В случае, если обрабатываемая заготовка недостаточно жесткая, то используется подпор обрабатываемой поверхности роликом 16 (в средстве 17, см. фиг.1) или двумя роликами 30 и 34 (в средстве 28, см. фиг.4), в зависимости от того, какая поверхность заготовки 14 в данный момент обрабатывается. Например, ролик 16 (см. фиг.1), который, перемещаясь синхронно с инструментом 15 головки 7 (см. фиг.1), все время находится напротив режущего инструмента 15 по другую сторону заготовки 14, тем самым, полностью исключает ее деформацию. При этом могут быть использованы повышенные (высоконагруженные) режимы обработки, что в значительной степени повышает производительность технологического процесса реализуемого рассматриваемым программно-аппаратным комплексом. Средство 17 обеспечения заданной жесткости заготовки, представленное на фиг.3, в зависимости от профиля поверхности заготовки 14 (по которой должен перемещаться ролик 16), может сменяться на средство 17 с другим роликом 16, наиболее соответствующим профилю обрабатываемой в данный момент поверхности заготовки 14. Смена этих средств (как средства 17, так и средства 28) происходит из магазина 46 и/или 47 аналогично вышеописанному процессу смены режущего инструмента 15 из магазина 44. Во время поджима ролик 16 (средства 17, см. фиг.3), благодаря возможному повороту корпуса 19 вокруг своей оси, самоустанавливается в нужном положении.
Таким образом, согласно заявленному техническому решению во время силовой обработки поверхностей заготовки 14, например, строгальным резцом, имеется возможность поджима роликом 16 (или противоположно расположенным вторым режущим инструментом) заготовки 14 в зоне нахождения резца и перемещаемым по заданной программе синхронно с резцом. Шпиндели 9 и 10 головок 7 и 8 могут (кроме свободного вращения по координатам «С» для фрезерно-расточных работ) разворачиваться в управляемом следящем режиме по круговым координатам «С» и фиксироваться в необходимом угловом положении при строгальных работах. Головки 7 и 8 могут разворачиваться по круговым координатам «В», за счет чего также может осуществляться корректировка пространственного положения режущего инструмента 15 (а соответственно, и опорных элементов средств 17 и 28) относительно обрабатываемой поверхности в процессе ее формообразования, что повышает точность обработки.
В случаях, когда жесткость заготовки 14 позволяет вместо опорных роликов 16, 30, 34 использовать режущий инструмент 15, то обработка может осуществляться одновременно двумя, оппозитно расположенными инструментами 15 с обеих сторон заготовки 14.
На фиг.3 представлено средство 17, выполненное в виде встроенного в оправку 18 подпружиненного ролика 16, содержащее,, кроме перечисленного, корпус 19, встроенные в корпус 19 подшипники 23, втулку 22, нажимные шайбы 20 и 21, пружины 24 и 25, сменная головка 27 со смонтированным в ней роликом 16.
На фиг.4 представлено средство 28, выполненное в виде: встроенных в оправку 35 вилки 29 с роликом 30; закрепленного на вилке 29 корпуса 31, в котором на подвижной подпружиненной оси 32 смонтирован ролик 34. Ось 32 под воздействием пружин 33 прижимает ролик 34 через тело обрабатываемой заготовки 14 к ролику 30. Режущий инструмент 15 (например, строгальный резец), перемещаясь вдоль кромки заготовки 14 в направлении координаты «У» синхронно вместе с роликами 30 и 34, может вести интенсивную силовую обработку кромки заготовки 14, например, кромки пера лопатки колеса турбины.
При использовании разгрузочного устройства 36 инструмент 15, например, строгальный резец, установленный в инструментальной оправке 40 (фиг.5), базируется в конусе втулки 38 и по ее торцу разгрузочного устройства 36, а поводковые зубцы 41 входят в паз шпинделя 9 и/или 10. Благодаря наличию у шпинделя 9 и/или 10 возможности поворота по круговой координате «С» и поводковым зубцам 41, входящим в паз шпинделя 9 и/или 10, по заданной программе строгальным резцом, зафиксированным в определенном угловом положении, осуществляется строгальная обработка заготовки 14. Таким образом, наиболее слабое в данной кинематической цепи звено - шпиндель 9 и/или 10 разгружается от касательных составляющих, возникающих на инструменте 15 в процессе силового строгания, поскольку данные составляющие воспринимаются непосредственно соответствующими базовыми элементами шпиндельных головок 7 и/или 8, к которым жестко крепится разгрузочное устройство 36.
Необходимо отметить, что наличие рассматриваемого разгрузочного устройства 36 не препятствует осуществлению на данном многофункциональном комплексе (без съема этого устройства 36) операций фрезерования, сверления и других, требующих высокооборотного вращения шпинделя 9 и/или 10 (см. конструкцию инструментальной оправки сверла или фрезы по фиг.6).
Необходимо также отметить, что 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.
Важно отметить (с точки зрения решения задачи повышения производительности заявленного технического решения (т.е. многофункционального комплекса и комплексного технологического процесса в целом), что при строгании 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 (в том числе, и в плане программного обеспечения системы ЧПУ комплекса) вследствие отсутствия необходимости подъема резца при обратном ходе.
Строгальные операции осуществляются строгальным резцом (инструментом 15) установленным в оправке 40, показанной на фиг.5.
Фрезерно-расточные операции осуществляются инструментами в оправке показанной на фиг.6.
Вся последовательность перемещений по соответствующим координатам как рабочих органов, несущих режущий инструмент 15, так и средств базирования и фиксации в заданном положении обрабатываемой заготовки 14 (устанавливаемой с возможностью поворота по круговой координате «А») программно организована и функционирует посредством системы числового программного управления (ЧПУ), 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.
При смене операций заменяется и инструмент 15: отработавший инструмент 15 возвращается в магазин 44 и/или 45 инструментов 15, а необходимый для следующей операции - посредством вращения магазина 44 и/или 45 помещается в позицию смены, где осуществляется его фиксация в гнезде шпинделя 9 и/или 10 вышеописанным способом.
Таким образом обеспечивается многофункциональность программно-аппаратного комплекса и повышается производительность при повышении точности и качества обрабатываемых профильных поверхностей изделия пониженной жесткости.
Таким образом, заявленный программно-аппаратный комплекс может быть использован для автоматизированной мехатронной обработки резанием функционального слоя изделий пониженной жесткости 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».
1. Многофункциональный программно-аппаратный комплекс для формирования резанием структуры поверхности сложного профиля в функциональном слое изделия пониженной жесткости, содержащий металлорежущий станок, на станине которого размещена исполнительная система позиционирования и относительного рабочего перемещения заготовки и инструмента, которая содержит координатно-организованные в ортогональной системе координат «XYZ» узлы и механизмы главного формообразующего перемещения и позиционирования инструмента относительно поверхности функционального слоя изделия, при этом исполнительная система оснащена средствами: обеспечения заданной жесткости обрабатываемого изделия в процессе технологического цикла, базирования и фиксации изделия в заданном положении, конструктивно выполненными в виде двух оппозитно расположенных опор, оснащенных механизмом поворота изделия относительно продольной оси механизма поворота по круговой координате «А», а также установки узлов и механизмов главного формообразующего перемещения и позиционирования инструмента, кинематически формирующих рабочие перемещения непосредственно режущего инструмента, при этом в состав узлов и механизмов входит инструментальный узел, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения, система числового программного управления, предназначенная для управления исполнительной системой с возможностью формирования интегрального формообразующего относительного перемещения изделия и инструмента по заданной программе в процессе технологического цикла, отличающийся тем, что средство установки узлов и механизмов главного формообразующего перемещения и позиционирования инструмента конструктивно выполнено в виде портала, установленного на направляющих станины с возможностью возвратно-поступательного перемещения в горизонтальной плоскости по координате «У», при этом траверса портала выполнена с горизонтальными направляющими, пространственно расположенными в плоскости ортогональной координате «У», и конструктивно выполнена с возможностью синхронного возвратно-поступательного перемещения вдоль координаты «У» совместно с порталом, при этом узлы и механизмы главного формообразующего перемещения и позиционирования инструмента снабжены двумя идентичными каретками с вертикальными направляющими, установленными на горизонтальных направляющих траверсы с возможностью возвратно-поступательного перемещения по координате «X», инструментальный узел конструктивно выполнен в виде двух идентичных шпиндельных головок с вращающимися относительно своих осей по координате «С» шпинделями, при этом шпиндельные головки установлены на вертикальных направляющих кареток с возможностью независимого возвратно-поступательного перемещения по координате «Z», совместно с каретками - по координате «X», а также ограниченного поворота по круговым координатам «В» в вертикальной плоскости; при этом опоры средств базирования изделия установлены на станине независимо от портала таким образом, что продольные оси механизмов поворота изделия пространственно ориентированы ортогонально плоскости расположения продольных осей траверсы и стоек портала вдоль координатной оси «У», на стойках портала размещены поворотные магазины инструментов с инструментальными оправками, а средства обеспечения заданной жесткости обрабатываемого изделия оснащены инструментальными оправками и в процессе технологического цикла размещены в инструментальном гнезде шпинделя одной из шпиндельных головок.
2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что в качестве средства обеспечения заданной жесткости обрабатываемого изделия использован непосредственно режущий инструмент, установленный в инструментальной оправке.
3. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что в качестве средства обеспечения заданной жесткости обрабатываемого изделия использован по меньшей мере один опорный ролик, установленный в инструментальной оправке.
4. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна шпиндельная головка оснащена разгрузочным устройством, конструктивно выполненным 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, или средства обеспечения заданной жесткости обрабатываемого изделия, посредством которой функционально сформировано инструментальное гнездо.
