Обрабатывающий центр типа "бипод" с гибридной кинематической структурой
Полезная модель относится к металлообработке, более конкретно к металлорежущим станкам, в частности к элементам конструкции, входящим в их компоновку, а именно к устройствам, несущим рабочие шпиндели, и может быть использована в станках с числовым программным управлением, предназначенных для комплексной механообработки призматических и объемных изделий сложной формы для авиакосмической, автомобильной, судостроительной и других отраслей промышленности, в том числе объемных штампов, пресс-форм, мастер-моделей, для улучшения их эксплуатационных характеристик и повышения производительности.
Технически достижимый результат - снижение металлоемкости и повышение динамических и точностных характеристик обрабатывающего центра, а также компактность его конструкции.
Это достигается тем, что в обрабатывающем центре типа «БИПОД» с гибридной кинематической структурой, содержащим станину, стойки и механизм параллельной кинематики с инструментальным шпинделем, станина выполнена Т-образной формы, состоящей из двух частей: основной и приставной, при этом на основной части станины оппозитно друг другу жестко крепятся вертикальные стойки, соединенные в верхней части траверсой, на которой расположен инструментальный магазин с автооператором смены инструмента, а корпус инструментального, горизонтально расположенного, шпинделя соединен с механизмом параллельной кинематики рычажного типа, который обеспечивает перемещение шпинделя по двум координатам в вертикальной плоскости перпендикулярной оси шпинделя, за счет перемещений кареток по вертикальным направляющим, закрепленным на стойках, и закрытых кожухами, выполненными по типу гармошки, а на приставной части станины расположены индексный поворотный, горизонтально расположенный, стол для крепления заготовки, который в свою очередь установлен на поперечном столе горизонтального перемещения заготовки, при этом каретки перемещаются за счет передач винт-гайка качения, а их движение реализуется следящим приводом, линейные датчики перемещения которого закреплены на стойках, причем поперечный стол с установленным на нем индексным поворотным столом и заготовкой совершает горизонтальные перемещения вдоль оси шпинделя по направляющим, закрепленным на приставной части станины, по краям которой расположены шнековые транспортеры для удаления стружки, а для обеспечения функционирования поворотного, индексного стола служит гибкий подвод электроэнергии и рабочих сред, необходимых для работы его исполнительных механизмов.
Полезная модель относится к металлообработке, более конкретно к металлорежущим станкам, в частности к элементам конструкции, входящим в их компоновку, а именно к устройствам, несущим рабочие шпиндели, и может быть использована в станках с числовым программным управлением, предназначенных для комплексной механообработки призматических и объемных изделий сложной формы для авиакосмической, автомобильной, судостроительной и других отраслей промышленности, в том числе объемных штампов, пресс-форм, мастер-моделей, для улучшения их эксплуатационных характеристик и повышения производительности.
Известны металлорежущие станки для комплексной пятикоординатной обработки, содержащие подвижную платформу со шпиндельной головкой, связанную шестью шариковыми винтовыми парами со станиной, (См. EP 
1116548, B23Q 1/01, 2001 г., Полезная модель РФ 38126, B23Q 1/01, 2004 г.)
Наиболее близким техническим решением является обрабатывающий центр на базе пространственных механизмов параллельной структуры все точки звеньев которых описывают непрямолинейные траектории. При этом выходное звено соединено со станиной несколькими параллельными кинематическими цепями; в результате образуется пространственная замкнутая шарнирная конструкция, благодаря чему повышается ее жесткость. В рассматриваемом станке использованы два подобных пятизвенных механизма - для перемещения заготовки и инструмента. Система управления функционирует в реальном времени, обеспечивая компенсацию упругих деформаций и реализуя другие оптимизационные процедуры. Отсутствие прямолинейных направляющих и использование модульного принципа построения на базе небольшого набора элементов повышают точность оборудования, (см. Практика конструирования машин. Справочник // В.В.Бушуев. М.: Машиностроение, 2006, стр.333 - прототип).
Недостатками таких конструкций является сложность управления и неоднородность эксплуатационных показателей (жесткость, точность).
Технически достижимый результат - снижение металлоемкости и повышение динамических и точностных характеристик обрабатывающего центра, а также компактность его конструкции.
Это достигается тем, что в обрабатывающем центре типа «БИПОД» с гибридной кинематической структурой, содержащим станину, стойки и механизм параллельной кинематики с инструментальным шпинделем, станина выполнена Т-образной формы, состоящей из двух частей: основной и приставной, при этом на основной части станины оппозитно друг другу жестко крепятся вертикальные стойки, соединенные в верхней части траверсой, на которой расположен инструментальный магазин с автооператором смены инструмента, а корпус инструментального, горизонтально расположенного, шпинделя соединен с механизмом параллельной кинематики рычажного типа который обеспечивает перемещение шпинделя по двум координатам в вертикальной плоскости перпендикулярной оси шпинделя, за счет перемещений кареток по вертикальным направляющим, закрепленным на стойках, и закрытых кожухами, выполненными по типу гармошки, а на приставной части станины расположены индексный поворотный стол с вертикальной осью, предназначенный для крепления заготовки, который в свою очередь установлен на поперечном столе горизонтального перемещения заготовки, при этом каретки перемещаются за счет передач винт-гайка качения, а их движение реализуется следящим приводом, линейные датчики перемещения которого закреплены на стойках, а поперечный стол с установленным на нем индексным поворотным столом и заготовкой совершает горизонтальные перемещения вдоль оси шпинделя по направляющим, закрепленным на приставной части станины, по краям которой расположены шнековые транспортеры для удаления стружки, а для обеспечения функционирования поворотного, индексного стола служит гибкий подвод электроэнергии и рабочих сред, необходимых для работы его исполнительных механизмов.
На фиг.1 представлена аксонометрическая проекция обрабатывающего центра типа «Бипод» с гибридной кинематической структурой (вид спереди); на фиг.2 - его аксонометрическая проекция (вид сбоку); на фиг.3 - вид на обрабатывающий центр сверху; на фиг.4 - аксонометрическая проекция рычажного механизма параллельной кинематики; на фиг.5 - траектория движения одного из рычагов рычажного механизма параллельной кинематики из крайнего положения.
Обрабатывающий центр типа «Бипод» с гибридной кинематической структурой содержит станину (фиг.1) Т-образной формы, состоящую из двух частей. Под гибридной кинематической структурой понимается структура, сочетающая традиционные механизмы и механизмы параллельной кинематики. Станина установлена на клиновых башмаках 22. На основной части 2 станины оппозитно друг другу жестко крепятся вертикальные стойки 3 и 4, соединенные в верхней части траверсой 7, на которой расположен инструментальный магазин 11 с автооператором смены инструмента 12. Корпус горизонтального шпинделя 10 соединен с рычагами 8 и 9 механизма параллельной кинематики, который обеспечивает его перемещение по двум координатам в вертикальной плоскости перпендикулярной оси шпинделя, за счет перемещений кареток 5 и 6 по вертикальным направляющим, закрепленным на стойках 3 и 4, и закрытых кожухами 13 и 14, выполненными по типу «гармошки».
На приставной части 1 станины расположены индексный поворотный, горизонтально расположенный, стол 20 для крепления заготовки (на чертеже не показана), который в свою очередь установлен на поперечном столе 19 горизонтального перемещения заготовки (фиг.2, 3). Каретки 5 и 6 по вертикальным направляющим стоек 3 и 4 перемещаются за счет передач винт-гайка качения (на чертеже не показана), при этом их движение реализуется следящими приводами, линейные датчики перемещения 23 и 24 которых, также закреплены на стойках 3 и 4.
Поперечный стол 19 с установленным на нем индексным поворотным столом 20 и заготовкой совершает горизонтальные перемещения вдоль оси шпинделя по направляющим (на рисунках не показаны), закрепленным на станине, с помощью механизма, аналогичного используемому для перемещения кареток 5 и 6 (на рисунках не показан).
По краям приставной станины расположены шнековые транспортеры для удаления стружки с приводами 15 и 16 (фиг.3). Для обеспечения функционирования поворотного, индексного стола 20, служит гибкий подвод 21 электроэнергии и рабочих сред (воздух, масло и охлаждающая жидкость для прямого привода стола), необходимых для работы его исполнительных механизмов (на чертеже не показаны).
Рычажный механизм параллельной кинематики (фиг.4) включает в себя рычаги 8 и 9, в исходном положении симметрично расположенные относительно плоскости симметрии станка (фиг.1 и 4). С одной стороны рычаг 8 жестко, а рычаг 9 шарнирно связаны с корпусом инструментального шпинделя 10, а с другой с каретками 5 и 6 соответственно, посредством шарниров 25 и 26.
Рычаги 8 и 9 механизма параллельной кинематики имеют сложную форму (на фиг.5 представлена форма одного из рычагов). Они изогнуты в плоскости перпендикулярной оси шпинделя таким образом, что огибают при своем движении защитный кожух 27 (фиг.1) приставной станины, обеспечивая максимальную компактность конструкции.
Защитный кожух 27 предназначен для предотвращения попадания стружки на элементы конструкции станины, и в поперечном сечении имеет форму двухскатной крыши со скатами 17 и 18, которая обеспечивает свободный сход стружки к шнековым транспортерам.
Обрабатывающий центр типа «Бипод» с гибридной кинематической структурой работает следующим образом.
Инструментальный шпиндель 10, перемещаясь по заданной траектории, за счет механизма параллельной кинематики, при помощи закрепленного в нем инструмента, например фрезы (на чертеже не показан), обрабатывает заготовку сложного профиля (на чертеже не показана). Шпиндель 10 соединен с рычагами 8 и 9 механизма параллельной кинематики, что обеспечивает его перемещение по двум координатам в вертикальной плоскости перпендикулярной оси шпинделя, за счет перемещений кареток 5 и 6 по вертикальным направляющим, закрепленным на стойках 3 и 4. При этом перемещение индексного поворотного стола 20 с заготовкой в направлении, перпендикулярном плоскости обработки, осуществляется посредством поперечного стола 19. Шнековые транспортеры с приводами 15 и 16, расположенные по краям приставной станины, удаляют стружку. Для обеспечения функционирования поворотного, индексного стола 20, служит гибкий подвод 21 электроэнергии и рабочих сред, необходимых для работы его исполнительных механизмов.
Рычаги 8 и 9 механизма параллельной кинематики изогнуты в плоскости перпендикулярной оси шпинделя таким образом, что огибают при своем движении защитный кожух 27 приставной станины, обеспечивая максимальную компактность конструкции.
1. Обрабатывающий центр типа «Бипод» с гибридной кинематической структурой, содержащий станину, стойки и механизм параллельной кинематики для перемещения инструментального шпинделя, отличающийся тем, что станина выполнена Т-образной формы, состоящей из двух частей, на одной из которых жестко закреплены оппозитно друг другу вертикальные стойки с установленными на них с возможностью перемещения по направляющим стоек каретками, механизм параллельной кинематики для перемещения инструментального шпинделя выполнен в виде механизма рычажного типа, соединенного с каретками и с корпусом инструментального шпинделя, расположенного горизонтально, с возможностью обеспечения перемещения инструментального шпинделя по двум координатам в вертикальной плоскости, перпендикулярной оси шпинделя, причем каретки оснащены следящими приводами их перемещения посредством передачи винт-гайка качения с линейными датчиками перемещения, закрепленными на вертикальных стойках, соединенных в верхней части траверсой с расположенными на ней инструментальным магазином и автооператором смены инструмента, на направляющих вертикальных стоек установлены гофрированные кожухи, а на второй части станины в закрепленных на ней направляющих размещен с возможностью горизонтального перемещения вдоль оси инструментального шпинделя поперечный стол, на котором расположен индексный поворотный в горизонтальной плоскости стол для крепления заготовки, оснащенный гибким подводом электроэнергии и рабочих сред, при этом по краям второй части станины установлены шнековые транспортеры для удаления стружки.
2. Обрабатывающий центр типа «Бипод» с гибридной кинематической структурой по п.1, отличающийся тем, что механизм рычажного типа выполнен в виде рычагов, в исходном положении расположенных симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящей по оси инструментального шпинделя, одними концами рычаги шарнирно соединены с каретками, а другими концами - с корпусом инструментального шпинделя, причем один рычаг - жестко, а другой - шарнирно, при этом рычаги выполнены изогнутыми в плоскости, перпендикулярной оси инструментального шпинделя, с возможностью огибания при своем движении защитного кожуха, предназначенного для предотвращения попадания стружки на элементы конструкции второй части станины, который выполнен в виде двухскатной крыши.
