Прецизионный фрезерный станок
Полезная модель относится к машинам для обработки материалов резанием. Техническим результатом является упрощение конструкции при одновременном достижении высоких динамических и точностных характеристик, за счет исключения различных траекторий движения заготовки при обработке различных участков контура, а также исключение дополнительных, переходных участков траектории движения заготовки при обработке фрезерованием различных участков контура детали, в том числе фасонного и прямолинейного; т.е. более плавное, без резкого изменения направления, движение заготовки. Прецизионный фрезерный обрабатывающий центр содержит вертикальные упоры основания, вертикальные упоры координаты V, удерживающую площадку, бочки, электродвигатели, электронный блок управления, ЭВМ, ходовые винты координаты X, Y, направляющие координаты X, Y, Z, разрезные гайки, рабочий стол, Т-образные пазы, прижимные элементы, муфты, пазы, пластины щита, перемычку основания, башмаки, каретку, крышку каретки, крепеж для зажима, контроллер концевых выключателей, приемники и передатчики концевых выключателей, гибкий кабель-канал координаты X, Y, крепеж под кабель-канал. Основание состоит из двух вертикальных упоров основания прямоугольной или произвольной формы, на одном из вертикальных упоров основания, вертикальных упоров координаты Y и удерживающей площадке расположены отверстия, содержащие посадочные места для установки одного или двух разгрузочных подшипников, а также отверстия для установки бочек - полых цилиндрических деталей с фланцами для крепления и овальными вырезами посередине, для доступа к муфте, соединяющей вал ходового винта с валом электродвигателя, к которым крепятся электродвигатели, подключаемые к электронному блоку управления и управляемые с ЭВМ.
Полезная модель относится к машинам для обработки материалов резанием. Известно устройство для реализации способа фрезерования поверхности заготовки со сложным контуром, состоящим из двух или более участков разной формы, включающий относительное перемещение концевой фрезы и заготовки по патенту РФ 
2422251, в котором при обработке фасонного и пересекающегося с ним прямолинейного участков контура, перемещение концевой фрезы осуществляют непрерывно по одной общей траектории, которую определяют уравнением:
где x, y - координаты в плоскости, перпендикулярной оси фрезы, в которой осуществляют перемещение фрезы; A=0,1, B=-1,5·10 -4, m=4, n=2.
Технически достижимый результат - повышение эффективности обработки заготовки со сложным контуром, состоящим из двух или более участков разной формы, включающий относительное перемещение концевой фрезы и заготовки, при обработке фасонного и пересекающегося с ним прямолинейного участков контура, а также фасонного участка контура, очерченного по одной или двум дугам окружностей.
Это достигается тем, что прецизионный фрезерный обрабатывающий центр, содержащий вертикальные упоры основания, вертикальные упоры координаты Y, удерживающую площадку, бочки, электродвигатели, электронный блок управления, ЭВМ, ходовые винты координаты X, Y, направляющие координаты X, Y, Z, разрезные гайки, рабочий стол, Т-образные пазы, прижимные элементы, муфты, пазы, пластины щита, перемычку основания, башмаки, каретку, крышку каретки, крепеж для зажима, контроллер концевых выключателей, приемники и передатчики концевых выключателей, гибкий кабель-канал координаты X, Y, крепеж под кабель-канал, отличающийся тем, что основание состоит из двух вертикальных упоров основания прямоугольной или произвольной формы, на одном из вертикальных упоров основания, вертикальных упоров координаты Y и удерживающей площадке расположены отверстия, содержащие посадочные места для установки одного или двух разгрузочных подшипников, а также отверстия для установки бочек - полых цилиндрических деталей с фланцами для крепления и овальными вырезами посередине, для доступа к муфте, соединяющей вал ходового винта с валом электродвигателя, к которым крепятся электродвигатели, подключаемые к электронному блоку управления и управляемые с ЭВМ.
На фиг.1 - фиг.7 показаны различные траектории перемещения фрезы относительно заготовки, на фиг.8 представлен вид спереди обрабатывающего центра; на фиг.9 - вид сбоку; на фиг.10 - вид на рабочий стол.
Прецизионный фрезерный обрабатывающий центр (фиг.8-10) содержит вертикальные упоры основания (1), вертикальные упоры координаты Y(2), удерживающую площадку (3), бочки (4), электродвигатели (5), электронный блок управления (6), ЭВМ (7), ходовые винты координаты Х(8), Y(9), направляющие координаты Х(10), Y(11), Z(12), разрезные гайки (13), рабочий стол (14), Т-образные пазы (15), прижимные элементы (16), муфты (17), пазы (18), пластины щита (19), перемычку основания (20), башмаки (21), каретку (22), крышку каретки (23), крепеж для зажима (24), контроллер концевых выключателей (25), приемники (26) и передатчики (27) концевых выключателей, гибкий кабельканал координаты Х(28), Y(29), крепеж под кабельканал (30), отличающийся тем, что основание, состоит из двух вертикальных упоров основания (1) прямоугольной или произвольной формы, на одном из вертикальных упоров основания (1), вертикальных упоров координаты Y(2) и удерживающей площадке (3) расположены отверстия (на чертеже не указано), содержащие посадочные места (на чертеже не указано) для установки одного или двух разгрузочных подшипников (на чертеже не указано), а также отверстия (на чертеже не указано) для установки бочек (4) - полых цилиндрических деталей с фланцами (на чертеже не указано) для крепления и овальными вырезами (на чертеже не указано) посередине, для доступа к муфте (на чертеже не указано), соединяющей вал ходового винта (на чертеже не указано) с валом электродвигателя (на чертеже не указано), к которым крепятся электродвигатели (5), подключаемые к электронному блоку управления (6) и управляемые с ЭВМ (7), при этом на другом вертикальном упоре основания (1) и вертикальном упоре координаты Y(2) расположены ответные отверстия (на чертеже не указано), содержащие посадочные места (на чертеже не указано) для установки одного или двух подшипников (на чертеже не указано), центрирующие ходовые винты координаты Х(8) и координаты Y (9), в свою очередь к вертикальным упорам основания (1) крепятся две направляющие координаты Х(10), выполненные в виде прямоугольных балок с треугольными проточками на гранях или балок произвольного сечения, также к вертикальным упорам основания (1), с нижней стороны, крепятся горизонтальные упоры основания (31) прямоугольной или произвольной формы, снабженные крепежными отверстиями для фиксации заявленного устройства на размещаемой поверхности, вертикальные упоры основания (1), направляющие координаты Х(10) и горизонтальные упоры основания (31) исполняются литыми и/или сварными и/или разборным, в свою очередь к горизонтальным упорам основания (31) крепятся съемные амортизирующие полосы (32), повторяющие контур нижней части горизонтального упора основания (31), выполненные из одной или нескольких частей, а также возможна произвольная форма исполнения амортизирующих полос (32) или установка заявленного устройства на амортизирующий коврик (на чертеже не указано), а плита устанавливаемая сверху основания и закрывающая направляющие координаты Х(10) и передачи винт-гайка, представленные в виде ходовых винтов координаты Х(8) и разрезных гаек (13), является рабочим столом (14) с Т-образными пазами (15), выполненными под использование стандартного крепежа и ориентированными вдоль координаты X, служащие для размещения заготовки (33), при помощи от трех до пяти прижимных элементов (16) прямоугольной или произвольной формы с овальными отверстием (на чертеже не указано) посередине, упирающиеся с разных сторон в вертикальные грани заготовки (33) и притягивающиеся к рабочему столу (14) при помощи крепежных болтов (на чертеже не указано) и барашковых гаек (на чертеже не указано), и поворотного стола, состоящего из моторредуктора (34), прикрепленного к основному упору (35) прямоугольной или произвольной формы, с фланцами (на чертеже не указано) для крепления, к верхней части которого крепится прямоугольная или произвольной формы муфта (17), с проточками для зажима разборной круглой, квадратной или произвольной формы рамки (36), в которую устанавливается обрабатываемая заготовка (33) и фиксирующаяся посредством второй муфты (17) и прижимного винта (37) в верхней части Т-образного упора (38) или упора произвольной формы с фланцами (на чертеже не указано) для крепления, обеспечивающего вращение заготовки (33) на 360 градусов в вертикальной плоскости, а также пазами (18) для установки щита-пластин (19) прямоугольной или произвольной формы, вертикально устанавливаемых в пазы (18), состоящие из отдельных сегментов или замкнутого контура, вертикальные упоры координаты Y(2), выполненные в виде Z-образных пластин или пластин произвольной формы с проточками или без, в нижней части соединены разборной и/или сварной и/или литой перемычкой основания (20) прямоугольной или произвольной формы с проточками или без, к которой крепятся разрезные гайки (13), в зависимости от количества устанавливаемых электродвигателей (5) на вертикальный упор основания (1) - одна или две, перемычка основания (20), в свою очередь, крепится к направляющим координаты Х(10) посредством двух призмообразных деталей-башмаков (21), к верхней же части вертикальных упоров координаты Y(2) прикрепляется направляющая координаты Y(11), выполненная в виде прямоугольной балки с двумя треугольными проточками на противоположных гранях и защитной канавкой (на чертеже не указано) для размещения разрезной гайки (13) и ходового винта координаты Y(9) или балки произвольного сечения, к направляющей координаты Y(11) за счет башмаков (21) и паза (на чертеже не указано) под направляющую координаты Y(11) крепится каретка (22), прямоугольной или произвольной формы, к которой, в свою очередь, крепится съемная крышка каретки (23), квадратной или произвольной формы с проточками или без, с размещенной на ней разрезной гайкой (13), имеющая отверстия для доступа к крепежным болтам башмаков (21), с противоположной стороны каретки (22), перпендикулярно направляющей координаты Y(11), за счет башмаков (21) и паза (на чертеже не указано) под направляющую координаты Z(12), крепится направляющая координаты Z(12), аналогичная направляющей координаты Y(11), содержащая в нижней части крепеж для зажима (24) шпинделя (39), выполненный с направляющей координаты Z(12) литым и/или сварным и/или разборным, также в нижней части расположена перемычка (на чертеже не указано) с отверстием (на чертеже не указано) и посадочным местом (на чертеже не указано) для установки одного или двух подшипников (на чертеже не указано), а в верхней части - удерживающая площадка (3) под электродвигатель (5) прямоугольной или произвольной формы, станок снабжен концевыми выключателями, состоящие из пары приемник-передатчик и управляемые контроллером концевых выключателей (25), приемники (26) расположены на противоположных концах каждой из направляющих координат Х(10), Y(11), Z(12), а передатчики (27) на вертикальных упорах основания (1), вертикальных упорах координаты Y(2) и каретке (22), для размещения проводов электропитания электродвигателей (5) и шпинделя (39) используется кабельканалы, один из которых расположен по координате Х(28), а второй по координате Y(29), лежащий на опоре под кабельканал (40) прямоугольной или произвольной формы, крепящейся к верней части вертикального упора координаты Y(2), удерживающиеся на станке при помощи крепежа под кабель-канал (30).
Перемещение заготовки осуществляют по траектории (1), при этом контур L обработанной поверхности образуется как огибающая семейства окружностей фрезы с радиусом r, равным половине диаметра фрезы, - в виде линии acfeqs с рядом особых точек (возврата и взаимопересечения) (фиг.1). Реальный контур детали ограничен фасонными линиями ab, sg и прямолинейным участком bg. Два фасонных и прямолинейный участки контура L пересекаются в точках bug. Участки gq, qe, eg и be, cf, fb выполняют роль переходных между обработкой фасонных и прямолинейного участков и обеспечивают врезание и перебег фрезы. Эти участки образуются не за счет дополнительных траекторий движения заготовки, как в известном способе, а за счет перемещения формообразующей точки М на окружности фрезы при ее относительном движении по упомянутой траектории. Поэтому дополнительных, промежуточных траекторий при данном способе не требуется. Движение при обработке всех участков контура осуществляют по одной общей траектории. Параметры уравнения А, В, n, m и диаметр фрезы назначают с учетом формы и размеров заданного контура.
Выбирая соответствующий радиус r фрезы и параметры в уравнении траектории, обеспечивают не только пересечение разных участков контура L (как на фиг.1), но, если это требуется, также их плавное сопряжение по кривой линии L (как на фиг.2 и фиг.3). Можно также обеспечить обработку фрезой контура L с тремя фасонными участками, - ab, bg и gs, - пересекающимися под острым углом в точках bug (фиг.4). Реальный контур детали в этом случае ограничен линиями ab, bg и gs. Фасонные участки контура (например, линии ab и sg, фиг.1) могут быть заданы уравнением, координатами точек, одной или несколькими дугами окружностей разного радиуса. Прямолинейный участок, в частности, перпендикулярный оси y, задается длиной отрезка bg. Методами математического моделирования рассчитывают фактическую поверхность, полученную при обработке фрезой заданного диаметра при ее перемещении по описанной выше траектории. Проведенные расчеты показали, что способ обеспечивает отклонение от прямолинейности на участке bg длиной 3-20 мм (фиг.1) в пределах 0,2-2 мкм. На фиг.5 показан контур L, полученный при одной общей траектории и состоящий из двух фасонных выпуклых участков sg и ga, пересекающихся в точке g. Внутри контура sga находится «тело» детали. Линия U (показана точками) является траекторией. Приведены параметры (А, В и др.) траектории. Диаметр фрезы 20 мм (r=10). Размеры на осях x, y даны в мм. На фиг.6 приведен аналогичный контур L, но при других параметрах траектории и диаметре фрезы (параметры A, B и др. даны на фиг.6). Диаметр фрезы 25 мм (r=12,5). «Тело» детали здесь также находится внутри контура sga. Участки sg и ga имеют вогнутую внутрь «тела» детали форму. На фиг.7, для сравнения, приведена траектория фрезы при обработке контура L (состоящего из участков sg и ga) по известному способу. Центр окружности фрезы с радиусом г перемещается по двум различным траекториям - эквидистантам U1 и U2 контура L. Кроме того, при этом необходимы дополнительные участки траектории фрезы на перебег, врезание и соединение точек: участки 1-2 (перебег), 2-3 (отвод, чтобы не срезать точку g контура), 3-4 (соединение), 4-5 (подвод), 5-6 (врезание).
Таким образом, высокоскоростное фрезерование поверхности заготовки со сложным контуром, состоящим из двух или более участков разной формы, включающий относительное перемещение концевой фрезы и заготовки, при обработке фасонного и пересекающегося с ним прямолинейного участков контура, концевая фреза непрерывно движется по одной общей траектории, которую определяют уравнением:
где x, y - координаты в плоскости, перпендикулярной оси фрезы, в которой осуществляют перемещение фрезы; A=0,1, B=-1,5·10-4, m=4, n=2.
При этом параметры общей для разных участков траектории и диаметр фрезы задают такими, что они обеспечивают обработку фасонного участка контура, очерченного по одной или двум дугам окружностей.
Прецизионный фрезерный обрабатывающий центр работает следующим образом. При подаче электропитания на электродвигатели (5) координаты X, начинают вращаться валы электродвигателей (на чертеже не указанны), которые приводят в движение ходовые винты координаты Х(8). За счет этого перемычка основания (20) с прикрепленными к ней вертикальными упорами координаты Y(2), перемещаются вдоль направляющих координаты Х(10). Также электродвигатель (5), расположенный на вертикальном упоре координаты Y(2) за счет винта координаты Y(9), перемещает каретку (22), находящуюся между вертикальными упорами координаты Y (2), вдоль направляющей координаты Y(11). В свою очередь, направляющая координаты Z(12), вместе со шпинделем (39), совершает перемещения в вертикальном направлении, а моторредуктор (34), установленный на основном упоре (35), обеспечивает вращение рамки (36) с зажатой в ней заготовкой (33) в вертикальной плоскости. В результате возвратно-поступательных движений, по электронной модели расположенной на ЭВМ (7), происходит фрезерование поверхности заготовки (33).
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- устройство, воплощающее заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначено для обработки материалов резанием;
- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств;
- устройство, воплощающее заявленное техническое решение, при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный способ соответствует требованиям условий патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.
Прецизионный фрезерный станок, содержащий вертикальные упоры основания, вертикальные упоры координаты «Y», удерживающую площадку, бочки, электродвигатели, электронный блок управления, ходовые винты координат «X», «Y», направляющие координат «X», «Y», «Z», разрезные гайки, рабочий стол, прижимные элементы, муфты, пластины щита, перемычку основания, башмаки, каретку с установленным на ней шпинделем с фрезой, снабженную крышкой, концевые выключатели, состоящие из пары приемник-передатчик и подключенные к контроллеру концевых выключателей, гибкий кабель-канал координат «X», «Y», крепеж под кабель-канал, при этом основание состоит из двух вертикальных упоров основания, на одном из вертикальных упоров основания, вертикальных упоров координаты «Y» и удерживающей площадке выполнены отверстия с посадочными местами для установки разгрузочных подшипников, а также отверстия для установки бочек, выполненных в виде полых цилиндрических деталей с овальными вырезами посередине для доступа к муфте, соединяющей вал ходового винта с валом электродвигателя, и с фланцами для крепления электродвигателей, подключенных к электронному блоку управления с возможностью управления от ЭВМ, причем на другом вертикальном упоре основания и вертикальном упоре координаты «Y» выполнены ответные отверстия с посадочными местами для установки подшипников с возможностью центрирования ходовых винтов координат «X» и «Y», к вертикальным упорам основания прикреплены две направляющие координаты «X», выполненные в виде балок с треугольными проточками на гранях, к вертикальным упорам основания с нижней стороны прикреплены горизонтальные упоры основания, имеющие крепежные отверстиями для его фиксации на размещаемой поверхности, при этом вертикальные упоры основания, направляющие координаты «X» и горизонтальные упоры основания выполнены литыми и/или сварными, и/или разборными, причем на горизонтальных упорах основания закреплены съемные амортизирующие полосы, выполненные повторяющими контур нижней части горизонтального упора основания, а рабочий стол состоит из плиты, установленной сверху основания и закрывающей направляющие координаты «X» и передачи винт-гайка, выполненные в виде ходовых винтов координаты «X» и разрезных гаек, причем в плите выполнены Т-образные пазы под использование крепежа, ориентированные вдоль координаты «X» и служащие для закрепления заготовки при помощи прижимных элементов с овальным отверстием посередине, имеющие возможность упора с разных сторон в вертикальные грани заготовки и притягивания к рабочему столу при помощи крепежных болтов и барашковых гаек, и поворотного стола, снабженного мотор-редуктором, выполненным с возможностью вращения заготовки на 360° в вертикальной плоскости и прикрепленного к основному упору посредством фланцев для крепления, к верхней части которого прикреплена муфта с проточками для зажима разборной рамки для установки обрабатываемой заготовки, и выполненная с возможностью фиксации посредством второй муфты и прижимного винта в верхней части Т-образного упора с фланцами для крепления, а также пазами для вертикальной установки пластин щита в виде отдельных сегментов или выполненные с замкнутым контуром, причем вертикальные упоры координаты «Y» выполнены в виде пластин произвольной формы с проточками или без них, в нижней части соединены разборной и/или сварной, и/или литой перемычкой основания с проточками или без них, на которой закреплены разрезные гайки, в количестве, соответствующем числу устанавливаемых электродвигателей на вертикальный упор основания, при этом перемычка основания прикреплена к направляющим координаты «X» посредством двух призмообразных деталей-башмаков, к верхней части вертикальных упоров координаты «Y» прикреплена направляющая координаты «Y», выполненная в виде прямоугольной балки с двумя треугольными проточками на противоположных гранях и защитной канавкой для размещения разрезной гайки и ходового винта координаты «Y», причем к направляющей координаты «Y» посредством башмаков и паза под направляющую координаты «Y» закреплена каретка, к которой прикреплена съемная крышка с проточками или без них с размещенной на ней разрезной гайкой, имеющая отверстия для доступа к крепежным болтам башмаков, а с противоположной стороны каретки перпендикулярно направляющей координаты «Y» с помощью башмаков и паза под направляющую координаты «Z» закреплена направляющая координаты «Z», выполненная аналогично направляющей координаты «Y», при этом в нижней части расположена перемычка с отверстием и посадочным местом для установки подшипников, а в верхней части - удерживающая площадка под электродвигатель, приемники концевых выключателей расположены на противоположных концах каждой из направляющих координат «X», «Y», «Z», передатчики концевых выключателей - на вертикальных упорах основания, вертикальных упорах координаты «Y» и каретке, а провода электропитания электродвигателей и шпинделя размещены в установленных на станке при помощи крепежа кабель-каналах, один из которых расположен по координате «X», а второй - по координате «Y», лежащий на опоре под кабель-канал, закрепленный на верхней части вертикального упора координаты «Y», отличающийся тем, что фреза установлена с возможностью ее перемещения непрерывно по одной общей траектории, определяемой уравнением:
y=Axn+Bxm,
где x, y - координаты в плоскости, перпендикулярной оси фрезы, в которой осуществляется перемещение фрезы;
A=0,1, B=-1,5·10 -4, m=4, n=2.
