Комплексный станок для обработки радиусных поверхностей крупногабаритных листовых заготовок и механизм базирования и вращения крупногабаритных листовых заготовок для его осуществления

Полезная модель относится к станкам токарной группы для обработки крупногабаритных фланцев толщиной от 4 до 30 мм и диаметром от 300 до 1500 мм, используемых в нефтепромышленности. Технический результат полезной модели комплексного станка заключается в расширении номенклатуры и стоимости изготавливаемых деталей, расширении его технологических возможностей, в простоте и удобстве изготовления крупногабаритных фланцев, применяемых в нефтепромышленности. Технический результат полезной модели механизма базирования и вращения заготовок заключается в простоте и удобстве базирования и вращения крупногабаритных заготовок. Комплексный станок содержит механизм базирования и вращения заготовки с вертикально установленной планшайбой 1, смонтированной на бабке 2 изделия с возможностью вращения, и обрабатывающий станок, включающий станину 3, рабочий орган 4 на поперечном суппорте 6. Механизм базирования и вращения заготовки выполнен в виде автономной установки с частотно-регулируемым приводом вращения планшайбы 1, причем указанная установка смонтирована на дополнительной станине 7 так, что расстояние (S) между планшайбой 1 указанной установкой и поперечным суппортом 6 обрабатывающего станка от 50 до 100 мм. Планшайба 1 снабжена средствами фиксации заготовки и представляет собой вертикально установленную раму 9 с закрепленными на ней направляющими 10 с пазами 11 и центральным отверстием под установку фиксатора 12 заготовки 32 с центральным отверстием. Рама 9 планшайбы 1 выполнена квадратной с диаметральным закреплением на ней направляющих 10. Планшайба 1 имеет габаритные размеры не более 170 см. Комплексный станок имеет расширенные технологические возможности, обеспечивает простоту изготовления крупногабаритных деталей, что позволяет снизить их стоимость.

Полезная модель относится к области машиностроения - станкостроению, преимущественно к станкам токарной группы для обработки металла резанием, предназначенным для обработки наружной сферической радиусной поверхности крупногабаритных деталей толщиной от 4 до 30 мм и диаметром от 300 до 1500 мм типа фланцев, используемых в нефтепромышленности.

Известен универсальный автоматизированный комплекс для базирования и механической обработки крупногабаритных листовых деталей, содержащий подвижные секции с рядами перемещающихся вдоль своих осей опор с вакуумными прихватами на концах и системой ЧПУ (см. патент РФ на изобретение №2247018, МПК B23Q 7/00, публ. 2005 г.).

Недостатком данного комплекса является его сложность и дороговизна из-за наличия системы ЧПУ с применением доростоящих датчиков текущих параметров обработки.

Известно устройство для резания листового широкоформатного материала на заготовки, включающее каретку с установленным на ней шпинделем для крепления инструмента и электроприводом шпинделя, а также консольный стол для укладки материала и приемник отходов, причем прижим листового материала к станине выполнен в виде нескольких механизмов, включающих дисковые эксцентрики для настройки по толщине материала и прижимные кулачки (см. патент РФ на полезную модель №21570, МПК В62D 1/00, публ. 2002 г.).

Известен станок для двусторонней обработки гибких дисков, содержащий оснащенную следящим приводом плиту с планшайбой,

имеющей плоский торец для крепления заготовки, резцедержатель, а также источник вакуума, причем станок снабжен дополнительной плитой с планшайбой и резцедержателем (см. а.с. СССР №1217583, МПК В23В 3/08, публ. 1986 г.).

Известно устройство для одновременной обработки фасок, содержащее приспособление для установки заготовки, зажимный патрон и шарнирно закрепленный на оправке режущий блок, причем приспособление для установки заготовки выполнено в виде планшайбы с кронштейнами (см. а.с. СССР №1057185, МПК В23В 3/12, публ. 1983 г.).

Известен станок для обработки дисковых заготовок, на станине которого смонтированы шлифовальные инструменты для наружной и внутренней обработки, установленные с возможностью осевого перемещения, подвижный механизм центрирования заготовки по наружному диаметру и механизм зажима, выполненный в виде соосно установленных с возможностью вращения опорного кольца и планшайбы (см. патент РФ на изобретение №2056269, МПК В24В 53/04, публ. 1996 г.).

Известно устройство для фрезерования радиусных поверхностей, содержащее горизонтально расположенную вращающуюся планшайбу, на которой установлены каретка и стол для закрепления заготовки с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости во взаимно перпендикулярных направлениях с отсчетом величины перемещения по шкалам (см. патент РФ на изобретение №2287408, МПК В23С 3/00, публ. 2006 г.).

Известен станок для обработки сложных поверхностей (торовых и рогообразных), содержащий станину с направляющими пазами и зубчатыми гребенками, вращающуюся планшайбу с цапфами, установленную в корпусе с размещенным на ее направляющих резцедержателем с резцом и копирным пальцем (см. патент РФ на изобретение №267382, МПК В23В 5/36, публ. 2006 г.).

Известен автономный нестационарный станочный модуль для

обработки крупногабаритных изделий, содержащий две опоры коробчатой формы с верхней и нижней опорными плоскостями, установленные на верхние опорные плоскости, левую и правую стойки, направляющую со шпонкой по всей длине, установленную в разрезные отверстия стоек, опоры ходового винта, также расположенные в стойках, ходовой винт, установленный в опоры, шестерню механизма отключения подачи, которая входит в зацепление с зубчатым колесом, установленным на ходовом винте, причем в качестве привода подач используется установленный на левой стойке электродвигатель постоянного тока с устройством его управления и регулирования, оснащенный автономным источником питания (см. патент РФ на полезную модель №35265, МПК В23В 5/00, публ. 2004 г.).

В целом конструкция станка отличается сложностью. Ограничением применения этого станка является его специализированность, обусловленная сложностью оснастки, особенностями размещения ее частей среди основных узлов станка.

Известно мобильное токарное устройство для обработки торцов крупногабаритных обечаек, содержащее приводной двигатель для обеспечения главного движения и автоматической поперечной подачи резца, ручной привод поперечной подачи резца, резцедержатель с ручным винтовым приводом врезания резца, трубчатый корпус с элементами крепления относительно обрабатываемой поверхности и тележку-домкрат, причем привод главного движения выполнен в виде первой и второй последовательно соединенных планетарных ступеней по схеме 2К-Н (см. патент РФ на изобретение №2200075, МПК В23В 5/16, публ. 2003 г.).

Известно устройство для токарной обработки наружных сферических поверхностей, содержащее станину, привод для вращения обрабатываемой заготовки, узел шпинделя, поперечный суппорт с резцами и с поворотным резцедержателем и механизмом его перемещения, установленными на поперечном суппорте (см. а.с. СССР №1094671, М. кл. В23В 5/40, публ. 1984 г.).

Известен токарный полуавтоматический станок для обработки наружной сферической поверхности, содержащий станину, привод для вращения обрабатываемой заготовки, узел шпинделя с оправкой, резцы с поворотным резцедержателем в виде рычага и механизмом его перемещения, установленные на поперечном суппорте, блок управления автоматическим циклом (см. патент РФ на полезную модель №26203, МПК В23В 5/40, публ. 2002 г. - прототип).

Станок предназначен для обработки деталей с малыми радиусными поверхностями 15-50 мм.

Общий недостаток известных устройств в том, что их нельзя использовать для обработки заготовок и деталей с большими диаметрами, например 300-1500 мм по той причине, что режущий инструмент и силовые элементы устройства не обладают достаточной жесткостью и прочностью и не могут обеспечить необходимые режимы обработки.

Известно устройство для базирования деталей типа колец подшипников, содержащее магнитный патрон, установленный на шпинделе, причем планшайба магнитного патрона расположена на имеющем возможность осевой осцилляции трубчатом сердечнике, установленном посредством упругой подвески, выполненной в виде мембранных пружин и втулок, на пальце, состоящем из двух частей, установленном на шпинделе и расположенном внутри трубчатого сердечника (см. патент РФ на изобретение №2052330, МПК B23Q 3/15, публ. 1996 г.).

Известное устройство не пригодно для базирования крупногабаритных листовых заготовок.

Известно автономное устройство закрепления отрезаемой детали, применяемое на токарных станках и содержащее установленный с возможностью вращения механизм закрепления отрезаемой детали и буксу, причем механизм закрепления выполнен в виде двух соединенных

невращающейся муфтой частей, одна из которых предназначена для взаимодействия с вращающимися деталями станка, используемыми в качестве упора и привода вращения механизма закрепления, а вторая часть связана с буксой (см. патент РФ на изобретение №2133174, МПК В23В 5/14, публ. 1999 г.).

Известно универсальное токарное приспособление для крепления обрабатываемой детали, содержащее планшайбу с балансиром, на одном торце которой выполнены взаимно перпендикулярные пазы для размещения сменных установочно-крепежных элементов для обрабатываемых изделий, пазы планшайбы выполнены П-образными, при этом параллельно одному из пазов выполнены два дополнительных Т-образных паза, установочно-крепежные элементы выполнены в виде фиксатора (см. патент РФ на изобретение №2080235, МПК B23Q 1/25, B23Q 3/00, публ. 1997 г.).

Известно приспособление для установки деталей преимущественно на станках с ЧПУ, содержащее корпус, каретки с элементами базирования и зажима, вращающуюся планшайбу с установленной на ней балкой, предназначенной для размещения кареток, в которых размещены опоры с базовыми плитами для размещения элементов базирования и зажима (см. патент РФ на изобретение №2024382, МПК B23Q 3/00, публ. 1994 г. - прототип).

Недостатком данного приспособления является его сложность и дороговизна из-за наличия системы ЧПУ.

Общий недостаток известных механизмов базирования и вращения заготовки заключается в том, что они предназначены для обработки деталей определенной конфигурации, существенно отличающихся от фланца транспортировочно-запасовочных устройств, применяемых в нефтепромышленности, и по этой причине непригодных для обработки указанного фланца в полуавтоматическом режиме.

Технический результат полезной модели комплексного станка для обработки наружных радиусных торцевых поверхностей

крупногабаритных листовых заготовок заключается в расширении номенклатуры и стоимости изготавливаемых деталей, расширении его технологических возможностей, в простоте и удобстве изготовления крупногабаритных фланцев транспортировочно-запасовочных устройств, применяемых в нефтепромышленности.

Технический результат полезной модели механизма базирования и вращения заготовок для его осуществления заключается в простоте и удобстве базирования и вращения крупногабаритных заготовок для изготовления деталей типа фланцев толщиной от 4 до 30 мм и диаметром от 300 до 1500 мм.

Поставленная цель достигается тем, что в комплексном станке для обработки радиусных поверхностей крупногабаритных листовых заготовок, содержащем механизм базирования и вращения заготовки и обрабатывающий станок, включающий по меньшей мере станину, узел шпинделя, рабочий орган и механизм его перемещения, установленные на поперечном суппорте станка, механизм базирования и вращения заготовки выполнен в виде автономной установки с вертикально установленной планшайбой для базирования и вращения заготовки, автономная установка смонтирована на дополнительной станине так, что рабочий орган обрабатывающего станка установлен на одном уровне с осью вращения указанной планшайбы с возможностью горизонтального продольного и поперечного перемещения и в крайнем своем положении на поперечном суппорте расположен по оси вращения планшайбы.

Целесообразно иметь расстояние между поперечным суппортом обрабатывающего станка и планшайбой автономной установки не более 100 мм.

Предпочтительно в качестве обрабатывающего станка применить стандартный токарный станок.

Предпочтительно автономную установку выполнить с частотно- регулируемым приводом вращения планшайбы.

Целесообразно иметь планшайбу, представляющую собой вертикально установленную раму с закрепленными на ней направляющими с пазами и центральным отверстием, причем средства фиксации заготовки установить в пазах направляющих планшайбы с возможностью перемещения при изменении габаритных размеров заготовок.

Поставленная цель достигается тем, что механизм базирования и вращения крупногабаритных листовых заготовок, содержащий вертикально установленную планшайбу, выполненную с возможностью вращения и снабженную средствами фиксации заготовки, выполнен в виде автономной установки с частотно регулируемым приводом вращения планшайбы, планшайба представляет собой вертикально установленную раму с закрепленными на ней направляющими с пазами и центральным отверстием, средства фиксации заготовки установлены в пазах направляющих планшайбы с возможностью перемещения при изменении габаритных размеров заготовок.

Предпочтительно раму закрепить на бабке изделия и выполнить квадратной с диаметральным закреплением на ней направляющих с пазами.

Целесообразно иметь планшайбу с габаритными размерами не более 170 см.

Предпочтительно иметь средства фиксации заготовки, представляющие собой прихваты, выполненные с возможностью регулировки высоты прижима заготовки к планшайбе с помощью регулировочных пластин.

Целесообразно иметь крепежный элемент в виде фиксатора для крепления заготовок с центральным отверстием.

Предпочтительно частотно-регулируемый привод вращения планшайбы выполнить с возможностью изменения направления ее вращения.

Целесообразно частотно-регулируемый привод вращения планшайбы

выполнить содержащим мотор-редуктор, на выходном валу которого закреплена звездочка ведущая, соединенная двухрядной цепью со звездочкой ведомой, закрепленной на оси вращения планшайбы.

В результате проведенного поиска по источникам научно-технической и патентной информации не было обнаружено устройств подобного назначения с заявленной совокупностью существенных признаков и обеспечением такого же технического результата. Таким образом, можно предположить, что предлагаемое изобретение представляет собой техническое решение задачи, обладающее новизной, обеспечивающее промышленную применимость и имеющее изобретательский уровень.

На фиг.1 изображен комплексный станок для обработки наружных радиусных торцевых поверхностей крупногабаритных листовых заготовок. На фиг.2 показан крупногабаритный фланец, изготовленный на комплексном станке в разрезе. На фиг.3 изображена планшайба, вид с лицевой стороны, где позиции 12 (фиксатор) и 13 (прихваты) условно не показаны. Фиг.5 изображает вид Б на фиг.1. Фиг.5 изображает вид А-А на фиг.1. На фиг.6 показан монтаж звездочки ведомой. На фиг.7 показан монтаж звездочки ведущей. Фиг.7 изображает фрагмент привода вращения планшайбы в автономной установке, показывающий взаимосвязь ведущей и ведомой звездочек посредством двухрядной цепи.

Комплексный станок для обработки радиусных поверхностей крупногабаритных листовых заготовок (фиг.1) содержит механизм базирования и вращения заготовки с вертикально установленной планшайбой 1, смонтированной на бабке 2 изделия с возможностью вращения, и обрабатывающий станок, включающий по меньшей мере станину 3, рабочий орган 4, например, резец, держатель 5 рабочего органа 4 (резцедержатель) с механизмом его перемещения, установленные на поперечном суппорте 6 станка. Механизм базирования и вращения заготовки выполнен в виде автономной установки с частотно-регулируемым приводом вращения планшайбы 1, причем указанная установка

смонтирована на дополнительной станине 7 так, что расстояние (S) между планшайбой 1 указанной установкой и поперечным суппортом 6 обрабатывающего станка не более 100 мм (фиг.1). При большем расстоянии S (более 100 мм) не обеспечивается жесткость системы «обрабатывающий станок - автономная установка». Минимальное расстояние S не менее 50 мм для удобства базирования заготовки на планшайбе 1. В диапазоне от 50 до 100 мм выбор оптимального расстояния S между поперечным суппортом 6 обрабатывающего станка и планшайбой 1 определяется возможностями горизонтального продольного и поперечного перемещения рабочего органа 4 (резца) относительно планшайбы 1. Рабочий орган 4 (резец) станка установлен на одном уровне с осью 8 вращения планшайбы 1 в автономной установке с возможностью горизонтального продольного и поперечного перемещения относительно планшайбы 1 в зависимости от вида и габаритов заготовки и в крайнем своем положении на суппорте 6 расположен по указанной оси вращения планшайбы 1.

Дополнительная станина 7 сварена из стальных листов толщиной 25 мм и крепится к фундаменту анкерными болтами. Бабка изделия крепится к станине 7 болтами. Дополнительно механизм базирования и вращения заготовки и токарный станок забетонированы слоем бетона толщиной 100 мм.

Планшайба 1 снабжена средствами фиксации заготовки и представляет собой вертикально установленную раму 9 с закрепленными на ней направляющими 10 с пазами 11 и центральным отверстием под установку фиксатора 12 заготовки с центральным отверстием.

Рама 9 планшайбы 1 выполнена квадратной с диаметральным закреплением на ней направляющих 10. Предпочтительно иметь планшайбу 1 с габаритными размерами (L) не более 170 см.

Планшайба 1 снабжена средствами фиксации заготовки. Средства фиксации заготовки установлены в пазах 11 направляющих 10 планшайбы

1 с возможностью перемещения их при изменении габаритных размеров заготовок и представляют собой прихваты 13, выполненные с возможностью регулировки высоты прижима заготовки к планшайбе 1 с помощью регулировочных пластин 14. Каждый прихват 13 выполнен как поворотный запирающий элемент.

В качестве обрабатывающего станка может быть применен стандартный токарный станок, при этом рабочим органом 4 является резец.

Частотно-регулируемый привод (на фиг. не показан) вращения планшайбы 1 обеспечивает возможность изменения направления ее вращения и может быть выполнен на основе мотор-редуктора, на выходном валу 15 которого закреплена звездочка 16 ведущая, соединенная двухрядной цепью (фиг.8) со звездочкой 17 ведомой, закрепленной на шпинделе 19 бабки 2 изделия. Монтаж звездочки ведомой (фиг.7) на шпинделе 19 осуществляется с помощью первой и второй втулок 20, 21, шпонки 22, гайки 23, подшипника 23 и винта 24 стопорного. Монтаж звездочки ведущей (фиг.6) на выходном валу 15 мотор-редуктора осуществляется с помощью смежных втулок 25, 26, первой и второй шпонок 27, 28, гайки 29 с шайбой 30. Ведущая и ведомая звездочки 16, 17 соединены двухрядной цепью 17, например, от моторной цепи автомобиля ВАЗ-2107. На основании бабки 2 изделия болтами с шайбами закреплена плита (на фиг. не показана) для закреплен мотор-редуктора, имеющая продольные пазы, позволяющие перемещать ее перпендикулярно оси шпинделя 19 бабки 2 изделия для регулировки натяжения двухрядной цепи 17.

Комплексный станок позволяет изготовлять фланцы 31 (фиг.2).

Установка работает следующим образом. В качестве обрабатывающего станка применен стандартный токарный станок, например, 1Е95. Рабочий орган 4 (резец), устанавливают в держателе 5. Заготовку 32 диаметром d₀ базируют на планшайбе 1 (фиг.3) в соответствии с технологией изготовления детали (фиг.2), используя

необходимые прихваты 13 для зажима листовой заготовки по периферии, перемещаемые в соответствии с габаритами заготовки 32 по пазам 11 направляющих 10 в раме 9 планшайбы 1, фиксатор 12 для крепления заготовки 32 с центральным отверстием, регулировочные пластины 14. На фиг.4 приведен один из вариантов крепления заготовки 32. На обрабатывающем станке и автономной установке базирования и вращения заготовки 32 необходимо работать в защитных очках. Включают автономную установку в режиме вращения планшайбы 1 против часовой стрелки или по часовой стрелке с требуемым количеством оборотов планшайбы 1. Резец подводят в зону резания и приступают к изготовлению детали. Управление перемещениями резцедержателя (резца) осуществляется в соответствии с руководством по эксплуатации на стандартный станок токарный. Центр дуги обрабатываемой поверхности совпадает с осью 8 вращения планшайбы 1. При вращении планшайбы 1 происходит обработка криволинейного контура с постоянным радиусом. Замена резца, различные операции с обрабатываемой заготовкой осуществляют при выключенной установке.

Полученная деталь с обработанными радиусными поверхностями - крупногабаритный фланец толщиной Н и диаметром d ₁ с внутренними диаметрами d₂, d ₃ и размером h показана на фиг.2.

Применение автономной установки базирования и вращения заготовки позволяет изготавливать методом токарной обработки крупногабаритные детали из листовых заготовок:

толщина деталей (Н) от 4 до 30 мм;

диаметр деталей (d₁) от 300 до 1500 мм.

Автономная установка базирования и вращения заготовки, работая совместно с токарным станком, значительно расширяет его возможности, так как станок без указанной установки обеспечивает максимальный диаметр обрабатываемой детали 400 мм. Бабка 2 изделия выполнена с плавным фиксируемым регулированием числа оборотов шпинделя 19, что

позволяет изменять режимы обработки в зависимости от толщины и материала заготовки.

В предлагаемом комплексном станке рабочий орган (режущий инструмент - резец), автономная установка базирования и вращения заготовки, силовые элементы устройства обеспечивают достаточную жесткость и прочность системы, обеспечивая необходимые режимы обработки. Эффективность применения предлагаемого комплексного станка заключается в том, что благодаря простоте, доступности, оперативности и универсальности его использования, деталь закрепляется (или снимается) в планшайбе в любой момент времени независимо от типа обрабатывающего станка.

Комплексный станок пригоден для обработки различных заготовок (с центральным отверстием и без центрального отверстия) по наружной радиусной поверхности и на торцах за одну установку на токарных станках, позволяя изготовлять детали фланцевого типа, используемые для транспортировочно-запасовочных устройств, применяемых в нефтепромышленности. Комплексный станок прошел опытные испытания, подтвердившие технический результат.

Комплексный станок имеет расширенные технологические возможности, обеспечивает простоту и оперативность изготовления крупногабаритных деталей, что позволяет снизить их стоимость.

1. Комплексный станок для обработки радиусных поверхностей крупногабаритных листовых заготовок, содержащий механизм базирования и вращения заготовки и обрабатывающий станок, включающий по меньшей мере станину, узел шпинделя, рабочий орган и механизм его перемещения, установленные на поперечном суппорте станка, отличающийся тем, что механизм базирования и вращения заготовки выполнен в виде автономной установки с вертикально установленной планшайбой для базирования и вращения заготовки, автономная установка смонтирована на дополнительной станине так, что рабочий орган обрабатывающего станка установлен на одном уровне с осью вращения указанной планшайбы с возможностью горизонтального продольного и поперечного перемещения и в крайнем своем положении на поперечном суппорте расположен по оси вращения планшайбы.

2. Комплексный станок по п.1, отличающийся тем, что расстояние между поперечным суппортом обрабатывающего станка и планшайбой автономной установки не более 100 мм.

3. Комплексный станок по п.1, отличающийся тем, что в качестве обрабатывающего станка применен стандартный токарный станок.

4. Комплексный станок по п.1, отличающийся тем, что автономная установка выполнена с частотно регулируемым приводом вращения планшайбы.

5. Комплексный станок по п.1, отличающийся тем, что планшайба представляет собой вертикально установленную раму с закрепленными на ней направляющими с пазами и центральным отверстием, средства фиксации заготовки установлены в пазах направляющих планшайбы с возможностью перемещения при изменении габаритных размеров заготовок.

6. Механизм базирования и вращения крупногабаритных листовых заготовок, содержащий вертикально установленную планшайбу, выполненную с возможностью вращения и снабженную средствами фиксации заготовки, отличающийся тем, что он выполнен в виде автономной установки с частотно регулируемым приводом вращения планшайбы, планшайба представляет собой вертикально установленную раму с закрепленными на ней направляющими с пазами и центральным отверстием, средства фиксации заготовки установлены в пазах направляющих планшайбы с возможностью перемещения при изменении габаритных размеров заготовок.

7. Механизм по п.6, отличающийся тем, что рама закреплена на бабке изделия и выполнена квадратной с диаметральным закреплением на ней направляющих с пазами.

8. Механизм по п.6, отличающийся тем, что планшайба имеет габаритные размерьте более 170 см.

9. Механизм по п.6, отличающийся тем, что средства фиксации заготовки представляют собой прихваты, выполненные с возможностью регулировки высоты прижима заготовки к планшайбе с помощью регулировочных пластин.

10. Механизм по п.6, отличающийся тем, что он снабжен крепежным элементом в виде фиксатора для крепления заготовок с центральным отверстием.

11. Механизм по п.6, отличающийся тем, что частотно-регулируемый привод вращения планшайбы выполнен с возможностью изменения направления ее вращения.

12. Механизм по п.11, отличающийся тем, что частотно-регулируемый привод вращения планшайбы содержит мотор-редуктор, на выходном валу которого закреплена звездочка ведущая, соединенная двухрядной цепью со звездочкой ведомой, закрепленной на оси вращения планшайбы.