МНОГОПОЗИЦИОННАЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ ГОЛОВКА Российский патент 1997 года по МПК B23B29/32 

Изобретение относится к области станкостроения и может быть использовано в металлорежущих станках с ЧПУ, преимущественно токарной группы.

Известна револьверная головка [1] которая содержит установленную с возможностью осевого перемещения поворотную часть с инструментальными шпинделями, привод вращения поворотной части, механизм предварительной фиксации. На приводном валу головки и на опорах вращения в корпусе установлены зубчатые колеса. Механизм предварительной фиксации выполнен в виде кулачковой торцевой муфты, одна полумуфта которой выполнена на зубчатом колесе, установленном в корпусе, а другая закреплена на поворотной части.

Недостатком револьверной головки является ненадежность работы. Прямоугольная форма кулачков не обеспечивает надежность их соединения при предварительной фиксации поворотной части. Ввиду дисбаланса на поворотной части она может сместиться в угловом направлении при смене позиций револьверной головки и выступы кулачков установятся друг против друга, в результате чего инструментальный диск не выйдет в фиксированную позицию, а следовательно, возникнет аварийная ситуация.

Известна револьверная головка [2] которая по большинству конструктивных признаков принята за прототип.

Головка содержит корпус с полумуфтами, установленную в корпусе поворотную часть с инструментальными шпинделями и их полумуфтами, размещенное на поворотной части зубчатое колесо, механизм фиксации поворотной части, включающий полумуфту, расположенные в корпусе параллельно оси поворотной части приводной и выходной валы с зубчатыми колесами, привод вращения поворотной части и приводного вала.

Недостатком головки является сложная конструкция механизма зажима и осевого перемещения поворотной части, состоящего из винтовой пары, червячной передачи и привода. К тому же головка недостаточно быстродейственна. Это объясняется тем, что кинематическая связь револьверной головки не может обеспечить большое усилие зажима полумуфт (необходимое при силовом резании) с сохранением высокой скорости поворота поворотной части, что требуют высокопроизводительные станки с ЧПУ. В данной конструкции между жесткостью зажима зубчатых полумуфт и быстродействием головки обратно пропорциональная зависимость: выигрываем в силе зажима, проигрываем в скорости поворота. Оптимальное (большое) передаточное отношение в червячной передаче, обеспечивающее жесткость стыка зубчатых полумуфт одновременно приводит к снижению быстродействия.

Для использования одного и того же электромеханического привода поворота поворотной части головки и вращения инструментальных шпинделей введен специальный механизм осевого переключения подвижного зубчатого колеса для соединения с зубчатым колесом, расположенным на поворотной части, в результате чего усложняется конструкция револьверной головки.

Целью заявляемого изобретения является упрощение конструкции головки и повышение ее быстродействия.

Для решения поставленной задачи заявляемая многопозиционная инструментальная головка содержит корпус с полумуфтами, установленную в корпусе поворотную часть с инструментальными шпинделями и их полумуфтами, размещенное на поворотной части зубчатое колесо, механизм фиксации поворотной части, включающий полумуфту, расположенный в корпусе параллельно оси поворотной части приводной вал с жестко установленными зубчатыми колесами, выходной вал и привод вращения поворотной части и приводного вала. Головка снабжена рычагом, полумуфтой, расположенной на выходном валу, и упругим элементом, размещенным на поворотной части. Механизм фиксации поворотной части выполнен в виде установленного в корпусе с возможностью перемещения гидроцилиндра, на одном торце которого жестко установлен фланец, базирующийся на подшипнике качения, а на втором выполнен зубчатый венец, предназначенный для одновременного взаимодействия с полумуфтами корпуса и поворотной части. Зубчатое колесо поворотной части установлено с зазором и возможностью взаимодействия с одним из зубчатых колес приводного вала, причем один торец зубчатого колеса поворотной части предназначен для взаимодействия с фланцем гидроцилиндра, а другой с упругим элементом. Вновь введенный рычаг закреплен на гидроцилиндре, соединен с полумуфтой выходного вала и предназначен для обеспечения отвода полумуфты выходного вала от полумуфты инструментальных шпинделей.

На фиг. 1 изображен осевой разрез головки, на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1.

Многопозиционная инструментальная головка содержит корпус 1 с закрепленной на нем полумуфтой 2, поворотную часть 3 с закрепленными на ней полумуфтой 4 и инструментальным диском 5, на котором расположены инструментальные блоки 6 с инструментальными шпинделями 7 и инструментом. В корпусе 1 установлен гидроцилиндр 8, который зубчатым венцом 9 одновременно соединен с полумуфтой 2 корпуса и полумуфтой 4 поворотной части 3. На поворотной части 3 базируется шток 10. К гидроцилиндру 8 жестко закреплен фланец 11, в результате чего в гидроцилиндре образованы полости 12 и 13. В корпусе 1 и фланце 11 установлены шпонки 14 и 15, удерживающие гидроцилиндр 8 и шток 10 от вращения (при этом шпонка 14 установлена таким образом, что при перемещении гидроцилиндра 8 влево впадины и зубья полумуфт 2 и 9 полностью совпадают). На поворотной части 3 установлено фиксировано в радиальном и подвижно в осевом направлении зубчатое колесо 16, имеющее возможность взаимодействия с зубчатым колесом 17, закрепленным на валу 18, соединенным с регулируемым электродвигателем 19. На корпусе гидроцилиндра, а именно, на фланце 11, базируется подшипник 20 качения, который торцем упирается в корпус гидроцилиндра: во фланец 11, жестко соединенным с гидроцилиндром 8. На поворотной части 3 установлена тарельчатая пружина 21, удерживающая и поджимающая зубчатое колесо 16 к подшипнику 20. Левый конец поворотной части 3 базируется по внутреннему диаметру полумуфты 2, а правый в подшипниках 22, установленных во фланце 23. Поворотная часть 3 имеет возможность вращения в расточке штока 10, т. к. установлена с подвижным соединением по диаметру и с зазором по торцевым поверхностям. Благодаря толщине фланца 23 в осевом направлении поворотная часть 3 установлена фиксированно таким образом, что зубья полумуфт 4 точно совпадают по высоте с зубьями полумуфты 2. Во фланце 24 установлен датчик 25, вал которого соосно соединен с поворотной частью 3. На поворотной части 3 установлен диск 26 с пазами, предназначенными для взаимодействия с фиксатором 27. Количество пазов диска 26 равно количеству позиций инструментальной головки. Фиксатор 27 соединен с датчиком 28, дающим сигнал при западании фиксатора 27 в паз диска 26. На валу 18 установлено зубчатое колесо 29. Зубчатые колеса 17 и 29 взаимодействуют с зубчатым блоком 30, установленным подвижно в осевом направлении на выходном валу 31 привода вращения инструментальных шпинделей 7. На валу 31 базируется и подвижная в осевом направлении полумуфта 32, с помощью которой осуществляется сцепление с полумуфтой 33 инструментальных шпинделей 7 инструментальных блоков 6. В пазу полумуфты 32 с подвижным соединением по диаметру и с зазором по торцовым поверхностям установлен рычаг 34, соединенный с гидроцилиндром 8.

Смена позиций инструментальной головки происходит следующим образом.

По команде ЧПУ давление подается в полость 12 и гидроцилидр 8 начинает перемещаться вправо, воздействуя через подшипник 20 и зубчатое колесо 16 на тарельчатую пружину 21, сжимая ее. Зубчатое колесо 16 начинает входить в зацепление с зубчатым колесом 17. В этот момент с помощью закрепленного на гидроцилиндре рычага 34 начинает перемещаться вправо полумуфта 32, а затем выходит из зацепления с полумуфтой 33. Гидроцилиндр 8 перемещается до того момента, пока не коснется торца М штока 10, в результате чего повысится давление в магистрали и реле давления дает команду электродвигателю 19 на вращение с ускоренной частотой ( в направлении, кратчайшем к выбранной позиции). В момент касания муфтой гидроцилиндра 8 торца М штока 10 зубчатые колеса 16 и 17 полностью войдут в зацепление. Вместе с электродвигателем 19 вращаются зубчатые колеса 17 и 16, поворотная часть 3 и вал датчика 25. Перед заданной позицией датчик 25 даст команду электродвигателю 19 на замедленное вращение и поворотная часть 3 с инструментальным диском 5 медленно подходит к фиксированной позиции. Фиксатор 27 западает в паз диска 26 и датчик 28 дает команду электродвигателю 19 на останов. Остановится и поворотная часть 3 с инструментальным диском 5, при этом зубья полумуфты 4 будут точно расположены против впадин зубчатой полумуфты 9. От этого же датчика 28 дается команда на подачу давления в полость 13 гидроцилиндра. В результате гидроцилиндр 8 своим зубчатым венцом 9 войдет в зацепление с полумуфтами 2 и 4. При этом вместе с гидроцилиндром 8 благодаря сжатию тарельчатой пружины 21 перемещаются фланец 11 с подшипником 20. Зубчатое колесо 16 начинает выходить из зацепления с зубчатым колесом 17. В этот момент от соединенного с гидроцилиндром рычага 34 начинает перемещаться влево полумуфта 32 до совмещения с полумуфтой 33. Совмещение этих полумуфт не требует высокой точности, т. к. некоторую неточность установки допускает треугольный профиль зубьев полумуфт. После того, как полумуфты полностью войдут в зацепление (в этот момент зубчатые колеса 16 и 17 полностью выйдут из зацепления), повысится давление в магистрали, и реле давления даст команду на дальнейшую работу станка. Это же реле постоянно контролирует зажим полумуфт. Цикл автоматической смены позиции головки закончен.

Сразу же после окончания цикла автоматической смены позиций инструмента можно включить электродвигатель 19, который через зубчатое колесо 17 или 29 передает вращение на зубчатые колеса зубчатого блока 30 и через выходной вал 31, полумуфты 32 и 33 на инструментальные шпиндели 7 и установленные в них инструменты.

Использование гидравлического механизма для зажима поворотной части и осевого перемещения зубчатой полумуфты упрощает конструкцию головки и создает прямую зависимость между усилием зажима и быстродействием, т. е. чем выше подается давление для зажима полумуфт, тем быстрее происходит осевое перемещение полумуфты гидроцилиндра при зацеплении, тем самым обеспечивается высокая жесткость стыка зубчатых полумуфт и высокое быстродействие.

Исключение из привода поворота поворотной части механизма осевого перемещения подвижного зубчатого колеса, периодически соединяемого с зубчатым колесом, расположенным на поворотной части, также позволило упростить конструкцию головки и повысить ее быстродействие.

Использование: в области станкостроения в металлорежущих станках с ЧПУ, преимущественно токарной группы. Сущность изобретения: головка содержит рычаг, полумуфту, расположенную на выходном валу и упругий элемент, размещенный на поворотной части. Механизм фиксации поворотной части головки выполнен в виде установленного в корпусе с возможностью перемещения гидроцилиндра, на одном торце которого жестко установлен фланец, базирующийся на подшипнике качения, а на втором выполнен зубчатый венец, одновременно взаимодействующий с полумуфтами корпуса и поворотной части. Зубчатое колесо поворотной части установлено с зазором и возможностью взаимодействия с одним из зубчатых колес приводного вала, причем один торец зубчатого колеса поворотной части взаимодействует с фланцем гидроцилиндра, а другой - с упругим элементом. Рычаг закреплен на гидроцилиндре и соединен с полумуфтой выходного вала и обеспечивает отвод полумуфты выходного вала от полумуфты инструментальных шпинделей. 3 ил.

Многопозиционная инструментальная головка, содержащая корпус с полумуфтами, установленную в корпусе поворотную часть с инструментальными шпинделями и их полумуфтами, размещенное на поворотной части зубчатое колесо, механизм фиксации поворотной части, включающий полумуфту, расположенный в корпусе параллельно оси поворотной части приводной вал с жестко установленными зубчатыми колесами, выходной вал и привод вращения поворотной части и приводного вала, отличающаяся тем, что головка снабжена рычагом, полумуфтой, расположенной на выходном валу, и упругим элементом, размещенным на поворотной части, механизм фиксации поворотной части выполнен в виде установленного в корпусе с возможностью перемещения гидроцилиндра, на одном торце которого жестко установлен фланец, базирующийся на подшипнике качения, а на другом выполнен зубчатый венец, предназначенный для одновременного взаимодействия с полумуфтами корпуса и поворотной части, а зубчатое колесо поворотной части установлено с зазором и возможностью взаимодействия с одним из зубчатых колес приводного вала, причем один торец зубчатого колеса поворотной части предназначен для взаимодействия с фланцем гидроцилиндра, а другой с упругим элементом, при этом упомянутый рычаг закреплен на гидроцилиндре, соединен с полумуфтой выходного вала и предназначен для обеспечения отвода полумуфты выходного вала от полумуфты инструментальных шпинделей.