МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЙ СТАНОК ГЛУБОКОГО СВЕРЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК B23B41/02 

Изобретение относится к области станкостроения, в частности к многошпиндельным станкам портального типа, предназначенным для изготовления глубоких отверстий в трубных решетках, а также в подобных крупногабаритных деталях, используемых в энергетическом машиностроении.

Известны металлорежущий станок, содержащий магазин с режущим инструментом и устройство для автоматической смены инструмента в шпиндельном узле в зависимости от требуемой согласно технологическому процессу операций [1]
Недостатком известного станка являются ограниченные технические возможности станка при обработке крупногабаритных деталей, обусловленные невозможностью сверления глубоких отверстий, в частности в трубных решетках.

Известен также металлорежущий станок глубокого сверления, содержащий стол для размещения обрабатываемой детали, направляющие для установки с возможностью перемещения портала, на поперечине которого с возможностью перемещения расположен многошпиндельный блок, имеющий по меньшей мере один сверлильный шпиндельный узел [2]
К недостаткам известного многошпиндельного станка портального типа, принятого в качестве прототипа, относятся невысокая надежность работы сверлильного шпиндельного узла, обусловленная тем, что в процессе выбора новой позиции сверления позиционирование осуществляется приводом второго шпиндельного узла с закрепленным устройством для сбора смазывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ) со стружкой, включающим люнетную и кондукторную втулки, который не обладает точностью установки сверла в требуемое положение. Кроме этого, привод второго узла рассчитан на значительные усилия подачи резания, что приводит при неточной установке сверла к деформированию последнего при взаимодействии с обрабатываемой деталью, а порой и к поломке дорогостоящего оборудования.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка многошпиндельного портального станка, обладающего повышенной надежностью и точностью установки режущего инструмента в требуемое положение, упрощенной технологией процесса резания, и, как следствие, повышенной производительностью и экономичностью.

Для достижения указанного технического результата в известном портальном станке, содержащем стол для размещения обрабатываемой детали, многошпиндельный блок, имеющий по меньшей мере один сверлильный шпиндельный узел и систему управления. Второй шпиндельный узел выполнен фрезерно-расточным и снабжен механизмом сбора отработанной смазывающе-охлаждающей жидкости со стружкой, имеющим кольцевое уплотнение, кондукторную и люнетную втулки, установленные с возможностью расположения сверла глубокого сверления сверлильного шпиндельного узла, связь упомянутого механизма сбора отработанной СОЖ со вторым шпиндельным узлом выполнена в виде направляющего и направляемого элементов, подпружиненных относительно друг друга, и связанных между собой с возможностью ограниченного перемещения в направлении, параллельном продольной оси сверла, при этом кольцевое уплотнение расположено с возможностью контактирования с поверхностью обрабатываемой детали.

Кроме того, направляемый элемент может быть выполнен в виде ползуна, связанного с механизмом сбора отработанной СОЖ, а направляющий элемент в виде плиты с направляющим пазом, в котором расположен подпружиненный относительно плиты ползун с возможностью упора в ограничитель в нерабочем положении сверла, установленный на плите, связанной с подвижным элементом второго шпиндельного узла.

Кроме этого, направляющий элемент установлен на подвижной части фрезерно-расточного шпиндельного узла съемно.

Кроме этого, направляющий элемент установлен на подвижной части фрезерно-расточного шпиндельного узла с возможностью фиксированного поворота в рабочем и нерабочем положениях механизма сбора отработанной СОЖ со стружкой.

Кроме этого, кольцевое уплотнение расположено на торце кондукторной втулки с возможностью контактирования с поверхностью обрабатываемой детали в процессе резания.

Кроме этого, кольцевое уплотнение расположено на торце корпуса со стороны кондукторной втулки с возможностью контактирования с поверхностью обрабатываемой детали в процессе резания.

Кроме этого, кольцевое уплотнение расположено в кольцевой канавке, образованной боковой поверхностью кондукторной втулки и накидной гайкой, связанной с корпусом механизма сбора отработанной СОЖ со стружкой посредством резьбового соединения.

Кроме этого, система управления может быть выполнена с нормально разомкнутым бесконтактным датчиком, подвижный элемент которого связан с подвижной частью одного шпиндельного узла, а неподвижный элемент с другим шпиндельным узлом, при этом на подвижной части первого шпиндельного узла установлен управляющий элемент с возможностью взаимодействия с подвижным элементом датчика.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, необходимых и достаточных для достижения указанного технического результата.

На фиг. 1 изображен общий вид металлорежущего станка глубокого сверления; на фиг. 2 узел "А" на фиг. 1; на фиг. 3 продольный разрез кондукторной втулки в сборе с уплотнением, вариант 1; на фиг. 4 продольный разрез кондукторной втулки в сборе с уплотнением, вариант 2 на фиг. 5 - изображено сечение Б-Б на фиг. 2
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером выполнения, который, однако не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков заданного технического результата.

Металлорежущий станок портального типа, содержит стол 1 (фиг. 1) для размещения обрабатываемой детали 2. По обе стороны стола 1 расположены направляющие 3, на которых установлен с возможностью перемещения портал 4. На направляющих поперечины 5 портала 4 с возможностью перемещения установлен многошпиндельный блок 6, имеющий пиноль 7 со сверлильным шпиндельным узлом 8 и пиноль 9 с фрезерно-расточным шпиндельным узлом 10.

Сверлильный шпиндельный узел 8 выполнен с устройством 11 (фиг. 1 и 2) для подачи СОЖ, гидравлически связанным с каналом 12 для подачи СОЖ в зону глубокого сверления, выполненным в сверле 13 глубокого сверления, а фрезерно-расточный шпиндельный узел 10 снабжен съемно установленным механизмом 14 сбора отработанной смазывающе-охлаждающей жидкости со стружкой.

Механизм 14 сбора отработанной СОЖ портального станка выполнен в виде корпуса 15 (фиг. 2) с полостью 16, в котором на противоположных стенках распложены кондукторная 17 и люнетная 18 втулки для размещения сверла 13 глубокого сверления. Люнетная втулка 18 связана с элементом размельчения стружки с возможностью передачи вращения и установлена в корпусе 15 посредством подшипника с возможностью взаимодействия со стеблем свела 13 глубокого сверления.

Сверло 13 (фиг. 3 5) глубокого сверления имеет стебель, соединенный с головкой, выполненной с одной режущей пластиной 19 и двумя направляющими пластинами 29. Люнетная втулка 18 (фиг. 3 5) выполнена с двумя продольными пазами 21 и 22 соответственно для прохода одной направляющей пластины 20 и режущей пластины 19 головки сверла 13 вместе с другой направляющей пластиной. Благодаря наличию пазов, люнетная втулка 18 выполняется неразъемной и позволяет при установке сверла 13 пропустить через себя головку сверла с режущей пластиной 19, размеры которой в радиальном направлении больше соответствующих размеров стебля. При этом точность и надежность работы устройства в целом с такой люнетной втулкой 18 выше, чем устройства, выполненного с разъемной втулкой, состоящей из нескольких частей.

Такое выполнение люнетной втулки 18 позволяет повысить точность установки режущего инструмента за счет исключения монтажных работ при установке сверла.

Механизм сбора отработанной СОЖ выполнен с кольцевым уплотнением 23, предназначенным для обеспечения герметизации стыка кондукторной втулки 17 с обрабатываемой поверхностью с целью исключения выхода СОЖ.

В одном варианте исполнения (фиг. 4) кольцевое уплотнение 23 расположено на торце кондукторной втулки 17 с возможностью контактирования с поверхностью обрабатываемой детали 2 в процессе резания. Крепление кольцевого уплотнения 23 может быть выполнено любым известным способом, например при помощи клея.

В другом варианте (фиг. 3) кольцевое уплотнение 23 расположено на торце корпуса 15 со стороны кондукторной втулки 17 и прижато к ее боковой поверхности посредством накидной гайки 24, фиксируемой контргайкой 25.

Согласно изобретению связь механизма 14 сбора отработанной СОЖ со вторым шпиндельным узлом 10 выполнена в виде направляющего элемента и направляемого элемента, подпружиненного относительно направляющего элемента и связанного с ним с возможностью ограниченного перемещения в направлении, параллельном продольной оси сверла 13. В данном случае направляемый элемент выполнен в виде ползуна 26, а направляющий элемент в виде плиты 27 с направляющим пазом, в котором расположен подпружиненный посредством пружины 28 относительно плиты ползун 26 с возможностью упора в нерабочем положении сверла 13 в ограничитель 29, расположенный на плите 27. В одном варианте выполнения плита 27 установлена со шпиндельным узлом 10 с возможностью снятия, например при помощи быстросъемного соединения, выполненного, например, в виде "ласточкиного хвоста" с клиновым зажимом, или при помощи клинового соединения, или резьбового соединения. Оперативное отсоединение плиты 27 с ползуном 26, несущим механизм для сбора отработанной СОЖ позволяет производить фрезерно-расточную обработку поверхности до выполнения сверления глубоких отверстий или после.

Размещение механизма 14 сбора отработанной СОЖ на подпружиненном ползуне 26 обеспечивает упругий и в то же время плотный прижим кондукторной втулки 17 к поверхности обрабатываемой детали 2, что, в свою очередь исключает деформацию сверла 13 и других деталей механизма 14 сбора отработанной СОЖ из-за непараллельности обрабатываемой и базовой поверхности детали, и, как следствие, повышает надежность и точность установки сверла в положение резания.

В другом варианте исполнения плита 27 (фиг. 6) вместе с механизмом 14 сбора отработанной СОЖ поворотно установлена на подвижной части шпиндельного узла 10 посредством механизма поворота 30, оборудованного штыревыми фиксаторами 31 для блокирования механизма поворота 30 в рабочем и нерабочем положениях механизма 14 сбора отработанной СОЖ. Плита 27 поворачивается относительно оси 32 в нерабочее положение и освобождает поверхность детали 2 для выполнения фрезерно-расточных работ.

Для отвода из зоны сверления стружки СОЖ со стружкой служит желоб 33, выполненный на внешней поверхности сверла 13, по которому СОЖ со стружкой попадает во внутреннюю полость 16 и далее через отверстие 34 и трубопровод 35 по наклонному желобу 36 к месту накопления.

Металлорежущий станок работает следующим образом.

Обработываемая крупногабаритная деталь 2 чашеобразной формы, в частности трубная решетка, устанавливается на рабочую поверхность стола 1, после чего осуществляется позиционирование портала 4 вместе с шпиндельным блоком 6 таким образом, чтобы ось сверлильного шпиндельного узла 8 совместилась с осью отверстия, подлежащего обработке. Затем включают привод перемещения пиноли 9 второго шпиндельного узла 10 и подводят механизм 14 сбора отработанной СОЖ со стружкой с размещенной кондукторной втулкой 17 к обрабатываемой поверхности детали 2 до упругого упора в нее, обеспечиваемого с одной стороны наличием упругого элемента в виде пружины 28 между ползуном 26 и плитой 27, а с другой стороны посредством кольцевого уплотнения 23. После этого включают привод перемещения пиноли 7, осуществляют рабочую подачу сверла 13 и одновременно с этим производится подача СОЖ под давлением через канал 12 в зону сверления. При этом давление и расход СОЖ регулируются в зависимости от диаметра сверления.

Таким образом, для привода кондукторной втулки 17 и обеспечения ее "герметичного" прижатия к обрабатываемой поверхности детали 2 используется привод подачи пиноли 9 второго шпиндельного узла 10, в данном случае фрезерно-расточного, что особенно важно при обработке крупногабаритных чашеобразных деталей.

Отвод из зоны сверления стружки производится потоком СОЖ, посредством которого стружка с отработанной СОЖ транспортируется по желобу 33, выполненному на внешней поверхности сверла 13, попадает во внутреннюю полость 16 и далее вместе со стружкой через отверстие 34 и трубопровод 35 по наклонному желобу 36 к месту накопления.

По окончании процесса сверления в трубной решетке одного глубокого отверстия перемещением пиноли 7 вверх отводится сверло 13 так, чтобы его головка в конце перемещения находилась в кондукторной втулке 17. После этого пиноль 9 фрезерно-расточного шпиндельного узла 10 перемещается вверх до образования зазора между торцом кондукторной втулки 17 и обрабатываемой деталью 2. Зазор образуется после того, как ползун 26 под действием пружины 28 упрется в ограничитель 29. Наличие зазора позволяет произвести позиционирование портала 4 вместе с многошпиндельным блоком 6 для установки в позицию обработки следующего отверстия в соответствии с технологическим процессом. После обработки всех глубоких отверстий портал 4 отводится в исходное положение, предварительно вывесив над обрабатываемой деталью 2 механизм 14 сбора отработанных СОЖ вместе с кондукторной втулкой 17. В исходном положении портала 4 для осуществления фрезерно-расточных операций шпиндельного узла 10 производят снятие механизма 14 сбора отработавший СОЖ, и сверло 13 вместе с плитой 27 и ползуном 26, освободив тем самым обрабатываемую поверхность для фрезерно-расточных работ. В другом варианте исполнения достаточно расфиксировать поворотный механизм и повернуть плиту 27 вместе с механизмом 14 сбора отработанной СОЖ (предварительно сняв сверло 13) относительно пиноли 7 в нерабочее положение, в котором плита 27 также фиксируется любым известным образом, например посредством штыревого фиксатора.

Для осуществления процесса сверления глубоких отверстий необходимо лишь установить соответствующие сверло 13 вместе с механизмом 14 сбора отработанной СОЖ на второй шпиндельный узел 10.

Управление перемещением пинолей станка производится по командам системы управления, в частности ЧПУ (фиг. 1). Однако в работе ЧПУ случаются сбои, приводящие к поломке дорогостоящего оборудования. С целью исключения подобных сбоев в систему введен предохранительный блок 37 (фиг. 2), имеющий бесконтактный нормально замкнутый датчик типа "гиркон", подвижный элемент 38 которого расположен на ползуне 26, а другой элемент 39 на плите 27, причем элемент 38 подпружинен (фиг. 2). Кроме этого, на подвижной части шпиндельного узла 8 установлен управляющий элемент 40.

Таким образом, при сборе системы ЧПУ в процессе позиционирования пиноли 9, последняя перемещается вниз так, что подвижный элемент 38 (фиг. 2) датчика изменяет свое положение относительного другого элемента 39, вырабатывая, тем самым, команду аварийной остановки перемещения пинолей. Аналогично происходит срабатывание системы при сбое ЧПУ в процессе позиционирования пиноли 7, в этом случае подвижный элемент 38 перемещается за счет действия на него управляющего элемента 40, закрепленного на оправке узла 8. В результате также происходит формирование команды аварийного отключения привода перемещения пиноли 7 (либо станка).

Применение настоящего изобретения позволяет повысить надежность в работе, качество обрабатываемой поверхности за счет обеспечения более точной установки режущего инструмента, а также расширить технические возможности многошпиндельного портального станка при одновременном упрощении дорогостоящего оборудования, предназначенного для глубокого сверления.

Использование: изобретение относится к области станкостроения, в частности к многошпиндельным станкам портального типа, предназначенным для изготовления глубоких отверстий в трубных решетках, а также в подобных деталях, используемых в энергетическом машиностроении. Сущность изобретения: в станке портального типа, имеющем многошпиндельный блок с одним сверлильным узлом, связь механизма отработанной СОЖ со вторым шпиндельным узлом 10 выполнена в виде направляющего элемента и направляемого элемента, подпружиненного относительно направляющего элемента и связанного с ним с возможностью ограниченного перемещения в направлении, параллельном продольной оси сверла 13. Направляемый элемент выполнен в виде ползуна 26, а направляющий элемент - в виде плиты 17 с направляющим пазом, в котором расположен подпружиненный пружиной 28 относительно плиты ползун 26 с возможностью упора в нерабочем положении сверла в ограничитель 29, расположенный на плите. Плита 27 связана со шпиндельным узлом 10 с возможностью снятия. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Металлорежущий станок глубокого сверления, содержащий стол для размещения обрабатываемой детали, многошпиндельный блок, имеющий по меньшей мере один сверлильный шпиндельный узел и систему управления, отличающийся тем, что второй шпиндельный узел выполнен фрезерно-расточным и снабжен механизмом сбора отработанной смазывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ) со стружкой, имеющим кольцевое уплотнение, кондукторную и люнетную втулки, установленные в его корпусе с возможностью расположения сверла глубокого сверления сверлильного шпиндельного узла, связь упомянутого механизма сбора отработанной СОЖ с вторым шпиндельным узлом выполнена в виде направляющего и направляемого элементов, подпружиненных относительно друг друга и связанных между собой с возможностью ограниченного перемещения в направлении, параллельном продольной оси сверла, при этом кольцевое уплотнение расположено с возможностью контактирования с поверхностью обрабатываемой детали. 2. Станок по п.1, отличающийся тем, что направляемый элемент выполнен в виде ползуна, связанного с механизмом сбора отработанной СОЖ, а направляющий элемент в виде плиты с направляющим пазом, в котором расположен подпружиненный относительно плиты ползун с возможностью упора в ограничитель в нерабочем положении сверла, установленный на плите, связанной с подвижным элементом второго шпиндельного узла. 3. Станок по п.1 или 2, отличающийся тем, что направляющий элемент установлен на подвижной части фрезерно-расточного шпиндельного узла съемно. 4. Станок по п.1 или 2, отличающийся тем, что направляющий элемент установлен на подвижной части фрезерно-расточного шпиндельного узла с возможностью фиксированного поворота в рабочем и нерабочем положениях механизма сбора отработанной СОЖ со стружкой. 5. Станок по п.1, отличающийся тем, что кольцевое уплотнение расположено на торце кондукторной втулки с возможностью контактирования с поверхностью обрабатываемой детали в процессе резания. 6. Станок по п.1, отличающийся тем, что кольцевое уплотнение расположено на торце корпуса со стороны кондукторной втулки с возможностью контактирования с поверхностью обрабатываемой детали в процессе резания. 7. Станок по п.1, отличающийся тем, что кольцевое уплотнение расположено в кольцевой канавке, образованной боковой поверхностью кондукторной втулки и накидной гайкой, связанной с корпусом механизма сбора отработанной СОЖ со стружкой посредством резьбового соединения. 8. Станок по п.1, отличающийся тем, что система управления выполнена с нормально разомкнутым бесконтактным датчиком, подвижной элемент которого связан с подвижной частью одного шпиндельного узла, а неподвижный элемент с другим шпиндельным узлом, при этом на подвижной части первого шпиндельного узла установлен управляющий элемент с возможностью взаимодействия с подвижным элементом датчика.