КОНСТРУКЦИЯ ШАРНИРНОЙ ПОВОРОТНОЙ ГОЛОВКИ Российский патент 2025 года по МПК B23Q1/70 B23Q5/10 B23C9/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к области механической обработки металлорежущими станками, в частности, к конструкции шарнирной поворотной головки.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] В настоящее время в авиационной промышленности при необходимости механической обработки глубоких полостей/выемок таких деталей, как корпуса и кожухи, широко используются фрезерные головки, представляющие собой фрезерные головки с фиксированным углом наклона и удлиненные фрезерные головки. При использовании большинства таких фрезерных головок необходимо осуществлять управление углом наклона и длиной фрезерной головки в ручном режиме в процессе механической обработки деталей. Ни один из вышеперечисленных способов не обеспечивает непрерывную индексацию деталей, подвергающихся механической обработке, что приводит к низкой производительности станочной обработки.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Настоящее изобретение предусматривает создание конструкции шарнирной поворотной головки для решения вышеуказанных технических проблем.

[0004] Настоящее изобретение предусматривает создание конструкции шарнирной поворотной головки, включающей: основание; приводной механизм; и шпиндель 3 с фрезой, закрепленной на его конце.

[0005] Приводной механизм включает: силовой механизм, шатунный механизм и ходовой винт.

[0006] Шатунный механизм включает: первый шатун, второй шатун и гайкодержатель.

[0007] Гайкодержатель насажен на ходовой винт. Один конец первого шатуна жестко соединен с боковой стенкой гайкодержателя посредством штифта, другой конец первого шатуна соединен с возможностью движения с одним концом второго шатуна посредством штифта, другой конец второго шатуна закреплен на боковой стенке шпинделя и соединен с возможностью вращения с опорным подшипником, закрепленным на основании.

[0008] Один конец силового механизма закреплен на внутренней стенке основания, в то время как выходной конец силового механизма соединен с концом ходового винта.

[0009] При этом силовой механизм включает серводвигатель, ведущее колесо, ведомое колесо и синхронный ремень.

[0010] Выходной конец серводвигателя соединен с ведущим колесом, в то время как ведущее колесо соединено с ведомым колесом посредством синхронного ремня. Ведомое колесо соединено с возможностью движения с концом ходового винта.

[0011] При этом угол при вершине β между центральной осью шпинделя и центральной осью второго шатуна составляет от 0° до 180°; угол наклона α шпинделя составляет от 0° до 120°; и при а, равном 0°, угол при вершине между центральной осью шпинделя и осью X составляет θ, и при α, равном 120°, угол при вершине между центральной осью шпинделя и осью у составляет γ, при этом сумма θ и γ составляет 30°.

[0012] При этом ходовой винт оснащен противовыпадающим элементом на внешнем конце ведущего колеса и на конце снаружи гайкодержателя.

[0013] При этом конструкция шарнирной поворотной головки включает блок линейных измерений и блок угловых измерений.

[0014] Блок линейных измерений закреплен на гайкодержателе, в то время как блок угловых измерений закреплен на боковой стенке в концевой части опорного подшипника.

[0015] При этом на боковой стенке основания, параллельной оси вращения шпинделя 3, предусмотрено отверстие для поворота шпинделя.

[0016] При этом приводной механизм состоит, по меньшей мере, из одной группы, размещенной соответственно на обеих боковых стенках шпинделя.

[0017] Приводной механизм по настоящему изобретению размещен на значительном расстоянии от шпинделя и имеет узкий диапазон столкновений по отношению к шпинделю. Обеспечивается автоматическая непрерывная индексация шпинделя, при этом выполняется шарнирная механическая обработка при малом объеме резания, в результате чего обеспечивается компактность устройства при повороте фрезы на один и тот же угол наклона, а также простота конструкции и низкая стоимость изготовления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0018] В целях более наглядной иллюстрации вариантов осуществления настоящего изобретения или технических решений в предшествующем уровне техники ниже кратко представлены прилагаемые чертежи, которые необходимо использовать при описании вариантов осуществления настоящего изобретения или предшествующего уровня техники. На прилагаемых чертежах в нижеприведенном описании проиллюстрированы некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, и для специалистов в данной области техники должно быть очевидно, что другие чертежи также могут быть созданы на основании прилагаемых рисунков без приложения творческих усилий.

На ФИГ. 1 проиллюстрирован общий схематический чертеж конструкции шарнирной поворотной головки по настоящему изобретению.

На ФИГ. 2 представлен общий схематический чертеж, иллюстрирующий положение, при котором шпиндель, имеющий конструкцию шарнирной поворотной головки по настоящему изобретению, повернут на максимальный угол.

На ФИГ. 3 представлен общий схематический чертеж, иллюстрирующий положение, при котором шпиндель, имеющий конструкцию шарнирной поворотной головки по настоящему изобретению, находится в исходном положении.

На ФИГ. 4 представлена блок-схема конструкции шарнирной поворотной головки по настоящему изобретению, имеющей два комплекта приводных механизмов.

ОПИСАНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0019] Для того, чтобы сделать цели, технические решения и преимущества вариантов осуществления настоящего изобретения более понятными, нижеследующее четко и полностью описывает технические решения в вариантах осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи вариантов осуществления настоящего изобретения. Очевидно, что описываемые варианты осуществления являются некоторыми, но не всеми вариантами осуществления настоящего изобретения. Все остальные варианты осуществления, разработанные специалистами в данной области техники без творческих усилий на основе вариантов осуществления настоящего изобретения, находятся в пределах объема охраны настоящего изобретения.

[0020] (Вариант осуществления 1 настоящего изобретения)

В частности, как показано на ФИГ. 1, на которой приведена общая схема всей конструкции настоящего изобретения, в настоящем изобретении предлагается конструкция шарнирной поворотной головки, включающая: основание 1, приводной механизм 2 и шпиндель 3; при этом приводной механизм 2 включает: силовой механизм 2-1, шатунный механизм 2-2 и ходовой винт 2-3.

[0021] Основание 1 представляет собой цельный прямоугольный корпус из нержавеющей стали, оснащенный опорным подшипником 4, закрепленным сбоку в нижней части основания 1. Шпиндель 3 представляет собой электрический шпиндель, на конце которого закреплена фреза 7 для механической обработки деталей. Фреза 7 вращается синхронно со шпинделем 3. Шпиндель 3 закреплен на одном конце шатунного механизма 2-2. Шатунной механизм 2-2 представляет собой пару линейного перемещения. Один конец шатунного механизма 2-2, закрепленного на шпинделе 3, насажен на опорный подшипник 4. Шатунный механизм 2-2 может вращаться вокруг опорного подшипника 4, тем самым приводя шпиндель 3 в синхронное вращение. Другой конец шатунного механизма 2-2 соединен с ходовым винтом 2-3 с возможностью перемещения, при этом шатунный механизм 2-2 обеспечивает регулирование угла наклона шпинделя 3 путем перемещения по ходовому винту 2-3. Силовой механизм 2-1 закреплен на внутренней стенке основания 1, в то время как выходной конец силового механизма 2-1 соединен с верхней частью ходового винта 2-3. Приводной механизм по настоящему изобретению размещен на значительном расстоянии от шпинделя, в результате чего конструкция имеет небольшие габариты и характеризуется узким диапазоном вероятных столкновений приводного механизма со шпинделем.

[0022] (Вариант осуществления 2 настоящего изобретения)

Кроме того, с целью повышения эффективности привода силовой механизм 2-1 включает: серводвигатель 2-1-1, ведущее колесо 2-1-2, ведомое колесо 2-1-3 и синхронный (зубчатый) ремень 2-1-4.

[0023] Вторичный вал серводвигателя 2-1-1 соединен с ведущим колесом 2-1-2, в свою очередь, ведущее колесо 2-1-2 соединено с ведомым колесом 2-1-3 с помощью синхронного ремня 2-1-4. Ведомое колесо 2-1-3 соединено с возможностью движения с одним концом ходового винта 2-3. При вращении серводвигателем 2-1-1 ведущего колеса 2-1-2 ведущее колесо 2-1-2 приводит в движение синхронный ремень 2-1-4, который, в свою очередь, приводит в движение ведомое колесо 2-1-3, в результате чего ведомое колесо 2-1-3 приводит ходовой винт 2-3 во вращательное движение.

[0024] Шатунный механизм 2-2 включает: первый шатун 2-2-1, второй шатун 2-2-2 и гайкодержатель 2-2-3. Угол при вершине между первым шатуном 2-2-1 и ходовым винтом 2-3 составляет менее 180°.

[0025] Гайкодержатель 2-2-3 насажен на ходовой винт. Первый шатун 2-2-1 представляет собой прямоугольный стержень из нержавеющей стали, один конец первого шатуна 2-2-1 соединен с боковой стенкой гайкодержателя 2-2-3 посредством штифта 5, и другой конец первого шатуна 2-2-1 соединен с возможностью движения с концом приблизительно конического второго шатуна 2-2-2 посредством штифта 5. Другой конец второго шатуна 2-2-2 закреплен на боковой стенке шпинделя 3 и соединен с возможностью вращения с опорным подшипником 4. При вращении вперед серводвигателя 2-1-1, то есть когда конец ходового винта приводится во вращение, гайкодержатель 2-2-3 приводит в движение первый шатун 2-2-1 для его перемещения в направлении вниз по ходовому винту, в то время как второй шатун 2-2-2 вращается по часовой стрелке вокруг опорного подшипника 4 под действием тяги первого шатуна 2-2-1, тем самым приводя шпиндель 4 и фрезу 7 во вращение по часовой стрелке. При вращении серводвигателя 2-1-1 в направлении назад гайкодержатель 2-2-3 приводит в движение первый шатун 2-2-1 для его перемещения в направлении вверх по ходовому винту, при этом второй шатун 2-2-2 вращается против часовой стрелки вокруг опорного подшипника 4 под действием тяги первого шатуна 2-2-1, тем самым приводя шпиндель 4 и фрезу 7 во вращение против часовой стрелки. Длина первого шатуна 2-2-1 в два раза больше длины второго шатуна 2-2-2, поэтому серводвигатель 2-1-1 может создавать меньшее усилие на выходе таким образом, чтобы первый шатун 2-2-1 прилагал большее тяговое усилие к шпинделю 3, и тем самым увеличивал угол наклона шпинделя 3.

[0026] (Вариант осуществления 3 настоящего изобретения)

При этом, как показано на ФИГ. 2 и ФИГ. 3, угол при вершине β между центральной осью шпинделя 3 и центральной осью второго шатуна 2-2-2 составляет от 0° до 180°; угол наклона α шпинделя 3 составляет от 0° до 120°; и при угле α, равном 0°, угол при вершине между центральной осью шпинделя 3 и осью X составляет θ, и при угле α, равном 120°, угол при вершине между центральной осью шпинделя 3 и осью Υ составляет γ, при этом сумма θ и γ составляет 30°.

[0027] В данном варианте осуществления настоящего изобретения угол θ, равный 20°, указывает на начальное положение шпинделя, при котором может быть выполнена механическая обработка нижней части детали. Исходя из этого, после поворота шпинделя на максимальный угол, угол при вершине между шпинделем и осью Υ составляет 10°, в результате чего может быть выполнена обработка верхней или боковой части детали. Фреза 7 может обрабатывать деталь во всех направлениях под разными углами, в то время как шпиндель 3 может обрабатывать деталь с помощью фрезы 7, не поворачиваясь на тот же угол, на который поворачивается второй шатун 2-2-2.

[0028] (Вариант осуществления 4 настоящего изобретения)

При этом с целью предотвращения отсоединения гайкодержателя 2-2-3 от двух концов ходового винта 2-3 ходовой винт 2-3 снабжен противовыпадающим элементом 6 на конце снаружи ведущего колеса 2-1-2 и на конце снаружи гайкодержателя 2-2-3.

[0029] (Вариант осуществления 5 настоящего изобретения)

При этом конструкция шарнирной поворотной головки включает блок линейных измерений 8 и блок угловых измерений 9.

[0030] Блок линейных измерений 8 закреплен на гайкодержателе 2-2-3, в то время как блок угловых измерений 9 закреплен на боковой стенке в концевой части опорного подшипника 4.

[0031] В частности, блок линейных измерений 8 представляет собой измерительную линейку, закрепленную на гайкодержателе 2-2-3. Измерительная линейка включает линейку с линейной шкалой и считывающую головку. Измерительная линейка перемещаются вместе с гайкодержателе м 2-2-3 и предназначена для определения расстояния перемещения гайкодержателя 2-2-3 по ходовому винту 2-3 (принцип работы измерительной линейки известен из предшествующего уровня техники и не излагается повторно в настоящей заявке). Блок угловых измерений 9, в частности, представляет собой компактный высокоточный круговой энкодер угловых перемещений. Круговой энкодер состоит из круговой шкалы и считывающей головки. Круговая шкала используется для определения угла поворота β шпинделя 3 с целью обеспечения вращения фрезы 7 в заданном положении (принцип работы круговой шкалы известен из предшествующего уровня техники и повторно не излагается в настоящей заявке).

[0032] (Вариант осуществления 6 настоящего изобретения)

В данном варианте осуществления настоящего изобретения две боковые стенки основания 1, параллельные оси вращения шпинделя 3, снабжены отверстиями для поворота шпинделя 3. Одно отверстие предотвращает столкновение шпинделя 3 с основанием 1 во время поворота; функция другого отверстия заключается в предотвращении столкновения хвостовика шпинделя с основанием при использовании крупногабаритного шпинделя.

[0033] (Вариант осуществления 7 настоящего изобретения)

Далее, как показано на ФИГ. 4, в данном варианте осуществления настоящего изобретения приводной механизм 2 состоит из двух групп, расположенных соответственно на двух боковых стенках шпинделя 3 и обеспечивающих высокоточное измерение и повышение стабильности привода.

[0034] Наконец, следует отметить, что приведенные выше варианты осуществления настоящего изобретения используются исключительно для иллюстрации технических решений настоящего изобретения и не предназначены для его ограничения. Несмотря на то, что настоящее изобретение было подробно описано со ссылкой на приведенные выше варианты осуществления, специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что в технические решения, описанные в приведенных выше вариантах осуществления, могут быть внесены изменения, либо технические признаки могут быть частично или полностью эквивалентно заменены. Однако указанные изменения или замены не приведут к тому, что сущность соответствующих технических решений выйдет за пределы объема технических решений вариантов осуществления настоящего изобретения.

Изобретение относится к области механической обработки металлорежущими станками. Шарнирная поворотная головка включает основание, приводной механизм и шпиндель. Приводной механизм содержит силовой механизм, шатунный механизм и ходовой винт. На конце шпинделя закреплен резец. Шпиндель закреплен на конце шатунного механизма. Конец шатунного механизма, закрепленный на шпинделе, насажен на опорный подшипник. Шатунный механизм выполнен с возможностью вращения вокруг опорного подшипника. Опорный подшипник закреплен на основании. Другой конец шатунного механизма соединен с возможностью движения с ходовым винтом. Выходной конец силового механизма соединен с концом ходового винта. Шатунный механизм обеспечивает регулировку угла наклона шпинделя путем перемещения по ходовому винту. Техническим результатом изобретения является компактность устройства при повороте фрезы на один и тот же угол наклона и простота конструкции. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Шарнирная поворотная головка, включающая основание (1), приводной механизм (2) и шпиндель (3) для крепления фрезы (7), отличающаяся тем, что приводной механизм (2) включает силовой механизм (2-1), шатунный механизм (2-2) и ходовой винт (2-3), шатунный механизм (2-2) включает первый шатун (2-2-1), второй шатун (2-2-2) и гайкодержатель (2-2-3), гайкодержатель (2-2-3) насажен на ходовой винт (2-3), конец первого шатуна (2-2-1) жестко соединен с боковой стенкой гайкодержателя (2-2-3) посредством штифта (5), другой конец первого шатуна (2-2-1) соединен с возможностью движения с концом второго шатуна (2-2-2) посредством штифта (5), при этом другой конец второго шатуна (2-2-2) закреплен на боковой стенке шпинделя (3) и соединен с возможностью вращения с опорным подшипником (4), закрепленным в основании (1), конец силового механизма (2-1) закреплен на внутренней стенке основания (1), выходной конец силового механизма (2-1) соединен с концом ходового винта (2-3).

2. Шарнирная поворотная головка по п. 1, отличающаяся тем, что силовой механизм (2-1) включает серводвигатель (2-1-1), ведущее колесо (2-1-2), ведомое колесо (2-1-3) и синхронный ремень (2-1-4), выходной конец серводвигателя (2-1-1) соединен с ведущим колесом (2-1-2), при этом ведущее колесо (2-1-2) соединено с ведомым колесом (2-1-3) посредством синхронного ремня (2-1-4), ведомое колесо (2-1-3) соединено с возможностью движения с концом ходового винта (2-3).

3. Шарнирная поворотная головка по п. 1, отличающаяся тем, что угол при вершине β между центральной осью шпинделя (3) и центральной осью второго шатуна (2-2-2) составляет от 0° до 180°, угол наклона α шпинделя (3) составляет от 0° до 120°, и при угле α, равном 0°, угол при вершине между центральной осью шпинделя (3) и осью X составляет θ, и при угле α, равном 120°, угол при вершине между центральной осью шпинделя (3) и осью Y составляет γ, при этом сумма θ и γ составляет 30°.

4. Шарнирная поворотная головка по п. 1, отличающаяся тем, что ходовой винт (2-3) снабжен противовыпадающим элементом (6) на одном конце снаружи ведущего колеса (2-1-2) и на одном конце снаружи гайкодержателя (2-2-3).

5. Шарнирная поворотная головка по п. 1, дополнительно включающая блок линейных измерений (8) и блок угловых измерений (9), при этом блок линейных измерений (8) закреплен на гайкодержателе (2-2-3), в то время как блок угловых измерений (9) закреплен на боковой стенке в концевой части опорного подшипника (4).

6. Шарнирная поворотная головка по п. 1, отличающаяся тем, что отверстие для поворота шпинделя (3) предусмотрено на боковой стенке основания (1), параллельном оси вращения шпинделя (3).

7. Шарнирная поворотная головка по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что приводной механизм (2) состоит из двух групп, симметрично размещенных на обеих боковых стенках шпинделя (3).