СПОСОБ УСТАНОВКИ И СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИНСТРУМЕНТА ИЗ ПОВОРОТНОЙ ШПИНДЕЛЬНОЙ ГОЛОВКИ Российский патент 2025 года по МПК B23Q3/155 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к области техники смены инструментов в металлорежущих станках, в частности, к способу установки и способу извлечения инструмента из поворотной (качающейся) шпиндельной головки.

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] При чистовой механической обработке, такой как механическая обработка монолитных дисков с лопатками, для механической обработки формы лопатки для инструмента многоцелевого станка для механической обработки монолитных дисков с лопатками и обрабатываемых заготовок требуется определенной угол поворота, и данный поворот осуществляется путем относительного перемещениям заготовки и инструмента в нескольких измерениях.

[0003] С целью более качественной механической обработки монолитных дисков с лопатками между поворотной шпиндельной головкой, на которой установлен инструмент, и линейной осью станка следует сохранять определенный угол, и вследствие этого необходим механизм смены инструмента и способ, исключающий трудоемкость смены инструмента на поворотной шпиндельной головке.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Настоящее изобретение предусматривает создание способа установки инструмента (7) в поворотную шпиндельную головку (5) в процессе смены инструмента, причем шпиндельная головка (5) установлена на ползуне (4) под углом к его продольной оси «В», расположенной горизонтально, и с возможностью поворота относительно оси «В», ползун (4) расположен на колонне (3) с возможностью перемещения по ней вдоль вертикальной оси «X», колонна (3) установлена на подвижном столе (2) с возможностью перемещения по нему вдоль горизонтальной оси «Y», расположенной перпендикулярно оси «X», а подвижный стол (2) расположен на станине (1) с возможностью перемещения по ней вдоль горизонтальной оси «Z», расположенной перпендикулярно осям «X» и «Y», при этом ось «В» расположена параллельно оси «Y». Способ установки инструмента (7) включает следующие этапы:

S1: колонна (3) перемещается вдоль оси «Y» в направлении от инструментального магазина (6), расположенного на станине (1);

S2: инструментальный магазин (6) поворачивается в заданное положение, при этом подвижный стол перемещается вдоль оси «Z», поворотная шпиндельная головка поворачивается вокруг оси «В», а ползун (4) перемещается вдоль оси «X» с обеспечением расположения оси поворотной шпиндельной головки (5) соосно с требуемым инструментом (7), расположенным в магазине (6);

S3: ползун (4) перемещается вдоль оси «X» в направлении требуемого инструмента (7), а колонна перемещается вдоль оси «Y» в направлении требуемого инструмента (7), при этом отношение скорости перемещения ползуна (4) к скорости перемещения колонны (3) равно тангенсу угла между осью поворотной шпиндельной головки (5) и осью «Y»;

S4: посредством поворотной шпиндельной головки (5) захватывают требуемый инструмент (7) и извлекают его из инструментального магазина (6), после чего подвижный стол перемещается вдоль оси «Z» с отсоединением инструмента (7) от инструментального магазина (6).

[0005] Способ извлечения инструмента (7) из поворотной шпиндельной головки (5) в процессе смены инструмента, причем шпиндельная головка (5) установлена на ползуне (4) под углом к его продольной оси «В», расположенной горизонтально, и с возможностью поворота относительно оси «В», ползун (4) расположен на колонне (3) с возможностью перемещения по ней вдоль вертикальной оси «X», колонна (3) установлена на подвижном столе (2) с возможностью перемещения по нему вдоль горизонтальной оси «Y», расположенной перпендикулярно оси «X», а подвижный стол (2) расположен на станине (1) с возможностью перемещения по ней вдоль горизонтальной оси «Z», расположенной перпендикулярно осям «X» и «Y», при этом ось «В» расположена параллельно оси «Y». Способ извлечения инструмента (7) включает следующие этапы:

S1: поворотная шпиндельная головка, оснащенная инструментом (7), поворачивается вокруг оси «В» таким образом, чтобы продольная ось поворотной шпиндельной головки (5) находились в одной плоскости с осью «X»;

S2: инструментальный магазин (6) поворачивается таким образом, чтобы соединительная линия между держателем (8), предусмотренным для установки в него инструмента на инструментальном магазине (6) и центром инструмента (7), установленного в поворотной шпиндельной головке (5), совпадала с продольной осью поворотной шпиндельной головки (5);

S3: подвижный стол (2) перемещается вдоль оси «Z» таким образом, чтобы поворотная шпиндельная головка (5) располагалась со стороны, установочного отверстия держателя (8) для инструмента, при этом ползун перемещается вдоль оси «X», а колонна перемещается вдоль оси «Y» таким образом, чтобы инструмент (7) установленный в поворотной шпиндельной головке (5) совмещался с установочным отверстием держателя (8) для инструмента на инструментальном магазине (6);

S4: подвижный стол перемещается вдоль оси «Z» в направлении к установочному отверстию держателя (8) для загрузки инструмента (7) в держатель (8) для инструмента;

S5: ползун перемещается вдоль оси «X» в направлении от инструментального магазина (6), а колонна перемещается вдоль оси «Y» в направлении от инструментального магазина (6), причем отношение скорости перемещения ползуна (4) к скорости перемещения колонны (3) равно тангенсу угла между продольной осью поворотной шпиндельной головки (5) и осью «Y» с тем расчетом, чтобы инструмент отсоединился от поворотной шпиндельной головки (5).

[006] Изобретение предусматривает создание способа установки и способа извлечения инструмента из поворотной шпиндельной головки, обеспечивающие оперативную и удобную смену инструмента посредством взаимодействия перемещения линейных осей станка без использования сложного оборудования, которым оснащены манипуляторы, при этом механизм, используемый для осуществления способа, характеризуется простой конструкцией, высокой стабильностью и нетрудоемким техническим обслуживанием.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[007] 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 чертежей без приложения творческих усилий:

фиг. 1 - принципиальная схема механизма интерполяционной смены инструмента в поворотной конической шпиндельной головке, раскрытого в настоящем изобретении;

фиг. 2 - блок-схема механизма смены инструмента в соответствии с настоящим изобретением, в котором поворотная шпиндельная головка без инструмента, находящаяся в состоянии подготовки к извлечению инструмента из инструментального магазина, находится в исходном положении;

фиг. 3 - блок-схема механизма смены инструмента в соответствии с настоящим изобретением, в котором поворотная шпиндельная головка расположена соосно с инструментом;

фиг. 4 - блок-схема поворотной шпиндельной головки в соответствии с настоящим изобретением, перемещающейся по направлению своей собственной оси для захвата инструмента;

фиг. 5 - блок-схема механизма смены инструмента в соответствии с настоящим изобретением, в которой инструмент извлекается из инструментального магазина;

фиг. 6 - блок-схема механизма смены инструмента в соответствии с настоящим изобретением, в котором поворотная шпиндельная головка с инструментом, находящаяся в состоянии подготовки к отправке инструмента в инструментальный магазин, находится в исходном положении;

фиг. 7 - блок-схема механизма смены инструмента в соответствии с настоящим изобретением, в котором отправляемый инструмент совмещен с установочным отверстием держателя инструмента;

фиг. 8 - блок-схема механизма смены инструмента в соответствии с настоящим изобретением, в котором инструмент отправляется в инструментальный магазин;

фиг. 9 - блок-схема отсоединения поворотной шпиндельной головки от инструмента по настоящему изобретению.

Перечень ссылочных позиций

[008]

1 станина;

2 подвижный стол;

3 колонна;

4 ползун;

5 поворотная шпиндельная головка;

6 инструментальный магазин;

7 инструмент;

8 держатель инструмента.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

[009] 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.

[0010] Как показано на фиг. 1, механизм интерполяционной смены инструмента в поворотной конической шпиндельной головке включает станину 1, подвижный стол 2, колонну 3, ползун 4, поворотную шпиндельную головку 5 и инструментальный магазин 6, в котором подвижный стол 2 расположен на одной стороне станины 1, инструментальный магазин 6 расположен на другой стороне станины 1, колонна 3 расположена на поворотном столе 2, ползун 4 расположен на боковой стороне колонны, обращенной к инструментальному магазину 6, поворотная шпиндельная головка 5 расположена на ползуне 4, подвижный стол 2 перемещается вдоль оси Z станка, колонна 3 перемещается вдоль оси Y станка, и ползун 4 перемещается вдоль оси X станка, при этом ось ползуна 4 является осью В, ось В и ось Y параллельны друг другу, при этом поворотная шпиндельная головка 5 поворачивается вокруг оси В. Подвижный стол 2, колонна 3 и ползун 4 позволяют поворотной шпиндельной головке 5 перемещаться вдоль оси X, оси Y и оси Z станка, ось поворотной шпиндельной головки 5 и ось В образуют угол при вершине в диапазоне 30°-60°, и поворотная шпиндельная головка 5 перемещается вдоль направления оси и осуществляет смену инструмента.

[0011] Ось поворотной шпиндельной головки 5 и ось Y образуют между собой угол при вершине, что позволяет поворотной шпиндельной головке перемещаться по направлению своей собственной оси под совместным воздействием ее перемещения по колонне 3 в направлении оси Y и ее перемещения в других направлениях. В данном варианте осуществления поворотная шпиндельная головка, готовая к смене инструмента, находится в одной плоскости с осью X, и ее перемещение вдоль оси Y и оси X позволяет ей перемещаться по направлению своей собственной оси. Задав направление инструмента в инструментальном магазине в том же направлении оси поворотной шпиндельной головки 5, и перемещая поворотную шпиндельную головку в соосное положение с инструментом, перемещение поворотной шпиндельной головки 5 позволяет выполнить интерполяционную смену инструмента.

[0012] При этом, оптимальный угол между осью поворотной шпиндельной головки 5 и осью Y составляет 45°. При смене инструмента диапазон перемещения поворотной шпиндельной головки под углом 45° меньше, что в меньшей степени препятствует перемещению других элементов и позволяет избежать воздействия друг на друга.

[0013] Ввиду того, что перемещение поворотной шпиндельной головки 5 по направлению своей собственной оси осуществляется за счет ее перемещения в обоих осевых направлениях, угол 45° между осью поворотной шпиндельной головки 5 и осью Y позволяет сбалансировать перемещение поворотной шпиндельной головки 5 в двух осевых направлениях таким образом, чтобы скорость перемещения по двум осевым направлениям была равна, а расстояние перемещения было одинаковым. За счет этого обеспечивается не только более высокая сбалансированность конструкции станины, но и упрощается контроль за сменой инструмента.

[0014] Далее, инструментальный магазин 6 снабжен фрезерной головкой, ось которой параллельна оси Z станка, при этом фрезерная головка снабжена инструментом 7, держатель которого обращен наружу от инструментального магазина 6.

[0015] Внешний край инструментального магазина 6 снабжен держателем 8 инструмента, на котором имеется установочное отверстие, при этом держатель инструмента 7 снабжен пазом, посредством которого инструмент 7 крепится на установочном отверстии держателя 8 инструмента вдоль радиального направления инструментального магазина 6. Инструмент 7, закрепленный держателем 8 инструмента, способен выдерживать радиальное усилие. Поворотная шпиндельная головка перемещается до тех пор, пока направление ее оси не совпадет с радиальным направлением инструментального магазина 6, затем перемещается по направлению своей собственной оси к инструменту 7 для захвата держателя инструмента и далее перемещается в сторону от держателя 8 инструмента для отсоединения инструмента 7 от инструментального магазина 6.

[0016] Способ интерполяционной смены инструмента в поворотной конической шпиндельной головке при отсутствии инструмента включает следующие шаги:

как показано на фиг. 2, колонна перемещается вдоль оси Y до конца в направлении от инструментального магазина для предотвращения столкновения поворотной шпиндельной головки с инструментальным магазином при перемещении подвижного стола вдоль оси Z;

инструментальный магазин поворачивается для регулировки угла инструмента, подвижный стол перемещается вдоль оси Z, поворотная шпиндельная головка поворачивается вокруг оси В, и ползун перемещается вдоль оси X, в результате чего поворотная шпиндельная головка располагается соосно с инструментом, при этом ось В является осью ползуна; в варианте осуществления настоящего изобретения конец, где поворотная шпиндельная головка прикреплена к ползуну, находится выше конца, на котором поворотная шпиндельная головка прикреплена к инструменту, и положения поворотной шпиндельной головки и инструмента показаны на фиг. 3;

как показано на фиг. 4, ползун перемещается к инструменту вдоль оси X, при этом колонна перемещается к инструменту вдоль оси Y, причем отношение скорости перемещения ползуна к скорости перемещения колонны равно тангенсу угла между осью поворотной шпиндельной головки и осью Z; в варианте осуществления настоящего изобретения угол между поворотной шпиндельной головкой и осью Y составляет 45°, при этом скорость перемещения ползуна равна скорости перемещения колонны;

как показано на фиг. 5, поворотная шпиндельная головка захватывает инструмент, и подвижный стол перемещает поворотную шпиндельную головку вдоль оси Z для отсоединения инструмента от инструментального магазина.

[0017] Способ интерполяционной смены инструмента в поворотной конической шпиндельной головке при наличии инструмента включает следующие шаги:

как показано на фиг. 6, поворотная шпиндельная головка поворачивается вокруг оси В таким образом, чтобы поворотная шпиндельная головка и ось X станка находились в одной плоскости; в варианте осуществления настоящего изобретения конец, на котором поворотная шпиндельная головка крепится к ползуну, находится выше, чем конец, на котором поворотная шпиндельная головка крепится к инструменту;

инструментальный магазин поворачивается таким образом, чтобы соединительная линия между держателем инструмента и центром фрезерной головки на инструментальном магазине была параллельна оси поворотной шпиндельной головки, и в данный момент в держателе инструмента отсутствует инструмент, и держатель находится в положении, в котором предусматривается установка инструмента;

подвижный стол перемещается вдоль оси Z станка таким образом, чтобы поворотная шпиндельная головка находилась со стороны установочного отверстия держателя инструмента, готового к установке инструмента; ползун перемещается вдоль оси X станка, и колонна перемещается вдоль оси Y станка таким образом, чтобы инструмент на поворотной шпиндельной головке совместился с установочным отверстием держателя инструмента инструментального магазина, и положения поворотной шпиндельной головки и инструментального магазина показаны на фиг. 7;

как показано на фиг. 8, подвижный стол перемещается вдоль оси Z станка в направлении установочного отверстия для загрузки инструмента в держатель инструмента;

как показано на фиг. 9, ползун перемещается от инструмента вдоль оси X, и колонна перемещается от инструмента вдоль оси Y, причем отношение скорости перемещения ползуна к скорости перемещения колонны равно тангенсу угла между осью поворотной шпиндельной головки и осью Y с тем расчетом, чтобы инструмент отсоединился от поворотной шпиндельной головки; в варианте осуществления настоящего изобретения угол между поворотной шпиндельной головкой и осью Y составляет 45°, при этом скорость перемещения ползуна равна скорости перемещения колонны.

[0018] 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 сменены. Однако указанные изменения или смены не приведут к тому, что сущность соответствующих технических решений выйдет за пределы объема технических решений вариантов осуществления настоящего изобретения.

Группа изобретений относится к области станкостроения и раскрывает способы установки и извлечения инструмента при его смене в поворотной шпиндельной головке станка, имеющего также станину, подвижный стол, колонну, ползун и инструментальный магазин. Поворотная шпиндельная головка имеет возможность перемещения вдоль осей X, Y и Z станка, а также по направлению своей собственной оси для осуществления смены инструментов, которые размещены в инструментальном магазине. Изобретение предусматривает использование способов установки и извлечения инструмента в поворотной шпиндельной головке, обеспечивающих оперативную и удобную смену инструмента за счет соответствующего взаимодействия перемещений головки и узлов станка по его осям без использования дополнительного сложного оборудования, что существенно упрощает процесс смены. 2 н.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ установки инструмента (7) в поворотную шпиндельную головку (5) в процессе смены инструмента, причем шпиндельная головка (5) установлена на ползуне (4) под углом к его продольной оси В, расположенной горизонтально, и с возможностью поворота относительно оси В, ползун (4) расположен на колонне (3) с возможностью перемещения по ней вдоль вертикальной оси X, колонна (3) установлена на подвижном столе (2) с возможностью перемещения по нему вдоль горизонтальной оси Y, расположенной перпендикулярно оси X, а подвижный стол (2) расположен на станине (1) с возможностью перемещения по ней вдоль горизонтальной оси Z, расположенной перпендикулярно осям X и Y, при этом ось В расположена параллельно оси Y, включающий следующие этапы:

S1: колонну (3) перемещают вдоль оси Y в направлении от инструментального магазина (6), расположенного на станине (1);

S2: инструментальный магазин (6) поворачивают в заданное положение, при этом подвижный стол (2) перемещают вдоль оси Z, поворотную шпиндельную головку (5) поворачивают вокруг оси В, а ползун (4) перемещают вдоль оси X с обеспечением расположения оси поворотной шпиндельной головки (5) соосно с требуемым инструментом (7), расположенным в магазине (6);

S3: ползун (4) перемещают вдоль оси X в направлении требуемого инструмента (7), а колонну (3) перемещают вдоль оси Y в направлении требуемого инструмента (7), при этом отношение скорости перемещения ползуна (4) к скорости перемещения колонны (3) равно тангенсу угла между осью поворотной шпиндельной головки (5) и осью Y;

S4: посредством поворотной шпиндельной головки (5) захватывают требуемый инструмент (7) и извлекают его из инструментального магазина (6), после чего перемещают подвижный стол (2) вдоль оси Z с отсоединением инструмента (7) от инструментального магазина (6).

2. Способ извлечения инструмента (7) из поворотной шпиндельной головки (5) в процессе смены инструмента, причем шпиндельная головка (5) установлена на ползуне (4) под углом к его продольной оси В, расположенной горизонтально, и с возможностью поворота относительно оси В, ползун (4) расположен на колонне (3) с возможностью перемещения по ней вдоль вертикальной оси X, колонна (3) установлена на подвижном столе (2) с возможностью перемещения по нему вдоль горизонтальной оси Y, расположенной перпендикулярно оси X, а подвижный стол (2) расположен на станине (1) с возможностью перемещения по ней вдоль горизонтальной оси Z, расположенной перпендикулярно осям X и Y, при этом ось В расположена параллельно оси Y, включающий следующие этапы:

S1: поворотную шпиндельную головку (5), оснащенную инструментом (7), поворачивают вокруг оси В таким образом, чтобы продольная ось поворотной шпиндельной головки (5) находилась в одной плоскости с осью X;

S2: инструментальный магазин (6) поворачивают таким образом, чтобы соединительная линия между держателем (8), предусмотренным для установки в него инструмента, на инструментальном магазине (6) и центром инструмента (7), установленного в поворотной шпиндельной головке (5), совпадала с продольной осью поворотной шпиндельной головки (5);

S3: подвижный стол (2) перемещают вдоль оси Z таким образом, чтобы поворотная шпиндельная головка (5) располагалась со стороны установочного отверстия держателя (8) для инструмента, при этом ползун (4) перемещают вдоль оси X, а колонну (3) перемещают вдоль оси Y таким образом, чтобы инструмент (7), установленный в поворотной шпиндельной головке (5), был совмещен с установочным отверстием держателя (8) для инструмента на инструментальном магазине (6);

S4: подвижный стол (2) перемещают вдоль оси Z в направлении к установочному отверстию держателя (8) для загрузки инструмента (7) в держатель (8) для инструмента;

S5: ползун (4) перемещают вдоль оси X в направлении от инструментального магазина (6), а колонну (3) перемещают вдоль оси Y в направлении от инструментального магазина (6) с отсоединением инструмента (7) от поворотной шпиндельной головки (5), причем отношение скорости перемещения ползуна (4) к скорости перемещения колонны (3) равно тангенсу угла между продольной осью поворотной шпиндельной головки (5) и осью Y.