Металлорежущий станок со сменными шпиндельными головками Советский патент 1992 года по МПК B23Q3/157 

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано при обработке корпусных деталей на металлорежущих агрегатных станках и пе- реналаживаемых автоматических линиях со сменными многошпиндельными головками в серийном и мелкосерийном производстве.

Известны металлорежущие станки со шпиндельными гоЛовками, жестко закреп- лбннШп/ГнЭТранях поворотной части сило- вого узла.

Такая конструкция станка не позволяет производить замену шпиндельных головок при многооперационной обработке и переналадке станка на другую деталь, т.к. шпин- дельные головки жестко закреплены на гранях поворотной части силового узла.

Известны также металлорежущие станки со сменными шпиндельными головками, снабженные накопителями шпиндельных головок с устройствами их смены, в которых на силовом узле закреплена только одна шпиндельная головка.

В таких станках после каждой технологической операции требуется замена голо- вки, при которой необходим отвод силового узла, разжим головки, перекладка в накопитель заменяемой головки, установка в сил о- вой узел новой шпиндельной головки, что значительно удлиняет цикл обработки.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является многооперационный станок с ЧПУ со сменными шпиндельными головками, содержащий установленный на станине силовой стол с поворотно-делительным уст- ройст&ом, поворотная часть которого выполнена в виде многогранной призмы, на гранях которой установлены шпиндельные головки и механизмы зажима шпиндельных головок, включающие корпус в виде плиты-с двумя отверстиями.

Недостатки этого станка:

отсутствие фиксации шпиндельных головок в горизонтальной плоскости, т.к. кли- новые планки, зажимающие головки, перемещаются от своих пружин независимо друг от друга, а паз, выполненный в шпинделе, не может жестко фиксировать шпиндельную головку по выступу выходно- го вала, потому что шпиндель и вал вращаются и должны быть установлены между собой с некоторым зазором. Таким образом, конструкция механизма зажима шпиндельных головок в этом станке не является самоцентрирующей и не обеспечивает достаточной точности зажима многошпиндельных головок.

Конструкция механизма зажима пного- шпиндельных коробок не обеспечивает надежного жесткого зажима головок от смещения под воздействием сил резания, направленных вверх (например, при фрезеровании), т.к. шпиндельные головки удерживаются только за счет собственного веса и силы трения между клиновыми планками и направляющими многошпиндельной коробки типа ласточкин хвост, возникающей при зажиме.

При такой конструкции механизма зажима автооператор для смены шпиндельных головок должен иметь значительные габариты по высоте, т.к. длина его хода по вертикали должна быть не меньше высоты шпиндельной головки, что в крупногабаритных станках с большими шпиндельными головками создает громоздкость конструкции,

Цель изобретения - повышение надежности и точности станка и уменьшение его габаритов.

С этой целью в металлорежущем станке со сменными шпиндельными головками, содержащем установленный на станине силовой стол с поворотно-делительным устройством, поворотная часть которого выполнена в виде многогранной призмы, на гранях которой установлены шпиндельные головки и механизмы зажима шпиндельных головок, включающие корпус, выполненный в виде плиты с двумя вертикальными отверстиями, привод главного движения и устройство для смены шпиндельных головок с магазином, согласно изобретению механизм зажима снабжен четырьмя скалками с кольцевыми выступами на концах и с наклонными пазами, установленными горизонтально в плите с возможностью осевого перемещения, а в каждом из отверстий плиты установлены по два подпружиненных штока, выполненных с наклонными выступами, взаимодействующими с наклонными пазами скалок, при этом вертикальные отверстия плиты сверху закрыты крышками с Г-образными выступами, в отверстии которых размещены плунжеры с возможностью ограниченного перемещения вдоль отверстий плиты и взаимодействия с торцем верхнего штока. Привод зажима выполнен в виде двух гидроцилиндров с Г-образными прихватами на корпусе, установленных на колонне поворотно-делительного устройства на позиции смены шпиндельных головок над механизмом зажима с возможностью осевого перемещения и зацепления с Г-образными выступами механизма зажима, кроме того, механизм зажима снабжен устройством фиксации шпиндельных головок, выполненным в виде подпружиненного ползуна с наклонной поверхностью и с клиновым выступом, установленного в пазу плиты с возможностью взаимодействия клинового выступа с клиновой поверхностью шпонки, закрепленной на шпиндельной головке, а наклонной поверхности - с подпружинен- ным плунжером. При этом привод устройства фиксации установлен на позиции смены шпиндельных головок под механизмом зажима, а в плите выполнен вертикальный паз, пересекающийся с клиновым выступом ползуна.

Шпиндельные головки снабжены скобами для зацепления с кольцевыми выступами скалок1 механизма зажима.

Кроме того, наклонная поверхность клинового выступа ползуна механизма фиксации выполнена под острым углом к установочной поверхности плиты, а взаимодействующая с ней клиновая поверхность шпонки наклонена к поверхности тыльной стороны шпиндельной головки под углом, дополняющим этот острый угол до 180°, а подпружиненные штоки в каждом дтверстии плиты установлены на таком расстоянии друг от друга, которое исключает их взаимодействие при зажиме шпиндельной головки.

В станке выполнена система очистки установочных и прижимных элементов механизма зажима и шпиндельных головок сжатым воздухом в виде каналов в штоке гидроцилиндра привода зажима, в плунжере и плите, при этом в плунжере установлен подпружиненный клапан.

С целью расширения технологических возможностей механизмом зажима снабжена каждая грань поворотно-делительного устройства.

Повышение надежности и точности станка обусловлено тем, что конструкция механизма зажима выполнена таким образом, что позволяет устанавливать шпиндельные головки на гранях поворотно-делительного устройства с высокой точностью и жесткой фиксацией как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях, а также с надежным прижимом к нижней установочной плоскости.

Кроме того, установка подпружиненных штоков в каждом отверстии плиты на неко- тором расстоянии друг от друга, исключаю- uieM их взаимодействие при зажиме, позволило обеспечить индивидуальный зажим каждой скалки отдельным пакетом пружин, что увеличило в два раза общее усилие зажима шпиндельной головки.

При этом наличие системы очистки установочных и прижимных элементов сжатым воздухом также повышает точность установки головок и надежность работы

стачка в целом, исключая при этом попадание стружки на установочные и прижимные элементы механизма зажима и шпиндельных головок при их установке и зажиме.

Все это позволяет производить на станке многооперационную обработку деталей как с высокой точностью, так и с большими нагрузками при резании, например тонкая расточка, фрезерование, сверление и др. Снабжение механизмом зажима шпиндельной головки каждой грани поворотно-делительного устройства расширяет технологические возможности станка, позволяя увеличить количество сменных головок и расширить номенклатуру обрабатываемых деталей.

Такая конструкция механизма зажима позволяет снимать шпиндельную головку, приподнимая ее на величину хода, равную примерно длине шпонки, закрепленной на шпиндельной головке, что значительно меньше высоты самой головки, а затем в горизонтальном направлении переместить ее к накопителю, Для реализации таких перемещений требуется автооператор меньших размеров по высоте, чем в станке-прототипе, что значительно уменьшает габариты крупногабаритных станков с большими шпиндельными головками.

На фиг. 1 изображен предлагаемый станок, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг, 3 - механизм зажима и фиксации, вид спереди; на фиг. 4 - сечение А-А на фиг, 3; на фиг. 5 - привод зажима, разрез вдоль оси гидроцилиндра; на фиг. 6 - механизм фиксации с приводом, осевой разрез; на фиг. 7 - вид по стрелке Б на фиг. 6; на фиг. 8 - сечение В-В на фиг. 6; на фиг. 9 - вид на установочные элементы шпиндельной головки.

Металлорежущий станок со сменными шпиндельными головками содержит станину 1, установленный ,на ней силовой стол 2 с поворотно-делитеяь ным устройством 3 с вертикальной осью поворота. Поворотная часть устройства 3 выполнена в виде многогранной призмы, на гранях которой установлены шпиндельные головки 4 и механизмы зажима шпиндельных головок, привод главного движения и привод поворота поворотно-делительного устройства, а также устройство для смены шпиндельных головок, состоящее из перекладчика 5 и накопителя 6,

Механизм зажима шпиндельных головок состоит из корпуса, выполненного в виде плиты 7 с двумя вертикальными отверстиями, в каждом из которых расположены по два подпружиненных пикетами тарельчатых пружин 8 и 9 штока 10 и 11,

выполненных с наклонными выступами 12 и 13 В плите 7 горизонтально установлены четыре скалки 14 с кольцевыми выступами 15 и с наклонными пазами 16 и Невозможностью осевого перемещения, причем наклонные пазы 16 и 17 взаимодействуют с наклонными выступами 12 и 13 штоков 10 и 11. Вертикальные отверстия плиты сверху закрыты крышками 18с Г-образными выступами 19. В отверстиях крышек 18 размещены плунжеры 20 с возможностью ограниченного перемещения вдоль оси отверстия а и взаимодействия с торцем верхнего штока 10. Скалки 14 установлены в плите с помощью прижимных элементов 21. Для базирования снизу на плите выполнен установочный выступ 22.

Привод зажима выполнен в виде двух гидроцилиндров 23 с Г-образными прихватами 24 на корпусе, которые установлены с помощью кронштейна 25 на колонне 26 поворотно-делительного устройства 3 на позиции смены шпиндельных головок над механизмом зажима с возможностью осевого перемещения и зацепления с Г-образными выступами 19 механизма зажима. Гидроцилиндры 23 зафиксированы от поворота шпонкок.

Каждое зажимное приспособление, установленное на грани поворотно-делительного устройства, снабжено механизмом фиксации шпиндельных головок, выполненным в виде подпружиненного ползуна 27 с наклонной поверхностью 28 и с клиновым выступом 29, установленного в пазу б плиты 7 с возможностью взаимодействия клинового выступа 29 с клиновой поверхностью шпонки 30, закрепленной натыльной стороне шпиндельной головки 4, а наклонной поверхности - с подпружиненным плунжером 31, установленным в пересекающемся с пазом б отверстии b плиты. В плите 7 выполнен вертикальный паз г, пересекающийся с клиновым выступом 29 ползуна. При этом наклонная поверхность 28 клинового выступа 29 ползуна 27 выполнена под острым углом а к установочной поверхности плиты 7, а взаимодействующая с поверхностью 28 клиновая поверхность шпонки 30 наклонена к поверхности тыльной стороны шпиндельной головки 4 под углом, дополнякщим этот острый угол до 180° (фиг.8)

Привод механизма фиксации выполнен в виде гидроцилиндра 32 со штоком 33 и установлен на кронштейне на основании колонны 26 поворотно-делительного устройства под механизмом зажима с возможностью взаимодействия с механизмом фиксации

Станок снабжен системой очистки установочных и прижимных элементов механизма зажима и шпиндельных головок сжатым воздухом, выполненной в виде каналов: канала д- в штоке гидроцилиндра 23, каналов е - в плунжерах 20. каналов ж - в плите, при этом в плунжерах 20 размещены подпружиненные клапаны 34, а в нижнем конце канала д - нажимной элемент 35. На тыльной

стороне каждой шпиндельной головки 4 установлены по четыре скобы 36 для зацепления с кольцевыми выступами скалок 14 механизма зажима, два карниза 37, предназначенных для базирования на выступы

22 механизма зажима, а на нижней стороне -две направляющие планки 38 и кронштейн с пазом 39.

Причем штоки 10 и 11 механизма зажима установлены в каждом отверстии плиты

на таком расстоянии друг от друга, которое исключает их взаимодействие при зажиме шпиндельной головки.

Перекладчик устройства для смены шпиндельных головок выполнен в виде

платформы 40, которая установлена на четырех подъемниках 41, приводимых от гидроцилиндра 42 подъема платформы.

На платформе 40 установлены две направляющие с роликами 43, по которым перекатываются шпиндельные головки. Между направляющими 43 расположен механизм передвижения головок 44 с водилом 45, который приводится от мотор-редуктора (из чертежах не показан). Рядом с перекладчиком 5 установлен , накопитель 6 шпиндельных головок, имеющий гнезда 46 U-образной формы с двумя горизонтальными направляющими 47 с роликами.

Станок работает следующим образом.

По окончании цикла обработки детали 48 силовой стол 2 откатывает поворотно- делительное устройство 3 с отработавшими головками 4 в положение смены головою

(фиг 1). При этом поворотно-делительное устройство 3 устанавливается так, что паз нижнею кронштейна 39 располагается над водилом 45 перекладчика.

Подается рабочая жидкость в верхние

0 полости гидроцилиндров 23 и в нижнюю полость гидроцилиндра 32 (фиг.6). Шток- поршни гидроцилиндров 23 перемещаются вниз. Нажимные элементы 35 упираются в клапаны 34 и утапливают их, открываются

5 каналы е для подвода сжатого воздуха в плунжерах 20. Опускаясь далее, шток-поршни гидроч илиидров 23 нажимают торцами на плунжеры 20. Когда шток-поршни гидроцилиндров 23 упираются вторцы плунжеров

20, корпуса гидроцилиндроз 23 перемещаются вверх до тех пор, пока не произойдет зацепление Г-образных выступов 19 и 24, далее вся нагрузка от разжима передается через выступы 19 и 24, разгружая колонну 26 и подшипники поворотно-делительного устройства от усилия пакетов пружин 8 и 9, замыкая это усилие в плите 7 через жёстко установленные крышки 18, т.к. корпуса гидроцилиндров 23 установлены в отверстиях кронштейнов 25 с возможностью осевого перемещения. Плунжеры 20, перемещаясь вниз, нажимают на штоки 10, сжимая пакеты тарельчатых пружин 8 и 9, выбирается зазор а , Торцы штоков 10 упираются в торцы штоков 11, продолжая опускаться вниз, сжимают пакеты тарельчатых пружин 8 и 9. При этом штоки 10 и 11 перемещаются в нижнее положение. В результате наклонные выступы штоков 10 и 11, взаимодействуя с наклонными пазами скалок 14, выталкивают скалки вправо, происходит разжим.

Одновременно с этим подается рабочая жидкость в бесштоковую полость гидроцилиндра 32 привода фиксации, шток-поршень 33 поднимается вверх, упираясь в плунжер 31, сжимает его пружину и утапливает его, Плунжер 31 скосом скользит по наклонной поверхности 28 ползуна 27 и отодвигает ползун 27 в левую сторону (фиг.б), Клиновой выступ 29 выходит из зацепления с клиновой поверхностью шпонки 30, закрепленной на тыльной стороне шпиндель- ной головки 4. В результате этого шпиндельная головка 4 оказывается рас- фиксированной. В это время она свободно лежит на выступах 22 механизма зажима и придерживается скобами 36, закрепленными на тыльной стороне шпиндельных головок.

Подъемная платформа перекладчика 5 перемещается вверх. Водило 45 заходит в паз нижнего кронштейна 39, а ролики направляющих 43 подъемной платформы 40 входят в контакт с направляющими планками 38 шпиндельной головки. Плат форма 40, поднимаясь дальше вверх, поднимает и шпиндельную головку, снимает скобы 36 шпиндельной головки 4 из зацепления с кольцевыми выступами 15 скалок.14. После этого включается приводная цепь механизма 44 передвижения шпиндельных головок и водило 45 за кронштейн 39, через его паз, перемещает головку 4 в свободную ячейку поворотной платформы накопителя б, после чего подъемная платформа 40 опускается в крайнее нижнее положение.

Далее поворотная платформа накопителя 6, поворачиваясь, подводит нужную для

установки шпиндельную головку на позицию смены. Подъемная платформа 40 перемещается вверх, водило 45 входит в паз кронштейна 39 устанавливаемой шпиндель- 5 ной головки, ролики направляющих 43 соприкасаются с направляющими 38 шпиндельной головки, включается механизм 44 и водило 45 возвращается в исходное положение, перемещая шпиндельную

0 головку по роликам направляющих 43 от накопителя 6 к поворотно-делительному устройству 3.

Подъемная платформа 40 опускается вместе со шпиндельной головкой, при этом

5 скобы 36 входят в зацепление с кольцевыми выступами 15 скалок 14, карнизы 37 шпиндельных головок устанавливаются на выступы 2 мехзнизр з зажима, шпонка 30 заходит в паз г плиты 7, предварительно

0 центрируя головку, а подъемная платформа 40 далее опускается вниз из зоны поворота. Затем подается рабочая жидкость в штоковую полость гидроцилиндра 32 привода фиксации и шток-поршень 33 опускается

5 вниз, вместе с ним опускается и плунжер 31, пр этом ползун 27 под действием своей пружины перемещается вправо и клиновым выступом 27 входит в контакт с клиновым скосом шпонки 30.

0 От усилия пружины ползуна 27 появляются составляющие этого усилия, которые, взаимодействуя на шпонку 30, притягивают шпиндельную головку к выступу 22 механизма зажима и к правой (фиг.З) поверхности

5 паза г плиты 7, Происходит предварительная фиксация.

Затем рабочая жидкость подается в нижние попости гидроцилиндров 23 привода зажима, шток-поршни их при этом под0 нимаются вверх, освобождая штоки 10 и 11 механизма зажима (разжимая пакеты тарельчатых пружин 8 и 9 и перемещая штоки 10 и 11 вверх), которые через наклонные выступы 16 штоков и пазы 17 скалок 14 втя5 гивают скалки, перемещая их влево. Происходит окончательный зажим,

Для того, чтобы во время зажима избежать трения клинового выступа 29 по поверхности (клиновой) шпонки 30, сохранить

0 постоянство прижимного усилия шпиндельной головки к выступу 22 и выбрать все зазоры, клиновое сопряжение выступа 29 ползуна 27 и шпонки 30 выполнено в двух плоскостях,

5 Фор мула изобретения

1. Металлорежущий станок со сменными шпиндельными головками, содержащий установленный на станине силовой стол с поворотно-делительным устройством, пово- ротчач часть которого установлена на колонне и выполнена в виде многогранной призмы, шпиндельные головки, закрепленные на гранях призмы, механизм зажима шпиндельных головок, включающий корпус в виде плиты с двумя вертикальными отвер- стиями и привод, устройство для смены шпиндельных головок, установленное в позиции смены, и магазин, отличающий- с я тем, что, с целью повышения надежности и точности станка, механизм зажима снаб- жен скалками, подпружиненными штоками, крышками со сквозными отверстиями и Т-образными выступами для взаимодействия с приводом, плунжерами и устройством фиксации шпиндельных головок с приво- дом, а шпиндельные головки снабжены скобами, при этом скалки установлены в четырех дополнительно выполненных в плите горизонтальных отверстиях с возможностью осевого перемещения, а на каждой из них выполнены кольцевые выступы на концах с возможностью взаимодействия со скобами на шпиндельных головках и поперечные сквозные наклонные пазы, причем в каждом из упомянутых вертикальных отверстий плиты установлены по два разнонаправленных подпружиненных штока, на рабочих концах которых выполнены наклонные выступы, размещенные в наклонных пазах соответствующих скалок с возможностью взаимодействия с последними, при этом крышки закреплены в вертикальных отверстиях на верхней плоскости плиты, а плунжеры установлены в отверстиях крышек с возможностью осевого переме- щения и взаимодействия с обращенными к ним торцами подпружиненных штоков, при- чем-устройство фиксации шпиндельных головок выполнено в виде подпружиненного ползуна с наклонной рабочей поверхностью и клиновым выступом и шпонки с ответной клиновой рабочей поверхностью, закрепленной на корпусе шпиндельной головки с возможностью размещения в дополнительно выполненном в плите вертикальном па-

зу, при этом ползун размещен в дополнительно выполненном в плите горизонтальном пазу с возможностью поочередного взаимодействия клиновым выступом с клиновой рабочей поверхностью шпонки, а наклонной поверхностью - со скосом дополнительно введенного подпружиненного плунжера, установленного в дополнительно выполненном в плите вертикальном отверстии.

2.Станок по п.1,отличающийся тем, что привод механизма зажима выполнен в виде двух гидроцилиндров с Г-образ- ными прихватами на корпусе, установленных на колонне поворотно-делительного устройства в позиции смены шпиндельных головок над механизмом зажима с возможностью осевого перемещения и взаимодействия своими штоками с соответствующими торцами подпружиненных плунжеров, а Г-образными прихватами - с Г-образными выступами крышек.

3.Станок по п. 1,отличающийся тем, что привод устройства фиксации шпиндельных головок выполнен в виде гидроцилиндра и установлен на колонне поворотно-делительного устройства в позиции смены шпиндельных головок под механизмом зажима с возможностью взаимодействия своим штоком с торцом дополнительного подпружиненного плунжера.

4.Станок по п.1, отличающийся тем, что в штоках гидроцилиндров привода механизма зажима, в подпружиненных плунжерах и в плите выполнены сообщающиеся каналы под сжатый воздух для очистки установочных и прижимных элементов, при этом каждый из плунжеров снабжен подпружиненным клапаном, установленным с возможностью взаимодействия с соответствующим дополнительно введенным нажимным элементом, закрепленным на конце штока каждого гидроцилиндра привода механизма зажима.

Использование: станкостроение, в частности многоцелевые станки со сменными шпиндельными головками. Сущность изобретения: шпиндельные головки 4 фиксируются на плите 7 по двум взаимно перпендикулярным плоскостям. Кольцевые выступы 15 скалок взаимодействуют со скобами на шпиндельной головке 4 и, втягиваясь, производят е е зажим. Скалки перемещаются за счет взаимодействия их наклонных пазов 16, 17 с наклонными выступами 12, 13, выполненными на штоках 10,11, которые перемещаются под действием пружин 8, 9. Расфиксация происходит при воздействии штоков гидроцилиндров на плунжеры 20, а через них на торцы штоков 10. Предварительная фиксация шпиндельной головки 4 производится при воздействии приводного ползуна на шпонку, закрепленную на шпиндельной головке 4. Устройство снабжено системой очистки сжатым воздухом установочных и прижимных элементов. 3 з.п. ф-лы, 9 ил. СО К XI 00 Јь N СА)

/b

№

emsn

92

§,

et7W8ii

29

Фиг. 7

Фиг, 6

В - Б

Фиг. 8

36

36

37