металлорежущий станок и способ обработки деталей с помощью этого станка

Формула изобретения

1. Металлорежущий станок, содержащий базисное устройство с размещенным в нем вращающимся приспособлением для крепления детали, фрезерную головку, установленную с возможностью вращения вокруг оси обработки в инструментодержателе, причем инструментодержатель смонтирован с возможностью поворота вокруг оси качания, расположенной под углом к оси обработки, а обе оси пересекаются в зоне фрезерной головки, а также приводные средства, связанные с осью качания инструментодержателя и осью вращения приспособления для крепления детали, отличающийся тем, что угол наклона является острым углом.

2. Металлорежущий станок по п.1, отличающийся тем, что угол наклона составляет от 30 до 60^o.

3. Металлорежущий станок по п.2, отличающийся тем, что угол наклона равен 45^o.

4. Металлорежущий станок по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что в определенных положениях инструментодержателя относительно базисного устройства ось базисного устройства перекрещивается с осью обработки и что за счет относительных перемещений между базисным устройством и инструментодержателем приспособление для крепления детали имеет возможность перемещения к инструментодержателю и от него.

5. Металлорежущий станок по п.4, отличающийся тем, что инструментодержатель установлен с возможностью перемещения относительно приспособления для крепления детали по двум осям поступательного перемещения.

6. Металлорежущий станок по п.5, отличающийся тем, что он снабжен установленными с возможностью взаимно перпендикулярных перемещений двумя каретками, на одной из которых смонтирован инструментодержатель, а другая установлена с возможностью перемещения параллельно оси базисного устройства.

7. Способ обработки деталей, например, турбинных лопаток и лопаток силовых установок с помощью металлорежущего станка по пп.1 - 6, отличающийся тем, что деталь приводят во вращение вокруг ее продольной оси и обрабатывают по следующим друг за другом в продольном направлении траекториям.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлорежущему станку согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения, а также к способу обработки деталей на данном металлорежущем станке.

Подобная машина известна из проспекта "Boston Matic 5-AXIS PRECISION CONTOURINY SYSTEM" BOSTON DIGTAL Corporation. В металлорежущих станках такого типа ось качаний, вокруг которой может поворачиваться инструментодержатель, пресекает ось обработки в зоне обработки, что имеет то преимущество, что при качаниях обрабатывающего инструмента для лучшего приспособления к ориентации поверхности детали требуются лишь незначительные, обычно распределенные на все оси движения выравнивания.

Ось качаний в машине, показанной в названном проспекте, расположена перпендикулярно к оси обработки, что связано с различными недостатками. Так инструментодержатель имеет U-образную форму и тем самым довольно дорог в изготовлении и, прежде всего, он длинный, так что его относительно сильно деформируют действующие на металлообрабатывающий инструмент реакционные усилия. По этой причине конструкция не очень стабильна, что в случае очень высоких требований к точности обработки приводит к трудностям или по меньшей мере требует массивной конструкции.

К этому добавляется то, что качание инструментодержателя возможно лишь в одной плоскости, в которой принудительным порядком расположено также приемное устройство с деталью. Это ограничивает зону качания, так как уже при угле поворота, явно меньшем 90^o, создаются проблемы.

Указанные недостатки устраняются в изобретении за счет того, что металлорежущий станок содержит несущее вращающееся приспособление для крепления детали и фрезерную головку, установленную с возможностью вращения вокруг оси обработки в инструментодержателе, причем инструментодержатель смонтирован с возможностью поворота вокруг оси качания, расположенной под углом к оси обработки, а обе оси перекрещиваются в зоне фрезерной головки, а также содержит приводные средства, связанные с осью качания инструментодержателя и осью вращения приспособления для крепления детали, что угол наклона является острым углом.

Согласно предпочтительной форме выполнения угол наклона составляет от 30^o до 60^o, особенно предпочтительно 45^o.

Кроме того, целесообразно, чтобы в определенных положениях инструментодержателя относительно базисного устройства ось базисного устройства перекрещивалась с осью обработки и чтобы за счет относительных перемещений между базисным устройством и инструментодержателем приспособление для крепления детали имело возможность перемещения к инструментодержателю и от него.

Согласно целесообразной форме выполнения инструментодержатель установлен с возможностью перемещения относительно приспособления для крепления детали по двум осям поступательного перемещения.

Кроме того, металлорежущий станок может быть снабжен установленными с возможностью взаимно перпендикулярных перемещений двумя каретками, на одной из которых смонтирован инструментодержатель, а другая установлена с возможностью перемещения параллельно оси базисного устройства.

Кроме того, указанная задача изобретения решается в способе обработки деталей, например турбинных лопаток и лопаток силовых установок, с помощью вышеописанного станка, в котором деталь приводят во вращение вокруг ее продольной оси и обрабатывают по следующим друг за другом в продольном направлении траекториям.

Благодаря указанному выполнению конструкция металлорежущего станка является простой и стабильной и поэтому позволяет при малых затратах получить высокую точность. Кроме того, она допускает большие углы поворота, что позволяет расширить возможности подгонки положения инструмента к ориентации поверхности детали, благодаря чему можно очень просто обеспечить высокое качество поверхности.

Металлорежущие станки согласно изобретению особенно подходят для фрезерования лопаток турбин и лопаток силовых установок, а также дисков компрессоров, где при относительно сложной форме нужно получить высокое качество поверхности.

Далее изобретение поясняется подробнее с помощью чертежей, на которых показаны примеры выполнения изобретения:

на фиг. 1 представлен вид сбоку на металлорежущий станок согласно изобретению по первому варианту выполнения в исходном положении;

на фиг. 2 - вид сверху на металлорежущий станок по фиг. 1 с отведенным инструментодержателем;

фиг. 3 - вид сбоку на металлорежущей станок в направлении стрелки III по фиг. 2;

на фиг. 4 - пространство для перемещения оси обработки, схематически;

на фиг. 5 - вид сбоку металлорежущего станка по второму варианту выполнения в исходном положении.

Металлорежущей станок согласно изобретению несколько схематически представлен на фиг. 1-5, так как изобретение касается принципиальной конструкции и перенос ее в практику для специалиста не представляет никакой трудности.

На верхней стороне имеющей форму прямоугольного параллелепипеда стойки 1 вдоль горизонтальной оси, проходящей перпендикулярно к плоскости чертежа, расположена с возможностью перемещения первая каретка 2, которая несет вторую каретку 3, установленную с возможностью перемещения вдоль перпендикулярной по отношению к первой оси поступательного движения, также горизонтальной второй оси поступательного движения. Вторая каретка 3 несет инструментодержатель 4 с установленным в нем без возможности перемещения, но способным вращаться вокруг оси обработки 5, образованным в виде фрезерной головки 6 инструментом для обработки. Инструментодержатель 4 закреплен на второй каретке 3 с возможностью поворота вокруг оси качания 7. На передней части стойки 1 расположена другая каретка 8 вдоль вертикальной оси поступательного движения на инструментодержатель с возможностью перемещения к нему и от него. На ней установлено круглое базисное устройство 9 (на фиг. 1, 3 детали его не показаны) с приспособлением для крепления детали 10, которое расположено с возможностью вращения в круглом базисном устройстве 9. Ось вращения параллельна первой оси поступательного движения.

Турбинную лопатку в качестве обрабатываемой детали 11 зажимают в приспособлении 10 для крепления детали с возможностью вращения вокруг ее продольной оси. Ось качания 7 проходит через вершину фрезерной головки 6 и пересекает там ось обработки 5 под углом = 45^o. Все пять осей связаны с приводом. Движения осуществляются с помощью программного управления.

Само собой разумеется, в первую очередь имеют значение возможности относительного движения между фрезерной головкой 6 и деталью 11. Конструкция металлорежущего станка может быть в деталях совершенно иной, чем описано выше. Так, например, на фиг. 5 представлен вариант выполнения, в котором вторая каретка 3, к нижнему концу которой подведен и инструментодержатель 4, установлена с возможностью перемещения вдоль вертикальной оси поступательного движения, в то время как первая каретка 2 закреплена на передней стороне стойки 1 с возможностью перемещения по горизонтали. Не показанное на чертеже круглое базисное устройство закреплено на установленной с возможностью перемещения вдоль горизонтальной оси поступательного движения к стойке и от нее каретке. То, что ось качания 7 с осью обработки 5 составляет острый угол, приводит к тому, что режущая кромка фрезерной головки 6 имеет относительно небольшое расстояние от поворотной опоры и инструментодержатель 4 может быть выполнен прямым и соответственно коротким. Благодаря этому, крепление фрезерной головки 6 является очень стабильным и влияющие на точность обработки деформации инструментодержателя 4 снижены до минимума.

Кроме того, возможна большая область поворота на угол 90^o и больше в обе стороны, причем вершина фрезерной головки 6 при поворотах не смещается или смещается незначительно, так что можно достичь высоких скоростей обработки, так как инструментодержатель 4 отклоняется не только вниз, но также одновременно из вертикальной плоскости, в которой расположено приспособление для крепления детали 10 с деталью 11 к стойке 1, так что опасность столкновения значительно снижается. Ось обработки 5 при таких отклонениях описывает сектор боковой поверхности конуса, ось которого представляет собой ось поворота 7 (фиг. 4).

Преимущества изобретения особенно проявляются при обработке лопаток турбины или лопаток силовых установок, когда должно быть достигнуто высокое качество поверхности, что требует точной подготовки положения режущей кромки фрезерной головки 6 к ориентации поверхности детали 11. Это обусловливает, если фрезерная головка 6 направляется по всей изогнутой поверхности детали 11, колебания инструментодержателя 4 в широком диапазоне, которые обычно легко создают проблемы.

Способ обработки осуществляется таким образом, что устройство 10 для крепления детали 11 вращается с помощью круглого базисного устройства 9 и положение фрезерной головки 6 с помощью отклонения вокруг оси качаний 7 и перемещений по осям поступательных движений постоянно подвергается корректировке. Когда дорожка отфрезерована, то каретка 2 сдвигается параллельно продольной оси детали 11 на ширину дорожки, а затем приемное устройство 10 для детали вращается в противоположном направлении. Обработка производится таким образом по следующим друг за другом в продольном направлении окружным дорожкам. Смена направлений вращения производится предпочтительно у кромки детали 11.

При обработке дисков компрессора, благодаря большому диапазону отклонений, получаются значительные преимущества, особенно это касается высокого качества поверхности.

Для достижения эффекта согласно изобретению не обязательно, чтобы угол наклона составлял точно 45^oC. Даже острый угол, лишь немного отличающийся от прямого угла, при соответствующей конструкции уже может способствовать перечисленным преимуществам. Предпочтительным является все же угол наклона , составляющий 30-60^o.

Не обязательно, чтобы ось качаний 7 пересекала ось обработки 5 и проходила точно через вершину фрезерной головки 6. Даже если ось качаний 7 проходит вблизи фрезерной головки 6, при качаниях требуются в общем лишь небольшие движения выравнивания.