комплекс для обработки радиусных поверхностей крупногабаритных листовых заготовок

Формула изобретения

1. Комплекс для обработки радиусных поверхностей крупногабаритных листовых заготовок, содержащий обрабатывающий станок, включающий станину, узел шпинделя, рабочий орган и механизм его перемещения, установленные на поперечном суппорте станка, и механизм базирования и вращения листовой заготовки с вертикально установленной планшайбой, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной станиной, на которой смонтирован механизм базирования и вращения листовой заготовки, выполненный в виде автономной установки, рабочий орган обрабатывающего станка установлен на одном уровне с осью вращения указанной планшайбы с возможностью горизонтального продольного и поперечного перемещений и расположения в крайнем положении на поперечном суппорте обрабатывающего станка по оси вращения планшайбы, которая размещена на расстоянии от поперечного суппорта, не превышающем 100 мм.

2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что в качестве обрабатывающего станка использован токарный станок.

3. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что автономная установка выполнена с частотно регулируемым приводом вращения планшайбы.

4. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что планшайба выполнена в виде вертикально установленной рамы с закрепленными на ней направляющими, имеющими центральное отверстие и пазы, в которых установлены средства фиксации листовой заготовки с возможностью перемещения при изменении габаритных размеров листовой заготовки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения станкостроению, преимущественно к комплексам со станками токарной группы для обработки металла резанием, предназначенным для обработки наружной сферической радиусной поверхности крупногабаритных деталей толщиной от 4 до 30 мм и диаметром от 300 до 1500 мм типа фланцев, используемых в нефтепромышленности.

Известен универсальный автоматизированный комплекс для базирования и механической обработки крупногабаритных листовых деталей, содержащий подвижные секции с рядами перемещающихся вдоль своих осей опор с вакуумными прихватами на концах и системой ЧПУ (см. патент РФ на изобретение № 2247018, МПК B23Q 7/00, публ. 2005 г.).

Недостатком данного комплекса является его сложность и дороговизна из-за наличия системы ЧПУ с применением дорогостоящих датчиков текущих параметров обработки.

Известно устройство для резания листового широкоформатного материала на заготовки, включающее каретку с установленным на ней шпинделем для крепления инструмента и электроприводом шпинделя, а также консольный стол для укладки материала и приемник отходов, причем прижим листового материала к станине выполнен в виде нескольких механизмов, включающих дисковые эксцентрики для настройки по толщине материала и прижимные кулачки (см. патент РФ на полезную модель № 21570, МПК B62D 1/00, публ. 2002 г.).

Известен станок для двусторонней обработки гибких дисков, содержащий оснащенную следящим приводом плиту с планшайбой, имеющей плоский торец для крепления заготовки, резцедержатель, а также источник вакуума, причем станок снабжен дополнительной плитой с планшайбой и резцедержателем (см. а.с. СССР № 1217583, МПК В23 В 3/08, публ. 1986 г.).

Известно устройство для одновременной обработки фасок, содержащее приспособление для установки заготовки, зажимный патрон и шарнирно закрепленный на оправке режущий блок, причем приспособление для установки заготовки выполнено в виде планшайбы с кронштейнами (см. а.с. СССР № 1057185, МПК В23 В 3/12, публ. 1983 г.).

Известен станок для обработки дисковых заготовок, на станине которого смонтированы шлифовальные инструменты для наружной и внутренней обработки, установленные с возможностью осевого перемещения, подвижный механизм центрирования заготовки по наружному диаметру и механизм зажима, выполненный в виде соосно установленных с возможностью вращения опорного кольца и планшайбы (см. патент РФ на изобретение № 2056269, МПК В24В 53/04, публ. 1996 г.).

Известно устройство для фрезерования радиусных поверхностей, содержащее горизонтально расположенную вращающуюся планшайбу, на которой установлены каретка и стол для закрепления заготовки с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости во взаимно перпендикулярных направлениях с отсчетом величины перемещения по шкалам (см. патент РФ на изобретение № 2287408, МПК В23С 3/00, публ. 2006 г.).

Известен станок для обработки сложных поверхностей (торовых и рогообразных), содержащий станину с направляющими пазами и зубчатыми гребенками, вращающуюся планшайбу с цапфами, установленную в корпусе с размещенным на ее направляющих резцедержателем с резцом и копирным пальцем (см. патент РФ на изобретение № 267382, МПК В23В 5/36, публ. 2006 г.).

Известен автономный нестационарный станочный модуль для обработки крупногабаритных изделий, содержащий две опоры коробчатой формы с верхней и нижней опорными плоскостями, установленные на верхние опорные плоскости, левую и правую стойки, направляющую со шпонкой по всей длине, установленную в разрезные отверстия стоек, опоры ходового винта, также расположенные в стойках, ходовой винт, установленный в опоры, шестерню механизма отключения подачи, которая входит в зацепление с зубчатым колесом, установленным на ходовом винте, причем в качестве привода подач используется установленный на левой стойке электродвигатель постоянного тока с устройством его управления и регулирования, оснащенный автономным источником питания (см. патент РФ на полезную модель № 35265, МПК В 23 В 5/00, публ. 2004 г.).

В целом конструкция станка отличается сложностью. Ограничением применения этого станка является его специализированность, обусловленная сложностью оснастки, особенностями размещения ее частей среди основных узлов станка.

Известно мобильное токарное устройство для обработки торцов крупногабаритных обечаек, содержащее приводной двигатель для обеспечения главного движения и автоматической поперечной подачи резца, ручной привод поперечной подачи резца, резцедержатель с ручным винтовым приводом врезания резца, трубчатый корпус с элементами крепления относительно обрабатываемой поверхности и тележку-домкрат, причем привод главного движения выполнен в виде первой и второй последовательно соединенных планетарных ступеней по схеме 2К-Н (см. патент РФ на изобретение № 2200075, МПК В23В 5/16, публ. 2003 г.).

Известно устройство для токарной обработки наружных сферических поверхностей, содержащее станину, привод для вращения обрабатываемой заготовки, узел шпинделя, поперечный суппорт с резцами и с поворотным резцедержателем и механизмом его перемещения, установленными на поперечном суппорте (см. а.с. СССР № 1094671, МПК В23В 5/40, публ. 1984 г.).

Известен токарный полуавтоматический станок для обработки наружной сферической поверхности, содержащий станину, привод для вращения обрабатываемой заготовки, узел шпинделя.с оправкой, резцы с поворотным резцедержателем в виде рычага и механизмом его перемещения, установленные на поперечном суппорте, блок управления автоматическим циклом (см. патент РФ на полезную модель № 26203, МПК В23В 5/40, публ. 2002 г.).

Станок предназначен для обработки деталей с малыми радиусными поверхностями 15-50 мм.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является комплекс для обработки радиусных поверхностей крупногабаритных листовых заготовок, содержащий обрабатывающий станок, включающий станину, узел шпинделя, рабочий орган и механизм его перемещения, установленные на поперечном суппорте станка, и механизм базирования и вращения листовой заготовки с вертикально установленной планшайбой (см. Специальные и специализированные станки. Каталог, «Станки токарной и сверлильно-расточной групп», часть 2, НИИМАШ, 1970, с.166-167 - прототип).

Недостаток известного комплекса и аналогов в том, что их нельзя использовать для обработки заготовок и деталей с большими диаметрами, например 300-1500 мм по той причине, что режущий инструмент и силовые элементы устройства не обладают достаточной жесткостью и прочностью и не могут обеспечить необходимые режимы обработки.

Технический результат изобретения комплекса для обработки наружных радиусных торцевых поверхностей крупногабаритных листовых заготовок заключается в расширении номенклатуры и стоимости изготавливаемых деталей, расширении его технологических возможностей, в простоте и удобстве изготовления крупногабаритных фланцев транспортировочно-запасовочных устройств, применяемых в нефтепромышленности.

Поставленная цель достигается тем, что комплекс для обработки радиусных поверхностей крупногабаритных листовых заготовок, содержащий обрабатывающий станок, включающий станину, узел шпинделя, рабочий орган и механизм его. перемещения, установленные на поперечном суппорте станка, и механизм базирования и вращения листовой заготовки с вертикально установленной планшайбой, снабжен дополнительной станиной, на которой смонтирован механизм базирования и вращения листовой заготовки, выполненный в виде автономной установки, рабочий орган обрабатывающего станка установлен на одном уровне с осью вращения указанной планшайбы с возможностью горизонтального продольного и поперечного перемещений, причем в крайнем положении на поперечном суппорте обрабатывающего станка рабочий орган расположен по оси вращения планшайбы, которая размещена на расстоянии от поперечного суппорта, не превышающем 100 мм.

Предпочтительно в качестве обрабатывающего станка использовать токарный станок.

Предпочтительно автономную установку выполнить с частотно-регулируемым приводом вращения планшайбы.

Целесообразно планшайбу выполнить в виде вертикально установленной рамы с закрепленными на ней направляющими, имеющими центральное отверстие и пазы, в которых установлены средства фиксации листовой заготовки с возможностью перемещения при изменении габаритных размеров листовой заготовки.

В результате проведенного поиска по источникам научно-технической и патентной информации не было обнаружено устройств подобного назначения с заявленной совокупностью существенных признаков и обеспечением такого же технического результата. Таким образом, можно предположить, что предлагаемое изобретение представляет собой техническое решение задачи, обладающее новизной, обеспечивающее промышленную применимость и имеющее изобретательский уровень.

На фиг.1 изображен комплексный станок для обработки наружных радиусных торцевых поверхностей крупногабаритных листовых заготовок. На фиг.2 показан крупногабаритный фланец, изготовленный на комплексном станке в разрезе. На фиг.3 изображена планшайба, вид с лицевой стороны, где позиции 12 (фиксатор) и 13 (прихваты) условно не показаны. Фиг.4 изображает фиксаторы и прихваты на планшайбе. Фиг.5 изображает вид А-А на фиг.3. На фиг.6 показан монтаж звездочки ведомой. На фиг.7 показан монтаж звездочки ведущей. Фиг.8 изображает фрагмент привода вращения планшайбы в автономной установке, показывающий взаимосвязь ведущей и ведомой звездочек посредством двухрядной цепи.

Комплекс для обработки радиусных поверхностей крупногабаритных листовых заготовок (фиг.1) содержит механизм базирования и вращения заготовки с вертикально установленной планшайбой 1, смонтированной на бабке 2 изделия с возможностью вращения, и обрабатывающий станок, включающий по меньшей мере станину 3, рабочий орган 4, например резец, держатель 5 рабочего органа 4 (резцедержатель) с механизмом его перемещения, установленные на поперечном суппорте 6 станка. Механизм базирования и вращения заготовки выполнен в виде автономной установки с частотно-регулируемым приводом вращения планшайбы 1, причем указанная установка смонтирована на дополнительной станине 7 так, что расстояние (S) между планшайбой 1 указанной установки и поперечным суппортом 6 обрабатывающего станка не более 100 мм (фиг.1). При большем расстоянии S (более 100 мм) не обеспечивается жесткость системы «обрабатывающий станок - автономная установка». Минимальное расстояние S не менее 50 мм для удобства базирования заготовки на планшайбе 1. В диапазоне от 50 до 100 мм выбор оптимального расстояния S между поперечным суппортом 6 обрабатывающего станка и планшайбой 1 определяется возможностями горизонтального продольного и поперечного перемещения рабочего органа 4 (резца) относительно планшайбы 1. Рабочий орган 4 (резец) станка установлен на одном уровне с осью 8 вращения планшайбы 1 в автономной установке с возможностью горизонтального продольного и поперечного перемещения относительно планшайбы 1 в зависимости от вида и габаритов заготовки и в крайнем своем положении на суппорте 6 расположен по указанной оси вращения планшайбы 1.

Дополнительная станина 7 сварена из стальных листов толщиной 25 мм и крепится к фундаменту анкерными болтами. Бабка изделия крепится к станине 7 болтами. Дополнительно механизм базирования и вращения заготовки и токарный станок забетонированы слоем бетона толщиной 100 мм.

Планшайба 1 снабжена средствами фиксации заготовки и представляет собой вертикально установленную раму 9 с закрепленными на ней направляющими 10 с пазами 11 и центральным отверстием под установку фиксатора 12 заготовки с центральным отверстием.

Рама 9 планшайбы 1 выполнена квадратной с диаметральным закреплением на ней направляющих 10. Предпочтительно иметь планшайбу 1 с габаритными размерами (L) не более 170 см.

Планшайба 1 снабжена средствами фиксации заготовки. Средства фиксации заготовки установлены в пазах 11 направляющих 10 планшайбы 1 с возможностью перемещения их при изменении габаритных размеров заготовок и представляют собой прихваты 13, выполненные с возможностью регулировки высоты прижима заготовки к планшайбе 1 с помощью регулировочных пластин 14. Каждый прихват 13 выполнен как поворотный запирающий элемент.

В качестве обрабатывающего станка может быть применен стандартный токарный станок, при этом рабочим органом 4 является резец.

Частотно-регулируемый привод (не показан) вращения планшайбы 1 обеспечивает возможность изменения направления ее вращения и может быть выполнен на основе мотор-редуктора, на выходном валу 15 которого закреплена звездочка 16 ведущая, соединенная двухрядной цепью (фиг.8) со звездочкой 17 ведомой, закрепленной на шпинделе 19 бабки 2 изделия. Монтаж звездочки ведомой (фиг.7) на шпинделе 19 осуществляется с помощью первой и второй втулок 20, 21, шпонки 22, гайки 23, подшипника 23 и винта 24 стопорного. Монтаж звездочки ведущей (фиг.6) на выходном валу 15 мотор-редуктора осуществляется с помощью смежных втулок 25, 26, первой и второй шпонок 27, 28, гайки 29 с шайбой 30. Ведущая и ведомая звездочки 16, 17 соединены двухрядной цепью 17, например, от моторной цепи автомобиля ВА3-2107. На основании бабки 2 изделия болтами с шайбами закреплена плита (не показана) для закреплен мотор-редуктора, имеющая продольные пазы, позволяющие перемещать ее перпендикулярно оси шпинделя 19 бабки 2 изделия для регулировки натяжения двухрядной цепи 17.

Комплекс позволяет изготавливать фланцы 31 (фиг.2).

Комплекс работает следующим образом. В качестве обрабатывающего станка применен стандартный токарный станок, например 1Е95. Рабочий орган 4 (резец), устанавливают в держателе 5. Заготовку 32 диаметром d₀ базируют на планшайбе 1 (фиг.3) в соответствии с технологией изготовления детали (фиг.2), используя необходимые прихваты 13 для зажима листовой заготовки по периферии, перемещаемые в соответствии с габаритами заготовки 32 по пазам 11 направляющих 10 в раме 9 планшайбы 1, фиксатор 12 для крепления заготовки 32 с центральным отверстием, регулировочные пластины 14. На фиг.4 приведен один из вариантов крепления заготовки 32. На обрабатывающем станке и автономной установке базирования и вращения заготовки 32 необходимо работать в защитных очках. Включают автономную установку в режиме вращения планшайбы 1 против часовой стрелки или по часовой стрелке с требуемым количеством оборотов планшайбы 1. Резец подводят в зону резания и приступают к изготовлению детали. Управление перемещениями резцедержателя (резца) осуществляется в соответствии с руководством по эксплуатации на стандартный станок токарный. Центр дуги обрабатываемой поверхности совпадает с осью 8 вращения планшайбы 1. При вращении планшайбы 1 происходит обработка криволинейного контура с постоянным радиусом. Замена резца, различные операции с обрабатываемой заготовкой осуществляют при выключенной установке.

Полученная деталь с обработанными радиусными поверхностями - крупногабаритный фланец толщиной Н и диаметром d₁ с внутренними диаметрами d₂, d₃ и размером h показана на фиг.2.

Применение автономной установки базирования и вращения заготовки позволяет изготавливать методом токарной обработки крупногабаритные детали из листовых заготовок:

толщина деталей (Н) от 4 до 30 мм;

диаметр деталей (d₁) от 300 до 1500 мм.

Автономная установка базирования и вращения заготовки, работая совместно с токарным станком, значительно расширяет его возможности, так как станок без указанной установки обеспечивает максимальный диаметр обрабатываемой детали 400 мм. Бабка 2 изделия выполнена с плавным фиксируемым регулированием числа оборотов шпинделя 19, что позволяет изменять режимы обработки в зависимости от толщины и материала заготовки.

В предлагаемом комплексе рабочий орган (режущий инструмент - резец), автономная установка базирования и вращения заготовки, силовые элементы устройства обеспечивают достаточную жесткость и прочность системы, обеспечивая необходимые режимы обработки. Эффективность применения предлагаемого комплекса заключается в том, что благодаря простоте, доступности, оперативности и универсальности его использования, деталь закрепляется (или снимается) в планшайбе в любой момент времени независимо от типа обрабатывающего станка.

Комплекс пригоден для обработки различных заготовок (с центральным отверстием и без центрального отверстия) по наружной радиусной поверхности и на торцах за одну установку на токарных станках, позволяя изготовлять детали фланцевого типа, используемые для транспортировочно-запасовочных устройств, применяемых в нефтепромышленности. Он прошел опытные испытания, подтвердившие технический результат.

Таким образом, комплекс имеет расширенные технологические возможности, обеспечивает простоту и оперативность изготовления деталей, что в условиях серийного производства позволяют снизить стоимость крупногабаритных деталей и сделать выводы о несомненных его преимуществах.