Устройство для обработки снизу неподвижно закрепленных деталей
Обрабатывающее устройство содержит обрабатывающую головку (10), перемещающуюся по трем осям X, Y и Z для обработки неподвижной детали, жестко закрепленной над обрабатывающей головкой (10). Обрабатывающая головка удерживается с постоянной ориентацией посредством, по меньшей мере, трех шарнирных тяг (31а, 32а, 31b, 32b). Две тяги (31а, 32а) образуют с обрабатывающей головкой и с первой Y-кареткой (33а), на которой они шарнирно закреплены, шарнирный параллелограмм, деформируемый в плоскости XZ. Другая тяга (31b) шарнирно закреплена на обрабатывающей головке (10) и на второй Y-каретке (33b). Первая Y-каретка (33а) установлена подвижно по оси Y на первой Х-каретке, подвижной по оси X, а вторая Y-каретка (33b) подвижна по оси Y на второй Х-каретке (20b), подвижной по оси Х. Комбинированное движение по оси Х Х-кареток обеспечивает перемещение обрабатывающей головки в направлении X, комбинированное движение по оси Y Y-кареток - перемещение в направлении Y и относительное движение по оси Х между Х-каретками перемещение в направлении Z. Описанное устройство может быть в составе инструментального станка, в котором обрабатываемая деталь неподвижно закреплена на потолке туннеля станка, а Х-каретки (20а) перемещаются в направляющих, закрепленных на стенах туннеля. Изобретение обладает малой массой и имеет высокую жесткость. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 7 ил.
Настоящее изобретение относится к области инструментальных станков с цифровым программным управлением для изготовления деталей, имеющих, по меньшей мере, один большой размер. Точнее говоря, оно относится к устройству для обработки, в котором обрабатываемая деталь размещается неподвижно на неподвижной плите над обрабатывающими средствами, и в котором обрабатывающие инструменты перемещаются в процессе операций обработки.
Когда обрабатываемые детали имеют большие размеры, то есть их трудно фиксировать и удерживать в точном положении, известное решение заключается в неподвижном удержании детали на также неподвижной, жесткой и твердо закрепленной плите и в перемещении инструментов перед обработкой детали с помощью портала над плитой.
Портал содержит обычно горизонтальную траверсу, удерживаемую двумя боковыми опорами.
Портал перемещается по одной из наиболее длинных осей плиты, опираясь на высокоточные направляющие, закрепленные на плите, и несет одну или несколько обрабатывающих головок, которые перемещаются вдоль горизонтальной траверсы портала.
Одна или несколько обрабатывающих головок способны также осуществлять различные движения, необходимые при обработке, движения перемещения для приближения обрабатывающего инструмента к плите и, в определенных случаях, движения вращения для наклона оси вращения обрабатывающего инструмента.
Станки такого типа широко распространены в промышленности и позволяют использовать плиты большой длины, которые могут превышать несколько десятков метров.
Во всяком случае, такой тип станков имеет многие недостатки, которые усложняют их использование и ухудшают их промышленную рентабельность.
С одной стороны, порталы из-за сложности обрабатывающих головок, которые они несут, и необходимости соблюдения точности операций обработки, должны быть как можно более жесткими. Эта жесткость делает порталы весьма объемными и очень тяжелыми, они могут достигать или превышать 20 или 30 тонн, что усложняет движения и ограничивает на практике скорости перемещения, в частности, в процессе обрабатывающей операции.
С другой стороны, порталы работают, обрабатывая детали, помещенные на верхнюю поверхность пластины, сверху, что вызывает накопление стружки обрабатываемого материала и требует использования средств для ее удаления, что может вызвать необходимость прерывания обрабатывающих операций.
Целью настоящего изобретения является комплекс, содержащий обрабатывающую головку и средства перемещения упомянутой головки весьма малой массы по сравнению с решениями, использующими портал, и высокой жесткости, предназначенные для обработки установленных сверху деталей, то есть на нижней поверхности пластины, удерживающей деталь в процессе обработки.
Для достижения этой цели устройство для обработки содержит обрабатывающую головку, подвижную, по меньшей мере, по трем осям перемещения, называемым продольной осью X, поперечной осью Y и вертикальной осью Z для обработки неподвижной детали, закрепленной над обрабатывающей головкой по оси Z. Обрабатывающая головка удерживается в постоянной ориентации с помощью соединительных средств, содержащих, по меньшей мере, три шарнирных тяги. Две тяги из трех образуют с обрабатывающей головкой и первой Y-кареткой, на которой они шарнирно закреплены, первый шарнирный параллелограмм, деформируемый в плоскости, определяемой направлениями Х и Z. По меньшей мере, одна тяга, по меньшей мере, из трех, шарнирно закреплена, с одной стороны, на обрабатывающей головке, и, с другой стороны, на второй Y-каретке таким образом, что шарнирный комплекс, образованный, по меньшей мере, одной тягой, обрабатывающей головкой и второй Y-кареткой, выполнен деформируемым в плоскости, определяемой направлениями Х и Z. Первая Y-каретка подвижна в направлении, параллельном оси Y, на первой Х-каретке, подвижной в направлении, параллельном оси X, а вторая Y-каретка подвижна в направлении, параллельном оси Y на второй Х-каретке, подвижной в направлении, параллельном оси X.
В особом варианте осуществления для увеличения жесткости устройства устройство содержит, по меньшей мере, четыре шарнирных тяги, по меньшей мере, две из которых образуют с головкой и второй Y-кареткой, на которой они шарнирно закреплены, второй шарнирный параллелограмм, деформируемый в плоскости, определяемой направлениями Х и Z, подобно первому шарнирному параллелограмму, образованному, по меньшей мере, двумя тягами, обрабатывающей головкой и первой Y-кареткой.
Для обеспечения перемещения обрабатывающей головки с желаемой амплитудой в направлениях Х и Z положение на оси Х обрабатывающей головки изменяется одновременным перемещением двух Х-кареток и в котором положение по оси Z обрабатывающей головки обеспечивается посредством относительного перемещения между двумя Х-каретками.
Для обеспечения стабильности обрабатывающей головки и необходимой жесткости параллелограммов каждая тяга содержит, по меньшей мере, два ушка на каждом из своих шарнирных концов, оси которых, по существу, параллельны направлению Y. Предпочтительно, тяги имеют трапецеидальную форму с малой базой, шарнирно закрепленной на обрабатывающей головке, и большой базой, шарнирно закрепленной на Y-каретке, при этом тяги шарнирно закреплены в конических роликовых подшипниках, установленных один напротив другого.
В предпочтительном варианте осуществления каждая Х-каретка содержит балку, которая удерживает параллельные по оси Y направляющие, по которым перемещаются Y-каретки. Для обеспечения требуемой жесткости направляющие имеют, например, закрытое, по существу, треугольное или трапецеидальное сечение, а поверхности балок, по которым перемещаются Y-каретки, являются, по существу, предпочтительно вертикальными и, предпочтительно, наклонены относительно вертикали на величину, меньшую или равную 45 градусам.
В соответствии с вариантом осуществления Y-каретки перемещаются по оси Y с помощью шариковых винтов, размещенных в верхней части балок и предназначенных для приближения центра тяжести устройства к его центру инерции и уменьшения деформаций.
Для обеспечения перемещений по оси Х Х-каретки содержат направляющие средства, которые предпочтительно закреплены на концевых пластинах, скрепленных с концами балок, и которые одновременно увеличивают торсионную жесткость. В необходимом случае жесткость связи между концевыми пластинами и балками может быть усилена с помощью, по меньшей мере, одного элемента жесткости.
Для обеспечения комбинированных перемещений Х-кареток и Y-кареток, которые определяют сложную траекторию обрабатывающей головки по осям X, Y и Z, различные движения кареток контролируются средствами цифрового управления. В зависимости от потребности обработки деталей обрабатывающая головка содержит, по меньшей мере, один приводной шпиндель обрабатывающего инструмента, ось которого может быть ориентирована в направлениях, отличных от вертикали Z.
Изобретение относится также к инструментальному станку для особенно компактного и высокопроизводительного обрабатывающего центра, который содержит описанное выше обрабатывающее устройство, размещенное в туннеле, на потолке которого закреплена обрабатываемая деталь, и в котором Х-каретки перемещаются по оси X, опираясь на направляющие средства в продольном направлении, закрепленные на боковых стенках туннеля.
В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не вляющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг.1 изображает в аксонометрии основные элементы устройства в сборе;
Фиг.2 изображает в аксонометрии вариант осуществления устройства;
Фиг.3 - вид части устройства;
Фиг.4 схематично изображает частичный вид обрабатывающего центра с использованием устройства в туннеле для обработки;
Фиг.5а схематично изображает частичный вид обрабатывающего центра с использованием устройства в туннеле для обработки и средств удаления стружки;
Фиг.5b изображает вид снизу обрабатывающего центра с использованием устройства в туннеле для обработки;
Фиг.6а изображает вид в аксонометрии обрабатывающего центра с использованием двух устройств;
Фиг.6b изображает компоновку обрабатывающего центра с использованием двух устройств и общим средством обслуживания по изобретению;
Фиг.7 изображает компоновку обрабатывающего центра с использованием четырех устройств и раздельной зоной обслуживания.
Как изображено на фиг.1, устройство содержит обрабатывающую головку 10, первую и вторую каретки 20а и 20b, перемещающиеся по оси X, по существу, горизонтальной, называемые Х-каретками, и соединительные средства 30а и 30b, удерживающие обрабатывающую головку 10 в необходимом положении относительно Х-кареток, 20а и 20b соответственно.
По меньшей мере, одно соединительное средство 30а содержит, по меньшей мере, две тяги 31а и 32а, при этом каждая тяга шарнирно соединена одним концом с обрабатывающей головкой 10, а другим концом - с первой кареткой 33а, при этом упомянутая каретка, а именно Y-каретка, подвижно соединена с первой Х-кареткой 20а с возможностью ее перемещения вдоль упомянутой Х-каретки в направлении Y, по существу, горизонтально и, по существу, перпендикулярно оси Х перемещения упомянутой каретки.
Второе соединительное средство 30b содержит, по меньшей мере, одну тягу 31b, шарнирно соединенную одним концом с обрабатывающей головкой 10, а другим концом со второй Y-кареткой 33b, при этом упомянутая Y-каретка подвижно соединена со второй Х-кареткой 20b с возможностью ее перемещения вдоль упомянутой Х-каретки в направлении Y.
Тяги 31а, 32а, 31b выполнены с жесткостью, соответствующей статическим и динамическим нагрузкам инструментального станка, снабженного таким устройством. Каждая тяга шарнирно закреплена таким образом, что обрабатывающая головка 10 либо поступательно перемещается вертикально по оси Z в позиции, связанной с упомянутой головкой, то есть в направлении, по существу, перпендикулярном плоскости, определяемой направлениями перемещения Х и Y кареток, либо удерживается неподвижной, следуя по другим осям как при поступательном перемещении, так и при вращении. Этот результат достигается, с одной стороны, путем шарнирного соединения тяг таким образом, что тяги 31а, 32а между первой Y-кареткой 33а и обрабатывающей головкой 10 образуют шарнирный параллелограмм, который служит для поддержания ориентации обрабатывающей головки, и, с другой стороны, шарнирными связями тяг 31а, 32а, 31b с обрабатывающей головкой 10 и с Y-каретками 33а, 33b, параллельными и, по существу, параллельными оси Y. B форме осуществления, изображенной на фиг.2, второе соединительное средство 30b содержит также, по меньшей мере, две тяги 31b, 32b, шарнирно соединенные с обрабатывающей головкой 10 и Y-кареткой 33b таким образом, что упомянутые две тяги, Х-каретка 33b и обрабатывающая головка образуют шарнирный параллелограмм, подобный параллелограмму, образованному тягами 31а, 32а первого соединительного средства 30а.
Предпочтительно, для обеспечения необходимой жесткости по оси Y каждая тяга имеет форму трапеции, малая база которой шарнирно сочленена с обрабатывающей головкой 10 с помощью, по меньшей мере, двух ушек, ось которых параллельна оси Y, а большая база шарнирно сочленена с соответствующей Y-кареткой также с помощью, по меньшей мере, двух ушек с осью, параллельной оси Y.
Каждая Y-каретка 33а, 33b закреплена на соответствующей Х-каретке 20а, 20b посредством направляющих 21а, 22а соответственно 21b, 22b, жестко связанных с соответствующей Х-кареткой и обеспечивающих поступательное перемещение Y-каретки в направлении Y вдоль Х-каретки без какого-либо другого относительного перемещения между Х-кареткой и Y-кареткой.
Каждая Х-каретка 20а, 20b содержит предпочтительно балку 23а, соответственно 23b, ориентированную по оси Y и оканчивающуюся двумя концевыми пластинами 24а и 25а, соответственно 24b и 25b. Балка несет направляющие 21а, 22а, соответственно 21b, 22b. Пластины 24а, 25а, 24b, 25b на концах балок 23а и 23b увеличивают торсионную жесткость балок и содержат направляющие средства 26, например, направляющие ползуны, предназначенные для взаимодействия с конструкцией, удерживающей X-каретки 20а и 20b.
Балки 23а и 23b должны выдерживать усилия обработки и иметь достаточную жесткость для исключения вибраций, несовместимых с обработкой.
Такую жесткость относительно легко получить без увеличения массы вследствие простой формы балок и отсутствия сложных подвижных структур, таких как портал. Например, как изображено на частичном виде по фиг.3, балка 23а, 23b имеет, предпочтительно, закрытое сечение, по существу, треугольной или трапецеидальной формы, которая придает ей большую жесткость на изгиб, а концевые пластины, жестко соединенные с балкой, придают ей торсионную жесткость, дополнительную к форме сечения.
Каждая Х-каретка 20а, 20b является подвижной в направлении перемещения по оси X. Не представленные средства обеспечивают контролируемое перемещение Х-кареток, например, приводные устройства для поступательного перемещения посредством шариковых винтов или зубчато-реечных приводов. Перемещение в направлении Х Х-кареток является общим движением двух Х-кареток, при котором расстояние, разделяющее обе каретки, является постоянным, либо дифференцированным перемещением, при котором расстояние между двумя Х-каретками изменяется, либо комбинацией этих двух движений.
Эти общие или относительные перемещения двух Х-кареток могут быть получены либо посредством независимого движения каждой Х-каретки и контроля положения каждой каретки относительно общей опорной точки, либо посредством абсолютного движения одной из Х-кареток и относительного движения другой Х-каретки по отношению к первой.
Каждая Y-каретка 33а, 33b является подвижной в направлении Y вдоль балки 23а, соответственно 23b, с которой она соединена. Контролируемое перемещение Y-кареток может быть обеспечено с помощью любого подходящего средства, например, винта или зубчато-реечного привода. В особой форме осуществления только одна из Y-кареток приводится в направлении Y упомянутыми средствами, а не приводимая этими средствами Y-каретка перемещается свободно в связи с торсионной жесткостью связей тяг 31а, 32а, 31b и 32b. В другой форме реализации две Y-каретки 33а и 33b приводятся синхронизированными средствами для повышения точности положения в направлении Y обрабатывающей головки 10 и уменьшения ассиметрии усилий в устройстве.
Обрабатывающая головка 10 содержит жесткую конструкцию 11, которая:
- содержит точки установки шарнирных тяг 31а и 32а, соответственно, 31b и 32b, для образования сторон 12а, соответственно 12b, параллелограмма соединительных средств,
- обеспечивает жесткую связь 13 между двумя сторонами 12а и 12b, а также между точками установки тяг 31a, 32a, 31b, 32b.
Эта жесткая конструкция 11, которая сохраняет постоянную ориентацию вследствие геометрии одного или нескольких параллелограммов, образованных тягами, которые его образуют, несет шпиндель 14 для привода во вращение обрабатывающего инструмента (не показанного на чертеже) вокруг своей оси. Этот обрабатывающий шпиндель 14 является классическим, например, электрошпинделем или гидравлическим шпинделем, который неподвижно закреплен на жесткой конструкции 11, или установлен шарнирно по одной или нескольким осям, если ось инструмента должна быть ориентирована по необходимости обработки. Фиг.1 изображает пример, когда шпиндель 14 шарнирно вращается в жесткой конструкции 11 по оси 15, параллельной оси перемещения по Х направлению.
Устройство позволяет также поступательно перемещать обрабатывающую головку 10 по трем основным осям.
Перемещение по оси Х Х-кареток 20а и 20b позволяет перемещать обрабатывающую головку 10 по оси X, когда Х-каретки перемещаются одновременно с постоянным расстоянием между Х-каретками.
Перемещение обрабатывающей головки 10 по оси Z, перпендикулярной плоскости, определяемой осями перемещения по направлениям Х и Y, обеспечивается изменением расстояния между двумя Х-каретками 20а и 20b.
Комбинированное перемещение Х-кареток 20а и 20b с помощью соответствующих средств цифрового управления инструментальным станком позволяет легко получить все траектории в плоскости, определяемой осями Х и Z, для инструмента, закрепленного на обрабатывающей головке, в границах, определяемых размерами и геометрией используемых средств.
Одновременное движение Y-кареток 33а и 33b позволяет перемещать обрабатывающую головку в направлении Y в границах, заданных длиной балок 23а и 23b.
Совокупность этих движений поступательного перемещения обеспечивается средствами, которые обладают большой жесткостью без того, чтобы подвижные элементы имели значительные массы, как в случае порталов.
Действительно, как изображено на фиг.4, Х-каретки 20а и 20b опираются при перемещениях на неподвижные направляющие средства 44. Упомянутые неподвижные направляющие средства размещены на структурах 41, 42, неподвижных относительно пола, при этом упомянутые структуры могут быть усилены при необходимости без увеличения массы подвижного комплекса, которое имело бы негативные воздействия на динамические рабочие характеристики устройства.
Устройство по изобретению позволяет получить, когда устройство не находится в стадии обработки, скорости перемещения, превышающие в десять-двадцать раз скорость портала при эквивалентной мощности обработки и очень высокой жесткости в процессе обрабатывающих операций. Эта скорость перемещения вне периода обработки является весьма важной, так как многочисленные операции, например, смена инструмента или контроль детали в процессе обработки, требуют перемещения обрабатывающей головки, приводя к потерям рабочего времени, доходящим до 50% машинного времени на обычных станках.
Первые исследования показывают, что устройство по изобретению при эквивалентной производственной мощности без труда обеспечивает в динамике лучшую жесткость, чем жесткость, обычно получаемую в статике с использованием портала.
Движения обрабатывающей головки и ось обрабатывающего инструмента предназначены для обработки детали, размещенной над X-каретками 20а и 20b и обрабатывающей головкой 10. Упомянутая обрабатываемая деталь закреплена, например, на потолке 43 обрабатывающего туннеля 40, длина которого теоретически не ограничена и которая, предпочтительно, подобрана в зависимости от наибольшей длины обрабатываемых деталей с учетом объемов, необходимых для размещения различных элементов устройства, которые размещаются вне зоны доступа обрабатывающей головки.
Предпочтительно, обрабатывающий туннель 40 имеет размер, достаточный для приема наибольшей обрабатываемой детали 104, обрабатывающего устройства и его перемещений как в процессе обработки, так и в процессе операций обслуживания.
Более того, для более легкого технического обслуживания обрабатывающего туннеля, обрабатывающее устройство предпочтительно размещать вне его рабочей зоны, например, на одном из краев 123 туннеля.
Туннель 40, будучи неподвижным, в отличие от портала, не ограничивает ускорений движений обрабатывающей головки. Используемые материалы могут быть, таким образом, высокой плотности, вибростойкости и необходимой толщины для обеспечения желаемой жесткости.
Когда туннель 40 вступает в действие, предпочтительно, пластина 26 Х-каретки 20а и 20b опираются на неподвижные направляющие средства 44, жестко закрепленные на боковых стенках 41, 42, по существу, вертикально в туннеле 40.
Значительное преимущество обработки снизу, хотя и требует специальных средств для удержания детали, заключается в естественном удалении стружки обрабатываемого материала, которая падает вниз вследствие силы тяжести. Таким образом, нет необходимости прибегать к использованию масла при резке для удаления стружки, и можно осуществить сухую обработку без риска повреждения детали очень горячей стружкой в процессе обработки.
Предпочтительно, как изображено на фиг.5а, обрабатывающий туннель 40 снабжен средством 105 для сбора стружки, размещенным, предпочтительно, на одном конце 123 туннеля 40. В примере осуществления сбор стружки обеспечивается с помощью конвейерного средства 151, например, ленточного конвейера, размещенного под обрабатывающей головкой, который переносит упомянутую стружку к упомянутому устройству для сбора.
Предпочтительно, для облегчения оператору замены инструмента туннель 40 снабжен магазином режущих инструментов 106.
Предпочтительно, для обеспечения управления инструментами и автоматической замены инструмента без оператора магазин 106 снабжен устройством автоматической замены инструмента.
Предпочтительно, магазин 106 и устройство замены инструмента размещены на конце туннеля, при этом магазин 106 закреплен на верхней части потолка 103 туннеля 40, называемой крышей 212, а устройство замены инструмента размещено под магазином 106 внутри туннеля 40. Упомянутый магазин имеет такие размеры, чтобы содержать необходимое количество инструментов для изготовления детали 104 без необходимости участия оператора в ходе процесса обработки.
Предпочтительно, в связи с тем, что он имеет закрытую конструкцию, обрабатывающий туннель 40 позволяет использовать смазку при высоком давлении, например, при давлении, превышающем 15 бар, что невозможно осуществить в открытых машинах в цехе. Смазка естественным образом стекает с детали 104 в процессе обработки благодаря силе тяжести и облегчает одновременно отвод стружки на землю. Более того, такая конструкция позволяет практически исключить загрязнение атмосферы цеха маслом, используемым при резке.
В примере осуществления, как изображено на фиг.5b, для установки и крепления предназначенной для обработки детали 104 на потолке 43 туннеля 40 упомянутая деталь размещается на потолке 43 с помощью второй каретки (не представленной на чертеже), при этом устройство для обработки с обрабатывающей головкой расположено у конца 23 туннеля. Затем оператор крепит упомянутую деталь к потолку 43.
В другом примере осуществления потолок 43 туннеля 40 содержит отверстие 125 для размещения пластины 126, на которой с помощью соответствующих средств удерживается предназначенная для обработки деталь 104. Упомянутая плита поднимается над крышей 212 с помощью подъемного средства такого, как мостовой кран (не представленный на чертеже), затем размещается на суппорте, обеспечивающем переворот упомянутой плиты для обработки детали. Упомянутое подъемное средство позволяет затем вновь разместить упомянутую плиту с опорой в отверстии 125. Предпочтительно, предусмотрены средства, например, скобы для крепления упомянутой плиты 126 на потолке 43 туннеля для исключения любого движения плиты 126 и, соответственно, детали 104 в процессе обработки.
В другом примере осуществления операции подготовки деталей в подготовительное время могут быть осуществлены с использованием переворачивающейся плиты 126. Эта переворачивающаяся плита позволяет не увеличивать занимаемую станком площадь при подготовке деталей. Таким образом, возможно одновременно обрабатывать деталь 104 на поверхности 261 плиты 126 и подготавливать другую деталь 41 на второй поверхности 262, противолежащей первой поверхности 261. Предусмотрены средства для переворота плиты.
В особой форме этого примера осуществления упомянутая поворотная плита переворачивается вокруг своей продольной оси.
Упомянутая плита имеет необходимые размеры для того, чтобы выдержать все усилия обработки. Предпочтительно, она является достаточно жесткой для того, чтобы размещение деталей 141 для подготовки обработки не мешало происходящим внутри туннеля операциям обработки, например, вследствие вибраций в процессе закрепления деталей 141.
В первом варианте осуществления туннеля 40 для облегчения операций загрузки и разгрузки деталей 141 на плите 126 крыша 212 туннеля 40 размещена, по существу, на уровне пола цеха либо слегка выше. Устройство 105 для сбора стружки предпочтительно размещено на уровне пола. Такая форма осуществления позволяет обеспечить вентиляцию цеха при значительном уменьшении загрязнения атмосферы и шума в цехе.
Во втором варианте осуществления туннеля 40 упомянутый туннель 40 расположен на уровне пола цеха, а дополнительный пол, размещенный, по существу, на уровне крыши 212 туннеля, позволяет легко осуществить операции подготовки детали 141 во время, отведенное для подготовки, на поверхности 262 плиты, размещенной сверху туннеля 40. Устройство 105 для сбора стружки размещено, предпочтительно, на одном из концов 123 туннеля 40. В этом случае, предпочтительно, предусмотреть отверстие на одном из концов туннеля для получения легкого доступа в туннель 40 при операциях технического обслуживания и уборки.
Для одновременной обработки нескольких деталей можно расширить туннель 40 и установить две обрабатывающих головки на одном и том же обрабатывающем устройстве. Однако, как в случае станков с классическим порталом, всегда существуют многочисленные трудности, такие, например, как сдваивание обрабатывающих головок (по существу, идентичная регулировка инструментов по высоте, выбор одного класса инструментов) или прекращение работы всех обрабатывающих головок для технического обслуживания одной единственной обрабатывающей головки. Учитывая относительную простоту и уменьшенную массу обрабатывающего устройства, предпочтительнее использовать два независимых обрабатывающих устройства, каждое из которых содержит одну независимую обрабатывающую головку, чем обрабатывающее устройство, содержащее две обрабатывающих головки. Более того, оказывается, что такая компоновка с двумя независимыми обрабатывающими устройствами, по существу, занимает не больше места в цехе, чем обрабатывающее устройство, содержащее две обрабатывающие головки.
При практической разработке такого станка особенно важным является рассмотрение проблем жесткости, которые влияют на качество выполняемой обработки. Таким образом, различные детали, в особенности балки и тяги, от которых зависит жесткость и вибрационное поведение устройства, содержит многочисленные жесткие связи в зависимости от условий обработки, усилий при обработке, которые могут возникнуть при обработке частот вибрации.
Шарнирные связи тяг 31а, 32а, 31b, 32b содержат, предпочтительно, ушки, предпочтительно, сдвоенные, разнесенные по ширине и включающие пары конических роликовых подшипников, установленных встречно для получения хорошей жесткости связей.
Жесткость связи между балкой 23а, 23b и боковой пластиной 25а, соответственно 25b, в необходимом случае усиливается элементом жесткости 27а, соответственно 27b.
Поверхности балок 23а и 23b, которые служат опорой для Y-кареток 33а и 33b соответственно, предпочтительно, близки к вертикали и, предпочтительно, наклонены на угол, меньший сорока пяти градусов относительно плоскости, определяемой направлениями Y и Z, что позволяет получить наилучшую жесткость комплекса и наилучшую передачу усилий, которые обеспечивают перемещение в направлении Z обрабатывающей головки (10).
Средства привода поступательного перемещения Y-кареток 33а и 33b, например, шариковые винты, предпочтительно размещены над Y-каретками в верхней части балки 23а, 23b. Такое расположение позволяет поднять центр тяжести устройства и приблизить упомянутый центр тяжести к центру инерции. Общая жесткость улучшается, и уменьшаются деформации в области обрабатывающего инструмента.
В варианте осуществления обрабатывающий центр 111 с двумя обрабатывающими головками 10 содержат:
- две обрабатывающих плиты 126,
- погрузочно-разгрузочное устройство 107,
- участок 108 для складирования деталей.
Погрузочно-разгрузочное устройство 107 размещено таким образом, чтобы обеспечить этому погрузочно-разгрузочному устройству перемещение деталей 141, предназначенных для обработки на двух обрабатывающих плитах 126.
Участок 108 для складирования деталей, предпочтительно, размещен на одном из концов плит для раздельного обслуживания двух упомянутых плит.
В примере осуществления, изображенном на фиг.6а, 6b, два туннеля 40, каждый из которых содержит плиту 126 и обрабатывающее устройство с одной обрабатывающей головкой 10, выполнены с параллельными осями и их концы размещены в одинаковых вертикальных плоскостях и смыкаются в области боковых стенок 41, 42. Такая компоновка, называемая двухтуннельной, позволяет осуществить одновременную и независимую обработку двух деталей на минимально занимаемой площади поверхности цеха.
В особой форме осуществления смыкающиеся стенки 41, 42 образованы только одной стенкой. Такая двухтуннельная конфигурация с единственной стенкой между двумя туннелями, содержащей, предпочтительно, элемент жесткости, позволяет уменьшить толщину и используемый материал при сохранении необходимой жесткости.
В другом варианте осуществления единственный туннель 40 с удвоенной длиной содержит две плиты 126 в продолжение одна другой и два обрабатывающих устройства с одной обрабатывающей головкой. Два обрабатывающих устройства могут перемещаться по всей длине туннеля 40 и могут быть, таким образом, использованы независимо для обработки на одной или другой плите 126. Таким образом, с такой конфигурацией с единственным туннелем зона обслуживания (не представленная на чертеже), предпочтительно, размещена в центре туннеля и может быть общей для двух обрабатывающих устройств для их обслуживания. Предпочтительно, стружка из каждого обрабатывающего туннеля 40 поступает к общему устройству 105 для сбора стружки.
В другом варианте осуществления, изображенном на фиг.7, обрабатывающий центр 112 с четырьмя обрабатывающими головками содержит:
- четыре плиты 126,
- зону 109 обслуживания,
- два погрузочно-разгрузочных средства 107,
- два участка 108 для складирования деталей.
В этом варианте осуществления четыре плиты размещены параллельно по две.
Зона 109 обслуживания размещена таким образом, чтобы разделить средства управления и привода, и находится между линейно размещенными столами. В случае, когда потолки обрабатывающих туннелей размещены, по существу, на уровне пола цеха, упомянутая зона обслуживания используется также для ремонта и необходимого ухода за четырьмя обрабатывающими устройствами.
Каждое погрузочно-разгрузочное средство 107 расположено таким образом, чтобы обеспечить каждому погрузочно-разгрузочному средству выполнение комплекса перемещений деталей 141, предназначенных для двух обрабатывающих плит 126.
Каждый участок 108 для хранения деталей разделен между двумя упомянутыми плитами и размещен, предпочтительно, на концах плит 126 противоположно зоне обслуживания 109.
Такая компоновка обрабатывающего центра 112 с четырьмя обрабатывающими головкам позволяет одновременно обрабатывать четыре детали 104 без ограничений, связанных со сдваиванием, и на поверхности пола, по существу, идентичной, а именно, меньшей, чем инструментальные станки с порталом с четырьмя классическими головками.
В примере осуществления две двухтуннельных конфигурации, как описано выше, размещены параллельно. Каждая двухтуннельная конфигурация содержит одну двойную смыкающуюся стенку или одну общую разделительную стенку.
В другом примере осуществления два параллельных и независимых туннеля 40, длина которых удвоена, содержащих каждый две плиты 126 в продолжение друг друга и два обрабатывающих устройства с одной обрабатывающей головкой, смыкаются в области их боковой стенки 41, 42 или разделены одной общей разделительной стенкой. Два обрабатывающих устройства могут размещаться по всей длине туннеля 40 и могут, таким образом, использоваться независимо для обработки на той или другой плите 126.
Предпочтительно, для исключения внутри туннеля возможных инцидентов и обеспечения безопасности внутри туннеля 40 установлены, по меньшей мере, одна камера видеонаблюдения и, по меньшей мере, один блок срочного аварийного отключения с контрольным экраном, связанным с камерой и расположенным, например, вблизи пункта управления обрабатывающим центром или соответствующей обрабатывающей головки.
Изобретение позволяет, таким образом, изготовить более быстродействующий и более производительный обрабатывающий станок с цифровым управлением, по сравнению с классическими обрабатывающими станками с порталом для обработки деталей, размещенных на неподвижных плитах.
1. Обрабатывающее устройство, содержащее, по меньшей мере, одну обрабатывающую головку (10), подвижную, по меньшей мере, по трем осям поступательного перемещения, называемым продольной осью X, поперечной осью Y и вертикальной осью Z, для обработки неподвижно закрепленной детали, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью обработка детали, закрепленной над обрабатывающей головкой (10) по оси Z, обрабатывающая головка удерживается с постоянной ориентацией с помощью соединительных средств (30а, 30b), содержащих, по меньшей мере, три шарнирных тяги (31а, 32а, 31b), две тяги (31а, 32а), по меньшей мере, из трех, образуют с обрабатывающей головкой и с первой Y-кареткой (33а), на которой они шарнирно закреплены, первый деформируемый шарнирный параллелограмм в плоскости, определяемой направлениями Х и Z, по меньшей мере, другая тяга (31b), по меньшей мере, из трех, шарнирно закреплена, с одной стороны, на обрабатывающей головке (10) и, с другой стороны, на второй Y-каретке (33b) таким образом, что шарнирный комплекс, образованный, по меньшей мере, одной тягой (31b), обрабатывающей головкой (10) и второй Y-кареткой (33b), является деформируемым в плоскости, определяемой направлениями Х и Z, первая Y-каретка (33а) является подвижной в направлении, параллельном оси Y, на первой Х-каретке (20а), подвижной в направлении, параллельном оси X, а вторая Y-каретка (33b) является подвижной в направлении, параллельном оси Y, на второй X-каретке (20b), подвижной в направлении оси X.
2. Устройство по п.1, содержащее, по меньшей мере, четыре шарнирных тяги (31а, 31b, 32а, 32b), в котором, по меньшей мере, две тяги (32а, 32b) образует с головкой (10) и второй Y-кареткой (33b), на которой они шарнирно закреплены, второй шарнирный параллелограмм, деформируемый в плоскости, определяемой направлениями Х и Z.
3. Устройство по п.1 или 2, в котором положение обрабатывающей головки (10) по оси Х изменяется путем одновременного перемещения двух Х-кареток (20а, 20b), и в котором положение обрабатывающей головки (10) по оси Z изменяется путем относительного перемещения между двумя Х-каретками (20а, 20b).
4. Устройство по п.1, в котором каждая тяга (31а, 32а, 31b, 32b) содержит, по меньшей мере, два ушка на каждом из шарнирных концов, оси которых, по существу, параллельны направлению Y.
5. Устройство по п.3, в котором каждая тяга (31а, 32а, 31b, 32b) содержит, по меньшей мере, два ушка на каждом из шарнирных концов, оси которых, по существу, параллельны направлению Y.
6. Устройство по п.1, в котором тяги выполнены трапецеидальной формы, при этом малая база шарнирно закреплена на обрабатывающей головке (10), а большая база шарнирно закреплена на Y-каретке (33а, 33b).
7. Устройство по п.3, в котором тяги выполнены трапецеидальной формы, при этом малая база шарнирно закреплена на обрабатывающей головке (10), а большая база шарнирно закреплена на Y-каретке (33а, 33b).
8. Устройство по п.1, в котором каждая Х-каретка (20а, 20b) содержит балку (23а, 23b), несущую направляющие (21а, 22а, 21b, 22b), параллельные оси Y, по которым перемещаются Y-каретки (33а, 33b).
9. Устройство по п.3, в котором каждая Х-каретка (20а, 20b) содержит балку (23а, 23b), несущую направляющие (21а, 22а, 21b, 22b), параллельные оси Y, по которым перемещаются Y-каретки (33а, 33b).
10. Устройство по п.8, в котором балки (23а, 23b) имеют закрытое, по существу, треугольное или трапецеидальное сечение.
11. Устройство по п.8, в котором поверхности балок (23а, 23b), по которым перемещаются Y-каретки (33а, 33b), наклонены относительно вертикали на величину, меньшую или равную 45°.
12. Устройство по п.10, в котором поверхности балок (23а, 23b), по которым перемещаются Y-каретки (33а, 33b), наклонены относительно вертикали на величину, меньшую или равную 45°.
13. Устройство по п.1, в котором Х-каретки (20а, 20b) содержат направляющие средства (26) для перемещений по оси X.
14. Устройство по п.3, в котором Х-каретки (20а, 20b) содержат направляющие средства (26) для перемещений по оси X.
15. Устройство по п.1, в котором обрабатывающая головка (10) содержит, по меньшей мере, один приводной шпиндель (14) обрабатывающего инструмента, ось которого может быть ориентирована в направлениях, отличных от вертикали Z.
16. Устройство по п.3, в котором обрабатывающая головка (10) содержит, по меньшей мере, один приводной шпиндель (14) обрабатывающего инструмента, ось которого может быть ориентирована в направлениях, отличных от вертикали Z.
17. Инструментальный станок для обработки деталей, зафиксированных в процессе операций обработки, содержащий обрабатывающее устройство по одному из предыдущих пунктов, которое размещено в туннеле (40) станка, на потолке (43) которого неподвижно закреплена деталь, предназначенная для обработки, и Х-каретки (20а, 20b) которого перемещаются по оси X, опираясь на направляющие средства (44) в направлении X, неподвижно закрепленные на боковых стенках (41, 42) туннеля (40).
18. Инструментальный станок по п.17, в котором длина туннеля (40) превышает длину наибольшей обрабатываемой детали (104) для того, чтобы обеспечить смещение упомянутого обрабатывающего устройства за зону обработки.
19. Инструментальный станок по п.17, в котором использованы средства (151) для перемещения стружки, появляющейся при обработке детали (104), к одному из концов (123) туннеля к устройству для сбора стружки (105).
20. Инструментальный станок по п.18, в котором использованы средства (151) для перемещения стружки, появляющейся при обработке детали (104), к одному из концов (123) туннеля к устройству для сбора стружки (105).
21. Инструментальный станок по одному из пп.17-20, в котором потолок (43) туннеля (40) содержит отверстие (125) для размещения плиты (126), на которой удерживается деталь (104), предназначенная для обработки.
22. Инструментальный станок по п.21, в котором плита (126) выполнена с возможностью переворота и поворачивается вокруг горизонтальной оси.
