CZ307493B6 - Polohovatelný otočný stůl - Google Patents

Abstract

Polohovatelný otočný stůl (1), zvláště stůl obráběcího stroje, obsahující nosný talíř (11) k upevnění polotovarů k jejich postupnému krokovému opracování, který obsahuje hnací ústrojí (3) uspořádané pod úrovní nosného talíře (11). Hnací ústrojí (3) obsahuje hnací servomotor (32) s výstupním hřídelem (33) opatřeným ozubenou řemenicí (34) a vačku (30), jejíž hnaný hřídel (37) rovnoběžný s výstupním hřídelem servomotoru (32) je opatřen ozubenou řemenicí (38). Ozubené řemenice (34, 38) jsou spojeny ozubeným bezvůlovým řemenem. V blízkosti obvodu nosného talíře (11) je uspořádáno množství otočných rotačních těles (13) vystupujících otočnou rotační částí směrem dolů z nosného talíře (11), přičemž jejich osy otáčení leží na kružnici, jejíž osou je osa (10) otáčení nosného talíře (11). Otočná rotační tělesa (13) jsou uspořádána ve dvojicích (12) a vačka (30) je axiální vačkou tvořenou výstupkem (35) spojité šroubovice (31) mající délku alespoň dvou stoupání závitu. Průřez výstupku (35) má tvar rovnoběžníku, jehož boční stěny jsou alespoň svojí částí ve styku s povrchy alespoň jedné dvojice otočných rotačních těles (13). Příčný průřez výstupku (35) má v celé délce šroubovice (31) definovaně proměnný tvar a boky šroubovice (31) jsou konstrukčně ve stálém styku s povrchy alespoň jedné dvojice (12) otočných rotačních těles (13).

Description

Polohovatelný otočný stůl, zvláště stůl obráběcího stroje obsahující nosný talíř k upevnění polotovarů kjejich postupnému krokovému opracování, který obsahuje hnací ústrojí uspořádané pod úrovní nosného talíře, přičemž hnací ústrojí obsahuje hnací servomotor s výstupním hřídelem opatřeným ozubenou řemenicí a vačku, jejíž hnaný hřídel rovnoběžný s výstupním hřídelem servomotoru je opatřen ozubenou řemenicí, přičemž ozubené řemenice jsou spojeny ozubeným bezvůlovým řemenem, přičemž v blízkosti obvodu nosného talíře je uspořádáno množství otočných rotačních těles vystupujících otočnou rotační částí směrem dolů z nosného talíře, přičemž jejich osy otáčení leží na kružnici, jejíž osou je osa otáčení nosného talíře.

Dosavadní stav techniky

Při výrobě strojních součástí jsou často využívány otočné stoly různé velikosti, jejichž nosnou plochou je povrch kruhového talíře. Otočný stůl slouží jako upínač nástrojů, nebo naopak jako upínač obrobků při sériové výrobě především třískově obráběných strojních součástí.

Při automatizované výměně nástrojů je nástroj odebírán z takového karuselového zásobníku například robotickou rukou, která jej přemístí do upínače obráběcího stroje. Při automatizovaném obrábění jsou v upínačích uspořádaných v blízkosti obvodu otočného stolu upevněny obrobky. Jejich technologický výrobní postup na obráběcím centru má řadu postupně prováděných operací obráběcími jednotkami, které jsou pevně uspořádány kolem obvodu ve stejných vzájemných rozestupech. Mezi dvěma sousedními obráběcími jednotkami vždy dojde po vykonání operace k určenému krokovému pootočení otočného stolu. Je zřejmé, že taková činnost vyžaduje nejen přesně stejné vzájemné rozestupy upínačů obrobku na otočném stole, ale i přesně stejná pootočení otočného stolu mezi jednotlivými obráběcími operacemi. Dosažení minimální tolerance dráhy jednotlivých pootočení otočného stoluje pro přesnost výroby zde velmi důležitá.

Otočný stůl s krokovým pohonem podle DE 29514343 (Dl) je poháněn elektromotorem spojeným několika klínovými řemeny s hřídelem šneku šnekové převodovky, jejíž šnekové kolo je upevněno na hřídeli opatřeném spirálovou drážkou obdélníkového průřezu. Talíř otočného stoluje v blízkosti obvodu opatřen osmi zahloubeními, ve kterých jsou upevněny dolů směřující čepy, jejichž průměr odpovídá šířce spirálové drážky s nutnou vůlí k zabránění přidírání čepů v drážce. Před ukončením kontaktu jednoho čepu se spirálovou drážkou vstoupí do kontaktu s drážkou následující čep, krok pootočení otočného stoluje ukončen a otočný stůl stojí, přičemž probíhají operace na jednotlivých obrobcích upnutých na horní ploše talíře otočného stolu. Je zřejmé, že převod klínovými řemeny nedává vzhledem k jejich možnému prokluzu předpoklad stejných drah pootočení stolu, navíc vzhledem ke střídavým kontaktům obvodu čepu s jedním a druhým bokem drážky dochází ke smykovému tření a tím k opotřebení a zahřívání třecích ploch.

Pohon otočného stolu obsahující ozubený řemen s ozubenými řemenicemi, na nějž navazuje několik párů vzájemně zabírajících ozubených kol, je zveřejněn v dokumentu DE 102005038663 (AI). Z hlediska požadovaných přesností krokových pootočení je vhodnější díky řemenu a řemenicím s tvarovým stykem. Navíc zařízení obsahuje elektronické řídicí prostředky, které přesnost krokových pootočení dále zvyšují. Několika dalšími za sebou zařazenými převodovými dvojicemi se ovšem hnací ústrojí komplikuje. Vlastní pohon talíře podobně jako u předchozího řešení vyžaduje rovněž potřebnou vůli mezi boky spirálové drážky a obvodem čepu.

Dokonalejší je z hlediska přesnosti kroků pootáčení otočného stolu zařízení podle DE 10304462 (B4). Nad vnějším pevným statorem otočného stolu je otočně uspořádán talíř otočného stolu. Na vnitřním povrchu vnějšího statoru je uspořádána řada elektromagnetů připojených ke zdroji elektrické energie. Na vnějším povrchu rotoru je uspořádána řada permanentních magnetů. Pohon otočného stolu je tak proveden elektromotorem, jehož stator a rotor jsou bezprostředně základními částmi otočného stolu. Krokový pohyb je snímán měřicí hlavou upevněnu na vnitřní straně statoru. Vzhledem k vysokému proudovému zatížení musí být tento systém doplněn účinným chlazením realizovaným dvojicí ventilátorů chladicích permanentní magnety i elektromagnety. Tím se ovšem zařízení komplikuje.

Zařízení podle DE 202005012908 (U1) uvádí pohon elektromotorem, který tvoří podobně jako u předchozího řešení bezprostředně základní části otočného stolu. Zde je ovšem tepelné zatížení tak vysoké, že zařízení vyžaduje kapalinové chlazení, kteiým je ovšem podstatně komplikované. Chladicím prostředkem jsou chladicí trubice, jejichž jeden konec je tepelně vodivým spojem vložen do radiální dutiny vnitřního statoru a druhý konec je tepelně vodivým spojem vložen do radiální dutiny připojené k stacionárnímu stolu. Talíř otočného stoluje pevně spojen s horní částí vnitřního rotoru.

Pohon otočného stolu podle CN 203171578 (U) obsahuje hlavní hnací elektromotor upevněný v dolní části rámu stroje, otáčivý pohyb se přenáší relativně dlouhým rozvodovým řemenem na vstupní hřídel vačkového mechanizmu řídicího krokového pootáčení otočného stolu. Na otočném stole jsou v blízkosti okraje jeho talíře uspořádány čtyři rotační upínače, které jsou poháněny sekundárními motory. Blíže nepopsaný řemenový pohon mezi hlavním elektromotorem a vačkovým mechanizmem neumožňuje bez dalších prostředků dosáhnout přesně stejných délek kroků otočného stolu.

Cílem vynálezu je odstranit nebo alespoň zmírnit nedostatky zařízení podle dosavadního stavu techniky, především dosáhnout velmi přesné délky kroků pootáčení talíře otočného stolu a přitom se vyhnout nutnosti použití aktivního chladicího zařízení.

Podstata vynálezu

Cíle vynálezu je dosaženo polohovatelným otočným stolem, jehož nosný talíř k upevnění polotovarů k jejich postupnému krokovému opracování je v blízkosti obvodu opatřen množstvím otočných rotačních těles vystupujících otočnou rotační částí směrem dolů z nosného talíře, přičemž jejich osy otáčení leží na kružnici, jejíž osou je osa otáčení nosného talíře, jehož podstatou je to, že otočná rotační tělesa jsou uspořádána ve dvojicích a vačka je axiální vačkou tvořenou výstupkem spojité šroubovíce, která má délku alespoň dvou stoupání závitu, přičemž průřez výstupku má tvar rovnoběžníku, jehož boční stěny jsou alespoň svojí částí ve styku s povrchy alespoň jedné dvojice otočných rotačních těles, přičemž příčný průřez výstupku má v celé délce šroubovíce definovaně proměnný tvar, přičemž boky šroubovíce jsou konstrukčně ve stálém styku s povrchy alespoň jedné dvojice otočných rotačních těles.

V základním provedení mají otočná rotační tělesa válcový povrch. Vzhledem ke tvaru boků šroubovíce je z hlediska minimalizace vůle mezi povrchem vačky a boky otočných valivých těles výhodné, když mají otočná rotační tělesa soudkovitý povrch.

Vzájemná konstrukční vůle mezi obvodovými povrchy otočných rotačních těles jedné dvojice a boky výstupku šroubovíce odpovídá přesnému hybnému uložení. Toto hybné uložení odpovídá stupni přesnosti IT5 až IT6.

Zásadní výhoda řešení podle vynálezu spočívá vtom, že při kontaktech obvodových ploch otočných rotačních těles s boky šroubovíce se vzájemně se dotýkající povrchy pohybují ve stejném směru.

Objasnění výkresů

Řešení podle vynálezu je schematicky znázorněno na výkrese, kde je na obr. 1 šikmý pohled shora na talíř otočného stolu s hnacím ústrojím a na obr. 2 je půdorysný schematický pohled na vačku hnacího ústrojí a otočná rotační tělesa.

Příklady uskutečnění vynálezu

Otočný stůl zařízení podle vynálezu slouží k upnutí řady obrobků, které mají být obráběny postupně v technologických krocích na několika pracovních místech obráběcího centra. Kromě vlastních pracovních míst je před nimi zakládací místo k založení polotovaru a za pracovními místy odebírací místo k odebrání opracovaného výrobku. Jednotlivá pootočení otočného stolu jsou vzájemně stejná, stejné jsou i doby stání otočného stolu, které jsou k dispozici pro vykonání obráběcích a manipulačních operací.

Příkladné provedení zařízení podle vynálezu je schematicky znázorněno prostřednictvím jeho základních části na obr. 1. Otočný stůl i má svislou osu 10 otáčení, přičemž horní plocha jeho nosného talíře H je opatřena neznázoměnými prostředky k upnutí obrobků, které jsou uspořádány ve vzájemně stejných úhlových rozestupech. Talíř _H je vzhledem k stabilnímu rámu 2 uložen známým způsobem v neznázoměném axiálně-radiálním ložisku.

V blízkosti obvodu nosného talíře H je na kružnici soustředné se svislou osou otočného stolu i uloženo množství, ve znázorněném provedení šestnáct dvojic 12 otočných valivých těles 13 uložených blíže neznázorněným způsobem na pevných čepech vetknutých do nosného talíře H a vystupujících směrem dolů z dolní plochy nosného talíře U· Středy dvojic 12 jsou rovnoměrně rozmístěny ve vzájemně velmi přesně stejných rozestupech a. V příkladném provedení a = 195,09 mm, což odpovídá středovému úhlu nosného talíře H a = 22,5°. Roztečná vzájemná vzdálenost b os otočných valivých těles 13. je 50 mm a průměr vnějšího povrchu otočného valivého tělesa 13 vystupujícího směrem dolů z dolní plochy nosného talíře H je 30 mm, přičemž jsou tyto rozměry u všech dvojic 12 s velkou přesností stejné. V přednostním provedení je obvodová plocha otočných valivých těles 13 plochou válcovou.

V prostoru pod nosným talířem H je uspořádáno hnací ústrojí 3 otočného stolu 1 upevněné na stabilním rámu 2, které obsahuje axiální vačku 30 tvořenou šroubovicí 31. Pohonem hnacího ústrojí 3 je v servomotoru 32, jehož výstupní hřídel 33 je pevně spojen s ozubenou řemenicí 34. Axiální vačka 30 je situována nad servomotorem 32. Podélná osa axiální vačky 30 je v půdorysu v podstatě tečnou k roztečné kružnici os otočných valivých těles 13, přičemž je rovnoběžná s osou výstupního hřídele 33 servomotoru 32.

Axiální vačka 30 má přibližně dva závity. Vzhledem ke stejným vzdálenostem b os otočných valivých těles 13 a ke stoupání šroubovice axiální vačky 30 je průřez výstupku 35, resp. vzájemná vzdálenost jeho boků po délce šroubovice proměnná. Vzájemná vzdálenost boků výstupku 35, tedy jeho šířka d, je o minimální konstrukční vůli menší, než je rozdíl vzájemné osové vzdálenosti b otočných valivých těles 13 jedné dvojice 12 a vnějšího průměru otočného valivého tělesa 13. V příkladném provedení se tato vůle mezi boky otočných valivých těles 13 a boky výstupku 35 pohybuje v rozmezí 0 až 0,01 mm. V příkladném provedení to při šířce výstupku 35 šroubovice d = 16 až 20 mm odpovídá přesnému hybnému uložení o stupni přesnosti podle tolerancí ISA na úrovni IT5 až IT6.

Vzhledem k proměnnému příčnému průřezu šroubovice axiální vačky 30 je v dalším výhodném příkladném provedení obvodová plocha otočných valivých těles J_3 plochou soudkovitou.

Stoupání e šroubovice 31 je z důvodu kinematických vazeb mezi otočnými valivými tělesy 13 a boky vačky 30 rovněž proměnné. Převod mezi servomotorem 32 a nosným talířem H je však konstantní a rovnoměrný. Hnaný konec 36 hřídele 37 šroubovice 3J. umístěný nad výstupním hřídelem 33 servomotoru 32 je pevně spojen s ozubenou řemenicí 38. Ozubená řemenice 34 servomotoru 32 je s ozubenou řemenicí 38 axiální vačky 35 spojena bez vůle ozubeným řemenem 39.

Při známém postupovém obrábění jsou všechna upínací místa otočného stolu i obsazena stejnými polotovary, ze kterých jsou stejným výrobním postupem, v uvedeném příkladném provedení obsahujícím pět postupných kroků obráběcích operací, vyrobeny postupně na pěti pracovních místech stejné obrobky. Těmto pěti místům předchází manipulační krok založení nového polotovaru a za nimi manipulační krok odebrání hotového obrobku. Na obr. 2 je schematický detailní pohled shora na axiální vačku 30 a otočná valivá tělesa 13 dvou dvojic 12 těchto těles.

Přesnost výroby je podmíněna přesností vzájemné polohy obrobku na otočném stole i a pracovního místa obráběcího stroje. Jeden krok v příkladném postupu obsahuje manipulační část pro přesun pootočením otočného stolu i o jedno pracovní místo, a obráběcí část, při které otočný stůl 11 stojí. Důsledkem jakékoliv odchylky od stanové vzájemné polohy obrobku a pracovního místa stroje je zmetek.

Zařízení podle vynálezu vyhovuje i pro velmi krátkou dobu trvání jednotlivých cyklů. U skutečného zařízení podle vynálezu může dosahovat moment setrvačnosti „I“ rotující části otočného stolu hodnoty 1=100 kg.m², přičemž opakovaná přesnost potahování otočného stolu H je spolehlivě v rozmezí ± 3 arcsec.

Tyto parametry jsou důsledkem zásadní přednosti zařízení podle vynálezu, kterou je uspořádání axiální vačky 30, jejíž výstupek 35 je situován mezi boky dvou otočných valivých těles 13. Při této konfiguraci je směr pohybu obvodu otáčejícího se otočného valivého tělesa J_3 stejný, jako je směr pohybu boků výstupků 35, se kterými je obvodová plocha otočného valivého tělesa 13 aktuálně v kontaktu. Tento kontakt probíhá bez výrazného smykového tření, přičemž čistě valivé tření mezi otočnými valivými tělesy £3 a boky výstupků 35 otáčející se axiální vačky 30 umožňuje minimalizovat jejich vzájemnou vůli.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Polohovatelný otočný stůl (1), zvláště stůl obráběcího stroje, obsahující nosný talíř (11) k upevnění polotovarů k jejich postupnému krokovému opracování, který obsahuje hnací ústrojí (3) uspořádané pod úrovní nosného talíře (11), přičemž hnací ústrojí (3) obsahuje hnací servomotor (32) s výstupním hřídelem (33) opatřeným ozubenou řemenicí (34) a vačku (30), jejíž hnaný hřídel (37) rovnoběžný s výstupním hřídelem servomotoru (32) je opatřen ozubenou řemenicí (38), přičemž ozubené řemenice (34, 38) jsou spojeny ozubeným bezvůlovým řemenem, přičemž v blízkosti obvodu nosného talíře (11) je uspořádáno množství otočných rotačních těles (13) vystupujících otočnou rotační částí směrem dolů z nosného talíře (11), přičemž jejich osy otáčení leží na kružnici, jejíž osou je osa (10) otáčení nosného talíře (11), vyznačující se tím, že otočná rotační tělesa (13) jsou uspořádána ve dvojicích (12) a vačka (30) je axiální vačkou tvořenou výstupkem (35) spojité šroubovice (31) mající délku alespoň dvou stoupání závitu, přičemž průřez výstupku (35) má tvar rovnoběžníku, jehož boční stěny jsou alespoň svojí částí ve styku s povrchy alespoň jedné dvojice otočných rotačních těles (13), přičemž příčný průřez výstupku (35) má v celé délce šroubovice (31) definovaně proměnný tvar, přičemž boky šroubovice (31) jsou konstrukčně ve stálém styku s povrchy alespoň jedné dvojice (12) otočných rotačních těles (13).
2. 2. Vícepolohový otočný stůl (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že otočná rotační tělesa (13) mají válcový povrch.
3. 3. Vícepolohový otočný stůl (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že otočná rotační tělesa (13) mají soudkovitý povrch.
4. 4. Vícepolohový otočný stůl (1) podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že vzájemná konstrukční vůle mezi obvodovými povrchy otočných rotačních těles (13) jedné dvojice (12) a boky výstupku (35) šroubovice (31) odpovídá přesnému hybnému uložení.
5. 5. Vícepolohový otočný stůl (1) podle nároku 4, vyznačující se tím, že přesné hybné uložení odpovídá stupni přesnosti 1T5 až 1T6.