EA038768B1

EA038768B1 - Устройство для шестисторонней обработки заготовок

Info

Publication number: EA038768B1
Application number: EA201992580A
Authority: EA
Inventors: Георги Кирилов БАХАРЕВ
Original assignee: Киберис Лтд.
Priority date: 2017-05-25
Filing date: 2017-08-25
Publication date: 2021-10-15
Also published as: BG112510A; BG67419B1; WO2018213898A1; EA201992580A1

Abstract

Изобретение находит применение в конструкции металлообрабатывающих станков с ЧПУ для кислородной, плазменной и лазерной резки, сварки, напыления, покраски, шлифования и полировки. Сущность изобретения представляет собой устройство, которое включает в себя обеспечение трех поступательных перемещений и одновременно обеспечение трех вращательных движений инструмента, причем первая ось U поворота и третья ось W поворота являются параллельными и находятся на расстоянии 1, а центральная ось Е2 инструмента находится на расстоянии 2 от второй оси V поворота. Устройство выполнено согласно кинематической схеме, которая содержит вращающийся модуль, который состоит из корпуса (4) подшипника, снабженного двумя параллельными друг другу соседними двигателями (2) и (3), сцепленными отдельно с двумя соосными валами, один из которых является полым. К корпусу (4) подшипника прикреплен плечевой элемент (5), который заканчивается быстроразъемным соединением (6), и посредством которого соединен удлинитель (7), который заканчивается вращающимся устройством (8), к которому прикреплен инструмент (10).

Description

Область техники, к которой относится настоящее изобретение

Изобретение относится к устройству для шестисторонней обработки заготовок, и в частности имеющих форму куба, которая может включать в себя резку, покраску, шлифовку и другие операции, связанные с обработкой материалов, допускающих обработку разных стенок и сторон заготовки в фиксированном положении, а также снятие фаски или наклонную резку с произвольным углом, с использованием в качестве инструмента кислородного резака, плазменного резака или лазерной головки. Применение изобретения находится в области кислородной, плазменной и лазерной резки или сварки металлических заготовок. Изобретение можно использовать в качестве модуля при создании станков с ЧПУ для обработки заготовок.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретения

Широко известен станок для обработки металлических заготовок, который обеспечивает поступательное перемещение рабочего инструмента по трем осям координат - X, Y, Z и поворот по двум осям поворота. Станок состоит из портала, движущегося по направляющим рельсам, движение которого обеспечивает поступательное перемещение вдоль оси X, в сочетании с перемещением вдоль поперечной балки портала за счет приведения в действие каретки на рельсах, встроенных в балку портала, обеспечивая поступательное перемещение вдоль оси Y. Расположенная вертикально балка подвижно прикреплена к каретке, обеспечивая поступательное перемещение вдоль оси Z. В нижней своей части вертикальная балка имеет двигатель и редуктор, который обеспечивает вращательное движение в плоскости XY с помощью опорного вала, перпендикулярно которому прикреплена вторая ось, которая обеспечивает второе вращательное движение рабочего инструмента в плоскости ZX. Заявка РСТ WO 2016/061645.

Недостаток станка состоит в том, что все эти движения передаются в кинематической схеме в обычном порядке, одно за другим. Это приводит к длинной кинематической схеме, которая на практике делает установку очень большой, требующей большого пространства для обеспечения всех вращательных движений, а также с большой массой компонентов. Большая масса компонентов приводит к большей инерции при разных движениях рабочего инструмента, в результате чего требуется более высокая выходная мощность. Кроме того, количество сторон заготовки, которые можно обрабатывать, ограничено как по количеству, так и по степени достижимости.

Известны способ и устройство для плазменной резки, например, для углового позиционирования и управления положением резки плазменного резака, который состоит в обеспечении поступательного перемещения плазменного инструмента по трем осям х, у, z координат в трех плоскостях ZX, ZY и XY, и в то же время в обеспечении двух вращательных движений инструмента, вокруг двух пересекающихся осей, перпендикулярных друг к другу, в результате чего центральная ось Е инструмента проходит через пересечение двух осей I и II поворота в точке Н. Таким образом, три оси пересекаются в одной точке. Первое вращательное движение кинематической цепи осуществляется в плоскости, параллельной плоскости ZY станка. Второе вращательное движение происходит в плоскости, которая перпендикулярна плоскости, в которой происходит первое вращательное движение. Наряду с этим, ось плазменного резака расположена в этой плоскости. Таким образом, две оси поворота и центральная ось инструмента имеют одну общую точку пересечения. Заявка США US 2012/0298632 (А1).

Недостатком устройства и способа его реализации является ограниченное количество обрабатываемых сторон заготовки, например, прямоугольного параллелепипеда. Таким образом, только три стороны, а именно верхнюю, левую и правую стороны, прямоугольного параллелепипеда из шести в общей сложности можно обрабатывать без изменения положения заготовки. Переднюю и заднюю стороны, а также нижнюю сторону заготовки в этой системе можно обрабатывать только после поворота и изменения положения заготовки. При таком изменении положения можно сместить исходную базу, что вызывает неточность выполнения программы, и, кроме того, это требует времени и в очень большой степени снижает производительность. В известной системе обработки другие три стороны нельзя обрабатывать в одном положении заготовки, так как коммуникации (механическое соединение проводов инструмента и резака) препятствуют одному из двух вращательных движений.

Целью изобретения является создание способа и устройства для реализации способа точного перемещения сварочного или режущего инструмента, в частности для плазменной резки, с возможностью шестисторонней обработки заготовки, например, в форме куба, в одном положении и способным достигать любой точки на поверхности заготовки в форме куба при произвольном угле наклона инструмента к поверхности, равном углу между осью инструмента и соответствующей поверхностью. В то же время устройство является компактным и работает на более низких уровнях мощности. Устройство имеет интерфейс для быстроразъемного соединения с целью замены функциональных модулей, что обеспечивает гибкость. Эта гибкость необходима для того, чтобы увеличить количество и/или функциональный уровень обработки сторон заготовки в соответствии с назначением работы и технологическими потребностями конкретного процесса.

Краткое раскрытие настоящего изобретения

Задача изобретения решается с помощью устройства шестисторонней обработки заготовки, которая заключается в обеспечении трех вращательных движений по трем взаимно перпендикулярным осям U, V и W, за счет чего третья ось W поворота смещается на расстояние Δ1 от первой оси U поворота, а цен- 1 038768 тральная ось Е2 инструмента смещается на расстояние Δ2 от второй оси V поворота.

Вращающийся модуль состоит из корпуса, который оснащен двумя двигателями. Два двигателя размещены в корпусе двигателя и по отдельности соединены с двумя концентричными валами, первый из которых является полым, а второй расположен в центре полого вала, при этом валы через зубчатую систему передают вращение на оси U и V.

Первый двигатель вращающегося модуля сцеплен с полым валом через пары цилиндрических и конических шестерней. Посредством первого двигателя и сцепленного с ним полого вала обеспечивается первый поворот рабочего инструмента вокруг оси U. Плечевой элемент прикреплен к выходному валу первого поворота, причем в плечевом элементе установлен редуктор с конической зубчатой передачей, заканчивающийся быстроразъемным соединением.

Второй двигатель вращающегося модуля установлен непосредственно рядом с первым и посредством пары шестерен, основной пары цилиндрических шестерен и дополнительной пары конических шестерен соединен с внутренним соосным валом, проходящим через центр оси U поворота (первое вращение), в то время как другой его конец соединен с конической шестерней, расположенной в плечевом элементе, который, в свою очередь, образует вторую ось поворота вокруг оси V. Удлинитель соединен с быстроразъемным соединением на конце плечевого элемента, который заканчивается вращающимся устройством, к которому прикреплен инструмент, посредством чего вращающееся устройство обеспечивает поворот вокруг третьей оси W поворота. Таким образом, плечевой элемент с быстроразъемным соединением вместе с удлинителем продолжается в виде плеча, которое обеспечивает расстояние Δ1 в диапазоне от 50 до 1000 мм между первой осью U поворота и третьей осью W поворота. Третий двигатель установлен в корпусе удлинителя и посредством соединения конических шестерней выполняет поворот вокруг третьей оси W. В зависимости от конструкции удлинителя с устройством поворота и его положения относительно плечевого элемента, смещение Δ2 оси Е2 рабочего инструмента относительно второй оси V поворота, находится в диапазоне 0-250 мм.

Отдельный случай конструкции - когда инструмент непосредственно присоединен к быстроразъемному соединению плечевого элемента и нет никакого третьего вращательного движения с третьей осью W поворота, за счет чего расстояние Δ1 определяется как расстояние между первой осью U поворота и осью Е2 рабочего инструмента и зависит от конструкции плечевого элемента с быстроразъемным соединением. В этом случае инструмент соединяют непосредственно с концом оси V с помощью быстроразъемного соединения 6. Кроме того, расстояние Δ2 равно 0. В этом случае остается только два поворота, а центральная ось Е2 рабочего инструмента пересекает вторую ось V поворота, и две оси лежат в образованной ими плоскости (фиг. 1).

Преимущества устройства заключаются в том, что оно обеспечивает поворот вокруг осей U, V, а при наличии оси W, для шестисторонней обработки заготовки, например, в форме куба, с одним расположением заготовки. В то же время устройство является компактным и приводится в действие маломощными двигателями с низким энергопотреблением. Кинематическая схема является компактной, поэтому компактным является и устройство, несмотря на большие технологические возможности для обработки заготовок со всех сторон. Благодаря быстроразъемному соединению, рабочее плечо инструмента можно увеличить путем добавления третьей оси поворота или уменьшить, что обеспечивает технологическую гибкость.

Краткое описание фигур

На фиг. 1 иллюстративный вариант осуществления устройства с удлинителем и с непосредственно соединенным инструментом, без удлинителя.

На фиг. 2 представлено устройство для шестисторонней обработки с тремя осями поворота, установленными на портальной системе для резки металла или сварки, с показом пространственного положения устройства поворота относительно осей поступательного перемещения.

На фиг. 3 представлено устройство для шестисторонней обработки заготовки, смонтированное в системе координат перемещения консольного типа для резки металла с вращающимся модулем с двумя осями поворота и непосредственным присоединением резаки к выходному валу второй оси поворота.

Подробное раскрытие настоящего изобретения

Вариант осуществления 1.

В этом варианте осуществления представлено устройство для шестисторонней обработки заготовки, например, в форме куба. Оно содержит вращающийся модуль 1, который установлен на несущей балке 25 портальной системы перемещения. Портальная система (фиг. 2) представляет собой две параллельные направляющие балки 20, на обеих из которых установлены подвижные каретки 21, к которым прикреплена поперечная балка 22. Движение кареток вдоль направляющих обеспечивает первое поступательное перемещение вдоль оси X координат. Направляющие 23 установлены на поперечной балке 22 в плоскости, перпендикулярной плоскости первого поступательного перемещения. На направляющих 23 поперечной балки 22 установлен подвижный модуль 24, причем этот модуль обеспечивает второе поступательное перемещение вдоль оси Y координат. Несущая балка 25 установлена на подвижном модуле 24, причем несущая балка имеет возможность линейного перемещения вдоль оси Z координат.

- 2 038768

Вращающийся модуль 1, который установлен на несущей балке 25, состоит из корпуса 4, в котором размещены два двигателя - 2 и 3. Два двигателя отдельно соединены с двумя концентричными валами, первый из которых является полым, а второй размещен в центре полого вала, причем валы передают вращение через систему цилиндрических и конических шестерней на осях U и V.

Первый двигатель 2 в корпусе 4 сцеплен с полым валом через коническую шестерню, что обеспечивает поворот рабочего инструмента вдоль оси U, заканчивающегося быстроразъемным соединением 6.

Второй двигатель 3 вращающегося модуля 1 сцеплен конической шестерней со вторым валом, который проходит через первый полый вал, и на его конце второй вал сцеплен через коническую зубчатую пару под углом 90° с осью V, которая обеспечивает второе вращение. Соединение между вторым валом и осью V обеспечивается с помощью конической зубчатой передачи, приводящей в действие входной вал редуктора, размещенный в плечевом элементе 5. Удлинитель 7 соединен с быстроразъемным соединением 6, причем удлинитель заканчивается вращающимся устройством. 8, к которому прикреплен инструмент 10, посредством чего устройство 8 обеспечивает поворот третьей оси W поворота. Таким образом, плечевой элемент 5 с быстроразъемным соединением 6 с удлинителем 7 образуют плечо, которое обеспечивает расстояние Δ1, равное 500 мм между первой осью U поворота и третьей осью W поворота. В удлинителе 7 установлен третий двигатель 9, который поворачивает третью ось W с помощью конической шестерни. В зависимости от конструкции удлинителя 7 с вращающимся устройством 8 смещение Δ2 центральной оси Е2 инструмента 10 относительно оси V второго поворота находится в диапазоне 0250 мм. В конкретном варианте осуществления центральная ось Е2 рабочего инструмента смещена от второй оси V поворота на расстояние Δ2=50 мм.

Работа устройства согласно изобретению состоит в следующем: позиционирование заготовки в пределах диапазона работы устройства. Оператор запускает программу с помощью специального программного обеспечения, которое включает в себя последовательные инструкции по количеству и типу движений, необходимых для позиционирования инструмента, линейных и вращательных, в соответствии с каждой требуемой операцией. Согласно заданной программе резак обрабатывает заготовку со всех сторон, выполняя операции, указанные в программе, в которой, за счет трех осей поступательного перемещения и трех осей поворота в сочетании со смещениями Δ1 и Δ2, рабочий инструмент может подходить ко всем сторонам заготовки под любым углом без необходимости ее повторной установки.

Вариант осуществления 2.

В этом варианте осуществления устройство, обеспечивающее работу в способе, представляет собой вращающийся модуль 1, который отличается от описанного выше варианта осуществления 1 тем, что не содержит в кинематической цепи удлинителя 7 с вращающимся устройством 8, который обеспечивает третью ось W поворота (фиг. 2). Инструмент 10 непосредственно соединен с быстроразъемным соединением 6 на конце плечевого элемента 5 и таким образом, что расстояние Δ1=50 мм.

Устройство содержит пару параллельных направляющих 20 (фиг. 3) и установленную на нем опорную стойку 26. Это обеспечивает первое поступательное перемещение вдоль оси X координат. К опорной стойке 26 прикреплена консольная балка 27, на которой установлены направляющие 23. На направляющих 23 консольной балки 27 установлен подвижный модуль 24, который обеспечивает второе поступательное перемещение вдоль оси Y координат. Подвижная балка 25 установлена на подвижном модуле 24 таким образом, чтобы обеспечить линейное движение подвижной балки вдоль оси Z координат.

Вращающийся модуль 1 прикреплен к опорной балке 25 и оснащен двумя двигателями 2 и 3, которые по отдельности сцеплены с двумя валами (фиг. 3), первый из которых выполнен полым, а второй расположен внутри полого вала. Первый двигатель 2 вращающегося модуля 1 сцеплен с помощью конической шестерни с полым валом, тем самым обеспечивая вращение рабочего инструмента вокруг оси U. Плечевой элемент 5 установлен в корпусе 4 и содержит коническую шестерню и редуктор, установленный таким образом, что плечевой элемент 5 оканчивается быстроразъемным соединением 6. Вторая ось V поворота передает вращение от выходного фланца редуктора в плечевом элементе 5. Второй двигатель 3 вращающегося модуля 1 сцеплен через коническую шестерню со вторым валом, который проходит через полый вал и соединен под прямым углом с плечевым элементом 5, на конце которого находится вторая ось V поворота. Соединение между вторым валом и второй осью V поворота обеспечивается с помощью шестерни, приводимой в действие конической зубчатой передачей, размещенной в плечевом элементе 5. В данном случае рабочим инструментом 10 является резак для резки металлов. Длина плечевого элемента 5 вместе с быстроразъемным соединением 6 обеспечивает расстояние Δ1 между первой осью U поворота и центральной осью рабочего инструмента Е2.

Система работает следующим образом: когда оператор запускает программу, консольная балка 27, подвижная каретка 24 и несущая балка 25 двигают вращающийся модуль 1 вдоль соответствующих осей X координат, Y и оси Z в зависимости от положения заготовки. В то же время двигатель 2 вращающегося модуля 1 посредством полого вала поворачивается вокруг оси U корпуса 4 на угол, заданный в программе, и в то же время двигатель 3 через концентричный вал и ось V поворачивает рабочий инструмент на заданный угол. Резку или другую обработку заготовки, подлежащей обработке, запускают в соответствии с программируемыми командами, изменяя положение инструмента, который задает поступательное

- 3 038768 перемещение с координатами X, Y и Z, а также координаты поворота по осям U и V. Плечевой элемент 5, который обеспечивает расстояние Δ1, обеспечивает прохождение инструмента через серию поступательных перемещений по трем линейным осям и поворот по двум осям поворота под заготовкой, не мешая коммуникациям, которые обеспечены для инструмента (воздух, питание, охлаждение), что было бы невозможно в случае пересечения двух осей поворота и оси Е2 инструмента в одной точке или нахождения очень близко друг к другу.

Применение изобретения

Изобретение может найти применение при обработке заготовок, закрепленных в одном положении, причем обработка может состоять из операций резания, покраски, шлифования и других операций, связанных с обработкой материала, а также для образования фаски или наклонной резки под определенным углом с помощью кислородного резака, плазменного резка или лазерной головки. Изобретение находит применение в области плазменной и лазерной резки или сварки металлических заготовок. Изобретение можно использовать при создании станков с ЧПУ для обработки заготовок с помощью кислородной, плазменной и лазерной резки, сварки, напыления, покраски, шлифования и полировки.

Литература:

1) Патентная заявка на изобретение - US 2012/0298632 (А1).

2) Заявка РСТ WO 2016/061645.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство для шестисторонней обработки заготовок, которое содержит вращающийся модуль, который одновременно обеспечивает два вращательных движения вокруг двух осей, перпендикулярных друг другу, снабженный двумя двигателями для каждого поворота, отдельно сцепленными с двумя соосными валами, причем первый из них является полым, а второй расположен в центре полого вала, причем валы передают вращение через систему шестерней на две оси поворота, отличающееся тем, что двигатели (2) и (3) установлены рядом друг с другом и соединены с корпусом подшипника (4), с которым непосредственно соединен корпус плечевого элемента (5), причем корпус удлинителя (7) соединен с концом корпуса плечевого элемента (5) посредством быстроразъемного соединения (6), а удлинитель (7) заканчивается вращающимся устройством (8), ось которого обеспечивает поворот вокруг третьей оси W поворота и к которому прикреплен инструмент (10), посредством чего плечевой элемент (5) с быстроразъемным соединением (6) вместе с удлинителем (7) образуют плечо, которое определяет расстояние Δ1 в диапазоне от 50 до 1000 мм между первой осью U поворота и третьей осью W поворота, причем третий двигатель (9) установлен в удлинителе (7), а смещение Δ2 центральной оси Е2 рабочего инструмента (10) относительно второй оси V поворота в диапазоне от 0 до 250 мм обеспечивается за счет расположения при сборке удлинителя (7) относительно плечевого элемента (5) и за счет конструкции удлинителя (7) вместе с конструкцией вращающегося устройства (8).