PL222056B1

PL222056B1 - Portable CNC machine tool

Info

Publication number: PL222056B1
Application number: PL403062A
Authority: PL
Inventors: Piotr Pawełko; Michał Dolata
Original assignee: Zachodniopomorski Univ Tech W Szczecinie
Priority date: 2013-03-08
Filing date: 2013-03-08
Publication date: 2016-06-30
Also published as: PL403062A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest obrabiarka przenośna sterowana numerycznie, która mocowana jest do osiowosymetrycznego przedmiotu obrabianego.The subject of the invention is a numerically controlled portable machine tool that is attached to an axisymmetric workpiece.

Z polskiego opisu ochronnego PL 65 355 wzoru użytkowego znana jest obrabiarka zadaniowa, przenośna do wykonywania operacji usuwania urwanych śrub, wytaczania otworu i ponownego pionowego lub poziomego nacinania gwintu wewnętrznego w uszkodzonych elementach maszyn i urządzeń, łączonych za pomocą złączy śrubowych, w szczególności do wspomagania remontu części maszyn oraz technologii montażu zbudowana z połączonych trwale zespołów. Z polskiego opisu ochronnego PL 392 857 przedmiotem wynalazku jest przenośna obrabiarka do obróbki powierzchni cylindrycznych walów i walców wielkogabarytowych maszyn i urządzeń przemysłowych w trudno dostępnych miejscach. Przenośna obrabiarka posiada dwa bliźniacze pierścieniowe zespoły bazującomocujące przystosowane do osadzania na przedmiocie obrabianym PO, między którymi usytuowana jest na kolumnach prowadzących przesuwnie, osiowo pierścieniowa głowica obróbkowa, sprzężona z zespołem przekładni śrubowej tocznej do napędu posuwowego pierścieniowej głowicy obróbkowej wyposażonej w głowicę narzędziową. Z polskiego opisu ochronnego PL 386 939 sposób wytaczania otworów polega na tym, że na płaszczyźnie podziału stojaka turbiny w pierwszej kolejności mocowana jest dolna płyta z zespołu płyt regulacyjno-mocujących, wykorzystując do tego celu śruby oraz odpowiednie otwory z dostępnej siatki otworów, następnie zakładana jest druga płyta wraz z całą obrabiarką i przykręcana do pierwszej za pomocą śrub, po czym dokonywane jest dokładne ustawienie osi wrzeciona wytaczarki z osią obrabianego otworu w kołnierzu, przy czym regulacji pionowej osi dokonuje się przy użyciu śrub odciskowych, zaś regulacji w płaszczyźnie poziomej za pomocą śrub dociskowych, oraz mocowana jest druga, płyta z obrabiarką tak przygotowaną do realizacji parametrów procesu technologicznego wytaczania otworu. Z amerykańskiego opisu ochronnego US 2012294684 narzędzie do wykonywania obróbki w terenie w zastępstwie wiertarki magnetycznej z pionowym uchwytem przytwierdzonym do stołu ślizgowego z uchwytem poprzecznym, które są zamontowane na podłożu nośnym, dzięki czemu zespół może być dostosowany do przestrzeni wewnątrz istniejącej turbiny wiatrowej. Przesuwny stół jest prawidłowo pozycjonowany i poziomowany dzięki śrubom, które umiejscowione są w pasujących otworach. Całość zamocowana jest na kilku stóp wspornych, które zabezpieczają maszynę w miejscu z wymaganą precyzją i minimalizują drgania w złożeniu.From the Polish protection description PL 65 355 of the utility model, a task machine tool is known, portable for removing broken bolts, boring a hole and re-cutting an internal thread vertically or horizontally in damaged elements of machines and devices, connected with screw joints, in particular to support renovation machine parts and assembly technology made of permanently connected assemblies. The subject of the invention from the Polish patent specification PL 392 857 is a portable machine tool for machining cylindrical surfaces of shafts and large-size rolls of industrial machines and devices in hard-to-reach places. The portable machine tool has two twin ring assemblies adapted to be mounted on the workpiece PO, between which there is a slidingly located axial ring machining head on the guide columns, coupled with the helical gear unit for the feed drive of the annular machining head equipped with a tool head. From the Polish protective description PL 386 939, the method of boring holes is based on the fact that on the plane of the turbine stand division, the bottom plate from the set of adjustment and fixing plates is first mounted, using for this purpose screws and appropriate holes from the available grid of holes, then the the second plate with the entire machine tool and screwed to the first one by means of screws, then the exact alignment of the boring machine spindle axis with the axis of the machined hole in the flange is made, the vertical axis is adjusted using forcing screws, and the horizontal adjustment with screws pressure plates, and a second plate is mounted with the machine tool so prepared to implement the parameters of the technological process of boring the hole. From US Patent Document US 2012294684, a tool for performing field machining as a replacement for a magnetic drill with a vertical chuck attached to a sliding table with a transverse chuck which is mounted on a support substrate so that the assembly can be adapted to the space inside an existing wind turbine. The sliding table is correctly positioned and leveled thanks to the screws, which are located in the matching holes. The whole is mounted on several support feet, which secure the machine in place with the required precision and minimize vibrations in the folding.

W opisie podstawowego wzoru Struktury Geometryczno Ruchowej według Wragowa [L. T. WROTNY: Projektowanie obrabiarek. Zagadnienia ogólne i przykłady obliczeń. WNT, Warszawa 1986] uwzględnia się oprócz modułów ruchomych także nieruchome wchodzące w skład łańcucha kinematycznego. Formalizując ogólny opis wzoru, przyjęto następujące oznaczenia jego elementów składowych: X - oś posuwu poprzecznego, Y - oś posuwu wzdłużnego, Z - oś posuwu osiowego, A - oś obrotu względem osi równoległej do X, B - oś obrotu względem osi równoległej do Y, C - oś obrotu względem osi Z, O - moduł nieruchomy. Osie równoległe do wyżej wymienionych osi oznacza się A', B', C', X', Y', Z'.In the description of the basic formula of the Geometric-Motor Structure according to Wragow [L. T. WROTNY: Designing machine tools. General issues and examples of calculations. WNT, Warszawa 1986], apart from movable modules, also stationary ones are included in the kinematic chain. When formalizing the general description of the formula, the following designations of its components were adopted: X - transverse feed axis, Y - longitudinal feed axis, Z - axial feed axis, A - rotation axis in relation to the axis parallel to X, B - axis of rotation in relation to the axis parallel to Y, C - axis of rotation in relation to the Z axis, O - stationary module. The axes parallel to the above-mentioned axes are designated A ', B', C ', X', Y ', Z'.

Wszystkie obrabiarki przenośne, znane ze stanu techniki, mają najwyżej dwie i pół sterowane numerycznie osie.All prior art portable machine tools have at most two and a half numerically controlled axes.

Obrabiarka przenośna sterowana numerycznie według wynalazku, zawierająca system mocowania, napęd osi w postaci silnika, charakteryzuje się tym, że ma co najmniej pięć niezależnych od siebie napędów osi w postaci silników elektrycznych. Pierwszy silnik przymocowany jest do płyty wspornej, do której przymocowany jest także zestaw łożyskowy, do którego przymocowany jest drugi silnik wraz z płytą mocowania prowadnicy liniowo-napędowej poziomej. Do prowadnicy liniowonapędowej poziomej przymocowana jest belka wsporcza, a do niej przymocowana jest prowadnica liniowo-napędowa pionowa. Do prowadnicy liniowo-napędowej pionowej zamocowana jest kolumna pionowa z zamocowanym trzecim silnikiem, zaś do kolumny pionowej zamocowany jest łącznik obrotowy wraz z czwartym silnikiem. Do łącznika obrotowego przytwierdzony jest kolejny łącznik obrotu poprzecznego elektrowrzeciona napędzanego piątym silnikiem. Płyta wsporna przymocowana jest za pomocą systemu mocowań do nieruchomego przedmiotu obrabianego. Płyta wsporna wraz z systemem mocowań i przedmiotem obrabianym stanowią część nieruchomą obrabiarki (O).A numerically controlled portable machine tool according to the invention, comprising a clamping system, an axis drive in the form of a motor, is characterized in that it has at least five independent axis drives in the form of electric motors. The first motor is attached to a support plate to which is also attached a bearing set, to which the second motor is attached together with the mounting plate of the horizontal drive rail. A support beam is attached to the horizontal linear drive guide, and a vertical linear drive guide is attached to it. The vertical column with the third motor is attached to the vertical linear-drive guide, and the rotary joint with the fourth motor is attached to the vertical column. Attached to the rotary connector is another lateral rotation connector of the electrospindle driven by the fifth motor. The support plate is attached with a clamping system to a stationary workpiece. The support plate with the clamping system and the workpiece constitute the stationary part of the machine tool (O).

Maszyna mocowana jest na przedmiocie obrabianym za pomocą dowolnych układów montażowych, nieograniczających przestrzeni obróbczej obrabiarki. Mocowanie i ustalenie maszyny nie musi być dokładne, a jedynie zapewnić a stabilność podczas procesu skrawania. Po zamocowaniuThe machine is mounted on the workpiece with the use of any assembly systems, not limiting the machining space of the machine tool. Mounting and fixing the machine does not have to be accurate, but only to ensure stability during the cutting process. After mounting

PL 222 056 B1 maszyna dokonuje pomiaru położenia, a jego wynik wprowadzany jest do algorytmu korygującego błędy położenia.The machine measures the position and its result is entered into an algorithm correcting position errors.

Dzięki zastosowaniu rozwiązania, w którym w części roboczej maszyny znajduje się, co najmniej pięć sterowanych numerycznie osi, przez co narzędzie zamontowane w elektrowrzecionie jest w stanie zająć dowolną pozycję w przestrzeni obróbczej w zakresie możliwości maksymalnych przemieszczeń liniowych i kątowych poszczególnych osi. Przez oś sterowaną numerycznie rozumiana jest prowadnica realizująca ruch liniowy bądź obrotowy, który sterowany jest na drodze elektrycznej lub elektronicznej. W porównaniu do dotychczasowych rozwiązań maszyna potrafi obrabiać powierzchnie płaskie oraz cylindryczne na całej powierzchni czołowej przedmiotu obrabianego przy jednym zamocowaniu, nie wymaga ręcznego przestawiania położenia względem żadnej osi, nie wymaga dokładnego ustawiania względem przedmiotu obrabianego.Thanks to the solution in which there are at least five numerically controlled axes in the working part of the machine, the tool mounted in the electro-spindle is able to take any position in the machining space within the scope of the maximum possible linear and angular displacements of individual axes. A numerically controlled axis is understood as a guide that carries out a linear or rotational movement, which is controlled electrically or electronically. Compared to the previous solutions, the machine is able to process flat and cylindrical surfaces on the entire face of the workpiece in one clamping, does not require manual positioning in relation to any axis, does not require precise positioning in relation to the workpiece.

Wynalazek przedstawiony jest w przykładach wykonania i na rysunku, na którym fig. 1, który pokazuje obrabiarkę w widoku perspektywicznym, fig. 2, 3, 4, 5 przedstawia schematycznie obrabiarkę o różnych strukturach geometryczno-ruchowych.The invention is illustrated in exemplary embodiments and in the drawing, in which Fig. 1, which shows a perspective view of a machine tool, Figs. 2, 3, 4, 5 schematically shows a machine tool with different geometry and movement structures.

Pr zyk ła d 1Example 1

Obrabiarka przenośna składa się z płyty wspornej (1) przymocowanej za pomocą systemu mocowań do nieruchomego przedmiotu obrabianego. Płyta wsporna (1) wraz z systemem mocowań oraz przedmiotem obrabianym stanowią część nieruchomą (O) obrabiarki. Do płyty wspornej (1) przymocowany jest pierwszy silnik (2) wraz z zestawem łożyskowym (3) realizujący ruch obrotowy (C). Do zestawu łożyskowego (3) zamocowana jest płyta mocowania (4) prowadnicy liniowo-napędowej poziomej (5) wraz z drugim silnikiem (6) realizujące ruch posuwowy (X). Do prowadnicy liniowonapędowej poziomej (5) przymocowana jest belka wsporcza (7). Do belki wsporczej (7) przymocowana jest prowadnica liniowo-napędowa pionowa (8), do której zamocowana jest kolumna pionowa (9) z zamocowanym trzecim silnikiem (10) realizująca ruch posuwowy (Z). Do kolumny pionowej (9) zamocowany jest łącznik obrotowy (11) wraz z czwartym silnikiem (12) realizujący ruch obrotowy (B). Do łącznika obrotowego (11) przytwierdzony jest kolejny łącznik obrotu poprzecznego (13) wrzeciona (14) napędzanego piątym silnikiem (15) realizujący obrót (A).The mobile machine tool consists of a support plate (1) attached to a stationary workpiece by means of a clamping system. The support plate (1) with the clamping system and the workpiece constitute the stationary part (O) of the machine tool. Attached to the support plate (1) is the first motor (2) with a bearing set (3) for rotational motion (C). Fastened to the bearing set (3) is the mounting plate (4) of the horizontal linear-drive guide (5) together with the second motor (6) which realizes the feed motion (X). A supporting beam (7) is attached to the horizontal linear drive guide (5). A vertical linear-drive guide (8) is attached to the supporting beam (7), to which a vertical column (9) with a third motor (10) is attached, which realizes the feed motion (Z). Attached to the vertical column (9) is a rotary link (11) with a fourth motor (12) that performs a rotary motion (B). Attached to the rotary connector (11) is another transverse rotation connector (13) of the spindle (14) driven by a fifth motor (15) that rotates (A).

Sterowanie odbywa się poprzez sprzężenie wszystkich pięciu ruchów na drodze programowej w sterowniku. Zaprogramowana trajektoria mchu narzędzia skrawającego realizowana jest przez wypadkowe złożenie poszczególnych ruchów pięciu napędów. Zakresy, prędkości, przyspieszenia uzyskiwane na poszczególnych napędach są ze sobą ściśle skorelowane programowo, i wynikają z kinematyki obrabiarki.Control is accomplished by coupling all five movements along the program path in the controller. The programmed moss trajectory of the cutting tool is implemented by the resultant assembly of the individual movements of five drives. The ranges, speeds and accelerations achieved on individual drives are closely correlated with each other by the software and result from the kinematics of the machine tool.

Część robocza obrabiarki sterowanej w minimum 5-ciu osiach ma strukturę geometryczno-ruchową OCXZBA, jak pokazano na fig. 1 i fig. 2.The working part of the machine tool controlled in at least 5 axes has a geometric-motion structure OCXZBA, as shown in Fig. 1 and Fig. 2.

Przykła d 2Example d 2

Obrabiarka, jak w przykładzie pierwszym, z tym, że ma strukturę geometryczno-ruchową OCXZAB, jak pokazano na fig. 3.The machine tool as in Example 1, except that it has an OCXZAB geometry-motion structure as shown in Fig. 3.

Przykła d 3Example d 3

Obrabiarka, jak w przykładzie pierwszym, z tym, że ma strukturę geometryczno-ruchową OYXZBA, jak pokazano na fig. 4.The machine tool as in Example 1, except that it has an OYXZBA geometry-motion structure as shown in Fig. 4.

Przykła d 4Example d 4

Obrabiarka, jak w przykładzie pierwszym, z tym, że ma strukturę geometryczno-ruchową OYXZAB, jak pokazano na fig. 5.The machine tool as in the first example, except that it has an OYXZAB geometry-motion structure as shown in Fig. 5.

Przykła d 5Example d 5

Obrabiarka, jak w przykładzie pierwszym, z tym, że sterowana jest w sześciu osiach przez wykorzystanie możliwości sterowania ruchem obrotowym wrzeciona. Wówczas obrabiarka ma strukturę geometryczno-ruchową: o walcowej przestrzeni roboczej OCXZBAC lub OCXZABC albo o prostopadłościennej przestrzeni roboczej - OXYZBAC lub OXYZABC.The machine tool, as in the first example, except that it is controlled in six axes by using the possibility of controlling the rotation of the spindle. Then the machine tool has a geometrical and movement structure: with a cylindrical working space OCXZBAC or OCXZABC or with a cuboidal working space - OXYZBAC or OXYZABC.

Claims

1. A portable numerically controlled machine tool for machining axially symmetrical elements, comprising a clamping system, an axis drive in the form of a motor, characterized in that it has at least five independent axis drives in the form of electric motors (2, 6, 10, 12, 15) ).

PL 222 056 B1

2. The machine tool according to claim 3. A unit as claimed in claim 1, characterized in that the first motor (2) is attached to a support plate (1), to which is also attached a bearing set (3), to which the second motor (6) is attached together with the mounting plate (4) of the linear guide. the horizontal drive (5) to which the supporting beam (7) is attached, and the vertical linear drive guide (8) is attached to it, to which the vertical column (9) with the third motor (10) is attached, and to the vertical column ( 9), the rotary connector (11) is attached with the fourth motor (12), the transverse rotation connector (13) of the electro-spindle (14) driven by the fifth motor (15) is attached to the rotary connector (11), and the support plate (1) it is attached to a stationary workpiece by means of a clamping system.