RU223485U1

RU223485U1 - TABLE MILLING MACHINE

Info

Publication number: RU223485U1
Application number: RU2023135315U
Authority: RU
Inventors: Эдуард Михайлович Сынышин; Алексей Владимирович Лабеев; Марк Анатольевич Раков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ТехноДон"
Filing date: 2023-12-26
Publication date: 2024-02-20

Abstract

Полезная модель относится к настольным фрезерным станкам и может быть использована для обработки заготовок сложной формы из различных материалов инструментами типа фреза сверло, гравер, резец и т.п. Настольный фрезерный станок содержит сварную раму трапецеидальной формы с установленным на ней порталом, на котором закреплен шпиндель и взаимно перпендикулярно расположенные линейные рельсовые направляющие. Повышается стойкость используемого инструмента, качество и точность обработки, жесткость и надежность станка. 1 ил. The utility model relates to desktop milling machines and can be used for processing workpieces of complex shapes from various materials with tools such as a milling cutter, drill, engraver, cutter, etc. A desktop milling machine contains a welded trapezoidal frame with a portal installed on it, on which a spindle and mutually perpendicular linear rail guides are mounted. The durability of the tool used, the quality and accuracy of processing, the rigidity and reliability of the machine are increased. 1 ill.

Description

Полезная модель предназначена для обработки заготовок сложной формы из различных материалов с высокой точностью в трех (опционально в четырех) координатах с помощью резки материала инструментами типа фреза сверло, гравер, резец и т.п.The utility model is intended for processing workpieces of complex shapes from various materials with high accuracy in three (optionally in four) coordinates using material cutting with tools such as a milling cutter, drill, engraver, cutter, etc.

Известен фрезерно-гравировальный станок [https://cnc-tehnologi.ru/stanki-dlya-obrabotki-drevesiny/cutter-gt]. Конструкция данного станка включает раму и портал, собранные на основе алюминиевого профиля и гнутых алюминиевых листов, соединенных резьбовыми крепежными элементами.A well-known milling and engraving machine [https://cnc-tehnologi.ru/stanki-dlya-obrabotki-drevesiny/cutter-gt]. The design of this machine includes a frame and a portal assembled on the basis of an aluminum profile and bent aluminum sheets connected by threaded fasteners.

Недостатками конструкция является использование рамы и портала из алюминиевых профилей с резьбовыми крепежными элементами. При использовании такой конструкции, возникающие в процессе обработки вибрации (как высокочастотные, так и низкочастотные), способствуют ослаблению резьбовых сочленений устройства. Также для фрезерных (и подобных) станков характерны неравномерные и импульсные нагрузки на конструктивные элементы и элементы привода, что предъявляет повышенные требования к несущим элементам рамы и портала. Кроме этого, рассматриваемый станок имеет прямое соединение (без редукции) приводного вала электродвигателя с ходовым винтом, что приводит к необходимости использования увеличенного дробления рабочего шага двигателя, что значительно уменьшает силовой момент и точность позиционирования. Двигатели линейного привода станка выступают за габариты рамы и охлаждаются естественным образом, что может привести к их перегреву, и как следствие к значительному сокращению их ресурса (вплоть до выхода из строя).The disadvantage of the design is the use of a frame and portal made of aluminum profiles with threaded fasteners. When using such a design, vibrations arising during processing (both high-frequency and low-frequency) contribute to the weakening of the threaded joints of the device. Also, milling (and similar) machines are characterized by uneven and impulse loads on structural elements and drive elements, which places increased demands on the load-bearing elements of the frame and portal. In addition, the machine in question has a direct connection (without reduction) of the electric motor drive shaft with the lead screw, which leads to the need to use increased crushing of the motor operating step, which significantly reduces the power torque and positioning accuracy. The linear drive motors of the machine protrude beyond the dimensions of the frame and are cooled naturally, which can lead to their overheating and, as a consequence, to a significant reduction in their service life (up to and including failure).

Техническим результатом является увеличение ресурса расходного (режущего) инструмента, улучшение эксплуатационных характеристик (качество и точность обработки), увеличение ресурса установленных электродвигателей за счет повышения жесткости и увеличения надежности конструкции.The technical result is an increase in the service life of consumable (cutting) tools, improved performance characteristics (quality and accuracy of processing), an increase in the service life of installed electric motors by increasing rigidity and increasing the reliability of the design.

Технический результат достигается за счет того, что настольный фрезерный станок включает сварную раму трапецеидальной формы с установленным на нее порталом, на котором закреплен шпиндель и взаимно перпендикулярно расположенные линейные рельсовые направляющие.The technical result is achieved due to the fact that the desktop milling machine includes a welded trapezoidal frame with a portal installed on it, on which a spindle and mutually perpendicular linear rail guides are mounted.

Настольный фрезерный станок имеет металлическую сварную конструкцию с рамой трапецеидальной формы и подвижным порталом, а линейные рельсовые направляющие по оси Х расположены взаимно перпендикулярно.The tabletop milling machine has a metal welded structure with a trapezoidal-shaped frame and a movable portal, and linear rail guides along the X axis are mutually perpendicular.

Во всех применяемых приводах перемещения (ось Х, ось Y, ось Z) используется механизм редукции, что позволяет получить оптимальный силовой момент привода. Также в станке применено принудительное (воздушное) охлаждение электродвигателей, представленное в виде отдельных вентиляторов, расположенных внутри рамы и портала. All used displacement drives (X-axis, Y-axis, Z-axis) use a reduction mechanism, which allows obtaining optimal drive torque. The machine also uses forced (air) cooling of electric motors, presented in the form of separate fans located inside the frame and portal.

На фигуре представлен станок.The figure shows a machine.

Станок состоит из рамы 1, портала 2, шпинделя 11, который за счет основания 3 закреплен на портале 2 и линейных рельсовых направляющих 4.The machine consists of a frame 1, a portal 2, a spindle 11, which is fixed to the portal 2 by means of a base 3, and linear rail guides 4.

Рама 1 станка и портал 2 представляют собой стальную сварную конструкцию, не имеющую разъемных (резьбовых и т.п.) соединений. Основание 3 крепление шпинделя 11 изготовлено из шлифованных стальных листов.The frame 1 of the machine and the portal 2 are a welded steel structure that does not have detachable (threaded, etc.) connections. The base 3 of the spindle 11 is made of polished steel sheets.

Все посадочные поверхности (плоскости) для линейных рельсовых направляющих 4, расположенных на раме 1 (ось Y), портале 2 (ось Х) и основании 3 шпинделя 11 (ось Z) подготовлены посредством шлифования на плоскошлифовальном оборудовании с точностью 0,005 мм. All seating surfaces (planes) for linear rail guides 4 located on the frame 1 (Y-axis), portal 2 (X-axis) and base 3 of the spindle 11 (Z-axis) are prepared by grinding on surface grinding equipment with an accuracy of 0.005 mm.

Особенностью исполнения портала 2 являются взаимно перпендикулярное расположение рельсовых направляющих 4, позволяющее более эффективно распределить разнонаправленные нагрузки. Также это (в совокупности с трапецеидальной конструкцией рамы 1) позволяет получить минимально возможную высоту портала 2, что снижает ее массу и увеличивает прочность на деформацию.A special feature of the design of the portal 2 is the mutually perpendicular arrangement of the rail guides 4, which allows for more efficient distribution of multidirectional loads. Also, this (together with the trapezoidal design of the frame 1) allows us to obtain the minimum possible height of the portal 2, which reduces its weight and increases its strength against deformation.

На верхней части рамы закреплен рабочий стол 10.A work table 10 is attached to the top of the frame.

Рабочее поле данной модификации станка позволяет обрабатывать заготовки размером 500×500×150 мм, максимальная высота детали – 180мм.The working field of this modification of the machine allows processing workpieces measuring 500×500×150 mm, the maximum height of the part is 180 mm.

Группа устройств управления станком представляет собой силовую часть (управление электроприводами и коммутация основных устройств) и блок исполнения рабочей логики и интерполяции, органами управления пользователя.The group of machine control devices consists of a power part (control of electric drives and switching of main devices) and a block for executing working logic and interpolation, user controls.

Силовая часть системы управления включает в себя комплект драйверов шаговых двигателей приводов осей, частотный преобразователь асинхронного электропривода шпинделя 11, силовые источники питания и коммутационные аппараты исполнительных органов.The power part of the control system includes a set of stepper motor drivers for axle drives, a frequency converter for the asynchronous electric drive of spindle 11, power supplies and switching devices of the executive bodies.

Блок исполнения рабочей логики и интерполяции выполняет преобразование управляющих команд в электрические сигналы управления исполнительными органами. Блок выполнен на основе современных высокопроизводительных микропроцессорных технологий и имеет гальваническую (оптронную) развязку внешних электрических цепей (как сигнальных, так и цифровых шин данных), что увеличивает надежность и помехоустойчивость электрических устройств. Блок содержит модуль надежной энергонезависимой памяти, что позволяет вести учет моторесурса как станка в целом, так и его отдельных узлов.The operating logic and interpolation execution unit converts control commands into electrical signals for controlling the executive bodies. The unit is made on the basis of modern high-performance microprocessor technologies and has galvanic (optocoupler) isolation of external electrical circuits (both signal and digital data buses), which increases the reliability and noise immunity of electrical devices. The unit contains a reliable non-volatile memory module, which allows you to keep track of the service life of both the machine as a whole and its individual components.

Группа устройств управления расположена в нижней части рамы 1.A group of control devices is located at the bottom of frame 1.

На лицевой части станка расположена панель управления 9, на которой закреплены кнопки включения/выключения питания приводов, кнопка аварийного выключения, а также органы индикации процесса работы. On the front part of the machine there is a control panel 9, on which the drive power on/off buttons, an emergency shutdown button, as well as operating process indicators are attached.

Применение в станке «Репликатор Ф» стальной сварной рамы 1 трапецеидальной конструкции и подвижного портала 2 позволяет избежать воздействия вибраций и не статичных нагрузок, возникающих в процессе работы, что увеличивает надежность как самой конструкции, так и изнашиваемых подвижных частей станка (направляющих и винтовых передач привода), как следствие повышается ресурс расходного (режущего) инструмента, качество и точность обработки, увеличивается ресурс установленных электродвигателей. Также, данная конструкция способствует усилению системы «инструмент-приспособление-деталь» (совокупность конструктивных элементов, принимающих на себя нагрузки, начиная от режущей кромки инструмента, к самой детали: инструмент, патрон, шпиндель 11, направляющие 4, портал 2, рама 1, стол 10, зажим детали, деталь), что является важнейшим параметром станков подобного класса. В данной системе к раме 1 и порталу 2 предъявляются самые жесткие требования, так как нагрузки в них распределены на максимальных длинах.The use of a steel welded frame 1 of a trapezoidal structure and a movable portal 2 in the Replicator F machine avoids the effects of vibrations and non-static loads that arise during operation, which increases the reliability of both the structure itself and the wearable moving parts of the machine (guides and screw drives ), as a result, the service life of the consumable (cutting) tool, the quality and accuracy of processing increases, and the service life of the installed electric motors increases. Also, this design helps to strengthen the “tool-device-part” system (a set of structural elements that take on loads, starting from the cutting edge of the tool to the part itself: tool, chuck, spindle 11, guides 4, portal 2, frame 1, table 10, part clamp, part), which is the most important parameter of machines of this class. In this system, the most stringent requirements are imposed on frame 1 and portal 2, since the loads in them are distributed over maximum lengths.

В станке «Репликатор Ф» в конструкции оси Х (портале 2) применена схема взаимно-перпендикулярного размещения линейных рельсовых направляющих 4. Так как нагрузочная способность рельсовых направляющих 4 сверху гораздо больше, чем сбоку, данная схема обеспечивает более рациональное распределение разнонаправленных нагрузок, возникающих во время работы (на направляющую, расположенную сверху портала 2, в большей степени ложится нагрузка по оси Z, а на направляющую, расположенную сбоку портала 2, в большей степени ложится нагрузка по оси Y). In the “Replicator F” machine, in the design of the X axis (portal 2), a scheme of mutually perpendicular placement of linear rail guides 4 is used. Since the load capacity of rail guides 4 from above is much greater than from the side, this scheme ensures a more rational distribution of multidirectional loads arising during operating time (the guide located on top of portal 2 bears more of the load along the Z axis, and the guide located on the side of portal 2 bears more of the load along the Y axis).

В станке «Репликатор Ф» для привода ходового винта от шагового двигателя используется редукция (механическое деление передачи крутящего момента), что позволяет снизить (или отказаться вовсе при не завышенных требованиях к точности) дробление шага, тем самым получая оптимальный силовой момент привода. Это в свою очередь позитивно сказывается на эксплуатационных характеристиках (увеличение снимаемых слоев реза, использование более крупного инструмента и т.п.).In the “Replicator F” machine, reduction (mechanical division of torque transmission) is used to drive the lead screw from a stepper motor, which makes it possible to reduce (or eliminate altogether if the accuracy requirements are not excessive) step fragmentation, thereby obtaining the optimal power torque of the drive. This, in turn, has a positive effect on operational characteristics (increasing the cut layers removed, using larger tools, etc.).

Приводной механизм станка представляет собой группу приводов линейных перемещений (оси Х, Y, Z) и основного рабочего привода (шпиндель). Дополнительно данный станок может комплектоваться приводом, так называемой четвертой оси (радиальной).The drive mechanism of the machine is a group of linear movement drives (X, Y, Z axes) and the main working drive (spindle). Additionally, this machine can be equipped with a drive, the so-called fourth axis (radial).

Группа привода линейных перемещений представляет собой шарико-винтовую передачу (ШВП), приводимую в движение с помощью шагового электродвигателя через передачу с коэффициентом редукции 2:1. Редукция – это понижение числа оборотов механизма с целью привести обороты к требуемым. Приводы линейных направляющих закреплены на раме 1, портале 2 и основании 3 шпинделя 11 с помощью специальных креплений (5, 6, 7, 8). Также возможна модификация станка с опциональной комплектацией линейного привода с обратной связью.The linear motion drive group is a ball screw (ball screw) driven by a stepper motor through a gear with a reduction ratio of 2:1. Reduction is a decrease in the speed of the mechanism in order to bring the speed to the required speed. The linear guide drives are mounted on the frame 1, the portal 2 and the base 3 of the spindle 11 using special fasteners (5, 6, 7, 8). It is also possible to modify the machine with an optional linear drive with feedback.

Основной привод (шпиндель 11) представляет собой моноблочное исполнение асинхронного электродвигателя, шпиндельно-подшипникового узла и цангового зажима инструмента. Шпиндель 11 имеет встроенную систему водяного охлаждения. Подшипниковый узел выполнен в керамическом исполнении.The main drive (spindle 11) is a monoblock design of an asynchronous electric motor, a spindle-bearing unit and a collet tool clamp. Spindle 11 has a built-in water cooling system. The bearing unit is made of ceramic design.

Конструктивное исполнение устройства позволяет разместить привода внутри рамы 1 (крепление 6, 7 приводов оси Y) и портала 2 (крепление 5 привода оси X), что способствует уменьшению габарита в целом, а также позволяет организовать эффективное принудительное охлаждение электродвигателей (это дает увеличение надежности и ресурса двигателей).The design of the device allows the drive to be placed inside frame 1 (mount 6, 7 Y-axis drives) and portal 2 (mount 5 X-axis drive), which helps reduce the overall size, and also allows for efficient forced cooling of electric motors (this increases reliability and engine life).

Рассмотрим пример работы станка.Let's look at an example of how the machine works.

Работа станка подразумевает следующие этапы:The operation of the machine involves the following stages:

Написание управляющей программы посредством как ручного набора команд, так и с использованием любой распространённой CAM-системы (ArtCAM, SolidCAM, PowerMill, ADEM или многие другие).Writing a control program using either a manual set of commands or using any common CAM system (ArtCAM, SolidCAM, PowerMill, ADEM or many others).

Установка заготовки детали на рабочий стол 10 станка с помощью стандартных приспособлений (тиса, самоцентрирующийся кулачковый патрон, прижимы и т.п.). Installing the workpiece on the work table 10 of the machine using standard devices (yew, self-centering jaw chuck, clamps, etc.).

Установка режущего инструмента в шпиндель 11 (посредством цангового патрона) и его привязка к детали.Installing the cutting tool into spindle 11 (using a collet chuck) and attaching it to the part.

Запуск управляющей программы. Возможны режимы покадрового исполнения и режим с программным остановом (например, для контрольных измерений). Launching the control program. Single-block execution modes and a program stop mode are possible (for example, for control measurements).

После запуска программы приводы всех осей (X, Y, Z), а также шпиндель 11 начинают движение с заданными скоростями и по заданным координатам в соответствие с программой пользователя. Во время движения по оси Х, взаимно-перпендикулярное расположение рельсовых направляющих 4 способствует более рациональному распределению нагрузки при обработке заготовки, что увеличивает ресурс расходного (режущего) инструмента, улучшает эксплуатационные характеристики (качество и точность обработки), увеличивает ресурс установленных электродвигателей за счет повышения жесткости и увеличение надежности конструкции. В свою очередь, жесткость конструкции, достигаемая сварными соединениями и трапецеидальной формой рамы 1, уменьшает габаритные размеры станка по высоте, снижает общую массу и увеличивает деформационную стойкость, что также увеличивает ресурс расходного (режущего) инструмента, улучшает эксплуатационные характеристики (качество и точность обработки), увеличивает ресурс установленных электродвигателей. After starting the program, the drives of all axes (X, Y, Z), as well as the spindle 11, begin to move at specified speeds and along specified coordinates in accordance with the user program. During movement along the X-axis, the mutually perpendicular arrangement of the rail guides 4 contributes to a more rational distribution of the load when processing the workpiece, which increases the life of the consumable (cutting) tool, improves performance characteristics (quality and accuracy of processing), increases the life of the installed electric motors by increasing rigidity and increasing the reliability of the design. In turn, the rigidity of the structure, achieved by welded joints and the trapezoidal shape of frame 1, reduces the overall dimensions of the machine in height, reduces the total weight and increases deformation resistance, which also increases the service life of the consumable (cutting) tool, improves operational characteristics (quality and accuracy of processing) , increases the service life of installed electric motors.

В процессе выполнения программы возможна регулировка «на лету» величин подачи и оборотов (в процентном отношении к заданным в программе).During program execution, it is possible to adjust “on the fly” the feed and speed values (as a percentage of those specified in the program).

Так же в ручном режиме доступны не только выполнение перемещений «от кнопок», но также выполнение отдельных программных строк (наборов команд). Also in manual mode, not only the execution of movements “from the buttons” is available, but also the execution of individual program lines (sets of commands).

Claims

A desktop milling machine containing a welded trapezoidal frame with a portal installed on it, on which a spindle and mutually perpendicular linear rail guides are mounted.