Евразийский сервер публикаций

Евразийский патент № 035610

   Библиографические данные
(11)035610    (13) B1
(21)201800251

 A ]   B ]   C ]   D ]   E ]   F ]   G ]   H ] 

Текущий раздел:      


Документ опубликован 2020.07.15
Текущий бюллетень: 2020-07  
Все публикации: 035610  
Реестр евразийского патента: 035610  

(22)2018.03.29
(51) B23C 1/06 (2006.01)
B23Q 5/10 (2006.01)
B23C 3/00 (2006.01)
B23Q 15/007 (2006.01)
F16C 32/06(2006.01)
(43)A1 2019.11.29 Бюллетень № 11  тит.лист, описание 
(45)B1 2020.07.15 Бюллетень № 07  тит.лист, описание 
(96)2018/EA/0020 (BY) 2018.03.29
(71)ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ МАШИНОСТРОЕНИЯ НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК БЕЛАРУСИ"; ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "ПЛАНАР" (BY)
(72)Басинюк Владимир Леонидович, Ковальчук Геннадий Филиппович, Школык Святослав Борисович, Зайцев Валерий Александрович, Цыркун Дмитрий Петрович (BY)
(73)ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ МАШИНОСТРОЕНИЯ НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК БЕЛАРУСИ"; ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "ПЛАНАР" (BY)
(54)ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ПРЕЦИЗИОННЫЙ СТАНОК С ЧИСЛОВЫМ ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ И СПОСОБ ОБРАБОТКИ НА НЕМ ПЛОСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ
   Формула 
(57) 1. Вертикальный прецизионный станок с числовым программным управлением (ЧПУ), содержащий станину (1), арочную конструкцию, сформированную двумя вертикальными стойками (2, 3), прикрепленными к станине (1) и соединенными между собой поперечной балкой (4), стол (5), установленный между двумя вертикальными стойками (2, 3) с возможностью возвратно-поступательного перемещения в горизонтальном направлении вдоль оси X и соединенный с приводом горизонтальной подачи стола (5), шпиндель (7), установленный на поперечной балке (4) и соединенный с приводом его вращения, отличающийся тем, что в состав ЧПУ (9) станка введен дополнительный многоканальный контроллер (10) и станок снабжен планшайбой (11), расположенной на столе (5) с возможностью программно-управляемого вращения по меньшей мере в одной аэростатической подшипниковой опоре и соединенной с дополнительно установленным приводом (19) вращения планшайбы (11), который соединен с ЧПУ (9), резцовой головкой (12), жестко закрепленной на шпинделе (7), в котором по меньшей мере одна опора выполнена аэростатической, устройством (13) подачи сжатого воздуха в аэростатические подшипники и подшипниковые опоры, устройством (14) подачи охлаждающей жидкости в шпиндель (7), а привод вращения шпинделя (7) выполнен в виде электродвигателя, в котором постоянные магниты (15) жестко закреплены на валу (16) шпинделя (7), а магнитоэлектрические модули (17) жестко закреплены в корпусе (18) шпинделя (7) и соединены с ЧПУ (9), при этом вал (16) шпинделя (7) выполнен с полостью (63) для охлаждающей жидкости, соединенной с устройством (14) подачи охлаждающей жидкости, и станок дополнительно снабжен дополнительным приводом (20) вертикальной подачи стола (5) вдоль оси Z, соединенным с ЧПУ и установленным с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения стола (5) вдоль оси Z, блоками контроля, соединенными выходами с соответствующими входами дополнительного многоканального контроллера (10) и включающими блок контроля (22) вертикальных перемещений и колебаний вдоль оси Z вала (16) шпинделя (7) относительно его корпуса (18); блок контроля (23) горизонтальных перемещений и колебаний вдоль осей X и Y нижней части (16а) вала (16) шпинделя (7) относительно его корпуса (18); блок контроля (24) горизонтальных перемещений и колебаний вдоль осей X и Y верхней части (16б) вала (16) шпинделя (7) относительно его корпуса (18); блок контроля (25) вертикальных перемещений и колебаний вдоль оси Z и горизонтальных перемещений и колебаний вдоль осей X и Y планшайбы (11) относительно стола (5); блок контроля (26) давления сжатого воздуха в аэростатических подшипниках и подшипниковых опорах шпинделя (7); блок контроля (27) давления сжатого воздуха в аэростатических подшипниковых опорах планшайбы (11); блок контроля (28) температуры охлаждающей жидкости; блок контроля (29) температуры корпуса (18) шпинделя (7), а также блоками регулирования, соединенными входами с соответствующими выходами дополнительного многоканального контроллера (10) и включающими блок регулирования (30) давления сжатого воздуха в аэростатических подшипниках и подшипниковых опорах шпинделя (7); блок регулирования (31) давления сжатого воздуха в аэростатических подшипниковых опорах планшайбы (11); блок регулирования (32) объема подачи охлаждающей жидкости.
2. Станок по п.1, отличающийся тем, что аэростатическая подшипниковая опора планшайбы (11) выполнена комбинированной в виде подшипника скольжения и аэростатической подшипниковой опоры, расположена между обращенными друг к другу поверхностями стола (5) и планшайбы (11) и снабжена по меньшей мере одним датчиком давления сжатого воздуха (36), соединенным с блоком контроля (27) давления сжатого воздуха в аэростатической подшипниковой опоре планшайбы (11), при этом планшайба (11) установлена с возможностью вращения на аэростатической подшипниковой опоре или подшипнике скольжения, причем на ее поверхности (71), обращенной к резцовой головке (12), выполнены из пористого материала, например пористой керамики (34), вакуумные присоски (72) для крепления обрабатываемых пластин.
3. Станок по п.1 или 2, отличающийся тем, что вал (16) шпинделя (7) выполнен с расположенным в его нижней части диском (37), диаметр которого превышает диаметр вала (16), а в корпусе (18) шпинделя (7) выполнена ответная диску (37) цилиндрическая полость (38), при этом опора, в которой установлена нижняя часть вала (16), выполнена комбинированной в виде по меньшей одной осевой аэростатической подшипниковой опоры и по меньшей мере одного радиального аэростатического подшипника, где осевая аэростатическая подшипниковая опора образована торцевой поверхностью (40) диска (37) вала (16) и ответной ей торцевой поверхностью (39) цилиндрической полости (38) корпуса (18) шпинделя (7), снабженного осевыми отверстиями (41) для прохода сжатого воздуха, распределенными по окружности и сообщающимися по меньшей мере с одним каналом (42) в корпусе (18) шпинделя (7), последовательно соединенным с блоком регулирования (30) давления сжатого воздуха в аэростатических подшипниках и подшипниковых опорах шпинделя и устройством подачи (13) сжатого воздуха, а радиальный аэростатический подшипник шпинделя (7) образован наружной цилиндрической поверхностью (48) вала (16) и ответной ей внутренней цилиндрической поверхностью (49) корпуса (18) шпинделя (7), снабженной радиальными отверстиями (50) для прохода воздуха, распределенными по окружности и длине внутренней цилиндрической поверхности (49) корпуса (18) шпинделя (7) и сообщающимися по меньшей мере с одним каналом (51) в корпусе (18) шпинделя (7), соединенным последовательно с блоком регулирования (30) давления сжатого воздуха в аэростатических подшипниках и подшипниковых опорах шпинделя (7) и устройством подачи (13) сжатого воздуха, причем опора, расположенная в верхней части шпинделя (7), выполнена комбинированной в виде осевого подшипника скольжения, образованного конусообразной (56) или сферической (57) поверхностью участка вала (16) шпинделя (7), выполненной из стали с поверхностной твердостью 61-65 HRC, и опорной конусообразной поверхностью (58), установленной в корпусе (18) втулки (59), выполненной из антифрикционного материала, например железографита, с возможностью контакта опорной конусообразной поверхности (58) с ответной конусообразной (56) или сферической (57) поверхностью вала (16) шпинделя (7), и имеющей угол конусности a, определяемый из арктангенса отношения, содержащего в числителе произведение диаметра dmr, на котором установлены режущие кромки резцов (не показаны), на увеличенное на единицу отношение допустимой скорости скольжения антифрикционного материала к минимальной скорости резания, выбираемой из условия обеспечения требуемой шероховатости при предварительной (черновой) обработке, а в знаменателе - удвоенную сумму расстояний L1 (расстояние между наибольшим диаметром dr опорной конусообразной поверхности (58) корпуса (18) шпинделя (7), контактирующей с ответной конусообразной (56) или сферической (57) поверхностью вала (16) шпинделя (7), и диском (37) вала (16) шпинделя (7) (его серединой по толщине)) и L2 (расстояние между диском (37) вала (16) шпинделя (7) (его серединой по толщине) и нижней плоскостью резцовой головки (12)), и наибольший диаметр dp опорной конусообразной поверхности (58) втулки (59), определяемый из произведения dmr на отношение допустимой скорости скольжения антифрикционного материала к минимальной скорости резания, выбираемой из условия обеспечения требуемой шероховатости при предварительной (черновой) обработке, и
радиального аэростатического подшипника, расположенного над электродвигателем и образованного наружной цилиндрической поверхностью (60) вала (16) шпинделя (7) и ответной ей внутренней цилиндрической поверхностью (61) корпуса (18) шпинделя (7), снабженного радиальными отверстиями (62) для прохода сжатого воздуха, распределенными по меньшей мере по одной окружности и связанными по меньшей мере с одним каналом, последовательно соединенным с блоком регулирования (30) давления сжатого воздуха и устройством подачи (13) сжатого воздуха, при этом каждый из указанных аэростатических подшипников снабжен по меньшей мере одним датчиком давления (43) сжатого воздуха, соединенным с блоком контроля (26) давления сжатого воздуха в аэростатических подшипниках шпинделя (7), и шпиндель (7) установлен с возможностью вращения его вала (16) в аэростатических подшипниках и подшипниковых опорах или в расположенном в верхней части (16б) вала (16) шпинделя (7) подшипнике скольжения и расположенных в нижней части (16а) вала (16) аэростатических подшипниках и подшипниковых опорах.
4. Станок по п.3, отличающийся тем, что размещенная на шпинделе (7) резцовая головка (12) выполнена диаметром, превышающим диаметр диска (37) вала (16) шпинделя (7), и снабжена двумя диаметрально расположенными резцовыми державками (65, 66), установленными с возможностью их поворота вокруг горизонтальной оси и расположения режущих кромок резцов на диаметре dr, превышающем диаметр планшайбы (11), при этом одна державка установлена с возможностью крепления режущего инструмента, а вторая - с возможностью балансировки резцовой головки (12).
5. Станок по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что станок снабжен бесконтактными датчиками (67) вертикальных перемещений и колебаний вдоль оси Z вала (16) шпинделя (7) относительно его корпуса (18), выходы которых соединены с соответствующими входами с блока контроля (22) вертикальных перемещений и колебаний вдоль оси Z вала (16) шпинделя (7) относительно его корпуса (18), бесконтактными датчиками (68) горизонтальных перемещений и колебаний вдоль осей X и Y нижней части (16а) вала (16) шпинделя (7) относительно его корпуса (18), выходы которых соединены с соответствующими входами блока контроля (23) горизонтальных перемещений и колебаний вдоль осей X и Y нижней части (16а) вала (16) шпинделя (7) относительно его корпуса (18), бесконтактными датчиками (69) горизонтальных перемещений и колебаний вдоль осей X и Y верхней части (16б) вала (16) шпинделя (7), выходы которых соединены с соответствующими входами блока контроля (24) горизонтальных перемещений и колебаний вдоль осей X и Y верхней части (16б) вала (16) шпинделя (7) относительно его корпуса (18) и бесконтактными датчиками (70) вертикальных перемещений и колебаний вдоль оси Z и горизонтальных перемещений и колебаний вдоль осей X и Y планшайбы (11) относительно стола (5), выходы которых соединены с соответствующими входами блока контроля (25) вертикальных перемещений и колебаний вдоль оси Z и горизонтальных перемещений и колебаний вдоль осей X и Y планшайбы (11) относительно стола (5), при этом датчики выполнены в виде установленных с возможностью бесконтактного взаимодействия постоянных магнитов и датчиков Холла и постоянные магниты размещены на валу (16) шпинделя (7) и планшайбе (11), а датчики Холла установлены на корпусе (18) шпинделя (7) и на столе (5) с возможностью регулирования расстояния между ними и постоянными магнитами от 0,5 до 9 мм.
6. Станок по п.5, отличающийся тем, что дополнительный многоканальный контроллер (10) выполнен на базе микрокомпьютера с внутренней памятью и имеет по меньшей мере десять цифровых и аналоговых входов с аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) и пять выходов с цифро-аналоговыми преобразователями (ЦАП), 1-е вход и выход которого соединены с ЧПУ (9), 2-й вход соединен с выходом блока контроля (22) вертикальных перемещений и колебаний вдоль оси Z вала (16) шпинделя (7) относительно его корпуса (18), 3-й вход соединен с выходом блока контроля (23) горизонтальных перемещений и колебаний вдоль осей X и Y нижней части (16а) вала (16) шпинделя (7) относительно его корпуса (18), 4-й вход соединен с выходом блока контроля (24) горизонтальных перемещений и колебаний вдоль осей X и Y верхней части (16б) вала (16) шпинделя (7) относительно его корпуса (18), 5-й вход соединен с выходом блока контроля (25) вертикальных и горизонтальных перемещений и колебаний вдоль оси Z и горизонтальных перемещений и колебаний вдоль осей X и Y планшайбы (11) относительно стола (5), 6-й вход соединен с выходом блока контроля (26) давления сжатого воздуха в аэростатических подшипниках и подшипниковых опорах шпинделя (7), 7-й вход соединен с выходом блока контроля (27) давления сжатого воздуха в аэростатических подшипниковых опорах планшайбы (11), 8-й вход соединен с выходом блока контроля (28) температуры охлаждающей жидкости, 9-й вход соединен с выходом блока (29) контроля температуры корпуса (18) шпинделя (7), 10-й вход соединен с 1-м выходом вычислительного средства (73), 2-й выход соединен с входом блока регулирования (30) давления сжатого воздуха в аэростатических подшипниках и подшипниковых опорах шпинделя (7), 3-й выход соединен с входом блока регулирования (31) давления сжатого воздуха в аэростатических подшипниковых опорах планшайбы (11), 4-й выход соединен с входом блока регулирования объема подачи охлаждающей жидкости, причем в состав ЧПУ (9) введены дополнительные средство отображения (76) и вычислительное средство (73), 1-й вход и выход которого соединены с соответственно 5-м выходом и 10-м входом дополнительного многоканального контроллера (10), 2-й вход и выход соединены с выходом и входом ЧПУ (9), 3-й выход соединен с входом средства отображения (76).
7. Способ обработки плоских поверхностей на вертикальном станке с числовым программным управлением (ЧПУ) по пп.1-6, включающий установку обрабатываемой детали на станке, ее черновую и чистовую обработку с управлением тепловыми режимами функционирования системы станок-приспособление-инструмент-деталь (СПИД), скоростью резания и припуском на обработку, отличающийся тем, что обработку осуществляют однолезвийным алмазным или алмазоподобным инструментом, например, из кубического нитрида бора, при этом при осуществлении черновой и чистовой обработки осуществляют управление жесткостью системы СПИД и частотой колебаний режущего инструмента, причем при черновой обработке повышают жесткость системы СПИД, устанавливая и вращая вал (16) шпинделя (7) в расположенном в его верхней части (16б) подшипнике скольжения и в расположенных в нижней части (16а) вала (16) аэростатических радиальном подшипнике и осевой подшипниковой опоре и вращая планшайбу (11) в опоре скольжения, черновую обработку осуществляют со скоростью резания 750-800 м/мин, а при чистовой обработке в системе СПИД создают повышенную плавность работы, устанавливая и вращая шпиндель (7) и планшайбу (11) в аэростатических подшипниках и подшипниковых опорах, и чистовую обработку осуществляют со скоростью резания, превышающую 1200 м/мин, причем при черновой обработке снимается припуск 0,4-0,8 мм, а при чистовой - менее 0,2 мм.
Zoom in