BG67419B1 - Устройство за шестстранно обработване на обекти - Google Patents

Abstract

Изобретението намира приложение в областта на плазменото и лазерно рязане, както и при комплектовката на CNC машини за обработване на метали. Същността на изобретението е устройство, което се състои в осигуряване на три транслационни движения и едновременно с това осигуряване на три ротационни движения на работен инструмент (10), като оста Е2 на работния инструмент (10) се отмества на разстояние Делта1 от оста на първа ротация и на разстояние Делта2 от оста на втора ротация. Устройството е реализирано по кинематична схема, която съдържа ротационен модул, който се състои от тяло (4), снабдено с два успоредни един на друг U и V ротационни мотора, зацепени поотделно към два коаксиални вала, монтирани един в друг. Към тялото (4) е закрепено раменно тяло (5), което завършва с бърза връзка (6), като на края на раменното тяло (5), чрез бързата връзка (6), е куплиран работният инструмент (10) или е куплиран удължител (7), който завършва с въртяща станция (8), към която е закрепен работният инструмент (10).

Description

(54) УСТРОЙСТВО ЗА ШЕСТСТРАННО ОБРАБОТВАНЕ НА ОБЕКТИ

Област на техниката

Изобретението се отнася до устройство за шестстранно обработване на обекти, и по-специално паралелепипед, което може да осъществи рязане, боядисване, шлайфане и други технологични операции, свързани с обработка на материали, на една установка, с възможност за обработка по различни стени и страни на обработвания обект, а така също и при скосяване или наклонено рязане под определен ъгъл чрез горелка или горелка за плазмено рязане или лазерна обработка. Изобретението намира приложение в областта на плазменото и лазерно рязане или заваряване на обекти от метал. Изобретението може да намери приложение при комплектовката на CNC машини за обработване на метали.

Предшестващо състояние на техниката

Известна е машина за обработка на обемни метални обекти, която осигурява транслационно движение на работния инструмент в три декартови оси - X, Y, Z и ротация по две ротационни оси. Машината е изградена от портална рамка с движение по релси, осигуряваща транслация по оста X и движение по напречната греда на порталната рамка чрез задвижване на количка, осигуряващо транслация по оста Y. Към количката подвижно е монтирано носещо рамо, осигуряващо транслация по оста Z. Към носещото рамо е монтиран мотор, който осигурява първо ротационно движение в равнина Y-X, чрез носеща ос, перпендикулярно за която е закрепена втора ос, която осигурява второ ротационно движение в равнина Z-X на работния инструмент (РСТ заявка WO2016/061645).

В посоченото устройство всички тези движения се предават по кинематичната схема по обичайния начин, а именно едно след друго. Това води до дълга кинематична схема, което реализирано на практика прави съоръжението едрогабаритно, с нужда от големи пространства за осигуряване на всички ротационни движения, както и по-голяма маса на съставните елементи. По-голямата маса на съставните елементи води до по-големи инерционни моменти при осъществяването на различните движения на работния инструмент, откъдето се изискват и по-големи мощности на задвижване. Освен това степента, равнините на обработвания обект са ограничени, както по брой, така и по функция.

Задачата на изобретението е да се създаде устройство за точно движение на инструмент за заваряване или горелка, по-специално за плазмено рязане, по осите X, Y и Z с възможност за шестстранна обработка на обект, примерно с форма на паралелепипед, на един път с една установка и с възможност за достигане до всяка точка от повърхността на детайла с форма на паралелепипед, при произволен ъгъл на наклон на инструмента спрямо повърхността, който да е равен на ъгъла между оста на инструмента и съответната повърхност. Същевременно устройството да бъде компактно и задвижвано с мощности по-ниски от известните. Да има възможност чрез бърза връзка, за подмяна на съставни елементи, които осигуряват мобилност. Тази мобилност е необходима при увеличаване или намаляване на количеството и/или функциите на обработваните равнини, по задание от оператора и според технологичните нужди на конкретна обработка.

Техническа същност на изобретението

Задачата на изобретението е решена от устройство за шестстранно обработване на обекти, изработено по ротационен модул за три ротационни движения по три пресичащи се перпендикулярно една спрямо друга оси, като централната ос на работния инструмент, тази преминаваща през центъра му по неговото протежение, е отместена едновременно на две отделни разстояния, спрямо две от осите на ротация, веднъж на разстояние спрямо оста на първа ротация и втори път на разстояние от оста на втората ротация, при което в работно положение централната ос на работния инструмент сключва произволен ъгъл спрямо две от координатните оси.

Ротационният модул се състои от тяло, което е снабдено с U ротационен мотор и V ротационен мотор, монтирани успоредно един до друг върху тялото. Двата мотора са зацепени поотделно към два коаксиални един на друг вала, разположени в тялото, като осите на валовете са перпендикулярни на осите на моторите, като първият вал от които е кух, а вторият е поместен в центъра на кухия вал съосно един на друг, като валовете предават ротацията от моторите чрез система от зъбни предавки по две от осите на ротация.

U ротационният мотор е зацепен към кухия вал, чрез двойки цилиндрични и конусни зъбни колела. Чрез U ротационен мотор и зацепения към него кух вал е осъществена първа ротация на работния инструмент по ос U.

Към тялото, върху което са монтирани моторите, е закрепено раменно тяло, в което е поместена редукторна кутия с конусна зъбна предавка, която отново обръща посоката на осите на въртене от V ротационен мотор, като раменното тяло завършва с бърза връзка. V ротационният мотор е монтиран върху тялото непосредствено до U ротационния мотор и чрез система от двойки зъбни колела - първична двойка цилиндрични зъбни колела, вторична двойка конусни зъбни колела, е свързан с вътрешния коаксиален вал, чиято ос съвпада с оста на първата ротация, но другият му край е свързан с конусната зъбна предавка, поместена в раменното тяло, която променя посоката на въртене перпендикулярно на първата ротация, при което се образува втората ос на ротация - ос V, перпендикулярна на първата ос на ротация U. На края на раменното тяло, към бързата връзка е куплиран удължител, в който е поместен W ротационен мотор, като удължителят завършва с въртяща станция, към която е закрепен работният инструмент, като въртящата станция чрез W ротационния мотор осигурява ротация по трета ротационна ос. Така, раменното тяло, бързата връзка, заедно с удължителя по протежението на оста V, представляват рамо, което осигурява разстоянието Δ1 на централната ос на работния инструмент спрямо първата ос на ротация в диапазона 50 mm - 1000 mm. Монтираният в удължителя W ротационен мотор, който е поместен в корпуса му, чрез конусна зъбна предавка осъществява ротацията по третата ос W. Удължителят заедно с въртящата станция по оста W и взаимното им разположение спрямо раменното тяло, се образува второто отместване Δ2 на централната ос на работния инструмент спрямо втората ос на ротация, което отместване е в диапазона 0 mm - 250 mm.

Алтернативен случай на изпълнение е, когато централната ос на работния инструмент е отместена само на едно разстояние - първото отместване на централната ос на работния инструмент спрямо първата ос на ротация, което се получава в случая, когато към бързата връзка на раменното тяло е закрепен директно работния инструмент, без помощта на удължителя и въртящата станция, при което кинематично липсва третото ротационно движение и третата ротационна ос (фиг. 1). В този случай първото разстояние на отместване това между пресечната точка на първа ротация с оста на втора ротация до централната ос на работния инструмент се образува само от част от дебелината на раменното тяло, заедно с дебелината на бързата връзка, но без дължината на удължителя, който конструктивно липсва. При това второто отместване на централната ос на работния инструмент спрямо втората ос на ротация е равно на 0. В този случай ротациите остават само две, а централната ос на работния инструмент пресича втората ос на ротация, като двете оси лежат в образуваната от тях равнина.

Предимствата на устройството са, че се постига точно движение на работния инструмент по трите декартови оси при шестстранна обработка на обекта, примерно паралелепипед, на един път с една установка. Същевременно устройството е компактно и задвижвано от мотори с ниска мощност и малка консумация на електричество. Кинематичната схема е компактна, поради което устройството, въпреки че има големи технологични възможности за обработване на обекти от всички страни е компактно. Чрез бързата връзка, работното рамо на инструмента може да се удължава, като се добавя трета ос на ротация или да се скъсява, което осигурява технологична мобилност.

Пояснение на приложените фигури

На фигура 1 е показано примерно изпълнение на устройството с удължител и без удължител, с директно захванат инструмент.

На фигура 2 е изобразено устройство за шестстранно обработване на обекти с три оси на ротация, монтирано на установка за рязане на метали или заваряване в портално изпълнение, от което се визуализира пространственото положение на устройството спрямо транслационните оси.

На фигура 3 е изобразено устройство за шестстранно обработване на обекти, монтирано на конзолна установка за рязане на метали, във вариант за директно закачане на горелката към ротационния модул, само с две оси на ротация.

Примери за изпълнение на изобретението

Примерно изпълнение 1.

Създадено е устройство за шестстранно обработване на обекти, примерно паралелепипеди, изпълнено по кинематична схема, по която се осигуряват три ротации по три оси U, V и W и две линейни отмествания Δ1 и Δ2 на централната ос Е2 на работния инструмент 10. Трета ос на ротация W осигурява ротация в равнина, успоредна с равнината Z-Y, а положението й осигурява отместване на работния инструмент 10 на разстояние Δ1 от пресечната точка на оста на първа ротация U с оста на втора ротация V. В устройството е осъществено и второ отместване, на работния инструмент 10, на разстояние Δ2 от оста на втора ротация V. Трета ос на ротация W е успоредна на първата ос на ротация U и същевременно се намира на разстояние Δ1, което е равно на 500 mm.

В това примерно изпълнение устройството, осигуряващо работа по описаната си кинематична схема, представлява ротационен модул 1, който включва тяло 4, което е снабдено с U ротационен мотор 2 и V ротационен мотор 3. Двата мотора са зацепени поотделно към два коаксиални вала, първият от които е кух, а вторият е поместен в центъра на кухия вал, като валовете предават ротацията чрез система от зъбни предавки по двете оси U и V.

U ротационен мотор 2, чрез двойки цилиндрични и конусни зъбни колела е зацепен към кухия вал. Чрез U ротационен мотор 2 и зацепеният към него кух вал е осигурена първа ротация на работния инструмент, по оста U. Към тялото с моторите е закрепено раменно тяло 5, в което е поместена редукторна кутия с конусна зъбна предавка, като раменното тяло 5 завършва с бърза връзка 6.

V ротационен мотор 3 е монтиран върху тялото 4, непосредствено и успоредно до първия U ротационен мотор 2, като чрез система от двойки зъбни колела - първична двойка цилиндрични зъбни колела, вторична двойка конусни зъбни колела, той е свързан с вътрешния коаксиален вал, който минава през центъра на оста на ротация U (първата ротация), а другият му край е свързан с конусната зъбна предавка, поместена в раменното тяло 5, при което се образува втората ос на ротация оста V, като така описаната предавка осигурява втората ротация. На края на раменното тяло 5, към бързата връзка 6 е куплиран удължител 7, който завършва с въртяща станция 8, към която е закрепен работния инструмент 10, като въртящата станция осигурява ротация по трета ротационна ос W. Така част от дебелината на раменното тяло 5 (пресечната точка на ос U и V) с дебелината на бързата връзка 6, заедно с дължината на удължителя 7, представляват рамо, което осигурява разстоянието Δ1, между пресечната точка на оста на първа ротация U с оста на втора ротация V и централната ос на работния инструмент Е2. В удължителя 7 е монтиран W ротационен мотор 9, който е поместен в корпуса му и чрез конусна зъбна предавка осъществява ротацията по третата ос W. Отместването Δ2 на оста Е2 на работния инструмент 10, спрямо оста на втората ротация V в конкретното изпълнение, чрез размерите на въртяща станция 8 и на удължителя 7 е Δ2 = 50 mm от началото на втората ос на ротация V.

Ротационен модул 1 е монтиран върху носеща греда 25 на портална установка. Порталната установка (фиг. 2), представлява две успоредни направляващи 20, върху всяка една от тях са монтирани подвижни колички 21 и които са свързани помежду си с напречна греда 22. Чрез количките 21, по протежение на направляващите 20, е осигурено първо транслационно движение по декартова ос X. Върху напречната греда 22 са монтирани направляващи 23 в равнина, перпендикулярна на равнината на първо транслационно движение. Към направляващите 23 на напречната греда 22 е монтиран подвижен модул 24, който осигурява второ транслационно движение по декартова ос Y. Към подвижния модул 24, е монтирана носеща греда 25, за която конструктивно е осигурена възможност за линейно преместване по оста Z.

Действието на устройството, съгласно изобретението се състои в следното. Позиционира се обект в обсега на действие на съоръжението. Оператор задава чрез специален софтуер движения, толкова на брой и вид, колкото са необходими за позициониране на инструмента - линейни и въртеливи, съответни за всяка желана операция. Съобразно предварително зададената програма, горелката обхожда обекта по всички страни, като извършва зададените от оператора операции, при което чрез трите оси на транслация и трите оси на ротацията, съчетани с отместванията Δ1 и Δ2 на централната ос на работния инструмент, като работният инструмент може да проникне до всички обработвани страни, без да се налага обекта да бъде препозициониран.

Примерно изпълнение 2.

В това примерно изпълнение устройството е изработено по кинематична схема, която не включва удължител 7 с въртяща станция 8, която осигурява трета ос на ротация W (фиг. 1) и Δ2 = 0. Работният инструмент 10 чрез бърза връзка 6 е директно закачен за раменното тяло 5 и само тяхната дължина представлява разстоянието Δ1 = 50 mm.

Устройството в този случай е конструирано, като двете успоредни направляващи 20 са сдвоени, (фиг. 3), а подвижно към тях е монтирана носеща колона 26. Чрез нея и движението, което може да извършва, е осигурено първо транслационно движение по декартова ос X. Към носещата колона 26 е монтирана конзола 27, на която са закрепени направляващите 23. Към направляващите 23 на конзола 27 е монтиран подвижен модул 24, който осигурява второ транслационно движение по декартова ос Y. Към подвижния модул 24, е монтирана носеща греда 25, за която конструктивно е осигурена възможност за линейно преместване по оста Z.

Към носещата греда 25 е закрепен ротационен модул 1, снабден с U ротационен мотор 2 и V ротационен мотор 3, които са зацепени поотделно към два вала, първият от които е кух, а вторият е поместен в кухия вал. U ротационен мотор 2, чрез конусна зъбна предавка е зацепен към кухия вал, чрез който съответно е осигурена ротация на работния инструмент по оста U. Към тяло 4 е закрепено раменно тяло 5, в което са поместени конусна зъбна предавка и редуктор, като раменно тяло 5 завършва с бърза връзка 6. Чрез редуктора в раменно тяло 5 се получава втората ос на ротация V. V ротационен мотор 3 на ротационния модул 1, чрез конусна зъбна предавка е зацепен с втория вал, който преминава през кухия вал и е свързан под ъгъл с раменно тяло 5 на края, на което е образувана втората ос на ротация V. Връзката между втория вал с втората ос на ротация V е осигурена чрез редуктор, задвижван от конусна зъбна предавка, поместен в раменно тяло 5. За края на оста V е закрепен работния инструмент 10, в случая горелка за рязане на метали. Дължината на раменно тяло 5, заедно с бърза връзка 6, с която завършва, представляват рамо, което осигурява разстоянието Δ1, между оста на първата ротация U и централната ос на работния инструмент Е2.

Устройството действа по следния начин. При подаване на команда от оператор, носещата греда 25 придвижва ротационен модул 1 по ос Z в зависимост от височината, от нивото на работната маса на обработвания обект. Същевременно U ротационен мотор 2 на ротационен модул 1, чрез кухия вал завърта по ос U носещия модул 4, на ъгъл зададен от оператора и същевременно с това V ротационен мотор 3 чрез коаксиалния вал и вал по ос V, завърта работния инструмент на предварително зададен ъгъл. Започва рязане или друга обработка на обработвания обект, по предварителна програма, като програмно, се променя положението на инструмента, при което се задават транслационните движения по координати X, Y и Z, както и ротационните координати по осите U и V. В случаите, в които детайлът трябва да бъде обработен отдолу, раменното тяло 5, което осигурява разстоянието Δ1, позволява инструмента чрез серия от транслационни движения по трите оси и ротационни по двете, да премине под обработвания обект, без това да пречи на комуникациите, които захранват инструмента (въздух, енергия, охлаждане), което е невъзможно в случаите, при които двете оси на ротация и оста на инструмента се пресичат в една точка или са пренебрежимо близо един до друг.

Приложение на изобретението

Изобретението намира приложение при обработване на обекти, в различни позиции на една установка, без преместване, което може да се състои в рязане, боядисване, шлайфане и други технологични операции, свързани с обработка на материали, както и при скосяване или наклонено рязане под определен ъгъл чрез нож за плазмено рязане. Изобретението намира приложение в областта на плазменото и лазерно рязане или заваряване на обекти от метал. Изобретението може да намери приложение при създаване на CNC машини, за позициониране на работния инструмент.

Claims (1)

1. Устройство за шестстранно обработване на обекти, съставено от портална рамка или конзола, поставени върху релси, за движение по оста X и напречно разположена на порталната рамка или конзола - греда с количка за движение по оста Y, като към количката подвижно е монтирано носещо рамо за движение по оста Z, като към носещото рамо за движение по оста Z е монтиран ротационен модул, съставен от тяло, върху което са монтирани U ротационен мотор и V ротационен мотор, осите на които завършват със зъбни предавки, към всяка една от които е зацепен вал, като валовете са коаксиално разположени един спрямо друг, при което осите на моторите за всяка една от ротациите съответно U и V, са разположени в равнината X-Y, перпендикулярно една на друга, съответно на двете декартови оси, при което първият вал, който е свързан с U ротационен мотор е кух, а вторият вал, който е свързан с V ротационен мотор е поместен в кухия вал съосно на централната му ос, като връзката между валовете и моторите е осъществена чрез система от зъбни предавки и редукторна кутия с конусни зъбни предавки, характеризиращо се с това, че U ротационен мотор (2) и V ротационен мотор (3) са монтирани непосредствено един до друг към тяло (4), към което е закрепено раменно тяло (5), завършващо с бърза връзка (6), към която е куплиран работния инструмент (10), който е закрепен директно към раменното тяло (5) чрез бързата връзка (6), при което централната ос Е2 на работния инструмент (10) лежи и се пресича в една равнина с втората ос на ротация V или към бързата връзка (6) е куплиран удължител (7), който завършва с въртяща станция (8), чиято ос на въртене е перпендикулярна на оста на въртене V и успоредна на оста на въртене U, като към въртящата станция (8) е закрепен работният инструмент (10) с централна ос Е2, при което съвкупността по оста V на раменното тяло (5), бързата връзка (6) заедно с удължителя (7) образуват рамо на отместване Делта1, заключено между пресечната точка на оста на първа ротация U с оста на втора ротация V и централната ос на въртене Е2 на работния инструмент (10), което отместване е в диапазона 50-1000 mm, като в удължителя (7) е монтиран W ротационен мотор (9), който е поместен в корпуса му и чрез конусна зъбна предавка образува трета ротация по третата ос W, като съвкупността по оста W на удължителя (7) и въртящата станция (8) образуват рамо на отместване Делта2 на централната ос Е2 на работния инструмент (10), спрямо втора ос на ротация V, което отместване е в диапазона 0 mm-250 mm