RU2446034C1

RU2446034C1 - Method of cutting article with complex profile surface by multifunctional program-control hardware

Info

Publication number: RU2446034C1
Application number: RU2010139036/02A
Authority: RU
Inventors: Ольга Петровна Сахарова (RU); Ольга Петровна Сахарова; Абрам Ефимович Аскинази (RU); Абрам Ефимович Аскинази; Марк Борисович Гатовский (RU); Марк Борисович Гатовский; Михаил Абрамович Эстерзон (RU); Михаил Абрамович Эстерзон
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Департамент науки и промышленной политики города Москвы
Priority date: 2010-09-23
Filing date: 2010-09-23
Publication date: 2012-03-27

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to machine-tool industry. Proposed method comprises tool primary forming motion relative to article surface using drive software coordinate actuating system. Tool primary forming motion is realised by moving the tool along guide line formed as envelope of sequential positions of circular arcs simulating cutting shapes of round cutting plate to produce 3D surface. Cutting tool is located so that axis of turn of spindle 12 of tool head 5 is located in the plane of cutting tool front surface. Actuating system assembly units mounts are made up of cross frame 2 with horizontal guides mounted on foundation 1. Said foundation 1 accommodates rotary tool magazine 10. Main table of actuating system is mounted to allow limited turn along circular coordinate and equipped with rotary table articulated with the main table. Actuating system is equipped with carriage 3 and slide 4. Note here tool head is articulated with slide 4.

EFFECT: higher class of precision and surface finish, higher efficiency.

2 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к области станкостроения и может быть использовано в рамках реализации Государственной программы модернизации и технологического развития ведущих отраслей народного хозяйства посредством внедрения современного уровня достижений науки и техники в сфере комплексной механической обработки резанием сложнопрофильных изделий в ведущих отраслях техники, определяющих уровень экономического развития государства в целом.The invention relates to the field of machine tools and can be used within the framework of the State program for the modernization and technological development of leading sectors of the national economy through the introduction of the modern level of science and technology in the field of complex machining by cutting complex products in leading industries that determine the level of economic development of the state as a whole .

То есть преимущественное направление использования - автоматизированная мехатронная обработка резанием функционального слоя изделий со сложным пространственным профилем как формируемых в этом слое криволинейных поверхностей, так и дискретных структур, при использовании известного из уровня техники модернизированных станочного парка и вспомогательного оборудования (приспособлений).That is, the preferred direction of use is automated mechatronic processing by cutting the functional layer of products with a complex spatial profile of both curved surfaces formed in this layer and discrete structures using modernized machine park and auxiliary equipment (devices) known from the prior art.

Из уровня техники известен способ обработки резанием изделия с поверхностью сложного профиля в функциональном слое посредством многофункционального программно-аппаратного агрегата, заключающийся в следующем. Осуществляют главное формообразующее перемещение инструмента относительно поверхности функционального слоя изделия с использованием программно-организованной координатной исполнительной системы перемещения. Для этого используют металлорежущий станок, на станине которого размещают исполнительную систему позиционирования и относительного рабочего перемещения заготовки и инструмента, которую оснащают координатно-организованной системой главного формообразующего перемещения и позиционирования инструмента относительно поверхности функционального слоя изделия. При этом используют исполнительную систему, в которую включают: установленные непосредственно на станине станка основной стол для базирования обрабатываемого изделия, а также средство установки узлов и механизмов исполнительной системы, кинематически организующих рабочие перемещения непосредственно режущего инструмента. В состав этого средства установки узлов и механизмов вводят инструментальную головку с вращающимся по круговой координате «С» шпинделем, которую организуют с возможностью возвратно-поступательного перемещения по координате «Z». Кроме того, комплекс оснащают системой числового программного управления (ЧПУ) упомянутой исполнительной системой, посредством которой (системы ЧПУ) обеспечивают возможность формирования интегрального формообразующего относительного перемещения изделия и инструмента по заданной программе в процессе технологического цикла (патент RU №2356704, В23D 5/02, 2008 г.).The prior art method for processing cutting products with a complex profile surface in the functional layer by means of a multifunctional hardware-software unit, which consists in the following. The main form-forming movement of the tool relative to the surface of the functional layer of the product is carried out using a program-organized coordinate executive movement system. For this, a metal cutting machine is used, on the bed of which an actuating system for positioning and relative working movement of the workpiece and tool is placed, which is equipped with a coordinate-organized system of the main forming movement and positioning of the tool relative to the surface of the functional layer of the product. In this case, an executive system is used, which includes: a main table mounted directly on the machine bed for basing the workpiece, as well as a means for installing nodes and mechanisms of the executive system, which kinematically organize the working movements of the cutting tool itself. The tool head with a spindle rotating in a circular coordinate “C” is introduced into this means of installing the nodes and mechanisms, which is arranged with the possibility of reciprocating movement along the “Z” coordinate. In addition, the complex is equipped with a numerical control system (CNC) of the aforementioned executive system, through which (CNC systems) provide the possibility of forming an integral formative relative movement of the product and tool according to a given program during the technological cycle (patent RU No. 2356704, V23D 5/02, 2008).

К недостаткам данного известного из уровня техники способа (реализуемого посредством использования вышеописанного программно-аппаратного комплекса) следует отнести ограниченные функциональные возможности и, как следствие, относительно невысокие производительность и класс точности обработки.The disadvantages of this method known from the prior art (implemented by using the above-described software and hardware complex) include limited functionality and, as a result, relatively low productivity and processing accuracy class.

В основу заявленного технического решения была положена задача расширения функциональных возможностей заявленного способа (реализуемого посредством использования соответствующего программно-аппаратного комплекса) за счет обеспечения выполнения различных технологических операций (в частности, строгания, фрезерования, сверления, растачивания, токарной обработки), в том числе обработку боковых (прямолинейных и профильных) поверхностей изделия при одном установе обрабатываемой заготовки на базовой поверхности, а также повышения производительности оборудования при повышении класса точности и чистоты обработки поверхности изделия за счет отсутствия необходимости осуществления переустановки заготовки на протяжении полного технологического цикла. То есть весь технологический цикл осуществляется от одной базы, что, кроме всего прочего, упрощает программное обеспечение управляющего процессора системы ЧПУ, так как не требуется дополнительная корректировка программы в зависимости от погрешностей базирования заготовки.The basis of the claimed technical solution was the task of expanding the functionality of the claimed method (implemented by using the appropriate software and hardware complex) by ensuring the implementation of various technological operations (in particular, planing, milling, drilling, boring, turning), including processing lateral (rectilinear and profile) surfaces of the product with one installation of the workpiece on the base surface, as well as increasing productivity voditelnosti equipment with increasing accuracy and cleanliness class of surface treatment articles by eliminating the need of reinstalling the workpiece during a complete process cycle. That is, the entire technological cycle is carried out from one base, which, among other things, simplifies the software of the control processor of the CNC system, since additional adjustment of the program is not required depending on the errors of the workpiece basing.

Технический результат заключается в повышении класса точности и чистоты обработки поверхности изделия при повышении производительности технологического оборудования и процесса в целом за счет возможности осуществления полного цикла обработки при однократном базировании заготовки на одной базовой поверхности.The technical result consists in increasing the accuracy and purity class of the surface treatment of the product while increasing the productivity of technological equipment and the process as a whole due to the possibility of a complete processing cycle with a single workpiece basing on one base surface.

Поставленный технический результат обеспечивается посредством того, что в способе обработки резанием изделия с поверхностью сложного профиля посредством многофункционального программно-аппаратного агрегата, включающем главное формообразующее перемещение инструмента относительно поверхности функционального слоя изделия с использованием программно-организованной координатной исполнительной системы перемещения и позиционирования инструмента относительно поверхности функционального слоя изделия, при этом используют исполнительную систему позиционирования и относительного рабочего перемещения заготовки и инструмента, которая включает: установленные непосредственно на станине станка основной стол для базирования обрабатываемого изделия, а также средство установки узлов и механизмов исполнительной системы, кинематически организующих рабочие перемещения непосредственно режущего инструмента, в состав которых вводят инструментальную головку с вращающимся по круговой координате С шпинделем, которую выполняют с возможностью возвратно-поступательного перемещения по координате Z; агрегат оснащают системой числового программного управления упомянутой исполнительной системой, посредством которой обеспечивают возможность формирования интегрального формообразующего относительного перемещения изделия и инструмента по заданной программе в процессе технологического цикла, согласно изобретению главное формообразующее перемещение инструмента осуществляют последовательным перемещением инструмента вдоль направляющей, которая представляет собой линию, сформированную как огибающая последовательных положений дуг окружностей, имитирующих режущий контур используемой в инструменте круглой режущей пластины с возможностью формирования трехмерной поверхности; инструмент пространственно размещают таким образом, что ось поворота шпинделя инструментальной головки лежит в плоскости передней поверхности режущего инструмента; средство установки узлов и механизмов исполнительной системы конструктивно выполняют в виде траверсы, которую оснащают горизонтальными направляющими, ориентированными вдоль координатной оси X, в окне станины размещают поворотный магазин инструментов с набором инструментальных оправок, который конструктивно организуют с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль координатной оси «Y»; основной стол исполнительной системы устанавливают с возможностью ограниченного поворота по круговой координате «B» и оснащают поворотным столом, кинематически связанным с основным с возможностью осуществления поворота по круговой координате «A»; кроме того, исполнительную систему дополнительно оснащают: кареткой с горизонтальными направляющими, ориентированными ортогонально направляющим траверсы вдоль координатной оси «Y» и установленной на горизонтальных направляющих траверсы; ползуном, который устанавливают на горизонтальных направляющих каретки и оснащают вертикальными направляющими, ориентированными вдоль координатной оси «Z»; при этом инструментальную головку кинематически связывают с ползуном с возможностью осуществления возвратно-поступательного перемещения по координате «Y» совместно с ползуном и независимого перемещения по координате «Z».The technical result achieved is ensured by the fact that in the method of processing the cutting of an article with a complex profile surface by means of a multifunctional software and hardware unit, comprising the main shape-generating movement of the tool relative to the surface of the functional layer of the product using a software-organized coordinate executive system for moving and positioning the tool relative to the surface of the functional layer products, while using execute a system of positioning and relative working movement of the workpiece and tool, which includes: a main table mounted directly on the machine bed for basing the workpiece, as well as a means for installing nodes and mechanisms of the executive system that kinematically organize the working movements of the directly cutting tool, into which the tool head is introduced with a spindle rotating in a circular coordinate, which is performed with the possibility of reciprocating escheniya on Z-coordinate; the unit is equipped with a system of numerical program control of the said executive system, by means of which it is possible to form an integral formative relative movement of the product and tool according to a predetermined program during the technological cycle, according to the invention, the main formative movement of the tool is carried out by sequential movement of the tool along the guide, which is a line formed as envelope of sequential positions q g circles simulating circuit used in the cutting tool cutting a circular plate capable of forming a three-dimensional surface; the tool is spatially placed so that the axis of rotation of the spindle of the tool head lies in the plane of the front surface of the cutting tool; means for installing nodes and mechanisms of the executive system are structurally performed in the form of a traverse, which is equipped with horizontal guides oriented along the X axis, a rotary tool magazine with a set of tool holders is arranged in the bed window, which is structurally arranged with the possibility of reciprocating movement along the Y coordinate axis "; the main table of the executive system is installed with the possibility of limited rotation in the circular coordinate "B" and equipped with a rotary table kinematically connected with the main table with the possibility of turning in the circular coordinate "A"; in addition, the executive system is additionally equipped with: a carriage with horizontal guides oriented orthogonally guiding the yoke along the “Y” coordinate axis and mounted on the yoke horizontal guides; the slider, which is mounted on the horizontal guides of the carriage and equipped with vertical guides oriented along the coordinate axis "Z"; while the tool head is kinematically connected with the slider with the possibility of reciprocating movement along the coordinate "Y" together with the slider and independent movement along the coordinate "Z".

Целесообразно инструментальную головку оснащать жестко связанным с ней разгрузочным устройством, которое конструктивно организуют в виде корпуса с размещенной в его полости на опорах вращения втулкой, кинематически не связанной со шпинделем и выполненной с конической посадочной поверхностью, посредством которой базируют оправку режущего инструмента в виде строгального или токарного резца.It is advisable to equip the tool head with a rigidly connected unloading device, which is structurally organized in the form of a housing with a sleeve located in its cavity on the rotation supports, kinematically not connected to the spindle and made with a tapered seating surface, by which the mandrel of the cutting tool in the form of a planing or turning cutter.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного технического решения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками и связями между ними, идентичными всем существенным признакам заявленного технического решения, а выбранный из перечня выявленных аналогов прототип, как наиболее близкий по совокупности признаков аналог, позволил выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.An analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed technical solution, made it possible to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features and relationships between them that are identical to all the essential features of the claimed technical solutions, and the prototype selected from the list of identified analogues, as the closest analogue in the set of features, allowed to identify the totality venous (in relation to the technical result perceived by the applicant) distinctive features in the claimed object set forth in the claims.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна» по действующему законодательству.Therefore, the claimed technical solution meets the condition of patentability "novelty" under the current law.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию условия патентоспособности «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных технических решений, с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного технического решения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение усматриваемого заявителем технического результата.To verify the conformity of the claimed invention to the patentability requirement “inventive step”, the applicant conducted an additional search for known technical solutions in order to identify features that match the distinctive features of the claimed technical solution, the results of which show that the claimed invention does not explicitly follow from the known prior art, since the prior art determined by the applicant has not revealed the effect of the intended being GOVERNMENTAL transformation features of the claimed invention to achieve a technical result sees applicant.

В частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования известного объекта-прототипа:In particular, the claimed invention does not provide for the following transformations of a known prototype object:

- дополнение известного объекта каким-либо известным признаком, присоединяемым к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;- addition of a well-known object by any well-known sign, attached to it according to known rules, to achieve a technical result, in respect of which the influence of such additions is established;

- замена какого-либо признака известного объекта другим известным признаком для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;- replacement of any sign of a known object with another well-known sign to achieve a technical result, in respect of which the influence of such a replacement is established;

- исключение какого-либо признака известного объекта с одновременным исключением обусловленной наличием этого признака функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата;- the exclusion of any sign of a known object with the simultaneous exclusion due to the presence of this sign of the function and the achievement of the usual result for this exclusion;

- увеличение количества однотипных признаков в известном объекте для усиления технического результата, обусловленного наличием в объекте именно таких признаков;- an increase in the number of similar features in a known object to enhance the technical result due to the presence of just such signs in the object;

- выполнение известного объекта или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала;- the implementation of a known object or part of it from a known material to achieve a technical result due to the known properties of the material;

- создание объекта, включающего известные признаки, выбор которых и связь между ними осуществлены на основании известных правил, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами признаков этого объекта и связей между ними.- the creation of an object, including well-known features, the choice of which and the relationship between them are based on known rules, and the technical result achieved in this case is due only to the known properties of the features of this object and the relationships between them.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию условия патентоспособности «изобретательский уровень» по действующему законодательству.Therefore, the claimed invention meets the requirement of the patentability condition "inventive step" under applicable law.

Изобретение иллюстрируется графическими материалами.The invention is illustrated in graphic materials.

Фиг.1 - общий вид программно-аппаратного агрегата для реализации заявленного способа (вид сбоку в разрезе).Figure 1 is a General view of the firmware for implementing the inventive method (side view in section).

Фиг.2 - общий вид программно-аппаратного агрегата для реализации заявленного способа (вид слева по фиг.1).Figure 2 is a General view of the hardware-software unit for implementing the inventive method (left view of figure 1).

Фиг.3 - общий вид программно-аппаратного агрегата для реализации заявленного способа (вид сверху по фиг.2).Figure 3 is a General view of the software and hardware unit for implementing the inventive method (top view of figure 2).

Фиг.4 - фрагмент программно-аппаратного агрегата для реализации заявленного способа по фиг.2 с основным столом в разрезе.Figure 4 is a fragment of a hardware-software unit for implementing the inventive method of figure 2 with a main table in a section.

Фиг.5 - общий вид (в разрезе) разгрузочного устройства программно-аппаратного агрегата для реализации заявленного способа с установленной оправкой строгального резца.5 is a General view (in section) of the unloading device of the hardware-software unit for implementing the inventive method with the mandrel of the planing cutter.

Фиг.6 - общий вид (в разрезе) разгрузочного устройства программно-аппаратного агрегата для реализации заявленного способа с установленной оправкой сверла.6 is a General view (in section) of the unloading device of the hardware-software unit for implementing the inventive method with the drill mandrel installed.

Фиг.7 - фрагмент трехмерной обрабатываемой поверхности с прямолинейной образующей «О» и криволинейной направляющей «Н».7 is a fragment of a three-dimensional machined surface with a rectilinear generatrix "O" and a curved guide "H".

Фиг.8 - фрагмент трехмерной обрабатываемой поверхности с криволинейными и изменяющимися по конфигурации образующей «О» и направляющей «Н».Fig. 8 is a fragment of a three-dimensional machined surface with curvilinear and changing in configuration generatrix “O” and guide “H”.

Фиг.9 и Фиг.10 - схема резания криволинейной поверхности строгальным резцом с круглой сменной режущей пластиной.Fig.9 and Fig.10 is a diagram of the cutting of a curved surface with a planing cutter with a round interchangeable cutting insert.

В графических материалах основные узлы и агрегаты программно-аппаратного комплекса для реализации заявленного комплекса обозначены следующими позициями:In the graphic materials, the main components and assemblies of the hardware and software complex for the implementation of the claimed complex are indicated by the following positions:

1 - станина;1 - bed;

2 - траверса (неподвижная с горизонтальными направляющими - координатная ось X);2 - traverse (motionless with horizontal guides - coordinate axis X);

3 - каретка (с горизонтальными направляющими - координатная ось Y);3 - carriage (with horizontal guides - coordinate axis Y);

4 - ползун (установленный на горизонтальных направляющих каретки 3);.4 - slider (mounted on horizontal guides of the carriage 3) ;.

5 - головка (инструментальная шпиндельная);5 - head (tool spindle);

6 - узел разгрузки (шпинделя 12 инструментальной головки 5);6 - unloading unit (spindle 12 of the tool head 5);

7 - ось (поворота основного стола 9);7 - axis (rotation of the main table 9);

8 - опоры (оси 7 поворота основного стола 9);8 - supports (axis 7 of rotation of the main table 9);

9 - стол (основной поворотный);9 - table (main rotary);

10 - магазин инструментов (поворотный);10 - tool store (rotary);

11 - стол (установленный с возможностью поворота по круговой координате по стрелке А относительно основного стола 9 поворотного);11 - table (mounted with the possibility of rotation in a circular coordinate along arrow A relative to the main table 9 rotary);

12 - шпиндель (установленный с возможностью поворота по стрелке С в шпиндельной головке 5);12 - spindle (mounted with the possibility of rotation along arrow C in spindle head 5);

13 - заготовка (обрабатываемая);13 - billet (processed);

14 - устройство (разгрузочное);14 - device (unloading);

15 - корпус (разгрузочного устройства 14);15 - case (unloading device 14);

16 - втулка (с конической установочной поверхностью для базирования оправки 18 строгального резца);16 - sleeve (with a conical mounting surface for basing the mandrel 18 planing cutter);

17 - подшипники (установочные для втулки 16);17 - bearings (mounting for sleeve 16);

18 - оправка (резца строгального);18 - mandrel (planer cutter);

19 - зубцы (поводковые оправки 18);19 - teeth (driver mandrels 18);

20 - паз (шпинделя 12);20 - groove (spindle 12);

21 - подшипники (установочные шпинделя 12);21 - bearings (mounting spindle 12);

22 - поверхность;22 - surface;

23 - резец;23 - cutter;

24 - пластина (режущая сменная).24 - plate (cutting interchangeable).

Заявленный способ реализуется следующим образом.The claimed method is implemented as follows.

Осуществляют главное формообразующее перемещение инструмента (например, резца 23) относительно поверхности функционального слоя изделия с использованием программно-организованной координатной исполнительной системы перемещения. Главное формообразующее перемещение инструмента осуществляют последовательным перемещением инструмента вдоль направляющей «Н», которая представляет собой линию, сформированную как огибающая последовательных положений дуг окружностей, имитирующих режущий контур используемой в инструменте круглой режущей пластины 24 с возможностью формирования трехмерной поверхности с прямолинейной образующей «О» и криволинейной направляющей «Н» или с криволинейными и изменяющимися по конфигурации образующей «О» и направляющей «Н».The main form-forming movement of the tool (for example, the cutter 23) is carried out relative to the surface of the functional layer of the product using a program-organized coordinate coordinate system of movement. The main shape-forming movement of the tool is carried out by sequential movement of the tool along the guide "H", which is a line formed as an envelope of consecutive positions of arcs of circles imitating the cutting contour of a circular cutting insert 24 used in the tool with the possibility of forming a three-dimensional surface with a rectilinear generatrix "O" and curved guide "H" or with a curved and changing in shape generatrix "O" and guide "H".

Инструмент пространственно размещают таким образом, что ось поворота шпинделя 12 инструментальной головки 5 лежит в плоскости передней поверхности режущего инструмента.The tool is spatially placed so that the axis of rotation of the spindle 12 of the tool head 5 lies in the plane of the front surface of the cutting tool.

Многофункциональный программно-аппаратный агрегат для обработки резанием изделия с поверхностью сложного профиля в функциональном слое в рамках заявленного способа включает следующие системы, узлы и агрегаты. Непосредственно металлорежущий станок, на станине 1 которого размещают исполнительную систему позиционирования и относительного рабочего перемещения заготовки 13 и инструмента. Исполнительную систему оснащают координатно организованной системой главного формообразующего перемещения и позиционирования инструмента относительно поверхности функционального слоя изделия. Исполнительная система металлорежущего станка включает: установленные непосредственно на станине 1 станка основной стол 9 для базирования обрабатываемого изделия (заготовки 13), а также средство установки узлов и механизмов исполнительной системы, кинематически организующих рабочие перемещения непосредственно режущего инструмента. В состав указанных узлов и механизмов входит инструментальная головка 5 с вращающимся по круговой координате «С» шпинделем 12, которая организована с возможностью возвратно-поступательного перемещения по координате «Z». Кроме того, комплекс включает систему числового программного управления (ЧПУ, в графических материалах условно не показана) упомянутой исполнительной системой, посредством которой (системы ЧПУ) обеспечивают возможность формирования интегрального формообразующего относительного перемещения изделия (заготовки 13) и инструмента по заданной программе в процессе технологического цикла.A multifunctional hardware and software assembly for processing the cutting of an article with a complex profile surface in a functional layer within the framework of the claimed method includes the following systems, components and assemblies. Directly cutting machine, on the bed 1 which is placed the Executive positioning system and the relative working movement of the workpiece 13 and the tool. The executive system is equipped with a coordinate-organized system of the main formative movement and positioning of the tool relative to the surface of the functional layer of the product. The executive system of a metal cutting machine includes: a main table 9 installed directly on the machine bed 1 for basing the workpiece (workpiece 13), as well as means for installing the nodes and mechanisms of the executive system, which kinematically organize the working movements of the cutting tool itself. The structure of these nodes and mechanisms includes a tool head 5 with a spindle 12 rotating in a circular coordinate “C”, which is arranged with the possibility of reciprocating movement along the “Z” coordinate. In addition, the complex includes a system of numerical program control (CNC, it is not shown conventionally in graphic materials) by the said executive system, through which (CNC systems) provide the possibility of forming an integral formative relative movement of the product (workpiece 13) and the tool according to a given program during the technological cycle .

Отличительными особенностями агрегата для реализации заявленного способа является следующее.Distinctive features of the unit for implementing the inventive method is the following.

Упомянутое средство установки узлов и механизмов исполнительной системы конструктивно организуют в виде жестко установленной на станине 1 траверсы 2, которую оснащают горизонтальными направляющими, ориентированными вдоль координатной оси «X». В окне станины 1 размещают поворотный магазин 10 инструментов с набором инструментальных оправок, который конструктивно организуют с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль координатной оси «Y». Основной стол исполнительной системы устанавливают с возможностью ограниченного поворота по круговой координате «В» и оснащают поворотным столом, кинематически связанным с основным с возможностью осуществления поворота по круговой координате «А». Кроме того, исполнительную систему дополнительно оснащают: кареткой 3 с горизонтальными направляющими, которые ориентируют ортогонально направляющим траверсы 2 вдоль координатной оси «Y» (каретка 3 установлена на горизонтальных направляющих траверсы 2); ползуном 4, который устанавливают на горизонтальных направляющих каретки 3 и оснащают вертикальными направляющими, ориентированными вдоль координатной оси «Z». При этом инструментальную головку 5 кинематически связывают с ползуном 4 с возможностью осуществления возвратно-поступательного перемещения по координате «Y» совместно с ползуном 4 и независимого перемещения по координате «Z». Кроме того, целесообразно оснащать инструментальную головку 5 жестко связанным с ней разгрузочным устройством 14, которое конструктивно организуют в виде корпуса 15 с размещенной в его полости на опорах вращения (подшипниках 17) втулкой 16, которую кинематически не связывают со шпинделем 12 и выполняют с конической посадочной поверхностью для базирования оправки 18 режущего инструмента в виде строгального резца.The mentioned means of installing the nodes and mechanisms of the executive system are structurally organized in the form of a beam 2 rigidly mounted on the frame 1, which is equipped with horizontal guides oriented along the coordinate axis “X”. In the window of the bed 1 is placed a rotary magazine 10 tools with a set of tool holders, which are structurally organized with the possibility of reciprocating movement along the coordinate axis "Y". The main table of the executive system is installed with the possibility of limited rotation in the circular coordinate "B" and equipped with a rotary table kinematically connected with the main table with the possibility of turning in the circular coordinate "A". In addition, the executive system is additionally equipped with: a carriage 3 with horizontal guides that orient orthogonally to the guides of the yoke 2 along the “Y” coordinate axis (the carriage 3 is mounted on the horizontal yokes of the yoke 2); the slider 4, which is mounted on the horizontal guides of the carriage 3 and equipped with vertical guides oriented along the coordinate axis "Z". In this case, the tool head 5 is kinematically connected with the slider 4 with the possibility of reciprocating movement along the coordinate "Y" together with the slider 4 and independent movement along the coordinate "Z". In addition, it is advisable to equip the tool head 5 with a rigidly connected unloading device 14, which is structurally organized in the form of a housing 15 with a sleeve 16 located in its cavity on the rotation bearings (bearings 17), which is not kinematically connected to the spindle 12 and is made with a tapered seat the surface for the base of the mandrel 18 of the cutting tool in the form of a planing tool.

Обрабатываемая заготовка 13 базируется на поворотном столе 9.The workpiece 13 is based on a turntable 9.

Совершенно очевидно, что вышеописанные системы, узлы и агрегаты программно-аппаратного агрегата в совокупности формируют исполнительную систему позиционирования и относительного рабочего перемещения заготовки и инструмента, оснащенную координатно организованной системой главного формообразующего перемещения и позиционирования инструмента относительно поверхности функционального слоя изделия, которая функционирует на базе системы числового программного управления (ЧПУ) упомянутой исполнительной системой, обеспечивающей (относится к системе ЧПУ) возможность формирования интегрального формообразующего относительного перемещения изделия и инструмента по заданной программе в процессе технологического цикла.It is quite obvious that the above-described systems, components and assemblies of the hardware-software unit together form an executive system for positioning and relative working movement of the workpiece and tool, equipped with a coordinate-organized system of the main forming movement and positioning of the tool relative to the surface of the functional layer of the product, which operates on the basis of the numerical system program control (CNC) of the said Executive system, providing (rel to the CNC system) the possibility of forming an integrated formative relative movement of the product and tool according to a given program in the process cycle.

Программно-аппаратный агрегат (в технологическом цикле реализации заявленного способа) работает следующим образом.The hardware-software unit (in the technological cycle of the implementation of the claimed method) works as follows.

В исходном положении инструментальная шпиндельная головка 5 находится в крайнем правом положении, магазин 10 инструментов входит в рабочую зону таким образом, что ось загружаемого инструмента совмещается с осью шпинделя 12. При подходе шпиндельной головки по оси «Z» к инструменту, находящемуся в соответствующем гнезде магазина 10, срабатывает фиксирующее зажимное устройство в направлении стрелки F. Таким образом, инструмент, например оправка 18 со строгальным резцом (фиг.5), базируется в конусе втулки 16 и по ее торцу, а зубцы 19 входят в паз шпинделя 12, магазин 10 возвращается в исходное положение, оставляя инструмент в шпинделе станка. Благодаря наличию у шпинделя 12 возможности поворота по круговой координате «С» и поводковым зубцам 19, входящим в паз шпинделя 12, по соответствующей программе резцом, зафиксированным в определенном угловом положении, осуществляется токарная или строгальная обработка заготовки 13. Причем строгальная обработка может осуществляться не только по прямым траекториям, но и по криволинейным, в том числе трехмерным. Это обеспечивается благодаря возможности управлять по заданной программе поворотом резца таким образом, чтобы его режущая кромка всегда была ориентирована перпендикулярно касательной к траектории движения в каждой точке этой траектории.In the initial position, the tool spindle head 5 is in the extreme right position, the tool magazine 10 enters the working area so that the axis of the loaded tool is aligned with the axis of the spindle 12. When the spindle head approaches along the “Z” axis to the tool located in the corresponding magazine slot 10, the locking clamping device is activated in the direction of the arrow F. Thus, a tool, for example a mandrel 18 with a planing cutter (Fig. 5), is based on the cone of the sleeve 16 and along its end, and the teeth 19 enter the groove of the spinner ator 12, the store 10 is returned to its original position, leaving the tool in the machine spindle. Due to the presence of the spindle 12 the ability to rotate in the circular coordinate "C" and the serration teeth 19 included in the groove of the spindle 12, according to the appropriate program, the cutter fixed in a certain angular position, turning or planing of the workpiece 13. Moreover, planing can be carried out not only along straight paths, but also along curved, including three-dimensional. This is ensured by the ability to control, according to a given program, the rotation of the cutter so that its cutting edge is always oriented perpendicular to the tangent to the motion path at each point of this path.

Следует отметить, что в процессе строгания обеспечивается возможность осуществления технологического цикла без холостого хода режущего инструмента, за счет обеспечения возможности поворота передней поверхности резца на угол 180° в конце каждого прохода, что повышает производительность процесса и упрощает технологический цикл процесса строгания вследствие отсутствия необходимости подъема резца при обратном ходе.It should be noted that during the planing process it is possible to carry out the technological cycle without idling of the cutting tool, by enabling the front surface of the cutter to be rotated through an angle of 180 ° at the end of each pass, which increases the productivity of the process and simplifies the technological cycle of the planing process due to the absence of the need to lift the cutter at the return stroke.

Фрезерно-расточные операции осуществляются инструментами в оправке, показанной на фиг.6.Milling and boring operations are carried out by tools in the mandrel shown in Fig.6.

Вся последовательность перемещений по соответствующим координатам как рабочих органов, несущих режущий инструмент, так и столов 9 и 11 с обрабатываемой заготовкой 13 (устанавливаемой с возможностью поворота по круговым координатам А и В) программно организована и функционирует посредством системы числового программного управления, связанной посредством пульта управления с процессором управляющего компьютера (в графических материалах условно не показаны).The entire sequence of movements along the corresponding coordinates of both the working bodies carrying the cutting tool, and tables 9 and 11 with the workpiece 13 (set with the possibility of rotation in the circular coordinates A and B) are programmatically organized and operate by means of a numerical program control system connected via a control panel with the processor of the control computer (not conventionally shown in graphic materials).

При этом в технологической последовательности выполняются необходимые операции, например строгание удлиненных узких поверхностей, доработка некоторых участков обработанной поверхности фрезерованием и обсверловка.At the same time, the necessary operations are carried out in a technological sequence, for example, planing of elongated narrow surfaces, finalization of some sections of the machined surface by milling and drilling.

При смене операций заменяется и инструмент: отработавший инструмент возвращается в магазин 10 инструментов, а необходимый для следующей операции - посредством вращения магазина 10 помещается в позицию смены, где осуществляется его фиксация в гнезде шпинделя 12 вышеописанным способом.When changing operations, the tool is also replaced: the spent tool is returned to the tool magazine 10, and the necessary tool for the next operation is placed in the shift position by rotating the magazine 10, where it is fixed in the spindle socket 12 in the manner described above.

Таким образом, обеспечивается многофункциональность технологического процесса обработки изделий резанием с использованием программно-аппаратного агрегата и повышается производительность процесса при повышении точности и качества обрабатываемых профильных поверхностей изделия.Thus, the multifunctionality of the technological process of processing products by cutting using a hardware-software unit is ensured and the productivity of the process is increased while increasing the accuracy and quality of the machined profile surfaces of the product.

На фиг, 7 представлен фрагмент трехмерной обрабатываемой поверхности с прямолинейной образующей и криволинейной направляющей. Сложная поверхность, сформированная последовательным положением прямолинейных образующих, представляет собой отрезки траекторий прямолинейных движений резца 23 относительно заготовки. Криволинейная направляющая является линией, сформированной как огибающая последовательных положений дуг окружностей, имитирующих режущий контур круглой режущей пластины 24. Кривая сформирована в соответствии со значениями координат точек, заданных на чертеже изделия. Контур направляющей остается неизменным по конфигурации вдоль образующих.On Fig, 7 presents a fragment of a three-dimensional machined surface with a rectilinear generatrix and a curved guide. The complex surface formed by the sequential position of the rectilinear generators is the segments of the trajectories of the rectilinear movements of the cutter 23 relative to the workpiece. A curved guide is a line formed as an envelope of consecutive positions of arcs of circles imitating the cutting contour of a circular cutting insert 24. The curve is formed in accordance with the coordinate values of the points specified in the product drawing. The contour of the guide remains unchanged in configuration along the generators.

На Фиг.8 представлен фрагмент трехмерной обрабатываемой поверхности с криволинейными и изменяющимися по конфигурации образующей и направляющей. Контур направляющей также представляет собой огибающую последовательных положений контура режущей пластины, однако конфигурация этого контура изменяется вдоль образующей, которая, в отличие от поверхности по фиг.5, является криволинейной.On Fig presents a fragment of a three-dimensional machined surface with curvilinear and changing in configuration of the generatrix and guide. The contour of the guide also represents the envelope of successive positions of the contour of the insert, however, the configuration of this contour varies along the generatrix, which, in contrast to the surface of FIG. 5, is curved.

На фиг.9 и фиг.10 показана схема обработки криволинейной поверхности 22 детали с помощью резца 23, оснащенного круглой пластиной 24. Контур сечения поверхности 22 представляет собой линию, огибающую следы от дуг окружностей, оставленные режущим контуром пластины 24. Расстояние S между осями соседних окружностей (между смежными проходами) определяет высоту микронеровностей и назначается в зависимости от требований к шероховатости обрабатываемой поверхности. Это расстояние S вычисляется по формуле:Fig.9 and Fig.10 shows a diagram of the processing of the curved surface 22 of the part using a cutter 23 equipped with a round plate 24. The contour of the cross section of the surface 22 is a line enveloping the traces of circular arcs left by the cutting contour of the plate 24. The distance S between the axes of adjacent circles (between adjacent passages) determines the height of the microroughness and is assigned depending on the requirements for the roughness of the treated surface. This distance S is calculated by the formula:

, где:

where:

Н - допустимая высота микронеровностей обработанной поверхности, заданная на чертеже детали;N is the allowable height of the microroughness of the machined surface, specified on the drawing of the part;

D - диаметр режущей твердосплавной пластины.D is the diameter of the carbide cutting insert.

На фиг.5 видно, что вершина резца должна располагаться на оси вращения (поворота) шпинделя. Такое расположение резца является обязательным для осуществления силового строгания. Любое смещение вершины резца с оси поворота шпинделя приводит к возникновению крутящего момента на шпинделе и требует введения коррекции в программу управляющего компьютера при работе с поворотом резца для формирования точно расположенных криволинейных поверхностей.Figure 5 shows that the tip of the cutter should be located on the axis of rotation (rotation) of the spindle. This arrangement of the cutter is mandatory for the implementation of power planing. Any displacement of the tip of the cutter from the axis of rotation of the spindle leads to torque on the spindle and requires correction in the program of the control computer when working with rotation of the cutter to form precisely located curved surfaces.

Таким образом, обеспечивается многофункциональность программно-аппаратного агрегата и повышается производительность при повышении точности и качества обрабатываемых профильных поверхностей изделия.Thus, the multifunctionality of the hardware-software unit is ensured and productivity increases while increasing the accuracy and quality of the machined profile surfaces of the product.

Следовательно, заявленный способ обработки резанием с использованием вышеописанного программно-аппаратного агрегата может быть использован для автоматизированной мехатронной обработки резанием функционального слоя изделий со сложным пространственным профилем как формируемых в этом слое протяженных криволинейных поверхностей, так и дискретных структур, при использовании известного из уровня техники модернизированных станочного парка и вспомогательного оборудования (приспособлений), что подтверждает соответствие заявленного технического решения условию патентоспособности «промышленная применимость».Therefore, the claimed method of machining using the above-described software and hardware unit can be used for automated mechatronic machining of a functional layer of products with a complex spatial profile of both extended curved surfaces formed in this layer and discrete structures using modernized machine tools known from the prior art park and auxiliary equipment (devices), which confirms the conformity of the declared decision-ethnic condition of patentability of "industrial applicability".

Claims

1. Способ обработки изделия с поверхностью сложного профиля резанием посредством многофункционального программно-аппаратного агрегата (МПАА), включающий главное формообразующее перемещение режущего инструмента относительно поверхности функционального слоя изделия с использованием программно-организованной координатной исполнительной системы перемещения, которую оснащают координатно-организованной системой главного формообразующего перемещения и позиционирования режущего инструмента относительно поверхности функционального слоя изделия, при этом используют исполнительную систему позиционирования и относительного рабочего перемещения заготовки и режущего инструмента, которая включает установленные непосредственно на станине станка МПАА основной стол для базирования обрабатываемого изделия, а также средство установки узлов и механизмов исполнительной системы, кинематически организующих непосредственно рабочие перемещения режущего инструмента, в состав которых вводят инструментальную головку с вращающимся по круговой координате «C» шпинделем, которую выполняют с возможностью возвратно-поступательного перемещения по координате «Z», при этом МПАА оснащают системой числового программного управления упомянутой исполнительной системы, посредством которой обеспечивают возможность формирования интегрального формообразующего относительного перемещения изделия и режущего инструмента по заданной программе в процессе технологического цикла, отличающийся тем, что главное формообразующее перемещение режущего инструмента осуществляют последовательным перемещением инструмента вдоль направляющей, которая представляет собой линию, сформированную как огибающая последовательных положений дуг окружностей, имитирующих режущий контур используемой в инструменте круглой режущей пластины с возможностью формирования трехмерной поверхности, а режущий инструмент пространственно размещают таким образом, что ось поворота шпинделя инструментальной головки лежит в плоскости передней поверхности режущего инструмента, при этом упомянутое средство установки узлов и механизмов исполнительной системы конструктивно выполняют в виде траверсы, которую оснащают горизонтальными направляющими, ориентированными вдоль координатной оси «X», а в окне станины устанавливают поворотный магазин инструментов с набором инструментальных оправок, который конструктивно выполняют с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль координатной оси «Y», при этом основной стол исполнительной системы устанавливают с возможностью ограниченного поворота по круговой координате «B» и оснащают поворотным столом, кинематически связанным с основным с возможностью осуществления поворота по круговой координате «A», а исполнительную систему дополнительно оснащают кареткой с горизонтальными направляющими, ориентированными ортогонально направляющим траверсы вдоль координатной оси «Y», и установленной на горизонтальных направляющих траверсы, ползуном, который устанавливают на горизонтальных направляющих каретки и оснащают вертикальными направляющими, ориентированными вдоль координатной оси «Z», при этом инструментальную головку кинематически связывают с ползуном с возможностью осуществления возвратно-поступательного перемещения по координате «Y» совместно с ползуном и независимого перемещения по координате «Z».1. A method of processing an article with a complex profile surface by cutting by means of a multifunctional software and hardware unit (MPAA), comprising the main forming movement of the cutting tool relative to the surface of the functional layer of the product using a program-organized coordinate executive movement system, which is equipped with a coordinate-organized system of the main forming movement and positioning the cutting tool relative to the surface of the functional layer of the product, while using the Executive positioning system and the relative working movement of the workpiece and cutting tool, which includes installed directly on the frame of the machine MPAA main table for basing the workpiece, as well as a means of installing nodes and mechanisms of the Executive system, kinematically organizing directly the working movements of the cutting tool , which include the tool head with a spindle rotating in the circular coordinate “C”, which y perform with the possibility of reciprocating movement along the coordinate "Z", while the MPAA is equipped with a system of numerical program control of the said Executive system, through which it is possible to form an integral formative relative movement of the product and cutting tool according to a given program during the technological cycle, characterized in that the main shaping movement of the cutting tool is carried out by sequential movement of the tool along a guide, which is a line formed as an envelope of consecutive positions of circular arcs simulating the cutting contour of a circular cutting insert used in the tool with the possibility of forming a three-dimensional surface, and the cutting tool is spatially positioned so that the axis of rotation of the spindle of the tool head lies in the plane of the front surface of the cutting tool, while the said installation tool for nodes and mechanisms of the executive system are structurally performed a traverse, which is equipped with horizontal guides oriented along the “X” axis, and a rotary tool magazine with a set of tool holders is installed in the bed window, which is structurally executed with the possibility of reciprocating movement along the “Y” axis, while the main executive table the systems are installed with the possibility of limited rotation in the circular coordinate "B" and equipped with a rotary table kinematically connected with the main one with the possibility of rotation along the circular coordinate “A”, and the executive system is additionally equipped with a carriage with horizontal guides oriented orthogonally guiding the traverse along the “Y” axis, and mounted on horizontal traverse guides, with a slider that is mounted on the horizontal guides of the carriage and equipped with vertical guides, oriented along the coordinate axis "Z", while the tool head is kinematically connected with the slider with the possibility of the implementation of the return ostupatelnogo moving coordinate «Y» together with the slider and the independent movement of the coordinate «Z».

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что инструментальную головку оснащают жестко связанным с ней разгрузочным устройством, которое конструктивно выполняют в виде корпуса с размещенной в его полости на опорах вращения втулкой, кинематически не связанной со шпинделем и выполненной с конической посадочной поверхностью, посредством которой базируют оправку режущего инструмента в виде строгального или токарного резца. 2. The method according to claim 1, characterized in that the tool head is equipped with an unloading device rigidly connected to it, which is structurally performed in the form of a housing with a sleeve placed in its cavity on the rotation supports, kinematically not connected to the spindle and made with a conical seating surface, by which base the mandrel of the cutting tool in the form of a planing or turning tool.