RU2071870C1

RU2071870C1 - Multi-position tool head

Info

Publication number: RU2071870C1
Authority: RU
Inventors: Н.М. Дмитриев; М.А. Архипов; Н.Ф. Бельский; Р.П. Гришина
Original assignee: Акционерное общество "Рязанское специальное конструкторское бюро станкостроения"
Priority date: 1992-09-07
Filing date: 1992-09-07
Publication date: 1997-01-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: head has lever, clutch part mounted on a flexible shaft, and flexible member mounted on the rotatable portion. The mechanism for locking the rotatable portion of the head is made up as a hydraulic cylinder mounted inside the housing for permitting rotation. A flange is rigidly secured to one of the end faces of the hydraulic cylinder. The flange is based on a rolling bearing. The other end face is provided with a toothing that interacts simultaneously with the clutch parts of the housing and rotatable portion. The gear wheel of the rotatable portion is mounted with a spaced relation and for permitting interaction with one of the gear wheels of the driving shaft. One end face of the gear wheel of the rotatable portion interacts with the flange of the hydraulic cylinder. The other end face interacts with the flexible member. The lever is secured to the hydraulic cylinder, connected with the clutch part of the output shaft, and allows the clutch part of the output shaft to be moved away from the clutch part of the tool spindles. EFFECT: improved design. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области станкостроения и может быть использовано в металлорежущих станках с ЧПУ, преимущественно токарной группы. The invention relates to the field of machine tools and can be used in metal cutting machines with CNC, mainly a turning group.

Известна револьверная головка [1] которая содержит установленную с возможностью осевого перемещения поворотную часть с инструментальными шпинделями, привод вращения поворотной части, механизм предварительной фиксации. На приводном валу головки и на опорах вращения в корпусе установлены зубчатые колеса. Механизм предварительной фиксации выполнен в виде кулачковой торцевой муфты, одна полумуфта которой выполнена на зубчатом колесе, установленном в корпусе, а другая закреплена на поворотной части. Known turret [1] which contains mounted with the possibility of axial movement of the rotary part with tool spindles, the rotation drive of the rotary part, the preliminary fixation mechanism. Toothed wheels are mounted on the drive shaft of the head and on the bearings of rotation in the housing. The pre-locking mechanism is made in the form of a cam end coupling, one half-coupling of which is made on a gear wheel installed in the housing, and the other is fixed on the rotary part.

Недостатком револьверной головки является ненадежность работы. Прямоугольная форма кулачков не обеспечивает надежность их соединения при предварительной фиксации поворотной части. Ввиду дисбаланса на поворотной части она может сместиться в угловом направлении при смене позиций револьверной головки и выступы кулачков установятся друг против друга, в результате чего инструментальный диск не выйдет в фиксированную позицию, а следовательно, возникнет аварийная ситуация. The disadvantage of the turret is the unreliability of work. The rectangular shape of the cams does not ensure the reliability of their connection with the preliminary fixation of the rotary part. Due to the imbalance on the rotary part, it can shift in the angular direction when changing the positions of the turret and the tabs of the cams are set against each other, as a result of which the tool disc does not come out in a fixed position, and therefore, an emergency situation occurs.

Известна револьверная головка [2] которая по большинству конструктивных признаков принята за прототип. Known turret [2] which for most design features adopted as a prototype.

Головка содержит корпус с полумуфтами, установленную в корпусе поворотную часть с инструментальными шпинделями и их полумуфтами, размещенное на поворотной части зубчатое колесо, механизм фиксации поворотной части, включающий полумуфту, расположенные в корпусе параллельно оси поворотной части приводной и выходной валы с зубчатыми колесами, привод вращения поворотной части и приводного вала. The head contains a housing with half couplings, a rotary part mounted in the housing with tool spindles and their half couplings, a gear placed on the rotary part, a rotary part fixing mechanism including a half coupling located in the housing parallel to the axis of the rotary part of the drive and output shafts with gears, a rotation drive rotary part and drive shaft.

Недостатком головки является сложная конструкция механизма зажима и осевого перемещения поворотной части, состоящего из винтовой пары, червячной передачи и привода. К тому же головка недостаточно быстродейственна. Это объясняется тем, что кинематическая связь револьверной головки не может обеспечить большое усилие зажима полумуфт (необходимое при силовом резании) с сохранением высокой скорости поворота поворотной части, что требуют высокопроизводительные станки с ЧПУ. В данной конструкции между жесткостью зажима зубчатых полумуфт и быстродействием головки обратно пропорциональная зависимость: выигрываем в силе зажима, проигрываем в скорости поворота. Оптимальное (большое) передаточное отношение в червячной передаче, обеспечивающее жесткость стыка зубчатых полумуфт одновременно приводит к снижению быстродействия. The disadvantage of the head is the complex design of the clamping mechanism and the axial movement of the rotary part, consisting of a screw pair, a worm gear and a drive. In addition, the head is not fast enough. This is because the kinematic connection of the turret cannot provide a large clamping force of the coupling halves (necessary for power cutting) while maintaining a high speed of rotation of the rotary part, which requires high-performance CNC machines. In this design, between the clamping stiffness of gear half-couplings and the speed of the head is inversely proportional: we win in the clamping force, we lose in the turning speed. The optimal (large) gear ratio in the worm gear, which ensures the rigidity of the junction of the gear coupling halves, simultaneously leads to a decrease in speed.

Для использования одного и того же электромеханического привода поворота поворотной части головки и вращения инструментальных шпинделей введен специальный механизм осевого переключения подвижного зубчатого колеса для соединения с зубчатым колесом, расположенным на поворотной части, в результате чего усложняется конструкция револьверной головки. To use the same electromechanical drive to rotate the rotary part of the head and rotate the tool spindles, a special mechanism for the axial switching of the movable gear wheel has been introduced for connecting to a gear located on the rotary part, which makes the design of the turret head more complicated.

Целью заявляемого изобретения является упрощение конструкции головки и повышение ее быстродействия. The aim of the invention is to simplify the design of the head and increase its speed.

Для решения поставленной задачи заявляемая многопозиционная инструментальная головка содержит корпус с полумуфтами, установленную в корпусе поворотную часть с инструментальными шпинделями и их полумуфтами, размещенное на поворотной части зубчатое колесо, механизм фиксации поворотной части, включающий полумуфту, расположенный в корпусе параллельно оси поворотной части приводной вал с жестко установленными зубчатыми колесами, выходной вал и привод вращения поворотной части и приводного вала. Головка снабжена рычагом, полумуфтой, расположенной на выходном валу, и упругим элементом, размещенным на поворотной части. Механизм фиксации поворотной части выполнен в виде установленного в корпусе с возможностью перемещения гидроцилиндра, на одном торце которого жестко установлен фланец, базирующийся на подшипнике качения, а на втором выполнен зубчатый венец, предназначенный для одновременного взаимодействия с полумуфтами корпуса и поворотной части. Зубчатое колесо поворотной части установлено с зазором и возможностью взаимодействия с одним из зубчатых колес приводного вала, причем один торец зубчатого колеса поворотной части предназначен для взаимодействия с фланцем гидроцилиндра, а другой с упругим элементом. Вновь введенный рычаг закреплен на гидроцилиндре, соединен с полумуфтой выходного вала и предназначен для обеспечения отвода полумуфты выходного вала от полумуфты инструментальных шпинделей. To solve this problem, the inventive multi-position tool head contains a housing with half couplings, a rotary part with tool spindles and their half couplings installed in the housing, a gear wheel mounted on the rotary part, a rotary part fixing mechanism including a half coupling located in the housing parallel to the axis of the rotary part of the drive shaft with hard-mounted gears, output shaft and rotary drive of the rotary part and the drive shaft. The head is equipped with a lever, a coupling half, located on the output shaft, and an elastic element located on the rotary part. The mechanism for fixing the rotary part is made in the form of a hydraulic cylinder mounted on the housing with a flange mounted rigidly on one end based on a rolling bearing, and on the second there is a gear ring designed for simultaneous interaction with the coupling half-couplings and the rotary part. The gear of the rotary part is installed with a gap and the possibility of interaction with one of the gears of the drive shaft, and one end of the gear of the rotary part is designed to interact with the flange of the hydraulic cylinder, and the other with an elastic element. The newly introduced lever is fixed to the hydraulic cylinder, connected to the output shaft half-coupling and is designed to provide the output shaft half-coupling away from the tool spindle half-coupling.

На фиг. 1 изображен осевой разрез головки, на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1. In FIG. 1 shows an axial section of the head, FIG. 2, section AA in FIG. 1, in FIG. 3 section BB in FIG. one.

Многопозиционная инструментальная головка содержит корпус 1 с закрепленной на нем полумуфтой 2, поворотную часть 3 с закрепленными на ней полумуфтой 4 и инструментальным диском 5, на котором расположены инструментальные блоки 6 с инструментальными шпинделями 7 и инструментом. В корпусе 1 установлен гидроцилиндр 8, который зубчатым венцом 9 одновременно соединен с полумуфтой 2 корпуса и полумуфтой 4 поворотной части 3. На поворотной части 3 базируется шток 10. К гидроцилиндру 8 жестко закреплен фланец 11, в результате чего в гидроцилиндре образованы полости 12 и 13. В корпусе 1 и фланце 11 установлены шпонки 14 и 15, удерживающие гидроцилиндр 8 и шток 10 от вращения (при этом шпонка 14 установлена таким образом, что при перемещении гидроцилиндра 8 влево впадины и зубья полумуфт 2 и 9 полностью совпадают). На поворотной части 3 установлено фиксировано в радиальном и подвижно в осевом направлении зубчатое колесо 16, имеющее возможность взаимодействия с зубчатым колесом 17, закрепленным на валу 18, соединенным с регулируемым электродвигателем 19. На корпусе гидроцилиндра, а именно, на фланце 11, базируется подшипник 20 качения, который торцем упирается в корпус гидроцилиндра: во фланец 11, жестко соединенным с гидроцилиндром 8. На поворотной части 3 установлена тарельчатая пружина 21, удерживающая и поджимающая зубчатое колесо 16 к подшипнику 20. Левый конец поворотной части 3 базируется по внутреннему диаметру полумуфты 2, а правый в подшипниках 22, установленных во фланце 23. Поворотная часть 3 имеет возможность вращения в расточке штока 10, т. к. установлена с подвижным соединением по диаметру и с зазором по торцевым поверхностям. Благодаря толщине фланца 23 в осевом направлении поворотная часть 3 установлена фиксированно таким образом, что зубья полумуфт 4 точно совпадают по высоте с зубьями полумуфты 2. Во фланце 24 установлен датчик 25, вал которого соосно соединен с поворотной частью 3. На поворотной части 3 установлен диск 26 с пазами, предназначенными для взаимодействия с фиксатором 27. Количество пазов диска 26 равно количеству позиций инструментальной головки. Фиксатор 27 соединен с датчиком 28, дающим сигнал при западании фиксатора 27 в паз диска 26. На валу 18 установлено зубчатое колесо 29. Зубчатые колеса 17 и 29 взаимодействуют с зубчатым блоком 30, установленным подвижно в осевом направлении на выходном валу 31 привода вращения инструментальных шпинделей 7. На валу 31 базируется и подвижная в осевом направлении полумуфта 32, с помощью которой осуществляется сцепление с полумуфтой 33 инструментальных шпинделей 7 инструментальных блоков 6. В пазу полумуфты 32 с подвижным соединением по диаметру и с зазором по торцовым поверхностям установлен рычаг 34, соединенный с гидроцилиндром 8. The multi-position tool head comprises a housing 1 with a coupling half 2 fixed thereon, a rotary part 3 with a coupling half 4 mounted on it and a tool disk 5 on which the tool blocks 6 with tool spindles 7 and the tool are located. A hydraulic cylinder 8 is installed in the housing 1, which is simultaneously connected to the coupling half 2 of the housing and the coupling half 4 of the rotary part 3 by a ring gear 9. The stem 10 is based on the rotary part 3. The flange 11 is rigidly fixed to the hydraulic cylinder 8, as a result of which cavities 12 and 13 are formed in the hydraulic cylinder Dowels 14 and 15 are installed in the housing 1 and the flange 11, which hold the hydraulic cylinder 8 and the stem 10 from rotation (while the key 14 is installed so that when the hydraulic cylinder 8 moves to the left, the troughs and the teeth of the coupling halves 2 and 9 completely coincide). On the rotary part 3, a gear wheel 16 is mounted fixed in radial and axially movable axially, having the ability to interact with a gear wheel 17 mounted on a shaft 18 connected to an adjustable electric motor 19. A bearing 20 is based on the hydraulic cylinder body, namely, on the flange 11 rolling element, which end abuts against the cylinder body: into the flange 11, rigidly connected to the hydraulic cylinder 8. On the rotary part 3 is installed a Belleville spring 21, which holds and compresses the gear 16 to the bearing 20. Left to The end of the rotary part 3 is based on the inner diameter of the coupling half 2, and the right one in the bearings 22 mounted in the flange 23. The rotary part 3 has the ability to rotate in the bore of the rod 10, because it is installed with a movable joint in diameter and with a gap along the end surfaces. Due to the thickness of the flange 23 in the axial direction, the rotary part 3 is fixed in such a way that the teeth of the coupling halves 4 exactly match the height of the teeth of the coupling half. A sensor 25 is installed in the flange 24, the shaft of which is coaxially connected to the rotary part 3. A disk is mounted on the rotary part 3 26 with grooves designed to interact with the latch 27. The number of grooves of the disk 26 is equal to the number of positions of the tool head. The latch 27 is connected to the sensor 28, which gives a signal when the latch 27 is lowered into the groove of the disk 26. A gear 29 is mounted on the shaft 18. The gears 17 and 29 cooperate with the gear block 30 mounted axially movably on the output shaft 31 of the tool spindle rotation drive 31 7. The axially-movable coupling half 32 is also based on the shaft 31, with the help of which it engages with the coupling half 33 of the tool spindles 7 of the tool blocks 6. In the groove of the coupling half 32 with a movable joint in diameter and with a clearance on end surfaces mounted lever 34, connected to the hydraulic cylinder 8.

Смена позиций инструментальной головки происходит следующим образом. The change of position of the tool head is as follows.

По команде ЧПУ давление подается в полость 12 и гидроцилидр 8 начинает перемещаться вправо, воздействуя через подшипник 20 и зубчатое колесо 16 на тарельчатую пружину 21, сжимая ее. Зубчатое колесо 16 начинает входить в зацепление с зубчатым колесом 17. В этот момент с помощью закрепленного на гидроцилиндре рычага 34 начинает перемещаться вправо полумуфта 32, а затем выходит из зацепления с полумуфтой 33. Гидроцилиндр 8 перемещается до того момента, пока не коснется торца М штока 10, в результате чего повысится давление в магистрали и реле давления дает команду электродвигателю 19 на вращение с ускоренной частотой ( в направлении, кратчайшем к выбранной позиции). В момент касания муфтой гидроцилиндра 8 торца М штока 10 зубчатые колеса 16 и 17 полностью войдут в зацепление. Вместе с электродвигателем 19 вращаются зубчатые колеса 17 и 16, поворотная часть 3 и вал датчика 25. Перед заданной позицией датчик 25 даст команду электродвигателю 19 на замедленное вращение и поворотная часть 3 с инструментальным диском 5 медленно подходит к фиксированной позиции. Фиксатор 27 западает в паз диска 26 и датчик 28 дает команду электродвигателю 19 на останов. Остановится и поворотная часть 3 с инструментальным диском 5, при этом зубья полумуфты 4 будут точно расположены против впадин зубчатой полумуфты 9. От этого же датчика 28 дается команда на подачу давления в полость 13 гидроцилиндра. В результате гидроцилиндр 8 своим зубчатым венцом 9 войдет в зацепление с полумуфтами 2 и 4. При этом вместе с гидроцилиндром 8 благодаря сжатию тарельчатой пружины 21 перемещаются фланец 11 с подшипником 20. Зубчатое колесо 16 начинает выходить из зацепления с зубчатым колесом 17. В этот момент от соединенного с гидроцилиндром рычага 34 начинает перемещаться влево полумуфта 32 до совмещения с полумуфтой 33. Совмещение этих полумуфт не требует высокой точности, т. к. некоторую неточность установки допускает треугольный профиль зубьев полумуфт. После того, как полумуфты полностью войдут в зацепление (в этот момент зубчатые колеса 16 и 17 полностью выйдут из зацепления), повысится давление в магистрали, и реле давления даст команду на дальнейшую работу станка. Это же реле постоянно контролирует зажим полумуфт. Цикл автоматической смены позиции головки закончен. At the command of the CNC, pressure is supplied to the cavity 12 and the hydraulic cylinder 8 begins to move to the right, acting through the bearing 20 and the gear 16 on the disk spring 21, compressing it. The gear wheel 16 begins to engage with the gear wheel 17. At this moment, using the lever 34 mounted on the hydraulic cylinder, the coupling half 32 begins to move to the right, and then disengages from the coupling half 33. The hydraulic cylinder 8 moves until it touches the end face M of the rod 10, as a result of which the pressure in the line increases and the pressure switch gives the command to the electric motor 19 to rotate with an accelerated frequency (in the direction that is shortest to the selected position). At the moment of coupling of the hydraulic cylinder 8 with the end face M of the rod 10, the gears 16 and 17 will fully engage. Together with the electric motor 19, the gears 17 and 16 rotate, the rotary part 3 and the shaft of the sensor 25. Before the specified position, the sensor 25 will command the electric motor 19 to slow down and the rotary part 3 with the tool disk 5 slowly approaches a fixed position. The latch 27 engages in the groove of the disk 26 and the sensor 28 instructs the motor 19 to stop. The rotary part 3 with the tool disk 5 will also stop, while the teeth of the coupling half 4 will be exactly located against the troughs of the gear coupling half. From the same sensor 28, a command is given to supply pressure to the cavity 13 of the hydraulic cylinder. As a result, the hydraulic cylinder 8 with its gear rim 9 will engage with the coupling halves 2 and 4. In this case, the flange 11 with the bearing 20 moves together with the hydraulic cylinder 8 due to the compression of the disk spring 21. The gear wheel 16 starts to mesh with the gear wheel 17. At this moment from the lever 34 connected to the hydraulic cylinder, the coupling half 32 begins to move to the left to align with the coupling half 33. The combination of these coupling halves does not require high accuracy, since a triangular profile of the teeth of the coupling allows some inaccuracy of installation. After the coupling halves are fully engaged (at this moment the gears 16 and 17 are completely disengaged), the pressure in the line will increase, and the pressure switch will give a command for further operation of the machine. The same relay constantly monitors the clamp of the coupling halves. The cycle of automatic head position change is completed.

Сразу же после окончания цикла автоматической смены позиций инструмента можно включить электродвигатель 19, который через зубчатое колесо 17 или 29 передает вращение на зубчатые колеса зубчатого блока 30 и через выходной вал 31, полумуфты 32 и 33 на инструментальные шпиндели 7 и установленные в них инструменты. Immediately after the end of the cycle of automatic change of position of the tool, you can turn on the motor 19, which through the gear wheel 17 or 29 transmits rotation to the gear wheels of the gear unit 30 and through the output shaft 31, the coupling halves 32 and 33 to the tool spindles 7 and the tools installed in them.

Использование гидравлического механизма для зажима поворотной части и осевого перемещения зубчатой полумуфты упрощает конструкцию головки и создает прямую зависимость между усилием зажима и быстродействием, т. е. чем выше подается давление для зажима полумуфт, тем быстрее происходит осевое перемещение полумуфты гидроцилиндра при зацеплении, тем самым обеспечивается высокая жесткость стыка зубчатых полумуфт и высокое быстродействие. The use of a hydraulic mechanism for clamping the rotary part and axial movement of the gear coupling half simplifies the design of the head and creates a direct relationship between the clamping force and speed, i.e., the higher the pressure is applied to clamp the coupling halves, the faster the axial movement of the coupling half of the hydraulic cylinder during engagement, thereby ensuring high joint rigidity of gear half couplings and high speed.

Исключение из привода поворота поворотной части механизма осевого перемещения подвижного зубчатого колеса, периодически соединяемого с зубчатым колесом, расположенным на поворотной части, также позволило упростить конструкцию головки и повысить ее быстродействие. The exclusion from the rotation drive of the rotary part of the axial movement mechanism of the movable gear wheel, periodically connected to the gear located on the rotary part, also allowed to simplify the design of the head and increase its speed.

Claims

A multi-position tool head comprising a housing with half couplings, a rotary part installed in the housing with tool spindles and their half couplings, a gear placed on the rotary part, a rotary part fixing mechanism including a half coupling located in the housing parallel to the axis of the rotary part of the drive shaft with the gears fixedly mounted , the output shaft and the rotation drive of the rotary part and the drive shaft, characterized in that the head is equipped with a lever, a coupling half, located at the exit shaft, and an elastic element located on the rotary part, the locking mechanism of the rotary part is made in the form of a hydraulic cylinder mounted in the housing with the possibility of moving the cylinder, a flange based on a rolling bearing is rigidly mounted on one end, and a ring gear is designed on the other for simultaneous interaction with the coupling halves of the housing and the rotary part, and the gear of the rotary part is installed with a gap and the possibility of interaction with one of the gears of the drive shaft, and one orets gear rotating part designed to cooperate with a flange of the hydraulic cylinder and the other with an elastic member, wherein said arm is secured to the hydraulic cylinder is connected to the output shaft and the coupling half is designed to provide retraction of the output shaft of the coupling half coupling halves tool spindles.