RU2843014C1 - Универсальный токарно-фрезерно-шлифовальный настольный станок - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к станкам, предназначенным для использования в условиях ограниченных пространств частными мастерами. Станок содержит каркас, электродвигатель, патрон, платформы, рельсовые опоры, механизм подъема, заднюю стенку и кронштейн электродвигателя. Электродвигатель закреплен к кронштейну электродвигателя, подвижно соединенному с задней стенкой для перемещения двигателя из горизонтального положения в вертикальное с возможностью закрепления кронштейна электродвигателя в промежуточном положении. Электродвигатель выполнен с возможностью установки в нем токарного, цангового или сверлильного патрона. Платформа, выполненная с возможностью перемещения по оси X, установлена на рельсовые опоры, над которой установлена платформа, выполненная с возможностью перемещения по оси Y. Обеспечивается использование одного электродвигателя с возможностью его перемещения в заданное положение, возможность закрепления детали в различном положении, а также возможность токарной обработки при горизонтальном положении электродвигателя, фрезерной - при вертикальном или промежуточном и шлифовальной - в любом положении электродвигателя. 32 з.п. ф-лы, 30 ил.

Description

Изобретение относится к станкам и инструменту преимущественно для использования частными мастерами в условиях личного дома или мастерских.

Далее по тексту словосочетание «универсальный токарно-фрезерно-шлифовальный настольный станок» может быть заменено на «станок».

Из уровня техники известен патент RU 2264889, описывающий станок для сверлильно-фрезерных, шлифовальных и гравировальных работ имеющий электродвигатель, закрепленный на кронштейне вертикально.

Отличия от заявленного решения состоят в том, что:

- Заявленный станок имеет возможность токарной обработки деталей;

- Предусматривается возможность программного управления;

- Используется поворотный кронштейн позволяющий менять положение электродвигателя.

Известен патент CN 101497164, описывающий мини токарно-фрезерный станок, имеющий отдельные электродвигатели для токарной и фрезерной обработки, причем он имеет несколько степеней свободы, обеспечивая как передвижение платформы станка, так и передвижение фрезерного шпинделя как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости. При этом фрезерный шпиндель имеет отдельную от токарного патрона систему крепления.

Отличия от заявленного решения состоят в том, что:

- В заявленном станке используется поворотный кронштейн позволяющий менять положение электродвигателя;

- Используется единый электродвигатель для упрощения и удешевления конструкции;

- Перемещение обрабатываемой детали или инструмента обеспечивается тремя степенями свободы платформы станка по координатам x,y,z;

- Заявленный станок является настольным.

Известен патент CN 101239403, описывающий токарно-фрезерный станок с цифровым управлением, имеющий два электродвигателя для токарного и фрезерного привода соответственно, и имеющий возможность регулировки центра и угла наклона фрезерного инструмента.

Отличия от заявленного решения состоят в том, что:

- Используется единый электродвигатель для упрощения и удешевления конструкции;

- Перемещение обрабатываемой детали или инструмента обеспечивается тремя степенями свободы платформы станка по координатам x,y,z;

- Заявленный станок является настольным.

Известен патент CN 207326416, описывающий токарно-фрезерный станок, имеющий два электродвигателя для токарного и фрезерного привода.

Отличия от заявленного решения состоят в том, что:

- Используется единый электродвигатель для упрощения и удешевления конструкции;

- Перемещение обрабатываемой детали или инструмента обеспечивается тремя степенями свободы платформы станка по координатам x,y,z;

- Заявленный станок является настольным.

Наиболее близкими решениями являются патенты RU 141533 и RU 2008163.

Патент RU 141533 описывает станок с магазином сменных оснасток, имеющий возможность замены шпинделя, например, с вертикального на горизонтальный и с возможностью перемещения стола вдоль оси и шпинделя перпендикулярно оси движения стола по горизонтали и вертикали.

Отличия от заявленного решения состоят в том, что:

- Заявленный станок в зависимости от модификации имеет возможность как ручного, так и программного управления;

- Положение двигателя меняется при помощи поворотного кронштейна, который передвигается из горизонтального положения сбоку от рельсов в вертикальное положение над рельсами станка;

- Заявленный станок является настольным и может быть изготовлен из более легких материалов.

Патент RU 2008163 описывает настольный многофункциональный станок с возможностью поворота основной части станка из горизонтального токарного положения на 90 градусов в вертикальное фрезерное положение. При этом, как видно из изображений, управление координатами станка осуществляется вручную поворотными ручками.

Отличия от заявленного решения состоят в том, что:

- Заявленный станок имеет модификацию с управлением координат электродвигателями, что позволяет использовать программное управление;

- Перемещение электродвигателя осуществляется отдельно от каркаса станка при помощи кронштейна;

- Заявленный станок может иметь промежуточные положения между горизонтальным и вертикальным положением.

Технический результат заявленного изобретения состоит в разработке настольного токарно-фрезерно-шлифовального станка с единым электродвигателем, возможностью менять положение двигателя и закреплять двигатель в различных положениях и имеющего поверхность для расположения инструмента или деталей с возможностью передвижения по горизонтальным координатам и дополнительно вертикальным.

Технический результат достигается с помощью закрепления электродвигателя на кронштейне напрямую или с помощью крепежного каркаса, закрепления кронштейна на задней стенке станка через подшипник качения и наличия крепежных отверстий по крайней мере на задней стенке станка и кронштейне в которые могут вставляться крепежные штыри, винты или болты, а также с помощью применения двухуровневой платформы нижняя часть которой передвигается между боковых стенок вдоль рельсовых опор, а верхняя часть поперек относительно рельсовых опор, и возможностью размещения на платформе подъемного механизма обеспечивающего подъем деталей или инструмента в вертикальном направлении.

Частными случаями изготовления конструкции являются:

- Изменение размеров конструкции;

- Изменение числа элементов в конструкции;

- Незначительное изменение формы элементов конструкции по отдельности или совместно, путем нанесения на детали маркировок, изображений и других элементов;

- Применение других типов элементов отличных от указанных на изображениях (например, держатель резцов, задняя бабка);

- Изменение формы или способа соединения деталей каркаса;

- Изменение способа соединения одной или нескольких деталей станка;

- Применение электродвигателя другого типа;

- Применение коробки передач для изменения числа оборотов шпинделя или патрона.

Краткое описание чертежей:

Фиг. 1 - Аксонометрический общий вид на станок в токарном варианте с патроном со стороны расположения человека

Фиг. 2 - Аксонометрический общий вид на станок в токарном варианте с тыловой части патрона со стороны расположения человека

Фиг. 3 - Аксонометрический общий вид на станок в токарном варианте со стороны задней стенки

Фиг. 4 - Вид на станок со стороны расположения человека

Фиг. 5 - Вид на станок с лицевой стороны патрона

Фиг. 6 - Вид на станок с расположением электродвигателя в фрезерном варианте

Фиг. 7 - Вид на станок с расположением электродвигателя в фрезерном варианте со стороны задней стенки

Фиг. 8 - Вид на станок с расположением электродвигателя в фрезерном варианте с электродвигателями привода двухуровневой координатной платформы

Фиг. 9 - Кронштейн электродвигателя

Фиг. 10 - Вид на станок в фрезерном варианте с механизмом подъема

Фиг. 11 - Механизм подъема, вид сверху

Фиг. 12- Механизм подъема, вид снизу

Фиг. 13 - Вид на станок в токарном варианте с резцом

Фиг. 14 - Вид на станок в разрезе, в токарном варианте с резцом

Фиг. 15 - Стойка держателя резца

Фиг. 16 - Стойка держателя резца в разрезе

Фиг. 17 - Вид на станок в токарном варианте с установленной задней бабкой

Фиг. 18 - Задняя бабка станка

Фиг. 19 - Задняя бабка станка, вид спереди

Фиг. 20 - Расположение двухуровневой координатной платформы на рельсовых опорах

Фиг. 21 - Верхняя часть двухуровневой координатной платформы, вид снизу

Фиг. 22 - Верхняя часть двухуровневой координатной платформы, вид сверху

Фиг. 23 - Ползуны

Фиг. 24 - Схема возможного расположения коробки передач станка

Фиг. 25 - Схема координат, используемая при описании станка (наименования координат могут различаться в зависимости от точки зрения на конструкцию)

Фиг. 26 - Часть станка с установленными защитой зоны работы и зоны патрона

Фиг. 27 - Часть станка с установленными защитой зоны работы и зоны патрона, вид со стороны пользователя

Фиг. 28 - Установка защиты зоны патрона

Фиг. 29 - Механизм подъема с установленным натяжителем ремня

Фиг. 30 - Чертеж механизма подъема в разрезе с установленным натяжителем ремня.

Универсальный токарно-фрезерно-шлифовальный станок включает в себя следующие детали:

1. Боковая стенка

2. Соединение стенок (преимущественно в виде квадратного пазового профиля с возможностью размещения в пазах винтов и/или болтов)

3. Швеллер или профильная труба

4. Боковая направляющая ползуна

5. Поддон

6. Опора горизонтальной площадки электродвигателя

7. Горизонтальная площадка электродвигателя

8. Задняя стенка

9. Вертикальная площадка электродвигателя

10. Кронштейн электродвигателя

11. Каркас крепления электродвигателя к кронштейну

12. Электродвигатель

13. Патрон станка

14. Шлифовальный диск

15. Центральное крепление задней бабки

16. Рельсовая опора

17. Трапецеидальный ходовой винт оси X

18. Крепежная проставка для крепления ручки или электромотора

19. Ручка вращения ходового винта

20. Ползун

21. Крепежная платформа оси X

22. Вертикальная упорная платформа

23. Каркас двухуровневой координатной платформы (каркас платформы)

24. Направляющая ползуна оси Y

25. Трапецеидальный ходовой винт оси Y

26. Крепежная платформа оси Y

27. Измерительная шкала (линейка)

28. Подшипник кронштейна электродвигателя

29. Крепление кронштейна электродвигателя (крепление подшипника)

30. Крепежные отверстия

31. Координатный электромотор

32. Нижняя площадка механизма подъема

33. Верхняя площадка механизма подъема

34. Ремень

35. Шестерня подъема

36. Шестерня привода ремня

37. Опорный подшипник

38. Трапецеидальный ходовой винт оси Z

39. Трапецеидальная гайка ходового винта оси Z

40. Держатель трапецеидальной гайки оси Z механизма подъема

41. Линейный подшипник направляющей механизма подъема

42. Направляющая ось механизма подъема

43. Стойка держателя резца

44. Дополнительные опоры стойки держателя резца (в зависимости от вида стойки и способа ее крепления)

45. Резец

46. Проставочная шайба

47. Опора болта

48. Болт крепления и соединения стойки держателя резца

49. Болт крепления резца

50. Направляющая болтов крепления

51. Трапецеидальная гайка оси X передвижения платформы

52. Держатель трапецеидальной гайки оси X передвижения платформы

53. Платформа задней бабки

54. Стопорный штырь платформы задней бабки

55. Каркас задней бабки

56. Установочные направляющие

57. Ручка выдвижения задней бабки

58. Оснастка задней бабки (патрон, конус, сверло и т.д.)

59. Отверстие установки стопорного штыря

60. Игольчатый подшипник

61. Соединение трапецеидального ходового винта с внешним приводом

62. Держатель трапецеидальной гайки оси Y крепежной платформы 2 уровня

63. Гайки, впрессованные в платформу оси Y

64. Корпус ползуна

65. Линейный подшипник ползуна

66. Коробка передач станка

67. Корпус защиты зоны работы

68. Шарнир защиты зоны работы

69. Прозрачный барьер защиты зоны работы

70. Корпус защита патрона (или наконечника электродвигателя)

71. Прозрачный барьер защиты патрона

72. Установочные направляющие защиты

73. Упор защиты

74. Концевой выключатель (включатель)

75. Нажим концевого выключателя

76. Установочные полутрубки защиты

77. Ось крепления пружины натяжителя (может применяться болт или винт)

78. Установочная трубка оси крепления натяжителя (функционально, при необходимости защиты оси от истирания)

79. Пружина натяжителя

80. Блок шкива натяжителя

81. Шкив натяжителя

82. Ось шкива натяжителя.

Основная идея изобретения состоит в том, что станок, имея один электродвигатель для выполнения различных функций, является более дешевым в производстве и более простым в сборке и установке. То есть уменьшение количества деталей станка позволяет упростить его размещение в помещении и позволяет обеспечить более свободный подход к обрабатываемым поверхностям. Такой станок мог бы работать как с ручным приводом по координатам при помощи ручки 19, так и с помощью ЧПУ управления с приводом координат при помощи электромоторов 31.

Суть изобретения состоит в том, что станок является настольным и имеет подвижный кронштейн позволяющий перемещать электродвигатель из горизонтального положения сбоку от рельсовых опор и подвижных платформ в вертикальное положение над рельсовыми опорами и подвижными платформами, причем на электродвигатель может быть установлен токарный патрон с размещением в нем обрабатываемой детали, токарный патрон с размещением в нем шлифовального круга, цанговый или сверлильный патрон с размещением в нем фрез и инструмента, а на рельсовые опоры устанавливается двухуровневая платформа имеющая возможность перемещения инструмента или обрабатываемых деталей по осям X и Y, поверх которой может быть установлен механизм подъема позволяющий обеспечить перемещение инструмента или обрабатываемых деталей по оси Z.

Станок собирается путем соединения прочных конструкций, позволяющих снизить вибрации и прогиб деталей как при работе, так и в статичном состоянии. Так боковые стенки 1 соединяются между собой соединением 2 (которое может быть представлено преимущественно в виде пазового профиля, а также в виде уголка, трубы, швеллера, профильной трубы любого вида и т.д.), швеллером 3 (который также служит основанием для крепления рельсовых опор), вариативно боковой направляющей ползуна 4 (при условии жесткого соединения направляющей 4 к боковым стенкам 1), центральным креплением задней бабки 15 (выполняется преимущественно в виде квадратного или прямоугольного профиля с отверстиями под стопорный штырь). Соединения указанных деталей производятся при помощи болтов (винтов) и, при невозможности нарезания резьбы непосредственно в деталях, гаек. При необходимости могут использоваться шайбы. Указанная часть элементов станка представляет собой его каркас, на который устанавливаются и крепятся остальные элементы. В связи с этим допустимо изготавливать часть деталей каркаса из материалов большой плотности и веса (пример: сталь).

Внизу каркаса может устанавливаться поддон станка 5, предназначенный для сбора стружки, опилок, используемых в работе жидкостей и технического мусора. Поддон может быть изготовлен из металла, пластика, дерева или может быть выполнен в виде пленки или ткани натянутой между креплениями с прогибом. Поддон 5 крепится преимущественно с помощью болтов или винтов к боковым стенкам 1 и соединению 2.

К одной из боковых стенок 1 крепится конструкция, удерживающая и обеспечивающая поворот электродвигателя 12. Данная конструкция вариативно может крепиться как с левой, так и с правой стороны станка в зависимости от удобства пользователя. На изображениях представлен станок, в котором конструкция находится с левой стороны относительно пользователя. В данную конструкцию входит опора горизонтальной площадки 6 и горизонтальная площадка электродвигателя 7. При этом опора 6 достигает плоскости установки станка, что позволяет обеспечить дополнительный упор электродвигателя в горизонтальном положении. Кроме того используется задняя стенка 8 на которой крепится кронштейн 10 и вертикальная площадка (жестко крепящаяся к задней стенке с помощью болтов или винтов и при необходимости гаек) обеспечивающая надежную установку электродвигателя в вертикальном положении. Кронштейн 10 закрепляется на задней стенке 8 через подшипник 28 с использованием крепления 29, которое может представлять ось подшипника 28.

Для установки электродвигателя 12 на кронштейн 10 может использоваться (в зависимости от модели электродвигателя, и способа его крепления) каркас крепления электродвигателя к кронштейну 11, который обеспечивает возможность разместить электродвигатель 12 на расстоянии от кронштейна 10 (для достижения его наилучшего положения, например, по центру). Кроме того на горизонтальной площадке 7, вертикальной площадке 9 и каркасе крепления электродвигателя 11 выполняются крепежные отверстия 30 для установки болтов или винтов, прикручивающихся гайками, что будет дополнительно препятствовать возникновению вибраций от двигателя. Дополнительно крепежные отверстия 30 имеются также на задней стенке 8 и кронштейне 10.

Кронштейн 10, а соответственно и электродвигатель 12 имеют не менее двух положений, соответственно, горизонтальное (например, 0°) и вертикальное (например, 90°). При этом максимальное количество положений кронштейна 10 и электродвигателя 12 в диапазоне между горизонтальным и вертикальным положениями не ограничено. Например, на представленных изображениях (фиг. 1, 3, 7, 9) на задней стенке 8 и кронштейне 10 имеется ряд совмещающихся крепежных отверстий 30, которые соответствуют положениям: горизонтальному (0°), сорокапятиградусному (45°), вертикальному (90°). При этом промежуточные положения, как указанное, так и любое другое, не имеют отдельных площадок для обеспечения дополнительного упора, что требует особых настроек (скорость вращения, подачи) станка для снижения вибраций.

Рабочая зона, предназначенная для размещения обрабатываемых деталей или инструмента для обработки, является двухуровневой, обеспечивая перемещение по осям X и Y, что позволяет проводить токарные и шлифовальные работы на станке. При этом на крепежную платформу оси Y 26 может быть установлен механизм подъема (Фиг. 11, 12) обеспечивающий перемещение по оси Z вверх-вниз.

Перемещение платформы оси X 21 обеспечивается тем, что в нижней части платформы 21 закреплены ползуны 20 установленные на рельсовые опоры 16. Кроме того, платформа 21 при помощи установленной в держателе 52 (который закреплен на платформе 21) без возможности вращения трапецеидальной гайки 51 соединяется с трапецеидальным ходовым винтом оси X 17 расположенным параллельно рельсовым опорам 16. При этом, поскольку трапецеидальная гайка 51 не имеет возможности вращения, то при вращении ходового винта 17 гайка 51, а вместе с ней и держатель 52 и соединенная с ним платформа 21 передвигаются вдоль оси X в ту или иную сторону в зависимости от направления вращения ходового винта 17.

Вращение ходового винта 17 может обеспечиваться ручным способом, электрическим или комбинированным. Так, станок может быть оборудован ручками вращения ходового винта 19, одна из которых может соединяться с ходовым винтом с помощью соединения 61, которое дополнительно может устанавливаться в крепежной проставке 18, которая центрирует и придает жесткость конструкции. При электрическом способе вместо ручки 19 к ходовому винту 17 присоединяется вал координатного электромотора 31, закрепляемого на крепежной проставке 18.

С учетом того, что при выполнении токарных работ давление, оказываемое на резец (например) будет перераспределяться на переднюю часть платформы 21 (со стороны предполагаемого расположения человека). Данная нагрузка с течением времени может приводить к повреждениям ползуна 20, порче рельсовой опоры 16, изгибу швеллеров 3. Для избегания этого и увеличения срока безаварийной службы станка может применяться конструкция, содержащая боковую направляющую ползуна 4, ползун 20 и вертикальную упорную платформу 22. Вертикальная упорная платформа 22 соединяется с платформой оси X 21 в передней части ребром с помощью резьбового, пазового или любого другого соединения. Ползун 20 одевается на боковую направляющую 4 и присоединяется к вертикальной платформе 22. Таким образом возникающая нагрузка на платформу оси X 21 будет распределяться между ползунами 20 установленными на рельсовых направляющих 16 и ползуном 20, установленном на боковой направляющей 4.

Платформа оси Y 26 устанавливается над платформой оси X 21, формируя двухуровневую платформу. При этом для наилучшего размещения деталей используется каркас 23, расположенный по периметру платформы 21. На каркас 23 устанавливаются направляющие ползуна оси Y 24, трапецеидальный ходовой винт оси Y 25. Крепление указанных элементов может производиться с помощью болтов, с помощью посадки с натягом, путем использования имеющейся на элементах резьбы, с помощью клея и т.д., а крепление ходового винта может производиться с помощью втулок или впрессованного в каркас 23 игольчатого подшипника 60.

Таким образом, платформа оси Y 26 прикрепляется к ползунам 20, закрепленным на направляющих 24 и соединяется с трапецеидальным винтом оси Y 25 трапецеидальной гайкой, которая устанавливается без возможности вращения в держатель 62, который в свою очередь жестко закреплен на платформе 26. И поскольку трапецеидальная гайка не имеет возможности вращения, то при вращении ходового винта 25 гайка, а вместе с ней и держатель 62 и соединенная с ним платформа 26 передвигаются вдоль оси Y в ту или иную сторону в зависимости от направления вращения ходового винта 25.

Вращение трапецеидального ходового винта 25 аналогично ходовому винту оси X может обеспечиваться ручным способом, электрическим или комбинированным.

Поскольку для работы станка в токарном и шлифовальном исполнении достаточно перемещений по осям X и Y, то платформа оси Y может использоваться для размещения обрабатываемых деталей или инструмента, например, токарных резцов (фиг. 13-16). В случае же необходимости перемещения деталей или инструмента по условной оси Z используется механизм подъема (фиг. 10-12, 29, 30).

Механизм подъема преимущественно имеет вид, указанный на изображении, так как при таком варианте сборки обеспечивается его подвижность и жесткость конструкции, но могут применяться и иные варианты обеспечивающие подъем детали или инструмента на станке (в том числе аналогичные применяемым на существующих токарных, фрезерных и токарно-фрезерных станках.

Механизм подъема представляет собой нижнюю 32 и верхнюю 33 площадки, которые соединены между собой элементами, обеспечивающими изменение расстояния от нижней 32 до верхней 33 площадки (соответственно перемещение верхней площадки по оси Z) и элементами, обеспечивающими устойчивость и препятствующими провороту или сдвигу верхней площадки 33 в направлении координат X и Y.

Для перемещения верхней площадки 33 по оси Z используется ручка 19 (на изображениях не показана, аналогичная ручкам 19 осей X и Y), или как указано на изображении электромотор 31 к которому(-ой) крепится шестерня привода ремня 36 на которую надевается ремень 34. При этом с другой стороны ремень 34 надевается не менее чем на одну шестерню подъема 35, которая устанавливается на оси, установленной в нижней площадке 32, и имеет упор в виде опорного подшипника 37. Сверху в шестерне закрепляется трапецеидальный винт оси Z 38, на который установлена трапецеидальная гайка оси Z 39, закрепленная в держателе 40 без возможности вращения, который в свою очередь закреплен на верхней площадке 33. Таким образом, при вращении шестерни привода 36 вращение при помощи ремня 34 передается на шестерню подъема 35, которая, вращая трапецеидальный ходовой винт 38, заставляет гайку 39, а с ней и держатель 40, и верхнюю площадку 33 перемещаться по оси Z. При этом количество вышеописанных деталей составляет не менее одной, при этом максимальное количество не ограниченно, так как при увеличении количества данных деталей увеличивается устойчивость верхней площадки при работе станка. Наиболее оптимально использовать данные детали в количестве 4 штук для установки по углам площадок 32, 33, а дополнительную устойчивость обеспечить при помощи не менее одного линейного подшипника 41, закрепленного на нижней площадке 32, и направляющей, 42 закрепленной на верхней площадке 33 или наоборот. Так, направляющая 42 входит в линейный подшипник 41, обладая подвижностью в направлении оси Z и увеличивает устойчивость конструкции механизма подъема.

Верхняя площадка 33 может использоваться для размещения инструмента и обрабатываемых деталей.

Вместо механизма подъема на платформе оси Y 26 могут быть установлены токарные резцы. Резцы устанавливаются на специализированном держателе, который крепится к платформе 26 или на держателе (в том числе наборном из листов материала (наборных пластин), соответствующего материалу корпусных деталей станка), предлагаемом в рамках данного изобретения.

Держатель резца (фиг. 13-16) представляет собой стойку 43, в верхней части которой примерно на уровне центра патрона станка 13, устанавливается резец 45. При этом стойка 43 крепится к платформе 26 с помощью болтов крепления 48, а резец закрепляется на стойке с помощью болтов крепления резца 49, которые закручиваются по резьбе, имеющейся в стойке 43, и, упираясь своими гранями в резец 45, блокируют его на месте.

Стойка 43 держателя резца может быть выполнена из наборных пластин, как показано на изображении, например, из материала аналогичного материалу каркаса станка в целях экономии. При этом для повышения прочности установки стойки 43, могут использоваться дополнительные опоры 44, устанавливаемые со сторон стойки, в направлении которых оказывается наибольшая нагрузка при обработке детали, и направляющие болтов 50, представляющие собой трубки, вставляемые в пластины стойки, внутрь которых устанавливаются болты крепления 48. Для того чтобы обеспечить правильное расположение резца по высоте, могут использоваться проставочные шайбы 46, устанавливаемые между любыми пластинами на одном уровне в случае наборной стойки (или под стойкой 43 в случае цельной специализированной стойки). А в целях исключения прогиба верхней пластины стойки 43 могут использоваться опоры болта 47, представляющие собой трубку, одетую на тело болта.

На изображениях фиг. 17-19 демонстрируется возможная конструкция задней бабки станка. В зависимости от применяемых материалов наличие, форма и размер деталей могут меняться при условии сохранения центра задней бабки (или центра оснастки 58) по центру патрона 13 в токарном положении электродвигателя 12. При этом конструкция задней бабки состоит из платформы 53, к которой снизу крепятся ползуны 20, устанавливаемые на рельсовые опоры 16. Сверху на платформу крепится каркас задней бабки 55, обеспечивающий подъем основной конструкции задней бабки на высоту, где центр задней бабки находится на уровне центра патрона 13. К каркасу 55 может крепиться установочная направляющая 56, в центр которой вставляется корпус задней бабки с механизмом выдвижения, на котором с одной стороны устанавливается оснастка 58, а с другой стороны имеется ручка выдвижения 57, вращением которой можно обеспечить подачу оснастки 58 вперед для дополнительного крепления детали на станке.

По центру платформы 53 задней бабки имеются отверстия 59, соответствующие отверстиям в центральном креплении 15. Таким образом при работе пользователь станка определяет оптимальное положение задней бабки. Совмещает в этом положении отверстия центрального крепления 15 и отверстия платформы задней бабки 53 и вставляет в эти отверстия стопорный штырь 54, который блокирует перемещение задней бабки вдоль оси X и позволяет использовать ее в работе.

На изображении фиг. 20 дополнительно показано место установки трапецеидальной гайки оси X, игольчатый подшипник 60 и соединение трапецеидального винта с приводом 61. При этом вместо игольчатого подшипника 60 могут использоваться шариковые или роликовые подшипники качения оптимальные по размеру (то есть не мешающие установке других деталей), так как основная задача - обеспечение свободного вращения трапецеидального винта оси Y. Такое же решение может использоваться и на трапецеидальном винте оси X. Соединение 61 одной стороной присоединяется к трапецеидальному винту, а другой к оси ручки 19 или оси электромотора 31.

На изображениях фиг. 21-22 показана верхняя часть двухуровневой платформы в сборе с деталями. Отдельно на изображении можно увидеть держатель трапецеидальной гайки оси Y 62, внутри которого установлена трапецеидальная гайка, находящаяся в зацеплении с трапецеидальном винтом 25 оси Y. А платформа оси Y 26 может оборудоваться гайками 63, которые вставляются или впрессовываются в тело платформы 26 для последующего закрепления (по необходимости) в процессе эксплуатации стойки держателя резца 43.

На изображении фиг. 23 в увеличенном виде показаны ползуны, использование которых предполагается в рамках данного изобретения. Ползуны могут быть выполнены в двух видах:

а) Ползун с разрезом в нижней части корпуса 64 с установленным соответствующим линейным подшипником 65. Используется на платформе оси X 21 и платформе задней бабки 53 для их установки на рельсовые опоры 16.

б) Ползун без разреза корпуса 64 с установленным цилиндрическим линейным подшипником 65. Используется в креплениях без рельсовых опор, например, на вертикальной упорной площадке 22, платформе оси Y26.

Для более точного изменения числа оборотов, а также в случаях, когда шпиндельный электродвигатель 12 не может программно с высокой точностью изменять число оборотов, предполагается возможность установки между электродвигателем 12 и патроном станка 13 коробки передач 66, которая показана на фиг. 24 схематично, так как в зависимости от технических требований к станку могут применяться шестеренчатые, ременные, цепные, планетарные и другие типы коробок передач.

Как видно из фиг. 26-28, станок может оборудоваться защитными приспособлениями, защищающими использующего станок человека и находящихся поблизости людей, и предметы от стружки, частиц инструмента и прочих случайностей (например, случайного касания работающих деталей станка).

Защита зоны работы представляет собой прозрачный барьер 69, выполненный преимущественно из прозрачных сортов пластика (или стекла, преимущественно ударопрочного), который установлен в корпусе 67 снабженном шарнирными соединениями 68. Предполагается, что корпус 67 закрепляется на боковой грани платформы оси Y 26, обращенной к пользователю, что позволяет перемещать данную защиту вместе с перемещением зоны работы по станку. При этом корпус 67 снабжается шарнирными соединениями для перемещения верхней части корпуса 67, в котором установлен прозрачный барьер 69 так, как того требует ситуация (в зависимости от способа обработки и размеров детали или инструмента) и/или удобства пользователя. При этом защита зоны работы может отсутствовать или быть заменена на индивидуальные защитные принадлежности (очки, маска), так как некоторые работы могут требовать участия дополнительных инструментов или приспособлений (например, периодическое охлаждение зоны обработки детали).

Защита патрона устанавливается, чтобы исключить случайные касания патрона станка 13 во время работы, что может привести к травмам. Защита имеет размер, позволяющий раздвигать лапы патрона станка 13 на максимальную величину, и представляет собой закругленный на некотором расстоянии от патрона 13 корпус 70, который может дополняться собственным прозрачным барьером 71 для контроля баланса работы патрона станка 13. При этом размер защиты патрона рассчитывается таким образом, чтобы не создавать помех при работе шпиндельного электродвигателя 12 без токарного патрона станка 13 (в случае применения на электродвигателе цанговых патронов для, например, фрезерования, которые, как правило, имеют меньший размер). Так как предполагается, что защита патрона не влияет на удобство работы, а также что контакт с патроном станка 13 во время работы не требуется, то защита патрона должна всегда находиться на станке во время его работы. Защита устанавливается полутрубками 76 на установочные направляющие 72. Установка производится, пока упоры защиты 73 не упрутся в элементы каркаса крепления электродвигателя 11. Для того чтобы исключить ситуации, когда пользователь забывает установить защиту патрона на станок перед работой, может использоваться концевой выключатель 74, установленный на каркасе электродвигателя 11, который не позволяет включить электродвигатель 12, пока защита патрона не установлена. При этом на корпусе защиты 70 имеется нажим выключателя 75, который нажимает на концевой выключатель 74, когда защита патрона устанавливается.

Механизм подъема может дополняться системой натяжения ремня 34. Система натяжения может быть ручной (с предварительным натяжением) или автоматической (натяжение с помощью пружины). В случае ручной системы на нижнюю площадку 32 может устанавливаться конструкция, с помощью которой пользователь может произвести натяг ремня, после чего конструкция фиксируется в окончательном положении.

При этом автоматическая система является предпочтительной (фиг. 29, 30) и представляет собой шкив натяжителя 81, соединенный напрямую или через дополнительные детали с пружиной 79, которая вторым концом соединена с неподвижным элементом нижней площадки 32 или элементом, установленным на нижней площадке 32. Предполагаемый вариант конструкции содержит ось крепления пружины 77, которая установлена и закреплена на нижней площадке и может быть покрыта установочной трубкой 78 для повышения износостойкости. Далее на ось надевается пружина 79, соединяемая вторым концом с блоком шкива натяжителя 80. Затем в блок шкива 80 вставляется шкив натяжителя 81 с предварительно надетым на него ремнем 34. Закрепление шкива 81 на блоке 80 производится с помощью оси шкива 82, которая вставляется в отверстия блока 80 и шкива 81, обеспечивая их соединение.

Фиг. 30 демонстрирует, как в этом случае может быть натянут ремень 34.

Пример работы механизмов универсального токарно-фрезерно-шлифовального настольного станка и обработки деталей

Включение электродвигателя: производится после подключения станка к сети электропитания и в зависимости от варианта изготовления станка может осуществляться вручную кнопкой с последующим ручным регулированием числа оборотов с помощью регулятора или программно с использованием платы управления (на изображениях не показана) которая подключается к компьютеру, пульта управления или джойстика, или иной управляющей техники. В этом случае число оборотов электродвигателя устанавливается программно и регулируется с помощью ЧПУ управления. Кроме того, программное управление позволяет использовать автоматическое перемещение платформ и механизма подъема по координатам X, Y, Z.

Ручной привод платформ: осуществляется с помощью ручек 19 вращения ходового винта 17, 25, 38 в зависимости от того, с каким винтом какая ручка 19 соединена. Например, для передвижения платформы 21 вдоль оси X используется ручка оси X, находящаяся со стороны боковой стенки 1. Вращение ручки 19 по часовой стрелке вызывает вращение по часовой стрелке ходового винта 17, который, вращаясь, перемещает по своей оси трапецеидальную гайку 51, закрепленную в держателе 52, который прикреплен к платформе 21, которые в силу жесткого крепления перемещаются вместе с гайкой 51. При этом вызывается движение платформы 21 в одну сторону, например на удаление от ручки 19. А вращение ручки 19 против часовой стрелки вызывает соответствующее вращение ходового винта 17 и движение платформы 21 в другую сторону, например на приближение к ручке 19, установленной со стороны боковой стенки 1.

В свою очередь ручка 19, установленная на каркасе двухуровневой платформы 23, если ее покрутить по часовой стрелке, приводит к вращению трапецеидального ходового винта 25 оси Y по часовой стрелке, который, вращаясь, перемещает по своей оси трапецеидальную гайку, закрепленную в держателе 62, который прикреплен к платформе 26, которые в силу жесткого крепления перемещаются вместе с гайкой. При этом вызывается движение платформы 26 в одну сторону, например на удаление от ручки 19, закрепленной на каркасе двухуровневой платформы. А вращение ручки 19 против часовой стрелки вызывает соответствующее вращение ходового винта 25 и движение платформы 26 в другую сторону, например на приближение к ручке 19, установленной на каркасе двухуровневой платформы 23.

Таким же образом может приводиться в движение и механизм подъема. В этом случае вместо электромотора 31 устанавливается ручка 19 (на изображении не показана), адаптированная для применения на механизме подъема. В этом случае ручка будет приводить в движение шестерню привода ремня 36, которая, вращаясь, приведет к перемещению ремня 34, например, по часовой стрелке (при соответствующем вращении ручки). Ремень 34, находясь в соприкосновении с шестерней 36 и шестернями подъема 35, при перемещении приведет к вращению шестерен подъема 35 (в том же направлении), которые, находясь в жестком зацеплении с трапецеидальными винтами оси Z 38, приведут к соответствующему вращению этих винтов. При этом трапецеидальная гайка 39 жестко закрепленная на держателе 40, установленном без возможности вращения на верхней площадке 33, не имея возможности вращаться вместе с винтом 38, будет перемещаться по оси Z при этом, например, опуская площадку 33 вниз. При обратном вращении шестерни привода 36 против часовой стрелки все указанные элементы соответственно поменяют вращение на обратное, что приведет к подъему площадки 33 вверх.

Электропривод: позволяет повысить точность управления станком и позволяет использовать программное управление и работу станка по заранее заданной программе. При применении электропривода применяются электромоторы 31 заменяющие собой ручки 19. Например, для передвижения платформы 21 вдоль оси X используется электромотор 31 оси X находящийся со стороны боковой стенки 1. Вращение вала электромотора 31 по часовой стрелке вызывает вращение по часовой стрелке трапецеидального ходового винта 17, который, вращаясь, перемещает по своей оси трапецеидальную гайку 51, закрепленную в держателе 52, который прикреплен к платформе 21, которые в силу жесткого крепления перемещаются вместе с гайкой 51. При этом вызывается движение платформы 21 в одну сторону, например на удаление от электромотора. А вращение вала электромотора 31 против часовой стрелки вызывает соответствующее вращение ходового винта 17 и движение платформы 21 в другую сторону, например на приближение к электромотору оси X установленному со стороны боковой стенки 1.

В свою очередь электромотор 31 оси Y, установленный на каркасе двухуровневой платформы 23, если привести его вал во вращение по часовой стрелке, заставит вращаться трапецеидальный ходовой винт 25 по часовой стрелке, который, вращаясь, перемещает по своей оси трапецеидальную гайку, закрепленную в держателе 62, который прикреплен к платформе 26, которые в силу жесткого крепления перемещаются вместе с гайкой. При этом вызывается движение платформы 26 в одну сторону, например на удаление от электромотора 31 оси Y закрепленного на каркасе двухуровневой платформы. А вращение вала электромотора 31 против часовой стрелки вызывает соответствующее вращение ходового винта 25 и движение платформы 26 в другую сторону, например на приближение к электромотору 31 установленного на каркасе двухуровневой платформы 23.

Таким же образом приводится в движение и механизм подъема. Вал электромотора оси Z 31 установленного на нижней площадке 32 механизма подъема приводит в движение шестерню привода ремня 36, которая, вращаясь, приводит к перемещению ремня 34, например, по часовой стрелке (при соответствующем вращении вала электромотора). Ремень 34, находясь в соприкосновении с шестерней 36 и шестернями подъема 35, при перемещении приведет к вращению шестерен подъема 35 (в том же направлении), которые, находясь в жестком зацеплении с трапецеидальными винтами оси Z 38, приведут к соответствующему вращению этих винтов. При этом трапецеидальная гайка 39 жестко закрепленная на держателе 40, установленном без возможности вращения на верхней площадке 33, не имея возможности вращаться вместе с винтом 38, будет перемещаться по оси Z, при этом, например, опуская площадку 33 вниз. При обратном вращении вала электромотора 31 оси Z и шестерни привода 36 против часовой стрелки все указанные элементы соответственно поменяют вращение на обратное, что приведет к подъему площадки 33 вверх.

Шлифовальные работы: могут производиться при любом положении электродвигателя 12 в зависимости от вида, расположения детали и желания пользователя как без механизма подъема, так и при его наличии. При отсутствии механизма подъема: в патрон станка 13 установленный на электродвигатель 12 зажимается шлифовальный диск 14 или другая шлифовальная оснастка. Деталь закрепляется на крепежной платформе оси Y 26 (в целях сбережения платформы может использоваться фанерная, деревянная, пластиковая или другая подложка, устанавливаемая на платформу 26). Платформа 26 с помощью вращения ручек 19 или валов электромоторов 31 подводится к шлифовальному диску 14 таким образом, чтобы грани детали (по ее ближайшему к шлифовальному диску краю), предназначенные для шлифовки, находились на уровне нижней грани шлифовального диска 14, и производится запуск электродвигателя 12 с учетом выбранных пользователем оборотов. Далее с помощью вращения ручки 19 оси Y платформа оси Y 26 передвигается так, чтобы деталь прошла под шлифовальным диском 14 и шлифовальный диск сточил часть поверхности детали, после чего с помощью вращения ручки оси X 19 платформа оси X 21, а равно и установленная на нее платформа оси Y передвигается на некоторое расстояние, не превышающее толщины шлифовального диска, перемещая неотшлифованную поверхность детали к шлифовальному диску 14, и с помощью ручки 19 платформа оси Y 26 передвигается, чтобы деталь прошла под шлифовальным диском 14 и шлифовальный диск сточил часть поверхности детали. Процесс перемещения осей X и Y продолжается до тех пор, пока не закончится поверхность детали, предназначенная для шлифования.

В случае сильно искривленных поверхностей и большой глубины шлифования может потребоваться изменение положения детали по оси Z. В этом случае процесс шлифования производится при наличии механизма подъема следующим образом: деталь закрепляется на верхней площадке механизма подъема 33 (в целях сбережения площадки может использоваться фанерная, деревянная, пластиковая или другая подложка, устанавливаемая на площадку 33). Затем платформа оси Y 26 с помощью вращения ручек 19 или валов электромоторов 31 подводится к шлифовальному диску 14 таким образом, чтобы грани детали (по ее ближайшему к шлифовальному диску краю), предназначенные для шлифовки, находились на уровне нижней грани шлифовального диска 14, и производится запуск электродвигателя 12 с учетом выбранных пользователем оборотов. Далее с помощью вращения ручки 19 оси Y платформа оси Y передвигается так, чтобы деталь прошла под шлифовальным диском 14 и шлифовальный диск сточил часть поверхности детали, после чего с помощью вращения ручки оси X 19 платформа оси X 21, а равно и установленная на нее платформа оси Y 26 передвигается на некоторое расстояние, не превышающее толщины шлифовального диска, перемещая неотшлифованную поверхность детали к шлифовальному диску 14, и с помощью ручки 19 платформа оси Y передвигается, чтобы деталь прошла под шлифовальным диском 14 и шлифовальный диск сточил часть поверхности детали. Процесс перемещения осей X и Y продолжается до тех пор, пока не закончится поверхность детали, предназначенная для шлифования. Затем производится подъем верхней площадки механизма подъема 33 на величину дальнейшего шлифования (величина определяется пользователем исходя из характеристик материала детали, материала шлифовального диска, величины оборотов электродвигателя 12 и других параметров), после чего повторяется шлифование поверхности детали. Шлифование и подъем верхней площадки 33 продолжаются до достижения необходимого пользователю результата или до достижения крайних положений механизмов передвижения по осям X, Y, Z.

Токарные работы: производятся исключительно при горизонтальном положении электродвигателя и могут включать применение задней бабки. При этом в патрон 13 зажимается обрабатываемая деталь, а на платформу оси Y 26 устанавливается стойка держателя резца 43 с закреплением в ней резца 45, при этом платформа 26 отодвигается до крайнего положения к ручке 19 или электромотору 31 оси Y, а резец устанавливается так, чтобы не касаться детали в крайнем положении платформы 26 (в случае необходимости обработки внутренней поверхности платформа 21 оси X отодвигается от обрабатываемой детали по своей оси, а стойка резца 43 занимает положение, при котором резец 45 будет находиться примерно по центру детали). Затем включается электродвигатель 12 с числом оборотов, определенных пользователем исходя из метода обработки детали и используемых материалов, и резец 45 с помощью передвижения платформы 26 оси Y подводится до соприкосновения с поверхностью детали, начиная ее обработку. При необходимости обработки детали на некоторое расстояние по оси ее вращения пользователь перемещает резец 45 вдоль оси вращения, используя платформу 21 оси X.

При необходимости сделать во вращающейся детали отверстие в заднюю бабку напрямую, или в ее оснастку 58 (патрон задней бабки) вставляется сверло, затем задняя бабка подводится ближе к детали, закрепляется с помощью штыря 54 на месте и сверло с помощью ручки выдвижения 57 подводится к вращающейся детали, производя работу по созданию в ней отверстия.

Если деталь, предназначенная для обработки, имеет большую длину, при обработке предполагается ее сужение и т.д., то деталь дополнительно закрепляется задней бабкой с помощью оснастки 58 (конуса) для достижения дополнительного баланса. В этом случае задняя бабка подводится к детали и закрепляется с помощью установки в отверстие платформы 53 задней бабки штыря 54, который входит в отверстие подвижной платформы 53 и неподвижного центрального крепления 15.

Фрезерные работы: производятся при любом положении электродвигателя 12 в зависимости от обрабатываемой детали и необходимости. Предполагается, что вместо патрона станка 13 (который имеет размер, больше предназначенный для токарных или шлифовальных работ) будет использоваться цанговый патрон (преимущественно, возможно применение других типов патронов). При этом (за исключением отдельных индивидуальных случаев) применяется механизм подъема.

Так на верхнюю площадку механизма подъема 33 (возможно с применением подложки) закрепляется деталь, предназначенная для фрезерования. Включается электродвигатель 12, расположенный вертикально и имеющий закрепленную в патроне фрезу, и с помощью платформ 21, 26 осей X и Y производится перемещение детали, в ходе которого вращающаяся фреза выбирает из детали материал. Затем, если глубина фрезерования еще не достигнута, то верхняя площадка 33 поднимается, а фреза соответственно углубляется в деталь и производится дальнейшее фрезерование до достижения уровня, определенного пользователем. После окончания фрезеровальных работ верхняя площадка 33 механизма подъема опускается вместе с деталью, позволяя освободить деталь от инструмента.

Несмотря на то, что большую часть работ по фрезерованию можно произвести при вертикальном положении электродвигателя 12 с помощью фрез различного размера и формы, может возникнуть потребность фрезеровать длинную деталь, которая не сможет быть установлена вертикально из-за ограничений размеров, что потребует фрезеровать ее при горизонтальном расположении электродвигателя 12, а также может возникнуть необходимость фрезерования отверстия под углом. Для этого могут использоваться промежуточные положения кронштейна 10 и электродвигателя 12, но в этом случае потребуется синхронизация движения осей станка во время углубления фрезы внутрь детали.

Перемещение электродвигателя: ограничено горизонтальной 7 и вертикальной 9 площадками, которые одновременно являются дополнительными крепежными элементами, так как к ним закрепляется каркас крепления электродвигателя 11. Само перемещение осуществляется с помощью кронштейна 10, к которому крепится каркас крепления электродвигателя 11. Кронштейн 10 в свою очередь закрепляется через подшипник на оси задней стенки 8 и удерживается с помощью крепления 29 (при отсутствии оси кронштейна на задней стенке 8, такую ось представляет крепление 29). Кроме того, на кронштейне 10 имеются крепежные отверстия 30 соответствующие крепежным отверстиям 30 на задней стенке 8. Они используются для закрепления и удержания кронштейна и соответственно электромотора в горизонтальном, вертикальном или промежуточном положении с помощью вставки в отверстие болта, винта, или штифта и закрепления его с помощью гайки, шплинта или стопорного кольца.

В сложных вариантах конструкции могут использоваться шестеренчатые передачи, позволяющие плавно перемещать кронштейн 10, определяя любой необходимый угол. Однако в рамках малых мастерских предполагается, что достаточно промежуточного положения с углом 45°, соответственно, с учетом этого крепежные отверстия 30 делаются так, чтобы обеспечивать горизонтальное, вертикальное и промежуточное положение.

Пример использования универсального токарно-фрезерно-шлифовального настольного станка:

Предположим, что человеку необходимо сделать из ржавого профильного квадратного прутка размером 25×25 мм и длиной 500 мм деталь длиной 100 мм, половина которой должна иметь круглое сечение с диаметром 24 мм, а вторая половина должна остаться квадратной (допустимо незначительное уменьшение размера), но иметь глухое отверстие 10 мм с торца и сквозное квадратное отверстие размером 15×15 мм (допускается скругление углов) с любой из боковых сторон части квадратного сечения. По умолчанию детали станка закреплены в токарном положении.

Тогда человек закрепляет пруток в патроне станка 13, затем подводит заднюю бабку с помощью перемещающихся по рельсовой опоре 16 ползунов 20 к прутку и с помощью штырей 54, входящих в отверстие платформы 53 задней бабки и отверстие центрального крепления 15, закрепляет заднюю бабку на месте и с помощью ручки 57 подводит к прутку оснастку задней бабки 58 в виде конуса. Затем человек, предварительно установив на платформу оси Y 26 стойку резца 43, закрепляет в ней отрезной резец 45, отмеряет необходимый размер прутка и включает электродвигатель 12, создавая вращение прутка. Затем, вращая ручку 19 оси Y, подводит резец к прутку, отрезая его в нужном месте (при этом человек вручную или с помощью механических приспособлений придерживает часть прутка, удерживаемую задней бабкой), а образуемая стружка падает в установленный в нижней части станка поддон 5 (при его наличии).

Затем человек (предварительно отключив электродвигатель 12), вращая ручку 19 оси Y, отводит платформу оси Y 26 к ручке, снимает отрезной резец и устанавливает проходной резец 45. И снова вращая ручку 19, подводит резец к вращающемуся прутку, снимая часть его поверхности. Далее с помощью ручки 19 оси X человек передвигает резец 45 (соответственно вместе с конструкцией, на которой он установлен) вдоль оси вращения прутка по его телу до достижения половины его размера. Затем с помощью ручки 19 оси Y человек передвигает резец чуть ближе к оси вращения и с помощью ручки 19 оси X передвигает резец 45 вдоль оси вращения прутка в обратную сторону до конца прутка, где снова передвигает резец 45 ближе к оси вращения. Человек производит эти действия вплоть до момента, когда обрабатываемая половина прутка примет круглое сечение с размером 24 мм в диаметре.

После этого человек выключает электродвигатель 12, отводит резец 45 от прутка и может снять с платформы оси Y 26 стойку резца 43. Освобождает из патрона станка 13 пруток и переворачивает его другой стороной, снова закрепляя его в патроне 13. После этого меняет оснастку 58 задней бабки с конуса на сверлильный патрон с установкой сверла 10 мм или непосредственно на сверло 10 мм. Подводит заднюю бабку ближе к прутку и закрепляет ее с помощью штырей 54, включает электродвигатель 12 и, вращая ручку выдвижения 57 задней бабки, подводит сверло к торцу прутка, высверливая в нем глухое отверстие с диаметром 10 мм.

Если отверстие готово, то человек останавливает электродвигатель 12 и отводит заднюю бабку к краю станка, вынимает из патрона 13 пруток и закрепляет в патроне 13 шлифовальный диск 14, а пруток закрепляет на платформе оси Y 26 в боковом положении для очистки от ржавчины поверхностей квадратного сечения. С помощью ручки 19 оси Y и ручки 19 оси X подводит пруток (гранью с необработанной частью с квадратным сечением) к шлифовальному диску 14, контролируя, чтобы касание шлифовальным диском 14 прутка было минимальным и включает электродвигатель 12. Затем с помощью ручки 19 оси Y перемещает платформу 26 так, чтобы грань прутка прошла под шлифовальным диском и была обработана, далее с помощью ручки 19 оси X передвигает платформу оси X 21 вместе с установленной поверх платформой оси Y 26 на расстояние, не превышающее толщину шлифовального диска в направлении необработанной поверхности прутка и с помощью ручки оси Y 19 производит обратное движение. Человек продолжает процесс перемещения по осям X и Y, пока вся верхняя горизонтальная поверхность прутка квадратного сечения не будет обработана. После этого человек проворачивает пруток для обработки следующей поверхности прутка (в части квадратного сечения) от ржавчины и закрепляет его, выполняя вышеописанные действия.

После окончания шлифовальных работ человек устанавливает на платформу 26 предварительно опущенный механизм подъема (предположим, что он имеет ручку 19 оси Z), закрепляя его болтами через отверстия платформы 26 и отверстия нижней площадки механизма подъема 32. Затем вынимает из крепежных отверстий 30 горизонтальной площадки 7, каркаса 11, задней стенки 8 и кронштейна 10, крепежные приспособления (например болты) и перемещает кронштейн 10 из горизонтального положения электродвигателя 12 в вертикальное, после чего крепежные приспособления вставляются в соответствующие отверстия 30 кронштейна 10 и задней стенки 8, а также каркаса 11 и вертикальной площадки 9. Токарный патрон 13 станка может быть заменен на более подходящий для фрезеровки цанговый патрон.

Человек вставляет в патрон станка 13 фрезу необходимого размера (предположим диаметром 3 мм) и включает электродвигатель 12 с учетом оборотов подходящих для фрезерных работ. Пруток размещается частью с квадратным сечением под фрезой (в месте изготовления отверстия) и человек, задействуя ручку 19 механизма подъема, подводит пруток к фрезе таким образом, чтобы фреза обработала часть материала (на глубину, определенную человеком). Затем с помощью ручек осей X и Y человек перемещает конструкцию с установленным прутком, пока не будет выфрезерована область размером 15×15 мм, после чего с помощью ручки 19 механизма подъема человек углубляет фрезу еще глубже в металл и продолжает фрезерование. Фрезерование и постепенное углубление фрезы продолжается, пока не будет получено сквозное отверстие размером 15×15 мм. После этого человек отключает электродвигатель 12, опускает верхнюю площадку механизма подъема 33 и снимает готовую деталь. Затем станок можно готовить к следующей работе.

При наличии электромоторов 31 управление будет осуществляться электронно с помощью пульта управления, джойстика, отдельных кнопок или с компьютера. Поскольку управление станком в этих случаях практически аналогично, рассмотрим пример, когда вместо ручек 19 используются электромоторы 31, а управление станком человек осуществляет с компьютера:

Человек закрепляет пруток в патроне станка 13, затем подводит заднюю бабку с помощью перемещающихся по рельсовой опоре 16 ползунов 20 к прутку, с помощью штырей 54, входящих в отверстие платформы 53 задней бабки и отверстие центрального крепления 15, закрепляет заднюю бабку на месте и с помощью ручки 57 подводит к прутку оснастку задней бабки 58 в виде конуса. Затем человек предварительно установив на платформу оси Y 26 стойку резца 43 закрепляет в ней отрезной резец 45, отмеряет необходимый размер прутка и включает электродвигатель 12, создавая вращение прутка. Затем, программно выставив необходимое расстояние, подает команду на электромотор 31 оси Y и с помощью вращения его вала подводит резец к прутку, отрезая его в нужном месте (при этом человек вручную или с помощью механических приспособлений придерживает часть прутка, удерживаемую задней бабкой), а образуемая стружка падает в установленный в нижней части станка поддон 5 (при его наличии).

Затем человек (предварительно отключив электродвигатель 12) подает команду на электромотор 31 оси Y и отводит платформу оси Y 26 к электромотору 31, снимает отрезной резец и устанавливает проходной резец 45. И снова подав команду на электромотор 31, подводит резец к вращающемуся прутку, снимая часть его поверхности. Далее с помощью задействования электромотора 31 оси X человек передвигает резец 45 (соответственно вместе с конструкцией на которой он установлен) вдоль оси вращения прутка по его телу до достижения половины его размера. Затем с помощью электромотора 31 оси Y человек передвигает резец чуть ближе к оси вращения и с помощью электромотора 31 (соответственно управляя ими программно) оси X передвигает резец 45 вдоль оси вращения прутка в обратную сторону до конца прутка, где снова передвигает резец 45 ближе к оси вращения. Человек производит эти действия вплоть до момента, когда обрабатываемая половина прутка примет круглое сечение с размером 24 мм в диаметре.

После этого человек выключает электродвигатель 12, отводит резец 45 от прутка и может снять с платформы оси Y 26 стойку резца 43. Освобождает из патрона станка 13 пруток и переворачивает его другой стороной, снова закрепляя его в патроне 13. После этого меняет оснастку 58 задней бабки с конуса на сверлильный патрон с установкой сверла 10 мм или непосредственно на сверло 10 мм. Подводит заднюю бабку ближе к прутку и закрепляет ее с помощью штырей 54, включает электродвигатель 12 и, вращая ручку выдвижения 57 (или задействуя соответствующий электромотор) задней бабки, подводит сверло к торцу прутка, высверливая в нем глухое отверстие с диаметром 10 мм.

Если отверстие готово, то человек останавливает электродвигатель 12 и отводит заднюю бабку к краю станка, вынимает из патрона 13 пруток и закрепляет в патроне 13 шлифовальный диск 14, а пруток закрепляет на платформе оси Y 26 в боковом положении для очистки от ржавчины поверхностей квадратного сечения. С помощью электромоторов 31 оси Y и оси X подводит пруток (гранью с необработанной частью с квадратным сечением) к шлифовальному диску 14, контролируя, чтобы касание шлифовальным диском 14 прутка было минимальным и включает электродвигатель 12. Затем подает команду на электромотор 31 оси Y и перемещает платформу 26 так, чтобы грань прутка прошла под шлифовальным диском и была обработана, далее с помощью электромотора 31 оси X передвигает платформу оси X 21 вместе с установленной поверх платформой оси Y 26 на расстояние, не превышающее толщину шлифовального диска в направлении необработанной поверхности прутка, и с помощью электромотора 31 оси Y производит обратное движение. Человек продолжает процесс перемещения по осям X и Y, пока вся верхняя горизонтальная поверхность прутка квадратного сечения не будет обработана. После этого человек проворачивает пруток для обработки следующей поверхности прутка (в части квадратного сечения) от ржавчины и закрепляет его, выполняя вышеописанные действия.

После окончания шлифовальных работ человек устанавливает на платформу 26 предварительно опущенный механизм подъема (оборудованный электромотором оси Z), закрепляя его болтами через отверстия платформы 26 и отверстия нижней площадки механизма подъема 32. Затем вынимает из крепежных отверстий 30 горизонтальной площадки 7, каркаса 11, задней стенки 8 и кронштейна 10, крепежные приспособления (например болты) и перемещает кронштейн 10 из горизонтального положения электродвигателя 12 в вертикальное, после чего крепежные приспособления вставляются в соответствующие отверстия 30 кронштейна 10 и задней стенки 8, а также каркаса 11 и вертикальной площадки 9. Токарный патрон 13 станка может быть заменен на более подходящий для фрезеровки цанговый патрон.

Человек вставляет в патрон станка 13 фрезу необходимого размера (предположим диаметром 3 мм) и включает электродвигатель 12 с учетом оборотов подходящих для фрезерных работ. Пруток размещается частью с квадратным сечением под фрезой (в месте изготовления отверстия) и человек, задействуя электромотор 31 механизма подъема, подводит пруток к фрезе таким образом, чтобы фреза обработала часть материала (на глубину определенную человеком). Затем с помощью электромоторов осей X и Y человек перемещает конструкцию с установленным прутком, пока не будет выфрезерована область размером 15×15 мм, после чего с помощью электромотора механизма подъема человек углубляет фрезу еще глубже в металл и продолжает фрезерование. Фрезерование и постепенное углубление фрезы продолжается, пока не будет получено сквозное отверстие размером 15×15 мм. После этого человек отключает электродвигатель 12 и снимает готовую деталь. Затем станок можно готовить к следующей работе.

Особенности изобретения:

1. Материалы изготовления. Для используемых в изобретении пластин, боковин, платформ, площадок и элементов каркаса планируется применение негнущихся типов материалов с хорошей износостойкостью. Предполагается возможность изготовления этих деталей преимущественно из алюминия, стали, текстолита или твердых типов пластмасс. Рабочие части предполагается изготавливать преимущественно при использовании алюминия, стали. В зависимости от ситуации возможна замена на любые другие типы материалов.

2. Линейки (измерительные шкалы) 27. Могут быть размещены на подвижных или около подвижных элементов конструкции для замера расстояния пройденного платформами оси X и Y. Дополнительно могут дооборудоваться указателями на размер в виде стрелки, прутка, линии и т.д. соответственно на неподвижных элементах конструкции (если шкалы на подвижных) или на подвижных (если шкалы на неподвижных). В некоторых случаях шкала может быть нанесена на имеющиеся детали и компоненты конструкции, например, для механизма подъема справедливо размещение линейки 27 на направляющей оси 42 и использование вместо указателя, верхней грани линейного подшипника 41.

3. Защитные барьеры 69, 71. Могут иметь различную форму и конструкцию. Возможно применение без концевого выключателя 74. Основная задача - защитить человека от попадания частей тела в работающий механизм и от попадания отработанных элементов (например, стружки) на тело.

4. Натяжитель ремня механизма подъема. Может иметь любой другой вид позволяющий натягивать ремень как в статичном состоянии, так и во время работы. Может быть выполнен в виде шкива со смещенной от центра осью и т.д.

5. Механизм подъема. Предполагается, что оптимальным решением является наличие компонентов обеспечивающих подъем и стабилизацию конструкции в количестве не менее четырех. Но в зависимости от используемых материалов, необходимой точности работы конструкции, и т.д. возможно изменение количества компонентов как в большую, так и в меньшую сторону. Кроме того, возможно применение вместо шестеренчатого гидравлических, пневматических и иных механизмов, позволяющих поднять деталь для обработки с заданной точностью.

6. Крепление трапецеидальных ходовых винтов 17, 25. Может производиться при помощи подшипников или втулок, заранее установленных в местах установки трапецеидальных винтов хотя бы с одной из сторон. К валу ручки 19 или электромотора 31 трапецеидальный винт присоединяется при помощи специального соединения (например, 61) которое обеспечивает жесткое соединение и позволяет трапецеидальному винту вращаться со скоростью вала.

7. Подключение к источнику тока. Используемые в станке электрические компоненты могут подключаться к источнику тока напрямую, через блок питания, или через блок питания и плату управления. Прямое подключение возможно, когда основное управление станком обеспечивается вручную, применяются ручки 19 для передвижения по осям, а используемый электродвигатель 12 работает от имеющейся сети (например, 220 В или другой). В этом случае все применяемые компоненты (кнопка включения, концевой выключатель 74) должны соответствовать имеющему напряжению и нагрузке. В случае, если электродвигатель 12 имеет рабочее напряжение отличное от напряжения сети, то используется блок питания (преобразователь напряжения, стабилизатор и т.д.) для подачи на электрические компоненты требуемого напряжения. Также наличия блока питания могут требовать электромоторы 31, если они запускаются отдельными кнопками, установленными на станке. В том случае, если управление осуществляется с помощью специализированного пульта или компьютера, то предполагается наличие управляющей микросхемы (платы управления), которая устанавливается на станок и к которой подключаются имеющиеся электрические компоненты или их часть (электродвигатель 12, электромоторы 31, концевики, выключатели и т.д.), а также пульт управления и/или кабель подключения к компьютеру. Как правило, платы управления имеют отличный от сетевого ток, что требует наличия блока питания, а электрические компоненты могут подключаться или только к плате управления, или одновременно к плате управления и сетевому току.

8. Минимально возможный вариант конструкции. Является более дешевым для приобретения в пользование, но имеет более низкую сопротивляемость нагрузкам, уменьшение гарантии, отказ от систем безопасности и большее неудобство в использовании. Так, в минимальном варианте конструкции могут отсутствовать боковая направляющая 4, поддон 5, опора 6 и горизонтальная площадка 7, вертикальная площадка 9, вертикальная платформа 22, электромоторы 31, линейный подшипник 41, направляющая ось 42, дополнительные опоры 44, направляющая болтов 50, коробка передач 66, элементы защиты 67-76, элементы натяжителя 77-82 (при условии достаточного натягивания ремня на шестернях). Работа станка может быть обеспечена при отсутствии этих элементов при условии снижения рабочих нагрузок и обеспечения собственной безопасности пользователем.

9. Максимально возможный вариант конструкции предполагает возможность программного управления и дополнительного контроля станка. В этом случае используются все указанные на изображениях элементы кроме ручек 19 и по возможности проставок 18, а кроме того, станок дооснащается платой управления, блоком питания, концевыми выключателями (на каждой оси X, Y, Z), камерой для контроля зоны работы и вывода изображения на монитор, кронштейн может оборудоваться шестеренчатым механизмом для плавного изменения угла наклона электродвигателя 12 к горизонтальной плоскости, системой подачи эмульсии к обрабатываемой детали (бак, насос, форсунка и т.д.).

10. Виды обрабатываемых деталей. Предполагается, что станок позволит обрабатываться пластиковые, деревянные, металлические (цветной и черный металл) и иные детали. При этом точные характеристики станка будут зависеть, в том числе, от используемого электродвигателя 12, его минимальных и максимальных оборотов и мощности. Предполагается, что в стандартном варианте станок позволит обрабатывать материалы высокой прочности и твердости при малой скорости движения по осям, что снизит нагрузку на электродвигатель 12 и закрепленную на нем оснастку.

Claims (33)

1. Универсальный токарно-фрезерно-шлифовальный настольный станок, содержащий каркас, электродвигатель, патрон, перемещающиеся по осям X или Y платформы, рельсовые опоры, механизм подъема, заднюю стенку и кронштейн электродвигателя, отличающийся тем, что электродвигатель закреплен к кронштейну электродвигателя, причем указанный кронштейн и задняя стенка имеют подвижное соединение для перемещения двигателя из горизонтального положения в вертикальное с возможностью закрепления кронштейна электродвигателя в промежуточном положении, а электродвигатель выполнен с возможностью установки в нем токарного, цангового или сверлильного патрона, при этом платформа, выполненная с возможностью перемещения по оси X, установлена на рельсовые опоры, а над ней установлена платформа, выполненная с возможностью перемещения по оси Y, причем перемещение платформ обеспечено посредством трапецеидальных ходовых винтов и соответствующих гаек, установленных без возможности вращения.

2. Станок по п. 1, отличающийся тем, что крепление электродвигателя к кронштейну обеспечено посредством каркаса крепления.

3. Станок по п. 1, отличающийся тем, что платформы закреплены посредством ползунов.

4. Станок по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен поддоном, изготовленным из металла, пластика или дерева, или выполненным в виде натянутой пленки или ткани.

5. Станок по п. 1, отличающийся тем, что подвижное соединение кронштейна электродвигателя и задней стенки обеспечено посредством подшипника.

6. Станок по п. 2, отличающийся тем, что содержит горизонтальную и вертикальную площадки, при этом каркас крепления электродвигателя и горизонтальная или вертикальная площадка, задняя стенка и кронштейн электродвигателя имеют соответствующие крепежные отверстия.

7. Станок по п. 1, отличающийся тем, что кронштейн электродвигателя и электродвигатель выполнены с возможностью установки в не менее двух положениях, при этом максимальное количество положений в диапазоне между горизонтальным и вертикальным не ограничено.

8. Станок по п. 1, отличающийся тем, что вращение трапецеидальных ходовых винтов обеспечено посредством ручек вращения или электромоторов.

9. Станок по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен ползуном, боковой направляющей ползуна и вертикальной упорной платформой.

10. Станок по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен установленным на платформу, перемещающуюся по оси Y, механизмом подъема, содержащим нижнюю и верхнюю площадки, шестерню подъема, шестерню привода, ремень и не менее один трапецеидальный винт и соответствующую гайку, и линейный подшипник.

11. Станок по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен линейками и указателями размера.

12. Станок по п. 10, отличающийся тем, что ремень надет на все шестерни, а шестерня привода расположена с возможностью приведения в действие вращением ручек или электромотором.

13. Станок по п. 10, отличающийся тем, что гайка трапецеидального винта закреплена без возможности вращения.

14. Станок по п. 10, отличающийся тем, что механизм подъема содержит систему натяжения ремня.

15. Станок по п. 10, отличающийся тем, что линейный подшипник расположен с возможностью взаимодействия со входящей в него направляющей осью.

16. Станок по п. 15, отличающийся тем, что на направляющую ось нанесена размерная линейка.

17. Станок по п. 1, отличающийся тем, что платформа, перемещающаяся по оси Y, выполнена с возможностью установки на ней держателя резца.

18. Станок по п. 17, отличающийся тем, что он снабжен стойкой держателя резца, выполненной из наборных пластин.

19. Станок по п. 1, отличающийся тем, что он содержит заднюю бабку и центральное крепление задней бабки.

20. Станок по п. 19, отличающийся тем, что задняя бабка установлена на платформе, к которой закреплены установленные на рельсовые опоры ползуны.

21. Станок по п. 1, отличающийся тем, что трапецеидальные винты установлены посредством втулок или подшипников.

22. Станок по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен коробкой передач, установленной между электродвигателем и патроном станка.

23. Станок по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен защитными приспособлениями.

24. Станок по п. 23, отличающийся тем, что защитные приспособления выполнены с прозрачным барьером.

25. Станок по п. 23, отличающийся тем, что защитные приспособления содержат шарнирные соединения.

26. Станок по п. 23, отличающийся тем, что защитные приспособления выполнены с возможностью взаимодействия с концевым выключателем.

27. Станок по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью управления вращением ручек, нажатием кнопки, посредством компьютера или пульта управления, или джойстика, подключенного к плате управления.

28. Станок по п. 1, отличающийся тем, что поверх платформы, перемещающейся по оси Y, использована фанерная, деревянная или пластиковая подложка.

29. Станок по п. 10, отличающийся тем, что поверх верхней площадки использована фанерная, деревянная или пластиковая подложка.

30. Станок по п. 1, отличающийся тем, что каркас изготовлен с использованием алюминия, стали, текстолита или твердого типа пластмассы.

31. Станок по п. 1, отличающийся тем, что механизм подъема выполнен гидравлическим или пневматическим.

32. Станок по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью подключения к источнику тока напрямую или через блок питания, или через блок питания и плату управления.

33. Станок по п. 1, отличающийся тем, что он содержит камеру контроля зоны работы и систему подачи эмульсии к обрабатываемой детали.