АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ЦИЛИНДРОМ ПОДАЧИ СИЛОВОЙ АГРЕГАТНОЙ ГОЛОВКИ СТАНКА ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Описание полезной модели
Полезная модель относится к оборудованию машиностроительных производств и может быть использована при механической обработке материалов на агрегатных станках с гидравлическими цилиндрами подачи силовых агрегатных головок.
Известны системы управления силовыми агрегатными головками, в которых использованы гидравлические панели целевого назначения, содержащие встраиваемые направляющие и регулирующие аппараты. У таких агрегатных головок номинальное осевое усилие на режущем инструменте определяется предварительной настройкой предохранительного или редукционного клапана на заданное давление в рабочей полости поршневого гидравлического цилиндра подачи, а скорость поступательного движения (подача) инструмента определяется настройкой дросселя или регулируемого насоса на заданный расход жидкости, подводимой к цилиндру или отводимой от него в бак. Управление осуществляется «по пути», то есть по перемещению головки, для чего используют регулируемые или постоянные упоры, взаимодействующие с конечными выключателями или рычагами управления распределителями. В процессе работы настройки системы не изменяются. Приводы главного движения и подачи работают независимо друг от друга [1].
Недостатком таких систем управления является отсутствие адаптации гидравлического цилиндра подачи к изменяющимся условиям обработки материалов на станке.
Известна адаптивная система управления гидравлическим цилиндром подачи самодействующей силовой головки агрегатного станка, содержащая золотниковый управляющий клапан, установленный на входе или выходе упомянутого цилиндра, у которого полости управления гидравлическими линиями соединены с полостями цилиндра [2].
Недостатком системы является то, что она изменяет подачу при любом изменении нагрузки на штоке цилиндра, которое может быть вызвано различными причинами: изменения условий обработки, изменения сил трения в цилиндре и направляющих корпуса и основания, изменения внутренних утечек жидкости в цилиндре и другие. Не обеспечивается точность настройки заданного режима обработки материалов на станке.
Известна адаптивная система управления подачей силовой агрегатной головки, содержащая в приводе главного движения измерительный преобразователь вращающего момента, выполненный в виде динамометрического привода (приводного торсиометра), который механической пружинно-реечной передачей связан с осевым регулирующим дросселем, установленным на сливе из гидравлического цилиндра подачи [3].
Конструкция измерительного преобразователя вращающего момента в виде динамометрического привода (приводного торсиометра) с механической пружинно-реечной передачей не обеспечивает точность настройки системы на заданный режим работы, имеет сложную конструкцию и ограничивает технические возможности силовой головки.
В качестве прототипа принята силовая агрегатная головка станка для механической обработки, содержащая гидравлический цилиндр подачи, упругую муфту, выполненную с возможностью установки на шпинделе упомянутой головки, и подключенную к насосной станции панель управления, которая связана с поршневой полостью упомянутого гидравлического цилиндра [4].
Анализ прототипа показывает, что система управления гидравлическим цилиндром подачи не обеспечивает точность настройки на заданный режим работы и адаптацию гидравлического цилиндра подачи к изменяющимся условиям обработки материалов на станке, что ограничивает технические возможности силовой головки.
Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является повышение точности настройки системы управления гидравлическим цилиндром подачи силовой агрегатной головки станка для механической обработки на заданный режим работы, адаптацию упомянутого цилиндра к изменяющимся условиям обработки материалов на станке и расширение технических возможностей агрегатной головки.
Решение указанной задачи достигается тем, что адаптивная система управления снабжена осевым регулирующим дросселем, связывающим панель управления с линией слива штоковой полости гидравлического цилиндра, а муфта выполнена в виде торцовой кулачковой муфты с возможностью преобразования вращающего момента шпинделя в гидравлический сигнал, при этом ведущее звено муфты выполнено с возможностью соединения с валом электродвигателя вращения шпинделя, а ведомое звено муфты подпружинено, имеет возможность перемещения в осевом направлении и выполнено с фланцем, постоянно контактирующим с плунжером, размещенным в неподвижной втулке параллельно шпинделю, причем полость под торцом плунжера соединена гидравлической линией с полостью управления под торцом подвижного элемента осевого регулирующего дросселя, а указанные полости герметично закрыты эластичными уплотнениями, выполненными с возможностью обеспечения осевого перемещение плунжера и подвижного элемента дросселя.
Сравнение заявленной адаптивной системы управления с прототипом показывает, что имеет место наличие новых деталей и функциональных связей между ними.
Новые детали:
осевой регулирующий дроссель в линии слива из штоковой полости гидравлического цилиндра; торцовая кулачковая муфта, у которой ведущее звено выполнено с возможностью соединения с валом электродвигателя вращения шпинделя, а ведомое звено подпружинено, имеет возможность перемещения в осевом направлении и выполнено с фланцем;
плунжер, размещенный в неподвижной втулке параллельно шпинделю и постоянно контактирующий с фланцем ведомого звена муфты;
гидравлическая линия, соединяющая полость под торцом плунжера с полостью управления под торцом подвижного элемента осевого регулирующего дросселя;
эластичные уплотнения полостей и линии, выполненные с возможностью обеспечения осевого перемещение плунжера и подвижного элемента дросселя.
Новые функциональные связи:
осевой регулирующий дроссель изменяет расход жидкости в сливной линии цилиндра подачи в зависимости от изменения вращающего момента шпинделя;
торцовая кулачковая муфта преобразует вращающий момент шпинделя в осевое перемещение подпружиненного ведомого звена с фланцем;
плунжер, размещенный в неподвижной втулке параллельно шпинделю и постоянно контактирующий с фланцем ведомого звена муфты, преобразует перемещение фланца в гидравлический сигнал в виде изменения давления жидкости в гидравлической линии;
муфта и плунжер образуют измерительный преобразователь вращающего момента адаптивной системы управления;
гидравлическая линия, соединяющая полость под торцом плунжера с полостью управления под торцом подвижного элемента осевого регулирующего дросселя, передает сигнал управления дросселем и позволяет расположить дроссель в любом удобном месте силовой агрегатной головки;
эластичные уплотнения обеспечиваю герметичность гидравлической линии и точность передачи управляющего воздействия на подвижный элемент осевого регулирующего дросселя.
В заявленную полезную модель введены элементы, обеспечивающие предварительные регулировки параметров работы гидравлического цилиндра подачи, что повышает точность настройки адаптивной системы управления силовой агрегатной головки на заданный режим работы, адаптацию упомянутого цилиндра к изменяющимся условиям обработки материалов на станке и расширение технических возможностей агрегатной головки за счет настройки силовых и скоростных параметров резания в широких диапазонах.
Гидравлическая связь кулачковой муфты (измерительного преобразователя вращающего момента шпинделя) с осевым регулирующим дросселем допускает его установку в любом удобном месте.
На фиг. 1 показана конструктивная схема адаптивной системы управления гидравлическим цилиндром подачи силовой агрегатной головки станка для механической обработки.
Адаптивная система управления гидравлическим цилиндром 1 подачи силовой агрегатной головки станка для механической обработки, содержит упругую муфту, выполненную с возможностью установки на шпинделе 2 упомянутой головки, и подключенную к насосной станции 3 панель 4 управления, которая связана с поршневой полостью цилиндра.
Адаптивная система управления снабжена осевым регулирующим дросселем 5, связывающим панель управления с линией слива штоковой полости гидравлического цилиндра.
Муфта выполнена в виде торцовой кулачковой муфты с возможностью преобразования вращающего момента шпинделя в гидравлический сигнал, при этом ведущее звено 6 муфты выполнено с возможностью соединения с валом электродвигателя 7 вращения шпинделя, а ведомое звено 8 муфты подпружинено, имеет возможность перемещения в осевом направлении и
выполнено с фланцем 9, постоянно контактирующим с плунжером 10, размещенным в неподвижной втулке 11 параллельно шпинделю.
Полость 12 под торцом плунжера соединена гидравлической линией 13 с полостью 14 управления под торцом подвижного элемента осевого регулирующего дросселя, а указанные полости герметично закрыты эластичными уплотнениями 15 и 16, выполненными с возможностью обеспечения осевого перемещение плунжера и подвижного элемента дросселя.
Адаптивная система управления гидравлическим цилиндром подачи силовой агрегатной головки станка для механической работает следующим образом.
Цикл работы силовой головки настраивают установкой в заданное положение подвижных упоров и конечных выключателей, управляющих работой направляющей гидравлической аппаратуры панели 4 (управление «по пути»).
Частота вращения шпинделя головки с режущим инструментом не регулируется и определяется частотой вращения вала электродвигателя и передаточным отношением пары зубчатых колес, включающей в себя ведущее звено кулачковой муфты.
Скорости холостых ходов головки настраивают путем регулирования расхода жидкости, проходящего из цилиндра на слив через осевой регулирующий дроссель при подводе инструмента к заготовке и расхода жидкости, проходящего в цилиндр через осевой регулирующий дроссель при отводе инструмента.
Максимальное давление рабочей жидкости в напорной линии насосной станции ограничивают настройкой предохранительного клапана, расположенного в панели управления.
Настройка головки на заданный режим работы заключается в регулировке деформации пружины ведомого звена кулачковой муфты,
пропорциональной моменту сопротивления вращению шпинделя на холостом ходу.
При работе головки жидкость от насосной станции через панель управления поступает в поршневую (левую) полость гидроцилиндра, а из штоковой (правой) полости через осевой регулирующий дроссель отводится на слив в бак. Головка вместе с корпусом гидроцилиндра и вращающимся шпинделем перемещается справа налево.
При врезании инструмента в обрабатываемый материал момент сопротивления вращению шпинделя увеличивается, что приводит к смещению влево ведомого звена кулачковой муфты. Фланец ведомого звена смещает влево плунжер во втулке. Давление жидкости в полости 12, гидравлической линии 13 и полости 14 возрастает и создает силу, смещающую подвижный элемент осевого регулирующего дросселя вправо. Проходное сечение дросселя уменьшается, что приводит к уменьшению слива жидкости из цилиндра и уменьшению скорости холостого хода головки до величины рабочей подачи.
В дальнейшем любое изменение момента сопротивления вращению шпинделя головки будет приводить к соответствующему изменению подачи, то есть будет происходить адаптация работы гидравлического цилиндра подачи к изменениям условий обработки материала на станке.
После завершения работы жидкость от насосной станции через панель управления подается в штоковую (правую) полость гидроцилиндра, а из поршневой (левой) полости отводится на слив в бак. Силовая головка возвращается в исходное положение. Далее, обычно, цикл работы повторяется.
Повышение точности настройки адаптивной системы управления гидравлического цилиндра подачи силовой агрегатной головки на заданный режим работы и расширение ее технических возможностей достигается за счет применения в качестве измерительного преобразователя вращающего момента на шпинделе силовой головки регулируемой упругой торцовой кулачковой муфты, которая гидравлической линией связана с осевым регулирующим дросселем.
Источники информации, принятые во внимание
1. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1988. - С. 191, рис. 5.38, С. 288-289, рис. 7.8.
2. Бектибай Б.Ж. Разработка универсальной адаптивной автоматической системы управления режимами работ гидравлических силовых головок станков. - Автореферат дисс. … канд. техн. наук. - Республика Казахстан, Алматы, Казахский национальный технический университет им. Канына Сатпаева, 2001. - С. 6-7, рис. 1.
3. Тверской М.М. Стабилизация нагрузки на сверле в процессе глубокого сверления при многошпиндельной обработке. - В кн. Самоподнастраивающиеся станки / Под ред. Б.С. Балакшина. - М.: Машиностроение, 1970. - С. 259-262, рис. 1 и 2.
4. Патент на полезную модель RU 192683 U1, B23Q 5/06, 26.09.2019 (прототип).