АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИМ МОТОРОМ ПОДАЧИ РАБОЧЕГО ОРГАНА МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА

Полезная модель относится к оборудованию машиностроительных производств и может быть использована при механической обработке материалов на металлорежущих станках с адаптивным управлением гидравлическим мотором подачи рабочего органа.
Известна адаптивная система управления подачей самодействующей силовой головки агрегатного станка, содержащая золотниковый управляющий клапан, установленный на входе или выходе гидравлического цилиндра подачи, у которого полости управления гидравлическими линиями соединены с полостями цилиндра [1].
Недостатком системы является низкая чувствительность, точность настройки заданного режима обработки материалов на станке и точность управления подачей, так как система изменяет подачу при любом изменении нагрузки на штоке цилиндра, что может быть вызвано различными причинами, например изменениями условий обработки, сил трения в цилиндре и направляющих корпуса и основания, внутренних утечек жидкости в цилиндре.
Известно устройство адаптивного управления гидромеханическим приводом подачи стола фрезерного станка, содержащее золотниковый регулятор расхода жидкости с управляющими и управляемой полостями, включенный в диагональ мостовой схемы, образованной постоянными и переменными гидравлическими сопротивлениями [2]. Источник питания через управляющую полость регулятора расхода соединен с гидравлическим двигателем привода подачи и входами постоянных гидравлических сопротивлений мостовой схемы. Переменными гидравлическими сопротивлениями мостовой схемы являются карманы гидростатической опоры шпинделя станка.
Анализ устройства показывает, что оно не обеспечивает точность настройки системы на заданный режим работы, имеет сложную конструкцию и ограниченные технические возможности. Гидростатические опоры нашли ограниченное применение в металлорежущих станках, что позволяет использовать устройство в исключительных случаях.
В качестве прототипа принято устройство адаптивного управления подачей исполнительного органа станка, в котором рабочая жидкость от источника питания подается к гидродвигателю со сливной и нагнетающей магистралями через плунжерный регулятор расхода, включающий управляющую и проточную полости, мембранный регулятор расхода типа сопло-заслонка с управляющей и проточной полостями, при этом сливная магистраль гидродвигателя соединена с соплом и управляющей полостью мембранного регулятора расхода, а нагнетающая магистраль гидродвигателя - с управляющей и проточной полостями плунжерного регулятора расхода [3].
Прототип имеет ряд недостатков.
При последовательной установке двух регуляторов на пути движения рабочей жидкости ее расход будет определяться пропускной способностью только одного из них, в данном устройстве это мембранный регулятор типа сопло-заслонка, пропускающий меньший расход.
Подключение нагнетающей магистрали гидродвигателя с высоким давлением рабочей жидкости к управляющей полости плунжерного регулятора расхода требует установки жесткой регулируемой пружины, что снижает чувствительность регулятора к изменениям режима работы гидродвигателя и точность его настройки.
Регулирование характеристик устройства предлагается путем изменения угла конуса плунжера и податливости мембраны (заслонки сопла) регуляторов расхода, что возможно только при замене этих деталей для разных диапазонов режимов работы станка и существенно ограничивает технические возможности устройства.
Указанные недостатки ограничивают точность настройки и работы системы управления, а сама система имеет сложную конструкцию и ограниченные технические возможности.
Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является повышение точности настройки и адаптивного управления гидравлическим мотором подачи рабочего органа металлорежущего станка, упрощение конструкции и расширение технических возможностей системы управления.
Решение указанной задачи достигается тем, что адаптивная система управления снабжена постоянным дросселем, подключенным к соплу регулятора типа сопло-заслонка, проточная полость которого с одной стороны через сопло и дроссель соединена с напорной линией, а с другой стороны - со сливной линией, при этом его управляющая полость соединена напрямую с напорной линией, проточная полость золотникового регулятора включена в сливную линию, а его управляющая полость подключена к линии, соединяющей дроссель и сопло, которое выполнено с возможностью перемещения перпендикулярно заслонке.
Сравнение заявленной адаптивной системы управления с прототипом показывает, что имеет место наличие новых деталей и функциональных связей между ними.
Новые детали: постоянный дроссель, подключенный к соплу; регулятор типа сопло-заслонка, проточная полость которого с одной стороны через сопло и дроссель соединена с напорной линией, а с другой стороны - со сливной линией, при этом его управляющая полость соединена напрямую с напорной линией; золотниковый регулятор, проточная полость которого включена в сливную линию, а его управляющая полость подключена к линии, соединяющей дроссель и сопло; сопло, выполненное с возможностью перемещения перпендикулярно заслонке.
Новые функциональные связи.
Постоянный дроссель уменьшает расход жидкости из напорной линии через регулятор типа сопло-заслонка на слив, что дает возможность использовать менее жесткую, а, следовательно, более чувствительную заслонку (мембрану). Малый расход жидкости позволяет уменьшить габариты и массу регулятора типа сопло-заслонка и поместить его в любом удобном месте напорной линии, что упрощает конструкцию системы управления.
Регулятор расхода типа сопло-заслонка обеспечивает высокую чувствительность к изменению давления рабочей жидкости в напорной линии и точность управления золотниковым регулятором расхода.
Золотниковый регулятор расхода быстро и точно изменяет расход жидкости через проточную полость в зависимости от управляющего воздействия регулятора типа сопло-заслонка. Это обеспечивает быструю и точную адаптацию гидравлического мотора подачи рабочего органа металлорежущего станка к изменяющимся условиям обработки.
Подвижное по отношению к заслонке сопло обеспечивает точную настройку регулятора типа сопло-заслонка в широком диапазоне режимов работы металлорежущего станка, что расширяет технические возможности системы управления.
На фиг. 1 показана схема адаптивной системы управления гидравлическим мотором подачи рабочего органа металлорежущего станка.
Адаптивная система управления гидравлическим мотором 1 подачи рабочего органа 2 металлорежущего станка содержит напорную 3 и сливную 4 линии, выполненные с возможностью соединения с насосной станцией (на фиг. 1 не показана) и с упомянутым гидравлическим мотором.
Золотниковый регулятор 5 расхода жидкости имеет управляющую 6 и проточную 7 полости. Золотник 8 подпружинен с возможностью регулирования усилия пружины 9 под его торцом. Регулятор 10 расхода жидкости типа сопло-заслонка имеет управляющую 11 и проточную 12 полости.
Система управления снабжена постоянным дросселем 13, подключенным к соплу 14 регулятора 10. Проточная полость 12 регулятора 10 с одной стороны через упомянутые сопло и дроссель соединена с напорной линией 3, а с другой стороны - со сливной линией, при этом его управляющая полость 11 соединена напрямую с напорной линией 3.
Проточная полость 7 золотникового регулятора 5 включена в сливную линию 4, а его управляющая полость 6 подключена к линии 15, соединяющей дроссель и сопло.
Сопло выполнено с возможностью перемещения перпендикулярно заслонке 16.
Адаптивная система управления гидравлическим приводом рабочего органа металлорежущего станка работает следующим образом.
Предварительная настройка системы управления включает в себя: установку необходимого зазора между торцом сопла 14 и заслонкой 16 путем перемещения сопла, например, с помощью резьбового соединения с корпусом регулятора 10; установку золотника 8 регулятора 5 расхода в положение, обеспечивающее расход жидкости при заданной скорости холостого хода рабочего органа 2 металлорежущего станка, за счет регулирования усилия пружины 9 под его торцом; ограничение максимального давления на входе гидравлического мотора 1 путем настройки предохранительного клапана (на фиг. 1 не показан).
При работе гидравлического мотора на холостом ходу скорость движения (подача) рабочего органа металлорежущего станка определяется предварительной настройкой расхода жидкости через проточную полость 7 золотникового регулятора 5.
В момент врезания инструмента в заготовку происходит увеличение нагрузки на рабочем органе станка и повышение давления жидкости в напорной линии 3. Это приводит к увеличению давления жидкости в управляющей полости 11 регулятора 10 расхода типа сопло-заслонка, упругой деформации заслонки 16, и уменьшению зазора между торцом сопла и заслонкой. Расход жидкости через проточную полость 12 регулятора 10 уменьшается, давление жидкости в линии 15, соединяющей постоянный дроссель 13 с соплом 14, и в управляющей полости 6 золотникового регулятора расхода увеличивается. Золотник 8 регулятора расхода, преодолевая усилие регулируемой пружины 9, смещается вправо, уменьшает слив жидкости от гидравлического мотора в бак, что обеспечивает переход рабочего органа станка на скорость рабочего хода.
В дальнейшем любое изменение нагрузки будет приводить к соответствующему изменению скорости рабочего органа станка (при увеличении нагрузки скорость будет уменьшаться, а при уменьшении нагрузки - возрастать), то есть будет происходить адаптация работы гидравлического мотора к изменениям условий обработки материала на станке.
Подключение регулятора расхода типа сопло-заслонка к напорной линии и использование его для управления золотниковым регулятором расхода повышает точность настройки системы и адаптивного управления гидравлическим мотором подачи рабочего органа металлорежущего станка, а также упрощает конструкцию системы управления. Технические возможности адаптивной системы управления могут быть расширены за счет настройки силовых и скоростных параметров резания в широких диапазонах.
Источники информации, принятые во внимание:
1. 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.
2. Авторское свидетельство СССР №521115, Кл. B23Q 15/00, B23Q 5/06, приор. 17.01.1975, опубл. 15.07.1976, Бюл. №26.
3. Авторское свидетельство СССР №677866, Кл. B23Q 5/22, приор. 03.06.1977, опубл. 05.08.1979, Бюл. №29 (прототип).