Устройство стабилизации положения режущего инструмента при токарной обработке детали

Полезная модель относится к области станкостроения, в частности, системам контроля и управления точностью обработки деталей на оборудовании с ЧПУ.
Известно устройство для обработки деталей на оборудовании с ЧПУ [Патент РФ на изобретение №2309034, опубл. 27.10.2007 Бюл. №30], состоящее из резца, установленного в резцедержателе, средство для удаления стружки и пыли, имеющее воздуховоды и системы контроля удаления стружки и пыли, включающее датчик силы резания, закрепленный на резцедержателе, операционный усилитель, резистор, коммутатор, контроллер и компьютер, определяющий значение силы резания для конкретной токарной операции, причем датчик силы резания соединен с первым входом операционного усилителя, второй вход операционного усилителя - с резистором, вход которого подключен к выходу контроллера, вход контроллера соединен с выходом компьютера, выход операционного усилителя подключен к входу коммутатора, соединенного со средством для удаления стружки и пыли, содержащим пылестружкосъемник, циклон и механизм выгрузки стружки в виде цилиндра с плунжером.
Недостатком известного устройства является низкая точность обработки, связанная с тем, что величина отжатий инструмента определяется по показаниям датчика силы резания, что вносит дополнительную погрешность и не обеспечивает заданной точности.
Ближайшим аналогом, выбранным в качестве прототипа, является устройство стабилизации режима резания при токарной обработке деталей на оборудовании с ЧПУ [Патент РФ на изобретение №2475346, опубл. 20.02.2013 Бюл. №5], состоящее из резца (режущего инструмента), установленного в резцедержательный блок, электродвигателя и исполнительных механизмов. Устройство снабжено двумя тепловыми реле, двумя электроклапанами, датчиком перемещения, микроконтроллером семейства Pic с выходами Rb0, Rb1, Rb2, Rb4, Rb5, Rb6, Rb7 и входом Rb3, компьютером и рабочим цилиндром, состоящим из двух воздушных камер с пластинами белого олова и поршня, жестко связанного с электродвигателем и резцедержательным блоком, соединенными между собой, при этом выход Rb0 соединен со входом электродвигателя, выход Rb1 соединен со входом первого теплового реле, выход Rb2 соединен со входом первого электроклапана, вход Rb3 соединен с выходом датчика перемещения, выход Rb4 соединен со входом второго электроклапана, выход Rb5 соединен со входом второго теплового реле, выход Rb6 соединен со входами исполнительных механизмов, а выход Rb7 соединен со входом компьютера.
С существенными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа: гидроцилиндр, шток которого выполнен с возможностью соединения с суппортом, на котором установлен резцедержательный блок с режущим инструментом, электродвигатель и датчик перемещения.
Недостатком прототипа является низкая точность обработки, связанная с расположением датчика перемещений на поршне гидроцилиндра, что не позволяет учесть упругие деформации элементов системы для компенсации смещений инструмента при упругих отжатиях.
Полезная модель направлена на обеспечение точности размера получаемой поверхности за счет стабилизации положения режущего инструмента.
Это достигается тем, что устройство для стабилизации положения режущего инструмента при токарной обработке детали содержит гидроцилиндр, шток которого выполнен с возможностью соединения с суппортом, на котором установлен резцедержательный блок с режущим инструментом, электродвигатель и датчик перемещения. В предложенном решении датчик перемещений выполнен с возможностью установки на упомянутом суппорте и с возможностью определения перемещения режущего инструмента относительно упомянутого суппорта. При этом датчик перемещения через ПИД-регулятор связан с электродвигателем, установленным на корпусе упомянутого гидроцилиндра, на валу которого закреплена крыльчатка, расположенная в полости корпуса гидроцилиндра.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 изображена схема устройства стабилизации положения режущего инструмента при токарной обработке детали.
Устройство стабилизации положения режущего инструмента 1 взаимодействует с заготовкой 2. Режущий инструмент 1 установлен в резцедержательном блоке 3. Блок 3 и датчик перемещений 4 закреплены на поперечном суппорте 5 посредством болтового соединения и с помощью магнита, соответственно. Суппорт 5 связан с помощью болтового соединения со штоком поршня 6, который входит в гидравлический толкатель, образованный гидроцилиндром 7. Поршень 6 расположен в среде с гидравлическим маслом, находящемся в корпусе цилиндра. На корпусе гидроцилиндра 7 закреплен, например, с помощью болтового соединения, электродвигатель 8. На выходном валу электродвигателя 8 в корпусе гидроцилиндра 7 со стороны поршня 6, закреплена, например, с помощью шпоночного соединения, крыльчатка 9. На электродвигателе 8 закреплены, например, с помощью болтового соединения, привод 11, например, регулятор частоты вращения электродвигателя, управляемый пропорционально-интегрально-дифференциальным регулятором (ПИД-регулятор).
Устройство стабилизации положения инструмента при токарной обработке детали работает следующим образом: при обработке заготовки 2 возникает сила F, действующая на режущий инструмент 1, установленный в резце держательном блоке 3, при этом происходит отжатие режущего инструмента 1. Датчик перемещения 4 передает информацию о величине перемещений в ПИД-регулятор 10, управляющий приводом 11. Привод 11 увеличивает частоту вращения крыльчатки 9, установленной на валу электродвигателя 8, тем самым повышая давление масла в полости гидроцилиндра 7, действующего на поршень 6, перемещая в обратном направлении его и связанный с ним поперечный суппорт 5, компенсируя, таким образом, отжатие инструмента. При чрезмерном углублении режущего инструмента 1 в заготовку 2, датчик перемещения 4 передает информацию о величине перемещений в ПИД-регулятор 10, управляющий приводом 11. Привод 11 уменьшает частоту вращения крыльчатки 9, тем самым в полости гидроцилиндра 7 снижается давление масла на поршень 6, таким образом обеспечивается стабилизация положения режущего инструмента.
Предлагаемая полезная модель позволяет обеспечить точность размера получаемой поверхности за счет стабилизации положения режущего инструмента.