Приспособление для вырезки отверстий в цилиндрических изделиях

Полезная модель относится к технологическому оборудованию и может быть использована для вырезки отверстий под патрубки в крупногабаритных теплообменных аппаратах.
Известно переносное устройство для газопламенной вырезки отверстий в стенках труб [патент РФ №2141393, МПК В23К 7/00, В23К 37/02, опубликовано 1999 г.]. Переносное устройство для газопламенной вырезки отверстий в стенках труб содержит газовый резак, соединенный посредством держателя с платформой каретки, установленной на копирном кольце и соединенной с ним кинематически посредством двух ведомых роликов и одного ведущего ролика. Принудительное перемещение каретки с резаком по копирному кольцу осуществляется через редуктор и рукоятку. К нижней части резака присоединен посредством хомута копирный ролик, наличие которого позволяет установить точное расстояние от торца мундштука до поверхности разрезаемой трубы.
К недостаткам относится сложная переналадка устройства, требующая замены копирного кольца для изменения радиуса вырезаемого отверстия. Также движение каретки производится строго по копирному кольцу, что не позволяет вырезать отверстия сложной формы (отличной от круглой формы). Отсутствие электрических приводов не позволяет производить вырезку отверстий в автоматическом режиме.
Известно устройство для вырезки отверстий [патент РФ №199205, МПК В23К 7/06, опубликовано 2020 г.]. Устройство для вырезки отверстий содержит центроуказатель вырезаемого отверстия с ручкой и газовую горелку. Устройство снабжено штангенциркулем, на конце закреплен уголок, на котором установлена газовая горелка. При центрировании производится прорезание разметочного центра отверстия для фиксации устройства. Штангенциркуль закреплен таким образом, что позволяет регулировать радиус вырезаемого отверстия.
К недостаткам относится зависимость диаметра вырезаемого отверстия от допустимых конструктивных возможностей регулирования расстояния штангенциркуля относительно оси центра отверстия. Траектория движения инструмента осуществляется по окружности радиусом, зависящим от регулировки штангенциркуля, что не позволяет вырезать отверстия сложной формы (отличной от круглой формы). Отсутствие электрических приводов не позволяет производить вырезку отверстий в автоматическом режиме.
Известно устройство для лазерной резки отверстий сложных контуров в трубах с поперечным сечением произвольной формы [патент РФ №89439, МПК В23К 26/08, опубликовано 2009 г.]. Устройство содержит технологический лазер, режущую головку, систему подачи технологического газа, опорную станину с узлом крепления и поворота, привод вращения обрабатываемой трубы. Система автоматического управления обеспечивает работу портала и привода вращения. Устройство содержит, по крайней мере, три опорные колонны, при этом опорная станина расположена между двумя из них. Привод вращения выполнен в виде отдельного узла, механически связанного с узлом крепления и поворота с помощью цепной передачи, при этом привод вращения содержит вал, установленный осесимметрично в зажимном патроне. Один конец вала привода вращения соединен с валом электродвигателя, а на другом конце вала привода вращения жестко закреплена ведущая шестерня цепной передачи. Узел крепления и поворота содержит корпус, на оси которого установлена цилиндрическая втулка с возможностью поворота вокруг оси корпуса. На другом конце втулки, расположенном вне корпуса, установлена ведомая шестерня цепной передачи, при этом в цилиндрической втулке установлен самоцентрирующийся зажимной механизм для крепления трубы. Устройство содержит, по крайней мере, три пары шарикоподшипников для вращения трубы, при этом каждая пара названных подшипников установлена на опорных колоннах. В устройство введен также механизм подъема трубы для ее продольного перемещения, включающий, по крайней мере, три пары шарикоподшипников для продольного перемещения трубы, связанных через поперечные и продольные тяги с рукояткой ручного управления.
К недостаткам относятся внушительные габариты и масса, которые обусловлены конструктивной особенностью устройства, что препятствует его свободной транспортировке и ограничивает применение. Также вносит дополнительную трудоемкость при установке крупногабаритного изделия.
Наиболее близким по совокупности признаков и принятым за прототип является устройство и метод для резки трубы [патент США №2141393, МПК В23D 21/00, опубликовано 1992 г.]. Устройство содержит корпус, образованный направляющими, по которым осуществляется продольное перемещение режущего инструмента, и поперечными изогнутыми концевыми балками. Каждая концевая балка несет на своей внешней стороне пару роликов. Ролики опираются на трубу и, следовательно, поддерживают корпус на фиксированном расстоянии от внешней поверхности трубы, позволяя корпусу перемещаться по окружности трубы. Каждая концевая балка взаимодействует с соответствующей крепежной цепью, причем концы каждой крепежной цепи соединены с соответствующими концами каждой балки. Окружное перемещение корпуса вокруг трубы управляется вручную зубчатым колесом, которое приводится в движение скобой, установленной на концевой балке. Колесо звездочки входит в зацепление с тяговой цепью, которая окружает и плотно захватывает трубу, что осуществляет движение корпуса по окружности трубы. Продольное перемещение режущего инструмента управляется маховиком и винтом. За счет вращения винта производится поступательное перемещение каретки по направляющим.
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится конструктивная особенность закрепления, не позволяющая производить автоматическую регулировку степени натяжения цепи, удерживающей ролики на поверхности цилиндрической заготовки в процессе вырезания отверстия.
Техническим результатом приспособления для вырезки отверстий в цилиндрических изделиях является повышение точности обработки отверстий в изделиях, в том числе крупногабаритных, с возможностью вырезания отверстий сложной формы.
Заданный технический результат достигается тем, что приспособление для вырезки отверстия в цилиндрическом изделии, содержит корпус, выполненный с возможностью перемещения вокруг обрабатываемого изделия посредством симметрично установленных цепных передач с цепью, каретку с установленным на ней режущим инструментом, выполненную с возможностью перемещения вдоль направляющих, закрепленных в корпусе. Приспособление снабжено актуатором со штоком, датчиком измерения натяжения цепи, управляющим положением штока актуатора и установленным на каждой из цепей, и электроприводом 13, соединенным с шарико-винтовой передачей посредством муфты. Корпус выполнен в виде пары щек, расположенных параллельно друг другу, на каждой щеке установлена с возможностью вращения вокруг своей оси пара опорных роликов для движения по обечайке изделия, при этом каретка выполнена с возможностью перемещения по направляющим посредством шарико-винтовой передачи, каждая цепная передача состоит из пары опорных звездочек 4, звездочки 5 натяжения цепи, установленной на штоке актуатора, который закреплен на щеке, и звездочки 7, установленной на валу 8, приводимым во вращение электроприводом 9, причем звездочка 6 натяжения цепи, актуатор и датчик измерения натяжения цепи образуют механизм автоматического натяжения цепей каждой цепной передачи.
При изготовлении цилиндрических изделий присутствует в разной степени отклонение от цилиндричности, что приводит к неравномерности радиуса окружности, по которой перемещаются ролики, следовательно, возникает неравномерность натяжения цепи, удерживающей эти ролики по мере их перемещения вокруг по окружности. Оснащение каждой цепной передачи механизмом автоматического натяжения, включающим звездочку натяжения, актуатор и датчик измерения натяжения цепи, позволяет поддерживать постоянное натяжение цепи за счет непрерывного управления положением штока актуатора, на котором расположена звездочка натяжения, в зависимости от степени натяжения цепи, что приводит к повышению точности вырезания отверстия за счет исключения непредвиденных смещений цепи вдоль и вокруг изделия так как автоматически поддерживается постоянное натяжение цепи, удерживающей ролики на поверхности цилиндрической заготовки, за счет того, что каждая цепная передача снабжена звездочкой натяжения и актуатором.
На фиг. 1 приведена кинематическая схема устройства. На фиг. 2 приведена схема основных элементов цепной передачи.
Приспособление для вырезки отверстий в цилиндрических изделиях содержит корпус в виде пары щек 1, расположенных параллельно друг другу, в каждую из которых установлены с возможностью вращения вокруг своей оси пара опорных роликов 2 для движения по обечайке 3, цепную передачу, состоящую из пары опорных звездочек 4, звездочки 5 натяжения цепи 6, звездочки 7, расположенной на валу 8, вал 8, приводимый во вращение электроприводом 9. По двум направляющим 10, закрепленным в корпусе, двигается каретка 11 с установленным на ней режущим инструментом 12. Электропривод 13 соединен муфтой с шарико-винтовой передачей 14. Актуатор 15, содержащий в себе шток 16 актуатора 15, на котором установлена звездочка 5 натяжения цепи 6, закреплен с помощью крепежа 17. На каждой из цепей 6 установлен датчик 18 измерения натяжения цепи 6. Звездочка 5 натяжения цепи 6, актуатор 15 и датчик 18 измерения натяжения цепи 6 образуют механизм автоматического натяжения цепи 6, симметрично установленных цепных передач.
Каретка 11 оснащена линейными подшипниками, что обеспечивает ее плавный ход по направляющим 10.
Устройство работает следующим образом.
В исходном состоянии необходимо закрепить заявляемое приспособление на обечайке 3 изделия, обеспечив взаимодействие цепи 6 только с самой обечайкой 3. После этого производится натяжение цепи 6 за счет регулировки положения звездочки 5, изменяемое передвижением штока 16 актуатора 15. Далее для получения требуемой траектории и скорости движения режущего инструмента 12 включаются совместно электропривод 9 и 13 и осуществляют непрерывную передачу момента вращения. В рабочем режиме происходит непрерывное измерение степени натяжения цепи 6 датчиком 18 измерения натяжения цепи 6 и при ее отклонении от требуемого натяжения, соответственно, автоматически меняется положение штока 16 актуатора 15, что обеспечивает повышение точности вырезки отверстия.
Электропривод 9 через муфту вращает вал 8, тем самым приводя в движение цепную передачу, состоящую из звездочки 7, звездочки 5 натяжения цепи 6, опорных звездочек 4, это заставляет щеки 1 совместно отклоняться от исходного положения за счет вращения роликов 2. Тем самым задание круговой траектории движения режущего инструмента 12 осуществляется копированием поверхности обечайки 3 изделия.
Вращение от электропривода 13 муфтой передается на шарико-винтовую передачу 14, что приводит в движение каретку 11 вдоль направляющих 10 с установленным на ней режущим инструментом 12. Это обеспечивает линейное движение режущего инструмента 12 вдоль обечайки 3 изделия.
Комбинация кругового и линейного движений режущего инструмента 12 позволяет вырезать отверстия, в том числе сложной формы, в цилиндрических изделиях, что при необходимости расширяет диапазон диаметров вырезаемых отверстий, за счет смены места закрепления изделия.
Данное приспособление позволяет обрабатывать широкий диапазон диаметров цилиндрических изделий, в том числе крупногабаритных, за счет возможной установки цепей с различным количеством звеньев.
Таким образом, введение механизма автоматического натяжения цепи, включающим звездочку натяжения, актуатор и датчик измерения натяжения цепи, позволяет в процессе вырезки отверстия регулировать степень натяжения цепи, а, следовательно, и степень прижатия приспособления к обечайке изделия тем самым позволяя исключить непредвиденное смещение устройства вдоль и вокруг изделия, позволяя достичь повышения точности обработки.