МЕХАТРОННЫЙ ПЬЕЗОМОДУЛЬ ДЛЯ СБОРКИ С ЗАПРЕССОВКОЙ КЕРАМИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ

Полезная модель относится к устройствам для сборки неметаллических узлов и может найти применение в машиностроении и приборостроении для сборки конических керамических соединений с натягом.
Из уровня техники известно устройство для осуществления способа сборки деталей с натягом (RU 2508974 C1, МПК В23Р 11/02, В23Р 25/00, опубл. 10.03.2014) представляющее собой дуплексный инструмент в виде контактно-разогревающего инструмента и расположенного за ним деформирующе-калибрующего инструмента, установленного с натягом, равным 0.8 мм.
Недостатком известного технического решения является ограниченная возможность использования его для сборки керамических соединений с натягом.
Наиболее близким к заявленному техническому решению и выбранным в качестве прототипа признано устройство для осуществления способа сборки с натягом охватываемой и охватывающей деталей (JPH 09277122 A, МПК В23Р 19/02, опубл. 28.10.1997), которое содержит соосно смонтированные на станине технологическую оснастку для установки собираемых деталей и механизм запрессовки в виде силового привода возвратно-поступательного перемещения и связанного с ним запрессовочного инструмента, а также систему управления приводом.
Недостатком прототипа является его низкая технологичность, вследствие наличия в его конструкции большого количества сложных механических узлов. Кроме того система управления устройством не содержит датчики отрицательной обратной связи с собираемым изделием, что ограничивает возможность точного регулирования усилия, прилагаемого к сборке.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленное устройство, является повышение качества сборки высокоточных конических керамических соединений с натягом путем субмикронного регулирования осевого натяга.
Указанная задача решена тем, что мехатронный пьеозомодуль для сборки с запрессовкой керамических деталей содержит станину с установленными на ней столиком и четырьмя стойками, закрепленную на стойках верхнюю неподвижную опору, на которой установлена оправка, состоящая из цилиндрического корпуса и направляющей головки с размещенным в ней штоком, связанным с механизмом его линейного перемещения, силометрический датчик и тензометрический датчик положения, при этом упомянутые датчики и механизм линейного перемещения выполнены с возможностью соответствующего подключения к микропроцессорному блоку управления. Отличается устройство тем, что упомянутый столик установлен на регулируемой по высоте шаровой опоре, а механизм линейного перемещения штока выполнен в виде предварительно сжатого пьезоэлектрического актуатора, расположенного в упомянутом цилиндрическом корпусе и связанного своим нижним торцом с верхним торцом штока, при этом упомянутые датчики размещены на пьезоэлектрическом актуаторе, а шток подпружинен относительно направляющей головки.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью признаков устройства, является значительное повышение качества сборки керамических соединений, за счет возможности регулирования осевого натяга с субмикронным разрешением. Точность достигается за счет использования при регулировании силы натяга физических свойств пъезокерамики и микропроцессорного управления с отрицательной обратной связью, реализованной в виде силометрического и тензометрического датчиков.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид мехатронного пьезомодуля; на фиг. 2 показана оправка в разрезе; на фиг. 3 приведена обобщенная структурная схема блока управления.
Мехатронный пьезомодуль состоит из станины 1 с установленным на ней столиком 2 на регулируемой по высоте шаровой опоре 3 и четырех стоек 4, с закрепленной на них верхней неподвижной опорой 5. На верхней опоре 5 установлена оправка 6, включающая в себя цилиндрический корпус 7, с установленным в нем преднагруженным пьезоэлектрическим актуатором 8 с совмещенными с ним силометрическим датчиком 9 и тензометрическим датчиком положения 10, и направляющую головку 11, с установленным в ней подпружиненным пружиной 12 штоком 13, при этом верхний торец штока совмещен с нижним торцом актуатора 8. Дополнительно устройство содержит блок управления 14, к измерительным входам 15 и 16 которого подключены выходы силометрического датчика 9 и тензометрического датчика положения 10, а выход 17 подключен через усилитель напряжения 18 к актуатору 8.
0
0
Сравнительный анализ конструкций линейных актуаторов показал, что целесообразно применение актуатора пакетной конструкции, которая состоит из n дисков с начальной длиной l, площадью сечения - S. Длина пакета под действием электрического напряжения U изменяется на величину Δl. Для повышения механической жесткости, пьезопакет, защищенный термоусадочной трубкой, помещен в упругий корпус, в котором предусмотрена возможность его предварительного сжатия. В предлагаемой конструкции пакет состоит из не менее чем 150 дисков толщиной 0.72 мм, соединенных друг с другом через медные электроды, выполненные на дисках с помощью магнетронного напыления в вакууме, посредством токопроводящего клея.
Блок управления может быть выполнен в виде микропроцессорной системы на основе любого известного восьми- или тридцатидвухразрядного микроконтроллера, например ATMega128L или STM32.
Устройство используют следующим образом.
На столик 2 устанавливают детали конического соединения. Затем регулируется их соосность с оправкой 6. Далее, в зависимости от параметров конического соединения, в блок управления 14 вводят режимы технологического процесса сборки, к которым, в частности, относятся напряжение (U), его градиент (G), скорость (v) и время запрессовки (t), вид зависимости изменения силы запрессовки [F] от времени, осевой натяг (Δl), частота тока (f) и его максимально допустимая величина.
Затем оператором с помощью блока управления 14 пьезомодуль приводится в действие. Блок управления при этом с помощью выхода 17 через усилитель напряжения 18 воздействует на актуатор 8, изменяя его длину и создавая усилие, необходимое для осуществления запрессовки. Одновременно с этим с помощью измерительных входов 15 и 16 блоком управления 14 опрашиваются датчики обратной связи 9 и 10. Далее на основе управляющей программы микроконтроллера блока управления 14 реализуется замкнутый цикл автоматического регулирования процесса запрессовки, при этом пружина 12 выполняет функцию апериодического звена первого порядка. По достижении времени окончания технологического процесса запрессовки t с помощью блока управления 14 останавливают пьезомодуль, снимают полученное сборочное соединение со столика 2 и выполняют контроль его качества.