ЗАДНЯЯ БАБКА МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА

Полезная модель относится к станкостроению и может быть использована в металлорежущих станках для измерения косвенным методом радиальной составляющей силы резания и поддержания ее постоянной за счет автоматического регулирования режима обработки.
Известна задняя бабка металлорежущего станка, содержащая индуктивный датчик для контроля перемещения пиноли под действием силы резания, усилитель сигнала индуктивного датчика, сравнивающее устройство для алгебраического сложения сигналов датчика и программного устройства, исполнительный механизм системы автоматического регулирования (САР) режима обработки [1].
Недостатками данной конструкции являются: сложность конструкции, низкая чувствительность и точность измерения силы резания, а также поддержания ее постоянной за счет автоматического регулирования режима обработки. Это обусловлено наличием большого числа элементов САР и многократным преобразованием сигнала, что, в свою очередь, вызывает искажение управляющего сигнала и потерю точности измерения силы резания.
Известна также задняя бабка металлорежущего станка, включающая привод перемещения центра, имеющего рабочий конус и хвостовик, в которых выполнен продольный канал для подачи текучей среды, продольный канал центра со стороны притупленного конца рабочего конуса снабжен соплом, и на этом конце выполнен паз, проходящий через сопло в направлении, перпендикулярном продольному каналу, который через введенный в бабку измерительно-управляющий блок связан с приводом перемещения центра [2.] Недостатками данной конструкции являются: сложность конструкции, низкая чувствительность и точность измерения силы резания и поддержания ее постоянной за счет автоматического регулирования режима обработки. Работа САР происходит только при значительных перекосах осей обрабатываемой детали и центра задней бабки. Возможны ложные срабатывания САР при неправильной установке заготовки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству является задняя бабка металлорежущего станка, содержащая динамометрический центр с осевой глухой цилиндрической расточкой, в дно которой запрессован конец измерительного стержня, передняя консольная часть центра выполнена в виде упругого элемента, деформируемого под действием усилия резания, а свободный конец измерительного стержня выполнен с возможностью взаимодействия с датчиком измерения силы резания [3].
Недостатками рассматриваемой задней бабки являются: сложность конструкции, низкая чувствительность и точность измерения силы резания, а также поддержания ее постоянной за счет автоматического регулирования режима обработки. Это обусловлено наличием большого числа элементов САР и многократным преобразованием управляющего сигнала, что, в свою очередь, вызывает искажение сигнала и потерю точности измерения силы резания.
Технической задачей полезной модели является упрощение конструкции, повышение чувствительности и точности измерения косвенным методом радиальной составляющей силы резания, а также поддержание ее постоянной за счет автоматического регулирования режима обработки.
Решение указанной задачи достигается тем, что упомянутый датчик снабжен корпусом, установленным перпендикулярно центральной оси в упомянутой цилиндрической расточке, в корпусе навстречу друг другу размещены два сопла, выполненных с возможностью подключения через
постоянные дроссели к линии подвода рабочей среды и измерительными камерами, предназначенными для соединения линиями управляющего сигнала с исполнительным элементом станка, при этом свободный конец измерительного стержня расположен между торцами сопел и выполнен в виде заслонки с плоскими поверхностями, внутренняя полость задней бабки имеет линию отвода рабочей среды, при этом сопла выполнены с возможностью регулирования их положения вдоль оси корпуса с помощью резьбового соединения с корпусом, заданное положение корпуса в расточке определено подвижными упорами, один из которых подпружинен, а второй упор выполнен с возможностью регулирования его положения винтом, установленным в крышке задней бабки.
Сравнение заявленного устройства с прототипом показывает, что имеет место наличие новых деталей и функциональных связей между ними.
Новыми деталями являются: корпус датчика, установленный перпендикулярно центральной оси в цилиндрической расточке; два сопла, размещенные в корпусе навстречу друг другу; постоянные дроссели, через которые сопла подключены к линии подвода рабочей среды; исполнительный элемент, линиями управляющего сигнала соединенный с измерительными камерами сопел; свободный конец измерительного стержня, расположенный между торцами сопел и выполненный в виде заслонки с плоскими поверхностями; внутренняя полость задней бабки, имеющая линию отвода рабочей среды; резьбовые соединения сопел с корпусом; подвижные упоры корпуса, один из которых подпружинен, а второй выполнен с возможностью регулирования его положения винтом, установленным в крышке задней бабки.
Новые функциональные связи.
Установка корпуса датчика в цилиндрической расточке перпендикулярно центральной оси обеспечивает высокую чувствительность и точность измерения силы резания.
Два сопла, размещенные в корпусе навстречу друг другу, и свободный конец измерительного стержня, расположенный между торцами сопел и выполненный в виде заслонки с плоскими поверхностями, с высокой чувствительностью и точностью преобразуют механическое перемещение стержня в соответствующий управляющий гидравлический сигнал.
Постоянные дроссели, через которые сопла подключены к линии подвода рабочей среды, и сопла с заслонкой образуют мостовую схему измерения силы резания, что обеспечивает высокую чувствительность и точность измерения силы резания.
Исполнительный элемент, линиями управляющего сигнала соединенный с измерительными камерами сопл, то есть включенный в диагональ моста, служит для регистрации силы резания или автоматического управления режимом обработки на станке.
Внутренняя полость задней бабки обеспечивает сбор отработанной жидкости и ее отвод в бак насосной станции.
Резьбовые соединения сопел с корпусом позволяют регулировать их положение вдоль оси корпуса для предварительной настройки датчика.
Подвижные упоры, один из которых подпружинен, а положение второго можно регулировать винтом, установленным в крышке задней бабки, служат для предварительной настройки одинаковых зазоров между торцами сопел и заслонкой.
Применение в задней бабке элементов сопло-заслонка повышает чувствительность и точность измерения силы резания, а также обеспечивает достаточную мощность управляющего сигнала без его усиления и преобразования. Сокращение элементов, обеспечивающих работу САР, упрощает конструкцию задней бабки.
Повышение чувствительности и точности измерения силы резания обеспечивают регулировки положения сопел в корпусе датчика и самого корпуса в цилиндрической расточке задней бабки.
Конструктивная схема задней бабки металлорежущего станка показана на фиг.1.
Задняя бабка 1 металлорежущего станка содержит динамометрический центр 2 с осевой глухой цилиндрической расточкой 3, в дно которой запрессован конец измерительного стержня 4.
Передняя консольная часть центра служит упругим элементом, деформируемым под действием усилия резания.
Датчик измерения силы резания содержит корпус 5, установленный перпендикулярно центральной оси в цилиндрической расточке. В корпусе навстречу друг другу размещены два сопла 6 и 7. Свободный конец 8 измерительного стержня расположен между торцами сопел и выполнен в виде заслонки с плоскими поверхностями. Сопла через постоянные дроссели 9 и 10 подключены к линии 11 подвода рабочей среды, а измерительные камеры 12 и 13 сопел линиями 14 и 15 управляющего сигнала соединены с исполнительным элементом 16. Внутренняя полость 17 задней бабки имеет линию 18 отвода рабочей среды.
Сопла выполнены с возможностью регулирования их положения вдоль оси корпуса с помощью резьбового соединения с корпусом.
Заданное положение корпуса в расточке определено подвижными упорами 19 и 20, на один из которых действует пружина 21, а второй выполнен с возможностью регулирования его положения винтом 22, установленным в крышке 23 задней бабки.
Задняя бабка металлорежущего станка работает следующим образом.
Предварительная настройка датчика на заданный диапазон измерения силы резания включает в себя два этапа.
Первый этап предусматривает регулирование положения сопел 6 и 7 вдоль оси корпуса 5 таким образом, чтобы их торцы находились на заданном расстоянии. Для чего используют резьбовые соединения сопел с корпусом. Эту настройку можно производить вне задней бабки с использованием стандартных мерительных инструментов.
Второй этап предусматривает настройку одинаковых зазоров между торцами сопел и заслонкой. Для чего винтом 22, установленным в крышке 23 регулируют и контргайкой 24 фиксируют положение упоров 19 и 20, которые определяют заданное положение корпуса в расточке задней бабки.
В результате предварительной настройки датчика давление рабочей среды (жидкости) в линиях управляющего сигнала должно быть одинаковым.
Если сила резания отсутствует или ее величина столь мала, что не вызывает упругую деформацию передней консольной части центра, то рабочая среда из линии 11 подвода поступает через постоянные дроссели 9 и 10 в измерительные камеры 12 и 13 сопел 6 и 7, а затем, пройдя сопротивления в виде зазоров между торцами сопел и плоскими поверхностями заслонки 8, по линии 18 отвода сливается в бак. Заслонка занимает симметричное положение между соплами. Это приводит к созданию одинаковых сопротивлений истечению рабочей жидкости из сопел и равенству давлений в измерительных камерах.
При увеличении силы резания происходит упругая деформация передней консольной части центра, пропорциональная величине силы резания, и соответствующее этой деформации смещение свободного конца измерительного стержня, то есть заслонки.
Заслонка 8 смещается вверх и изменяет гидравлические сопротивления сопел 6 и 7. Сопротивление истечению масла из сопла 6 уменьшается, а из сопла 7 увеличивается, что приводит к соответствующему изменению давлений в измерительных камерах. Возникающая разность давлений (перепад) используется как управляющий сигнал на входах исполнительного элемента 16.
Для формирования выходного сигнала исполнительный элемент может быть выполнен в виде четырехщелевого дросселирующего золотникового распределителя с пружинным центрированием. Под действием разности давлений в линиях 14 и 15 управляющего сигнала и под торцами золотника, последний смещается в своем корпусе, изменяя проходные сечения соответствующих щелей и, тем самым, формируя результирующий сигнал,
который используется для регистрации усилия резания или автоматического управления режимом обработки.
Упрощение конструкции, повышение чувствительности и точности измерения косвенным методом радиальной составляющей силы резания, а также поддержание ее постоянной за счет автоматического регулирования режима обработки достигается, в первую очередь, за счет применения в задней бабке регулируемых элементов сопло-заслонка, что обеспечивает достаточную мощность управляющего сигнала без его усиления и преобразования.
Источники информации, принятые во внимание
1. Самоподнастраивающиеся станки / Под ред. Б.С. Балакшина. - М.: Машиностроение, 1970. - С. 27, рис. 4.
2. Авторское свидетельство СССР №944797, М. Кл. В23В 23/00, В23В 23/02, приор. 24.12.1980, опубл. 23.07.1982, Бюл. №27.
3. Корытин A.M. Автоматизация типовых технологических процессов и установок / A.M. Корытин, Н.К. Петров, С.Н. Радимов, Н.К. Шапарев. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - С. 301 - 302, рис. 10.12 (прототип).