АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ НАПЛАВОЧНАЯ УСТАНОВКА

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкциям станков для восстановления работоспособности деталей.
Известна конструкция электродуговой наплавочной установки, выбранной в качестве прототипа, предназначенной для наплавки тел вращения и состоящей из стандартной наплавочной головки, привода вращения наплавляемой детали на базе токарного станка и источника питания электрической дуги. Наплавочная головка предназначена для непрерывной подачи наплавочной проволоки в зону горения дуги и подвода питания дуги к проволоке. Головка состоит из подающих роликов, редукционного механизма и привода их вращения, а также механизмов ручного позиционирования головки относительно наплавляемой детали. Привод вращения предназначен для обеспечения наплавляемой детали круговой подачей. Источник питания состоит из сварочного трансформатора и выпрямителя и предназначен для зажигания и поддержания питания электрической дуги [1].
Недостатком известной электродуговой наплавочной установки является отсутствие возможности полной автоматизации процесса наплавки и адаптивного регулирования режимами наплавки по температуре зоны термического влияния, что приводит к недостаточному качеству наплавки. При отсутствии контроля температуры зоны термического влияния возможно появление внутренних микротрещин наплавленного и основного металла или отпуск металла, влекущий потерю твердости и износостойкости [2].
Изобретение направлено на повышение качества наплавки за счет использования регулирующего логического устройства, управляющего процессом наплавки адаптивно температуре зоны термического влияния.
Это достигается за счет того, что в конструкции наплавочной установки каждый механизм позиционирования наплавочной головки, а также механизм подачи наплавочной проволоки и механизм вращения наплавляемой детали имеет свой независимый регулируемый привод, а сварочный выпрямитель источника питания дуги выполнен тиристорным с целью возможности регулирования тока и напряжения дуги. Это дает возможность автоматического управления всеми режимами электродуговой наплавки. В качестве автоматического управляющего устройства применен программируемый логический контроллер.
Предлагаемая конструкция автоматической наплавочной установки отличается от прототипа тем, что в качестве механизмов перемещения наплавочной головки применены поперечный и продольный суппорта, имеющие по одной степени свободы - движение по цилиндрическим направляющим посредством ходовых винтов. Каждый ходовой винт приводится во вращение сервоприводом. В состав сервопривода входят серводвигатель и сервоусилитель. Серводвигатель состоит из асинхронного двигателя и энкодера - датчика частоты вращения. Сервоусилитель, получая команду на перемещение суппорта, четко выдерживает задание благодаря местному контуру обратной связи сервоусилитель - двигатель - энкодер - сервоусилитель. В механизме подачи проволоки однофазный двигатель
переменного тока заменен на сервопривод. Привод вращения наплавляемой детали состоит из двухступенчатого червячного мотор-редуктора и приспособления для закрепления детали. На быстроходном валу мотор-редуктора установлен энкодер. Роль сервоусилителя в последнем случае берут на себя контроллер и частотный вариатор. Частотный вариатор может изменять частоту питающего электродвигатель напряжения в зависимости от входного задающего сигнала. Поэтому вращение наплавляемой детали производится также сервоприводом. В механизмах подачи проволоки и наплавляемой детали ведется отслеживание скорости вращения. Администратором всех движений сервоприводов является программируемый логический контроллер. Таким образом заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна». Анализ известных технических решений позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемой конструкции станка и признать заявляемое решение соответствующим критерию «существенные отличия».
Сущность конструкции автоматической наплавочной установки поясняется чертежом, где на фиг.1 показан общий вид автоматической наплавочной установки; на фиг.2 - фронтальный вид автоматической наплавочной головки; на фиг.3 - вид справа автоматической наплавочной головки; на фиг.4 - схема управления автоматической наплавочной установкой.
Автоматическая наплавочная установка может использоваться для электродуговой наплавки как под флюсом, так и в среде защитных газов. На фиг.1 показан пример наплавки под флюсом кранового ходового колеса.
Привод наплавляемой детали состоит из двухступенчатого червячного мотор-редуктора 1, энкодера U1 и частотного вариатора U2, позволяющего плавно изменять частоту вращения асинхронного двигателя мотор-редуктора 1 от 5 до 400% от номинального значения. Такое решение позволяет наплавлять детали практически любого диаметра без изменения кинематической схемы привода их вращения. Наплавочная головка 2, мотор-редуктор 1 с наплавляемой деталью и бухта с наплавочной проволокой 3 устанавливаются на раме 4 относительно друг друга, как показано на фиг.1. Наплавочная головка 2 направляет и подает наплавочную проволоку в зону горения дуги. На фиг.2 и фиг.3 представлена автоматическая наплавочная головка. Подающий проволоку механизм состоит из ведущего колеса 5, серводвигателя 6, сервоусилителя U3, прижимных кулачков 7 и холостого ролика 8. Питание дуги осуществляется посредством токоподводящего мундштука 9. Позиционирование мундштука 9 в вертикальной плоскости осуществляется механизмом поперечных перемещений, состоящего из телескопического суппорта 10, гайки-хомута 11, поперечного ходового винта 12, серводвигателя 13 и сервоусилителя U4. Движение мундштука 9 в горизонтальной плоскости осуществляется механизмом продольных перемещений, включающего в себя суппорт 14, ходовые втулки 15, цилиндрические направляющие 16, закрепленные в кронштейнах 17,
ходовую гайку 18, продольный ходовой винт 19, серводвигатель 20 и сервоусилитель U5.
Автоматическая наплавочная установка работает следующим образом. При пуске автоматического цикла наплавки включается источник питания электрической дуги и механизм подачи проволоки. При зажигании дуги включается привод вращения детали. После полного оборота наплавляемой детали, который контролируется энкодером вращения U1, включается привод продольной подачи и перемещает суппорт 14 на шаг наплавки, который контролируется энкодером продольного суппорта. Далее деталь совершает следующий оборот и т.д., пока мундштук 9 не пройдет полностью всю поверхность. Затем питание дуги и вращение детали выключается. Включается привод продольного суппорта 14 и перемещает мундштук 9 в начальную точку. Включается привод поперечного суппорта 10 и перемещает мундштук 9 на следующий слой, величина которого контролируется энкодером поперечного суппорта. Включается механизм подачи проволоки и источник питания дуги. При касании проволокой детали зажигается дуга и начинается ее вращение. Процесс продолжается аналогично. Величины перемещений суппортов 10 и 14 для обеспечения геометрии наплавки задаются в программе управления программируемого логического контроллера. Эта же программа учитывает коррекцию режимов в процессе наплавки, для исключения перегрева и превышения скорости нагрева наплавляемой детали выше предельного значения. Структурная связь
программируемого логического контроллера со всеми узлами автоматической наплавочной установки показана на фиг.4.
Применение предлагаемой конструкции наплавочной установки имеет следующие преимущества:
- использование регулируемых контроллером сервоприводов позволяет более оптимально управлять процессом наплавки и реализовать автоматический режим управления, что позволяет повысить точность и качество наплавляемой поверхности;
- регулируемый электрический привод позволяет полностью исключить использование механических коробок подач, являющихся в подобном оборудовании самыми громоздкими устройствами;
- данное оборудование обладает высокой гибкостью и может применяться для наплавки широкого ассортимента деталей.
Моделирование процесса наплавки на данной автоматической наплавочной установке с использованием системы MATLAB 6 показало достаточную эффективность подобного варианта реализации конструкции.