АДАПТИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ МОДУЛЬ

Адаптивный инструментальный модуль относится к области станкостроения, в частности, к металлообрабатывающему оборудованию.
Известно устройство суппорта токарно-копировального полуавтомата модели 1722 для изготовления сложнопрофильных деталей посредством копирования профиля эталонной детали [«Металлорежущие станки» Колл. авторов под ред. проф. В.К.Тепинкичиева. М., «Машиностроение», 1973, 472 с.]. Каретка суппорта жестко связана с гидроцилиндром и суппортом, а шток поршня - с салазками. Корпус гидроцилиндра имеет направляющие, на которых установлен следящий золотник. Шток золотника упирается в рычаг щупа. Рычаг может качаться вокруг оси, а щуп находится в контакте с эталонной деталью или шаблоном. Когда деталь обрабатывается в несколько проходов, положение щупа регулируется таким образом, чтобы он не касался эталонной детали, а резец снимал бы только часть припуска. И только перед последним проходом щуп входит в контакт с эталонной деталью. Управление автоматическим циклом движения суппортов, перемещения и зажима пиноли задней бабки осуществляется системой электроавтоматики и трех гидропанелей: копировального суппорта, подрезных суппортов и задней бабки.
Недостатками данного суппорта является высокая стоимость и сложность изготовления, низкая точность изготовления деталей, сложность обслуживания.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является гидрокопировальное устройство ГС-1 для обработки деталей на токарных станках по плоскому копиру [«Гидрокопировальные устройства металлорежущих станков» Зайцев П.П. М-С, Машгиз, 1962, 136 с.]. Устройство состоит из подвижного гидрокопировального суппорта, с резцедержателем несущим резец, приспособления для установки копира и управляющего устройства.
С существенными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа: адаптивный инструментальный модуль, содержащий сменный инструментальный блок, выполненный в виде подвижного суппорта несущего резцедержатель с резцом, и устройство управления.
Недостатками прототипа является низкая точность обработки, сложность изготовления, узкие технологические возможности.
Указанные недостатки связаны с тем, что, не имея прецизионных шариковинтовых передач в качестве привода продольной и поперечной подачи связанных с независимыми приводами, а также отсутствие механизма регулирования наклона режущей кромки инструмента к нормали обрабатываемой поверхности в процессе резания невозможно обеспечить высокую точность обработки; отсутствие перепрограммируемых приводов и возможности получения плоскостей при токарной обработке не позволяет расширить технологические возможности устройства.
Сущность полезной модели заключается в том, что адаптивный инструментальный модуль, содержит сменный инструментальный блок, выполненный в виде подвижного суппорта несущего резцедержатель с резцом и устройство управления. Механизмы продольного и поперечного перемещения сменного инструментального блока выполнены в виде прецизионных шариковинтовых передач, каждая из которых связана с соответствующим серводвигателем. Резцедержатель соединен с возможностью качания с адаптирующим серводвигателем посредством передаточного механизма, при этом все серводвигатели связаны с устройством управления через сервоприводы. Устройство управления содержит сервоприводы, контроллер и устройство отображения и программирования. Работой всех серводвигателей управляет контроллер, который имеет обратную связь с устройством отображения и программирования, а также и с датчиком Холла, через усилитель и аналогово-цифровой преобразователь. Блок питания соединен с сервоприводами, контроллером и аналогово-цифровым преобразователем.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель является создание модуля, который позволит повысить качество изготовления деталей за счет обеспечения высокой точности перемещения сменного инструментального блока и автоматической адаптации угла наклона режущей кромки инструмента и расширить технологические возможности, за счет синхронизации движения подачи инструмента и вращения заготовки.
Поставленная задача решается за счет того, что механизмы продольного и поперечного перемещения сменного инструментального блока выполнены в виде прецизионных шариковинтовых передач, каждая из которых связана с соответствующим серводвигателем, резцедержатель соединен с возможностью качания с адаптирующим серводвигателем посредством передаточного механизма, а устройство управления содержит сервоприводы, контроллер и устройство отображения и программирования, при этом все серводвигатели связаны с устройством управления через сервоприводы, управляемые контроллером, имеющем обратную связь с устройством отображения и программирования и датчиком Холла, через усилитель и аналогово-цифровой преобразователь, а блок питания соединен с сервоприводами, контроллером и аналогово-цифровым преобразователем.
Повышение точности обработки достигается за счет того, что продольные и поперечные перемещения осуществляются посредством прецизионных шариковинтовых передач, обеспечивающих высокую точность перемещения сменного инструментального блока в процессе резания, а также за счет автоматической адаптации угла наклона режущей кромки инструмента к нормали обрабатывающей поверхности, что позволяет получать высокоточные поверхности после обработки изделия.
Расширение технологических возможностей выражается в получении плоскостей, лысок, граней и т.п.за счет синхронизации движения подачи инструмента и вращения заготовки при использовании модуля совместно с токарным автоматом продольного точения. Все приводы независимы и имеют возможность перепрограммирования, в комплекте с модулем находятся сменные инструментальные блоки, в библиотеке находятся готовые алгоритмы получения типовых деталей.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами. На фиг.1 показан адаптивный инструментальный модуль; на фиг.2 - механизм адаптации угла режущей кромки, (вид А с фиг.1); на фиг.3 приведена принципиальная схема модуля.
Адаптивный инструментальный модуль состоит из корпуса 1 имеющего базовую плоскость для установки на поперечных салазках суппорта станка. На корпусе 1 установлен подвижный сменный инструментальный блок 2 и размещено устройство управления 3. Сменный инструментальный блок 2, выполнен в виде подвижной каретки с закрепленным резцедержателем 4 несущим резец 5. Резец 5 имеет возможность качания, что обеспечивается за счет серводвигателя (СД) 6 и передаточного механизма 7 взаимодействующего с резцедержателем 4. В сменный инструментальный блок 2 встроены поперечная шариковинтовая передача 8, на конце которой установлен серводвигатель (СД) 9 и продольная шариковинтовая передача 10, на конце которой установлен серводвигатель (СД) 11. Серводвигатели 6, 9, 11 электрически связаны с соответствующими каждому из них сервоприводами (СП) 12, 13 и 14, расположенными в устройстве управления 3, которые, в свою очередь, электрически связаны с контроллером 15. Датчик Холла 16, установленный на кабеле питания главного привода станка (условно не показан) формирует аналоговый сигнал, который в последствии преобразуется в управляющий для серводвигателя 6. Датчик Холла 16 электрически связан с устройством управления 3 через усилитель 17 и аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) 18. В свою очередь контроллер 15 электрически связан с устройством отображения и программирования (УОиП) 19. Электрическое питание устройств: 12, 13, 14, 15 и 18 обеспечивается блоком питания (БП) 20.
Адаптивный инструментальный модуль работает следующим образом. Корпус модуля 1 устанавливается базовой плоскостью на поперечных салазках суппорта станка, затем выбирается сменный инструментальный блок 2 в зависимости от типа используемого режущего инструмента. Тип режущего инструмента определяется видом обрабатываемой поверхности.
После выбора типа режущего инструмента в резцедержателе 4 закрепляют резец 5. Электрическое питание устройства управления 3 обеспечивается включением блока питания 20. Далее производится настройка модуля с учетом возможностей используемого станка и поставленной задачи.
С помощью устройства отображения и программирования 19 выбирают готовый алгоритм обработки из памяти или программируют новую задачу. С контроллера 15 поступает управляющий сигнал на сервопривод продольной подачи 14, формирующий управляющий сигнал для работы серводвигателя 11 и на сервопривод поперечной подачи 13, формирующий управляющий сигнал для работы серводвигателя 9. Продольное перемещение сменного инструментального блока 2 осуществляется посредством продольной шариковинтовой передачи 10, крутящий момент, на которую передает серводвигатель 11; поперечное перемещение сменного инструментального блока 2 осуществляется посредством поперечной шариковинтовой передачи 8, крутящий момент, на которую передает серводвигатель 9. В процессе резания изменяется мощность резания, а, следовательно, изменяется мощность магнитного поля в кабеле питания главного привода, которое создает электрический сигнал в датчике Холла 16, закрепленном на этом кабеле. Электрический сигнал датчика Холла 16 преобразуется в цифровую форму посредством усилителя 17 и аналогово-цифрового преобразователя 18 и передается в устройство управления 3, а именно в контроллер 15, который в свою очередь этот сигнал обрабатывает и выдает управляющий сигнал для сервопривода 12. Сервопривод 12 обрабатывает этот сигнал и формирует управляющий сигнал для серводвигателя 6. Вращение выходного вала серводвигателя 6 передается через передаточный механизм 7 на резцедержатель 4 с установленным в нем резцом 5. При этом обеспечивается возможность качания резцедержателя 4 с несущим им резцом 5, а вследствие изменения угла установки режущей кромки инструмента к нормали обрабатываемой поверхности.