ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ СИСТЕМЫ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ЦИЛИНДРОМ ПОДАЧИ СИЛОВОЙ АГРЕГАТНОЙ ГОЛОВКИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА

Полезная модель относится к оборудованию машиностроительных производств и может быть использована в системах адаптивного управления гидравлическими цилиндрами подачи силовых агрегатных головок металлорежущих станков.
Известна адаптивная система управления подачей самодействующей силовой головки агрегатного станка, содержащая золотниковый управляющий клапан, установленный на входе или выходе гидравлического цилиндра подачи, у которого полости управления гидравлическими линиями соединены с полостями цилиндра [1].
Недостатком системы является то, что она изменяет подачу при любом изменении нагрузки на штоке цилиндра, которое может быть вызвано различными причинами: изменения условий обработки, изменения сил трения в цилиндре и направляющих корпуса и основания, изменения внутренних утечек жидкости в цилиндре и другие. Не обеспечивается точность настройки заданного режима обработки материалов на станке.
Известна адаптивная система управления подачей силовой агрегатной головки, содержащая в приводе главного движения измерительный преобразователь изменения нагрузки на шпинделе, выполненный в виде динамометрического привода (приводного торсиометра), который механической пружинно-реечной передачей связан с осевым регулирующим дросселем, установленным на сливе из гидравлического цилиндра подачи [2].
Недостатком системы является то, что конструкция измерительного преобразователя вращающего момента в виде динамометрического привода (приводного торсиометра) с механической пружинно-реечной передачей не обеспечивает точность настройки системы на заданный режим работы, имеет сложную конструкцию и ограничивает технические возможности системы управления.
В качестве прототипа принята адаптивная система управления гидравлическим цилиндром подачи силовой агрегатной головки станка для механической обработки, содержащая измерительный преобразователь, выполненный с возможностью соединения с электродвигателем привода вращения шпинделя головки и связанный с осевым регулирующим дросселем, выполненным с управляющими и управляемой полостями с возможностью соответствующего соединения управляемой полости с гидравлическим цилиндром и через панель управления с насосной станцией с возможностью управления скоростью гидравлического цилиндра подачи.
Измерительный преобразователь выполнен в виде расположенного в неподвижном коллекторе ротора, выполненного с возможностью соосного соединения с вращающейся частью электродвигателя, и размещенных в сквозной радиальной расточке ротора корпуса и подвижных упоров, установленных с возможностью регулировки заданного положения корпуса в расточке посредством винтов, расположенных в крышках радиальной расточки ротора. При этом в корпусе расположены соосно навстречу друг другу с возможностью регулировки осевого положения два сопла с измерительными камерами, между которыми размещена подпружиненная с двух сторон подвижная инерционная заслонка, а с другой стороны сопел установлены постоянные дроссели. Сопла и постоянные дроссели соединены по мостовой схеме, в которой полости корпуса перед постоянными дросселями соединены линией подвода рабочей среды с панелью управления, полость корпуса между соплами соединена с линией отвода рабочей среды, а измерительные камеры сопел соединены управляющими линиями с управляющими полостями, расположенными под торцами подвижного элемента осевого регулирующего дросселя.
Анализ прототипа показывает, что измерительный преобразователь вращающего момента не обеспечивает точность настройки системы управления на заданный режим работы, имеет сложную конструкцию и ограничивает технические возможности системы управления.
Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является повышение точности настройки адаптивной системы управления гидравлическим цилиндром подачи силовой агрегатной головки металлорежущего станка на заданный режим работы, упрощение конструкции и расширение технических возможностей упомянутой системы управления за счет настройки силовых и скоростных параметров резания в широких диапазонах.
Решение указанной задачи достигается тем, что корпус центробежного измерительного преобразователя для системы адаптивного управления гидравлическим цилиндром подачи силовой агрегатной головки металлорежущего станка установлен неподвижно относительно расположенного в нем ротора, измерительная камера корпуса соединена с линией подвода рабочей среды через упомянутый постоянный дроссель, а упомянутые переменные дроссели выполнены в виде двух соосно расположенных радиальных каналов ротора с коническими фасками, в которых размещены конусы, закрепленные на подпружиненных центробежных грузах, установленных на цилиндрических направляющих, прикрепленных к упомянутому ротору перпендикулярно оси его вращения, при этом пружины упомянутых центробежных грузов установлены с возможностью регулирования их усилия, а упомянутые радиальные каналы через осевой канал ротора соединены со сливной камерой корпуса.
Сравнение заявленного устройства с прототипом показывает, что имеет место наличие новых деталей и функциональных связей между ними.
Новые детали: неподвижный корпус центробежного измерительного преобразователя с измерительной и сливной камерами; ротор с радиальными и осевым каналами и цилиндрическими направляющими перпендикулярными оси его вращения; центробежные грузы с конусами, установленные на цилиндрических направляющих ротора; постоянный дроссель, установленный в корпусе на входе измерительной камеры и соединенный с линией подвода рабочей среды; переменные дроссели образованные коническими фасками, выполненными в радиальных каналах ротора, и соосно расположенными конусами центробежных грузов, и соединенные через осевой канал ротора со сливной камерой корпуса.
Новые функциональные связи: неподвижный корпус центробежного измерительного преобразователя с измерительной и сливной камерами упрощает подвод и отвод рабочей среды и конструкцию системы управления в целом; ротор с радиальными и осевым каналами и цилиндрическими направляющими перпендикулярными оси вращения обеспечивает простоту и высокую точность образования переменных дросселей; постоянный дроссель, установленный в корпусе на входе измерительной камеры, упрощает конструкцию измерительного преобразователя; переменные дроссели образованные коническими фасками, выполненными в радиальных каналах ротора, и соосно расположенными конусами центробежных грузов, обеспечивают высокую чувствительность и точность формирования управляющего сигнала; регулируемые пружины центробежных грузов обеспечивают расширение технических возможностей системы управления за счет настройки силовых и скоростных параметров резания в широких диапазонах.
На фиг. 1 показана конструктивная схема центробежного измерительного преобразователя, включенного в систему адаптивного управления гидравлическим цилиндром подачи силовой агрегатной головки металлорежущего станка.
Центробежный измерительный преобразователь 1 для системы адаптивного управления гидравлическим цилиндром 2 подачи силовой агрегатной головки 3 металлорежущего станка содержит корпус 4 с измерительной 5 и сливной 6 камерами, в котором расположен ротор 7, выполненный с возможностью соосного соединения с вращающейся частью электродвигателя 8 привода вращения шпинделя 9 головки, постоянный дроссель 10 и расположенные в измерительной камере корпуса переменные дроссели 11 и 12. Измерительная камера корпуса соединена с линией 13 подвода рабочей среды и выполнена с возможностью соединения управляющей линией 14 с управляющей полостью 15, расположенной под торцом подвижного элемента 16 осевого регулирующего дросселя 17, соответствующим образом связанного с линиями 18 подвода и 19 отвода рабочей среды и с полостями 20 и 21 гидравлического цилиндра, а сливная камера корпуса соединена с линией 22 отвода рабочей среды.
Корпус измерительного преобразователя установлен неподвижно относительно расположенного в нем ротора, измерительная камера корпуса соединена с линией подвода рабочей среды через постоянный дроссель, а переменные дроссели выполнены в виде двух соосно расположенных радиальных каналов 23 и 24 ротора с коническими фасками, в которых размещены конусы 25 и 26, закрепленные на подпружиненных центробежных грузах 27 и 28, установленных на цилиндрических направляющих 29 и 30, прикрепленных к ротору перпендикулярно оси его вращения, при этом пружины 31, 32, 33 и 34 центробежных грузов установлены с возможностью регулирования их усилия, а радиальные каналы через осевой канал 35 ротора соединены со сливной камерой корпуса.
Центробежный измерительный преобразователь для системы адаптивного управления гидравлическим цилиндром подачи силовой агрегатной головки металлорежущего станка работает следующим образом.
Настройка системы адаптивного управления предусматривает предварительное регулирование усилий пружин 31, 32, 33 и 34 измерительного преобразователя гайками, установленными на концах цилиндрических направляющих ротора, в зависимости от заданного диапазона изменения нагрузки на шпинделе силовой агрегатной головки. Эта настройка определяет положение конусов 25 и 26 относительно конических фасок радиальных каналов 23 и 24 ротора, то есть пропускную способность переменных дросселей 11 и 12 при вращении шпинделя с максимальной частотой без нагрузки.
Скорости холостых ходов силовой агрегатной головки при подводе инструмента к заготовке и при отводе инструмента в исходное положение настраивают путем регулирования расхода рабочей среды, подводимого к гидравлическому цилиндру подачи и отводимого от него на слив через осевой регулирующий дроссель. Для этого регулируют усилия пружин под торцами подвижного элемента 16 и устанавливают необходимые проходные сечения осевого дросселя.
При работе силовой агрегатной головки рабочая среда через осевой дроссель 17 поступает в поршневую полость 20 гидравлического цилиндра подачи, а из штоковой полости 21 отводится на слив. Силовая головка вместе с корпусом цилиндра перемещается справа налево.
Одновременно рабочая среда по линии 13 подвода поступает через постоянный дроссель в измерительную камеру, а затем, пройдя через переменные дроссели в виде зазоров между поверхностями фасок радиальных каналов ротора и конусов 25 и 26, из камеры 6 преобразователя по линии 22 отводится на слив.
При вращении шпинделя силовой головки на грузах 27 и 28 измерительного преобразователя возникают центробежные силы инерции. Для каждого груза центробежная сила инерции пропорциональна его массе, величине расстояния груза от оси вращения и квадрату угловой скорости шпинделя силовой головки. Действие центробежных сил и усилий пружин 31, 32, 33 и 34 определяет положение грузов с конусами 25 и 26 на направляющих 29 и 30.
При врезании инструмента в заготовку возникает момент сопротивления вращению шпинделя, что приводит к уменьшению частоты вращения и сил инерции на центробежных грузах измерительного преобразователя. Пружины 31 и 34 перемещают грузы по направляющим ближе к оси вращения шпинделя, в новое положение равновесия сил.
Конусы уменьшают проходные сечения переменных дросселей. Сопротивление истечению рабочей среды из измерительной камеры увеличивается, а давление в ней, в управляющей линии 14 и управляющей полости 15 осевого дросселя возрастает. Под действием разности давлений подвижный элемент 16 осевого регулирующего дросселя смещается вправо, устанавливая проходные сечения подвода и отвода рабочей среды, соответствующие скорости рабочей подачи.
В дальнейшем любое изменение момента сопротивления вращению шпинделя силовой головки будет приводить к соответствующему изменению подачи (увеличение момента сопротивления будет приводить к уменьшению подачи, а уменьшение момента сопротивления - к увеличению подачи), то есть будет происходить адаптация работы гидравлического цилиндра подачи к изменениям условий обработки материала на станке.
После завершения обработки детали рабочая среда подается в штоковую полость гидравлического цилиндра, а из поршневой полости отводится на слив. Силовая головка возвращается в исходное положение.
Источники информации, принятые во внимание:
1. Бектибай Б.Ж. Разработка универсальной адаптивной автоматической системы управления режимами работ гидравлических силовых головок станков. - Автореферат дисс. канд. техн. наук. - Республика Казахстан, Алматы, Казахский национальный технический университет им. Канына Сатпаева, 2001. - С. 6-7, рис. 1.
2. Тверской М.М. Стабилизация нагрузки на сверле в процессе глубокого сверления при многошпиндельной обработке. - В кн. Самоподнастраивающиеся станки / Под ред. Б.С. Балакшина. - М.: Машиностроение, 1970. - С. 259-262, рис. 1 и 2.
3. Патент РФ на полезную модель №199898, кл. B23Q 15/12, B23Q 5/06, 2020 (прототип).