АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ЦИЛИНДРОМ ПОДАЧИ СИЛОВОЙ АГРЕГАТНОЙ ГОЛОВКИ

Полезная модель относится к оборудованию машиностроительных производств и может быть использована для адаптивного управления гидравлическим цилиндром подачи силовой агрегатной головки станка для механической обработки.
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 вращающего момента, 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.
В качестве прототипа принята адаптивная система управления гидравлическим цилиндром подачи силовой агрегатной головки, содержащая упругую муфту, выполненную с возможностью установки на шпинделе упомянутой головки, подключенную к насосной станции панель управления, связанную с поршневой полостью упомянутого гидравлического цилиндра, и осевой регулирующий дроссель, связывающий панель управления с линией слива штоковой полости упомянутого гидравлического цилиндра. Упомянутая муфта выполнена в виде торцовой кулачковой муфты с возможностью преобразования вращающего момента упомянутого шпинделя в гидравлический сигнал, при этом ведущее звено муфты выполнено с возможностью соединения с валом электродвигателя вращения шпинделя, а ведомое звено муфты подпружинено, имеет возможность перемещения в осевом направлении и выполнено с фланцем, постоянно контактирующим с плунжером, размещенным в неподвижной втулке параллельно упомянутому шпинделю. Полость под торцом плунжера соединена гидравлической линией с полостью управления под торцом подвижного элемента осевого регулирующего дросселя, а указанные полости герметично закрыты эластичными уплотнениями, выполненными с возможностью обеспечения осевого перемещение плунжера и подвижного элемента дросселя [3].
Недостатком системы является наличие неметаллических эластичных уплотнений, герметично закрывающих гидравлическую линию и постоянно контактирующих с рабочей жидкостью, что приводит к изменениям свойств материалов уплотнений, отрицательно сказывающихся на точности настройки системы на заданный режим работы. Сухое трение плунжера и фланца муфты приводит к нагреву эластичного уплотнения и жидкости в гидравлической линии, что также нарушает точность предварительной настройки системы и сокращает срок службы уплотнений.
Изменение величины вращающего момента шпинделя головки преобразуется торцовой кулачковой муфтой в сигнал управления осевым дросселем с использованием большого числа промежуточных элементов гидравлической линии, что снижает точность настройки адаптивной системы управления подачей силовой агрегатной головки на заданный режим работы, усложняет ее конструкцию и ограничивает технические возможности.
Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является повышение и поддержание точности настройки адаптивной системы управления подачей силовой агрегатной головки станка для механической обработки на заданный режим работы, упрощение ее конструкции и расширение технических возможностей.
Решение указанной задачи достигается тем, что корпус осевого регулирующего дросселя выполнен с возможностью осевого перемещения и фиксации в заданном положении посредством регулировочного винта, расположенного в неподвижно установленной гайке, при этом упомянутый подвижный элемент дросселя установлен параллельно упомянутому шпинделю с возможностью постоянного контакта с упомянутым фланцем ведомого звена муфты.
Сравнение заявленной адаптивной системы управления гидравлическим цилиндром подачи силовой агрегатной головки станка для механической обработки с прототипом показывает, что имеет место наличие новых деталей и функциональных связей между ними.
Новые детали: корпус осевого регулирующего дросселя, выполненный с возможностью осевого перемещения и фиксации в заданном положении; регулировочный винт, расположенный в неподвижно установленной гайке; подвижный элемент дросселя, установленный параллельно шпинделю с возможностью постоянного контакта с фланцем ведомого звена муфты.
Новые функциональные связи: подвижный корпус позволяет настраивать проходное сечение дросселя при холостом ходе силовой агрегатной головки; регулировочный винт, расположенный в неподвижно установленной гайке и связанный с подвижным корпусом, образует винтовую передачу и обеспечивает точную настройку адаптивной системы управления на заданный режим работы; подвижный элемент дросселя, установленный параллельно шпинделю с возможностью постоянного контакта с фланцем ведомого звена муфты, обеспечивает жесткую механическую связь, что повышает точность передачи управляющего сигнала и упрощает конструкцию адаптивной системы управления за счет устранения промежуточных элементов.
Технические возможности системы управления расширены за счет возможности настройки силовых и скоростных параметров механической обработки материалов на станке в широких диапазонах. Сокращение числа элементов, по сравнению с прототипом, упрощает конструкцию системы.
Наличие новых элементов и функциональных связей позволяет повысить и поддержать точность настройки адаптивной системы управления гидравлического цилиндра подачи силовой агрегатной головки станка для механической обработки на заданный режим работы, упростить конструкцию системы и расширить ее технические возможности.
На фиг. 1 показана конструктивная схема адаптивной системы управления гидравлическим цилиндром подачи силовой агрегатной головки станка для механической обработки.
Адаптивная система управления гидравлическим цилиндром 1 подачи силовой агрегатной головки станка для механической обработки содержит упругую муфту, выполненную с возможностью установки на шпинделе 2 упомянутой головки, подключенную к насосной станции 3 панель 4 управления, которая связана с поршневой полостью упомянутого гидравлического цилиндра, и осевой регулирующий дроссель 5, имеющий корпус 6 с установленным в нем подпружиненным подвижным элементом 7 и связывающий панель управления с линией 8 слива штоковой полости упомянутого гидравлического цилиндра. При этом упругая муфта выполнена в виде торцовой кулачковой муфты с возможностью преобразования вращающего момента шпинделя в осевое перемещение ведомого звена 9 муфты, которое подпружинено и выполнено с фланцем 10, а ведущее звено 11 муфты выполнено с возможностью соединения с валом электродвигателя 12 вращения шпинделя.
Корпус осевого регулирующего дросселя выполнен с возможностью осевого перемещения и фиксации в заданном положении посредством регулировочного винта 13, расположенного в неподвижно установленной гайке 14. При этом подвижный элемент дросселя установлен параллельно шпинделю с возможностью постоянного контакта с фланцем ведомого звена муфты.
Адаптивная система управления гидравлическим цилиндром подачи силовой агрегатной головки станка для механической обработки работает следующим образом.
Цикл работы силовой головки настраивают установкой в заданное положение подвижных упоров и конечных выключателей (на фиг. 1 не показаны), управляющих работой направляющей гидравлической аппаратуры панели 4 (управление «по пути»). Частота вращения шпинделя головки с режущим инструментом не регулируется и определяется частотой вращения вала электродвигателя 12 и передаточным отношением пары зубчатых колес, включающей в себя ведущее звено 11 торцовой кулачковой муфты. Скорость холостого хода силовой головки определяется расходом жидкости, проходящим из цилиндра на слив через осевой регулирующий дроссель при подводе инструмента к заготовке и расходом жидкости, проходящим в цилиндр через осевой регулирующий дроссель при отводе инструмента. Расход жидкости настраивают изменением проходного сечения осевого дросселя путем установки и фиксации заданного положения подвижного корпуса 6 дросселя 5 регулировочным винтом 13. Давление рабочей жидкости в линии питания цилиндра от насосной станции ограничивают настройкой предохранительного клапана (на фиг. 1 не показан) в панели 4 управления.
Настройка вращающего момента на шпинделе силовой головки на холостом ходу заключается в регулировке деформации пружины ведомого звена 9 кулачковой муфты.
При работе головки жидкость от насосной станции через панель управления поступает в поршневую (левую) полость гидравлического цилиндра, а из штоковой (правой) полости через осевой регулирующий дроссель и панель управления отводится на слив в бак. Силовая головка вместе с корпусом цилиндра и вращающимся шпинделем перемещается справа налево.
При врезании инструмента в обрабатываемый материал момент сопротивления вращению шпинделя увеличивается, что приводит к смещению влево ведомого звена кулачковой муфты. Фланец ведомого звена смещает влево подвижный элемент осевого дросселя в его корпусе. Проходное сечение дросселя уменьшается, что приводит к уменьшению слива жидкости из цилиндра и уменьшению скорости холостого хода головки до величины рабочей подачи.
В дальнейшем любое изменение момента сопротивления вращению шпинделя головки будет приводить к соответствующему изменению (уменьшению или увеличению) величины подачи, то есть будет происходить адаптация работы гидравлического цилиндра подачи к изменениям условий обработки материала на станке.
После завершения работы жидкость от насосной станции через панель управления подается в штоковую (правую) полость гидроцилиндра, а из поршневой (левой) полости отводится на слив в бак. Силовая головка возвращается в исходное положение. Далее, обычно, цикл работы повторяется.
Повышение и поддержание точности настройки адаптивной системы управления гидравлическим цилиндром подачи силовой агрегатной головки станка для механической обработки на заданный режим работы, упрощение конструкции и расширение технических возможностей достигается за счет того, что корпус осевого регулирующего дросселя выполнен с возможностью осевого перемещения и фиксации в заданном положении посредством регулировочного винта, расположенного в неподвижно установленной гайке, при этом упомянутый подвижный элемент дросселя установлен параллельно упомянутому шпинделю с возможностью постоянного контакта с упомянутым фланцем ведомого звена муфты.
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 №198094, кл. B23Q 15/12, B23Q 5/06, 2019 (прототип).