МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЙ СТАНОК С АВТОМАТИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к обработке труднообрабатываемых деталей на фрезерных станках.
Известно устройство для повышения точности работы привода подач металлорежущего станка [патент RU 2307964, МПК F16F 15/03, B23Q 15/12, опубликовано 10.10.2007 (аналог)], содержащее электромагнитную катушку, неподвижно закрепленную на основании, стержень, охватываемый электромагнитной катушкой, прикрепленный к подвижной части станка при помощи пьезоэлементов, которые обеспечивают возможность его микроперемещений в направлении подачи, датчик тяговой силы и датчик вибрации, установленные на подвижной части станка. Колебания гасятся за счет колебаний стержня в режиме антирезонанса, точность повышается за счет поддержания постоянства тяговой силы.
Наиболее близким техническим решением к заявленной полезной модели является металлорежущий станок с автоматическим управлением [патент RU 2399475, МПК B23Q 15/12, F16F 15/03, опубликовано 20.09.2010 (прототип)], содержащий подвижную и неподвижную части, линейный электродвигатель, выполненный в виде расположенных на неподвижной и подвижной частях станка движущих и тормозящих электромагнитных секций, устройство для гашения вибрации и стабилизации подачи, включающее нагрузочное устройство, виброгаситель и датчик вибрации. Нагрузочное устройство выполнено в виде регулируемого линейного электродвигателя, который содержит расположенные на неподвижной и подвижной частях станка движущие и тормозящие электромагнитные секции, выполненные с возможностью пропускания тока торможения в зависимости от разницы предварительно установленного максимального значения силы тока и текущего значения силы тока в линейном электродвигателе.
Недостатком указанных устройств является то, что при обработке деталей из труднообрабатываемых материалов, например, жаропрочных или титановых сплавов, возникают силы резания, значительно превышающие силы при обработке сталей обычного качества, приводящие к возникновению повышенных вибраций в шпиндельном узле станка, что в свою очередь способствует ускоренному износу направляющих продольного стола и шарико-винтовой пары станка, а также не позволяет использовать станок для выполнения других легких операций, требующих более точной обработки, по сравнению с черновой.
Техническим результатом изобретения является снижение износа направляющих продольного стола и винтовой пары привода стола, а также повышение точности обработки путем значительного снижения вибраций в технологической системе.
Указанный технический результат достигается тем, что металлорежущий станок с автоматическим управлением, содержащий продольный стол и поперечный стол станка, устройство для гашения вибрации технологической системы, предназначенное для стабилизации подачи заготовки, включающее нагрузочное устройство, виброгаситель и датчик вибрации, согласно заявленной полезной модели нагрузочное устройство выполнено в виде электромагнита, жестко закрепленного на поперечном столе станка и управляемого системой автоматического управления, с возможностью выполнения цикла «фиксация-расфиксация» при подаче сигнала, задаваемого системой автоматического управления. В качестве виброгасителя использована фреза, закрепленная на шпинделе станка с некоторым эксцентриситетом е. Величина дискретной рабочей подачи S, осуществляемая системой автоматического управления станка согласована с вращением фрезы n и зависит от величины эксцентриситета фрезы е, при этом имитируется процесс обработки круговой протяжкой с увеличивающимся припуском снятия материала.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 - вид спереди, фиг.2 - вид сверху схематично изображен металлорежущий станок с автоматическим управлением. На фиг.3 представлены типовые осциллограммы колебаний шпиндельной головки станка при разных нагрузках и режимах с электромагнитом и без него.
Предложенный металлорежущий станок с автоматическим управлением включает: электродвигатель 1, соединений с шарико-винтовой парой 2, заготовку 3, закрепленную на продольном столе 4, фрезу (виброгаситель) 5, устанавливаемую в шпинделе станка 6, электромагнит 7 (нагрузочное устройство) и датчик вибраций 8, жестко связанные с поперечным столом 9.
Устройство работает следующим образом. Фрезе 5, закрепленной на шпинделе станка 6 с эксцентриситетом е, системой автоматического управления станка сообщается вращательное движение, а заготовке 3, закрепленной на продольном столе станка 4 сообщается дискретная рабочая подача S, величина которой зависит от величины эксцентриситета е. При повороте эксцентрично закрепленной фрезы на угол w, при котором зубья фрезы входят в зону резания, продольный стол 4 жестко связывается с поперечным столом 9 станка, с помощью формирования управляющего воздействия на электромагнит, что в значительной степени снижает нежелательные колебания системы «станок-приспособление-инструмент-деталь». При выходе режущих кромок зубьев фрезы из зоны резания, управляющее воздействие снимается, продольный стол 4 освобождается от жесткой связи с поперечным столом 9 и цикл повторяется.
Запись колебаний шпиндельной головки осуществлялась при различных параметрах настройки:
- частотах вращения шпинделя 10, 20, 30, 50,100 об/мин.;
- усилии нагружения 10, 20, 40 к Н.
При последовательном статическом нагружении, с заданным усилием в четырех направлениях, вдоль осей ОХ и OY индикатором часового типа 1МИГП производился замер перемещений в направлении действия силы с точностью до 1 мкм, с одновременной записью показаний датчиков перемещений на регистрирующей аппаратуре. Тарирование датчиков позволило определить масштаб записей и вычислить амплитуды вынужденных колебаний шпиндельной головки 2А.
Применение данного устройства позволяет уменьшить вибрации на 20-30%, снизить уровень динамических нагрузок, действующих на детали станка, поддерживать постоянную тяговую силу при поступательном перемещении заготовки, повысить стойкость инструмента и, следовательно, точность и надежность станка в целом.