СТАНОК ДЛЯ ХОНИНГОВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОТВЕРСТИЙ В ДЕТАЛЯХ ДВС, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ЦИЛИНДРОВ, С СИСТЕМОЙ АКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ДОЗИРОВАННОЙ ПОДАЧИ РЕЖУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Полезная модель относится к машиностроению, точнее к техническим средствам, предназначенным для финишной обработки цилиндрических отверстий повышенной точности методом хонингования.
Из уровня техники известны различные решения станков для хонингования цилиндрических отверстий в деталях ДВС, преимущественно цилиндров (Технический паспорт на станок мод. НР6А фирмы "ROTTLER" (стр.2.4-2.9), НР6А HONING MACHINE Operations and Maintenance Manual, May 30, 2005 Rev 4, или 2. Проспект фирмы "Rottler" (США) 1998 год, The Automatic HP5A Cylinder Honing Tehnology, или Проспект фирмы "Sunnen" (США) 2007 год, SUNNEN SV-10 vertical honing machine. Power Packed to Run Sunnen's Diamond Honing System). Общим для этих решений является наличие в станах для хонингования цилиндрических отверстий в деталях ДВС, преимущественно цилиндров, устройство дозированной подачи режущего элемента, совершающего возвратно-поступательное и вращательное движения, систему управления хонинговальным станком и блок измерения крутящего момента на приводе, связанных с устройством дозированной подачи режущего элемента с возможностью управления дозированной подачей в области чернового, получистового и чистового хонингования поверхности.
Принципиально известные станки для хонингования цилиндрических отверстий не сильно отличаются друг от друга, общим для них является и процесс управления, а именно в систему управления станком вводятся параметры крутящего момента в области чернового, получистового и чистового хонингования. В обрабатываемое отверстие вводится инструмент, технологические параметры которого соответствуют области хонингования, в частности: черновое хонингование - зернистость 200/160-125/100 мкм; получистовое хонингование - зернистость 100/80-63/40 мкм; чистовое хонингование - зернистость 40/28-28/14 мкм; тонкое хонингование - зернистость 14/10 мкм.
Включаются приводы вращения и возвратно-поступательного перемещений инструмента с режущим элементом. Одновременно с движением инструмента, включается устройство дозированной подачи режущего элемента, обеспечивающий выбранный параметр крутящего момента, соответствующий области чернового, получистового и чистового хонингования.
Обработка в данной области хонингования ведется до установленного размера. Как правило, наиболее распространенными припусками под обработку в областях хонингования принимаются:
- черновое хонингование -0.1÷0.15 мм;
- получистовое хонингование ÷ 0.05-0.07 мм;
- чистовое хонингование - 0.02÷0.03 мм;
Контроль за силами резания при этих режимах обработки осуществляется косвенно, через блок измерения крутящего момента на приводе вращения инструмента.
По результатам этих измерений система управления выдает команды на устройство дозированной подачи, в соответствии с которой осуществляется прижим режущих элементов к обрабатываемой цилиндрической поверхности до заданного крутящего момента.
Такие системы достаточно точно и надежно отслеживают и управляют процессами обработки в области чернового, получистового и чистового хонингования, однако, в области параметров тонкого хонингования припуск под обработку составляет ≤0.005 мм при малых усилиях резания, сказывается инерционность системы «инструмент - механизм дозированной подачи - редуктор - привод вращениям. Управление малыми отклонениями момента привода вращения (с 10% нагрузками привода вращения) не представляется технически возможным.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является расширение технических возможностей, обеспечивающих повышенное качество обработки цилиндрических поверхностей, а именно - Ra≤0.1 мкм., обусловленное применением в системах управления устройств, измеряющих усилия резания прямым способом через силоизмерительные датчики, вмонтированные непосредственно в корпус инструмента с возможностью контактирования непосредственно режущим элементом в дополнение к существующим системам управления по потребляемому току. Такое решение позволяет управлять процессом хонингования в области тонких операций, обеспечивающих повышенное качество обработки - Ra≤0.1 мкм. в автоматическом режиме, осуществляя сканирование параметров тангенциальной составляющей усилий резания для формирования управляющей команды дозированной подачи в области тонкого хонингования.
Для достижения технического результата при решении поставленной задачи станок для хонингования цилиндрических отверстий в деталях ДВС, преимущественно цилиндров, с системой активного управления дозированной подачей режущих элементов содержит устройство дозированной подачи режущего элемента, совершающего возвратно-поступательное и вращательное движения, систему активного управления дозированной подачей режущих элементов и блок измерения крутящего момента на приводе, связанных с устройством дозированной подачи режущего элемента с возможностью управления дозированной подачей в области чернового, получистового и чистового хонингования поверхности, при этом в корпусе режущего элемента тангенциально установлен, по меньшей мере, один силоизмерительный датчик с возможностью измерения тангенциальной составляющей усилий резания и управления дозированной подачей режущего элемента в области "тонкого" хонингования цилиндрической поверхности для получения чистоты поверхности Ra≤0.1 мкм.
Указанные признаки полезной модели являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, достаточных для достижения технического результата, а именно использование силоизмерительных датчиков, фиксирующих момент сил резания и расположение их в корпусе хонинговальной головке, что обеспечивает регистрацию момента сил резания не зависимо от диаметра обрабатываемого отверстия и условий обработки, в частности смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), зернистости бруска - режущего элемента, количество брусков и т.д.). Постоянный контроль и корректировка сил резания в процессе обработки обеспечивают получение высокой степени чистоты обрабатываемой поверхности, превышающей 0,1 мкм.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображен продольный разрез станка (двойная линия указывает на механическую связь.);
на фиг.2 - поперечный разрез инструмента;
на фиг.3 - блок-схема системы управления.
Полезная модель поясняется конкретным примером выполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью существенных признаков заданного технического результата.
Согласно полезной модели станок предназначен для полного цикла хонингования цилиндрических отверстий в деталях ДВС, преимущественно цилиндров. Станок для хонингования содержит устройство 1 (фиг.1, 2, 3) дозированной подачи режущего элемента, совершающего возвратно-поступательное и вращательное движения посредством соответствующих приводов 2 и 3. Систему 4 активного управления дозированной подачей режущего инструмента с возможностью управления дозированной подачей в области чернового, получистового и чистового хонингования поверхности, связанную с блоком 5 измерения крутящего момента на приводе и формирующую команды для устройства дозированной подачи режущего элемента в процессе выработки управляющих команд дозированной подачи режущего инструмента 6 соответственно в области чернового, получистового и чистового хонингования поверхности. Особенностью полезной модели является наличие в корпусе 7 режущего элемента 6 тангенциально установленных силоизмерительных датчиков 8 с возможностью измерения тангенциальной составляющей усилий резания и управления дозированной подачей режущего элемента 6 в области "тонкого" хонингования цилиндрической поверхности 9 для получения чистоты поверхности Ra≤0.1 мкм.
Инструмент для тонкого хонингования содержит корпус 7 с одним или несколькими продольными радиальными пазами 10 и центральным отверстием 11, одну или несколько прямоугольных колодок 12 с закрепленными на них режущими элементами 6 и цилиндрический толкатель 13 с коническими поверхностями 14. В одном из вариантов силоизмерительные датчики 8 состоят из толкателей 15 и упругих пластин 16, на боковых поверхностях которых размещены как минимум две пары сопротивлений. При этом сопротивления электрически соединены по мостовой схеме, а плечи моста электрически уравновешены, т.е. при подаче напряжения питания на одну диагональ моста напряжение на другой равно нулю. Один из радиальных продольных пазов 10 корпуса 7 инструмента выполнен увеличенным размером по ширине, что способствует обеспечению замера тангенциальных напряжений. Поверхности колодок 12 противоположных режущим элементам выполнены с одним или несколькими скосами. Колодки 12 установлены в пазах корпуса 7 с возможностью радиального перемещения. Каждая колодка 12, установленная в пазу увеличенного размера, имеет дополнительную возможность тангенциального перемещения и предназначена для измерения тангенциальной составляющей сил резанья. Цилиндрический толкатель 13 установлен в центральном отверстии корпуса 7 с возможностью осевого перемещения и взаимодействия своими коническими поверхностями со скосами колодок 12.
В боковой поверхности продольного увеличенного по ширине паза корпуса 7 выполнены одно или несколько сквозных тангенциальных отверстий. В отверстиях с возможностью осевого перемещения размещены толкатели 16 силоизмерительного датчика 8, при этом один из торцов толкателя 16 взаимодействует с боковой поверхностью соответствующей колодки 12. Упругие пластины 15 силоизмерительных датчиков 8 закреплены на корпусе 7, при этом деформируемый конец упругой пластины 15 взаимодействует со свободным торцом толкателя 16 датчика 8. Корпус 7 механически связан с приводами 2 и 3 соответственно возвратно-поступательного и вращательного движения, а цилиндрический толкатель с приводом 1 устройства дозированной подачи.
Работа силоизмерительных датчиков 8 основана на зависимости сопротивления проводников от их геометрических размеров. При обработке отверстия инструмент совершает возвратно-поступательное и вращательное движения, при этом направление вращения выбирается таким образом, чтобы реакция от тангенциальной составляющей сил резанья на "измерительную" колодку вызывала через толкатели изгиб упругой пластины датчика. Привод дозированной подачи перемещает цилиндрический толкатель инструмента, который, перемещаясь, вызывает радиальное перемещение колодок 12 с режущими элементами 6. Режущие элементы 6, взаимодействуя с отрабатываемой поверхностью 9, вызывают тангенциальное микро перемещение "измерительной" колодки 12 и изгиб пластины 15 датчика 8. При изгибе пластины 15 пропорционально изменяются геометрические размеры сопротивлений. Пропорционально изменению длин и сечений меняется сопротивление проводников, баланс моста сопротивлений нарушается, на измерительной диагонали появляется напряжение (сигнал) пропорциональный изгибу упругой пластины или тангенциальной составляющей сил резанья. Далее сигнал через блок 17 преобразования поступает в систему управления станка, которая через механизм дозированной подачи обеспечивает соответствующее силовое взаимодействие режущих элементов и обрабатываемой поверхности. По существу это система активного управления дозированной подачей режущих элементов.
Подробнее это происходит следующим образом. Аналоговый сигнал, снимаемый с силоизмерительного датчика 8 (фиг.3) обрабатывается в блоке 17, где он усиливается посредством усилителя сигнала и посредством преобразователя преобразуется в цифровой сигнал. Усилитель и преобразователь сигнала целесообразно разместить на инструменте и вращаются вместе с ним. Далее преобразованный цифровой сигнал поступает в передатчик и затем в приемник, который расположен на станке вблизи передатчика, установленного на подвижном инструменте с целью уменьшения помех, искажающих сигнал. Приемник, получив цифровой сигнал, соответствующий силе резания, передает его на соответствующий блок контроллера системы 4 управления станком, где в соответствии с алгоритмом работы станка, вырабатывается сигнал на изменение положение режущих элементов 6, выдвигая или втягивая их в пазах относительно обрабатываемой цилиндрической поверхности 9.
Полезная модель соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость", поскольку се реализация возможна при использовании существующих средств производства с применением известных технологий.
Применение полезной модели позволило обеспечить высокое качество чистоты обрабатываемой поверхности при минимальных затратах, поскольку используют в системе управления известные комплектующие элемент. Такое решение позволяет управлять процессом хонингования в области тонких операций, обеспечивающих повышенное качество обработки - Ra≤0,1 мкм в автоматическом режиме, осуществляя сканирование параметров тангенциальной составляющей усилий резания для формирования управляющей команды дозированной подачи в области тонкого хонингования.