АДАПТИВНЫЙ МЕХАТРОННЫЙ МОДУЛЬ

Адаптивный мехатронный модуль относится к машиностроению и приборостроению, в частности, к мехатронным модулям линейного перемещения, и может быть использована в первую очередь для модернизации существующего парка морально устаревших обрабатывающих станков, не выработавших свой ресурс, для автоматизации механической обработки деталей.
Известно устройство для механической обработки изделий сложной пространственной формы (RU 2353502), состоящее из основания, на котором размещены узел для установки обрабатывающего инструмента с приводом вращения инструмента и узел для установки обрабатываемого изделия в виде многозвенного манипулятора. Предусмотрены два мехатронных модуля вращательно-поступательных перемещений: модуль перемещения обрабатываемого изделия и модуль перемещения привода вращения режущего инструмента.
Недостатком данного устройства является неприменимость для модернизации существующих станков, неприменимость для обработки деталей малых размеров.
Известен способ копировальной обработки, копировальный токарно-фрезерный станок "КТФ-1 МЕК" (RU 2368484) для обработки двух деталей, установленных на параллельных осях, дисковым режущим инструментом с осью вращения, установленным с возможностью качания и осевого перемещения относительно деталей. При этом используют копировальный диск или копир, связанный через двуплечий рычаг и взаимодействующий с ним регулируемый щуп с дисковым режущим инструментом.
Недостатком данного способа является сложность конструкции, неприменимость при изготовлении больших партий одинаковых деталей, снижение точности изготовления в процессе обработки.
Известен мехатронный модуль линейного перемещения (RU 2351817 С1) содержащий привод, контроллер (блок управления), управляющий движением двигателя, и взаимодействующую с приводом передачу, включающую ходовую и опорные гайки и резьбовой ролик, жестко соединенный с ферромагнитными катящимися роторами, причем опорные участки ролика имеют резьбовые сопряжения с опорными гайками, у которых углы подъема резьбы одинаковы по величине и противоположны по знаку.
Недостатками данного устройства являются сложность конструкции гаек, ограничение по длине винта из-за накапливаемой погрешности, ограничение по скорости вращения винта из-за вибрации, необходимость периодической смазки.
Задача полезной модели - модернизация существующих обрабатывающих станков, превращение их в высокопроизводительные автоматизированные обрабатывающие центры, превосходящие по своим параметрам станки с числовым программным управлением - выполняется посредством расширения диапазона регулировок мехатронного модуля и повышения точности линейного позиционирования модуля, чему способствуют применяемые в заявляемой конструкции конструктивные изменения.
Предложенная полезная модель объединяет конструкционные характеристики, которые способствуют увеличению адаптивных способностей мехатронного модуля применительно к конструкциям существующих материалообрабатывающих станков, что позволяет значительно расширить сферу применения заявляемого мехатронного модуля, унифицировать его конструкцию с одновременным повышением универсальности, что даст возможность использовать одинаковое исполнение предлагаемого адаптивного мехатронного модуля в различных типах существующих обрабатывающих станков, требующих существенной модернизации, значительно морально устаревших в настоящее время, но вполне работоспособных.
Сущность заявляемой полезной модели сводится как к упрощению конструкции мехатронного модуля, так и к расширению пределов изменяемых параметров модуля в зависимости от предъявления к обрабатываемым деталям различных технических и технологических требований, а также к повышению точности перемещения исполнительных элементов модуля при использовании совокупности всех заявляемых признаков.
Для осуществления поставленной задачи мехатронный модуль линейного перемещения, включающий линейный привод, передачу, взаимодействующую с упомянутым приводом, и контроллер, формирующий в соответствии с выбранной программой управляющие сигналы, подаваемые на линейный привод, снабжен в качестве передачи двуплечим рычагом, а в качестве линейного привода использован по меньшей мере один линейный электромагнитный двигатель. Причем оба плеча двуплечего рычага могут быть выполнены с возможностью увеличения или уменьшения длины каждого плеча, например, телескопическими, а привод осуществляет линейное возвратно-поступательное воздействие на одно плечо двуплечего рычага, причем привод может быть установлен с возможностью перемещения в трех пересекающихся плоскостях, одна из которых проходит перпендикулярно оси качания двуплечего рычага. Для дополнительного повышения точности позиционирования адаптивного мехатронного модуля, последовательно с линейным приводом может быть установлен блок многослойных керамических актюаторов.
Выполнение одного конца двуплечего рычага изменяющейся длины, например, телескопическим, позволит расширить диапазон прилагаемых механических воздействий на обрабатываемую деталь путем изменения усилия, прилагаемого к обрабатывающему инструменту, что бывает необходимо при смене номенклатуры типоразмеров обрабатываемых деталей. Также подобная конструкция позволяет повысить универсальность адаптивного мехатронного модуля и осуществлять его адаптацию непосредственно на модернизируемом станке, применительно к его конструкции, и в зависимости от вида выпускаемой продукции, а также с учетом места установки станка и условий его эксплуатации.
Той же цели - расширению возможностей модуля и повышению его универсальности - служит выполнение обоих плеч двуплечего рычага изменяющейся длины, например, телескопическими, поскольку такая конструкция расширяет возможности адаптации мехатронного модуля на станках любых видов и типоразмеров, а при необходимости позволяет осуществить демонтаж, переналадку адаптивного мехатронного модуля, и его монтаж на другом станке без существенных изменений.
Установка нескольких линейных приводов на одном и том же плече двуплечего рычага позволяет дополнительно увеличить адаптивные возможности заявляемого устройства путем расширения диапазона прилагаемых механических воздействий - например, при необходимости возможно включение второго и последующих приводов для увеличения усилия, передаваемого на обрабатываемую деталь - например, при изменении материала заготовки и смене вида обрабатывающего инструмента.
Наличие нескольких двуплечих рычагов в составе АММ позволит легко переналаживать адаптивный мехатронный модуль при смене номенклатуры обрабатываемых деталей, при адаптации модуля в начале эксплуатации или же при его переустановке (при появлении подобной необходимости) на другой станок. При этом каждый двуплечий рычаг может взаимодействовать с разными инструментодержателями, т.е. осуществлять обработку одной детали разными инструментами без их замены, в т.ч. и одновременно.
Конструкция из нескольких линейных приводов, каждый из которых взаимодействует со своим отдельным двуплечим рычагом, пригодно для использования в составе больших обрабатывающих центров, с несколькими инструментодержателями, обрабатывающих деталь одновременно или последовательно, за один установ (без переустановки детали). Данная конструкция позволит обходиться без переналадки, перенастраивания адаптивного мехатронного модуля.
Установка линейного привода с возможностью его перемещения как минимум в двух пересекающихся плоскостях позволит избежать переустановки, перемонтажа линейного привода с одного двуплечего рычага на другой (в случае конструкции с несколькими двуплечими рычагами) - достаточно будет просто передвинуть линейный привод на другое место, до введения во взаимодействие с другим двуплечим рычагом.
Использование второго (и последующих), дополнительного линейного привода, для перемещения первого, основного, позволит расширить адаптивные возможности АММ при смене номенклатуры обрабатываемых деталей, полностью автоматизировать процесс материалообработки на модернизируемых станках, исключить тяжелые ручные работы при переналадке материалообрабатывающего оборудования.
Увеличение степеней свободы перемещения линейного привода путем его установки с возможностью перемещения в трех пересекающихся плоскостях - многократно увеличит адаптивные возможности мехатронного модуля и позволит использовать его с материалообрабатывающими станками различных классов и видов, отличающихся типоразмерами.
Снабжение мехатронного модуля блоком многослойных пьезокерамических осевых актюаторов, установленных последовательно с приводом, увеличивает линейную точность позиционирования модуля, а соответственно - и точность изготовления деталей, что расширяет адаптивные возможности и область применения адаптивного мехатронного модуля, в том числе и в составе высокоточных станков.
Известно, что изготовление готовых деталей из заготовок осуществляется в соответствии с режимной (технологической) картой, в которой указывается способ обработки, скорости перемещения заготовки и обрабатывающего инструмента, вид инструмента и т.п. Известно также, что любую деталь сложной формы можно представить в виде набора более простых поверхностей, в т.ч. и тел вращения. Особенно это характерно для деталей, подвергаемых токарной обработке. Применяемый в заявляемом устройстве контроллер управляет обрабатывающим инструментом посредством подачи управляющих сигналов по крайней мере на один линейный привод, воздействующий на передачу в виде двуплечего рычага. Последовательность управляющих сигналов выбирается изначально (до начала обработки) в зависимости от предъявляемых к детали технологических требований (т.е. типоразмеров детали, номенклатуры, материала и т.п. - находится за рамками заявляемого устройства) и может быть закодирована и сохранена любым известным способом, применяющимся в настоящее время - например, при помощи цифровой магнитной записи. Универсализм же заявляемого устройства определяется тем, что подаваемые контроллером управляющие сигналы на хотя бы один линейный привод позволяют обеспечить выполнение широкого спектра воздействия на данный привод, тем самым обеспечивая осуществление обработки любого профиля необходимой детали, вне зависимости от его сложности.
На чертеже показан предлагаемый адаптивный мехатронный модуль.
Адаптивный мехатронный модуль состоит из линейного привода (1), блока управления (на рисунке не показан) и двуплечего рычага (2), одним концом взаимодействующего с линейным приводом (1), а вторым осуществляющего воздействие, например, на суппорт - держатель инструмента (3).
Адаптивный мехатронный модуль работает следующим образом: линейный привод (1), получая управляющие сигналы от контроллера (на рисунке не показан) формируемые в соответствии с выбранной программой, приходит в движение и передает механическое воздействие через двуплечий рычаг (2) на суппорт - инструментодержатель (3), и далее на заготовку.
При необходимости перемещения линейного привода параллельно обрабатываемой заготовке, мехатронный модуль может быть снабжен дополнительным приводом, перемещающим первый привод. Согласованная работа приводов обеспечивается, в соответствии с заданной программой, сигналами контроллера, подаваемыми на содержащиеся в АММ приводы, совместная работа которых позволяет производить обработку любых деталей самой сложной конфигурации в зависимости от имеющихся технологических требований.
Для расширения возможностей устройства - при необходимости изменения прилагаемого усилия или повышения требований к точности линейного позиционирования мехатронного модуля, - возможно осуществление перемещения линейного привода (1) в плоскости двуплечего рычага (2), перпендикулярно оси его качания, в том числе и при помощи дополнительного линейного привода. В случае, если подобного перемещения окажется недостаточным для исполнения выбранной программы обработки требуемой детали, возможно изменение регулировок модуля путем изменения длины плеча двуплечего рычага (2).
Универсальность предлагаемого устройства заключается в том, что его можно, при необходимости, демонтировать с одного станка, осуществить несложную переналадку и смонтировать на другом станке. При этом присоединительные геометрические размеры для взаимодействия АММ с инструментодержателем легко изменяются путем изменения длины одного или обоих плеч двуплечего рычага (3), а передаваемое усилие может изменяться, в зависимости от технологических требований и обрабатываемых деталей, перемещением линейного привода (1) вдоль двуплечего рычага (3).
Ключевые слова: адаптивный мехатронный модуль, двуплечий рычаг, линейный привод, модернизация станков.