Мобильный расточно-наплавочный станок
MOBILE BORING AND SURFACING MACHINE

Изобретение относится к специализированным расточным станкам для восстановления или ремонта изделий путем наплавки металла на внутреннюю поверхность их отверстий с дальнейшей расточкой. Станок предназначен для восстановления цилиндрических отверстий и посадок под валы и подшипники, а также выравнивания соосности цилиндров непосредственно на подлежащем ремонту узле, без необходимости полной разборки агрегата и транспортировки его в ремонтную зону для последующей обработки на стационарных станках.
Из уровня техники известна машина для расточки и наплавки (US 6073322 A, МПК B23K 9/04, B23K 9/28, В23Р 6/00, опубл. 13.06.2000). Машина представляет собой универсальный переносной автоматический сверлильно-наплавочный станок для выполнения сверления и сварки внутри и снаружи глухих и сквозных отверстий, содержащий патрубок; три полых вала, расположенных в упомянутом патрубке и расположенных соосно. При этом первый внутренний полый вал расположен внутри второго промежуточного полого вала, а третий вал является внешним, по отношению ко второму промежуточному; валы разделены друг от друга парами роликовых подшипников. Станок дополнительно содержит полый держатель для инструмента со средством для его удерживания, головки для инструмента и сварочной горелки, введенной через первый внутренний полый вал. Рабочие органы станка приводятся в действие тремя двигателями.
Недостатком известного технического решения является то, станок обладает низкой технологичностью, связанной с необходимостью использовать сразу три двигателя для приведения в движение его рабочих органов, при этом двигатель привода вращения не может работать на малых оборотах. Кроме того конструкция приводов требует сложной кинематики узлов привода борштанги - двухскоростного редуктора со сложной системой управления.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению и выбранным в качестве прототипа признан мобильный расточно-наплавочный комплекс (RU 2421303 C2, МПК В23В 39/14, B23K 37/00, опубл. 20.06.2011]. Комплекс содержит привод рабочего инструмента в виде борштанги или диэлектрического вала с наплавочной головкой, шасси, установленные на нем приводы механизма вращения и механизма продольной подачи борштанги с соответствующими двигателями, и закрепляемые на обрабатываемой детали, по меньшей мере, два суппорта, из которых один несущий суппорт выполнен с возможностью установки на него шасси, при этом суппорт дополнительно снабжен быстроразъемным конусным соединением шасси с несущим суппортом, имеющим цанговый зажим, установленный во вращающейся втулке суппорта.
Недостатком известного технического решения является его низкая технологичность, связанная со сложностью конструкции мобильного комплекса. Кроме того, в конструкции комплекса не предусмотрены средства числового программного управления, позволяющие управлять комплексом в полуавтоматическом и автоматическом режимах.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение технологичности станка, эффективности его использования и точности обработки с его помощью отверстий при одновременном сохранении мобильности, надежности и низкой стоимости.
Указанная задача решается за счет того, что мобильный расточно-наплавочный станок содержит корпус с ручками, в котором смонтированы привод продольной подачи и привод вращения. Приводы продольной подачи и вращения выполнены в виде червячных редукторов и состоят из полых ведущих валов, установленных в корпусе на подшипниках, с закрепленными на них червячными колесами, связанными зубчатыми передачами с червячными валами, установленными в корпусе на подшипниках и соединенными с валами роторов двигателей вращательного движения. При этом на ведущем валу привода продольной подачи с помощью цангового зажима закреплен ходовой винт, а ведущий вал привода вращения снабжен съемной шпонкой, выполненной с возможностью ее совмещения с продольным шлицевым пазом борштанги, устанавливаемой внутрь ведущего вала привода вращения, для обеспечения передачи борштанге крутящего момента. На ходовой винт станка навинчена гайка, соединенная с кареткой продольной подачи, при этом в каретке выполнено отверстие, соосное ведущему валу привода вращения, в котором на подшипниках установлены вращающиеся цанговые зажимы, с возможностью крепления в них борштанги. К двигателям вращательного движения подключены первый и второй силовые выходы блока управления, выполненного на основе микроконтроллера, а на корпусе станка со стороны ходового винта установлен концевой контактный датчик, подключенный к первому измерительному входу блока управления, для предотвращения ударения каретки продольной подачи о корпус станка.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью признаков станка, является повышение эффективности ремонта отверстий в деталях и узлах крупногабаритных машин и механизмов, таких как экскаваторы, краны, дорожно-строительная техника, а также металлопрокатывающее, горно-шахтное, горнообогатительное и другое оборудование, предполагающее стационарное использование, что достигается применением в конструкции станка привода продольной подачи и привода вращения, с возможностью установки в последний вращающейся борштанги, подвижной в осевом направлении.
Конструкция мобильного расточно-наплавочного станка поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведен его общий разнесенный вид в изометрической проекции; на фиг. 2 приведен внешний вид ведущего вала привода продольной подачи; на фиг. 3 приведен внешний вид ведущего вала привода вращения; на фиг 4. приведен внешний вид червяного вала; на фиг. 5 приведена структурная схема блока управления станком.
Мобильный расточно-наплавочный станок устроен следующим образом.
Станок выполнен с возможностью его установки на ремонтируемый агрегат и съема с него и состоит из корпуса 1 с ручками 2, в котором смонтированы привод продольной подачи и привод вращения. Приводы продольной подачи и вращения выполнены в виде червячных редукторов и состоят из полых ведущих валов 3 и 4, установленных в корпусе 1 на подшипниках 5, с закрепленными на них червячными колесами 6, связанными зубчатыми передачами с червячными валами 7, установленными в корпусе 1 на подшипниках 8 и соединенными с валами роторов двигателей вращательного движения 9 и 10 с помощью муфт 11. При этом на ведущем валу 3 привода продольной подачи с помощью цангового зажима 12 закреплен ходовой винт 13, а ведущий вал 4 привода вращения снабжен съемной шпонкой 14, выполненной с возможностью ее совмещения с продольным шлицевым пазом 15 борштанги 16, устанавливаемой внутрь ведущего вала 4 привода вращения, для обеспечения передачи борштанге 16 крутящего момента. На ходовой винт 13 станка навинчена гайка 17, соединенная с кареткой 18 продольной подачи, при этом в каретке 18 выполнено отверстие 19, соосное ведущему валу 4 привода вращения, в котором на подшипниках 20 установлены вращающиеся цанговые зажимы 21, с возможностью крепления в них борштанги 16. Дополнительно на корпусе станка со стороны противоположной ходовому винту 13 соосно с валом 4 привода вращения закреплен монтажный хомут 22 для быстрого монтажа станка на базовую поверхность узла ремонтируемого агрегата. Борштанга 16 выполнена с возможностью монтажа на нее резцедержателя с резцом (на фигурах условно не показаны). Борштанга 16 может быть также выполнена в виде трубы для закрепления в ней наплавочной штанги.
К двигателям вращательного движения 9 и 10 подключены первый и второй силовые выходы 23 и 24 блока управления, выполненного на основе микроконтроллера 25, при этом к входам упомянутых двигателей дополнительно подключены входы блока автоматических выключателей. На корпусе станка со стороны ходового винта 13 установлен концевой контактный датчик 26, подключенный к первому измерительному входу 27 блока управления, для предотвращения удара каретки 18 продольной подачи о корпус станка. Второй измерительный вход 28 блока управления оставлен в качестве резерва. Блок управления снабжен пультом оператора, содержащим клавиши «Старт» и «Стоп», а также светодиодные индикаторы текущих режимов работы устройства.
1
1
В качестве двигателя вращательного движения 9 привода продольной подачи может быть использован шаговый двигатель, а в качестве двигателя вращательного движения 10 привода вращения может быть использован сервопривод постоянного тока с двигателем мощностью 1,5 кВт, снабженным планетарным редуктором (например, сервопривод модели ADTECH QS7 ( Сервопривод ADTECH QS7 // AliExpress.ru URL: https://h5.aliexpress.ru/item/4000994043979.html (дата обращения: 10.11.2020).).
Микроконтроллер 25 блока управления содержит микропроцессорное ядро 29, соединенное с помощью системной шины с FLASH-памятью программ 30, SRAM-памятью данных 31, многоканальным аналого-цифровым преобразователем ADC 32, универсальным асинхронным приемопередатчиком UART 33, интерфейсом ввода/вывода общего назначения, сгруппированного, по крайней мере, в два универсальных двунаправленных GPI/O-порта ввода-вывода 34 и 35, и модулем подключения SD-карты 36.
К первой (P0[12]/AD06) и второй (Р0[13]/AD07) линиям аналого-цифрового преобразователя ADC 32 подключены измерительные входы 27 и 28, к универсальному асинхронному приемопередатчику UART 33 подключен Bluetooth-модуль 37, первые четыре линии (Р0[0]÷Р0[3]) первого GPI/O-порта ввода-вывода 34 подключены к первому силовому выходу 23, его вторые четыре линии (Р0[4]÷Р0[7]) подключены ко второму силовому выходу 24, ко второму GPI/O-порту ввода-вывода 35 подключен пульт оператора и блок автоматических выключателей, а к модулю подключения SD-карты 36 может быть подключено устройство для чтения карт памяти (card reader), в которое установлена и электрически соединена с модулем SD-карта 38.
2
2
Измерительные входы 27 и 28 могут быть выполнены на основе операционных усилителей, первый силовой выход 23, подключенный к двигателю вращательного движения 9 привода продольной подачи, может представлять собой драйвер шагового двигателя модели М880А ( Драйвер шагового двигателя М880А // CompaactTool.ru URL: https://compacttool.ru/ viewtovar.php?id=1826 (дата обращения: 10.11.2020).), а второй силовой выход 24, подключенный к двигателю вращательного движения 10 привода вращения, может быть выполнен на основе тиристорных ключей. В качестве микроконтроллера может быть применена микросхема LPC2478, основанная на микропроцессорном ядре ARM7TDMI-S, работающем на частоте 180 МГц, а в качестве Bluetooth-модуля может быть использована сборка НС-05.
Мобильный расточно-наплавочный станок работает следующим образом.
Первоначально станок доставляют к месту ремонта, где с помощью хомута 22 его закрепляют на базовую поверхность узла ремонтируемого агрегата, подключают к нему источник питания, блок управления и пульт оператора. Внутрь полого вала привода вращения 4 с закрепленной винтами шпонкой 14 устанавливают борштангу 16, предварительно совместив с продольным шлицевым пазом 15 борштанги. Ходовой винт 13 закрепляют в цанговом зажиме 12, далее каретку 18 с установленной в ней гайкой 17 устанавливают на борштангу 16 и навинчивают на ходовой винт 13. Затем борштангу закрепляют во вращающихся цанговых зажимах 21, на борштангу 16 устанавливают резцедержатель с резцом в случае проведения расточных операций или в полую борштангу подают и закрепляют наплавочную штангу в случае выполнения наплавочных операций, после чего станок готов к работе.
Как при выполнении расточных, так и при выполнении наплавочных операций микроконтроллер 25 блока управления на основе управляющей программы, хранящейся во FLASH-памяти программ 30, с использованием SRAM-памяти данных 31 управляет двигателем 9 привода продольной подачи 3 и двигателем 10 привода вращения с помощью линий Р0[0]÷Р0[7] первого GPI/O-порта 24. При этом для управления скоростью вращения вала сервопривода постоянного тока могут использоваться широтно-импульсно модулированные сигналы, а для управления шаговым двигателем может применяться алгоритм бегущей единицы.
Во все время работы привода продольной подачи микроконтроллер 25 контролирует состояние концевого датчика 26, итерационно опрашивая первую линию P0[12]/AD06 аналого-цифрового преобразователя ADC 32, с целью предотвращения возможного аварийного контакта каретки 18 с корпусом 1 станка. В случае фиксации блоком управления аварийной ситуации он автоматически блокирует приводы станка с помощью блока аварийных выключателей.
Для управления работой станка может использоваться как пульт оператора, так и дополнительный выносной пульт, представляющий собой планшетный компьютер, связанный с блоком управления при помощи беспроводного радио-интерфейса интерфейса Bluetooth. Связь с выносным пультом обеспечивается с помощью универсального асинхронного приемопередатчика UART 33 и Bluetooth-модуля 37. Все типовые настройки и режимы работы комплекса, такие как скорость вращения борштанги 16, а также скорость продольного перемещения каретки 18 настраиваются и регулируются с помощью упомянутых пультов и могут быть сохранены при необходимости на SD-карте 38 для их дальнейшего использования.
Таким образом, рассмотренный в настоящей заявке расточно-наплавочный станок, получивший обозначение «Пионер-4», является универсальным мобильным средством для выполнения как расточных, так и наплавочных операций и может эффективно применяться при ремонте и восстановлении отверстий по месту нахождения техники, включая расточку изношенного отверстия для устранения эллипсности, восстановление изношенного отверстия путем наплавки, расточку отверстия под нужный диаметр.