ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА НА ШПИНДЕЛЕ СИЛОВОЙ ГОЛОВКИ АГРЕГАТНОГО МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА ДЛЯ СИСТЕМЫ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ЦИЛИНДРОМ ПОДАЧИ СИЛОВОЙ ГОЛОВКИ

Полезная модель относится к оборудованию машиностроительных производств и может быть использована в системах адаптивного управления гидравлическими цилиндрами подачи силовых головок агрегатных металлорежущих станков.
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 головки агрегатного станка, содержащая упругую муфту с ведущим и ведомым звеньями, выполненную с возможностью установки на шпинделе упомянутой головки, осевой регулирующий дроссель и измерительный преобразователь вращающего момента в гидравлический сигнал управления скоростью подачи упомянутого гидравлического цилиндра, выполненный с возможностью соединения с вращающейся частью электродвигателя привода вращения шпинделя упомянутой головки и связанный посредством управляющих линий с управляющими полостями, расположенными под торцами подвижного элемента упомянутого осевого регулирующего дросселя, управляемые полости которого имеют возможность соединения с соответствующими полостями упомянутого гидравлического цилиндра и посредством линий подвода и отвода через панель управления с насосной станцией, при этом упомянутый измерительный преобразователь включает в себя два сопла с измерительными камерами и два постоянных дросселя, соединенных по мостовой схеме, в которой постоянные дроссели с одной стороны последовательно соединены с входами упомянутых камер соответствующих сопел, а с другой стороны соединены между собой и с линией подвода рабочей среды от панели управления, причем выходы упомянутых сопел гидравлически связаны между собой с возможностью взаимодействия истекающей из них рабочей среды с заслонкой, образующей с соплами переменные дроссели, соединенные своими выходами с линией отвода рабочей среды, а упомянутые управляющие линии, подключенные к управляющим полостям осевого регулирующего дросселя, соединены через неподвижный коллектор с измерительными камерами сопел, при этом упомянутые соединения линий подвода и отвода к мостовой схеме, и упомянутые соединения управляющих линий с измерительными камерами сопел образуют соответствующие диагонали мостовой схемы.
Упомянутое ведущее звено упругой муфты выполнено в виде корпуса с фигурным крестообразным вырезом, образующим два выступа-заслонки, и с двумя соосными тангенциальными отверстиями, в которых установлены упругие элементы, посредством которых ведущее звено связано с ведомым звеном муфты, выполненным с фигурной крестообразной головкой с выступами, расположенной в упомянутом вырезе корпуса с возможностью поворота относительно него, при этом сопла измерительного преобразователя однонаправленно установлены с возможностью регулирования осевого положения в диаметрально расположенных тангенциальных отверстиях упомянутой головки с образованием упомянутых переменных дросселей с выступами-заслонками корпуса в виде зазоров для прохода рабочей среды в линию отвода, причем упомянутые упругие элементы установлены по обеим сторонам выступа фигурной крестообразной головки с возможностью регулирования их предварительного натяга [3].
Недостатками прототипа являются сложность и недостаточная точность настройки на заданный режим работы, сложная конструкция измерительного преобразователя вращающего момента и ограниченные технические возможности системы управления.
Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является повышение и поддержание точности настройки адаптивной системы управления гидравлическим цилиндром подачи силовой головки агрегатного металлорежущего станка на заданный режим работы, упрощение ее конструкции и расширение технических возможностей.
Решение указанной задачи достигается тем, что измерительный преобразователь вращающего момента выполнен в виде расположенной в неподвижном корпусе шлицевой муфты, втулка которой имеет фланец и осевое отверстие, выполненное с винтовыми и прямыми шлицами, и размещенных по обе стороны от втулки центрирующих упругих элементов, имеющих возможность регулирования их усилий посредством соответствующих гаек, причем втулка, упругие элементы и гайки выполнены с возможностью размещения на шпинделе силовой головки и вращающейся части электродвигателя, при этом  измерительные камеры образованы между корпусом и фланцем втулки, постоянные дроссели выполнены в виде втулок с калиброванными отверстиями, установленными в корпусе на входах в измерительные камеры, а переменные дроссели выполнены в виде кольцевых щелей, образованных поверхностями фланца и цилиндрической расточки, выполненной в корпусе с возможностью ее частичного перекрытия поверхностью фланца, и соединенных через отверстие в корпусе с линией отвода рабочей среды.
Сравнение заявленной полезной модели с прототипом показывает, что имеет место наличие новых деталей и функциональных связей между ними.
Новые детали: шлицевая муфта, втулка которой имеет фланец, а осевое отверстие  выполнено с винтовыми и прямыми шлицами; постоянные дроссели выполнены в виде втулок с калиброванными отверстиями и установленные в корпусе на входах в измерительные камеры; переменные дроссели в виде кольцевых щелей, образованные поверхностями расточки корпуса и фланца муфты; регулируемые центрирующие упругие элементы муфты.
Новые функциональные связи: шлицевая муфта обеспечивает передачу шпинделю силовой головки от электродвигателя практически любых по величине вращающих моментов, что расширяет технические возможности системы управления; постоянные дроссели в виде втулок с калиброванными отверстиями упрощают конструкцию измерительного преобразователя и обеспечивают высокую точность его настройки; переменные дроссели в виде кольцевых щелей, образованные поверхностями расточки корпуса и фланца муфты, упрощают конструкцию измерительного преобразователя и обеспечивают повышение и поддержание точности настройки адаптивной системы управления гидравлическим цилиндром подачи силовой головки агрегатного металлорежущего станка на заданные режимы работы в широком диапазоне, что расширяет технические возможности системы; регулируемые центрирующие упругие элементы муфты обеспечивают простую и надежную настройку измерительного преобразователя на заданные режимы работы в широком диапазоне, что расширяет технические возможности системы управления.
На фиг. 1 показана конструктивная схема измерительного преобразователя вращающего момента на шпинделе силовой головки агрегатного металлорежущего станка, включенного в систему адаптивного управления гидравлическим цилиндром подачи силовой головки.
Измерительный преобразователь 1 вращающего момента на шпинделе 2 силовой головки 3 агрегатного металлорежущего станка для системы адаптивного управления гидравлическим цилиндром 4 подачи силовой головки, выполненный с возможностью установки на упомянутом шпинделе и соединения с вращающейся частью электродвигателя 5 привода вращения упомянутого шпинделя содержит два постоянных дросселя 6, 7, два переменных дросселя 8, 9 и две измерительные камеры 10, 11, соединенные по мостовой схеме, в которой упомянутые постоянные дроссели с одной стороны последовательно соединены через упомянутые измерительные камеры с соответствующими переменными дросселями, а с другой стороны соединены между собой и с линией 12 подвода рабочей среды. Выходы переменных дросселей соединены с линией 13 отвода рабочей среды, а упомянутые соединения линий подвода и отвода рабочей среды к мостовой схеме и соединения постоянных дросселей с измерительными камерами образуют соответствующие диагонали мостовой схемы. Измерительные камеры выполнены с возможностью соединения управляющими линиями 14, 15 с управляющими полостями 16 и 17, расположенными под торцами подвижного элемента 18 осевого регулирующего дросселя 19, соответствующим образом связанного с линиями 20 подвода и 21 отвода рабочей среды и с полостями 22 и 23 упомянутого гидравлического цилиндра.
Измерительный преобразователь выполнен в виде расположенной в неподвижном корпусе 24 шлицевой муфты, втулка 25 которой имеет фланец 26 и осевое отверстие, выполненное с винтовыми 27 и прямыми 28 шлицами, и размещенных по обе стороны от втулки центрирующих упругих элементов 29, 30, имеющих возможность регулирования их усилий посредством соответствующих гаек 31и 32. Втулка, упругие элементы и гайки выполнены с возможностью размещения на шпинделе и вращающейся части электродвигателя. Измерительные камеры образованы между корпусом и фланцем втулки, постоянные дроссели выполнены в виде втулок с калиброванными отверстиями, установленными в корпусе на входах в измерительные камеры, а переменные дроссели выполнены в виде кольцевых щелей, образованных поверхностями фланца и цилиндрической расточки, выполненной в корпусе с возможностью ее частичного перекрытия поверхностью фланца, и соединенных через отверстие в корпусе с линией отвода рабочей среды.
Измерительный преобразователь вращающего момента на шпинделе силовой головки агрегатного металлорежущего станка для системы адаптивного управления гидравлическим цилиндром подачи силовой головки работает следующим образом.
Предварительная настройка измерительного преобразователя на передачу номинального вращающего момента производится установкой втулки 25 в среднее положение относительно цилиндрической расточки корпуса 24. Для чего служат центрирующие упругие элементы 29 и 30, регулируемые гайками 31 и 32.
При правильной настройке преобразователя давления рабочей среды в измерительных камерах 10 и 11, а, следовательно, и в управляющих линиях 14 и 15 должны быть равны.
При переналадке измерительного преобразователя на передачу большего или меньшего вращающего момента, гайками 31 и 32 изменяется предварительный натяг центрирующих упругих элементов 29 и 30.
Скорость подачи силовой головки на холостом ходу определяется расходом рабочей среды, подводимой к цилиндру и отводимой от него через осевой регулирующий дроссель 19, который настраивают изменением проходных сечений  путем регулирования усилий упругих элементов, расположенных под торцами подвижного элемента 18.
При работе силовой головки рабочая среда через осевой регулирующий дроссель поступает в поршневую полость 122 гидравлического цилиндра, а из штоковой полости 23 отводится на слив. Силовая головка вместе с корпусом цилиндра и вращающимся шпинделем перемещается справа налево.
Одновременно рабочая среда подводится через калиброванные втулки постоянных дросселей 6 и 7 в измерительные камеры 10 и 11. Через переменные дроссели 8 и 9, образованные поверхностями цилиндрической расточки корпуса и фланца 26, рабочая среда из измерительных камер проходит в расточку и по линии отвода 13 уходит на слив.
При возникновении момента сопротивления вращению шпинделя силовой головки большего по величине, чем номинальный вращающий момент, происходит торможение шпинделя. За счет винтовых шлицев 27 происходит смещение втулки 25 с фланцем 26 влево, что приводит к изменению сопротивлений переменных дросселей, образованных поверхностями фланца и цилиндрической расточки корпуса. Расход из измерительной камеры 10 уменьшается, а из камеры 11 увеличивается. Следовательно, давление в камере 10, управляющей линии 11 и управляющей полости 16 дросселя 19 увеличивается, а в камере 11, управляющей линии 15 и управляющей полости 17 дросселя уменьшается.
Возникающий перепад давлений рабочей среды приводит в действие подвижный элемент 18, перемещение которого пропорционально изменению вращающего момента. В рассматриваемом случае подвижный элемент дросселя сместится вправо, что изменит (уменьшит) проходные сечения, а, следовательно, приведет к уменьшению расходов рабочей среды на входе и выходе гидравлического цилиндра и уменьшению скорости подачи силовой головки.
В дальнейшем любое изменение момента сопротивления вращению шпинделя головки будет приводить к соответствующему изменению (уменьшению или увеличению) скорости подачи, то есть будет происходить адаптация работы гидравлического цилиндра подачи к изменениям условий обработки материала на станке.
После завершения работы рабочая среда подается в штоковую полость 23 гидроцилиндра, а из поршневой полости 22 отводится на слив. Силовая головка возвращается в исходное положение.
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 №203866, кл. B23Q 15/12, B23Q 5/06, 2020 (прототип).