ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Полезная модель относится к оборудованию для изготовления термостабильных корпусных деталей, преимущественно, металлорежущих станков, из материалов с высокими демпфирующими свойствами на основе минерал-полимерных композитов (МПК).
Оборудование реализует технологический процесс изготовления базовых и корпусных деталей с «запрограммированными» свойствами (т.е., свойствами, заданными на стадии проектирования) для прецизионного оборудования (например, металлорежущих станков, измерительных устройств, иных приспособлений) из смесей минерал-полимерных композитов (МПК), путем соответствующей технологической подготовки и последующей объемной формовки указанных изделий с предварительным компьютерным 3D-моделированием изготавливаемых изделий и 2,5 D-моделированием оснастки для формовки на основе исходного материала из соответствующих смесей МПК.
Также данное оборудование позволяет осуществлять разнонаправленное векторное управляемое виброуплотнение исходного материала (композита) в процессе осуществления объемной формовки изделий.
Из уровня техники известен программно-аппаратный комплекс для изготовления корпусных деталей технологического оборудования включающий смеситель периодического действия и вибростенд, включающий установленный на основании с виброгасящими опорами технологический вибростол с механическими средствами регулирования его амплитудно-частотной характеристики в процессе технологической операции объемной формовки. При этом смеситель включает:
- основание с двумя стойками для установки подвижной траверсы с автономным приводом ее поворота;
- технологическую чашу с приводом ее вращения вокруг вертикальной оси, в полости которой (эксцентрично оси вращения чаши) размещены лопасти с плужком рабочего органа смесительного средства - мешалки, оснащенного автономным приводом вращения.
Процесс осуществляется с использованием средств автоматического управления технологическим процессом (RU, №2034109 С1, или №1348179 А1, или С.А.Шевчук, Г.С.Санина и В.Е.Барт «Полимербетоны взамен чугунного литья при изготовлении базовых деталей станков», Прецизионное машиностроение, 1985 г., №5, стр.165-167).
К недостаткам данного известного из уровня техники решения следует отнести ограниченные функциональные возможности, в связи с тем что его определенные узлы (в частности, чашутехнологическую) невозможно использовать в дальнейшем технологическом цикле изготовления конечного продукта, что усложняет конструкцию технологической линии в целом, снижает ее производительность и усложняет технологический процесс.
В основу заявленной полезной модели была положена задача создания унифицированного программно-аппаратного комплекса для изготовления корпусных деталей технологического оборудования методом объемной формовки из МПК, т.е., комплекса, конструктивные особенности которого позволяют использовать часть его технологических узлов в нескольких следующих одна за другой технологических операциях общего технологического процесса при повышении производительности процесса в целом и повышении качества и точности изготовления конечного изделия.
Технический результат: унификация конструкции программно-аппаратного комплекса за счет придания определенным его конструктивным узлам (чаше технологической) дополнительных функций (в частности, чаше технологической функции транспортировочного средства), при повышении качества и точности изготовления конечного изделия - корпусных элементов (деталей) технологического оборудования, преимущественно -прецизионных металлорежущих станков.
Поставленный технический результат достигается посредством того, что в программно-аппаратном комплексе для изготовления корпусных деталей технологического оборудования содержащем смеситель периодического действия и вибростенд, включающий установленный на основании с виброгасящими опорами технологический вибростол с механическими средствами регулирования его амплитудно-частотной характеристики в процессе технологической операции объемной формовки; при этом смеситель включает: основание с двумя стойками для установки подвижной траверсы с автономным приводом ее поворота; технологическую чашу с приводом ее вращения вокруг вертикальной оси, в полости которой, эксцентрично оси вращения чаши, размещены лопасти с плужком рабочего органа смесительного средства - мешалки, оснащенного автономным приводом вращения; а также средства автоматического управления технологическим процессом, согласно полезной модели, тем, что: технологическая чаша смесителя установлена на основании с возможностью ее вертикального перемещения посредством вспомогательных подъемно-транспортных средств по окончании технологической операции смешивания и дополнительно функционально является транспортировочно-разливочным средством (ковшом), в технологической операции объемной формовки корпусных деталей технологического оборудования посредством вибростенда; траверса установлена на одной из стоек с возможностью ее поворота в вертикальной плоскости на угол, обеспечивающий беспрепятственное вертикальное перемещение технологической чаши по окончании технологической операции смешивания (т.е., подготовки исходного материала для объемной формовки); при этом, автономный привод смесительного средства (мешалки), конструктивно-технологически организован с возможностью обеспечения переменной скорости вращения лопастей рабочего органа смесительного средства во время осуществления технологической операции смешивания; а механические средства регулирования амплитудно-частотной характеристики технологического вибростола представляют собой, по меньшей мере, две пары оппозитно расположенных роторных вибратора, каждый из которых конструктивно выполнен в виде управляемого (посредством векторного частотного преобразователя) электродвигателя и двух пар эксцентриков с регулируемыми углами взаимного положения, которые кинематически связаны с выходным валом ротора упомянутого электродвигателя, при этом, технологический вибростол оснащен дополнительными направляющими, которые выполнены из легкообрабатываемого материала и функционально являются средствами обеспечения плоскостности для опорных участков технологической оснастки для объемной формовки.
Смеситель программно-аппаратного комплекса может быть оснащен крышкой для технологической чаши, которая жестко закреплена на поворотной траверсе и конструктивно выполнена с возможностью обеспечения кинематической связи приводного вала автономного привода со смесительным средством, причем, упомянутый автономный привод также закреплен на траверсе с возможностью совместного с ней перемещения.
Крышка для технологической чаши смесителя программно-аппаратного комплекса может быть выполнена со смотровым и загрузочным окнами.
На второй стойке программно-аппаратного комплекса может быть предусмотрен упор, функционально являющийся опорой для первой консольной (относительно оси поворота) части траверсы в процессе технологической операции смешивания.
На второй консольной части траверсы целесообразно устанавливать противовес, функционально являющийся вспомогательным средством для механизма поворота траверсы.
Программно-аппаратный комплекс может быть оснащен технологическим столом, который жестко закреплен на одной из стоек.
Технологическая чаша программно-аппаратного комплекса должна быть оснащена цапфами, функционально являющимися транспортировочными средствами зацепления с упомянутыми вспомогательными подъемно-транспортными средствами по окончании технологической операции смешивания.
Лопасти рабочего органа смесительного средства, оптимально, пространственно размещать под наклоном к горизонтальной и/или вертикальной плоскостям.
Посадочный узел технологической чаши выполнен в виде ступицы, сформированной в основании смесителя.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного технического решения, позволил установить, что не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками и связями между ними, идентичными или эквивалентными всем существенным признакам заявленного технического решения, а выбранный из выявленных аналогов прототип (как наиболее близкий по совокупности признаков аналог) позволил выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствуют условию патентоспособности «новизна» по действующему законодательству.
Полезная модель поясняется графическими материалами.
Фиг.1 - общий вид смесителя для подготовки исходного материала для формовки корпусных деталей технологического оборудования.
Фиг.2 - вид сверху по фиг.1.
Фиг.3, 4, 5 и 6 - фотоснимки смесителя в различных ракурсах (с закрытой и открытой крышкой).
Фиг.7 - общий вид сбоку вибростенда.
Фиг.8 - вид слева по фиг.7.
Фиг.9 - вид сверху по фиг.7.
Фиг.10-13 - фотоснимки вибростенда в различных ракурсах
В графических материалах заявки узлы и элементы заявленного программно-аппаратного комплекса обозначены следующими позициями.
1 - основание.
2 - опора (чаши 8 технологической).
3 - привод (автономный вращения чаши 8 технологической).
4 - привод (автономный поворота траверсы 7).
5 - средство (смесительное - мешалка).
6 - плужок (рабочего органа средства смесительного 5 - мешалки).
7 - траверса (поворотная).
8 - чаша (технологическая).
9 - кожух (автономного привода вращения рабочего органа средства смесительного 5 - мешалки).
10 - коромысло (траверсы).
11 - электрошкаф.
12 - пульт (дистанционного управления).
13 - стол (технологический).
14 - основание (виброгасящее вибростенда).
15 - вибростол (технологический вибростенда).
16 - вибратор.
17 - амортизатор.
18 - электрошкаф (с пультом управления).
Программно-аппаратный комплекс для изготовления корпусных деталей (элементов) технологического оборудования содержит смеситель периодического действия для подготовки исходного материала (композита) для объемной формовки корпусных деталей технологического оборудования, а также вибростенд, включающий установленный на основании 14 с виброгасящими опорами технологический вибростол 15 с механическими средствами регулирования его амплитудно-частотной характеристики в процессе технологической операции объемной формовки.
Смеситель периодического действия содержит основание 1 с двумя стойками для установки подвижной траверсы 7 с автономным приводом 4 ее поворота; технологическую чашу 8 с приводом 3 ее вращения вокруг вертикальной оси. На одной из стоек закреплен стол 13 технологический. В полости чаши 8 (эксцентрично оси ее вращения) размещены лопасти с плужком 6 рабочего органа смесительного средства 5 (мешалки) оснащенного автономным приводом вращения, закрытым кожухом 9. Кроме того, комплекс оснащен средствами электроавтоматического управления технологическим процессом в виде электрошкафа 11 и пульта 12 дистанционного управления, соответственно.
Технологическая чаша 8 установлена на основании 1 посредством опоры 2 с возможностью ее вертикального перемещения посредством вспомогательных подъемно-транспортных средств по окончании технологической операции смешивания и, дополнительно, функционально является транспортировочно-разливочным средством (ковшом) в технологической операции объемной формовки корпусных деталей технологического оборудования;
Траверса 7 установлена на одной из стоек (посредством коромысла 10) с возможностью ее поворота в вертикальной плоскости на угол, обеспечивающий беспрепятственное вертикальное перемещение технологической чаши 8 по окончании технологической операции подготовки исходного материала (композита) для объемной формовки.
Автономный привод смесительного средства (мешалки) конструктивно-технологически организован с возможностью обеспечения переменной скорости вращения лопастей рабочего органа смесительного средства во время осуществления технологической операции смешивания.
Целесообразно смеситель оснащать крышкой для технологической чаши 8, которая должна быть жестко закреплена на поворотной траверсе 7 и конструктивно выполнена с возможностью обеспечения кинематической связи приводного вала автономного привода со смесительным средством 5, причем, упомянутый автономный привод также должен быть закреплен на траверсе 7 с возможностью совместного с ней перемещения.
Упомянутая крышка для технологической чаши 8 может быть выполнена со смотровым и загрузочным окнами.
На второй стойке смесителя, оптимально, предусмотреть упор, функционально являющийся опорой для первой (левой по фиг.1) консольной, относительно оси поворота, части траверсы 7 в процессе технологической операции смешивания.
На второй (правой по фиг.1) консольной части траверсы 7 допустимо устанавливать противовес, функционально являющийся вспомогательным средством для механизма поворота траверсы.
Смеситель может быть оснащен технологическим столом 13, который жестко закрепляется на одной из стоек.
Технологическая чаша 8 должна быть оснащена цапфами, функционально являющимися транспортировочными средствами зацепления с упомянутыми вспомогательными подъемно-транспортными средствами по окончании технологической операции смешивания.
Наиболее целесообразно лопасти рабочего органа смесительного средства 5 пространственно размещать под наклоном к горизонтальной и/или вертикальной плоскостям.
Посадочный узел технологической чаши может быть выполнен в виде ступицы, сформированной в основании.
Основание 1 представляет собой замкнутую коробчатую сварную раму, на платиках которой смонтированы левая и правая стойки подъемной поворотной траверсы 7, упор горизонтальной левой (первой) консольной части траверсы, опора съемной технологической чаши 8 с приводом 3 ее вращения относительно вертикальной оси и непосредственно съемная чаша 8 технологическая.
Съемная чаша 8 представляет собой цилиндрическую емкость с открытой верхней частью. На наружных поверхностях боковых стенок чаши 8 диаметрально противоположно закреплены такелажные стержневые цапфы (транспортировочные средства) при помощи которых осуществляется транспортирование чаши 8 с готовой смесью к месту загрузки вибростенда и, соответственно, выгрузка этой смеси в технологическую оснастку для объемной формовки.
Чаша 8 неподвижно устанавливается на опору 2, которая представляет собой круглый поворотный стол, кинематическая связь которого с основанием осуществляется посредством упорного и радиально-упорного шариковых подшипников. Привод 3 вращения стола (и, соответственно, чаши 8) представляет собой узел, смонтированный при помощи фланца на основании рамы смесителя. Приводной вал вращения стола (чаши 8) связан кинематической цепью зубчатых колес с мотор-редуктором, закрепленным на основании 1 (рамы) смесителя. Кинематическая цепь привода 3 вращения стола оснащена принудительным управляемым механизмом размыкания (сцепления-расцепления).
Траверса 7 представляет собой сборный узел, состоящий из сварной рамы с закрепленным на монтажной площадке мотор-редуктором (автономным приводом вращения смесительного средства 5 - мешалки). На нижней части рамы траверсы 7 жестко закреплена крышка технологической чаши 8 и плужок 6. К фланцу мотор-редуктора в вертикальном положении крепится приводной вал смесительного средства 5 (мешалки) с закрепленными на нем лопастями. Поворот (подъем-опускание) траверсы 7 осуществляется электродвигателем через червячную передачу с «плавающим» подпружиненным червяком.
Механические средства регулирования амплитудно-частотной характеристики технологического вибростола 15 вибростенда представляют собой, по меньшей мере, две пары (преимущественно - три) оппозитно расположенных роторных вибратора, каждый из которых конструктивно выполнен в виде управляемого (посредством векторного частотного преобразователя) электродвигателя и двух пар эксцентриков с регулируемыми углами взаимного положения, которые кинематически связаны с выходным валом ротора упомянутого электродвигателя. Роторные вибраторы закреплены на боковых поверхностях вибростола 15. При этом, технологический вибростол 15 оснащен дополнительными направляющими, которые выполнены из легкообрабатываемого материала и функционально являются средствами обеспечения плоскостности для опорных участков технологической оснастки для формовки. Кроме того, вибростенд может быть оснащен кожухом раздвижным шумопоглощающим, который содержит канал вентиляционный и устройство забора воздуха.
На верхней поверхности стола имеются резьбовые крепежные отверстия в заданном количестве для закрепления формующей оснастки при помощи крепежных элементов (струбцины, лапки и т.п.).
Вибростол вывешен, преимущественно, на четырех пружинных амортизаторах.
Функционально вибраторы предназначены для передачи возмущающей силы (вибрации) на подвижную часть вибростенда и закрепленную на нем формующую оснастку. Передаваемые вибрации вызывают виброуплотнение МПК в формующей оснастке, что является основной технологической операцией формования деталей из МПК.
Пружинные амортизаторы поддерживают подвижную часть вибростенда (вибростол). Амортизаторы установлены на опорных площадках в нижней и верхней направляющих. Пружина зафиксирована шпилькой между опорной площадкой основания и нижней балкой подвижного стола.
Пульт управления выполнен в виде панели управления расположенной на лицевой стороне электрошкафа 18. На панели управления расположены ручки управления с маркировкой основных операций и режимов работы.
Электрошкаф с пультом управления располагается в рабочей зоне вибростенда.
Вибростенды применяются для изготовления изделий методом формования с виброуплотнением.
Выбор конструкций смесителя и вибростенда основывается на компонентном составе, физико-механических характеристиках компонентов, особенностях технологического процесса изготовления МПК смесей и изготовления из них деталей с «запрограммированными» свойствами.
Вибростенды существующих моделей в основном можно разделить по направлению колебаний: вертикальное, горизонтальное, круговое и эллиптическое.
В процессе проработки конструкции было принято техническое решение по применению векторно управляемых колебаний.
Данное решение обусловлено тем, что в конструкциях деталей станков предусмотрено большое количество встроенных конструктивных и закладных деталей, пустот, технологических каналов. Технологические каналы, профили, каналы и пустоты формируются различными формообразующими и опустошающими элементами. Встраиваемые конструктивные элементы закрепляются в формующей оснастке специальными крепежными элементами. В связи с этим в формуемом пространстве образуются технологические полости препятствующие свободному распространению МПК массы, загружаемой в формующую оснастку. Для равномерного распределения МПК массы по объему формующей оснастки и последующего равномерного уплотнения массы под воздействием вибрации, применено техническое решение векторного управления направления колебаний вибростола 15 с закрепленной на нем формующей оснасткой. Данное решение позволяет исключить образование недопустимых пустот и раковин в процессе формования детали, а также позволит получить равномерное распределение крупноразмерной фракции МПК в формуемом объеме и последующее более качественное виброуплотнение формуемой массы.
В связи с тем, что до начала осуществления технологической операции объемной формовки производят 3D-моделирование изготавливаемого корпусного элемента и 2,5D-моделирование технологической оснастки, а также в процессе упомянутой операции производят регулирование по заданной программе динамических характеристик вибростола 15 (амплитудно-частотную характеристику), повышается качество и точность изготовления конечного изделия.
Таким образом, техническим результатом заявленного технического решения является унификация конструкции программно-аппаратного комплекса за счет придания определенным его конструктивным узлам (в частности, чаше технологической) дополнительных функций (в частности, функции транспортировочного средства) при повышении качества и точности изготовления конечной продукции - корпусных деталей технологического оборудования.
Наибольшая эффективность применения заявленного оборудования проявляется при изготовлении базовых и корпусных изделий высокоточных и прецизионных металлообрабатывающих станков и агрегатов, измерительных машин, иной специальной техники и устройств, требующих использования исходных материалов с термостабильными, виброгасящими, а также немагнитными свойствами.
Непосредственно заявленное оборудование предназначено для приготовления МПК путем однородного порционного перемешивания компонентов МПК, включающих в себя:
- трехфракционный минеральный заполнитель с дискретной (разноразмерной) гранулометрией;
- мелкодисперсный порошкообразный наполнитель;
- эпоксидное связующее холодного отверждения.
Следовательно, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение при его промышленной реализации, предназначен для использования в промышленности, а именно, в области производства термостабильных корпусных деталей, преимущественно, металлорежущих станков, из материалов с высокими демпфирующими свойствами на основе минерал-полимерных композитов.
- для заявленного объекта в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует требованию условия патентоспособности «промышленная применимость» по действующему законодательству.