Устройство для программного управления обработкой тонкостенных цилиндрических деталей

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 28.01.81(21) 3246781/25-082с присоединением заявки Мо(23) ПриоритетОпубликовано 230882, Бюллетень М 931Дата опубликования описания 23.08,82 Р 11 М К з В 23 В 1/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Е.В. Пашков и Н,П. Рыжкова Севастопольский приборостроительный инс щтьт.",(71) Заявитель(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ ОБРАБОТКОЙ ТОНКОСТЕННЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙИзобретение относится к средствамавтоматизации производственных процессов и может быть использовано приобработке деталей типа тонкостенныхколец, гильз, цилиндров и т.п., наметаллорежущих станках,Известно устройство для обточкинежестких деталей, в котором концызаготовки закрепляют в двух зажимных устройствах и к заднему концузаготовки прикладывают растягивающееусилие (1).Недостатком такой .схемы обработкиявляется то, что части детали (концы), находящиеся в зажимных устройствах, не могут быть обработаны и вбольшинстве случаев отрезаются, т.е.идут в отход. Это требуетдополнительной операции, дополнительногоинструмента и приводит к не экономичному использованию материала заготовки. Кроме того, применять растяжку для тонкостенных цилиндрических деталей большого диаметра практически невозможно, так как требуются очень большие усилия, которые всвою очередь требуют специальной оснастки и специальных станков, обладающих повышенной жесткостью станины,требующих применения специальных30 подшипников шпиндельного узла, мощного привода. Особые требования при этом предъявляются к зажимным устройствам, предназначенныл для крепления детали. Они должны обеспечивать надежное крепление, без возможности проскальзывания (выскальзывания) детали относительно зажимных элементов, а также отсутствие деформаций детали в местах приложения усилий зажима, приводящих к изменению формы шероховатости обработанной поверхности (огранка; эллипс- ность, вмятины и т,п.).Известно также устройство, состоящее из последовательно соединенньк блоков управления исполнительного механизма, блока регулируемой жесткости, датчика перемещения инструмета, блока задания программы, датчика положения, вход которого подключен к исполнительномумеханизму, а выход - к выходу блока управления, а также блока натяжения обрабатываемой детали, с рядом последовательно соединенных пороговых элементов, преобразователей давления, элементов И 2) .К недостаткам известного устройства следует отнести практическую65 невозможность его использования приобработке гильз или цилиндров большого диаметра, поскольку, чтобы увеличить их жесткость в радиальномнаправлении на 15-20 необходимырастягивающие усилия порядка десятков тысяч килограмм. Закрепить надежно деталь большого размера, на-"пример диаметром Р 200 мм, толщиной стенки Ь = 5-7 мм и длиной500-800 мм, с помощью известных 10зажимных устройств без смятия ееконцов или изменения формы, практически невозможно. Кроме того, практически невозможно испольэовать данную схему обработки на имеющемся 15технологическом оборудовании, таккак ни станины, ни шпиндельные узлы, ни отдельные агрегаты обычныхстанков не предназначены для восприятия таких нагрузок, а создание новых, специальных станков потребуетзначительных временных и денежныхзатрат,При,обработке деталей большогодиаметра (свыше 200 мм), в первуюочередь необходимо избегать локальных (местных) деформаций стенок детали, возникающих в месте контактарежущего инструмента с ними, а не деформации всей детали, рассматриваемой как двухопорная балка, так какжесткость трубчатых деталей в радиальном направлении превышает жесткость сплошных деталей. Поэтомуприменение данного устройства неэффективно, 35Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение точности обработки тонкостенных цилиндрических деталей.Поставленная цель достигается тем, 40что.в устройство, содержащее последовательно соединенные блок сравнения, исполнительный механизм, блокрегулируемой жесткости, датчик перемещения инструмента в продольном направлении, блок задания программы,элемент И, выход которого связан сблоком сравнения, датчик поперечныхперемещений инструмента, вход которого подключен к исполнительному механизму, а выход соединен с блокомсравнения, и блбк деформации детали,введены последовательно соединенныеприводной механизм регулятора давления, регулятор давления, датчикдавления, усилитель и второй блоксравнения выход которого подключенк второму входу элемента И и к входуприводного механизма регулятора давления, второй вход которого соединенс выходом блока задания программы, 60,причем датчик давления подключентакже.к блоку деформации детали,предназначенному для деформации еев поперечном направлении, состоящийиз установленной на суппорте станка стойки с кронштейнами, содержащими отверстия на концах, выполненные по нормали к обрабатываемой поверхности, в которых размещены хвостовики силь- Фонов с сообщающимися между собой каналами для подвода рабочего тела, а их другие хвостовики, несущие лимбы и ролики, установлены на концах плоских пружин, закрепленных своими центральными частями на кронштейнах1причем сильфоны с хвостовиками установлены в отверстиях кронштейнови плоских пружин с возможностью регулировки углового положения роликов осносительно оси обрабатываемой детали и заключены в стаканы, связанные с хвостовиками штифтами и шипами.На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, на фиг. 2 - силовойэлемент блока деформации детали; на Фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - деформированная тонкостенная гильза; на фиг. 5 - сечение Б-Б на фиг. 4.Устройство (фиг. 1-3) содержит блок 1 регулируемой жесткости (блок инструмента), датчик 2 продольного перемещения инструмента, блок 3 задания программы, элемент И 4, первый элемент 5 сравнения, датчик б поперечного перемещения инструмента, первый исполнительный механизм 7, второй исполнительный механизм 8, регулятор 9 давления; датчик 10 давления, усилитель 11, второй элемент 12 сравнения и блок деформациИ детали в поперечном направлении. Устройство подключено к системе станок- приспособление-инструмент-деталь (СПИД) выходом блока 1 и выходом датчика 10.Блок деформации детали в поперечном направлении состоит из укрепленной на суппорте станка вертикальной стойки 13 с кронштейнами 14, несущими силовые элементы, расположенные по нормали к обрабатываемой детали 15. Силовые элементы представляют собой сильфоны 1 б, одни хвостовики 17 которых размещены в отверстиях кронштейнов 14 и имеют каналы 18 для подвода рабочего тела, а другие хвостовики 19, содержащие лимбы 20 и ролики 21, размещены в отверстиях, выполненных на концах плоских пру" жин 22, закрепленных своими средними частями на кронштейнах 14, Силь- фоны помещены с зазором в стаканы 23, связывающие хвостовики между собой через посредство штифтов 24 и шипов 25, причем последние размещены по посадке скольжения в вырезах фланца хвостовика 19.Для обеспечения условия самоподачи блока деформации вдоль оси детали 15 предусмотрена возможность расположения роликов 21 под углом относительно оси детали. Требуемый952443 5 о1 р: 51 О15 20 30 35 40 45 50 55 60 65 угол поворота роликов определяют изсоотношения где Б - величина подачР за одинооборот обрабатываемой детали;Р - диаметр обрабатываемой детали.Обеспечение требуемого угла поворота ролика осуществляется с помощью гаек 26, 27 и лимба 20, содержащего на своей цилиндричесКойчасти лыски под ключ (не показаны).Устройство работает следующим образом.Деталь 15 закрепляют по внутренней поверхности в зажимных приспособлениях передней и задней бабокстанка, а режущий инструмент в блоке 1. Участок детали длиной В(фиг. 4), равный ширине зажимногоэлемента приспособления, обрабатывают при одной продольной подаче инструмента без деформации детали впоперечном направлении. На этомучастке действие радиальной составляющей силы резания воспринимаетсязажимными элементами приспособленийи деформация детали в радиальном направлении (местный прогиб) под действием этой силы не происходит.Блок деформации детали в поперечномнаправлении перемещается за режущиминструментом и после обработки участка детали длиной В, блок 3, в соответствии с заданной программой, посигналам датчика продольных перемещений инструмента 2, формирует импульс напряжения, который поступает висполнительный механизм 8 регуляторадавления 9, открывающего доступ рабочего тела (жидкости) к сильфонам16 силовых элементов, которые разжимаясь, через посредство роликов 21деформируют деталь, придавая ей форму эллипса большая ось которого совпадает с направлением действия радиальной составляющей силы резания Р (фиг. 5) .Величина радиального приращения детали о может быть определена по известным формулам или таблицам (3).Приращение 8 неравномерно по длине Ь детали из-за краевого эффекта, вызванного закреплением детали в зажимных устройствах. Влияние краевого эффекта на величину приращения полностью исключается на расстоянии (В + К),от концов детали, т.е. на всей оставшейся части деталь деформируется.равномерно. Величййа К может быть определена с достаточной для практических целей точностью из известного .выражения.К = 1,85 В -ГГгде и - толщина стенки детали. При обработке участков деталидлиной К, инструменту, помимо продольной подачи, необходимо сообщатьпоперечную подачу, а именно; в начале обработки плавно отвести навеличину 2 В, а в конце обработкиподвести на эту же величину. Знаямаксимальное радиальное приращениедетали, определяемое из разностиР + 2 О) -Р и распределив его равномерно на участке детали длиной Кможно обеспечить с достаточной дляпрактических целей точностью требуемую траекторию движения инструмента,определяемую зависимостью где а д - поперечная подача инстумента.Отвод (подвод) инструмента от детали осуществляется по команде от программного устройства 3 толькотогда, когда давление в магистрали,питающей сильфоны, достигнет заданного значения и на выходе датчИка давления 10 появится сигнал требуемой величины, поступающий через усилитель 11 к элементу сравнения 12,куда также поступает импульс напря"жения от устройства 3, соответствующий требуемому значению давления,При равенстве этих двух сигналов устройство 1 2 вырабатывает сигнал, поступающий на один извходов элемента И 4 и одновременно на исполнительный механизм регулятора давления 9, отключая его.Одновременно с процессом деформирования детали в поперечном направленин, в соответствии с заданнойпрограммой изменения поперечной подачи, на второй вход элемента И 4 поступают сигналы от программного устройства 3. С выхода элемента И 4 электрический сигнал поступает на один из входов элемента сравнения 5, на второй вход которого подается сигнал с датчика поперечных перемещений инструмента 6. Сигнал рассогласования с выхода элемента 5 поступает на двигатель исполнительного механизма 7, который перемещает подвижный упор блока 1 до положения, обеспечивающего упругий отвод инстумента от детали на требуемую величинуПри обработке второго участка К, инструмент плавно подводится к обрабатываемой детали и на расстоянии В от конца детали, по команде от датчика 2, программное устройство 3 отключает подачу рабочего тела в сильфоны 16. Происходит отвод роликов 21 за счет энергии упругих деФормаций, накопленной в сильфонах и плоских пружинах 22.952443 В отличие от жестких люнетов,устройство деформации детали в поперечном направлении не переносит погрешности направляющих станка на обрабатываемую деталь, так как благодаря наличию в его составе упругихэлементов в виде сильфонов, сообщающихся между собой каналами для подвода рабочего тела, оно как бы фплаваетф относительно детали, обеспечивая при этом заданную величину и 10равенство всех четырех усилий Р,действующих на деталь и деформирующис ее. В результате деформациивозрастает кривизна участка детали,обращенного к режущему инструменту, 15а следовательно, возрастает сопротивляемость детали действию радиальнойсоставляющей силы резания, что приводит к уменьшению локальных прогибов детали в месте приложения этой 20силы.Внутренние напряжения, создаваемыев детали при ее деформировании впределах упругости, снижают возможность возникновения автоколебаний,а следовательно, способствуют повышению качества (чистоты) обработанной поверхности. Этому же способствует обкатка роликами, через посредство которых деталь деформируется силами Р.Следует также отметить тот факт,что жесткость всей детали в радиальном направлении, рассматриваемой какдвухопорная балка, возрастает за счетпридания ей Формы эллипса в поперечном направлении, т.е. возрастает еесопротивляемость изгибу о ,цействиярадиальной составляющей силы резания. 40 формула изобретения Источники информации,принятые во внимание при экспертизе, Устройство для программного упраВления обработкой тонкостенных цилиндрических деталей, содержащее по следовательно соединенные блок сравнения, исполнительный механизм, блок регулируемой жесткости, датчик перемещения инструмента в продольном направлении, блок задания программы, 50 элемент Й, выход которого связан с блоком сравнения, датчик поперечныхперемещений инструмента, вход которого подключен к исполнительному механизму, а выход соединен с блокомсравнения, и блок деформации детали,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью упрощения конструкции и повышения точности обработки тонкостенных цилиндрических деталей, в устройство введены последовательносоединенные приводной механизм регулятора давления, регулятор давления,датчик давления, усилитель и второйблок сравнения, выход которого подключен к второму входу элемента И ивходу приводного механизма регулятора давления, второй вход которогосоединен с выходом блока заданияпрограммы, причем датчик давленияподключен также к блоку деформациидетали, предназначенному для деформации ее в поперечном направлении ивыполненному из установленной на суп-порте станка стойки с кронштейнами,на концах которых выполнены отверстияпо нормали к обрабатываемой поверхности, в которых размещены хвостовики сильфонов с сообщающимисямежду собой каналами для подвода рабочего тела, а их другие хвостовики,несущие лимбы и ролики, предназначенные для взаимодействия с деталью,установлены на концах плоских пружин,закрепленных своими центральнымичастями на кронштейнах, причем сильФоны с хвостовиками установлены вотверстиях кронштейнов и плоскихпружин с возможностью регулировкиуглового положения роликов относительно оси обрабатываемой детали изаключены в стаканы, связанные схвостовиками штифтами и шипами. 1, Авторское свидетельство СССР Р 118676, кл. В 23 В 1/00, 1959.2. Авторское свидетельство СССР Р 658530, кл. В 23 В 1/00, 1979.3. Корсаков В.С. Основы,конструирования приспособлений. М., Машиностроение, 1965, с. 45-48952443 Аг. Х оставитель В. Алексеенкоехред А. Бабинец Коррек Кос Редактор аказ 6027/17 130 ент, г. Ужгород, ул. Проект лиал ППП Тираж 1153 ПодписноВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий5, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5