Револьверная головка токарного станка

(51)7 23 25/06 ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(76) Кадыров Жаннат Нургалиевич Кадыров Байсал Жаннатович Кадыров Ильяс Жаннатович Нургали Омар Жаннатулы Кадырова Мадина Жаннатовна(56) Станок токарный патронный высокой точности с ЧПУ. Модель ТПК-125 ВН 2. Руководство по эксплуатации 72003.020.00.000 РЭ. Савеловское производственное объединение Прогресс, 1983(54) РЕВОЛЬВЕРНАЯ ГОЛОВКА ТОКАРНОГО СТАНКА(57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано как средство технического диагностирования состояния станков токарной группы, работающих в составе гибких производственных систем (ГПС) и как автоматическое средство изме рения (измерительный преобразователь) получения первичной информации о процессе резания при оснащении станков системами адаптивного управления. Технический результат при использовании предлагаемого устройства заключается в расширении функциональных возможностей, повышении надежности работы узла в целом, а также в повышении чувствительности к изменению внешних нагрузок. Это достигается тем, что в револьверной головке токарного станка, содержащей фиксатор углового положения поворотного вала с упором прямоугольной формы, имеющим с одной стороны центрально расположенный выступ, на центральном выступе упора выполнен поперечный паз, в котором размещен тензодатчик, причем сам упор изготовлен из материала, обладающего упругими свойствами. 11952 Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано как средство технического диагностирования состояния станков токарной группы, работающих в составе гибких производственных систем (ГПС) и как автоматическое средство измерения (измерительный преобразователь) и получения первичной информации о процессе резания при оснащении станков системами адаптивного управления. Условия работы станочного оборудования ГПС частая сменяемость конфигурации и материалов обрабатываемых деталей, обширная гамма применяемых инструментов - налагают дополнительные требования к автоматическим средствам измерения требования быстрой переналаживаемости (мобильности) на новые значения контролируемых параметров, либо, что значительно более эффективнее, обеспечение инвариантности его работы по отношению к переменным контролируемым параметрам. Известны динамометрические резцедержатели(а.с. СССР 742041, кл. В 23 В 25/06, 1980 а.с. СССР 1071400, кл.2317/08, 1984), реализованные применительно к токарным станкам с четырехпозиционным резцедержателем. Известные резцедержатели имеют ограниченную область применения - станки с ЧПУ токарной группы, оснащенные резцедержателем (например, модели 16 Б 16 ФЗ,РТ 705 ФЗ) и не пригодны для станков с ЧПУ токарной группы, оснащенных револьверной головкой, с многопозиционной поворотной планшайбой, составляющих подавляющее большинство станочного парка токарной группы (например, модели 16 К 20 ФЗ,ТПК-125 ВН 2, АПТ-980 и другие). Кроме того, конструкции известных динамометрических резцедержателей обладают значительной сложностью, то есть придание штатным узлам токарного станка динамометрических свойств сопряжено со значительными изменением конфигурации отдельных деталей (наличие зубчатых пазов в корпусе и в четырех сменных резцовых блоках, сопряжение по протяженным цилиндрическим поверхностям стержня и тяги) и сложностью конструкции основных узлов (базовой поверхности для размещения катушек индуктивных датчиков - стержня,снабженного консольным рычагом с кронштейнами,составных элементов самого измерительного преобразователя - цилиндрического фланца - якоря и трех катушек индуктивности). Известные динамометрические резцедержатели имеют также значительную погрешность измерения, обусловленную конструктивными особенностями чувствительных элементов усилительно-преобразовательного устройства (расположение на большом вылете консольно расположенной базовой поверхности для размещения катушек индуктивностей датчиков, вследствие чего в пределах зазора между стержнем и тягой возможны смещения оси стержня, вызванные неточностью монтажа, дополнительными статическими нагрузками, создающимися весом консольного рычага с кронштейнами и катушками индуктивностей, боко 2 выми зазорами в зубчатом соединении корпуса с резцовыми блоками и другими погрешностями). Отмеченные недостатки и ограниченная область применения конструкции динамометрических резцедержателей создают препятствия к широкому их использованию в станках токарной группы. Известна динамометрическая револьверная головка (Михайлов О.П., Цейтлин Л.Н. Измерительные устройства в системах адаптивного управления станками. М. Машиностроение, 1978, с. 25-26,рис.7), содержащая корпус с размещенным внутри него поворотным валом, на одном конце которого установлена планшайба с резцовыми блоками. Функциональные действия (поворот, фиксация) производятся механизмами, взятыми без изменений из серийной конструкции головки, а динамометрические свойства ей обеспечиваются частичной конструкторской модернизацией - введением тонкостенной ступицы (втулки), размещенной между неподвижным индексирующим диском механизма поворота и корпусом устройства и являющейся чувствительным элементом стандартного измерительного преобразователя, например, магнитоупорного. При такой реализации конструкции револьверной головки контроль за вариацией тангенциальной составляющей силы резания -осуществляется на основе измерения напряжений или деформаций чувствительного элемента - втулки, закручивающейся под действием . Конструкция известной револьверной головки имеет недостатки. Так, введение дополнительного чувствительного элемента - ступицы (втулки), обеспечение жесткости ее соединения с индексирующим диском и корпусом за счет применения большого числа крепежных винтов, необходимость обеспечения предварительного натяга стыка осевой силой,создаваемой специально введенным в конструкцию гидроцилиндром, значительно усложнило конструкцию устройства в целом, снизило ее технологичность. Возможность же контроля лишь одной составляющей силы резания - тангенциальной ограничило функциональные возможности устройства и, в то же время, снизило точность отображения фактического состояния диагностируемого узла по вариации его упруго-силового состояния, поскольку в реальных условиях эксплуатации диагностируемый узел технологической системы - револьверная головка - находится под воздействием всех составляющих сил резания. Кроме того, при работе револьверной головки с магнитоупругими измерительными преобразователями имеет место значительная по величине (до 50 от уровня информативного сообщения) пульсация выходного сигнала, являющаяся следствием неоднородности свойств чувствительного элемента. Причина неоднородности свойств - магнитная анизотропия материала (изготовление абсолютно однородного чувствительного элемента практически невозможно) и механическая анизотропия (причиной которой являются биение,погрешность формы чувствительного элемента, на 11952 личие концентраторов механических напряжений и другие возмущающие воздействия, проявляющиеся при изготовлении данных преобразователей). Вследствие указанных причин чувствительность устройства, зависящая от большого числа факторов,является относительно невысокой. Отмеченные недостатки, наряду с отсутствием серийных конструкций как самих преобразователей, так и вторичной преобразовательной аппаратуры, создают препятствия для широкого тиражирования конструкций динамометрических револьверных головок с магнитоупругими измерительными преобразователями. Известна также динамометрическая револьверная головка (Кадыров Ж.Н. Динамометрическая револьверная головка // Машиностроитель, 1987,6,. с. 19-20), содержащая корпус, поворотный вал с планшайбой с размещенными на ней резцовыми блоками, установленный в опорах механизмы поворота и измерительный преобразователь, выполненный в виде полого винта с тонкостенным сферическим наконечником, на внутренней поверхности которого размещены тензодатчики. Измерительный преобразователь (винт) установлен в выполненном в корпусе резьбовом отверстии с возможностью контакта наконечника с поворотным валом в точке, лежащей на середине расстояния между опорами поворотного вала. Известное устройство имеет недостатки. Так,введение в конструкцию головки измерительного преобразователя в виде винта-датчика, выходящего за ее контуры - увеличивает габаритные размеры головки, а наличие базового отверстия в ее корпусе требует дополнительных мероприятий по обеспечению ее герметичности, предотвращающие попадание стружки и СОЖ (при снятом датчике). Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является конструкция револьверной головки токарного станка (Головка револьверная. Сборочный чертеж 77300.502.000 СБ. Станок токарный патронный высокой точности с ЧПУ. Модель ТПК-125 ВН 2. Руководство по эксплуатации 72003.020.00.000 РЭ. Савеловское производственное объединение Прогресс, 1983), принятая за прототип. Известная револьверная головка содержит корпус, поворотный вал с планшайбой с размещенными на ней резцовыми блоками и диском с равномерно расположенными по окружности кулачками. Требуемое угловое положение планшайбы с резцовыми блоками (для шестипозиционной головки - через 60) обеспечивается фиксатором углового положения поворотного вала (механизма Фиксатор 77300.502.100 СБ револьверной головки), в состав которого входят корпус с расположенным по окружности кулачков диска пазом и подвешенное на оси коромысло с жестко закрепленным на нем упором в виде прямоугольника с выступами по краям центрально расположенного наклонного паза, с одной стороны, и центрально расположенным выступом - с другой стороны, причем наклонный паз упора является продолжением паза корпуса фиксатора. Своими крайними выступами упор взаимодействует с торцовой поверхностью стенок паза корпуса фиксатора, а центральным выступом - с кулачком диска. В процессе работы головки (при поиске требуемой позиции планшайбы с необходимым по технологии изготовления детали резцом (резцовым блоком движение поворотному валу передается от приводного электродвигателя через передачу цилиндрических зубчатых колес. При этом при вращении вала по часовой стрелке благодаря наличию наклонных пазов (скосов) на корпусе фиксатора, упора и на кулачках диска, жестко связанного с поворотным валом, коромысло отклоняется, преодолевая усилие пружины, происходит прохождение угловой позиции. Одновременно с вращением поворотного вала вращается и жестко связанный с зубчатым колесом кулачок, выступы которого взаимодействуют через рычаг с микровыключателем, связанным с системой управления, обеспечивающей остановку приводного двигателя револьверной головки по достижении требуемого углового положения поворотного вала. После остановки поворотного вала коромысло под действием пружины возвращается в исходное положение и кулачки упираются об упор. Происходит точная фиксация поворотного вала в заданной позиции. Известное устройство имеет недостатки. В процессе резания наблюдается значительная вариация упруго-силового состояния технологической системы, вызванная колебаниями составляющих силы резания из-за неравномерности снимаемого припуска, колебаний режущих свойств инструмента и неоднородности свойств обрабатываемых материалов. Вариация упруго-силового состояния воспринимается всеми элементами технологической системы, в том числе и револьверной головкой станка. Вместе с тем, конструкция известной револьверной головки не позволяет зафиксировать имеющую место вариацию упруго-силового состояния, в результате чего при работе токарного станка значительно возрастает вероятность непредвиденных остановок (сбоев) по причине выхода из строя отдельных (наиболее слабых) элементов технологической системы, то есть снижается надежность работы станка в целом. При наличии же в составе револьверной головки устройств первичной измерительной информации о протекании процесса резания можно было бы не только значительно повысить надежность работы станка в целом, но и создать на базе полученных,таким образом, динамометрических устройств системы технического диагностирования состояния станка, системы адаптивного управления (с обратной связью) процесса резания, например, системы стабилизации составляющих усилия резания, что значительно расширяет возможности и узла (револьверной головки) и станка в целом. Ограниченные функциональные возможности и низкая надежность в работе - основные недостатки узла (револьверной головки) токарного станка с ЧПУ. 11952 Задачей изобретения является разработка револьверной головки, характеризующейся расширением функциональных возможностей, повышением надежности работы, а также повышением чувствительности к изменению внешних нагрузок. Расширение функциональных возможностей и повышение надежности работы узла в целом достигается за счет того, что в револьверной головке токарного станка, содержащей корпус, поворотный вал с планшайбой с размещенными на ней резцовыми блоками и диском с равномерно расположенными по окружности кулачками и фиксатор углового положения поворотного вала, в состав которого входят корпус с расположенными по окружности кулачков диска пазом и подвешенное на оси коромысло с жестко закрепленным на нем упором прямоугольной формы с выступами по краям центрально расположенного наклонного паза, с одной стороны, и центрально расположенным выступом, с другой стороны, причем наклонный паз упора является продолжением паза корпуса фиксатора, а упор размещен с возможностью своими крайними выступами взаимодействовать с торцовой поверхностью стенок паза корпуса фиксатора, а центральным выступом - с кулачком диска, на центральном выступе упора выполнен поперечный паз, в котором размещен тензодатчик. Повышение чувствительности к изменению внешних нагрузок достигается тем, что упор фиксатора углового положения поворотного вала изготовлен из материала, обладающего упругими свойствами. На фиг. 1 изображена динамометрическая револьверная головка, разрез вдоль оси поворотного вала, на фиг. 2 - вид А фиг. 1, на фиг. 3 - разрез Б-Б фиг. 1, на фиг. 4 - разрез В-В фиг. 3, на фиг. 5 и 6 аксонометрические проекции детали Упор с наклеенными тензодатчиками. Динамометрическая револьверная головка состоит из разъемного корпуса 1, внутри которого размещена втулка 2. Базирование и закрепление втулки осуществляется штифтами 3 и винтами 4. Внутри втулки размещены опорные подшипники 5 (радиальные шариковые подшипники 108) полого поворотного вала 6, имеющего резьбовое отверстие, фланец и резьбовой хвостовик. На торцовых поверхностях фланца вала 6 с помощью штифтов 7 и винтов 8 размещены и закреплены диск 9 с шестью кулачками 10 и съемная планшайба 11 с шестью пазами для размещения резцов 12 (резцовых блоков). Закрепление планшайбы 11 на валу 6 производится шайбой 13 и винтом 14, ввинчиваемым в резьбовое отверстие вала 6. На противоположном от фланца конце вала с резьбовым хвостовиком размещены дистанционная втулка 15, тарельчатая пружина 16, зубчатое колесо 17 с жестко связанным с ним кулачком 18 и разрезная гайка 19. На торце кулачка 18 имеется шесть выступов, взаимодействующих через рычаг с микровыключателем 20. Гайкой 19 производится регулировка величины осевого натяга в опорных подшипниках 5 вала 6. Вал 6 приводится во вращение от электродвигателя 21 (регу 4 лируемый, постоянного тока), на выходном валу которого закреплено приводное зубчатое колесо 22,взаимодействующее с колесом 17. Закрепление резцов в пазах планшайбы 11 производится винтами 23 и эксцентриками 24 с величиной эксцентриситета 1,5 мм. Герметизация поворотной части револьверной головки обеспечивается крышкой 25, служащей также базой для размещения микровыключателя 20 и приводного электродвигателя 21. Угловое позиционирование планшайбы 11 осуществляется механизмом фиксации (Фиксатор 77300.502.100 СБ), в состав которого входят корпус 26, коромысло27, подвешенное на оси 28, упор 29 и пружина 30. Корпус 26 фиксатора закреплен в корпусе 1 револьверной головки (запрессован по наружной цилиндрической поверхности корпуса 26). Упор 29 жестко закреплен на коромысле 27 и представляет собой деталь прямоугольной формы с выступами 31 по краям центрально расположенного наклонного паза 32 с одной стороны, и центрально расположенным выступом 33 с другой стороны,причем наклонный паз 32 упора 29 является продолжением паза корпуса 26 фиксатора. Своими крайними выступами 31 упор 29 взаимодействует с торцовой поверхностью стенок паза корпуса 26 фиксатора, а центральным выступом 33 - с кулачком 10 диска 9. На центральном выступе 33 выполнен поперечный паз 34, в котором размещен тензодатчик 35. Для обеспечения требуемого углового положения поворотного вала 6 (при передаче движения от приводного электродвигателя 21 через передачу цилиндрических зубчатых колес 22-17) при его вращении по часовой стрелке благодаря наличию скосов на упоре 29 и на кулачках 10 диска 9, жестко связанного с поворотным валом 6, коромысло 27 отклоняется, преодолевая усилие пружины 30 (при этом отклонение коромысла 27 происходит благодаря наличию наклонных пазов (скосов) на корпусе 26 фиксатора, упоре 29 и на кулачках 10 диска 9). После достижения требуемого углового положения поворотного вала 6 (определяемого по сигналам с микровыключателя 20) коромысло 27 под действием пружины 30 возвращается в исходное положение и кулачок 10 своей поверхностью упирается в центральный выступ 33 упора 29. Происходит точная фиксация поворотного вала 6 в заданной позиции. Внешние дестабилизирующие возмущающие воздействия (неравномерность снимаемого припуска, колебания твердости обрабатываемого материала детали 36 и режущих свойств инструментального материала, увеличение площадки контакта задней грани резца, вызванное износом инструмента и другие причины) приводят к нарушению исходного равновесного упруго-силового состояния технологической системы, воспринимаемому всеми его элементами, в том числе и деталями револьверной головки. Воспринимающий нагрузку центральный выступ 33 упора 29 контактирует с кулачком 10 диска 9 (при этом базовые поверхности - крайние выступы 27 прижаты к торцовой поверхности стенок 11952 паза корпуса 22 фиксатора). Таким образом, упор 29 под действием внешней нагрузки (действие составляющих силы резания из зоны резания, приведенное к месту размещения упора 29 в корпусе револьверной головки) упруго деформируется, что приводит к упругим деформациям и места наклейки тензодатчика 35 - поперечного паза 34. В результате возникшей деформации изменяется сопротивление тензочувствительного материала преобразователя - тензодатчика 35, включенного в одно из плеч мостовой электрической схемы. С помощью усилительнопреобразовательной схемы блока управления (на фиг. не показан), имеющего в своем составе также температурно-компенсационный элемент, фиксируется напряжение разбаланса моста, вызванное изменением сопротивления тензодатчика 35. Динамометрическая револьверная головка в сборе монтируется на опорной пластине 37 и винтами 38 крепится к суппорту токарного станка с ЧПУ, например,ТПК-125 ВН 2. Полученная в процессе резания информация отображается на шкале индикационного устройства (на фиг. не показано) и после преобразования в управляющие электрические сигнала используется для решения задач технического диагностирования состояния технологической системы токарного станка по изменению его упруго-силового баланса, а также в системах адаптивного управления процессом резания, например, в системах стабилизации усилий при точении. В целом предлагаемое устройство - динамометрическая револьверная головка токарного станка обладает рядом преимуществ А - инвариантностью конструкции по отношению к конфигурации и материалу обтачиваемых деталей, а также по отношению к геометрическим параметрам и материалу используемых режущих инструментов Б - высокой надежностью в работе (из-за встроенности конструкции измерительного преобразователя, то есть выполнения его на базе штатной детали Упор 77300.502.102 механизма Фиксатор 77300.502.100 СБ револьверной головки токарного станка с ЧПУ мод. ТПК-125 ВН 2 В - простотой конструкции и технологичностью в изготовлении модернизированной детали (заключающейся в изготовлении поперечного паза на центральном выступе упора, а также использовании в качестве материала для модернизированной детали - материалов, обладающих упру гими свойствами Г - использованием унифицированных первичных измерительных преобразователей - тензодатчиков. В качестве материала для изготовления упора 29 используется материал, обладающий упругими свойствами, например, аустенитные дисперсионнотвердеющие сплавы марок 36 НХТЮ (ЭИ 702) ТУ ЧМ ЦНИИЧМ 5834 -57, 36 НХТЮМ 5 ТУ ЧМ ЦНИИЧМ 741-62, 40 КНХМ ТУ ЧМ ЦНИИЧМ 49961, рессорно-пружинная сталь 65 Г по ГОСТ 1495979 и другие. Ограниченные размеры площадки для размещения тензодатчика 35 требуют применения малобазных полупроводниковых тензометров, например, типа КТД 2 А, КТЭ 2 Б и других по ТУ аАО. 336235 ТУ, либо любых других (проволочных, фольговых) малобазных тензорезисторов. Отмеченные преимущества дают основание для широкого использования предлагаемой револьверной головки в токарных станках, встраиваемых в ГПС, а также создают благоприятные условия к широкому тиражированию разработки. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Револьверная головка токарного станка, содержащая корпус, поворотный вал с планшайбой, на которой размещены резцовые блоки, и диском с равномерно расположенными по окружности кулачками, и фиксатор углового положения поворотного вала, в состав которого входят корпус с расположенным по окружности кулачков диска пазом и подвешенное на оси коромысло с жестко закрепленным на нем упором прямоугольной формы с выступами по краям центрально расположенного наклонного паза с одной стороны и центрально расположенным выступом с другой стороны, причем наклонный паз упора является продолжением паза корпуса фиксатора, а упор размещен с возможностью своими крайними выступами взаимодействовать с торцовой поверхностью стенок паза корпуса фиксатора, а центральным выступом - с кулачком диска, отличающаяся тем, что на центральном выступе упора выполнен поперечный паз, в котором размещен тензодатчик. 2. Револьверная головка по п. 1, отличающаяся тем, что упор изготовлен из материала, обладающего упругими свойствами.