Пристрій для імітації навантажень в металорізальних верстатах

Реферат: UA 121091 U UA 121091 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі машинобудування і може бути використана для визначення жорсткості шпиндельних вузлів, а також вузлів задньої бабки токарних верстатів при випробуваннях на технологічну надійність. Відомий пристрій для створення радіального навантаження, що дозволяє змінювати напрям навантажувальної дії синхронно з обертами шпинделя, який містить сердечник з перемичками, обмотки постійного і змінного струму, закріплений в шпинделі якір з оправкою. Силова дія виникає в результаті замикання магнітного потоку через повітряний зазор між шпонкою і отвором. Таким чином, при обертанні оправки синхронно зі зміненням положення шпонки-якоря змінюється напрям силової дії на верстат [А.с. СРСР № 442898, В23В 25/06, 1975 р.]. Недоліками такого пристрою є необхідність електричного живлення для обмоток електромагніта, значні витрати енергії при передачі зусилля через повітряний зазор і обмежені функціональні можливості, викликані створенням тільки радіальних зусиль. Відомий пристрій для визначення жорсткості шпиндельного вузла верстата, який містить шпиндель з опорами, корпус з пристроєм навантаження, виконаний у вигляді кронштейна з гвинтом навантаження, пристосування для визначення величини навантаження і пристосування для вимірювання величини деформації вузла шпинделя [Патент України № 32552, В23В 25/00, В23G 11/00, 2008]. В шпинделі верстата встановлено оправку, яка імітує оброблювану деталь, на якій встановлено калібровані втулки, і підшипниковий вузол, а вимірювальну скобу закріплено на корпусі підшипникового вузла, при цьому корпус підшипникового вузла виконано з діаметральним пазом і оснащено стопорним пристроєм, стопор якого розміщено в діаметральному пазу з можливістю радіального переміщення підшипникового вузла і оправки відносно початкової осі шпинделя. Стопор стопорного пристрою може бути виконаний у вигляді гвинта з ковзаючою шпонкою, яка розміщена в діаметральному пазу корпусу підшипникового вузла пристрою. Вимірювальна скоба пристрою може бути зафіксована у фрезерному пазу корпусу підшипникового вузла за допомогою штифтів і закріплена гвинтом, а передній кінець гвинта навантаження може бути оснащений кулькою, яка під час навантаження вимірювальної скоби розташовується у сферичному заглибленні на поверхні скоби з боку гвинта навантаження, радіус заокруглення якого повинен бути не менше, ніж радіус кульки. Крім того, можливе виконання підшипникового вузла пристрою зі сферичним дворядним підшипником. Недоліком відомого пристрою є той факт, що для виконання досліджень на жорсткість шпиндельного вузла необхідно вносити конструктивні зміни у верстат, що підлягає випробуванню. А саме, необхідно розмістити на супорті верстата пристрій і закріпити його гайками з болтами, попередньо демонтувавши різцетримач, підготувати отвори з різьбою для кріплення пристрою. Створення імітаційних зусиль, налагодження пристрою та виконання вимірювання відбувається вручну, що є можливим в умовах лабораторії і практично є неприйнятним в умовах виробництва. Крім того, пристрій обмежений дослідженням тільки шпиндельного вузла, що суттєво звужує його технологічні можливості. Найближчим за технічною суттю і результатом, який досягається, є прилад для імітації навантажень в металорізальних верстатах, що містить кронштейн з закріпленими на ньому через 120° перпендикулярно шпинделю електромагнітами і навантажувальний вал, призначений для установки в шпинделі верстата. Пристрій додатково оснащений трьома, закріпленими через 120° електромагнітами, розміщеними в парі під кутом 90° один відносно другого в площині, перпендикулярній кронштейну і 45° до шпинделя [Патент України № 21784, В23В 25/00, 1998]. Недоліками цього пристрою є необхідність виконання монтажних робіт, пов'язаних з установкою і закріпленням кронштейну у робочій зоні верстата, необхідність використання джерела електроживлення для силових електромагнітів, які створюють імітаційні зусилля, обмеження технологічних можливостей, а саме: створення імітаційних зусиль тільки в одній координаті робочої зони верстата. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення пристрою для імітації навантажень в металорізальних верстатах шляхом оснащення навантажувального пристрою пакетом тарілчастих пружин з різними силовими характеристиками, що призведе до можливості створення змінних по величині імітаційних зусиль при контактуванні наконечника з однією з контактних канавок на валу, внаслідок чого розширяться технологічні можливості пристрою по імітації зусиль як на шпиндель, так і на задню бабку верстата. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для імітації навантажень в металорізальних верстатах, який містить навантажувальний вал, установлений в шпинделі верстата, вузол створення імітаційних навантажень і датчик лінійних переміщень, згідно з корисною моделлю, навантажувальний вал має ступінчасту форму, на циліндричних поверхнях 1 UA 121091 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 якого виконані кільцеві контактні канавки з боковими поверхнями під кутом 45° до осі валу і кутом 90° між собою, вузол створення імітаційних навантажень встановлений у різцетримачеві верстата і виконаний у вигляді інструментального блока, у корпусі якого установлений пакет тарілчастих пружин з різними силовими характеристиками, призначений для взаємодії з рухомою втулкою, внутрішня конусна поверхня якої контактує з торцевою сферичною поверхнею штока, з протилежної сторони якого на його виступаючій частині розміщений контактний наконечник сферичної форми, установлений на двох радіально-упорних підшипниках. Точне позиціювання контактного наконечника забезпечується внутрішньою конусною поверхнею втулки, яка під дією пружинного блока контактує зі сферичною поверхнею штока. Виконання, вала ступінчастої форми з кільцевими контактними канавками створює можливість імітації зусиль в різних координатах робочої зони верстата, що дає більш достовірну і повну інформацію про стан шпиндельного вузла і вузла задньої бабки. Оснащеність навантажувального пристрою пакетом тарілчастих пружин з різними силовими характеристиками дає можливість створення змінних по величині імітаційних зусиль. Виконання навантажувального пристрою у вигляді інструментального блока створює можливість задіяти інструментальний магазин верстату для установки необхідної кількості пристроїв і, тим самим, розширити діапазон можливих імітаційних зусиль. Крім того, створюється можливість виконання досліджень верстата у автоматизованому режимі по підготовленій управляючій програмі, яка ураховує особливості верстата і поставлену мету випробувань. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на фіг 1. зображено навантажувальний ступінчастий вал з вимірювальним приладом, на фіг. 2 - вигляд контактної канавки, на фіг. 3 - загальний вигляд навантажувального пристрою, розріз. Пристрій·для імітації навантажень в металорізальних верстатах містить навантажувальний ступінчастий вал 1, установлений в шпинделі верстата в центрах 2, датчик 3 для виміру лінійних переміщень зі сферичним наконечником 4 на рухомій частині, який контактує з кільцевою контактною канавкою на валу 1. Кільцева канавка виконана з боковими поверхнями під кутом 45° до осі вала 1 і кутом 90° між собою на. У корпусі 5 вузла створення імітаційних навантажень, виконаного у вигляді інструментального блока, установлений пакет тарілчастих пружин 6 з різними силовими характеристиками, зусиллям якого через рухому втулку 7 з внутрішньою конусною поверхнею шток 8 притискається до накидної гайки 9. Сферична поверхня торця штока 8, яка контактує з внутрішньою конусною поверхнею втулки 7, забезпечує точне позиціювання контактного наконечника 10 з сферичною поверхнею у вихідному положенні. Можливість передачі імітаційних зусиль при обертанні навантажувального вала 1 забезпечується установкою контактного наконечника 10 на двох радіально-упорних підшипниках 11, які установлені на осі 12, закріпленій у вушках 13 виступаючої частини штока 8. Пристрій працює таким чином. Навантажувальний ступінчастий вал 1 установлюється в обертальних центрах 2 на верстаті. При необхідності обертання вала 1 під час випробувань можливе використання поводкового патрона. Вузол створення імітаційних навантажень, виконаний у вигляді інструментального блока, установлюється в різцетримачі і закріплюється. Вручну чи по управляючій програмі (для верстатів з ЧПУ) контактний наконечник 10 вузла створення імітаційних навантажень підводиться до контакту з поверхнею кільцевої канавки на валу 1. Після контакту продовження переміщення вузла створює імітаційне зусилля, яке діє на вал 1, причому величина переміщення визначає величину зусилля. В залежності від величини переміщення штоку 8 після контакту з кільцевою канавкою на валу 1 буде задіяна відповідна частина тарілчастих пружин 6, які і створюють імітаційне зусилля. Датчик 3 лінійних переміщень визначає просторове зміщення вала 1, а отже і величину деформації чи величини зазорів відповідних вузлів шпинделю чи задньої бабки верстата. При обертанні валу 1 створюються умови імітації дії сил різання у процесі обробки деталей при різних режимах різання. Таким чином створюється можливість отримання достовірної картини про вплив стану шпиндельного вузла і задньої бабки на точність і якість обробки поверхонь деталей на конкретному верстаті. Завдяки розміщенню контактних поверхонь в кільцевих канавках на валу 1 під нахилом 45° до осі вала, сферичний наконечник 4 датчика 3 лінійних переміщень буде фіксувати можливе зміщення валу 1 під час дії зусиль у будь-якому напрямку. 2 UA 121091 U 5 10 При необхідності створення імітаційних зусиль у широкому діапазоні можливе використання декількох вузлів створення імітаційних навантажень з відповідними по зусиллях пакетами тарілчастих пружин 6. Вузли можуть бути установлені у інструментальному магазині верстата. В залежності від необхідної величини імітаційних зусиль по попередньо підготовленій управляючій програмі вибирається відповідний вузол і установлюється у різцетримач для виконання досліджень. При створенні імітаційних зусиль при обертанні навантажувального вала 1 задіяні як приводи обертання шпинделя, так і приводи подач верстата, що забезпечує необхідну достовірність імітації обробки. Таким чином, використання пропонованого пристрою для імітації навантажень в металорізальних верстатах, у тому числі верстатах з ЧПУ, дозволить отримати достовірну інформацію про стан шпиндельного вузла верстату і задньої бабки без будь яких змін конструкції. Така інформація дозволить контролювати технічний стан верстатів і прогнозувати точність обробки. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 Пристрій для імітації навантажень в металорізальних верстатах, який містить навантажувальний вал, установлений в центрах, вузол створення імітаційних навантажень і датчик лінійних переміщень, який відрізняється тим, що навантажувальний вал має ступінчасту форму, на циліндричних поверхнях якого виконані кільцеві контактні канавки з боковими поверхнями під кутом 45° до осі вала і кутом 90° між собою, вузол створення імітаційних навантажень встановлений у різцетримачеві верстата і виконаний у вигляді інструментального блока, у корпусі якого установлений пакет тарілчастих пружин з різними силовими характеристиками, призначений для взаємодії з рухомою втулкою, внутрішня конусна поверхня якої контактує з торцевою сферичною поверхнею штока, з протилежної сторони якого на його виступаючій частині розміщений контактний наконечник сферичної форми, установлений на двох радіально-упорних підшипниках. 3 UA 121091 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4