АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ РЕЗЬБОНАРЕЗНОЙ ШПИНДЕЛЬ Российский патент 1996 года по МПК B23G1/16 B23B45/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в составе многошиндельных резьбонарезных станков и автоматических линий для нарезания резьб метчиками, а также автономно как переносной инструмент.

Известно устройство для нарезания резьбы, содержащее патрубок [1] имеющий корпус и размещенный в нем с возможностью осевого перемещения держатель инструмента. Устройство снабжено механизмом настройки глубины нарезаемой резьбы, что исключает поломку инструмента.

Недостатком данного устройства является недостаточное качество обработки отверстий из-за отсутствия в нем средства для подрезания корня стружки. Кроме того, данное устройство обладает недостаточной производительностью, так как необходим контроль за окончанием обработки отверстия.

Известен специализированный резьбонарезной станок модели 2056 [2] привод которого оснащен защитными устройством с муфтой для автоматического реверса патрона с инструментом.

Недостатками данного резьбонарезного станка являются низкое качество обработки инструмента из-за невозможности регулирования угла реверса, а также низкая производительность из-за невозможности задания глубины обрабатываемого отверстия.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является приводное устройство для резьбонарезного станка [3] предусматривающее взаимное вращение патрона с инструментом и заготовки и их взаимное перемещение в направлении оси вращения, содержащее реверсивный электропривод с управляемым крутящим моментом; датчик крутящего момента; механизм подачи с управляемым крутящим моментом, усилие подачи которого удерживается на минимальном уровне в зависимости от оптимального обрабатывающего момента инструмента. Это устройство исключает поломку инструмента при превышении крутящего момента выше заданного значения, а также позволяет автоматизировать процесс нарезания резьбы.

Недостатками данного устройства для нарезания резьбы являются сравнительно низкое качество обработки из-за отсутствия подрезания корни стружки при одностороннем вращении инструмента, а также недостаточная производительность из-за отсутствия управления движением, программируемого по скорости вращения и углу поворота инструмента при прямом и обратном ходе, а также по глубине отверстия.

Задача предлагаемого изобретения полная автоматизация цикла нарезания резьбы, повышение надежности, возможность использования как переносного инструмента.

Техническим результатом изобретения является повышение качества обработки, а именно чистоты поверхности, повышение производительности нарезания резьбы, исключение поломки инструмента в процессе обработки отверстия.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для нарезания резьбы, содержащем патрон с инструментом, привод выполнен в виде шагового двигателя, cоединенного с реверсивным электронным коммутатором, подключенным к двухчастотному генератоpу импульсов, соединенному со счетчиками импульсов, выходы счетчиков прямого и обратного хода подключены к R- и S-входам реверса электронного коммутатора и счетчика полного цикла, кодовый выход которого соединен с R-входом триггера реверса и с входом управления частотой генератора импульсов, а нулевой выход счетчика полного цикла подключен к R-входам триггера ускоренного вывода и триггера цикла, выход которого соединен с входом блокировки генератора импульсов.

Предлагаемое устройство для нарезания резьбы позволяет повысить качество обработки, а именно чистоту поверхности, так как наличие в нем шагового двигателя с реверсивным электронным коммутатором, подключенным к двухчастотному генератору импульсов, соединенному со счетчиками импульсов прямого и обратного хода, позволяет создавать угловые колебания инструмента, причем угол поворота при прямом ходе инструмента больше, чем при обратном. При таких колебаниях инструмента подрезается корень стружки. Предлагаемое устройство для нарезания резьбы обладает высокой производительностью, так как в нем предусмотрено управление шаговым двигателем, программируемое по скорости вращения и углу поворота метчика при прямом и обратном ходе, а также по глубине отверстия.

Наличие в предлагаемом устройстве шагового двигателя, подключенного к реверсивному электронному коммутатору, соединенному с двухчастотным генератором импульсов, обеспечивает высокую точность обработки угловых перемещений без применения следящих систем и датчиков угла поворота, что повышает надежность устройства; малая инерционность шагового двигателя позволяет реверсировать инструмент с достаточно высокой частотой без устройства разгона-торможения; позволяет закрепить метчик на валу шагового двигателя, например, с активным ротором, без использования дополнительных передач; позволяет использовать инструмент как переносной; позволяет работать в полном автоматическом цикле с угловыми колебаниями и ускоренным выводом метчика на заданной глубине отверстия.

На фиг. 1 показан общий вид автоматизированного резьбонарезного шпинделя; на фиг. 2 функциональная схема шпинделя; на фиг. 3 диаграммы работы.

Автоматизированный резьбонарезной шпиндель (фиг. 1) содержит патрон 1 с метчиком 2, закрепленный с помощью втулки 3 на валу шагового двигателя (ШД) 4. На корпусе ШД 4 установлена рукоятка 5, на которой смонтирована кнопка 6 пуска и штепсельный разъем 7 для подключения кабеля связи 8 с блоку управления 9. На передней панели блока управления 9 установлен задатчик 10 глубины отверстия, а также сетевой выключатель, индикатор и штепсельные разъемы для подключения кабеля связи 8 и сетевого провода. Блок управления 9 (фиг. 2) содержит двухчастотный импульсный генератор 11, соединенный с реверсивным электронным коммутатором 12, который распределяет входные импульсы в заданной последовательности и обеспечивает необходимый уровень фазных токов в обмотках ШД. Для изменения направления вращения вала ШД последовательность импульсов в коммутаторе 12 может меняться по сигналу, подаваемому на дополнительный вход реверса. Выход импульсного генератора 11 соединен также со счетчиком 13 импульсов прямого хода, счетчиком 14 импульсов обратного хода и реверсивным счетчиком 15 импульсов полного цикла. Счетчики 13 и 14 импульсов прямого и обратного хода работают в режиме обратного счета и выполняют функции делителей частоты с коэффициентами деления m_n и m_о, задаваемыми по входам предустановки в соответствии с сигналами прямого и обратного хода ЩД. Выходные сигналы счетчиков 13 и 14 снимаются с нулевых выходов, которые подключены к R- и S-входам триггера реверса 16. Прямой и инверсный выходы триггера 16 подключены раздельно к входам разрешения счета счетчиков 13 и 14 импульсов прямого и обратного хода для обеспечения заданной очередности их работы. В результате на время счета одного из счетчиков 13 и 14 другой блокируется до переключения триггера реверса 16. Прямой выход триггера реверса 16 соединен также с входами реверса электронного коммутатора 12 и счетчика 15 импульсов полного цикла, который может менять направление счета. Кодовый выход счетчика 15 полного цикла подключен к одному входу цифрового компаратора 17, на другой вход которого подается сигнал задатчика 10 глубины отверстия, представляющего собой кодовый переключатель. Выход компаратора 17 подключен к S-входу триггера 18 ускоренного вывода инструмента, прямой выход которого соединен с R-входом триггера реверса 16 и входом управления частотой импульсного генератора 11. Сигналом по этому входу частота импульсов генератора 11 может переключатся с номинальной f_н на максимальную f_м. Нулевой выход счетчика 15 полного цикла подключен к S-входу триггера реверса 16 и R-входам триггера 18 ускоренного вывода и триггера 19 полного цикла, выход которого соединен с входом блокировки импульсного генератора 11. На S-вход триггера 19 полного цикла подается сигнал "Пуск", например, от кнопки 6.

Автоматизированный резьбонарезной шпиндель работает следующим образом.

В исходном состоянии импульсный генератор 11 заблокирован нулевым сигналом триггера цикла 19 и вал шагового двигателя 4 не вращается. Цикл автоматического управления начинается после введения метчика 2 в заходную часть отверстия и подачи сигнала "Пуск". В результате триггер цикла 19 переключается в единичное состояние и снимает блокировку с генератора 11, импульсы которого с помощью коммутатора 12 приводят в движение вал ШД 4. При этом периодическое переключение триггера реверса 16 сигналами от счетчика 13 прямого хода и счетчика 14 обратного хода вызывает асимметричные угловые колебания метчика 2, что обеспечивает подрезание корня стружки и затягивание метчика 2 в отверстие. Одновременно в счетчике 15 импульсов полного цикла непрерывно подсчитывается число импульсов прямого хода (m), соответствующее оборотам счетчика, и в виде кода сравнивается на цифровом компараторе 17 с кодом задатчика 10 глубины отверстия. При достижении счетчиком заданной глубины отверстия сигналом компаратора 17 переключается триггер 18 ускоренного выводы, который меняет приоритетным сигналом состояние триггера реверса 16, переключает с помощью коммутатора 12 на обратный ход ШД 4 и одновременно увеличивает частоту импульсов генератора 11 до максимальной f_м.

При этом шаговый двигатель 4 осуществляет непрерывный ускоренный вывод метчика 2 из отверстия, а счетчик 15 импульсов полного цикла начинает работать в режиме обратного счета, уменьшая значение выходного кода до нуля. Нулевой сигнал со специального выхода счетчика 15 сбрасывает триггер 19 цикла в исходное состояние, генератор 11 импульсов блокируется, все триггеры и счетчики приводятся в исходное состояние и цикл управления заканчивается. При повторном нажатии на кнопку "ПУСК" автоматический цикл нарезания резьбы повторяется.

Программируемыми параметрами в системе управления являются:
n_n cкорость вращения метчика при прямом ходе, задаваемая номинальной частотой f_н импульсов управления генератора 11 импульсов, которая определяется выражением
n_н=α_шf_н/6, об/мин,
где α_ш единичный шаг шагового двигателя;
α_п угол поворота метчика при прямом ходе, задаваемый соответствующим коэффициентом деления m_n счетчика прямого хода
α_п=α_шm_п, град;
α_o угол поворота метчика при обратном ходе, задаваемый соответствующим коэффициентом деления m_о в счетчике 14 обратного хода
α_o=α_шm_o
l глубина отверстия, задаваемая числом m_и импульсов полного цикла в кодовом задатчике 10 глубины отверстия при шаге Р

n_b cкорость вращения метчика при его ускоренном выводе в конце цикла управления, задаваемая максимальной частотой f_м импульсов управления генератора 11
n_в=α_шf_м/6, об/мин
Практически по выбранным значениям углов α_п и α_o используя приведенные выражения, определяют необходимые коэффициенты пересчета m_п и m_о счетчиков 13 и 14 прямого и обратного хода, а по глубине отверстия l рассчитывают число импульсов m_ц полного цикла и определяют код задатчика 10 глубины отверстия.

Использование: в составе многошпиндельных резьбонарезных станков и автоматических линий для нарезания резьб метчиками, а также автономно как переносной инструмент. Сущность изобретения: автоматизированный резьбонарезной шпиндель содержит патрон 1 с инструментом 2 и привод, выполненный в виде шагового двигателя 4, подключенного к реверсному электронному коммутатору 12, соединенному с двухчастотным генератором 11 импульсов управления. Выход генератора 11 соединен со счетчиками 13 и 14 импульсов прямого и обратного хода, выходы которых подключены к R и S-входам триггера 16 реверса, соединенным с управляющим входом реверсивного коммутатора. Выход генератора 11 также соединен с реверсивным счетчиком 15 полного цикла, выход которого через компаратор 17 и триггер 18 ускоренного вывода инструмента 4 соединен с S-входом триггера 16 реверса и входом управления частотой генератора 11 импульсов, а также с R-входом триггера 19 цикла, выход которого подключен к входу блокировки генератора 11 импульсов. 3 ил.

Автоматизированный резьбонарезной шпиндель, содержащий патрон с инструментом и привод, отличающийся тем, что привод выполнен в виде шагового двигателя с блоком управления, включающим генератор импульсов, коммутатор, первый, второй и третий триггеры, первый, второй и третий счетчики, компаратор и задатчик, причем S-вход первого триггера связан с кнопкой пуска, R-вход связан с выходом третьего счетчика, а выход связан с входом блокировки генератора импульсов, выход которого связан с входом коммутатора и с входами первого, второго и третьего счетчиков, при этом вход реверса коммутатора связан с прямым выходом второго триггера, а выход с входом шагового двигателя, прямой выход второго триггера связан с входом разрешения счета первого счетчика и входом направления счета третьего счетчика, инверсный выход второго триггера связан с входом разрешения счета второго счетчика, выход первого счетчика соединен с R-входом первого триггера, выход второго счетчика соединен с S-входом второго триггера, кодовый выход третьего счетчика связан с входом компаратора, второй вход которого связан с выходом задатчика, а выход с S-входом третьего триггера, R-вход третьего триггера связан с выходом третьего счетчика, а выход с R-входом второго триггера и входом генератора импульсов, S-вход второго триггера связан с выходом третьего счетчика.