РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СТАНКА ДЛЯ ФИНИШНОЙ ОБРАБОТКИ КОНУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 1996 года по МПК B24B51/00 

Изобретение может быть использовано в станкостроении при изготовлении прецизионных станков, в частности доводочных и притирочных станков, а также в механизмах пульсирующего типа для распыления жидкости.

Задача изобретения создание распределителя с периодичностью пульсирующего давления энергоносителя при обеспечении между вращательным движением шпинделя и ударным движением строгой временной связи. Это объясняется следующим. Установлено, что имеет место оптимальное соотношение частот ударного и вращательного движения при ударной финишной обработке, что определяет получение прямолинейности образующей конуса на притираемых деталях. Исследованиями установлено, что при жестком изнашивании характер эпюры контактных давлений для индентора определенной формы, в том числе конического, определяется условиями контакта, который может быть обеспечен вращательным, ударным движениями и др. При этом для случая ударной обработки конуса может быть выделено две разновидности условий обработки: а) доминирующим движением при обработке является вращательное движение инструмента (притира) относительно детали б) поступательное ударное движение инструмента. В случае а) форма образующей конуса при обработке стремится к устойчивой форме естественного износа, а именно, к форме гиперболы:

где r текущее значение радиуса конуса. В случае б):

и минимизация интеграла F•dx достигается при форме образующей
У СХ^2/3
где значение С определяется размерами конуса, т.е. достигается при параболической форме поверхности.

При этом гипербола и парабола расположены по разные стороны относительно теоретической образующей конуса и имеют кривизну различного знака. Поэтому, если обеспечить определенное количество накладывающихся ударных и вращательных импульсов, можно обеспечить практически идеальную прямолинейность образующей конуса.

Техническим результатом является обеспечение высоких выходных показателей ударной обработки, а именно, производительности и шероховатости поверхности наряду с высокой точностью. Для этого необходимо, во-первых, с целью увеличения производительности, производить отвод шпинделя на заданную величину для создания расчетного значения энергии удара в контакте деталей, т.е. необходимо связать время подвода шпинделя (или что то же размера проточки d) с величиной амплитуды колебаний шпинделя. Во-вторых, для получения наиболее низкой шероховатости обрабатываемой поверхности необходимо назначить расстояние между соседними проточками на золотнике в каждом концентрическом ряду соответственно минимально необходимому времени вращательного движения.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема распределителя системы автоматического управления станка для финишной обработки конусных деталей; на фиг.2 расположение проточек на наружной поверхности конического золотника.

Устройство содержит электродвигатель 1, соединенный с двухступенчатым передаточным механизмом 2, выходной вал 3 которого соединен с пульсатором 4, выполненным в виде конической пары золотник 5 стационарная втулка 6. Пульсатор 4 с одной стороны через трубопровод энергосистемы 7 связан с основной системой энергоносителя 8, представляющей собой, например, насос 9. С другой стороны через трубопровод энергосистемы 7 пульсатор 4 связан с полостями 10 и 11 шпинделя 12 с установленным на нем поршнем 14 и размещенного в стационарном корпусе 15 шпинделя 12. Шпиндель 12 соединен с электродвигателем 1 через промежуточную ступень передаточного механизма 2, шпиндель 12 содержит две полости энергоносителя 10 и 11, в которые последний поступает в соответствии с положением конического золотника 5 относительно втулки 6 в пульсаторе 4, а именно, в соответствии с положением проточек 16 на коническом валу 5 относительно элементов подачи энергоносителя штуцеров 17, 18, 19, 20, 21, которые установлены на наружной поверхности стационарной втулки 6. При этом штуцеры 17 и 21 связаны через трубопровод системы 7 с полостью 11, а штуцер 19 с полостью 10 шпинделя 12, штуцеры 18 и 20 связаны соответственно с подающей и отводящей ветвями трубопровода энергосистемы 7.

На наружной поверхности золотника 5 вдоль его оси выполнены парные проточки 16, осевая протяженность каждой из таких проточек равна шагу между штуцерами 17 21 с целью охвата только двух соседних штуцеров. В диаметральном сечении N N золотника 5 проточки 16 (А) образуют концентрический ряд. Проточка следующего концентрического ряда проточка 16 (В) сдвинуты относительно проточек 16 (А) на шаг между штуцерами 17 21. Соответственно парная с проточкой 16 (В) проточка 16 (Д) сдвинута также на шаг по отношению к проточкам 16 (С). Протяженность проточек 16 в осевом направлении золотника 5 и в перпендикулярном ему направлении (направлении концентрического ряда) различны. В осевом направлении протяженность проточки 16 определяется шагом между штуцерами 17 21, а протяженность проточки 16 в каждом концентрическом ряду N N определяется расстоянием d, при этом расстояние между проточками 16 (А) и 16 (В) определяет время в контакте обрабатываемых деталей при их относительном вращении.

Расстояние S между одноименными точками проточек 16 (А) в одном концентрическом ряду определяет период времени t между двумя ударными импульсами. Это расстояние как часть полного оборота может быть выражено:
S n•t,
где n частота вращения золотника 5 распределителя 4 в об/мин. Тогда при условии, что 1 оборот золотника 5 распределителя 4 соответствует циклу обработки расстояние S в линейном измерении:
S=πDnt
где D диаметр золотника в поперечном сечении, соответствующем положению концентрического ряда проточек. Частота периодических колебаний ν=1/t. Тогда

Круговая частота колебаний w=2π/t. Тогда . Расстояние d в общем случае конструктивно может быть назначено как часть от S: 2d KS, где К - коэффициент распределения, равный К 2d/l<2d. Однако минимальное значение d должно быть назначено в соответствии с амплитудой колебаний А, которая численно равна величине одностороннего максимального хода шпинделя D. При условии равноускоренного движения шпинделя 12 величина D определяет скорость V_к перемещения поршня 14. При известных значениях нагрузки на поршень - F и его массе m:

Тогда
Скорость перемещения шпинделя 12 V_к и его масса m позволяет определить численное значение кинетической энергии удара W в контакте деталей:
W mV_к ²/2.

Экспериментально установленное значение поверхностей энергии удара
W_пов. 3•10⁷ эрг/см² W/S_o,
где S_o площадь поверхности соударения. Тогда, пользуясь (1), получаем:

Откуда

Расстояние на валу распределителя 4 d, соответствующее расстоянию Δ, зависит от времени перемещения шпинделя 12:
t_подв. t_отв. V_к/a
Тогда


т. е. значение d назначено в соответствии с амплитудой периодических колебаний А.

Устройство работает следующим образом. Вращение от электродвигателя 1 передается на передаточный механизм 2 и с его выходного вала 3 на золотник 5 распределителя 4, на контактной поверхности которого посредством 16 нанесена программа цикла, обеспечиваемого за 1 оборот золотника 5. В начальный момент работы устройства путем совмещения проточек 16 на золотнике 5 с соответствующими штуцерами 18 и 19 на корпусе 6 обеспечивается соединение полости 10 шпинделя 12 через подающую ветвь трубопровода 7 с основной системой энергоносителя 8. При этом происходит поступательное перемещение шпинделя 12 к детали (не показана). Одновременно полость 14 в корпусе 15 шпинделя 12 путем совмещения проточки 16 (Д) с соответствующими штуцерами 20 и 21 соединяется с отводящей ветвью трубопровода 7, и энергоноситель из полости 11 шпинделя 12 перемещается в основную систему энергоносителя 8. Дальнейший поворот золотника 5 с постоянной скоростью вращения n предусматривает обработку детали, заданную определенным временем цикла t_вращ., а затем путем совмещения проточек 16(С) со штуцерами 19 и 20 обеспечивается соединение полости 10 шпинделя 12 через отводящую ветвь трубопровода 7 с основной системой энергоносителя 8. Одновременно путем совмещения проточек 16 (А) со штуцерами 17 и 18 полость 11 через подающую ветвь соединяется с основной системой энергоносителя 8. Происходит отвод шпинделя 12 в исходное положение, после чего цикл повторяется. Проточки 16 (В), проходя под штуцерами 18 и 19, обеспечивают определенную временную протяженность взаимодействия полости 10 шпинделя 12 с основной системой энергоносителя 8. Это обеспечивается величиной d проточки 16, которая зависит от величины диаметра D поперечного сечения золотника 5 по месту расположения проточки. Одинаковая по времени протяженность подвода и отвода энергоносителя в полость 10 и 11 достигается различием размеров d в соответствующих сечениях. Так, в сечении N'- N' диаметр D'= D (l/l+h), где l длина конической части золотника 5, измеренная по его оси, h шаг между штуцерами. Соответственно на величину l/l+h отличается размер проточки d в сечении N' N' по сравнению с сечением N -N. В соответствующее число раз D/D" и D/D'''уменьшается размер проточки 16 в сечениях N"-N" и N'''-N'''. При этом расстояние l между проточками 16 (Б) и 16 (С), а также между проточками 16 (А) и 16 (Д) остается постоянным, т.е. время взаимодействия энергоносителя с полостью 10 и полостью 11 одинаково.

Реализация устройства позволяет обеспечить высокую производительность обработки за счет возможности управления временем разведения и сведения деталей с заданной скоростью и, соответственно, создания условий оптимального ударного взаимодействия деталей. При обеспечении поверхностной энергии в контакте W_пов. 3•10⁷ эрг/см² производительность обработки возрастает в 8 10 раз по сравнению с тем случаем, когда W<W_опт. при d<d_min. Периодическая смена движений при обработке вращательного и ударного с заданным значением W способствует приближению образующей конуса в процессе обработки к теоретической прямой. В случае применения только вращательного движения при доводке контактная линия смещается в сторону гиперболы при формообразовании поверхности. Применения обоих видов движения инструмента по отношению к детали обеспечивает точность получения образующей конической поверхности.

Использование: область станкостроения, при изготовлении прецизионных станков. Сущность изобретения: распределитель содержит корпус, на наружной поверхности которого расположены подводящие и отводящие штуцера. Внутри корпуса установлен конический золотник с проточками. Проточки расположены попарно вдоль оси золотника. Каждая проточка размещена под парой штуцеров, образуя в поперечном сечении золотника концентрический ряд. Каждая последующая пара проточек смещена относительно предыдущей на шаг между штуцерами. Расстояние между проточками в каждом концентрическом ряду определяется минимально необходимым временем вращательного движения. Протяженность каждой проточки определяется величиной амплитуды колебаний шпинделя. 2 ил.

Распределитель системы автоматического управления станка для финишной обработки конусных деталей, содержащий полый шпиндель, связанный с системой энергоносителя, включающий корпус, на наружной поверхности которого расположены подводящие и отводящие штуцеры, гидравлически связанные с установленными внутри корпуса золотником с проточками, отличающийся тем, что золотник выполнен коническим с проточками, расположенными попарно вдоль оси золотника, при этом каждая проточка размещена под парой штуцеров, образуя концентрический ряд в поперечном сечении золотника, у которого последующая пара проточек выполнена относительно предыдущей со смещением на шаг между штуцерами, а проточки в каждом концентрическом ряду выполнена с шагом S, равным
2π²Dn/ω
и протяженностью d, равной

где D диаметр золотника в поперечном сечении, соответствующем положению концентрического ряда проточек;
n заданная частота вращения золотника;
ω круговая частота колебаний шпинделя;
A амплитуда периодических колебаний;
m масса шпинделя;
F заданная сила подачи шпинделя.