УСТАНОВКА ДЛЯ ВИБРОУДАРНОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 2011 года по МПК B24B31/06 

Изобретение относится к финишной, отделочно-упрочняющей обработке деталей сложной формы, в частности к созданию виброобрабатывающего оборудования, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения.

Известно устройство для вибрационной обработки деталей, которое содержит рабочий контейнер, жестко закрепленный между двумя дебалансными вибраторами, крепящимися к массивному основанию посредством пневмоупругих амортизаторов, расположенных в вертикальной и горизонтальных плоскостях (см. Авторское свидетельство №450702, B24B 31/06, «Виброобрабатывающее устройство резонансного типа», опубл. 15.12.74 г., бюл. №43).

В качестве привода дебалансных вибраторов устройства использован электродвигатель постоянного тока с редуктором, а во внутренние полости пневмоупругих амортизаторов по трубопроводам через трехпозиционные электровоздушные клапаны подается воздух. Основным недостатком данного устройства является его конструктивная сложность, так как для обеспечения колебательных движений контейнера используется привод, состоящий из инерционных дебалансных вибраторов, редуктора, электродвигателя, ременных передач, испытывающих большие динамические нагрузки. Другой недостаток состоит в трудности обеспечения центрированной в динамическом отношении компоновки виброобрабатывающего устройства.

Известно также устройство для виброударной обработки деталей, которое по технической сущности, решаемой задаче и достигаемому результату наиболее близко к заявляемому устройству и поэтому принято в качестве прототипа.

Устройство для виброударной обработки деталей резонансного типа содержит рабочую платформу с контейнером, связанную со станиной посредством пневмоупругих амортизаторов, внутренняя полость которых соединена трубопроводами с источником повышенного давления воздуха; вибраторы, сообщающие колебательные движения рабочей платформе и управляющую систему синхронизации рабочих режимов обработки. Два дебалансных круговых вибратора установлены симметрично относительно рабочий платформы вертикально и горизонтально.

Каждый блок пневмоупругих элементов, содержащий установленные с предварительным поджатием пневмоупругие оболочки, подсоединен перекрестно пневмопроводом через регулируемый дроссель и систему нормально закрытых электроклапанов к нескольким регуляторам давления, которые соединены с узлом подготовки сжатого воздуха. Управляющие обмотки электроклапанов подключены через контакты программного командоаппарата к источнику тока (см. Авторское свидетельство №975351, В24В 31/06, "Виброобрабатывающий станок с программным управлением", опубл. 32.11.82 г., бюл. №43).

Однако и это устройство не лишено недостатков, основным из которых является сложность его конструктивного исполнения. Кроме того, несовпадение центра масс с центром приложения возмущающей силы и действием силы реакции упругих связей, обусловленное установкой круговых вибраторов вне центра масс, вызывает неравномерность колебаний детали с контейнером и инструментальной средой и обуславливает значительные погрешности обработки деталей.

Решить задачу по устранению недостатков прототипа стало возможным путем создания принципиально иной компоновки конструктивных элементов виброустановки.

Технический результат - упрощение конструкции устройства, повышение равномерности и качества обработки деталей достигнут за счет того, что в неподвижном фланце каждого из пневмоупругих элементов посредством эластичного уплотнения смонтирована герметично и подвижно виброплощадка, соединенная с синхронно работающим вибратором, образуя функционально пневмоупругие элементы-вибраторы, установленные попарно в противодавлении по координатам возбуждения колебания. Такое конструктивное исполнение позволило установить пневмоупругие вибраторы по оси центра масс подвижной платформы с контейнером.

В качестве механического вибратора применен электромагнитный вибратор, что дало возможность за счет использования элементов задержки электрического сигнала по времени на различных вибраторах обеспечить регулируемую траекторию колебаний; размещение его непосредственно на неподвижном фланце пневмоупругого элемента позволило совместить функции вибратора с функциями пневмоупругого элемента.

Такое совмещение в одном конструктивном узле виброустановки функций пневмоупругого вибратора и пневмоупругого элемента не является очевидным для специалистов, что свидетельствует о том, что предлагаемое техническое решение обладает изобретательским уровнем.

Предлагаемое техническое решение обладает также и новизной, поскольку совокупность признаков формулы изобретения не была обнаружена в патентных и других литературных источниках. Оно может рекомендоваться для промышленного применения, так как разработаны чертежи, изготовлен опытный образец и проведена экспериментальная апробация, которая показала ее работоспособность.

Схема установки для виброударной обработки деталей показана на фиг.1; схема нижнего пневмоупругого элемента-вибратора (поз.7 фиг.1) показана на фиг.2.

Установка для виброударной обработки деталей содержит неподвижную станину 1, подвижную платформу 2 с контейнером 3, установленную относительно станины посредством пневмоупругих элементов 4 и 5, 6 и 7, смонтированных попарно в противодавлении с предварительным поджатием на величину не менее наибольшей амплитуды колебаний. Каждый пневмоупругий элемент выполняет одновременно функции однокоординатного вибратора и состоит из резинокордной оболочки 8, подвижного и неподвижного фланцев 9 и 10, прижимных колец 11, образуя внутреннюю полость 12, заполненную сжатым воздухом.

В неподвижном фланце 10 каждого пневмоупругого элемента выполнено центральное сквозное отверстие, в котором с помощью эластичного уплотнения, например упругой мембраны 13, смонтирована виброплощадка 14, соединенная с синхронно работающим электромагнитным вибратором 15, подключенного к источнику переменного тока 16 через элемент задержки 17 прохождения электрического сигнала по времени.

Все пневмоупругие элементы-вибраторы 4 и 5, 6 и 7 установлены с предварительным поджатием резинокордных оболочек 8 на величину не менее наибольшей амплитуды колебаний и подсоединены попарно трубопроводами 18 к источнику повышенного давления воздуха 19. Каждая пара попарно работающих пневмоупругих элементов-вибраторов, установленных по соответствующим координатам, имеет свой регулятор давления 20 и 21, нормально закрытые электромагнитные клапаны 22, управляющие обмотки которых подключены посредством проводов К₄, К₅, К₆, К₇ (индекс соответствует номеру пневмоупругих элементов-вибраторов) к командоаппарату 23. Воздух в пневмоупругие вибраторы подается через штуцер. Для синхронизации работы электромагнитных вибраторов 15 они подключены посредством проводов ЭС₄, ЭС₅, ЭС₆, ЭС₇ (индекс соответствует номеру пневмоупругих элементов-вибраторов) через блок задержки 17 к генератору 16 электрических сигналов, например синусоидальных. Смещение фазы колебаний вибраторов 15 осуществляется посредством блоков задержки 17 времени прохождения электрического сигнала.

Для возбуждения пространственных колебаний помимо пневмоупругих элементов-вибраторов 4 и 5, 6 и 7 могут быть установлены дополнительные пневмоупругие элементы-вибраторы по другим координатам возбуждения колебаний. Например, при необходимости получения трех координатных колебаний упругие элементы-вибраторы устанавливаются попарно по трем координатам. При изменении давления воздуха в полостях 12 пневмоупругих элементов-вибраторов изменяются их жесткость и отстройка от резонанса по координатам, наступающего при равенстве собственной частоты колебаний подвижной платформы по координатам с вынужденной частотой колебаний. В результате этого изменяется коэффициент динамичности (коэффициент усиления колебаний).

Установка для виброударной обработки деталей работает следующим образом. Во внутреннюю полость 12 пневмоупругих вибраторов 4 и 5, 6 и 7, предварительно поджатых на величину не менее максимальной амплитуды колебаний, по трубопроводам 18 через штуцеры от источника 19 под давлением, установленным посредством регуляторов давления 20 и 21, подается сжатый воздух. Затем электроклапаны 22 закрываются, а на электромагнитные вибраторы 15 подается переменный ток возбуждения колебаний, которые приводят в колебательные движения синхронно работающие виброплощадки 14. При перемещении виброплощадок 14 в полости 12 пневмоупругих вибраторов 4 и 5, 6 и 7 в каждом из них происходит пульсация давления воздуха. При этом в каждой паре пневмовибраторов 4 и 5, 6 и 7 давление будет изменяться синхронно: например в 4-м оно будет повышаться до максимальной величины, в 5-м оно будет уменьшаться до минимальной величины, так как их электромагнитные вибраторы 15 перемещаются синхронно и в 4-м будет уменьшать объем, а в 5-м увеличивать. Изменение траектории колебаний от линейной до круговой осуществляется за счет смещения по фазе перемещений электромагнитных вибраторов попарно работающих пневмоупругих элементов посредством изменения величины задержки устройствами 17 по различным координатам.

В связи с эластичностью резинокордных оболочек 8 пневмоупругих элементов-вибраторов 4-7 в них возможны возбуждения как плоскостных, так и пространственных колебаний (при установке пары пневмоупругих вибраторов по 3-й координате). При давлении воздуха в полостях горизонтально установленных пар пневмоупругих вибраторов Р=2 кгс/см² статическая продольная жесткость составляет 415 кгс/см, поперечная статическая жесткость равна 198 кгм/см, при этом собственная частота продольных колебаний находится в пределах 22,4 Гц. В вертикально установленной паре пневмоупругих элементов-вибраторов для компенсации массы подвижной системы давление устанавливается на 0,5-0,7 кгс/см² больше. При установке различного давления воздуха во внутренних полостях резинокордных оболочек 8 изменяются их жесткость и отстройка от резонанса. При увеличении давления от 2 до 5 кгс/см² продольная жесткость увеличивается до 1108 кгс/см, а собственная частота продольных колебаний повышается до 36,15 Гц. Амплитуда виброперемещений подвижной платформы 2 с контейнером 3 будет равна при этом 1,14 см, амплитуда виброперемещений площадки 14 - 0,24 см.

Режимы колебаний, возбуждаемые за счет пневмоупругих элементов-вибраторов, в полной мере удовлетворяют производительности и равномерности виброударной обработки деталей сложной формы, при этом позволяют упростить компоновку устройства и обеспечить управление траекторией колебаний от линейной до круговой и эллипсной.

Достоинством устройства с пневмоупругими элементами-вибраторами на основе резинокордных оболочек является возможность управления в процессе обработки формой траектории плоскостных и пространственных колебаний за счет величины задержки сигнала возбуждения в электромагнитных вибраторах, а управления амплитудой колебаний - за счет изменения давления воздуха, в том числе по заданной программе.

Предложенная компоновка конструктивных элементов резинокордных пневмоупругих оболочек и однокоординатных электромагнитных вибраторов обеспечивает технический результат, положительный конструктивный и технологический эффекты.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в виброобрабатывающем оборудовании для финишной отделочно-упрочняющей обработки деталей сложной формы. Подвижная платформа с контейнером установлена на станине посредством пневмоупругих элементов, имеющих подвижный и неподвижный фланцы, и внутренние полости которых соединены с источником повышенного давления воздуха. Предусмотрен вибратор с системой синхронизации, сообщающий колебательное движение подвижной системе. Неподвижный фланец пневмоупругих элементов выполнен со сквозным отверстием. В нем посредством эластичного уплотнения смонтирована герметично и подвижно виброплощадка, соединенная с синхронно работающим вибратором с образованием функциональных пневмоупругих элементов-вибраторов. Последние установлены попарно в противодавлении относительно подвижной платформы с контейнером по координатам возбуждения колебаний. В результате упрощается конструкция установки и повышается качество поверхностей за счет обеспечения равномерности их обработки. 2 ил.

Установка для виброударной обработки деталей резонансного типа, содержащая подвижную платформу с контейнером, установленную на станине посредством пневмоупругих элементов, имеющих подвижный и неподвижный фланцы и внутренние полости которых соединены с источником повышенного давления воздуха, а также вибратор с системой синхронизации, сообщающий колебательное движение подвижной системе, отличающаяся тем, что неподвижный фланец пневмоупругих элементов выполнен со сквозным отверстием, в котором посредством эластичного уплотнения смонтирована герметично и подвижно виброплощадка, соединенная с синхронно работающим вибратором с образованием функциональных пневмоупругих элементов-вибраторов, установленных попарно в противодавлении относительно подвижной платформы с контейнером по координатам возбуждения колебаний.