Станок для взаимной автоматизированной притирки деталей шарового шарнира Российский патент 2023 года по МПК B24B37/25 B24B29/04 B24B51/00 B24B11/00 

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано для взаимной автоматизированной притирки сферических поверхностей.

Известно устройство для притирки сферических поверхностей, содержащее станину и смонтированные на ней систему приводов главных движений, представленную в виде шпинделя с приводом и силовой головки с поводком, которая установлена на качающемся рычаге, и систему оказания давления, состоящую из упора и копира, которые корректируют положение силовой головки для притирки сферических поверхностей разных радиусов (патент SU 1324828 А1, опубл. 23.07.1987 г.

Недостатком данного устройства является низкая производительность процесса притирки в силу невозможности автоматизации процесса взаимной притирки сферических поверхностей из-за отсутствия системы подачи-сбора технических сред, контрольно-измерительной системы и блока согласованного управления системами станка.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство для абразивной обработки сферических поверхностей, содержащее станину и смонтированные на ней систему привода главного движения, представленного в виде электродвигателя, связанного со шпинделем инструмента через ременную передачу, водило, рычаг и поводок, систему оказания давления, выполненную в виде рычага с толкателем и центробежного механизма с грузом, и систему подачи технических сред в виде абразивной суспензии (патент SU 1092033 А, опубл. 15.05.1984 г.).

Недостатком данного устройства, в том числе технической проблемой, является низкая производительность процесса притирки в силу невозможности автоматизации процесса взаимной притирки сферических поверхностей, так как в нем отсутствуют независимые программно-управляемые приводы в составе системы приводов главных движений, контрольно-измерительная система и блок согласованного управления системами станка. Также недостатками этого устройства являются: нижнее расположение привода, что повышает риск попадания абразивной суспензии на функциональные поверхности деталей привода; зависимость максимально допустимого давления в зоне притирки от скорости притирки; наличие минимально допустимой скорости притирки, определяемой через необходимую величину подъемной центробежной силы груза и силы прижима притира; отсутствие устройства для сбора отработанной абразивной суспензии.

В основу заявленного изобретения был положен технический результат -повышение производительности процесса притирки за счет использования комплекса согласованных программно-управляемых систем в составе станка, позволяющих автоматизировать процесс взаимной притирки сферических поверхностей.

Технический результат достигается тем, что станок для взаимной автоматизированной притирки деталей шарового шарнира содержит станину со смонтированными на ней колонной, на которой закреплена консоль, со смонтированной на ней системой приводов главных движений, и установочным столом, на котором закреплены система оказания давления и система подачи-сбора технических сред и который выполнен с возможностью установки шарового шарнира, состоящего из крышки, подпятника и шарового пальца, и имеет также контрольно-измерительную систему, представленную в виде закрепленного на установочном столе программно-управляемого привода с лазерным датчиком, выполненным с возможностью подведения к зоне притирки для измерения податливости соединения деталей шарового шарнира, систему наладки, закрепленную на колонне и предназначенную для вертикального перемещения и фиксации системы приводов главных движений, блок согласованного управления системами станка и два регулировочных звена, последние предназначены для достижения вертикального и соосного с осью системы приводов главных движений положения оси отверстия в крышке под шаровой палец, при этом система приводов главных движений, предназначенная для реализации всех видов сферического движения при взаимной притирке деталей шарового шарнира, состоит из программно-управляемых привода прецессии со смонтированным внутри скользящим электроконтактом, привода нутации со смонтированными внутри радиоблоком и компенсирующим грузом и привода собственного вращения с поступательной кинематической парой, в верхней части которой расположено подпружиненное основание, а система оказания давления, предназначенная для создания давления в зоне притирки, состоит из коромысла, соединенного с пневмоцилиндром двустороннего действия, у которого выбор направления дьижения поршня происходит посредством программно-управляемого пневматического сервозолотника, а регулировка силы давления поршня производится за счет программно-управляемых пневматического нагнетающего сервокрана, подключенного к промышленной пневмосистеме, и пневматического стравливающего сервокрана, сообщенного с окружающей средой.

Таким образом, благодаря совокупности согласованных программно-управляемых систем станок позволяет автоматизировать процесс взаимной притирки сферических поверхностей, а регулировочные звенья позволяют совершать притирку шаровых шарниров с наклонным расположением отверстия в крышке под шаровой палец.

Изобретение поясняется графическими изображениями.

На фиг. 1 представлена кинематическая схема станка.

На фиг. 2 - установочный стол с шаровым шарниром и контрольно-измерительной системой.

На фиг. 3 - установочный стол с шаровым шарниром и системой оказания давления.

На фиг. 4 - установочный стол с шаровым шарниром и системой подачи-сбора технических сред.

Станок для взаимной автоматизированной притирки деталей шарового шарнира содержит станину 1 (фиг. 1), на которой смонтированы колонна 2 и установочный стол 3. На колонне 2 закреплена консоль 4, на которой смонтирована система приводов главных движений. На установочном столе 3 закреплены система оказания давления и система подачи-сбора технических сред. Установочный стол 3 выполнен с возможностью установки шарового шарнира 5, состоящего из крышки 6, подпятника 7 и шарового пальца 8. Также станок снабжен контрольно-измерительной системой (фиг. 2), которая представлена в виде закрепленного на установочном столе 3 программно-управляемого привода 9 с лазерным датчиком 10, выполненным с возможностью подведения к зоне притирки для измерения податливости соединения деталей шарового шарнира 5. В верхней части колонны 2 смонтирована система 11 наладки, которая представлена в виде программно-управляемого мотор-редуктора, соединенного посредством муфты с шарико-винтовой передачей, смонтированной в консоли 4. Система 11 наладки предназначена для вертикального перемещения и фиксации системы приводов главных движений. Помимо этого, в станке имеются блок 12 согласованного управления системами станка и два регулировочных звена. Первое регулировочное звено 13, предназначенное для достижения вертикального положения оси 14 отверстия в крышке 6 под шаровой палец 8, расположено в нижней части станка и состоит из закрепленного на станине 1 червячного вала и закрепленного на установочном столе 3 сектора червячного колеса. Второе регулировочное звено 15, предназначенное для достижения соосного положения оси 16 системы приводов главных движений с осью 14 отверстия в крышке 6 под шаровой палец 8, соединяет консоль 4 с системой приводов главных движений и состоит из передачи винт-гайка и поступательной кинематической пары. При этом система приводов главных движений, предназначенная для реализации всех видов сферического движения при взаимной притирке деталей шарового шарнира 5, состоит из программно-управляемых привода 17 прецессии, привода 18 нутации и привода 19 собственного вращения и выглядит следующим образом. На консоли 4 закреплен через второе регулировочное звено 15 программно-управляемый привод 17 прецессии, который состоит из программно-управляемого мотор-редуктора, соединенного посредством муфты с валом прецессии, на котором смонтирован скользящий электроконтакт 20. К нижней фланцевой части вала прецессии прикреплен программно-управляемый привод 18 нутации, который состоит из радиоблока 21 и программно-управляемого мотор-редуктора, соединенного с двумя реечными передачами, установленными на направляющих. К верхней реечной передаче крепится компенсирующий груз 22. К нижней реечной передаче шарнирно крепится программно-управляемый привод 19 собственного вращения, который состоит из программно-управляемого мотор-редуктора, соединенного посредством муфты с поступательной кинематической парой 23, в верхней части которой расположено подпружиненное основание 24. Система приводов главных движений соединяется с шаровым шарниром 5 посредством муфты 25. Система оказания давления (фиг. 3), предназначенная для создания давления в зоне притирки, выполнена в виде коромысла 26, соединенного с пневмоцилиндром 27 двустороннего действия. В составе системы оказания давления также присутствуют закрепленные на установочном столе 3 пневматическая камера 28 и программно-управляемые пневматический сервозолотник 29, пневматический нагнетающий сервокран 30 и пневматический стравливающий сервокран 31. Все элементы пневматической части системы оказания давления сообщаются между собой, с промышленной пневмосистемой и с окружающей атмосферой посредством гибких пневматических шлангов 32.

Система подачи-сбора технических сред (фиг. 4) состоит из верхней и нижней части. Верхняя часть представлена в виде двух зеркально расположенных относительно плоскости симметрии станка и закрепленных на установочном столе 3 программно-управляемых приводов 33 с патрубками 34, первый из которых предназначен для подачи абразивной суспензии в зону притирки, а второй - для сбора отработанных технических сред. Нижняя часть представлена в виде подключенного к подпятнику 7 герметичного механизированного соединения 35 со сквозным отверстием, через которое осуществляется подача очистителя в зону притирки.

Станок работает следующим образом.

Предварительно собранный шаровой шарнир 5 (фиг. 1) устанавливают на установочный стол 3 станка. При помощи первого регулировочного звена 13, представленного в виде закрепленного на станине 1 червячного вала и закрепленного на установочном столе 3 сектора червячного колеса, производят регулировку наклона установочного стола 3 до достижения вертикального положения оси 14 отверстия крышки 6 под шаровой палец 8. При помощи второго регулировочного звена 15, представленного в виде передачи винт-гайка и поступательной кинематической пары, производят горизонтальное перемещение системы приводов главных движений до достижения соосного положения оси 16 системы приводов главных движений с осью 14 отверстия в крышке 6 под шаровой палец 8. Такое положение оси 14 отверстия крышки 6 позволяет обеспечить равномерность распределения абразивной суспензии в зоне притирки и совместить систему координат системы приводов главных движений с системой координат шарового шарнира 5. Далее соединяют шаровой шарнир 5 с системой приводов главных движений посредством муфты 25 и присоединяют систему сказания давления. Затем при помощи блока 12 согласованного управления системами станка запускают управляющую программу по притирке. Блоком 12 согласованного управления системами станка согласуется работа системы приводов главных движений, системы оказания давления, системы подачи-сбора технических сред, контрольно-измерительной системы и системы 11 наладки. Система приводов главных движений, представленная в виде программно-управляемых привода 17 прецессии, привода 18 нутации и привода 19 собственного вращения, позволяет реализовать все виды сферического движения при взаимной притирке деталей шарового шарнира 5. К приводу 18 нутации и приводу 19 собственного вращения электроэнергия поступает через скользящий электроконтакт 20, а прием и передача управляющего сигнала осуществляется посредством радиоблока 21. Для компенсации центробежной силы, вызванной приводом 19 собственного вращения при реализации движения прецессии, в конструкции станка предусмотрен компенсирующий груз 22. На первом этапе отработки управляющей программы происходит подключение к подпятнику 7 системы подачи-сбора технических сред (фиг. 4) посредством герметичного механизированного соединения 35 со сквозным отверстием. Далее система подачи-сбора технических сред посредством подведенного первым программно-управляемым приводом 33 первого патрубка 34 осуществляет подачу абразивной суспензии в зону притирки. Затем система оказания давления создает необходимое давление в зоне притирки следующим образом. Давление в зоне притирки создается за счет силы реакции опоры (фиг. 3), оказываемой на крышку 6 шарового шарнира 5 коромыслом 26, соединенным с пневмоцилиндром 27 двустороннего действия. Рабочее давление воздуха в камере пневмоцилиндра 27 двустороннего действия равно давлению воздуха в пневматической камере 28. Регулировка давления воздуха в пневматической камере 28 происходит посредством программно-управляемых пневматического нагнетающего сервокрана 30, подключенного к промышленной пневмосистеме, и пневматического стравливающего сервокрана 31, сообщенного с окружающей средой. За направление движения поршня пневмоцилиндра 27 двустороннего действия отвечает программно-управляемый пневматический сервозолотник 29. После создания необходимого давления станок приступает непосредственно к самой притирке, которая идет до тех пор, пока не будет достигнуто необходимое требование по моменту силы трения, возникающего при вращении шарового пальца 8. Момент силы трения рассчитывается по следующей формуле:

где М_дв - момент сил, создаваемый приводом 19 собственного вращения;

J_вр - момент инерции всех звеньев, вращаемых приводом 19 собственного вращения;

ε - угловое ускорение, создаваемое приводом 19 собственного вращения.

Момент сил, создаваемый приводом, определяется по следующей формуле:

Где Р_эл - мощность, потребляемая приводом 19 собственного вращения;

n_эл - частота вращения привода 19 собственного вращения.

После достижения требования по моменту силы трения управляющая программа запускает режим очистки зоны притирки, при этом через герметичное механизированное соединение 35 со сквозным отверстием подается очиститель, а подведенный вторым программно-управляемым приводом 33 второй патрубок 34 собирает отработанные технические среды. Далее, при необходимости, управляющая программа переходит в режим измерения податливости соединения деталей шарового шарнира 5. Для этого привод 19 собственного вращения перемещается в соосное положение с приводом 17 прецессии посредством привода 18 нутации. Лазерный датчик 10 (фиг. 2) приводится в рабочее положение программно-управляемым приводом 9. После, происходит измерение расстояния до фланцевой поверхности, жестко связанной с шаровым пальцем 8. Затем система 11 наладки перемещает вертикально вниз по колонне 2 закрепленную на консоли 4 систему приводов главных движений на величину свободного хода поступательной кинематической пары 23 и заданной величины сжатия подпружиненного основания 24. При этом на шаровой палец 8 воздействует заданная конструкторской документацией вертикальная сила и происходит повторное измерение расстояния до фланцевой поверхности лазерным датчиком 10. На основе полученных измерений момента силы трения и податливости соединения деталей шарового шарнира 5 блок 12 согласованного управления системами станка выдает заключение о годности изделия.

Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, отраженная в формуле изобретения, обеспечивает получение заявленного технического результата -повышение производительности процесса притирки за счет использования комплекса согласованных программно-управляемых систем в составе станка, позволяющих автоматизировать процесс взаимной притирки сферических поверхностей.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники и достаточной для получения требуемого технического результата.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении, при использовании заявленного технического решения, следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для взаимной автоматизированной притирки сферических поверхностей деталей шарового шарнира за счет использования комплекса согласованных программно-управляемых систем в составе станка;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, по мнению заявителя, заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано для взаимной автоматизированной притирки сферических поверхностей. Станок содержит станину со смонтированными на ней колонной, на которой закреплена консоль, со смонтированной на ней системой приводов главных движений, и установочным столом, на котором закреплены система оказания давления и система подачи-сбора технических сред и который выполнен с возможностью установки шарового шарнира, состоящего из крышки, подпятника и шарового пальца. Станок содержит контрольно-измерительную систему в виде закрепленного на установочном столе программно-управляемого привода с лазерным датчиком, систему наладки, закрепленную на колонне, блок согласованного управления системами станка и два регулировочных звена. Система приводов главных движений состоит из программно-управляемых привода прецессии, привода нутации и привода собственного вращения. Повышается производительность притирки за счет использования комплекса согласованных программно-управляемых систем в составе станка. 4 ил.

Станок для взаимной автоматизированной притирки деталей шарового шарнира, содержащий станину со смонтированными на ней колонной, на которой закреплена консоль со смонтированной на ней системой приводов главных движений, и установочным столом, на котором закреплены система оказания давления и система подачи-сбора технических сред и который выполнен с возможностью установки шарового шарнира, состоящего из крышки, подпятника и шарового пальца, отличающийся тем, что он снабжен контрольно-измерительной системой, выполненной в виде закрепленного на установочном столе программно-управляемого привода с лазерным датчиком, выполненным с возможностью подведения к зоне притирки для измерения податливости соединения деталей шарового шарнира, системой наладки, закрепленной на колонне и предназначенной для вертикального перемещения и фиксации системы приводов главных движений, блоком согласованного управления системами станка и двумя регулировочными звеньями, предназначенными для обеспечения вертикального и соосного с осью системы приводов главных движений положения оси отверстия в крышке под шаровой палец, при этом система приводов главных движений выполнена с возможностью обеспечения всех видов сферического движения при взаимной притирке деталей шарового шарнира и содержит программно-управляемые привод прецессии со смонтированным внутри скользящим электроконтактом, привод нутации со смонтированными внутри радиоблоком и компенсирующим грузом и привод собственного вращения с поступательной кинематической парой, в верхней части которой расположено подпружиненное основание, а система оказания давления предназначена для создания давления в зоне притирки и выполнена в виде коромысла, соединенного с пневмоцилиндром двустороннего действия, у которого направление движения поршня задано программно-управляемым пневматическим сервозолотником, а регулировка силы давления поршня обеспечена за счет программно-управляемых пневматического нагнетающего сервокрана, подключенного к промышленной пневмосистеме, и пневматического стравливающего сервокрана, сообщенного с окружающей средой.