EA046302B1

EA046302B1 - MOBILE BORING AND SUPPORTING COMPLEX

Info

Publication number: EA046302B1
Application number: EA202391303
Authority: EA
Inventors: Александр Валерьевич Луппов
Original assignee: Ооо Нпп "Сармат"
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2021-11-22
Publication date: 2024-02-23

Description

Изобретение относится к специализированным расточным станкам для восстановления или ремонта изделий путем наплавки металла на внутреннюю поверхность их отверстий с дальнейшей расточкой. Станок предназначен для восстановления цилиндрических отверстий и посадок под валы и подшипники, а также выравнивания соосности цилиндров непосредственно на подлежащем ремонту узле, без необходимости полной разборки агрегата и транспортировки его в ремонтную зону для последующей обработки на стационарных станках.The invention relates to specialized boring machines for restoring or repairing products by surfacing metal onto the inner surface of their holes with further boring. The machine is designed to restore cylindrical holes and fits for shafts and bearings, as well as align the alignment of cylinders directly on the unit to be repaired, without the need to completely disassemble the unit and transport it to the repair area for subsequent processing on stationary machines.

Из уровня техники известна машина для расточки и наплавки (US6073322A, МПК В23К9/О4, В23К9/28, В23Р6/00, опубл. 13.06.2000). Машина представляет собой универсальный переносной автоматический сверлильно-наплавочный станок для выполнения сверления и сварки внутри и снаружи глухих и сквозных отверстий, содержащий патрубок; три полых вала, расположенных в упомянутом патрубке и расположенных соосно. При этом первый внутренний полый вал расположен внутри второго промежуточного полого вала, а третий вал является внешним, по отношению ко второму промежуточному; валы разделены друг от друга парами роликовых подшипников. Станок дополнительно содержит полый держатель для инструмента со средством для его удерживания, головки для инструмента и сварочной горелки, введенной через первый внутренний полый вал. Рабочие органы станка приводятся в действие тремя двигателями.A machine for boring and surfacing is known from the prior art (US6073322A, MPK V23K9/O4, V23K9/28, V23R6/00, publ. 06/13/2000). The machine is a universal portable automatic drilling and surfacing machine for drilling and welding inside and outside blind and through holes containing a pipe; three hollow shafts located in the said pipe and arranged coaxially. In this case, the first internal hollow shaft is located inside the second intermediate hollow shaft, and the third shaft is external with respect to the second intermediate shaft; The shafts are separated from each other by pairs of roller bearings. The machine further comprises a hollow tool holder with means for holding it, a tool head and a welding torch inserted through the first inner hollow shaft. The working parts of the machine are driven by three engines.

Недостатком известного технического решения является то, станок обладает низкой технологичностью, связанной с необходимостью использовать сразу три двигателя для приведения в движение его рабочих органов, при этом двигатель привода вращения не может работать на малых оборотах. Кроме того конструкция приводов требует сложной кинематики узлов привода борштанги - двухскоростного редуктора со сложной системой управления.The disadvantage of the known technical solution is that the machine has low manufacturability due to the need to use three motors at once to drive its working parts, while the rotation drive motor cannot operate at low speeds. In addition, the design of the drives requires complex kinematics of the boring bar drive units - a two-speed gearbox with a complex control system.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению и выбранным в качестве прототипа признан мобильный расточно-наплавочный комплекс (RU2421303C2, МПК В23В 39/14, В23К 37/00, опубл. 20.06.2011). Комплекс содержит привод рабочего инструмента в виде борштанги или диэлектрического вала с наплавочной головкой, шасси, установленные на нем приводы механизма вращения и механизма продольной подачи борштанги с соответствующими двигателями, и закрепляемые на обрабатываемой детали, по меньшей мере, два суппорта, из которых один несущий суппорт выполнен с возможностью установки на него шасси, при этом суппорт дополнительно снабжен быстроразъемным конусным соединением шасси с несущим суппортом, имеющим цанговый зажим, установленный во вращающейся втулке суппорта.The closest technical solution to the claimed invention and chosen as a prototype was recognized as a mobile boring-surfacing complex (RU2421303C2, MPK V23V 39/14, V23K 37/00, publ. 06/20/2011). The complex contains a drive of a working tool in the form of a boring bar or a dielectric shaft with a surfacing head, a chassis, drives of a rotation mechanism and a longitudinal feed mechanism of the boring bar mounted on it with corresponding motors, and at least two supports mounted on the workpiece, of which one is a load-bearing support made with the possibility of installing a chassis on it, while the caliper is additionally equipped with a quick-release conical connection of the chassis with the supporting caliper, which has a collet clamp installed in the rotating sleeve of the caliper.

Недостатком известного технического решения является его низкая технологичность, связанная со сложностью конструкции мобильного комплекса. Кроме того, в конструкции комплекса не предусмотрены средства числового программного управления, позволяющие управлять комплексом в полуавтоматическом и автоматическом режимах.The disadvantage of the known technical solution is its low manufacturability associated with the complexity of the design of the mobile complex. In addition, the design of the complex does not provide numerical control tools that would allow the complex to be controlled in semi-automatic and automatic modes.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение технологичности комплекса, эффективности его использования и точности обработки с его помощью отверстий при одновременном сохранении мобильности, надежности и низкой стоимости.The technical problem to which the claimed invention is aimed is to increase the manufacturability of the complex, the efficiency of its use and the accuracy of processing holes with its help, while maintaining mobility, reliability and low cost.

Указанная задача решена тем, что мобильный расточно-наплавочный комплекс состоит из цанговой передней траверсы, снабженной зажимными винтами и задней траверсы, соединенных левой и правой цилиндрическими направляющими, между которыми на ходовом винте, установлена разъемная цанговая каретка, снабженная зажимными винтами, с закрепленным в ней приводом осевого вращения. Ходовой винт снабжен маховиком ручного перемещения каретки и связан зубчато-ременной передачей с валом двигателя привода продольной подачи, закрепленного на нижнем торце задней траверсы. К приводу осевого вращения и двигателю привода продольной подачи подключены силовые выходы блока управления, выполненного на основе микроконтроллера. Дополнительно на передней и задней траверсах закреплены концевые датчики, выходы которых подключены к измерительным входам блока управления.This problem is solved by the fact that the mobile boring-surfacing complex consists of a collet front traverse equipped with clamping screws and a rear traverse connected by left and right cylindrical guides, between which a split collet carriage is installed on the lead screw, equipped with clamping screws, with a axial rotation drive. The lead screw is equipped with a flywheel for manual movement of the carriage and is connected by a toothed belt drive to the shaft of the longitudinal feed drive motor, mounted on the lower end of the rear traverse. The power outputs of the control unit, made on the basis of a microcontroller, are connected to the axial rotation drive and the longitudinal feed drive motor. Additionally, limit sensors are mounted on the front and rear crossbars, the outputs of which are connected to the measuring inputs of the control unit.

Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью признаков комплекса, является возможность использования в качестве привода осевого вращения сервопривод постоянного тока, электродрель или наплавочный модуль, за счет применения в конструкции комплекса разъемной цанговой каретки, что дает возможность устанавливать в нее приводы осевого вращения в разных исполнениях. Последнее дает возможность выполнять с помощью мобильного комплекса различные технологические операции в зависимости от вида применяемого привода, в частности использовать станок как для выполнения расточных, так и наплавочных операций. Кроме того, применение ходового винта, маховика ручного перемещения каретки, привода продольной подачи, концевых датчиков и блока управления дает возможность выполнять упомянутые технологические операции как в ручном, так и в полуавтоматическом и автоматическом режимах. Таким образом, комплекс повышает эффективность ремонта шарнирного соединения с одной степенью свободы в деталях и узлах крупногабаритных машин и механизмов, таких как экскаваторы, краны, дорожно-строительная техника, а также металлопрокатывающее, горно-шахтное, горнообогатительное и другое оборудование, предполагающее стационарное использование.A positive technical result provided by the set of features of the complex disclosed above is the possibility of using a DC servo drive, an electric drill or a surfacing module as an axial rotation drive, due to the use of a split collet carriage in the design of the complex, which makes it possible to install axial rotation drives in it in different designs . The latter makes it possible to perform various technological operations using the mobile complex, depending on the type of drive used, in particular, to use the machine for both boring and surfacing operations. In addition, the use of a lead screw, a flywheel for manual movement of the carriage, a longitudinal feed drive, limit sensors and a control unit makes it possible to perform the mentioned technological operations in both manual, semi-automatic and automatic modes. Thus, the complex increases the efficiency of repair of articulated joints with one degree of freedom in parts and assemblies of large-sized machines and mechanisms, such as excavators, cranes, road construction equipment, as well as metal rolling, mining, ore dressing and other equipment that requires stationary use.

Конструкция мобильного расточно-наплавочныого комплекса поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан его внешний вид в изометрической проекции со стороны передней траверсы; на фиг. 2 представThe design of the mobile boring-surfacing complex is illustrated by drawings, where in Fig. 1 shows its appearance in an isometric projection from the side of the front traverse; in fig. 2 representations

- 1 046302 лен внешний вид комплекса в изометрической проекции со стороны задней траверсы; на фиг. 3 приведен внешний вид привода осевого вращения в виде наплавочного модуля; на фиг. 4 приведена структурная схема блока управления комплексом.- 1 046302 flax external view of the complex in isometric projection from the side of the rear traverse; in fig. Figure 3 shows the appearance of the axial rotation drive in the form of a surfacing module; in fig. Figure 4 shows a block diagram of the complex control unit.

Мобильный расточно-наплавочный комплекс устроен следующим образом.The mobile boring and surfacing complex is designed as follows.

Комплекс состоит из цанговой передней траверсы 1, снабженной зажимными винтами 2 и задней траверсы 3, соединенных левой и правой цилиндрическими направляющими 4 и 5, между которыми на ходовом винте 6, установлена цанговая каретка 7, снабженная зажимными винтами 8, с закрепленным в ней приводом осевого вращения. Ходовой винт 6 снабжен маховиком 9 ручного перемещения каретки 7 и связан зубчато-ременной передачей 10 с валом двигателя привода продольной подачи 11, закрепленного на нижнем торце задней траверсы 3. К приводу осевого вращения и двигателю привода продольной подачи 11 подключены первый и второй силовые выходы 12 и 13 блока управления, выполненного на основе микроконтроллера 14, при этом к входам упомянутых приводов дополнительно подключены входы блока автоматических выключателей. Дополнительно на передней и задней траверсах 1 и 3 закреплены первый и второй концевые датчики 15 и 16, выходы которых подключены, соответственно, к измерительным входам 17 и 18. Блок управления снабжен пультом оператора, содержащим клавиши Старт и Стоп, а также светодиодные индикаторы текущих режимов работы устройства.The complex consists of a collet front traverse 1, equipped with clamping screws 2 and a rear traverse 3, connected by left and right cylindrical guides 4 and 5, between which on the lead screw 6, a collet carriage 7 is installed, equipped with clamping screws 8, with an axial drive fixed in it rotation. The lead screw 6 is equipped with a flywheel 9 for manual movement of the carriage 7 and is connected by a toothed belt drive 10 to the shaft of the longitudinal feed drive motor 11, mounted on the lower end of the rear crossbeam 3. The first and second power outputs 12 are connected to the axial rotation drive and the longitudinal feed drive motor 11 and 13 control unit, made on the basis of microcontroller 14, while the inputs of the circuit breaker block are additionally connected to the inputs of the mentioned drives. Additionally, the first and second limit sensors 15 and 16 are attached to the front and rear crossbars 1 and 3, the outputs of which are connected, respectively, to the measuring inputs 17 and 18. The control unit is equipped with an operator console containing Start and Stop keys, as well as LED indicators of the current modes device operation.

Цилиндрические направляющие 4 и 5 могут быть изготовлены из калиброванных хромированных штоков и установлены в отверстия передней и задней траверс 1 и 3 легкой прессовой посадкой, ходовой винт 6 может иметь трапециевидную или треугольную метрическую резьбу, а отверстия под цилиндрические направляющие 4, 5 и ходовой винт 6 целесообразно выполнять в единой заготовке для передней траверсы 1 и цанговой каретки 7 по одной программе на станке с числовым программным управлением для обеспечения соосности отверстий с дальнейшей резкой заготовки на упомянутые траверсу и каретку.Cylindrical guides 4 and 5 can be made of calibrated chrome rods and installed in the holes of the front and rear crossbars 1 and 3 with an easy press fit, lead screw 6 can have a trapezoidal or triangular metric thread, and holes for cylindrical guides 4, 5 and lead screw 6 It is advisable to perform in a single workpiece for the front traverse 1 and the collet carriage 7 according to one program on a machine with numerical control to ensure the alignment of the holes from further cutting of the workpiece to the mentioned traverse and carriage.

Микроконтроллер 14 блока управления содержит микропроцессорное ядро 19, соединенное с помощью системной шины с FLASH-памятью программ 20, SRAM-памятью данных 21, многоканальным аналого-цифровым преобразователем ADC 22, универсальным асинхронным приемопередатчиком UART 23, интерфейсом ввода/вывода общего назначения, сгруппированного, по крайней мере, в два GPI/Oпорта ввода-вывода 24 и 25, и модулем подключения SD-карты 26.The microcontroller 14 of the control unit contains a microprocessor core 19, connected via a system bus to a FLASH program memory 20, an SRAM data memory 21, a multi-channel analog-to-digital converter ADC 22, a universal asynchronous transceiver UART 23, a general-purpose input/output interface, grouped at least two GPI/O I/O ports 24 and 25, and an SD card connection module 26.

К первой и второй линиям аналого-цифрового преобразователя ADC 22 подключены измерительные входы 17 и 18, универсальный асинхронный приемопередатчик UART 23 подключен к Bluetoothмодулю 27, линии первого GPI/O-порта ввода-вывода 24 подключены к первому силовому выходу 12 и второму силовому выходу 13, ко второму GPI/O-порту ввода-вывода 25 подключен пульт оператора и блок автоматических выключателей, а к модулю подключения SD-карты 26 может быть подключено устройство для чтения карт памяти (card reader], в которое установлена и электрически соединена с модулем SD-карта 28.Measuring inputs 17 and 18 are connected to the first and second lines of the analog-to-digital converter ADC 22, the universal asynchronous transceiver UART 23 is connected to the Bluetooth module 27, the lines of the first GPI/O I/O port 24 are connected to the first power output 12 and the second power output 13 , an operator console and a circuit breaker unit are connected to the second GPI/O I/O port 25, and a memory card reader (card reader) can be connected to the SD card connection module 26, in which it is installed and electrically connected to the SD module -card 28.

В качестве привода осевого вращения может быть использован сервопривод постоянного тока 29 с двигателем мощностью 1,5 кВт, снабженным планетарным редуктором, например может быть применен сервопривод модели ADTECH QS7 (сервопривод ADTECH QS7//AliExpress.ru URL: https://h5.aliexpress.ru/item/4000994043979.html (дата обращения: 10.11.2020)), электродрель или наплавочный модуль 30, содержащий корпус 31, с установленной в нем головкой 32 под наплавочную штангу, соединенной зубчато-ременной передачей 33 с валом шагового двигателя 34. Привод продольной подачи 11 может быть выполнен в виде шагового двигателя, при этом силовой выход 12, подключенный к приводу осевого вращения, может быть выполнен комбинированным, включающим в себя сервоконтроллер, управляющий сервоприводом постоянного тока 29, в качестве которого целесообразно применить модуль QS7AA030M, входящий в комплект упомянутого сервопривода ADTECH QS7, и драйвер шагового двигателя, управляющий шаговым двигателем 34 наплавочного модуля 30. Силовой выход 13, подключенный к приводу продольной подачи 11, может представлять собой драйвер шагового двигателя, при этом в качестве упомянутых драйверов может быть использованы цифроаналоговые микрошаговые драйверы модели М880А (драйвер шагового двигателя М880А//CompaactTool.ru URL: https://compacttool.ru/viewtovar.php?id=1826 (дата обращения: 10.11.2020)). В качестве микроконтроллера может быть применена микросхема LPC2478 (Single-chip 16-bit/32-bitmicro; 512 kB flash, Ethernet, CAN, LCD, USB 2.0 device/host/OTG, external memory interface//LPC2478 URL: https://www.nxp.com/docs/en/datasheet/LPC2478.pdf). основанная на микропроцессорном ядре ARM7TDMI-S, работающем на частоте 180 МГц. В качестве Bluetooth-модуля может быть использована сборка НС-05 (Bluetooth модуль НС05//3DiY URL: https://3d-diy.ru/wiki/arduino-moduli/bluetooth-modul-hc-05/).As an axial rotation drive, a DC servo drive 29 with a 1.5 kW motor equipped with a planetary gear can be used, for example, a servo drive model ADTECH QS7 can be used (ADTECH QS7 servo drive//AliExpress.ru URL: https://h5.aliexpress .ru/item/4000994043979.html (access date: November 10, 2020)), an electric drill or surfacing module 30 containing a housing 31, with a head 32 installed in it for a surfacing rod, connected by a toothed belt drive 33 to the shaft of a stepper motor 34. The longitudinal feed drive 11 can be made in the form of a stepper motor, while the power output 12 connected to the axial rotation drive can be combined, including a servo controller that controls the DC servo drive 29, for which it is advisable to use the QS7AA030M module included in set of the mentioned ADTECH QS7 servo drive, and a stepper motor driver that controls the stepper motor 34 of the surfacing module 30. The power output 13 connected to the longitudinal feed drive 11 can be a stepper motor driver, and digital-analog microstepping drivers of the model can be used as the mentioned drivers M880A (stepper motor driver M880A//CompaactTool.ru URL: https://compacttool.ru/viewtovar.php?id=1826 (access date: 11/10/2020)). The LPC2478 chip can be used as a microcontroller (Single-chip 16-bit/32-bitmicro; 512 kB flash, Ethernet, CAN, LCD, USB 2.0 device/host/OTG, external memory interface//LPC2478 URL: https:// www.nxp.com/docs/en/datasheet/LPC2478.pdf). based on the ARM7TDMI-S microprocessor core operating at 180 MHz. The HC-05 assembly can be used as a Bluetooth module (Bluetooth module HC05//3DiY URL: https://3d-diy.ru/wiki/arduino-moduli/bluetooth-modul-hc-05/).

Мобильный расточно-наплавочный комплекс работает следующим образом.The mobile boring and surfacing complex operates as follows.

Первоначально, в зависимости от выполняемой операции (расточка или наплавка), в цанговую каретку 7 устанавливают привод осевого вращения, при этом в первом случае его роль выполняет сервопривод постоянного тока 29 (или электродрель), во втором случае привод представляет собой наплавочный модуль 30. В случае применения вкачестве привода осевого вращения сервопривода постоянного тока 29, последний закрепляется на каретке 7 винтами 8 с помощью крышки 35. В случае применения наплавочного модуля 30 применение крышки не требуется, так как соответствующие фланцы 36 выполнены заодно с корпусом 31 и функцию крышки выполняет сам модуль. В случае выполнения расточнойInitially, depending on the operation being performed (boring or surfacing), an axial rotation drive is installed in the collet carriage 7, while in the first case its role is played by a DC servo drive 29 (or an electric drill), in the second case the drive is a surfacing module 30. B In the case of using a DC servo drive 29 as an axial rotation drive, the latter is secured to the carriage 7 with screws 8 using a cover 35. In the case of using a surfacing module 30, the use of a cover is not required, since the corresponding flanges 36 are integral with the housing 31 and the function of the cover is performed by the module itself . In case of boring

--

Claims

operations, a boring head is mounted on the shaft of a servo drive or electric drill via a coupling (not shown in the figures); in the case of a surfacing operation, a surfacing rod is installed in the head 32, extended to the required length and fixed. Then, power outputs 12 and 13 are connected to the longitudinal feed drive 11 and the axial rotation drive (DC servo drive 29 or stepper motor 34 of the surfacing module 30, depending on the operation). After completing the described setup operations of the complex, boring or surfacing technological operations begin.

Both when performing boring and surfacing operations, the microcontroller 14 of the control unit, based on the control program stored in the FLASH memory 20, using the SRAM data memory 21, controls the axial rotation drive and the longitudinal feed drive 11 using the lines of the first GPI/0 -port 24. In this case, pulse-width modulated signals can be used to control the rotation speed of the shaft of a DC servo drive 29 or a stepper motor 34, and a running unit algorithm can be used to control the longitudinal feed drive 11. The lead screw 6 can also be controlled manually using the flywheel 9 to manually move the carriage 7 when the longitudinal feed drive motor 11 is turned off.

During the entire operation of the longitudinal feed drive, the microcontroller 14 polls the limit sensors 15 and 16 in order to prevent possible emergency contact of the carriage 7 with the front 1 or rear 3 traverses. If the control unit detects an emergency situation, it automatically blocks the drives of the complex using the emergency switch block.

To control the operation of the complex, both the operator’s console and an additional remote control, which is a tablet computer connected to the control unit using a wireless Bluetooth radio interface, can be used. Communication with the remote control panel is provided using a universal asynchronous transceiver UART 23 and a Bluetooth module 27. All typical settings and operating modes of the complex, such as the rotation speed of the boring head or surfacing rod, as well as the speed of movement of the carriage 7, are configured and adjusted using the mentioned remote controls and can be saved if necessary on the SD card 28 for future use.

Thus, the boring-surfacing complex considered in the present invention is a universal mobile machine for performing both boring and surfacing operations and can be effectively used in the repair and restoration of holes at the location of the equipment, including boring a worn hole to eliminate ellipseness, restoring a worn hole by surfacing and boring holes to the required diameter.

CLAIM

1. Mobile boring and surfacing complex containing a collet front cross-beam equipped with clamping screws and a rear cross-beam connected by left and right cylindrical guides, characterized in that between the guides on the lead screw there is a collet carriage equipped with clamping screws, with an axial drive fixed in it rotation; the lead screw is equipped with a flywheel for manual movement of the carriage and is connected by a toothed belt drive to the shaft of the longitudinal feed drive motor, mounted on the lower end of the rear traverse; the power outputs of the control unit, made on the basis of a microcontroller, are connected to the axial rotation drive and the longitudinal feed drive motor; Additionally, limit sensors are attached to the front and rear crossbars, the outputs of which are connected to the measuring inputs of the control unit.

2. Mobile boring and surfacing complex according to claim 1, characterized in that the cylindrical guides are made of calibrated chrome-plated rods.

3. Mobile boring and surfacing complex according to claim 1, characterized in that the lead screw has a trapezoidal thread.

4. Mobile boring and surfacing complex according to claim 1, characterized in that the lead screw has a triangular metric thread.

5. Mobile boring and surfacing complex according to claim 1, characterized in that a DC servo drive with a motor equipped with a planetary gearbox is used as an axial rotation drive.

6. Mobile boring and surfacing complex according to claim 1, characterized in that an electric drill is used as an axial rotation drive.

7. Mobile boring and surfacing complex according to claim 1, characterized in that a surfacing module is used as an axial rotation drive, containing a housing with a head installed in it for a surfacing rod, connected by a toothed belt drive to the shaft of a stepper motor.

8. Mobile boring and surfacing complex according to claim 1, characterized in that the longitudinal feed drive is made in the form of a stepper motor.

-