RU126274U1

RU126274U1 - ADAPTIVE INSTRUMENTAL MODULE

Info

Publication number: RU126274U1
Application number: RU2012133110/02U
Authority: RU
Inventors: Алексей Вячеславович Тюрин; Михаил Сергеевич Чепчуров
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2012-08-01
Publication date: 2013-03-27

Abstract

Адаптивный инструментальный модуль, содержащий сменный инструментальный блок, выполненный в виде подвижного суппорта, несущего резцедержатель с резцом, и устройство управления, отличающийся тем, что механизмы продольного и поперечного перемещения сменного инструментального блока выполнены в виде прецизионных шариковинтовых передач, каждая из которых связана с соответствующим серводвигателем, резцедержатель соединен с возможностью качания с адаптирующим серводвигателем посредством передаточного механизма, а устройство управления содержит сервоприводы, контроллер и устройство отображения и программирования, при этом все серводвигатели связаны с устройством управления через сервоприводы, управляемые контроллером, имеющим обратную связь с устройством отображения и программирования и датчиком Холла, через усилитель и аналогово-цифровой преобразователь, а блок питания соединен с сервоприводами, контроллером и аналогово-цифровым преобразователем.An adaptive tool module comprising a replaceable tool block made in the form of a movable caliper carrying a tool holder with a cutter, and a control device, characterized in that the mechanisms of longitudinal and transverse movement of the replaceable tool block are made in the form of precision ballscrews, each of which is associated with a corresponding servomotor , the tool holder is connected with the possibility of swinging with an adaptive servomotor by means of a transmission mechanism, and a control device contains servos, a controller and a display and programming device, while all servomotors are connected to the control device through servos controlled by a controller that is feedback from the display and programming device and the Hall sensor, through an amplifier and an analog-to-digital converter, and the power supply is connected to the servos , controller and analog-to-digital converter.

Description

Адаптивный инструментальный модуль относится к области станкостроения, в частности, к металлообрабатывающему оборудованию.The adaptive tool module relates to the field of machine tools, in particular, to metalworking equipment.

Известно устройство суппорта токарно-копировального полуавтомата модели 1722 для изготовления сложнопрофильных деталей посредством копирования профиля эталонной детали [«Металлорежущие станки» Колл. авторов под ред. проф. В.К.Тепинкичиева. М., «Машиностроение», 1973, 472 с.]. Каретка суппорта жестко связана с гидроцилиндром и суппортом, а шток поршня - с салазками. Корпус гидроцилиндра имеет направляющие, на которых установлен следящий золотник. Шток золотника упирается в рычаг щупа. Рычаг может качаться вокруг оси, а щуп находится в контакте с эталонной деталью или шаблоном. Когда деталь обрабатывается в несколько проходов, положение щупа регулируется таким образом, чтобы он не касался эталонной детали, а резец снимал бы только часть припуска. И только перед последним проходом щуп входит в контакт с эталонной деталью. Управление автоматическим циклом движения суппортов, перемещения и зажима пиноли задней бабки осуществляется системой электроавтоматики и трех гидропанелей: копировального суппорта, подрезных суппортов и задней бабки.A device is known for the support of a semi-automatic turning semi-automatic model 1722 for the manufacture of complex parts by copying the profile of the reference part ["Metal-cutting machines" Coll. authors ed. prof. V.K.Tepinkichieva. M., "Engineering", 1973, 472 S.]. The support carriage is rigidly connected to the hydraulic cylinder and caliper, and the piston rod is connected to the slide. The housing of the hydraulic cylinder has guides on which a follower valve is installed. The spool rod abuts against the dipstick lever. The lever can swing around an axis, and the probe is in contact with a reference part or template. When a part is processed in several passes, the position of the probe is adjusted so that it does not touch the reference part, and the cutter would remove only part of the allowance. And only before the last pass the probe comes into contact with the reference part. The automatic cycle of the movement of the calipers, the movement and clamping of the tailstock quill is controlled by the electro-automatic system and three hydraulic panels: a copy support, scoring calipers and the tailstock.

Недостатками данного суппорта является высокая стоимость и сложность изготовления, низкая точность изготовления деталей, сложность обслуживания.The disadvantages of this caliper are the high cost and complexity of manufacturing, low precision manufacturing of parts, the complexity of maintenance.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является гидрокопировальное устройство ГС-1 для обработки деталей на токарных станках по плоскому копиру [«Гидрокопировальные устройства металлорежущих станков» Зайцев П.П. М-С, Машгиз, 1962, 136 с.]. Устройство состоит из подвижного гидрокопировального суппорта, с резцедержателем несущим резец, приспособления для установки копира и управляющего устройства.The closest technical solution, selected as a prototype, is a GS-1 hydrocopy device for processing parts on lathes with a flat copy ["Hydrocopy devices of metal cutting machines" Zaitsev P.P. M-S, Mashgiz, 1962, 136 pp.]. The device consists of a movable hydrocopy caliper, with a tool holder carrying a cutter, a device for installing a copier and a control device.

С существенными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа: адаптивный инструментальный модуль, содержащий сменный инструментальный блок, выполненный в виде подвижного суппорта несущего резцедержатель с резцом, и устройство управления.The following features of the prototype coincide with the essential features of the utility model: an adaptive tool module comprising a replaceable tool block made in the form of a movable support bearing a tool holder with a cutter, and a control device.

Недостатками прототипа является низкая точность обработки, сложность изготовления, узкие технологические возможности.The disadvantages of the prototype is the low accuracy of processing, manufacturing complexity, narrow technological capabilities.

Указанные недостатки связаны с тем, что, не имея прецизионных шариковинтовых передач в качестве привода продольной и поперечной подачи связанных с независимыми приводами, а также отсутствие механизма регулирования наклона режущей кромки инструмента к нормали обрабатываемой поверхности в процессе резания невозможно обеспечить высокую точность обработки; отсутствие перепрограммируемых приводов и возможности получения плоскостей при токарной обработке не позволяет расширить технологические возможности устройства.These drawbacks are due to the fact that, without precision ballscrews as a drive for longitudinal and transverse feeds connected with independent drives, as well as the lack of a mechanism for adjusting the inclination of the tool cutting edge to the normal to the machined surface during cutting, it is impossible to provide high precision machining; the lack of reprogrammable drives and the ability to obtain planes during turning does not allow to expand the technological capabilities of the device.

Сущность полезной модели заключается в том, что адаптивный инструментальный модуль, содержит сменный инструментальный блок, выполненный в виде подвижного суппорта несущего резцедержатель с резцом и устройство управления. Механизмы продольного и поперечного перемещения сменного инструментального блока выполнены в виде прецизионных шариковинтовых передач, каждая из которых связана с соответствующим серводвигателем. Резцедержатель соединен с возможностью качания с адаптирующим серводвигателем посредством передаточного механизма, при этом все серводвигатели связаны с устройством управления через сервоприводы. Устройство управления содержит сервоприводы, контроллер и устройство отображения и программирования. Работой всех серводвигателей управляет контроллер, который имеет обратную связь с устройством отображения и программирования, а также и с датчиком Холла, через усилитель и аналогово-цифровой преобразователь. Блок питания соединен с сервоприводами, контроллером и аналогово-цифровым преобразователем.The essence of the utility model lies in the fact that the adaptive tool module contains a replaceable tool unit made in the form of a movable caliper carrying a tool holder with a cutter and a control device. The mechanisms of longitudinal and transverse movement of the interchangeable tool unit are made in the form of precision ballscrews, each of which is associated with a corresponding servomotor. The tool holder is swing-connected to the adaptive servomotor by means of a transmission mechanism, while all servomotors are connected to the control device through servos. The control device includes servos, a controller, and a display and programming device. The operation of all servomotors is controlled by a controller that has feedback from the display and programming device, as well as with the Hall sensor, through an amplifier and an analog-to-digital converter. The power supply is connected to servos, a controller and an analog-to-digital converter.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель является создание модуля, который позволит повысить качество изготовления деталей за счет обеспечения высокой точности перемещения сменного инструментального блока и автоматической адаптации угла наклона режущей кромки инструмента и расширить технологические возможности, за счет синхронизации движения подачи инструмента и вращения заготовки.The task that the utility model is aimed at is creating a module that will improve the manufacturing quality of parts by ensuring high accuracy of movement of the interchangeable tool unit and automatically adapting the angle of inclination of the cutting edge of the tool and expanding technological capabilities by synchronizing the movement of the tool feed and the rotation of the workpiece.

Поставленная задача решается за счет того, что механизмы продольного и поперечного перемещения сменного инструментального блока выполнены в виде прецизионных шариковинтовых передач, каждая из которых связана с соответствующим серводвигателем, резцедержатель соединен с возможностью качания с адаптирующим серводвигателем посредством передаточного механизма, а устройство управления содержит сервоприводы, контроллер и устройство отображения и программирования, при этом все серводвигатели связаны с устройством управления через сервоприводы, управляемые контроллером, имеющем обратную связь с устройством отображения и программирования и датчиком Холла, через усилитель и аналогово-цифровой преобразователь, а блок питания соединен с сервоприводами, контроллером и аналогово-цифровым преобразователем.The problem is solved due to the fact that the mechanisms of longitudinal and transverse movement of the interchangeable tool block are made in the form of precision ballscrews, each of which is connected with a corresponding servomotor, the tool holder is connected with the possibility of swinging with an adaptive servomotor through a gear mechanism, and the control device contains servos, a controller and a display and programming device, wherein all servomotors are connected to the control device via serv actuators controlled by a controller having a feedback device and display programming and the Hall sensor, an amplifier and an analog-digital converter, and the power supply is connected to the servo controller and an analog-digital converter.

Повышение точности обработки достигается за счет того, что продольные и поперечные перемещения осуществляются посредством прецизионных шариковинтовых передач, обеспечивающих высокую точность перемещения сменного инструментального блока в процессе резания, а также за счет автоматической адаптации угла наклона режущей кромки инструмента к нормали обрабатывающей поверхности, что позволяет получать высокоточные поверхности после обработки изделия.Improving the accuracy of processing is achieved due to the fact that longitudinal and transverse movements are carried out by means of precision ball screws, providing high accuracy of movement of the interchangeable tool unit during cutting, as well as by automatically adapting the angle of inclination of the cutting edge of the tool to the normal of the machining surface, which allows to obtain high-precision surface after processing the product.

Расширение технологических возможностей выражается в получении плоскостей, лысок, граней и т.п.за счет синхронизации движения подачи инструмента и вращения заготовки при использовании модуля совместно с токарным автоматом продольного точения. Все приводы независимы и имеют возможность перепрограммирования, в комплекте с модулем находятся сменные инструментальные блоки, в библиотеке находятся готовые алгоритмы получения типовых деталей.The expansion of technological capabilities is expressed in obtaining planes, flats, faces, etc. due to the synchronization of the movement of the tool feed and the rotation of the workpiece when using the module in conjunction with a longitudinal turning lathe. All drives are independent and have the ability to reprogram, complete with a module are replaceable tool blocks, the library contains ready-made algorithms for obtaining typical parts.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами. На фиг.1 показан адаптивный инструментальный модуль; на фиг.2 - механизм адаптации угла режущей кромки, (вид А с фиг.1); на фиг.3 приведена принципиальная схема модуля.The essence of the utility model is illustrated by graphic materials. Figure 1 shows an adaptive tool module; figure 2 - adaptation mechanism of the angle of the cutting edge, (view A from figure 1); figure 3 shows the circuit diagram of the module.

Адаптивный инструментальный модуль состоит из корпуса 1 имеющего базовую плоскость для установки на поперечных салазках суппорта станка. На корпусе 1 установлен подвижный сменный инструментальный блок 2 и размещено устройство управления 3. Сменный инструментальный блок 2, выполнен в виде подвижной каретки с закрепленным резцедержателем 4 несущим резец 5. Резец 5 имеет возможность качания, что обеспечивается за счет серводвигателя (СД) 6 и передаточного механизма 7 взаимодействующего с резцедержателем 4. В сменный инструментальный блок 2 встроены поперечная шариковинтовая передача 8, на конце которой установлен серводвигатель (СД) 9 и продольная шариковинтовая передача 10, на конце которой установлен серводвигатель (СД) 11. Серводвигатели 6, 9, 11 электрически связаны с соответствующими каждому из них сервоприводами (СП) 12, 13 и 14, расположенными в устройстве управления 3, которые, в свою очередь, электрически связаны с контроллером 15. Датчик Холла 16, установленный на кабеле питания главного привода станка (условно не показан) формирует аналоговый сигнал, который в последствии преобразуется в управляющий для серводвигателя 6. Датчик Холла 16 электрически связан с устройством управления 3 через усилитель 17 и аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) 18. В свою очередь контроллер 15 электрически связан с устройством отображения и программирования (УОиП) 19. Электрическое питание устройств: 12, 13, 14, 15 и 18 обеспечивается блоком питания (БП) 20.The adaptive tool module consists of a housing 1 having a base plane for installation on the transverse slide of the machine support. A movable interchangeable tool unit 2 is installed on the housing 1 and a control device 3 is placed. The interchangeable tool unit 2 is made in the form of a movable carriage with a fixed tool holder 4 carrying a tool 5. The tool 5 has a swinging function, which is ensured by a servomotor (SD) 6 and a transmission a mechanism 7 interacting with a tool holder 4. A transverse ball screw 8 is built into the interchangeable tool block 2, at the end of which a servomotor (SD) 9 and a longitudinal ball screw 10 are installed, on where the servomotor (SD) is installed 11. The servomotors 6, 9, 11 are electrically connected to the respective servo drives (SP) 12, 13 and 14 located in the control device 3, which, in turn, are electrically connected to the controller 15. The Hall sensor 16 installed on the power cable of the main drive of the machine (not shown conditionally) generates an analog signal, which is subsequently converted into a control signal for the servomotor 6. The Hall sensor 16 is electrically connected to the control device 3 through an amplifier 17 and analog-digital new converter (ADC) 18. In turn, the controller 15 is electrically connected to the display and programming device (UOiP) 19. The electric power supply to the devices: 12, 13, 14, 15 and 18 is provided by a power supply unit (PSU) 20.

Адаптивный инструментальный модуль работает следующим образом. Корпус модуля 1 устанавливается базовой плоскостью на поперечных салазках суппорта станка, затем выбирается сменный инструментальный блок 2 в зависимости от типа используемого режущего инструмента. Тип режущего инструмента определяется видом обрабатываемой поверхности.The adaptive tool module operates as follows. The housing of module 1 is installed by the base plane on the transverse slides of the machine support, then a removable tool block 2 is selected depending on the type of cutting tool used. The type of cutting tool is determined by the type of workpiece.

После выбора типа режущего инструмента в резцедержателе 4 закрепляют резец 5. Электрическое питание устройства управления 3 обеспечивается включением блока питания 20. Далее производится настройка модуля с учетом возможностей используемого станка и поставленной задачи.After selecting the type of cutting tool in the tool holder 4, the cutter 5 is fixed. The power supply of the control device 3 is provided by turning on the power supply unit 20. Next, the module is configured taking into account the capabilities of the machine used and the task.

С помощью устройства отображения и программирования 19 выбирают готовый алгоритм обработки из памяти или программируют новую задачу. С контроллера 15 поступает управляющий сигнал на сервопривод продольной подачи 14, формирующий управляющий сигнал для работы серводвигателя 11 и на сервопривод поперечной подачи 13, формирующий управляющий сигнал для работы серводвигателя 9. Продольное перемещение сменного инструментального блока 2 осуществляется посредством продольной шариковинтовой передачи 10, крутящий момент, на которую передает серводвигатель 11; поперечное перемещение сменного инструментального блока 2 осуществляется посредством поперечной шариковинтовой передачи 8, крутящий момент, на которую передает серводвигатель 9. В процессе резания изменяется мощность резания, а, следовательно, изменяется мощность магнитного поля в кабеле питания главного привода, которое создает электрический сигнал в датчике Холла 16, закрепленном на этом кабеле. Электрический сигнал датчика Холла 16 преобразуется в цифровую форму посредством усилителя 17 и аналогово-цифрового преобразователя 18 и передается в устройство управления 3, а именно в контроллер 15, который в свою очередь этот сигнал обрабатывает и выдает управляющий сигнал для сервопривода 12. Сервопривод 12 обрабатывает этот сигнал и формирует управляющий сигнал для серводвигателя 6. Вращение выходного вала серводвигателя 6 передается через передаточный механизм 7 на резцедержатель 4 с установленным в нем резцом 5. При этом обеспечивается возможность качания резцедержателя 4 с несущим им резцом 5, а вследствие изменения угла установки режущей кромки инструмента к нормали обрабатываемой поверхности.Using the display and programming device 19, a ready-made processing algorithm is selected from memory or a new task is programmed. From the controller 15, a control signal is supplied to the longitudinal feed servo 14, forming a control signal for the operation of the servomotor 11 and to the transverse feed servo 13, which generates a control signal for the operation of the servomotor 9. The longitudinal movement of the interchangeable tool unit 2 is carried out by means of a longitudinal ball screw 10, torque to which the servomotor 11 transmits; the transverse movement of the interchangeable tool unit 2 is carried out by means of a transverse ball screw 8, the torque transmitted to the servomotor 9. During the cutting process, the cutting power changes, and therefore the magnetic field power in the power cable of the main drive changes, which creates an electrical signal in the Hall sensor 16 mounted on this cable. The electrical signal of the Hall sensor 16 is converted into digital form by means of an amplifier 17 and an analog-to-digital converter 18 and transmitted to a control device 3, namely to a controller 15, which in turn processes this signal and provides a control signal for servo 12. Servo 12 processes this signal and generates a control signal for the servomotor 6. The rotation of the output shaft of the servomotor 6 is transmitted through the transmission mechanism 7 to the tool holder 4 with a cutter 5 installed in it. POSSIBILITY swing the tool holder 4 carrying them cutter 5, and due to changes in the angle of the cutting edge of the tool to the normal of the surface being treated.

Claims

An adaptive tool module comprising a replaceable tool block made in the form of a movable caliper carrying a tool holder with a cutter, and a control device, characterized in that the mechanisms of longitudinal and transverse movement of the replaceable tool block are made in the form of precision ballscrews, each of which is associated with a corresponding servomotor , the tool holder is connected with the possibility of swinging with an adaptive servomotor by means of a transmission mechanism, and a control device contains servos, a controller and a display and programming device, while all servomotors are connected to the control device through servos controlled by a controller that is feedback from the display and programming device and the Hall sensor, through an amplifier and an analog-to-digital converter, and the power supply is connected to the servos , controller and analog-to-digital converter.