RU204575U1

RU204575U1 - ADAPTIVE CONTROL SYSTEM OF HYDRAULIC CYLINDER FEEDING POWER UNIT HEAD FOR MACHINING MACHINE

Info

Publication number: RU204575U1
Application number: RU2020143318U
Authority: RU
Inventors: Николай Алексеевич Симанин; Виталий Вадимович Голубовский
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2020-12-28
Publication date: 2021-05-31

Abstract

Полезная модель относится к области станкостроения и может быть использована в агрегатных станках для механической обработки. Система содержит упругую муфту, выполненную с возможностью установки на шпинделе агрегатной головки, подключенную к насосной станции панель управления, которая связана с поршневой полостью гидравлического цилиндра, и осевой регулирующий дроссель, связывающий панель управления с линией слива штоковой полости гидравлического цилиндра. При этом система снабжена сильфонами, установленными в полости втулки под торцом плунжера, с которым контактирует ведомое звено муфты, и в полости управления под торцом подвижного элемента осевого регулирующего дросселя с возможностью обеспечения осевого перемещения плунжера и подвижного элемента дросселя. Один из сильфонов связан соответственно с плунжером, а другой - с подвижным элементом осевого регулирующего дросселя, полости сильфонов соединены между собой гидравлической линией, а между фланцем ведомого звена муфты и плунжером установлен ролик с вилкой. Использование полезной модели позволяет повысить точность настройки на заданный режим обработки. 1 ил.The utility model relates to the field of machine tool construction and can be used in modular machine tools for mechanical processing. The system contains an elastic coupling made with the possibility of mounting on the spindle of the aggregate head, a control panel connected to the pumping station, which is connected to the piston cavity of the hydraulic cylinder, and an axial regulating throttle connecting the control panel with the drain line of the rod cavity of the hydraulic cylinder. In this case, the system is equipped with bellows installed in the sleeve cavity under the plunger end, with which the driven link of the coupling contacts, and in the control cavity under the end of the movable element of the axial control throttle with the possibility of providing axial movement of the plunger and the movable element of the throttle. One of the bellows is connected, respectively, with the plunger, and the other with the movable element of the axial control throttle, the cavities of the bellows are connected to each other by a hydraulic line, and a roller with a fork is installed between the flange of the driven link of the coupling and the plunger. The use of the utility model makes it possible to increase the accuracy of tuning to a given processing mode. 1 ill.

Description

Описание полезной моделиDescription of the utility model

Полезная модель относится к оборудованию машиностроительных производств и может быть использована в станках для механической обработки материалов с силовыми агрегатными головками, имеющими гидравлические цилиндры подачи.The utility model relates to the equipment of machine-building industries and can be used in machine tools for mechanical processing of materials with power aggregate heads having hydraulic feed cylinders.

Известна адаптивная система управления подачей самодействующей силовой головки агрегатного станка, содержащая золотниковый управляющий клапан, установленный на входе или выходе гидравлического цилиндра подачи, у которого полости управления гидравлическими линиями соединены с полостями цилиндра [1].Known is an adaptive control system for feeding a self-acting power head of an aggregate machine, containing a slide control valve installed at the inlet or outlet of a hydraulic feed cylinder, in which the control cavities of the hydraulic lines are connected to the cylinder cavities [1].

Недостатком системы является то, что она изменяет подачу при любом изменении нагрузки на штоке цилиндра, которое может быть вызвано различными причинами: изменения условий обработки, изменения сил трения в цилиндре и направляющих корпуса и основания, изменения внутренних утечек жидкости в цилиндре и другие. Не обеспечивается точность настройки заданного режима обработки материалов на станке.The disadvantage of the system is that it changes the flow with any change in the load on the cylinder rod, which can be caused by various reasons: changes in processing conditions, changes in the friction forces in the cylinder and the guides of the housing and base, changes in internal fluid leaks in the cylinder, and others. The accuracy of setting the specified mode of material processing on the machine is not provided

Известна адаптивная система управления подачей силовой агрегатной головки, содержащая в приводе главного движения измерительный преобразователь вращающего момента, выполненный в виде динамометрического привода (приводного торсиометра), который механической пружинно-реечной передачей связан с осевым регулирующим дросселем, установленным на сливе из гидравлического цилиндра подачи [2].Known adaptive control system for the supply of the power unit head, containing in the drive of the main movement torque measuring transducer, made in the form of a torque drive (drive toriometer), which is mechanically spring-rack and pinion gear associated with an axial control throttle mounted on the drain from the hydraulic cylinder feed [2 ].

Недостатком системы является то, что конструкция измерительного преобразователя вращающего момента в виде динамометрического привода (приводного торсиометра) с механической пружинно-реечной передачей не обеспечивает точность настройки системы на заданный режим работы, имеет сложную конструкцию и ограничивает технические возможности системы.The disadvantage of the system is that the design of the torque transducer in the form of a torque drive (drive toriometer) with a mechanical spring-rack and pinion transmission does not ensure the accuracy of tuning the system to a given operating mode, has a complex design and limits the technical capabilities of the system.

В качестве прототипа принята адаптивная система управления гидравлическим цилиндром подачи силовой агрегатной головки станка для механической обработки, содержащая упругую муфту, выполненную с возможностью установки на шпинделе упомянутой головки, и подключенную к насосной станции панель управления, которая связана с поршневой полостью упомянутого гидравлического цилиндра.As a prototype, an adaptive control system for the hydraulic cylinder for supplying the power aggregate head of the machine tool for machining is adopted, containing an elastic coupling configured to be installed on the spindle of the said head, and a control panel connected to the pumping station, which is connected to the piston cavity of the said hydraulic cylinder.

Адаптивная система снабжена осевым регулирующим дросселем, связывающим панель управления с линией слива штоковой полости упомянутого гидравлического цилиндра, а упомянутая муфта выполнена в виде торцовой кулачковой муфты с возможностью преобразования вращающего момента упомянутого шпинделя в гидравлический сигнал. Ведущее звено муфты выполнено с возможностью соединения с валом электродвигателя вращения шпинделя, а ведомое звено муфты подпружинено, имеет возможность перемещения в осевом направлении и выполнено с фланцем, постоянно контактирующим с плунжером, размещенным в неподвижной втулке параллельно упомянутому шпинделю. Полость под торцом плунжера соединена гидравлической линией с полостью управления под торцом подвижного элемента осевого регулирующего дросселя, а указанные полости герметично закрыты эластичными уплотнениями, выполненными с возможностью обеспечения осевого перемещение плунжера и подвижного элемента дросселя [3].The adaptive system is equipped with an axial regulating throttle connecting the control panel with the drain line of the rod cavity of the said hydraulic cylinder, and the said clutch is made in the form of an end cam clutch with the possibility of converting the torque of the said spindle into a hydraulic signal. The driving link of the clutch is made with the possibility of connecting to the shaft of the electric motor of rotation of the spindle, and the driven link of the clutch is spring-loaded, has the ability to move in the axial direction and is made with a flange constantly in contact with the plunger placed in the stationary sleeve parallel to the said spindle. The cavity under the end of the plunger is connected by a hydraulic line with the control cavity under the end of the movable element of the axial regulating throttle, and these cavities are hermetically closed by elastic seals made with the possibility of providing axial movement of the plunger and the movable element of the throttle [3].

Недостатком системы является наличие неметаллических эластичных уплотнений, герметично закрывающих гидравлическую линию и постоянно контактирующих с рабочей жидкостью, что приводит к изменениям свойств материалов уплотнений, отрицательно сказывающихся на точности настройки системы на заданный режим работы. Сухое трение плунжера и фланца муфты приводит к нагреву эластичного уплотнения и жидкости в гидравлической линии, что также нарушает точность предварительной настройки системы, сокращает срок службы уплотнений и ограничивает допустимую частоту вращения шпинделя.The disadvantage of the system is the presence of non-metallic elastic seals that tightly close the hydraulic line and are constantly in contact with the working fluid, which leads to changes in the properties of the seal materials, which adversely affect the accuracy of the system tuning to the specified operating mode. Dry friction between the plug and coupling flange will heat the resilient seal and fluid in the hydraulic line, which will also compromise system presetting accuracy, shorten seal life, and limit spindle speed.

Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является повышение и поддержание точности настройки адаптивной системы управления гидравлическим цилиндром подачи силовой агрегатной головки станка для механической обработки на заданный режим работы, упрощение ее конструкции и расширение технических возможностей.The technical problem to be solved by the claimed utility model is to increase and maintain the accuracy of tuning the adaptive control system of the hydraulic cylinder for supplying the power head of the machine tool for machining to a given operating mode, to simplify its design and expand its technical capabilities.

Решение указанной задачи достигается тем, что адаптивная система управления снабжена сильфонами, установленными соответственно в полости упомянутой втулки под торцом плунжера и в полости управления под торцом подвижного элемента осевого регулирующего дросселя с возможностью обеспечения осевого перемещения плунжера и подвижного элемента упомянутого дросселя, при этом один из сильфонов связан соответственно с плунжером, а другой с подвижным элементом осевого регулирующего дросселя, полости сильфонов соединены между собой гидравлической линией, причем между упомянутыми фланцем и плунжером установлен ролик с вилкой.The solution to this problem is achieved by the fact that the adaptive control system is equipped with bellows installed, respectively, in the cavity of the said sleeve under the end of the plunger and in the control cavity under the end of the movable element of the axial control throttle with the possibility of providing axial movement of the plunger and the movable element of the said throttle, with one of the bellows connected, respectively, with the plunger, and the other with the movable element of the axial control throttle, the cavities of the bellows are connected to each other by a hydraulic line, and between the said flange and the plunger a roller with a fork is installed.

Сравнение заявленной адаптивной системы управления гидравлическим цилиндром подачи силовой агрегатной головки станка для механической обработки с прототипом показывает, что имеет место наличие новых деталей и функциональных связей между ними.Comparison of the claimed adaptive control system of the hydraulic cylinder for supplying the power unit head of the machine tool for machining with the prototype shows that there are new parts and functional connections between them.

Новые детали: сильфоны, установленные соответственно в полости втулки под торцом плунжера и в полости управления под торцом подвижного элемента осевого регулирующего дросселя; гидравлическая линия, соединяющая полости сильфонов между собой; ролик с вилкой, установленный между фланцем и плунжером.New parts: bellows, installed respectively in the cavity of the sleeve under the end of the plunger and in the control cavity under the end of the movable element of the axial control throttle; a hydraulic line connecting the bellows cavities to each other; a roller with a fork installed between the flange and the plunger.

Новые функциональные связи: сильфоны обеспечивают возможность осевого перемещения плунжера и подвижного элемента осевого регулирующего дросселя; применение сильфонов полностью устраняет утечки жидкости из гидравлической линии, упрощает конструкцию и повышает точность настройки системы управления на заданный режим работы и ее поддержание длительное время; контакт фланца ведомого звена муфты с плунжером через ролик и вилку обеспечивает трение качения вместо трения скольжения на поверхности фланца, что уменьшает нагрев жидкости в гидравлической линии и его влияние на точность настройки системы и допускает более высокую частоту вращения шпинделя.New functional connections: bellows provide the possibility of axial movement of the plunger and the movable element of the axial control throttle; the use of bellows completely eliminates fluid leaks from the hydraulic line, simplifies the design and increases the accuracy of setting the control system to a given operating mode and maintaining it for a long time; The contact of the driven link flange with the plunger through the roller and the fork provides rolling friction instead of sliding friction on the flange surface, which reduces the heating of the fluid in the hydraulic line and its effect on the accuracy of the system setting and allows a higher spindle speed.

При таких конструктивных решениях технические возможности системы могут быть расширены за счет настройки силовых и скоростных параметров обработки материалов на станке в широких диапазонах.With such design solutions, the technical capabilities of the system can be expanded by adjusting the power and speed parameters of material processing on the machine in wide ranges.

Наличие новых элементов и функциональных связей позволяет повысить и поддержать точность настройки адаптивной системы управления гидравлическим цилиндром подачи силовой агрегатной головки станка на заданный режим работы, упростить конструкцию системы и расширить ее технические возможности.The presence of new elements and functional connections makes it possible to increase and maintain the accuracy of tuning the adaptive control system of the hydraulic cylinder for supplying the power unit head of the machine to a given operating mode, to simplify the design of the system and expand its technical capabilities.

На фиг. 1 показана конструктивная схема адаптивной системы управления гидравлическим цилиндром подачи силовой агрегатной головки станка для механической обработки.FIG. 1 shows a structural diagram of an adaptive control system for a hydraulic cylinder feeding a power unit head of a machine tool for machining.

Адаптивная система управления гидравлическим цилиндром 1 подачи силовой агрегатной головки станка для механической обработки содержит упругую муфту, выполненную с возможностью установки на шпинделе 2 упомянутой головки, подключенную к насосной станции 3 панель 4 управления, которая связана с поршневой полостью упомянутого гидравлического цилиндра, и осевой регулирующий дроссель 5, связывающий панель управления с линией слива штоковой полости упомянутого гидравлического цилиндра.The adaptive control system of the hydraulic cylinder 1 for supplying the power unit head of the machine tool for machining comprises an elastic coupling configured to be mounted on the spindle 2 of the said head, a control panel 4 connected to the pumping station 3, which is connected to the piston cavity of the said hydraulic cylinder, and an axial control throttle 5 connecting the control panel to the drain line of the rod end of said hydraulic cylinder.

Муфта выполнена в виде торцовой кулачковой муфты с возможностью преобразования вращающего момента упомянутого шпинделя в гидравлический сигнал, ведущее звено 6 муфты выполнено с возможностью соединения с валом электродвигателя 7 вращения шпинделя, а ведомое звено 8 муфты подпружинено, имеет возможность перемещения в осевом направлении и выполнено с фланцем 9, расположенным с возможностью постоянного силового воздействия на плунжер 10, размещенный во втулке 11 параллельно шпинделю.The clutch is made in the form of an end cam clutch with the possibility of converting the torque of the said spindle into a hydraulic signal, the driving link 6 of the clutch is made with the possibility of being connected to the shaft of the electric motor 7 of the spindle rotation, and the driven link 8 of the clutch is spring-loaded, has the ability to move in the axial direction and is made with a flange 9, located with the possibility of constant force action on the plunger 10, placed in the sleeve 11 parallel to the spindle.

Адаптивная система управления снабжена сильфонами 12 и 13, установленными соответственно в полости втулки под торцом плунжера и в полости управления под торцом подвижного элемента осевого регулирующего дросселя. При этом сильфон 12 связан с плунжером, а сильфон 13 - с подвижным элементом дросселя. Сильфоны дают возможность осевого перемещение плунжера и подвижного элемента дросселя. Полости сильфонов соединены между собой гидравлической линией 14.The adaptive control system is equipped with bellows 12 and 13, installed respectively in the bushing cavity under the plunger end and in the control cavity under the movable element end of the axial control throttle. In this case, the bellows 12 is connected to the plunger, and the bellows 13 is connected to the moving element of the throttle. Bellows allow axial movement of the plunger and the moving element of the throttle. The bellows cavities are interconnected by a hydraulic line 14.

Между фланцем и плунжером установлен ролик 15 с вилкой 16.A roller 15 with a fork 16 is installed between the flange and the plunger.

Адаптивная система управления гидравлическим цилиндром подачи силовой агрегатной головки станка работает следующим образом.The adaptive control system of the hydraulic cylinder feeding the power unit head of the machine works as follows.

Цикл работы силовой головки настраивают установкой в заданное положение подвижных упоров и конечных выключателей, управляющих работой направляющей гидравлической аппаратуры панели 4 (управление «по пути»).The operating cycle of the power head is adjusted by setting the movable stops and limit switches to a predetermined position, which control the operation of the hydraulic guide equipment of the panel 4 (control "along the way").

Частота вращения шпинделя головки не регулируется и определяется частотой вращения вала электродвигателя и передаточным отношением пары зубчатых колес, включающей в себя ведущее звено торцовой кулачковой муфты.The frequency of rotation of the head spindle is not regulated and is determined by the frequency of rotation of the electric motor shaft and the gear ratio of a pair of gear wheels, which includes the driving link of the end cam clutch.

Скорости холостых ходов силовой головки настраивают путем регулирования расхода жидкости, проходящего из цилиндра на слив через осевой регулирующий дроссель при подводе инструмента к заготовке и расхода жидкости, проходящего в цилиндр через осевой регулирующий дроссель при отводе инструмента. Для данной настройки используют регулируемую пружину дросселя.The idle speed of the power head is adjusted by adjusting the flow rate of the fluid passing from the cylinder to the drain through the axial control throttle when the tool is supplied to the workpiece and the flow rate of the liquid passing into the cylinder through the axial control throttle when the tool is withdrawn. An adjustable throttle spring is used for this setting.

Максимальное давление рабочей жидкости в напорной линии насосной станции ограничивают настройкой предохранительного клапана (на фиг. 1 не показан), расположенного в панели управления.The maximum pressure of the working fluid in the pressure line of the pumping station is limited by the setting of the safety valve (not shown in Fig. 1) located in the control panel.

Настройка системы управления на заданный режим работы заключается в регулировке деформации пружины ведомого звена торцовой кулачковой муфты, пропорциональной моменту сопротивления вращению шпинделя на холостом ходу.Setting the control system to a given operating mode consists in adjusting the spring deformation of the driven link of the end cam clutch, which is proportional to the torque of resistance to rotation of the spindle at idle speed.

При работе головки жидкость от насосной станции через панель управления поступает в поршневую (левую) полость гидроцилиндра, а из штоковой (правой) полости через осевой регулирующий дроссель отводится на слив в бак. Головка вместе с корпусом гидроцилиндра и вращающимся шпинделем перемещается справа налево.When the head is in operation, the liquid from the pumping station through the control panel enters the piston (left) cavity of the hydraulic cylinder, and from the rod (right) cavity through an axial regulating throttle it is drained to the tank. The head, together with the cylinder body and the rotating spindle, moves from right to left.

При врезании инструмента в обрабатываемый материал момент сопротивления вращению шпинделя увеличивается, и ведомое звено кулачковой муфты смещается влево. Фланец ведомого звена через вращающийся ролик смещает влево вилку и плунжер во втулке, что приводит к сжатию сильфона 12 и увеличению давления жидкости в нем.When the tool plunges into the workpiece, the torque of resistance to rotation of the spindle increases, and the driven link of the cam clutch is shifted to the left. The flange of the driven link through the rotating roller shifts the fork and the plunger in the sleeve to the left, which leads to compression of the bellows 12 and an increase in the fluid pressure in it.

Возросшее давление в гидравлической линии 14 и сильфоне 13 создает силу, смещающую подвижный элемент осевого регулирующего дросселя вправо. Проходное сечение дросселя уменьшается, что приводит к уменьшению слива жидкости из цилиндра и уменьшению скорости холостого хода головки до величины рабочей подачи.The increased pressure in the hydraulic line 14 and bellows 13 creates a force that moves the movable element of the axial control throttle to the right. The flow area of the throttle decreases, which leads to a decrease in fluid drain from the cylinder and a decrease in the idle speed of the head to the value of the working feed.

В дальнейшем любое изменение момента сопротивления вращению шпинделя головки будет приводить к соответствующему изменению подачи, то есть будет происходить адаптация работы гидравлического цилиндра подачи к изменениям условий обработки материала на станке.In the future, any change in the moment of resistance to rotation of the head spindle will lead to a corresponding change in feed, that is, the operation of the hydraulic feed cylinder will adapt to changes in the conditions of material processing on the machine.

После завершения работы жидкость от насосной станции через панель управления подается в штоковую (правую) полость гидроцилиндра, а из поршневой (левой) полости отводится на слив в бак. Силовая головка возвращается в исходное положение. Далее, обычно, цикл работы повторяется.After the completion of the work, the liquid from the pumping station through the control panel is supplied to the rod (right) cavity of the hydraulic cylinder, and from the piston (left) cavity it is drained to drain into the tank. The powerhead returns to its original position. Further, usually, the cycle of work is repeated.

Источники информации, принятые во вниманиеSources of information taken into account

1. Бектибай Б.Ж. Разработка универсальной адаптивной автоматической системы управления режимами работ гидравлических силовых головок станков. - Автореферат дисс....канд. техн. наук. - Республика Казахстан, Алматы, Казахский национальный технический университет им. Канына Сатпаева, 2001. - С. 6 - 7, рис. 1.1. Bektibai B.Zh. Development of a universal adaptive automatic system for controlling the operating modes of hydraulic power heads of machine tools. - Abstract dissertation .... Cand. tech. sciences. - Republic of Kazakhstan, Almaty, Kazakh National Technical University. Kanyna Satpayeva, 2001. - pp. 6 - 7, fig. one.

2. Тверской М.М. Стабилизация нагрузки на сверле в процессе глубокого сверления при многошпиндельной обработке. - В кн. Самоподнастраивающиеся станки / Под ред. Б. С.Балакшина. - М.: Машиностроение, 1970. - С. 259 - 262, рис. 1 и 2.2. Tverskoy M.M. Stabilization of the load on the drill during deep drilling in multi-spindle machining. - In the book. Self-adjusting machines / Ed. B. S. Balakshina. - M .: Mechanical Engineering, 1970. - S. 259 - 262, fig. 1 and 2.

3. Патент РФ на полезную модель №198094, кл. B23Q 15/12, B23Q 5/06, 2019 (прототип).3. RF patent for useful model No. 198094, class. B23Q 15/12, B23Q 5/06, 2019 (prototype).

Claims

An adaptive hydraulic cylinder control system for feeding the power unit head of a machine tool for machining, comprising an elastic coupling configured to be mounted on the spindle of said head, a control panel connected to the pumping station, which is connected to the piston cavity of said hydraulic cylinder, and an axial control throttle connecting the panel control with the drain line of the rod cavity of said hydraulic cylinder, wherein said clutch is made in the form of an end cam clutch with the possibility of converting the torque of said spindle into a hydraulic signal, the driving link of the clutch is configured to be connected to the shaft of the electric motor of the spindle rotation, and the driven link of the clutch is spring-loaded, has the ability to move in the axial direction and is made with a flange located with the possibility of constant force action on the plunger, placed in the bushing parallel to the said spindle, characterized by the fact that then it is equipped with bellows installed, respectively, in the cavity of the said sleeve under the end of the plunger and in the control cavity under the end of the movable element of the axial regulating throttle with the possibility of providing axial movement of the plunger and the movable element of the said throttle, while one of the bellows is connected, respectively, with the plunger, and the other - with a movable element of an axial control throttle, the cavities of the bellows are connected to each other by a hydraulic line, and a roller with a fork is installed between the said flange and the plunger.