RU111789U1 - MECHATRONIC BORING HEAD - Google Patents

Abstract

1. Мехатронная расточная головка, содержащая корпус, связанный с хвостовиком, несущий суппорт с приводом его радиального перемещения, отличающаяся тем, что дополнительно в корпусе установлены электронный блок управления и соединенный с ним датчик линейного перемещения суппорта, а в хвостовике установлен источник питания электронного блока управления. ! 2. Мехатронная расточная головка по п.1, отличающаяся тем, что привод радиального перемещения суппорта состоит из линейного актуатора и передачи с зубчатым сопряжением рейки с суппортом. ! 3. Мехатронная расточная головка по п.1, отличающаяся тем, что датчик линейного перемещения состоит из каркаса с намотанными на нем электромагнитными катушками и штока с ферромагнитным сердечником. ! 4. Мехатронная расточная головка по п.1, отличающаяся тем, что электронный блок управления состоит из драйвера электродвигателя линейного актуатора, измерительного преобразователя датчика линейного перемещения, системы приемопередачи сигналов управления и управляющего микропроцессора. ! 5. Мехатронная расточная головка по п.1, отличающаяся тем, что источник питания выполнен в виде аккумулятора, установленного в осевом отверстии хвостовика. ! 6. Мехатронная расточная головка по п.1, отличающаяся тем, что источник питания выполнен в виде беспроводной системы передачи энергии посредством электромагнитных катушек. 1. Mechatronic boring head containing a housing associated with a shank supporting a support with a radial displacement drive, characterized in that an electronic control unit and a linear support caliper sensor connected to it are installed in the housing, and a power supply for the electronic control unit is installed in the shank . ! 2. The mechatronic boring head according to claim 1, characterized in that the drive for radial movement of the caliper consists of a linear actuator and a gear with gear mating the rack to the caliper. ! 3. The mechatronic boring head according to claim 1, characterized in that the linear displacement sensor consists of a frame with electromagnetic coils wound thereon and a rod with a ferromagnetic core. ! 4. The mechatronic boring head according to claim 1, characterized in that the electronic control unit consists of a linear actuator electric motor driver, a linear displacement sensor measuring transducer, a control signal transceiver system, and a control microprocessor. ! 5. The mechatronic boring head according to claim 1, characterized in that the power source is made in the form of a battery installed in the axial hole of the shank. ! 6. The mechatronic boring head according to claim 1, characterized in that the power source is made in the form of a wireless energy transmission system by means of electromagnetic coils.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к инструментальному оснащению металлообрабатывающих производств и предназначена для обработки отверстий растачиванием на многоцелевых станках с числовым программным управлением и другом металлообрабатывающем оборудовании.The utility model relates to mechanical engineering, in particular to the instrumental equipment of metalworking industries and is intended for machining holes by boring on multi-purpose machines with numerical control and other metalworking equipment.

Известна инструментальная головка с серводвигателем (RU 2401722 МПК B23B 029/034, 20.10.2009), содержащая установленный в корпусе серводвигатель, выполненный в виде электродвигателя, который содержит установленный в основном корпусе статор и установленный с возможностью вращения в статоре ротор, несущий приводной вал и установленный в двух вращающихся опорах, установленных на расстоянии друг от друга, причем одна из вращающихся опор наружным кольцом установлена в корпусе статора, а внутренним кольцом непосредственно или опосредованно - на выходном валу, который через понижающий редуктор приводит в движение салазки.A known tool head with a servomotor (RU 2401722 IPC B23B 029/034, 10.20.2009) containing a servomotor installed in the housing, made in the form of an electric motor, which contains a stator installed in the main body and mounted with the possibility of rotation in the stator of a rotor carrying a drive shaft and mounted in two rotating supports installed at a distance from each other, one of the rotating bearings being installed with an outer ring in the stator housing and an inner ring directly or indirectly at the output lu, which, via a reduction gear drives a sled.

Недостатками названного изобретения является сложная кинематическая схема привода салазок, приводящая к снижению точности процесса обработки изделий.The disadvantages of the named invention is a complex kinematic diagram of the drive rails, leading to a decrease in the accuracy of the processing of products.

Наиболее близким к заявленному техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является расточная плансуппортная головка (RU 2074790, МПК B23B 29/034, 10.03.1997), которая выполнена для расточки отверстий и подрезки торцов на фрезерно-расточных станках. Головка содержит не вращающийся относительно шпиндельной бабки станка корпус, планшайбу, связанную с коническим хвостовиком для установки в шпиндель станка, в которой размещены шаговый двигатель, суппорт, кинематическая цепь, состоящая из шкивов, зубчато-ременной передачи, червячной передачи, шарико-винтовой пары, посредством которой осуществляется радиальное перемещение суппорта от вала шагового двигателя, шаговый двигатель имеет электрическую связь с токосъемными кольцами, контактирующими с электрощетками, щеткодержатели которых жестко соединены со штепсельным разъемом на корпусе.The closest to the claimed technical solution in terms of technical nature and the technical result achieved is the boring plate support head (RU 2074790, IPC B23B 29/034, 03/10/1997), which is made for boring holes and trimming the ends on milling and boring machines. The head contains a housing that does not rotate relative to the machine headstock, a faceplate connected to a tapered shank for installation in a machine spindle, in which a stepper motor, a support, a kinematic chain consisting of pulleys, a gear-belt drive, a worm gear, a ball screw pair are placed, by means of which the support is radially displaced from the stepper motor shaft, the stepper motor is in electrical communication with slip rings in contact with electric brushes, whose brush holders rigidly connected to the plug connector on the housing.

Недостатками ближайшего аналога являются наличие скользящего контакта для передачи энергии питания электродвигателя, расположенного во вращающейся планшайбе; сложная кинематическая схема привода суппорта.The disadvantages of the closest analogue are the presence of a sliding contact for transmitting power supply to an electric motor located in a rotating faceplate; complex kinematic diagram of the caliper drive.

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в упрощении конструкции расточной головки и повышении точности обработки изделий.The problem to which the claimed technical solution is directed is to simplify the design of the boring head and increase the accuracy of processing products.

Техническим результатом является обработка криволинейных контуров, программно-аппаратное управление процессом формообразования и точностью получаемой геометрии, сокращение дополнительного станочного оборудования и операций переналадки.The technical result is the processing of curved contours, hardware and software control of the shaping process and the accuracy of the resulting geometry, reduction of additional machine equipment and readjustment operations.

Поставленная задача решается за счет того, что мехатронная расточная головка, содержит корпус, связанный с хвостовиком, несущий суппорт с приводом его радиального перемещения. Дополнительно в корпусе установлены электронный блок управления и соединенный с ним датчик линейного перемещения, в хвостовике установлен источник питания электронного блока управления. Привод радиального перемещения суппорта состоит из линейного актуатора и передачи с зубчатым сопряжением рейки с суппортом. Датчик линейного перемещения состоит из каркаса с намотанными на нем электромагнитными катушками и штока с ферромагнитным сердечником. Электронный блок управления состоит из драйвера электродвигателя линейного актуатора, измерительного преобразователя датчика линейного перемещения, системы приемо-передачи сигналов управления и управляющего микропроцессора. Источник питания выполнен в виде аккумулятора, установленного в осевом отверстии хвостовика, или в виде беспроводной системы передачи энергии посредством электромагнитных катушек.The problem is solved due to the fact that the mechatronic boring head contains a housing associated with the shank, bearing a support with a drive of its radial movement. Additionally, an electronic control unit and a linear displacement sensor connected to it are installed in the housing; a power supply for the electronic control unit is installed in the shank. The radial displacement drive of the caliper consists of a linear actuator and a gear with gearing of the rack to the caliper. The linear displacement sensor consists of a frame with electromagnetic coils wound on it and a rod with a ferromagnetic core. The electronic control unit consists of a linear actuator electric motor driver, a linear displacement sensor measuring transducer, a control signal reception and transmission system, and a control microprocessor. The power source is made in the form of a battery installed in the axial hole of the shank, or in the form of a wireless system for transmitting energy through electromagnetic coils.

Конструкция мехатронной расточной головки показана на рисунках, где на фиг.1 изображен основной вид; на фиг.2 - вид сверху; на фиг.3 - вид снизу; на фиг.4 - вид А и местный разрез по сечению Б-Б на фиг.1; на фиг.5 - сечение С-С на фиг.4.The design of the mechatronic boring head is shown in the figures, where Fig. 1 shows the main view; figure 2 is a top view; figure 3 is a bottom view; figure 4 is a view a and a local section along section BB in figure 1; figure 5 - section CC in figure 4.

Мехатронная расточная головка содержит корпус, верхняя часть 1 которого жестко соединена посредством винтов с нижней частью 2 и с хвостовиком 3. В верхней части корпуса 1 расположены электронный блок управления 4 и линейный актуатор 5, шток которого соединен с рейкой 6 и перемещается вдоль своей оси. В хвостовике 3 расположены электромагнитные катушки 7, служащие для беспроводной передачи энергии от неподвижного статора 8 в электронный блок управления 4.The mechatronic boring head contains a housing, the upper part 1 of which is rigidly connected by screws to the lower part 2 and to the shank 3. In the upper part of the housing 1 there are an electronic control unit 4 and a linear actuator 5, the rod of which is connected to the rail 6 and moves along its axis. In the shank 3 there are electromagnetic coils 7, which serve for the wireless transfer of energy from the fixed stator 8 to the electronic control unit 4.

На рейке 6 с обеих сторон под углом α к оси нарезаны зубья с треугольным профилем. Одна из сторон рейки сопряжена с зубьями суппорта 9, а другая сторона - с зубьями планки 10, которая крепится к суппорту 9. Угол α зависит от мощности актуатора и требуемого передаточного отношения пары рейка-суппорт.On a rail 6, teeth with a triangular profile are cut from both sides at an angle α to the axis. One of the sides of the rail is coupled with the teeth of the caliper 9, and the other side is with the teeth of the bar 10, which is attached to the caliper 9. The angle α depends on the power of the actuator and the required gear ratio of the pair of rail-caliper.

Таким образом, линейное перемещение рейки 6 вдоль оси посредством зубчатого сопряжения с суппортом 9 и планкой 10 преобразуется в радиальное перемещение суппорта 9 по направляющим 11, которые закреплены с торца нижней части корпуса 2. Зубчатое сопряжение защищено прокладками 12. Также в нижней части корпуса 2 установлен датчик линейного перемещения 13 (фиг.5), служащий для передачи информации о положении суппорта 9 в электронный блок управления 4. Датчик линейного перемещения 13 состоит из штока, жестко связанного с подвижным суппортом 9, и каркаса, закрепленного в нижней части корпуса 2.Thus, the linear movement of the rack 6 along the axis by means of gear mating with the caliper 9 and the strap 10 is converted into a radial movement of the caliper 9 along the guides 11, which are fixed from the end of the lower part of the housing 2. The gear mating is protected by gaskets 12. Also installed in the lower part of the housing 2 linear displacement sensor 13 (Fig. 5), which serves to transmit information about the position of the caliper 9 to the electronic control unit 4. The linear displacement sensor 13 consists of a rod rigidly connected to the movable caliper 9, and the frame fixed at the bottom of the housing 2.

В состав системы приемо-передачи управляющих сигналов входит контроллер связи, устанавливаемый в шкаф электроавтоматики системы ЧПУ станка и обеспечивающий взаимодействие системы ЧПУ станка и электронного блока управления 4 мехатронной расточной головки по беспроводному каналу. Контроллер связи имеет несколько вариантов встраивания в систему управления станка, при которой мехатронная расточная головка: 1) используется как дополнительная управляемая координата в системе ЧПУ; 2) управляется через электроавтоматику станка с доработкой программы электроавтоматики; 3) управляется через имеющийся порт связи в системе ЧПУ по разработанной пользователем макропрограмме.The control signal reception and transmission system includes a communication controller installed in an electrical cabinet of the machine’s CNC system and providing interaction between the machine’s CNC system and the electronic control unit 4 of the mechatronic boring head via a wireless channel. The communication controller has several options for embedding in the machine control system, in which the mechatronic boring head: 1) is used as an additional controlled coordinate in the CNC system; 2) is controlled through the machine’s electroautomatics with the completion of the electroautomatics program; 3) is controlled through the available communication port in the CNC system according to the macro program developed by the user.

Мехатронная расточная головка работает следующим образом.Mechatronic boring head operates as follows.

На суппорте 9 закрепляют режущий инструмент (не показан). Хвостовик 3 мехатронной расточной головки устанавливают и закрепляют в шпинделе станка (не показан). Включают вращение шпинделя станка. При растачивании криволинейной поверхности или при установке резца на требуемый диаметр растачивания производится передача необходимых данных управляющей программы системы ЧПУ через контроллер связи (не показан) в электронный блок управления 4, управляющие сигналы которого приводят к включению линейного актуатора 5, поступательное перемещение штока которого приводит через рейку 6 посредством зубчатого сопряжения ее с суппортом 9 и планкой 10 к перемещению суппорта 9 в радиальном направлении по направляющим 11. Величина перемещения суппорта 9 регулируется электронным блоком управления 4, в котором реализована обратная связь от датчика линейного перемещения 13. Питание электронного блока управления 4 может осуществляться от аккумулятора (не показан), устанавливаемого в осевом отверстии хвостовика 3, либо бесконтактным способом от внешнего источника питания (не показан) посредством электромагнитных катушек 7, расположенных в хвостовике 3 с одной стороны, и в неподвижном статоре 8 с другой.A cutting tool (not shown) is fixed to the support 9. The shank 3 of the mechatronic boring head is installed and fixed in the spindle of the machine (not shown). Turn on the rotation of the spindle of the machine. When boring a curved surface or when installing the cutter to the desired boring diameter, the necessary data of the control program of the CNC system are transmitted through a communication controller (not shown) to the electronic control unit 4, the control signals of which lead to the inclusion of a linear actuator 5, the translational movement of the rod of which leads through the rail 6 by gearing it with a support 9 and a strap 10 to move the support 9 in the radial direction along the guides 11. The amount of movement of the support the mouth 9 is controlled by an electronic control unit 4, which implements feedback from the linear displacement sensor 13. The electronic control unit 4 can be powered by a battery (not shown) installed in the axial hole of the shank 3, or by a non-contact method from an external power source (not shown ) by means of electromagnetic coils 7 located in the shank 3 on one side, and in a fixed stator 8 on the other.

Мехатронная расточная головка может применяться на многоцелевых станках с числовым программным управлением и другом металлообрабатывающем оборудовании и позволит повысить точность и сократить время обработки отверстий и криволинейных контуров.The mechatronic boring head can be used on numerically controlled multipurpose machines and other metalworking equipment and will improve accuracy and reduce the processing time of holes and curved loops.

Claims (6)

1. Мехатронная расточная головка, содержащая корпус, связанный с хвостовиком, несущий суппорт с приводом его радиального перемещения, отличающаяся тем, что дополнительно в корпусе установлены электронный блок управления и соединенный с ним датчик линейного перемещения суппорта, а в хвостовике установлен источник питания электронного блока управления.1. Mechatronic boring head containing a housing associated with a shank supporting a support with a radial displacement drive, characterized in that an electronic control unit and a linear support caliper are connected to the housing, and a power supply for the electronic control unit is installed in the shank . 2. Мехатронная расточная головка по п.1, отличающаяся тем, что привод радиального перемещения суппорта состоит из линейного актуатора и передачи с зубчатым сопряжением рейки с суппортом.2. The mechatronic boring head according to claim 1, characterized in that the drive for radial movement of the caliper consists of a linear actuator and a gear with gear mating the rack to the caliper. 3. Мехатронная расточная головка по п.1, отличающаяся тем, что датчик линейного перемещения состоит из каркаса с намотанными на нем электромагнитными катушками и штока с ферромагнитным сердечником.3. The mechatronic boring head according to claim 1, characterized in that the linear displacement sensor consists of a frame with electromagnetic coils wound thereon and a rod with a ferromagnetic core. 4. Мехатронная расточная головка по п.1, отличающаяся тем, что электронный блок управления состоит из драйвера электродвигателя линейного актуатора, измерительного преобразователя датчика линейного перемещения, системы приемопередачи сигналов управления и управляющего микропроцессора.4. The mechatronic boring head according to claim 1, characterized in that the electronic control unit consists of a linear actuator electric motor driver, a linear displacement sensor measuring transducer, a control signal transceiver system, and a control microprocessor. 5. Мехатронная расточная головка по п.1, отличающаяся тем, что источник питания выполнен в виде аккумулятора, установленного в осевом отверстии хвостовика.5. The mechatronic boring head according to claim 1, characterized in that the power source is made in the form of a battery installed in the axial hole of the shank. 6. Мехатронная расточная головка по п.1, отличающаяся тем, что источник питания выполнен в виде беспроводной системы передачи энергии посредством электромагнитных катушек.

6. The mechatronic boring head according to claim 1, characterized in that the power source is made in the form of a wireless energy transmission system by means of electromagnetic coils.