Устройство для нарезания резьбы и сборки резьбовых соединений с наложением вибраций

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к устройствам интенсификации резьбонарезания, сборки и демонтажа резьбовых соединений с помощью вибраций. Техническим результатом полезной модели является расширение функциональных возможностей сборочного и резьбонарезного устройства. Результат достигается тем, что устройство содержит верхнюю и нижнюю плиты, соединенные наклонными упругими элементами, и источник колебаний между плитами, представленный группой парных электромагнитных катушек. При подаче на одну из пар электрического импульса, это приводит к возникновению перекоса верхней платформы устройства относительно вертикальной оси. В результате этих движений получается как бы псевдоотверстие большего сечения, чем исходное. Тем самым это приводит к проваливанию верхней детали (инструмента) в само отверстие и совмещению осей инструмента или крепежа с отверстием базовой детали.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам интенсификации резьбонарезания, сборки и демонтажа резьбовых соединений с помощью вибраций.

Известно вибрационное ориентирующее устройство, состоящее из нижней плиты и, установленной относительно нее на упругом подвесе, верхней плиты. Система электромагнитов придает верхней плите радиальные механические колебания, заставляющие деталь, находящуюся на верхней плите, совершать сложные перемещения с постоянным стремлением к центру плиты. В центральной точке деталь захватывается промышленным роботом (см. Л.В.Божкова, д-р техн. наук, М.В.Вартанов, д-р техн. наук, Е.И.Кольчугин (МГТУ «МАМИ») // Сборка в машиностроении, приборостроении, 2009, 1, стр.5).

Предполагаемое устройство предназначено только для ориентации мелких деталей путем автопоиска. Свободное положение деталей не позволяет производить с ними операций, связанных с воздействием на них усилий и крутящих моментов.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для вибрационного резьбонарезания, состоящее из верхней и нижней плит, соединенных наклонными упругими элементами, и источника вибраций, закрепленного в центре между верхней и нижней плитами. Деталь с отверстием под резьбу закрепляется на верхней плите, которая при резьбонарезании получает от источника вибраций продольно-круговые колебания с результирующим вектором, направленным по винтовой линии нарезки (см. Patent USA. WO 2004054747 A3. B23G 1/04. Bi Zhang. Screw Vibration Assisted Tapping Device. 80432837 from 12.10.2003. Patent of 1.07.2004. Storrs, Connecticut (USA)).

Недостатком данного устройства является его ограниченные функциональные возможности. Оно стимулирует резьбонарезание, но не обеспечивает функции ориентации оси отверстия детали относительно оси метчика, т.к. ось верхней плиты не смещается ни в радиальном, ни в угловом направлениях относительно нижней плиты.

Техническим результатом полезной модели является расширение функциональных возможностей сборочного и резьбонарезного устройства.

Результат достигается тем, что устройство для нарезания резьбы и сборки резьбовых соединений с наложением вибраций, содержащее осевой инструмент в виде метчика, верхнюю и нижнюю плиты, соединенные наклонными упругими элементами, и источник колебаний, установленный между плитами, отличается тем, что источник колебаний выполнен в виде трех парных электромагнитных катушек, установленных на нижней и верхней плитах с зазором между их полюсами, устройство снабжено автоматизированной системой управления для подачи на электромагнитные катушки электрических импульсов различной частоты, последовательности и полярности.

Такое расположение электромагнитных катушек обеспечивает определенную симметрию их осей от вертикальной оси плит. На электромагнитные катушки подается напряжение от автоматизированной системы управления в виде электрических импульсов разной последовательности, частоты и полярности, что приводит к различным режимам колебаний верхней плиты.

В отличие от прототипа, симметрично расположенные пары электромагнитов, при подаче на одну из пар электрического импульса, приводят к возникновению перекоса верхней плиты устройства относительно вертикальной оси. Последующий одиночный импульс, поданный на другую пару, смещает перекос относительно предыдущего на 120° и т.д.

На фиг.1 изображено устройство для нарезания и сборки резьбовых соединений с наложением вибраций. Нижняя плита 1 является основанием (базой). Верхняя плита 2 массой m связана с основанием упругими раскосыми балками 3, скрепленными между ними под углом .

Между плитами закреплены парные электромагниты 4 полюсами навстречу друг другу с зазором . Электромагниты установлены ближе к центральной оси плит, а упругие балки - ближе к периферии. На верхнюю плиту установлено приспособление 5 для закрепления в нем детали. Метчик 6 установлен в шпинделе станка сверху приспособления 5 с деталью, в отверстии которой нарезается резьба. Установка помещена в осецилиндрическую систему координат z y , в которой действуют силы F_м притягивания или отталкивания полюсов электромагнитов.

На фиг.2 представлено движение верхней плиты в ориентирующем режиме.

На фиг.2а приведен режим притягивания полюсов и получения траектории качания верхней плиты в виде перевернутого овального усеченного конуса.

На фиг.2б приведен режим отталкивания с усеченным конусом вершиной вверх.

Распределением серии импульсов по кругу добиваются нутационного движения верхней плиты и детали с отверстием 1, расположенной на ней. В результате этих движений получается как бы псевдоотверстие 2 большего сечения, чем исходное 1, показанное на фиг.3, что приводит к проваливанию верхней детали (инструмента) в само отверстие и совмещению осей.

Конфигурация такого псевдоотверстия зависит от режима работы электромагнитов. Кроме того, режимы питания электромагнитов определяют такие динамические характеристики, как частоту и амплитуду колебаний, векторы колебаний, колебательные скорости и ускорения. Эти характеристики должны способствовать как ориентации, так и стимулированию сопряжения.

Такое движение обеспечит след движения оси верхней плиты в виде конической поверхности. Это способствует автоматическому поиску оси крепежного элемента и совмещению с ним оси отверстия образца, расположенного на верхней плите. Разработанное устройство универсально по назначению. Во-первых, оно позволяет выполнять действие по пассивной ориентации сопрягаемых деталей (инструмента или крепежа с отверстием базовой детали). Во-вторых, устройство, после совмещения осей, может переходить в режим активации самого процесса сопряжения или демонтажа с передачей механических низкочастотных колебаний в зону резьбового контакта. В-третьих, устройство позволяет менять динамические режимы активации и ориентирования, работая в симметричном (последовательном) режимах. В-четвертых, устройство активирует и процесс обратного вывинчивания метчика из отверстия или процесс демонтажа резьбового соединения.

Работа устройства при резьбонарезании осуществляется следующим образом.

На первом этапе производится ориентация оси отверстия детали относительно оси метчика. Для этого включается режим поочередно-круговой подачи электрических импульсов на пары электромагнитных катушек. Полярность и мощность импульсов подбираются экспериментально для конкретного веса детали, установленной на верхней плите. Момент совмещения осей контролируется провалом заходной части метчика в отверстие.

После совмещения осей включается режим работы, при котором подаются синхронно электрические импульсы на три пары электромагнитов, что приводит к появлению крутильно-осевых колебаний верхней плиты с деталью. Вибрационный режим способствует снижению усилий резьбонарезания и стружкоотделения.

После обработки резьбы метчик реверсируется и начинает выходить из отверстия. При этом стружка в канавках метчика может заклинить его в отверстии. Для устранения этого эффекта включается третий режим синхронной подачи импульсов с полярностью, приводящей к отталкиванию полюсов катушек друг от друга. Результирующий вектор вибраций будет направлен вдоль винтовой линии резьбы в сторону, способствующую вывинчиванию метчика.

Предложенное устройство расширяет функциональные возможности и способствует повышению надежности и качества резьбообразующих и сборочных операций.

Устройство для нарезания резьбы и сборки резьбовых соединений с наложением вибраций, содержащее осевой инструмент в виде метчика, верхнюю и нижнюю плиты, соединенные наклонными упругими элементами, и источник колебаний, установленный между плитами, отличающееся тем, что источник колебаний выполнен в виде трех парных электромагнитных катушек, установленных на нижней и верхней плитах с зазором между их полюсами, устройство снабжено автоматизированной системой управления для подачи на электромагнитные катушки электрических импульсов различной частоты, последовательности и полярности.