Способ автоматической компенсации тепловых смещений шпинделя металлорежущего станка

 

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОМПЕНСАЦИИ ТЕПЛОВЫХ СМЕЩЕНИЙ ШПИНДЕЛЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА С ЧИСЛОВЫЕ программным управлением, заключающийся в установлении величин тепловых смещений шпинделя в процессе обработки и введении коррекции в перемещении рабочих органов станка по управляемым осям координат, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения точности , определ5гют вид и параметры функций теплового смещения шпинделя станка для каждой частоты его вращения и при простоях и по определяемым функциям при обработке рассчитывают величины тепловых смещений шпинделя в зависимости от времени работы (/) на различных частотах вращения, а также от времени простоя, а в моменты достижения рассчитанных величин установленных допустимых значений осуществляют корректировку перемещения исполнительных органов станка. Ю ю сэ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) В 23 В 25/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЫ:ТВУ ас(лки) dj

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР.

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3407923/25-08 (22) 23.03.82 (46) 15,09.83. Бюл. Р 34 (72) В.С.Стародубов, А.П.Кузнецов и С.Д.Нифагин (71) Московское ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена

Трудового Красного Знамени высшее техническое училище им. Н.З.Баумана (53) 621.91(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 189281, кл. В 23 В 25/06, 1966.

2. Okushima К., Kakino Ч.

Compansation of thermal displacement

by coordinate sistern correction, CIRPann, 1975, v 25 М 1, 327.331

3. Ichimija R.Håiså V. Neve

МодС1сй Reiten der Kompensafion

termischer stozeinf6usse an Werkzeugmaschinew Keitschrift fur Werkschafanfkiche Fertigung, 1976, v 71, Р 10-з, 441-444.

„„ЯО„„1041226 А (54) (57) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОМПЕНСАЦИИ ТЕПЛОВЫХ СМЕЩЕНИЙ ШПИНДЕЛЯ

МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА с числовым программным управлением, заключающийся в установлении величин тепловых смещений шпинделя в процессе обработки и введении коррекции в перемещении рабочих органов станка по управляемым осям координат, о тл и ч а ю шийся тем, что, .с целью упрощения и повышения точности, определяют вид и параметры функций теплового смещения шпинделя станка для каждой частоты его вращения . и при простоях и по определяемым функциям при обработке рассчитывают величины тепловых смещений шпинде- ц

Я ля в зависимости от времени работы на различных частотах вращения, а также от времени простоя, а в моменты достижения рассчитанных величин установленных допустимых значений осуществляют корректировку переме- р щения исполнительных органов станка.

104122б

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано во всех областях народного хозяйства для автоматической компенсации тепловых деформаций различных машин.

Известен способ автоматической 5 подналадки положения рабочих органов станков путем перераспределения внутренних деформаций корпусных элементоЛ, несуцих рабочие органы станка и подвергающихся нагреву или охлаж- lg дению в зависимости от величины отклонений рабочих органов (1 g.

Недостатками данного способа являются необходимость постоянного измерения отклонений рабочих органов вследствие тепловых деформаций, наличие управляемых нагревательных и охлаждающих устройства и сложной системы управления этими устройствами, а также невозможность полной одновременной компенсации отклонений о рабочих органон н трех взаимно перпендикулярных направлениях.

Известен способ компенсации тепловых деформаций металлорежущих 25 станков с ЧПУ, заключающийся в постоянном измерении температуры нагрева в характерной точке на станке и последуюшем смещении рабочих органов пропорционально изменению измеряемой температуры 2 ).

Недостатками данного способа являются необходимость экспериментального определения характерной точки для измерения температуры нагрева, необходимость постоянного измерения температуры нагрева н этой точке и невозможность полной и одновременной компенсации тепловых деформаций н трех взаимно перпендикулярных напранлениях во всем диапазоне частот 40 вращения шпинделя.

Известен также способ компенсации .тепловых деформаций металлорежуших станков, заключающийся н постоянном измерении температуры нагрева н характерных точках на станке с последующим расчетом по данным измерений отклонений рабочих органон из-эа тепловых деформаций в трех взаимно перпендикулярных направлениях и соответствующего смеШения рабочих органов при управлении станком j3 ), Недостатками такого способа являются сложность и недостаточная точность из-за необходимости экспериментального определения характерных точек для измерения температур нагрева и характера взаимосвязи этих температур c,òåïëîâûìè деформациями, а также необходимости постоянного измерения температуры нагрева в этих 60 характерных точках при работе станка.

Общим недостатком указанных способов является то, что они не учитывают характер изменения тепловых деформаций рабочих органов н трех взаимно перпендикулярных направлениях, а также разный характер тепловых деформаций на различных частотах вращения шпинделя и при его простоях.

Целью изобретен/я является упрощение и повышение точности автоматической компенсации тепловых смещений шпинделя металлорежущих станков с числовым программным управлением (ЧПУ) по всем управляемым осям координат без измерения величин теп- ловых смещений шпинделя в процессе работы станка с ЧПУ.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу автоматической компенсации тепловых смешений шпинделя металлорежущего станка с числовым программным управлением, заключающемуся н установлении величин тепловых смещений шпинделя н процессе обработки и введении коррекции в перемещении рабочих органов стаяка по управляемым осям координат, определяют нид и параметры функций теплового смещения шпинделя станка для каждой частоты его вращения и при простоях и по определенным функциям при обработке расчитывают вели-. чины тепловых смещений шпинделя в зависимости от времени работы на различных частотах вращения, а также оТ времени простоя, а в моменты достижения расчитанных величин установленных допустимых значений осуществляют корректировку перемещения исполнительных органов станка.

Способ основан на том, что изменение тепловых смещений шпинделя ме аллорежущих- станков с ЧПУ происходит по нескольким вполне определенным типовым функциям, характерным,цля данного конструктивно-компоновочного решения станка с ЧПУ и для определенных частот вращения. При этом н одном станке с ЧПУ для разных напранлений осей координат тепловые смещения шпинделя изменяются по разным типовым функциям.

Определив вид и параметры изменения тепловых деформаций смещений шпинделя для конкретного станка по трем взаимно перпендикулярным направлениям, по известным значениям частот нрашения шпинделя в процессе работы станка и времени работы на этих частотах производят расчет получаемых величин тепловых смешений шпинделя в соответствии с известными для данного станка функциями их изменения и автоматически смещают рабочие органы станка в том же направлении и на ту же величину, т.е. постоянно сохраняют взаимное относительное положение рабочих органов станка.

При остановке вращения шпинделя, когда происходит охлаждение станка, 1041226

10

65 зная функцию изменения тепловых слжщений шпинделя при охлаждении данного станка и время охлаждения, производится расчет величин обратного смещения шпинделя при охлаждении с последующей автоматической компенсацией этого смещения путем перемещения рабочих органов в другом направлении.

На фиг.1 показана типовая зависимость тепловых смещений д 1,от времени t; на фиг.2 и 3 — примеры блок-схем устройств для реализации способа.

Согласно фиг.1 показано применение способа автоматической компенсации тепловых смещений шпинделя металлорежущего станка с ЧПУ, для которого определены типовые функции изменения тепловых смешений для различных частот вращения шпинделя при

O нагреве и охлаждении станка.

Рассмотрим процесс автоматической компенсации тепловых смещений шпинделя при обработке одной детали с момента включения станка на частотах вращения шпинделя n„, п 2 и и соответственно в течение временй 1„, t и t и охлаждения станка прй переключении частот вращения шпинделя и смене инструмента со временем t > и t<, и при съеме готовой детали в установке заготовки со временем б.

Автоматическая компенсация тепловых смещений шпинделя производится периодически через установленную для каждой управляемой оси координат величину h; как при нагреве, так и при охлаждении станка. Величина д- устанавливается, исходя из

1 требуемой точности обработки.

При пуске станка и начале обработки детали с частотой вращения шпинделя п 1 тепловые деформации шпинделя изменяются по типовой функции 1 (фиг.1). При достижении величины тепловых смещений, равной д ., 1 производится их компенсация путем соответствующего смещения рабочего органа. Через время t „ производится переключение частоты вращения шпинделя на n >, на которой тепловые смещения шпинделя уже изменяются по типовой функции 2 (фиг.1).

В период переключения t> шпиндель не вращается и происходит охлаждение по типовой функции 4. При работе на частоте п2 происходит дальнейшее тепловое смещение шпинделя по типовой функции 2 и при достижении величины этого смещения, равной д ., 1 также производится их компенсация.

Аналогично производится автоматическая компенсация при работе на частоте вращения шпинделя n, когда тепловое смещение шпинделя происходит по типовой функции 3.

При съеме готовой детали и установке заготовок шпиндель не врашается, и происходит охлаждение станка и смещение шпинделя по типовой функции 4 в течение времени

При смещении шпинделя иэ-эа охлаждения станка на величину д про( изводится компенсация этого смещения путем перемещения рабочего органа на величину д- в обратном на1 правлении.

При дальнейшей работе станка компенсация тепловых смещений шпинделя производится аналог чным образом.

Устройство, реализующее способ автоматической компенсации тепловых смещений шпинделя станка с ЧПУ, состоит (фиг.2) из датчика 1 определения частоты вращения, блока 2 задания типовых функций теплового смешения, шпинделя по управляемым осям координат, блока 3 задания величины шага проводимой коррекции по управляемым осям координат металлорежушего станка 4 с устройством числового программного управления 5, построенного на базе мини-ЭВМ (устройство класса СНС) и блока б определения времени работ станка на данной частоте вращения шпинделя или времени отсутствия вращения шпинцеля, когда происходит охлаждение станка.

В случае, когда устройство ЧПУ 5 (фиг.3) металлорежущего станка 4 построено не на базе мини-ЭВМ (устройство класса NC) к нему наряду с перечисленными блоками 1-4 (фиг.2) дополнительно вводится мини-ЭВМ 7 (фиг.3} . Bce они связаны между собой электрическими цепями сопряжения.

Устройство автоматической компенсации тепловых смещений шпинделя металлорежущим станков с ЧПУ работает следующим образом (фиг,2).

Информация о частоте вращения шпинделя, введенная в устройство

ЧПУ 5 перфолентой, определяется датчиком 1 и передается в оперативную память мини-ЭВМ устройства ЧПУ 5, куда также поступает с блока б информация о времени:вращения шпинделя на данной частоте, определяемая по информации, введенной перфолентой. Мини-ЭВМ устройства ЧПУ 5 на основе данных, получаемых от датчика 1 и блока б, выбирает иэ блока 2 предварительно определенные типовые функции тепловых смещений шпинделя, характерные для данного металлорежушего станка с ЧПУ по соответствующим осям координат на данной частоте вращения шпинделя. По информации из датчика 1 и блока.б в соответствии с типовой функцией, выбранной из блока 2, мини-ЭВМ устрой1041226

А/2. l

Составитель В. Алексеенко

Редактор A.Ãóëüêî Техред H.Ìåòeëåâà Корректор .йзятко

Эакаэ 7020/9 Тираж 110б Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП Патент ", г, Ужгород, ул ° Проектная, 4

Ь ства ЧПУ 5 определяет величины теплового смещения шпинделя по соответствующим осям координат последовательно через малые и равные промежутки времени. Получаемые значения тепловых смещений сравниваются с величиной, характеризующей шаг проводимой координации, который устанавливается по каждой оси координат блоком 3. При достижении величины теплового смещения шпинделя, равной шагу коррекции, устройство

ЧПУ 5 подает сигнал на дополнительное смещение рабочих органов станка, что обеспечивает постоянное сохранение их взаимного относительного положения.

Во втором случае, когда устройство ЧПУ не содержит мини-3BN (фиг.3), информация с блоков 1-4 поступает в дополнительно введенную мини-ЭВМ 7, связанную с устройстэом

ЧПУ 5 электрической цепью. Работа устройства автоматической компенсации тепловых смещений шпинделя аналогична описанному.

Использование предлагаемого изобретения позволяет повысить точность обработки деталей на металлорежущих станках с ЧПУ путем автоматической компенсации тепловых смещений шпинделя одновременно по

10 всем управляемым осям координат без создания и применения дополнительных измерительных средств, располагаемых на станке с ЧПУ.

Это повышает эффективность использования металлорежущих станков с ЧПУ вЂ” позволяет производить на них обработку более точных деталей с одной установки, что сокращает общий технологический цикл обработки этих

20 деталей, и повышает производительность обработки.