Станок портального типа с устройствомавтоматической компенсации упругихперемещений

 

О П И C А Н И Е оп 427832

И ЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (б1) Зависимое от авт. свидетельства— (22) Заявлено 03.07.72 (21) 1804644/25-8 с присоединением заявки ¹â€” (32) Приоритет—

Опубликовано 15.05.74. Бюллетень ¹ 18

Дата опубликования описания 25.03.75

151) М. Кл. В 23q 5/30

В 23b 25/Об

Государствеииый комитет

Совета Мииистров СССР иа делам иаобретаиий и открытии (53) УДК 621.952.5 (088.8) (72) Авторы изобретения

)К. C. Равва и Л. Д. Федоров

Тольяттинский политехнический институт (71) Заявитель (54) СТАНОК ПОРТАЛЪНОГО ТИПА С УСТРОЙСТВОМ

АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОМПЕНСАЦИИ УПРУГИХ

ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Изобретение относится к области станкостроения, в частности к .двухстоечным координатно-ра сточным, координатно-,шлифовальным и другим станкам, в которых необходимо обеспечить вьвсокую точность отоложения оси шпинделя относительно стола, суп порта и т. д., а также от сутствие вибрации,B процессе обработки заготовки.

Известен станок lIIoðòàëüíoãî типа с уcTройством автоматической компенсации упругих перемещений, .включающий следящую систему, .в которую поступают сигналы двух датчиков, установленных на траверсе,и,столе, и привод, отрабатывающий сигнал следящей системы.

Не достатками известного устройства я вляются невозможность ком пенсации упругих перемещений IB двух координатных плоскостях, оаущест вления процесса автоматической минимизации уровня вибра ций шпинделя, а также низкая точность преобразования у правляющего си гнала и, соответственно, самой компенсац.ии.

Цель изобретения — повышение точности станка.

Для этого следящая система предлаоаемого ста н ка:выполнена в виде!двух подсистем, каждая из которых осуществляет поднастройку в од ной из,двух вза им но перпендикулярных координатных плоскостеи, а датчики, изме ря30 ющие относительное, положение стола и шпиндельного узла, выполнены д вухкоординатными, и второй из них установлен непосредствеHно на шпиндельном узле, причем |привод реализо ван в виде двухкоординатноуправляемого подшипника в передней опоре шпинделя.

С целью активного демпфирования низкочастотных колебаний, шпинделя, каждая из подсистем устройства автоматической компенсации 1включает два взаимосвязанных контура управления, один из которых,ком пенсирует уапругие перемещения системы СПИД, а второй демпфирует низкочастотные колебания шпинделя, мо дулируя давление в камерах гидростатичеокого подшипника передней о поры ш п и надел я.

Первый контур включает блок сравнения, на который поступают сигналы датчиков горизонтальности шпиндельного узла и стола, усилитель сигнала их рассогласования,:выход которого включен на электрогидравлический преобразователь, дифференциально изменяющий да вление в,карманах гидростатического подшипника передней опоры,и смещающий пере дний конец шпинделя по соответствующей координате. Смещение шпинделя измеряется дифференциальным датчиком, сигнал которого совместно с сигналом,датчика вылета пиноли, поступает в счетно-решающий блок, .связанный своим выходом с фильтром нижних

427832

5 !

О

35

65 частот, пропускающим си гнал в блок сра внения.

Второй контур включает блок срав|нения, усилитель, электропидравлический .преоб разов атель, пе ред ний,гидр о статический подшивании к, датчик положения шпинделя и счетно-решающий блок, а, кроме того, до полнительно полосовой фильтр, пропускающий .прошедший через счетно-решающий блок сигнал датчика положения на фазосд випающее устройспво, выход которого включен .на блок сравнения и которое управляется фазо вым дискриминатором, выделяющим разность фаз сигналов, поступающих в .него от упомянутого полосового фильтра и аналогичного фильтра сигнала датчика давления, установленного на выходе электропидравличеокого цреобразователя.

Такое размещение датчиков и выполнение перед ней опоры типинделя, оснащенной рету:лятором, работающим одновременно от cHIIHBлов датчиков горизонтальности шпиндельного узла и стола, а также датчиков положения шпинделя, позволяет оком пен сировать в двух взаимно перпендикулярных координатных плоскостях у прупие,деформации системы СПИД и осущеспвить а кти в н ую минимизацию низкоча стотных вибраций июпинделя в процессе обработки заготовки.

На фиг. 1 показан 1цредлатаемый станок и размещение датчиков; на фиг. 2 — разрез по

А — А яа фит. 1;,на фиг. 3 — разрез по Б — Б на фиг. 1; на фит. 4 — функциональная схема системы а втоматической ком пенсации у пругих перемещений системы СПИД и активного демпфирования колебаний шпинделя.

На ыпи ндельном узле 1 установлен датчик

2 гор изонтальности. Аналогичный датчик 8 закреплен на столе 4. Каждый,из них выдает сигнал, пропорциональный отклонению от горизонтальности в плоскости EOZ, и cmrIHaл, пропорциональный отклонению от горизонтальности в плоскости YOZ. Указанные датчи ки осуществляют контроль положений тцпиндельното узла:и стола. В шпиндельный узел 1 вмонтирован датчик 5 перемещения пиноли б, выдающий и нформацию о,величине

«вылета»:конца шпинделя 7. Для компенсации упругих перемещений, в частности праверсы 8 и ее ходовых винтов 9, 10, передняя опо ра 11 шпинделя 7 выполнена гидростатической и у правляемой, а задняя — на лодши|пниках, конструкция которых обеспечивает возможность некоторого углового поворота оси шлинделя (на пример гидростатических либо радиальных сферических шарико- или роликоподшипников). В зоне передней опоры установлены два дифференциальные датчика 12, измеряющих опклонение.оси шпинделя от начального:положения .по соотвеПствующим осям координ B T

Х. Y.

Система автоматической компенсации упру. тих перемещений системы СПИД .и активного демпфирования вибрации состоит из двух идентичных IlioJIcHlcTeM репулиpoIBBHHH положе. ния оси шпинделя в координатных плоскостях

XOZ u YOZ. Каждая из падсистем включает контуры компенсации указанных перемеще. ний и активного дем|пфирования колебаний лпи нделя. Датчи к 5 уча(спвует в работе обеих подсистем. Так ка к обе,подсистемы идентичны, ра осмотр им структуру только одной из них в кооринапной плоскости EOZ. Датчик 12, блок

18 с ра внения, усилитель 14, электрогидравлический преобразо ватель 15 входят в со став обоих контуров.

Пер вый контур содержит датчики 2, 8, 12; блок 18 сра внения сипналов: фильтра 1б нижних частот, на вход которото нключен счетнорешающий блок 17, перерабатывающий инфориа цию датчиков 12 и 5, фавосдвигающего устройства 18, управляемого дискриминатором

19, .и датчиков 2, 8; усилитель 14 сигнала рассогла сования блока 18, электрогидравлический преобразователь 15, включенный на выход усилителя 14 и дифференциально из меняющий давление в гидростатическом,подшипнике 11, в результате чего смещается ось шпинделя 7 по координате Х.

Контур активного дем пфи рования колеба,ний шпинделя содержит датчик 12, блок 17, связанный с ним III QJIQIcoIBoH фильтр 20, oключенные на его выход фазовый ди скрими натор

19 и фазоодвигающее устрой ство 18, а также установленный на выходе электрогидравлического преобразователя 15 датчи|к 21 давления, соеди ненный с,ним полосо вой фильцр 22 (аналотич|ный 20), сигнал которого поступает в дискриминатор 19.

Предлагаемое устрой ство работает следующим образом.

При перестановке шпиндельного узла 1 от

его среднего положения на траверсе 8, последняя прогибается, образуя,в месте расположения узла 1 средний угол поворота сечения 0, и закручивается на угол q>. Одновременно возникает HepBiBHQMeIpHQcTb растяжения ходовых .винтов 9, 10, при водящая к перекосу траверсы

8 на угол а. В итоге ось пиноли б и, соответственно, шпинделя 7 отклоняются в плоскости

XOZ на угол О+а, а в плоскости YOZ — на угол ср. Очевидно, что деформации стоек, станины и стола суммируются с указанными перемещениями. В результате тех или иных воздействий стол 4 может занимать положение, определяемое в плоскости XOZ углом Р, а в плоскости YOZ — углом у. Для обеспечения взаимной перпендикулярности зеркала стола 4 и оси шпинделя 7,необходим ком пенсационный по ворот .последнего в плоскости XOZ на угол О+а+8 и в плоскости YOZ — на ср+у.

3а начало опсчета углов пр инимается вертикальное положение оси шпинделя,и торизонтальное зеркало стола. В приведенных алгебраических суммах щринимаюпся следующие знаки углов: О, а и ср — положительны при повороте по часовой стрелке и отрицательны при повороте против ее движения; р и у— наоборот.

Подсистемы KQMIIIeícBöHH у гловых отклонений и а ктивного демпфирования колебаний

427832

10 !

Зо

55 шпинделя в плоскостях XOZ .и УОЛ;работают совершенно идентично. Рассмотрим функционирование только одной IrogIicHIGTeMbl, работающей II плоскости XOZ..При возникновении упловото отклонения, нэмеряемопо в плотскости XOZ, датчик 2 выдает сигнал,йропорциональный 0+и, а датчик 3, пропорциональный P. Оба напряжения ора вниваются в блоке 13. Сипнал Up их рассогласован ия поступает на усилитель 14 и далее — в виде изменения тока I — на управляющую катушку электрогидравлического преоб разователя 15. Последний дифференциально изменяет давление Р,. в карманах 28, 24 передней гидроопоры таким образом, что конец шпинделя 7 и, соответственно, его ось смещаIollcsI B сторону ком пен сации возни кшего углового опклонения. Перемещение Х конца ш пинделя 7 измеряепся дифференциальным датчикам 12. Сигнал по следнего U„. вводится в счетно-решающий блок 17,,куда от датчика

5 перемещения пиноли б,поступает сигнал UI, про порциональный величине l консольного участка пиноли. В блоке 17:по известной зависимости, связывающей центральный угол, дупу окружности и радиус, напряжения UÄ H

UI преобразуются в сигнал U, пропо1рциональный отработанному подсистемой углу поворота оси шпинделя 7. Сигнал U,проходит через фильтр нижних частот (инфранизких) и алгебраически суммируепся в блоке 13 сравнения, выходное, напряжение которого через усилитель 14 и элекпрогидравлический ïðåîáðàiçîватель 15 из меняет давление в карманах 28 и

24. процесс перемещения шпинделя протекает до тех пор, пока возникшее отклонение .не будет ском пенси ровано с точностью до величины статической ошибки регулятора, которая благодаря большому коэффициенту усиления данного контура подсистемы не )превышает

0,1 мкли

При появлен ии колебаний шпинделя 7 (|например, вследствие неу|стойчивости процесса резания) датчик 12, наряду с инфранизкочастопным сигналом ком пенсациояного смещения шпинделя, выдает низкочастотную составляющую У„проходящую через полосовой фильтр 20, полоса:прозрачности которото соотвепствует частотам колебаний,,существенно сказывающимися на качестве обрабатываемых по верх ностей. Сигнал U, |поступает в фазосдв игающее устройство 18 и дискриминатор 19.

На друтой вход последнего одновременно подается сигнал U датчика 21 давления, предварительно прошедший через полосовой фильтр 22 (аналогичный 20), Дискриминатор 19 выдает в фазосдвигающее устройство 18 упра вляющий сипнал Х, который обеспечивает такой фазовый сдвиг напряжений Uy относительно У„,который после прохождения сигнала Уф через элементы 13, 14, 15, 28, 24 вызывает приложение к шпинделю 7 усилий, направленных в каждый дан ный момент, противоположно его виб рационному смещению. Созда ваемый устройством 18 фазовый сдвиг равен 180 минус сдвиг фазы сигнала вследствие прохождения через элементы

18, 14, 15, 28, 24.

При высокой;стабильности па раметров указанных элементов и, соответственно, сдвига фазы .проходя щего через них сигнала датчик

21 давления, фильтр 22 и,ди скриминатор 19 могут быть из схемы и сключены.

Сигнал U4, фазо сдвигающего устройства поступает в блок 13 сравнения, где, алгебраически суммируясь с инфранизкочастотными сигналами Р, О+а, U,, модулирует выходной сигнал рассогласова|ния и, соответственно, проходя через усилитель 14 и электрогидравличесиий преобразователь 15, модулирующий давление .в камерах 23, 24 тидростатического подши п ника 11 шпинделя 7. При этом колебания давления находятся в противофазе смещениям оси шпинделя, существенно снижая

a:ìiïë èòóäó,âè áð àöèé.

Предмет изобретения

1. Станок, портального типа с устройством автоматической компенсации упругих перемещений, включающий следящую си|стему, в кото рую поступают сигналы двух датчиков, установленных на траверсе и столе, и при вод, отрабатывающий сигнал следящей системы, отличающийся тем, что, с целью повышения точноспи cTBIHKB, следящая система выполнена в виде двух подсистем, каждая из которых осуществляет подна стройку в одной из двух взаимно пер пендииуляр ных координатных плоскостей, а датчики, измеряющие относительное положение .стола и шпинделыного узла, выполнены .двухкоординатными, и второй из,них уста навлен непосредственно на шпиндельном узле, причем привод реализован в виде двухкоо рдинатноу правляемого подши|п ника в передней oirloipe шпинделя.

2. Станок по п. 1, отличающийся тем, что, с целью актив ного демпфирования низкочастотных колебаний шпи|нделя, каждая из подсистем устройства автоматической компенсации включает два взаимосвяза нных контура у правления, один из которых компенсирует у пругие перемещения системы СПИД, а второй демпфирует низкоча|стотные колебания шпинделя, модулируя да вление в камерах гидростатического,подшипника передней опоры шпинделя.

427832

Фиг. 5

Фиг. г

Корректор И. Симкииа

Редактор Л. Василькова

Заказ 775/85 Изд. № 1588 Тираж 944 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

Составитель А. Арапов

Техред Т. Курилко

Риг Г

b-5 7