Устройство для автоматического позиционирования поперечины

 

ОЛ ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ (ii j 738786

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.4 (61) Дополнительное к авт, свйд-ву(22) Заявлено 06.01.78 (21) 2565719/25-08 (52)M. Кл.

В 23 0 7/04 с присоединением заявки ¹

Государстеенный комитет, СССР (23) ПриоритетОпубликовано05,06.80. Бюллетень ¹ 21 во делам изо6ретеиий и открытий (53) УДК621.g. . 62.52. (088.8) Дата опубликования описания 10.06.80

С. Я. Гапицков, Н. В. Кошелев, П. Г. Кравцов, П, И. Кривошеев и Ж. С. Равва (72) Авторы изрбретеиия

Куйбышевский политехнический институт и Куйбышевское станкостроительное производственное объединение (71) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО

ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ПОПЕРЕЧИНЫ

Изобретение относится к машиностроительной промышленности и может быть использовано в станкостроении, особенно в прецизионном, например в координатно-расточньтх, координатношлифовальных станках, координатно-измерительных машинах портального типа, Известно устройство для автоматического позиционирования поперечины, например в станках портального типа, предназначенное для обеспечения параллельности поперечины и ствола, содержащее датчик положения шпиндйльной бабки на поперечине, усилительно-преобразовательные элементы и силовые

l$ исполнительные механизмы, воздействующие на ходовые винты поперечины (1).

Однако это устройство обладает зна чительным недостатком, так как при позиционировании поперечины относитель но стола оно решает задачу компенсации перекоса поперечины с учетом лишь одного из конкретных факторов, влияю- щих на перекос — деформации ходовых

2 винтов при перемещении шпиндельной бабки по поперечине, но при этом не компенсируется влияние других существенных возмущений: износа подшипников, неидентичности ходовых винтов и гаек, погрешностей изготовления элементов кинематической цепи привода поперечины и др.

Известно устройство для автоматичес кого позиционирования поперечины ме-.таллорежущего станка, содержащее систему автоматического управления движением ходовых винтов поперечины, синхронизированным посредством электрической связи, и две шкапы отсчета положений концов поперечины, установленные на стойках, .Однако в этом устройстве используемая система отсчета положения поперечины не связана непосредственно со столом, который в процессе эксплуатации станка изменяет свое положение относительно горизонтали, например в результате перевалки при перемещении

738786

-"" lIo Направляющим станины из одной по-;л зиции в "другую, при нецентральном на- в гружении заготовкой (деталью) и т.п. н

Возникающее при этом нарушение парали лельности поперечины и стола устройст-,. в r вом не компенсируется. Не компенси- з руется и влияние упругих деформаций у стоект станка, возникающих вследствие в перераспределения нагрузки на них и э вызывающих изменение положений, свя- 1О эанйых со стойками отсчетных шкал ин- д дуктосинов (датчиков линейных череме- . с щений концов поперечины) относительно : к зеркала стола. д

Цель о изобретения является "повышение точности устройства для автоматичес- кого позиционирования поперечины.

Поставленная цель достигается тем, ( что в устройстве для автоматического . - позиционирования поперечины, например в станках портального типа, содержащем ( систему автоматического управления движением ходовых винтов поперечины, синхройиэированным посредством электрической связи, и две шкалы отсчета положений концов поперечины, установленные йа стойках, верхние концы этих шкал отсчета. соединены с мостиком, который посредством шарнира связан с перекла-, диной станка в точке, равноотстоящей от осей ходовых винтов, причем нижний ко нец одной шкалы подпружинен пружиной, а нижний конец другой шкалы сочленен

" с ислолйительным двигателем микроперэмешений, подключенным к выходу усилителя ошибки, соединенного с блоком сравнения, к входам которого подключены два датчика уровня, одий из которых расположен на мостике, а другой на столе станка.

На чертеже изображена схема станка .с устройством для авгоматического позиционирования поперечины, общий вид.

Станок содержит станину 1, стол 2, стойки 3 и 4, поперечину 5 и шпиндельную бабку 6. Два ходовых винта 7 и

8, взаимодействующие с гайками 9 и 10, предназначены для пер вмещения поперечины 5 по направляющим стоек 3 и 4 и соединены с валами электрических двигателей 11 и 12 постоянного тока.

: Два прецизионных датчика 13 и 14 линейных перемещений, например индуктосииные импульсные датчики, встроены, например, в левом и правом концах поперечины 5, а соответствующие датчикам 13 и 14 шкалы 15 и 16 отсчета монтируются на стойках 3 и 4 парал4 ельно осям ходовых винтов 7 и 8 с озможностью перемещения в вертикальом направлении. Управление положением оперечины 5 относительно стоек 3 и 4 едется по двум каналам, так как испольуются две системы автоматического правления (САУ) движением ходовых интов 7 и 8. Синхронизация действия тих систем, необходимая для перемещения и позиционирования поперечины 5, остигается введением электрической вязи между ними. При этом один иэ аналов управления (условно первый) соержит устройство 17 ввода задания, например цифровое программозадаюшее стройство унифицированной блочной системы регулирования дискретного типа

УБСР-Д), датчик 13 положения левого конца поперечины 5 относительно шкалы 15 отсчета, преобразователь 18 кода, например преобразователь кода, считываемого с датчика 13 положения, в арифметический код из серии УБСР-Д, арифметическое устройство 19 сравнения, например выйолненное в элементах той же серии; цифроаналоговый преобразователь 20, например преобразователь кода с учетом его знака в соответствующее напряжение, усилитель 21 мощности, например тиристорный преобразователь, электродвигатель 11 и .ходовой винт 7, предназначенный для перемещения левого конца поперечины 5. Другой канал управления (условно второй) содержит датчик 13 положения левого конца поперечины 5 (выполняет функцию эадатчика положения правого конца поперечины 5), датчик 14 положения правого конца поперечины 5 относительно шкалы .

40 16 отсчета, преобразователи 18 и 22 кода, например преобразователи кода, считываемого с датчиков 13 и 14 положения, в арифметический код иэ серии

УБСР»Д, арифметическое устройство 23

4s сравнения, например выполненное на элементах т0й же серии, цифроаналоговый преобразователь 24, например преобразователь кода с учетом его знака в соответствующее напряжение, усилитель 25

sp мьшности, например тиристорный преобразователь, электродвигатель 12 и ходовый винт 8, предназначенный для перемещения правого конца поперечины 5.

Для сохранения взаимного относитель ного расположения шкал 15 и 16 отсче та и зеркала стола 2 при изменении по1 ложения последнего от действия на него озмушений, т.е. для стабилизации тако738 786

5 го положения нулевых точек отсчета шкал

15 и 16, при которых расстояния от них до плоскости стола 2 равны между собой, предусмотрена возможность управления положением подвижных шкал 15.и 16 относительно стола 2. С этой целью верхние концы шкал 15 и 16 соединены с мостиком 26, который посредством шарнира 27 связан с перекладиной 28 станка в точке, равноотстояшей от осей ходовых винтов 7 и 8. Нижний конец одной из подвижных шкал, например шкалы 16, сочленяется с исполнительным двигателем 29 микроперемещений,- например магнитострикционным, а нижний конец другой шкалы 15 подпружинен пружиной

30. На мостике 26 установлен датчик

31 уровня, например маятникового типа, измеряющий отклонение мостика 26 от горизонтали. Другой такой же датчик 20

32 уровня, измеряющий отклонение от горизонтали зеркала стола 2, расположен в корпусе стола 2. При этом САУ положением подвижных шкал 15 и 16 включает в себя датчики 31 и 32 уров- 25 ня, блок 33 сравнения, усилитель 34 ошибки, например операционный усили- тель, и исполнительный двигатель 34 ошибки, например операционньй усилитель, и исполнительный двигатель 29 микро- 30 перемещений, предназначенный для управления подвижными шкалами 15 и 16.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно при наладке станка согласовывается положение нулевых точек отсчета шкал 15 и 16 таким образом, чтобы расстояния от них до плоскости стола 2 были равны между собой. При этом обеспечение равенства 40 координат положений левого и правого концов поперечины 5 относительно соответствующих шкал 15 и 16 одновременно означает и обеспечение параллельности поперечины 5 и зеркала стола 2. 45

Далее, при установочных перемещениях поперечины 5 из одной позиции в другую, а также при обработке заготовок посредством подъема или опускания поперечины 5 по стойкам 3 и 4 (по- 50 следнее имеет место в станках портвль ного типа с беспинопьной шпиндельной головкой), программа требуемого движения поперечины 5 задается с помощью устройства 17 ввода задания, а факти- 55 ческое положение поперечины 5 (с учетом влияния на него возмущающих воздействий — упругих деформаций ходовых винтов 7 и 8 при изменении нагрузки на них, погрешностей изготовления элементов кинематических цепей ходовых винтов 7 и 8 и т.п.) определяется показанияйи датчиков 13 и 14 положений концов поперечины- 5. Сигнал с устройства 17 ввода задания поступает на один из входов арифметического устройства 19 сравнения, а сигнал с импульснс го датчика 13 положения левого конца поперечины 5, преобразованный в преобразователе 18 кода, поступает на второй вход арифметического устройства 19 сравнения.

При расхождении между заданным и фактическим положением левого конца поперечины 6 на выходе арифметического устройства 19 сравнения появляется разностный сигнал,, который с помощью цифроаналогового преобразователя 20 преобразуется из цифровой формы в соответствующую ей аналоговую, например в напряжение. Последнее усиливается и преобразуется в усилителе 21 мощнос-, ти, например в тиристорном преобразова тале. Напряжение с выхода усилителя

21 мощности подается на электродвигатель 11, а он сообщает вращение ходовому винту 7, который, поворачиваясь, поднимает или опускает левый конец поперечины 5 до тех пор, пока сигнал на выходе арифметического устройства 19 сравнения не станет равным нулю. Одновременно сигнал с импульсного датчика

12 положения левого конца поперечины

5, преобразованный в преобразователе

18 кода, поступает на один из входов арифметического устройства 23 сравнения, а на второй его вход поступает сигнал с импульсного датчика 14 положения правого конца поперечины 5, преобразованный в преобразователе 22 кода.

Если эти сигналы различны, то на выходе арифметического устройства 23 сравнения появляется разностный сигнал, который с помошЬ о цифроаналогового преобразователя 24 преобразуется из цифровой формы в соответствующую ей аналоговую, например в напряжение. Последнее усиливается и преобразуется в усилителе 25 мощности, например в тиристорном преобразователе. Напряжение с выхода усилителя 25 мощности подает ся на электродвигатель 12, а он сообщает .вращение ходьвому винту 8; который, поворачиваясь, поднимает или опускает правый конец поперечины 5 до тех пор, пока сигнал на выходе арифметического устройства 23 сравнения не станет равным нулю. Синхронизация действия

7387 систем автоматического управления движением ходбвых винтов 7 и 8 достигается введением электрической связи между ними. B данном случае связь между системами осуществляется посредством датчика 13 положения левого конца поперечины 5, который является элементом, принадлежащим одновременно обоим каналам управления. В первом канале он выполняет функцию датчика обратной связи, измеряющего положение левого конца поперечины 5, а во втором канале -.. функцию задатчика положения правого конца поперечины 5.

В результате перевалки стола 2 при его перемещении по направляющим станины 1 нз одной позиции в другую, а также при нецентральном нагружении стола 2 заготовкой {деталью) изменяется его положение относительно горизонтали, и при сохранейии равенства координат положения левого и правого концов поперечины 5 относительно соответствующих шкал 15 и 16 не обеспечивается параллельность поперечины 5 и зеркала стола 2. Для компенсации возникающего угла рассогласования между поперечиной 5 и зеркалом стола

2 устройство для точного позйциониро- вания поперечины 5 оснащается следящей САУ положением подвижных шкал

15 и 16, которая работает следующим образом.

При отклонении стола 2 от первоначального положения показания датчиков

31 и 32 уровня становятся различными, и на выходе блока 33 сравнения возникает разностный сигнал, который после усиления в усилителе 34 ошибки поступает на исполнительный двигатель

29 микроперемещений. Последний воздействует на шкалу 16 отсчета, которая, перемещаясь в вертикальном направлении (вверх или вниз), сообщает через мостик 26 перемещения (вниз 4 юти вверх) другой шкале 15 отсчета.

При этом- угловое перемещение мостика-.

26 относительно шарнира 27 происходит до тех пор, пока сигнал на выходе уст : ройства 33 сравнения не станет равным о нулю, т.е. пока расстояния от нулевых точек отсчета шкал 15 и 16 до плоскости стола 2 не станут равным между

86 8 собой. После того, как подвижные шкалы

15 и 16 будут установлены в новое по- ложение, соответствующее измененному по сравнению с первоначальным положению стола 2, возникнет рассогласование между заданным от устройства 17 ввода задания положением поперечины. 5 и фактическим положением ее койцов относительно соответствующих шкал 15 и 16 отсчета. Тогда в действие вступают системы автоматического управления двйжением ходовых винтов 7 и 8, компенси-рующие укаэанное рассогласование, причем процесс позиционирования поперечины 5 относительно шкал 15 и 16 пол- ностью аналогичен описанному. Таким образом, обеспечивается параллельность поперечины 5 и зеркала стола 2.

Формула изобретения

Устройство для автоматического позиционирования поперечины, например в с"ганках портального типа, содержащее систему автоматического управления движением "ходовых винтов поперечины, cHExpoRHGHpQBaHHbiM посредством электри« ческой связи, и две шкалы отсчета положений концов поперечины, установленные настойках, отличающе еся тем, что, с целью повышения точности устройства, верхние концы шкап отсчета соединены с мостиком, который посредством шарнира связан с перекладиной станка в точке, равноотстоящей от осей ходовых винтов, причем нижний конец од- ной шкалы подпружинен пружиной, а нижний конец другой шкалы сочленен с исполнительным двигателем микроперемещений, подключенным к выходу усилите ля ошйбки, соединенного с блоком сравнения, к входам которого подключены два датчика уровня, один из которых расположен на мостике, а другой на столе станка.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 Патент ФРГ N 316225, кл. 49 О 39/00, опубпик. 1966..,с Л )4

738786

Составитель Ф. Майоров

Редактор С. Тараненко Техред Н. Бабурка Корректор Н. Степ

Заказ 3059/10 Тираж 1160 - Подписное

0НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4