Гидрокопировальный механизм

 

ОЙИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз СоФетскик

Социалистический

Республик

К АВТОРСКОМУ СВ ЕТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к ввт. свид-ву— (22) Заявлено 20р9.79 (21) 2819925/25-08 (51)М. Кл.

23 Q 35/18 с присоединением заявки Нов

Государственный комитет ссср по делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 150681. Бюллетень 89 22

Дата опубликования описания 200681 (53) УДК 621. 941. 9 (088. 8) Ордена Трудового Красного Знамени экспериментальный научноисследовательский институт металлорежущих станков аявитель (54) ГИДРОКОПИРОВАЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано в гидрокопировальных системах станков..

Известны гидрокопировальные механизм мы, содержащие синусные распределители с датчиками рассогласования и механизмами управления положением распределителей, обеспечивакщие силовой прижим щупа к контуру силой, направленной приблизительно под углом 45о к направлению обхода контура (11 .

Однако ввиду значительного числа подвижных деталей, содержащихся в приборах, сухого трения в подвижных стыках, а также весьма грубым соблюдением условия образования угла 45 между силой прижима щупа к копиру и направлением обхода контура, копировальные приборы не обладают достаточ-. ными точностью копирования, быстро- 2О действием (при высоких скоростях обхода контура щуп отрывается от копира) и простотой.

Наиболее близким к изобретению является гидрокопировальный механизм с пйевматическим управлением положения щупа и наличием весьма точного датчика увла положения силы прижима по отношению к направлению обхода контура. Данное устройство обеспечив ает копиров ан ие по трем координатам (третья — вертикальная) и может обеспечивать наряду с высокими скоростями копирования низкие вследствие повышенной чувствительности ощупывающего устройства, так как наклон щупа, от которого зависит скорость, может быть крайне мал (имеется ввиду угол, образованный геометрическими осями щупа и отверстия, в котором он расположен), хотя при этом элемент сопло-заслонка достаточно чувствителен, чтобы определить его положе-. р).

Однако в этом гидрокопировальном механизме есть много поцвижных элементов и стыков с сухим трением. В частности сферические универсальные шарниры, обеспечивакщие подвеску щупа и передачу усилия на следящие золотники, трение в управлякщем пропорциональном клапане, не позволяют получить достаточно высокую чувствительность прибора в целом. Кроме того, инерционность управлякщего элемента (гидромотора) также снижает динамическую точность при копировании. Механизм весьма сложен в изготовлении и требует. дополнительной управляющей сложной системою, обеспе

837768

20

3D роны корпуса, составляет угол по отношению к прямой, соединякщей точки

4О геометрического центра и наименьшего

45 жит щуп 1, регулирукщую скорость гай- 5О ку 2 с конусом, нижний (в плоскости

55 бО посредством универсального шарнира.

В корпусе 10 помимо щупа установлен следящий з олот ни к 11, у пр авлякщий пе- 65 чивающей обратную связь по угловому положению силы прижима щупа к контуру копира.

Цель изобретения — повышение точности копировального прибора, упрощение его конструкции, повышение надежности работы. у..азанная цель достигается тем, что в известном гидрокопировальном приборе на поверхности цапфы щупа, \ сопряженной с корпусом и образующей с ней зазор 1 порядка О, 1 мм), выполнены два ряда карманов с диаметрально противоположным, попарным соединением, а датчик выполнен в виде двух рядов сопел, каждый из которых расположен по разные стороны плос кости качания щупа, один из которых соединен через гидравлические сопротивления, образованные поверхностями цапфы щупа и отверстия корпуса, с источником давления и с карманами, а друг ои — с к арман ами и чере э гидравлические сопротивления, также образованные поверхностями цапфы щупа и отверстия корпуса, со сливом, причем оси симметрии сопел и карманов сдвинуты между собой на неко.тарый угол .

Кроме того, поверхность щупа, сопряженная с корпусом, мажет быть выполнена двоякоконусной, величина конуса не должна превышать величину

1:10, причем оба конуса имеют большее общее основание, совпадающее с плоскостью качания щупа.

На фиг. 1 изображен гидрокопировальный механизм, продольный разрез; на фиг. 2 — разрезы A-А, Б-Б., B-В и

Г-Г на фиг. 1, а также схема соединения карманов, сопел, источника давления (на чертеже не показан) и слива; на фиг. 3 — схема действия сил, обеспечивающих прижим щупа к контуру копира; на фиг. 4 — схема действия сил при обходе щупом контура на различных участках копира, имеющих различные угловые положения по отношению к осям симметрии карманов; на фиг. 5 — схема действия сил при обходе щупом радиусных как внешних, так и внутренних участков контура.

Гидрокопировальный механизм содерчертежа) ряд карманов 3, верхний ряд карманов 4. Гидрокопировальный механизм соединен с цилиндрами 5 и 6, осуществлянхцими перемещение стола (не -"показан) соответственно по координатам z и у. Щуп через универсальный шарнир связан со следящим золотником 7, управляющим поршнем цилиндра по координате у . Поршень цилиндра

8 обеспечивающий перемещение по координате х, управляется следящим зопотником 9, также связанным со щупом. ремещениями по координате z . Верхнии ряд 12 сопел выполнен на поверхности щупа на участке, расположенном между верхним рядом карманов и сливом, а нижни и ряд 13 — сопел — между полос-. тью подвода давления и нижним рядом карманов. На нижнем торце щупа крепится ощупывакщий наконечник 14, контактирующий с копиром 15.

Гидрокопировальный механизм работает следующим образом. При подаче рабочей среды под давлением в полость подвода, заключенной между уплотнением и нижним рядом 13 сопел, жидкость, дросселируясь, поступает в нижний 3 и в верхний 4 ряды карманов, а затем поступает в верхний ряд 12 сопел. При этом, поскольку идеальное совпадение геометрических осей щупа

1 и отверстия корпуса 10 практически невозможно, сечение расположения сопел как верхнего, так и нижнего ряда, занимают внецентренное положение по отношению к отверстию корпуса, а гидравлические сопротивления на входе нижнего ряда сопел и на выходе верхнего не равны (имеются ввиду щели, образованные поверхностями корпуса 10 и щупа 1, расположенные на участках соответственно между полостью давления и кромкой сопел нижнего ряда и между полостью слива и кромкой сопел верхнего ряда, определяемые зазором на дуговых участках, соответствующих каждому соплу) . Вследствие неравенства указанных гидравлических сопротивлений соотношение давлений в карманах нижнего ряда 3 такое, что суммарный вектор силы от давлений в них, действукщий на щуп со стозазора (в поперечном разрезе), равный углу смещения осей симметрии сопел и карманов, в данном случае, 45

Вследствие попарного диаметрально противоположного соединения карманов разреза В-В и разреза Б-Б, вектор силы РВ сдвинут по фазе относительно вектора Р> 8 на 180 (фиг. 3) . Это соотношение сохраняется при любом расположении щупа 1. Максимальный угловой наклон щупа определяется радиальным конусным упором гайки 2.

Однако щуп 1 не остается в покое в каком-либо определенном положении из-эа того, что оба означенных вектора силы Р и Р >, воздействуя на щуп, перемещают его в новое положение, так как имеются составлякщие этих векторов Р> В. s i п 45 и РБ х х s i n 45, действукщие по касательной к траектории движения геометрических центров сечений вокруг геометрического центра отверстия корпуса.

Это условие сохраняется в любом положении щупа относительно корпуса, т. е. ему обеспечивается условие дв 837768 жения. Движение геометрической оси щупа описывает два конуса с общей вершиной, совпадающей с пересечением геометрических осей щупа и отверстия корпуса, лежащей на равном расстояни от разрезов верхнего и нижнего ряда карманов. Плоскость, расположенная между этими разрезами, проходящая. через вершину конусов и поперечвосекущая гидрокопировальный механизм может быть названа плоскостью качания щупа. Одним из важных свойств данной компоновки является то, что по мере удаления поперечных сечений щупа от плоскости качания (как в ту, так и в другую сторону), круговая амплитуда качания геометрической оси щупа увеличивается, а усилие уменьшается. Таким образом, перемещение в зоне карманов крайне мало, так как радиальный привод микроперемещений с использованием гидростатического под- 20 шипника требует малых зазоров и малых перемещений. Кроме того, при относительно высоких величинах векторов сил

PS > и РБ > усилие прижатия щупа к контуру копира может быть уменьшено 25 в L / 1 раз . При реальном сост ношении

L/ 1 = 20 и при величине радиального зазора в разрезе В-В, равном 0,025 мм, максимальная величина амплитуды ощупываемого наконечника составляет

0,5 мм также как и на конце щупа, где установлен универсальный шарнир, т. е. максимальное перемещение следящих золотников составляет 0,5 мм как в ту, так и в другую сторону, что впол- З не достаточно для получения скорости обхода контура 2 м/мин при рабочем диаметре цилиндров 6 и 8-100 мм, так как она, в свою очередь, пропорциональна расходу, который определяется величиной щели максимального откры- . 40 тия золотников 7 и 9. Величина вектора силы Рщ прижатия к контуру составляет 1 кГс при

Р = 10 кГс ((Р + Р )/20 =P )

В-В Б-Б

Подвод щупа к контуру осуществляется нажатием на него вручную. Посред" ством воздействия его на следящие эо- () лотники 7 и 9, подающие жидкость под давлением в цилиндры 6 и 8, обеспечиваетсяя перемеще ние стола (не показан ) с закрепленным на нем копиром к щупу в направлении, обратном направлению нажатия, вследствие векторного сложения скоростей по координатам х и у, каждая из которой пропорциональна величине щели открытия собственного следящего золотника. При касании щупом контура копира щуп под дейст- 60 вием тангенциальных составляющих векторов РБ В sin 45 и Р sin 45 о о прижимается к контуру копира таким образом, что наименьший э азор с „,„., (в разрезе В-В) располагается перед 65 геометрической осью отверстия корпуса 10 по ходу движения щупа по контуру (фнг. 4, положение I). Золотник 9 занимает нейтральное положение, и подача по оси х становится равнои нулю, а по оси у — устанавливается пропорциональной открытой щели золотника 7, в свою очередь, определяемой радиальным коническим упором гайки 2 . При переходе от положения I к положению !I (фиг. 4) щуп совершает под дейстt вием составлякщих векторов P s l n 45 о

В-В и Р, - s i n 45 круговое перемещение, опираясь на радиальный упор гайки 2, оказывающее влияние и на следящие золотники 7 и 9, т. е. меняет соотношение расходов в цилиндрах 6 и 8 до тех пор, пока результирующая скорость подачи стола опять не устанавливается касательной (в частности, параллельной ) контуру копира. Наимен ь.ший зазор у„,„„, как и в положении располагается перед геометрической осью отверстия по ходу движения обхода (фиг. 4, положение II). Аналогично и в положении !II. При этом вектор силы Р В (Рщ) в любом положении составляет угол 45 к прямой, соединяющей геометрический центр отверстия корпуса и точку наименьшего зазора bn,Ä <, а поскольку данная прямая всегда параллельна касательной к копиру, то и вектор силы Р„, составляет угол 45 с касательной к контуру копира. Это представлено на фиг. 5, где показан щуп в положениях

I и II, соответствующих некоторому мгновенному, соответственно при обходе выпуклого и вогнутого участков контура копира.

Для повышения точности копирования целесообразно выполнять поверхность цапфы щупа, сопряженную с отверстием корпуса, конической в обе стороны от плоскости качания так, чтобы конуса имели общее основание в ней и были обращены друг к другу. Тогда зазор

У по краям поверхности цапфы щупа, сопряженной с отверстием корпуса, больше зазора «„ как со стороны нижнего ряда 13 сопел, так и со стороны верхнего ряда 12. Подобное выполнение щупа позволяет с большей точностью добиться совпадения геометрических осей отверстия корпуса 10 и щупа 1 при установке золотников в нейтральное положение, так как при завинчивании гайки 2 до полной выборки зазора между радиальным коническим упором этой гайки и конической частью щупа 1 величина люфта щупа определяется зазором с . При выполнении его малым (порядка 5-8 мкм) точность совпадения осей достаточна (в этом положении производится установка корпусов следящих золотников в нейтральное, т. е. подача при этом

837768

Формул а и з об рет ения равна нулю). Однако столь малая величина зазора при выполнении поверхности щупа, сопряженной с поверхностью отверстия корпуса, цилиндрической, не может обеспечить достаточную величину круговой амплитуды движения щупа. Поэтому целесообразно выполнять поверхность щупа двоякоконусной.

В предлагаемом устройстве в связи с отсутствием элементов, перемещающих щуп, таких как отдельно выполнен- ный гидромотор и т. п., а также управляющих им, число подвижных стыков сведено до минимума, а стыков с сухим трением вообще нет. Это в значительной степени повышает точность предлагаемого гидрокопировального прибора также, как и применение в нем чувствительного датчика углового положе ния щупа, одновременно управляющего величиной давлений в карманах и его положением. Подобное выполнение 20 силового и управляющего устройств обеспечивает возможность перемещать щуп, используя малый объем рабочей среды, что позволяет качественно повысить быстродействие, для которо- 5 го благоприятно отсутствие каких-либо перемещающихся элементов, обладающих з начительной инерцией . Точность также достигается точным поддержанием угла между силой прижима щупа к контуру и касательной, проведенной к нему в точке контакта щупа с копиром.

Простота конструкции и надежность работы предлагаемого устройства обусловлены отсутствием промежуточных элементов. управлякщей, схемы и органичной встройкой гидромотора и датчика в тело щупа.

1. Гидрокопировальный механизм, содержащий щуп, установленный в корпусе, систему управления углом его прижима к копиру с датчиком угла, а также следящие золотники с источником давления, с системой питания, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности копирования, упрощения конструкции и повышения надежности его работы, на поверхности цапфы щупа, сопряженной с отверстием корпуса и образующей с ней диаметральный зазор, выполнены два ряда карманов с диаметрально противоположным попарным соединением, а датчик выполнен в виде двух рядов сопел, каждый из которых расположен по разные стороны плоскости качания щупа, один из которых соединен через гидравлические сопротивления, образованные поверхностями цапфы щупа и отверстия корпуса, с источником давления и с карманами, а другой — с карманами и через гидравпические сопротивления, образованные поверхностями цапфы щупа и отверстия корпуса, со сливом, причем оси симметрии сопел и карманов сдвинуты между собой на некоторый угол.

2. Гидрокопировальный механизм по и. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности копирования, поверхность щупа, сопряженная с корпусом, выполнена двоякоконусной, величина конуса не превышает 1:10, причем оба конуса имеют общее большее основание, совпадающее с полостью качания щупа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2. Лещенко В. А. Гидравлическиеследящие приводы для автоматизации станков. "Машиностроение", M. 1962, с. 42, ф. 18.

2. Патент США Р 3620499, кл. 251-3, 1972.

837768

15 Рие.3

Фиг.5

Составитель Ю. Королев

Редактор Л. Повхан Техред Ж.Кастелевич Корректор Г. Назарова

Заказ 4318/28 Тираж 770 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,.Рауыская наб., д. 4!5

Филиал ППП "Патент", r Ужгород, ул. Проектная, 4