УСТРОЙСТВО КОМПЕНСАЦИИ УГЛОВЫХ СМЕЩЕНИЙ ОСЕЙ ИНСТРУМЕНТА И ОБРАБАТЫВАЕМОГО ОТВЕРСТИЯ

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно -к высокоточному станкостроению, и может быть использовано в прецизионных станках расточной и фрезерной групп с горизонтальным расположением шпинделя.
Известно [1] устройство стабилизации силовых деформаций станины, содержащее дополнительную опору станка, выполненную в виде гидродомкрата, устанавливаемую под место наибольшего прогиба станины и содержащее программируемый логический контроллер, который управляет усилием гидродомкрата, препятствуя появлению изгибных деформаций станины.
Недостатком этого устройства является частое появление ошибки управления из-за различных возмущающих воздействий, которыми могут быть температурные деформации, износ сопрягаемых поверхностей, упругие деформации за счет изменения сил резания и веса заготовки. Это в свою очередь приводит к повторным переналадкам, усложнению и удорожанию обслуживания технологического оборудования.
В патенте [2] представлен способ повышения точности станка путем пространственного управления положением станины со столом и обрабатываемой корпусной заготовкой относительно фундамента. Управление осуществляется с помощью четырех гидродомкратов, установленных по периметру станины. Недостатком данного способа является существенное влияние контактных деформаций в стыках подсистем "станина-стол", "стол-заготовка", оказывающих существенное влияние на выходную точность станка.
В устройстве [3] компенсации взаимных угловых перемещений осей инструмента и растачиваемого отверстия между столом и обрабатываемой корпусной заготовкой установлены гидродомкраты. С помощью гидродомкрата осуществляется управление угловыми перемещениями корпусной заготовкой относительно стола.
Недостатком такого устройства является снижение жесткости установки обрабатываемой корпусной заготовки относительно стола.
Целью настоящего изобретения является компенсация угловых смещений осей инструмента и обрабатываемого отверстия в следствии деформации изгиба.
Данная цель достигается за счет того, что в предлагаемом устройстве в стыке между салазками, на которых установлена стойка и стойкой с закрепленным на ней инструментом, вводится механизм малых перемещений, выполненный в виде электромагнита постоянного тока. Для оценки взаимных угловых перемещений осей инструмента и растачиваемого отверстия, применяют уровни электронные, которые устанавливаются на обрабатываемой корпусной заготовке и стойке станка соответственно.
1
2
На фиг.1 показан общий вид горизонтального координатно-расточного станка, оснащенного устройством компенсации угловых смещений осей инструмента и обрабатываемого отверстия. Станок состоит из станины 1, установленной на три жесткие опоры 2, 3 и 4 относительно фундамента. По направляющим станины в направлении оси OZ на салазках 5 перемещается стойка 6, со шпиндельной бабкой 7, содержащая шпиндельный узел 8 с закрепленным режущим инструментом, перемещение которого по оси OY осуществляется при помощи электродвигателя 9 (М). Обрабатываемая на станке корпусная заготовка 10 закреплена на столе 11 станка. Корпусная заготовка устанавливается на установочные опоры. Устройство содержит механизм малых перемещений 12, выполненного в виде электромагнита постоянного тока, блока питания постоянного тока 13 для электромагнита и уровни электронные 14, 15 (УЭ, УЭ). В состав устройства входит датчик 16 перемещения салазок со стойкой по направляющим станины и система ЧПУ 17 (CNC).
1
1
2
2
Уровень электронный УЭ на стойке определяет угол ее наклона α, вследствие деформации изгиба станины, а уровень УЭ на обрабатываемой заготовке определяет угол наклона заготовки α. Аналоговые или цифровые выходы с уровней подключается к системе ЧПУ станка.
На фиг.2 изображен вид сверху горизонтального координатно-расточного станка, на котором показано станина 1, опоры 2, 3, 4 и заготовка 10 на столе 11, салазки 5 с установленной на них стойкой 6 и шпиндельной бабкой 7 с шпинделем 8, указан электромагнит 12.
На фиг.3 представлен механизм малых перемещений в виде электромагнита постоянного тока состоящий из толкающего якоря 18, корпуса 19, неподвижного сердечника 20 и обмотки из изолированного провода, расположенного на двух различных секциях. Одна из секций обмоток 21 охватывает якорь 18, другая секция обмоток 22 неподвижный сердечник 20. Между секциями обмоток установлен промежуточный фланец 23. Обмотки 21 и 22 включены встречно друг другу. Корпус электромагнита установлен в теле салазок, а его якорь жестко связан со стойкой.
На фиг.4 показана геометрия угловых перемещений. Во время движения стойки по направлению к заготовке станина испытывает изгибные деформации, которые приводят к потере точности технологической системы станка. Причиной этому служат взаимные отклонения осей инструмента и растачиваемого отверстия, вследствие угловых перемещении заготовки и стойки.
На фиг.5 показаны структурные схемы компенсации угловых смещений осей инструмента и обрабатываемого отверстия, где представлены следующие обозначения:
вх
U - входной сигнал (состояние на входе);
вых
U - выходной сигнал (состояние на выходе);
U - управляющее воздействие;
1
УЭ - уровень электронный, установленный на стойке;
2
УЭ - уровень электронный, установленный на заготовке;
1
α - угол наклона оси инструмента;
2
α - угол наклона оси растачиваемого отверстия;
CNC - система числового программного управления (ЧПУ);
БП - блок питания постоянного тока;
ЭПТ - электромагнит постоянного тока;
ОУ - объект управления (стойка);
ДП - датчик перемещения;
М - электродвигатель перемещения по оси OY;
ШУ - шпиндельный узел.
1
2
1
2
1
При перемещении салазок 5 со стойкой 6 в направлении оси OZ по направляющим станины 1 она начинает прогибаться (фиг.1). Сигналы y(α) и у(α) электронных уровней 14 и 15, установленных на стойке 6 и корпусной заготовке 10, определяют величины угловых перемещений оси инструмента а и угол наклона оси растачиваемого отверстия α. Угол α будет положительным, так как он образуется при угловом перемещении стойки против часовой стрелки, а угол аз будет отрицательным, так как он образуется при угловом перемещении заготовки по часовой стрелке.
1
2
Сигналы y(α) и у(α) с электронных уровней поступают в систему числового программного управления 17 (CNC), где сравниваются между собой и по их разности подается команда коррекции (фиг 5):
1
2
Δy(α)=y(α)-y(α).
1
2
1
2
1
Эта команда поступает на блок питания 13, который управляет якорем электромагнита 12 постоянного тока. Под действием якоря электромагнита постоянного тока (фиг 3) стойка поворачивается на угол α+α (фиг 4). После этого проводится повторное сравнение сигналов y(α) и у(а) и если Δу(α)≠0 то проводится повторная коррекция.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет существенно снизить влияние изгиба станины на точность технологической системы станка за счет компенсации взаимных угловых перемещений осей инструмента и обрабатываемого отверстия.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Пат.74839 РФ на полезную модель, МПК В23В 25/06. Устройство стабилизации силовых изгибных деформаций станины горизонтального координатно-расточного станка /Горшков Б.М., Краснов С. В., Самохина Н.С., Лысак P.M., Вьюнов А.В., Загребин К.В. Бюл. №20, 2007.
2. Пат.3807034 США, МПК B23Q 11/00; G05B 19/404. Method of truing up heavy workpieces on the table of a metal-cutting machine and such table for carrying said method into effect /Semen Pevzner, Viktor Koire 1974.
3. Пат.85389 РФ на полезную модель, МПК: B23Q 23/00 Устройство компенсации взаимных угловых перемещений осей инструмента и растачиваемого отверстия /Самохина Н.С., Горшков Б.М., Денисенко А.Ф., Трубачева С.И., Маршанская О.В., Загребин К.В. Бюл. №22, 2009.