УСТРОЙСТВО СТАБИЛИЗАЦИИ ПОЛОЖЕНИЙ ОСЕЙ ОБРАБАТЫВАЕМОГО ОТВЕРСТИЯ И ИНСТРУМЕНТА

Полезная модель относится к области машиностроения, преимущественно к высокоточному станкостроению, и может быть использована в прецизионных станках расточной и фрезерной групп с горизонтальным расположением шпинделя.
Известно устройство стабилизации силовых деформаций станины, содержащее дополнительную опору станка, выполненную в виде гидродомкрата, установленную на фундамент в месте наибольшего прогиба станины и содержащее программируемый логический контроллер, который управляет усилием гидродомкрата, препятствуя появлению изгибных деформаций станины [1].
Недостатком этого устройства является частое появление ошибки
управления из-за различных возмущающих воздействий, которыми могут быть упругие деформации станины за счет сил веса подвижных узлов и веса заготовок, а так же износа сопрягаемых поверхностей. 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 известного решения 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 установлен гидродомкрат. С помощью гидродомкрата осуществляется управление угловыми перемещениями корпусной заготовкой относительно стола станка.
Недостатком такого устройства является снижение жесткости установки обрабатываемой корпусной заготовки относительно стола.
В патенте [4] рассмотрено устройство компенсации угловых смещений осей обрабатываемого отверстия и инструмента в следствии деформации изгиба, что достигается путем расположения 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.
Недостатком рассмотренного устройства является то, что оно не позволяет компенсировать деформации станины вследствие кручения.
Задачей настоящей полезной модели является обеспечение стабилизации положений осей обрабатываемого отверстия и инструмента вследствие деформации изгиба и кручения станины.
Данная задача решена за счет того, что устройство стабилизации положения осей обрабатываемого отверстия и инструмента, содержащее датчик перемещения, двухкоординатные уровни и систему программного управления, дополнительно содержит электрогидравлические преобразователи, усилители электрических сигналов и два механизма малых перемещений, выполненных в виде гидродомкратов, каждый из которых установлен в зоне направляющих станины и расположен в стыке мезду салазками и стойкой станка.
1
2
На фиг.1 показан общий вид горизонтального координатно-расточного станка, оснащенного устройством стабилизации положений осей обрабатываемого отверстия и инструмента. 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 механизмы малых перемещений 12 и 12', выполненные в виде гидравлических опор. В состав устройства входят двухкоординатные электронные уровни 13, 14, (ЭУ, ЭУ), датчик 15 перемещения салазок со стойкой по направляющим станины, система ЧПУ 16 (CNC), усилители электрических сигналов 17, 17' и электрогидравлические преобразователи 18, 18' (ЭГП).
1
2
1
1
2
2
Электронные уровни ЭУ и ЭУ определяют углы наклона α, β стойки (фиг.4, фиг.5) и углы наклона обрабатываемой заготовки α, β  (фиг.4, фиг.5) вследствии деформаций изгиба и кручения станины. Аналоговые или цифровые выходы с уровней подключается к системе ЧПУ станка.
На фиг.2 изображен вид сверху горизонтального координатно-расточного станка, на котором показаны станина 1, опоры 2, 3, 4, салазки 5 с установленной на них стойкой 6 и шпиндельной бабкой 7, с шпинделем 8, заготовка 10 на столе 11 и гидравлические опоры 12 и 12'.
На фиг.3 представлено устройство гидравлических опор, вводимых в стыке между салазками и стойкой. Стойка устанавливается на салазки и соединяется с толкателем 19 гидравлической опоры и закрепляется при помощи шпильки 26 с гайкой 27 и шайбой 28. Нижний конец шпильки ввинчивается в резьбовое отверстие толкателя, который неподвижно соединен с жестким центром 20.
Гидравлическая опора состоит из корпуса 23, который по упорной резьбе ввинчивается в основание 24. Через штуцер 25 в корпус гидравлической опоры 23 подается рабочая жидкость, давление которой регулируется в электрогидравлическом преобразователе. При помощи эластичной мембраны 22, изменяемое давление производит поступательное перемещение жесткого центра 20 и соответственно угловое перемещение переднего края стойки. Крышка 21 прикручивается к корпусу 23 при помощи крепежных винтов, прижимает плотно эластичную мембрану и создает герметичное соединение.
На фиг.4, 5 показана геометрия угловых перемещений в следствии деформаций кручения и изгиба станины, возникающих во время движения стойки по направлению к заготовке, которые приводят к потере точности технологической системы станка. Причиной этому служат взаимные отклонения осей растачиваемых отверстий и инструмента, вследствие угловых перемещений заготовки и стойки.
На фиг.6, 7 показаны структурные схемы стабилизации положений осей инструмента и обрабатываемого отверстия, где представлены следующие обозначения:
Uвх - входной сигнал (состояние на входе);
Uвых - выходной сигнал (состояние на выходе);
U - управляющее воздействие;
1
ЭУ - уровень электронный, установленный на стойке;
2
ЭУ - уровень электронный, установленный на заготовке;
1
α - угол наклона оси стойки в следствии деформации кручения;
2
α - угол наклона оси заготовки в следствии деформации кручения;
1
β - угол наклона оси стойки в следствии деформации изгиба;
2
β - угол наклона оси заготовки в следствии деформации изгиба;
CNC - система числового программного управления (ЧПУ);
У - усилитель электрического сигнала;
ЭГП - электрогидравлический преобразователь;
ГО - гидравлическая опора;
ДП - датчик перемещения;
М - электродвигатель перемещения по оси OY;
ШУ - шпиндельный узел.
1
1
2
Станина 1 начинает прокручиваться и прогибаться при перемещении салазок 5 со стойкой 6 по направляющим в направлении оси OZ (фиг.1). Сигналы y(α) и y(α) (фиг.4) двухкоординатных электронных уровней 13 и 14, установленных на стойке 6 и корпусной заготовке 10, определяют величины угловых перемещений оси стойки αi и оси обрабатываемой заготовки α.
1
2
Сигналы y(α), и у(α) с электронных уровней поступают в систему числового программного управления 16 (CNC) (фиг.1), где сравниваются между собой и по их разности подается команда коррекции (фиг.6):
2
1
Δy(α)=y(α)-y(α)
2
1
1
2
Эта команда поступает на электрогидравлические преобразователи 18, 18', которые регулируют давление рабочей жидкости в гидравлических опорах 12, 12' (фиг.1). Под действием давления рабочей жидкости на толкатели 19, 19' (фиг.3) стойка поворачивается на угол α-α для стабилизации деформации кручения станины (фиг.4). После этого повторно сравниваются сигналы y(α) и y(α) и если Δу(α)≠0, то проводится повторная коррекция.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет существенно снизить влияние кручения и изгиба станины на точность технологической системы станка за счет стабилизации положений осей обрабатываемого отверстия и инструмента.
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.
4. Пат. 109036 РФ на полезную модель, МПК: B23Q 23/00 Устройство компенсации угловых смещений осей инструмента и обрабатываемого отверстия / Вылегжанин Д.В., Ремнева О.Ю., Горшков Б.М., Самохина Н.С., Шлегель О.А., 2010.