УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СИЛОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ СТАНИН КООРДИНАТНО-РАСТОЧНЫХ СТАНКОВ

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно - к высокоточному станкостроению, и может быть использовано в прецизионных станках расточной и фрезерной группах с станинами, установленными на три опорные точки относительно фундамента.
Известен способ [1] в котором реализовано устройство обнаружения и измерения деформаций при помощи двух параллельных лучей модулированного света. Один луч измерительный, проходит через ряд диафрагм, расположенных на пути его следования на исследуемой поверхности. Другой луч опорный, минует диафрагмы. На принимающей стороне оба луча сравниваются по величине интенсивности света и косвенно определяется деформация исследуемой поверхности.
Недостатком этого способа является то, что устройство позволяет оценивать только деформации изгиба поверхности.
Известно оптоэлектронное устройство измерения силовых деформаций станин прецизионных координатно-расточных станков [2]. Это устройство позволяет оценивать деформации изгиба и кручения. Измерения производятся с установкой параллельных лучей модулированного света, измерительного и опорного, расположенных по обе боковые стороны станины, и включающие зеркала полного отражения, микропроцессорную систему и аналогово-цифровые преобразователи сравнения для каждого луча. Устройство имеет по одной диафрагме на каждой измеряемой стороне с креплением на приводах микроперемещений, установленных на подвижной стойке станка.
Недостатком данного устройства является нерешенность вопроса установки на станине зеркал полного отражения. Зеркала должны быть установлены в точках наименее подверженных силовым деформациям. В противном случае снижается точность контроля над силовыми деформациями.
Основной задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение точности контроля силовых деформаций станины координатно-расточного станка.
Повышение точности контроля силовых деформаций станы достигается за счет того, что в предлагаемом устройстве для контроля силовых деформаций станины координатно-расточного станка применяется измерительная база, жестко связанная с опорами станка.
Известна измерительная база, выполненная в виде системы стальных штанг или линеек [3]. Экспериментальная установка, оснащенная измерительной базой такого типа, схематично показана на фиг.4. Она состоит из ножевых опор 1, 2, 3, системы стальных штанг 4 и наружной части 5 измерительной базы, охватывающей станину станка по всему периметру.
На фиг.1 показан общий вид координатно-расточного станка. Станок состоит из станины 1, по направляющим которой перемещается подвижная стойка 2 с инструментом 3. Станина станка установлена на три жесткие опоры 4, 5 и 6 относительно фундамента. Корпусная заготовка 7, установлена на столе 8 станины станка. Устройство содержит источники модулированного света или лазеры 9, отклоняющие на 90° зеркала полного отражения 10, диафрагмы 11, приемники света 12, а так же не показанные на фиг.1 усилители и аналого-цифровые преобразователи (АЦП) для каждого отдельного луча, привод микроперемещений для верхних измерительных лучей и микропроцессорную систему.
На фиг.2 показан вид станка сверху. Внутри станины пропущена система стальных штанг 13 (продольных и поперечных), позволяющих создать жесткую, устойчивую конструкцию. Система стальных штанг устанавливается на ножевые опоры 14, 15, 16 внутри станины станка. Опоры располагаются в точках, наименее подверженных общим деформациям, то есть над жесткими опорами станка. На штангах с двух сторон по контуру станины устанавливаются источники света 9 и приемники света 12 напротив опор, а так же зеркала 10 и диафрагмы 11, как показано на фиг.1. Два верхних луча света по обе стороны станины проходят сквозь калиброванные отверстия диафрагм 11, диаметры которых должны быть равны диаметрам пучков света, проходящих в этих местах с учетом расходимости лучей. Два нижних луча света попадают через отражатели 10, минуя диафрагмы 11, непосредственно на приемники света 12. Все четыре луча света должны иметь одинаковые параметры: мощность излучения и диаметры пучков.
Диафрагмы устанавливаются на приводы микроперемещений, которые могут быть пьезоэлектрическими или магнитострикционными. Приводы неподвижной частью крепятся жестко к стойке, а на подвижную часть крепятся диафрагмы. Такое расположение диафрагм позволяет фиксировать деформации станины станка по мере перемещения по ней стойки с инструментом.
Применение в конструкции системы стальных штанг 13, зафиксированной с опорами станка, повышает жесткость измерительной базы, формируя в пространстве эталонную плоскость, относительно которой производится контроль деформаций станины станка. Измерительная база, реализованная таким образом, позволяет оценивать величину упругих деформаций практически в любой точке периметра станка.
На фиг.3 показана структурная схема измерения силовых деформаций, где представлены следующие обозначения:
ЛС - луч света;
П - приемник света;
Д - диафрагма;
У - усилитель напряжения;
АЦП - аналогово-цифровой преобразователь;
М - привод микроперемещений;
МПС - микропроцессорная система.
Двухзначными индексами обозначаются элементы разных лучей: первая цифра показывает направление лучей по боковой стороне станины (левой или правой; в любом порядке), вторая цифра показывает уровень луча по высоте: если 1 - нижний, если 2 - верхний луч. Индексы у символов обозначения приводов микроперемещений также показывают направление лучей по боковым сторонам станины.
Перед тем как произвести измерения деформаций сначала определяется разница интенсивностей излучений верхних и нижних пучков света без нагрузки (стойка 2 находится в крайнем дальнем положении по отношению к заготовке 7), так как пучок света, проходя через отверстие диафрагмы 11, подвергается дифракции.
Так верхние и нижние лучи, попадая на приемники света, производят у них фототоки. После этого токи преобразуются в напряжения на усилителях и затем на аналогово-цифровом преобразователе преобразовываются в цифровую форму. После сравнения показаний по каждой стороне станины (показания интенсивности верхних лучей вычитаются из показаний интенсивности нижних лучей), разницы этих значений сохраняются в микропроцессорной системе.
Таким образом, будут получены разницы интенсивностей, в отсутствии нагрузки, приложенной к станине. После этого измеряются силовые деформации станины под действием нагрузки, приложенной подвижной стойкой. Стойку перемещают к заготовке на наиболее близкое расстояние. При этом могут происходить изгибные и крутильные деформации станины и направляющих, по причине которых диафрагмы переместятся вниз.
1
2
1
2
При помощи микропроцессорной системы производят повторные измерения разницы интенсивностей лучей по обеим сторонам станины. Микропроцессорная система сохраняет повторные измерения и вычисляет разницу показаний между измерениями без нагрузки и измерениями с нагрузкой. Полученные новые две разницы показаний интенсивности по обеим сторонам станины будут пропорциональны изгибным деформациям у и у (на фиг.2 показаны развернутыми на горизонтальную плоскость) боковых поверхностей станины и соответственно деформациям продольного участка направляющих станины. Микропроцессорная система подает управляющие сигналы на приводы микроперемещений, которые производят подъем диафрагм до тех пор, пока разницы показаний интенсивностей до приложения нагрузки и после приложения нагрузки не приравняются нулю (на фиг.3 показаны обратные связи по перемещениям). Следовательно, подъемы диафрагм и перемещения приводов соответствуют изгибным деформациям станины у и у. Микропроцессорная система сохраняет в памяти величины подъема диафрагм, пересчитанные в линейные перемещения по каждой стороне станины, которые можно вывести на индикаторные устройства при наличии последних или передать показания измерений на верхний уровень системы управления оборудованием.
1
2
Таким образом, предлагаемое устройство для контроля силовых деформаций станины координатно-расточного станка позволяет определить угол закручивания станины стойки от действия силовых факторов через разницу измеренных показаний у и у. Если эти показания одинаковые, то в станине существуют только деформации изгиба, которые одинаковы для обеих направляющих. Минимизируются собственные погрешности измерительной установки за счет применения системы стальных штанг с зеркалами полного отражения, что существенно увеличивает жесткость измерительной базы, а, следовательно, повышение точности контроля силовых деформаций станины станка.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Пат.64065 PL, МПК GO 1 В 5/30. Sposob elektrooptycznego wykrywania I pomiaru deformacji liniowych oraz ukiad pomiarowy do stosowania tego sposobu /Stanisiaw Latos, Jerzy Rodzynkiewicz 1968.
2. Пат.98442 РФ, МПК B23Q 17/24. Оптоэлектронное устройство измерения силовых деформаций станин прецизионных координатно-расточных станков /Горшков Б.М., Ведерников Д.А., Маршанская О.В. Силаева Е.В., Самохина Н.С. Бюл. №34, 2009.
3. Самохина Н.С. Повышение точности технологических систем горизонтальных координатно-расточных станков методом стабилизации положения их элементов: Автореф. дис…канд. техн. наук, Самара, 2006.