УСТРОЙСТВО СТАБИЛИЗАЦИИ СИЛОВЫХ ИЗГИБНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ СТАНИНЫ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО КООРДИНАТНО-РАСТОЧНОГО СТАНКА

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к станкостроению, и может быть использовано в прецизионных координатно-расточных станках.
Известно устройство автоматической компенсации силовых деформаций станины прецизионного станка [1], содержащее подводимую опору, выполненную в виде гидравлического домкрата, и основную опору, выполненную в виде гидроцилиндра. Недостатком известного устройства является то, что задняя основная опора является зависимой по отношению к подводимой и в случае планово-предупредительного ремонта данного устройства неизбежным становится снятие станка с основной опоры.
В работе [2] прецизионная станина станка оснащена механизмом компенсации силовых деформаций. Это устройство состоит из измерительной базы, размещенной внутри станины, представляющей П-образную конструкцию
балок, с которой взаимодействуют датчики деформаций. Под станиной на фундаменте размещены компенсирующие деформацию гидравлические домкраты.
Недостатком такого устройства являются колебания балки, приходящие из-за большого уровня вибраций от рабочих органов станка и превышающие величину допустимой погрешности для станков класса точности "А" и "С".
Задачей настоящего изобретения является повышение точности горизонтальных координатно-расточных станков. Указанная задача достигается тем, что в известном устройстве вместо П-образной конструкции балок с установленными на ней датчиками вводятся автоколлиматор, электронно-оптический преобразователь и цифровой миллиамперметр, которые позволяют произвести наладку программируемого логического контроллера (ПЛК), для осуществления автоматической стабилизации гидродомкратом силовых изгибных деформаций станины через усилитель и электрогидравлический преобразователь.
На фиг.1 представлены общие виды предлагаемой полезной модели, где на фиг.1, а показан вид сбоку горизонтального координатно-расточного станка и устройства стабилизации силовых изгибных деформаций станины, а на фиг.1, б - вид станка сверху и места установки опор.
Устройство содержит стойку 1 с вертикально-подвижной бабкой 2, перемещающиеся по направляющим 3 станины 4, установленной на три жестких опоры 5, 6, 7, и на которой так же закреплен стол 8. На стол 8 устанавливают автоколлиматор 9, а на стойке 1 закрепляют его зеркало 10. Автоколлиматор 9 соединен с цифровым миллиамперметром 11 через электронно-оптический преобразователь 12. В месте, близком к точке максимального прогиба станины, установлен гидродомкрат 13, с которым последовательно соединены электрогидравлический преобразователь 14, усилитель 15 и ПЛК 16. К ПЛК 16 подключается датчик перемещения 17. В работе устройства предусмотрены два режима работы: первый - режим наладки, второй - режим автоматической стабилизации при эксплуатации станка, которые включаются кнопками К1 и К2
на ПЛК (фиг.1, а поз.18).
На фиг.2 изображены структурно-функциональные схемы двух режимов работы станка, где соответственно на фиг.2, а - режим наладки, на фиг.2, б - режим автоматической стабилизации, на которых представлены следующие обозначения:
Д - датчик перемещения;
ПЛК - программируемый логический контроллер;
У - усилитель;
ЭГП - электрогидравлический преобразователь;
ГД - гидродомкрат;
ОУ - объект управления (станина станка);
АК - автоколлиматор;
ЭОП - электронно-оптический преобразователь;
ЦМА - цифровой миллиамперметр;
вх
U - входной сигнал (состояние на входе);
U - корректирующее воздействие;
вых
U - выходной сигнал (состояние на выходе);
i
z - координата перемещения по оси OZ;
i
у - управляющий сигнал;
ε - сигнал ошибки;
f - влияние возмущающих воздействий;
ΔA - отклонение показаний цифрового миллиамперметра от нулевого значения.
Режим наладки необходим для введения исходных данных в ПЛК 16, используемых в режиме автоматической стабилизации. Зеркало 10, закрепленное на стойке 1, и автоколлиматор 9 устанавливают так, чтобы луч, выходящий из автоколлиматора 9, совпадал с отраженным лучом от зеркала 10. При этом потенциал на выходе из электронно-оптического преобразователя 12 и показания в цифровом миллиамперметре 11 будут соответствовать нулю.
Переместим стойку 1 в одно из крайних положений. Включив кнопку К1 на
i
i
ПЛК 16, запустим на исполнение управляющую программу для режима наладки. С датчика перемещения 17 начнут считываться данные z для i-того шага перемещения. ПЛК 16 сохранит эти данные в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) под i-той записью, при этом ПЛК 16 по интерфейсу приемо-передачи данных будет принимать показания цифрового миллиамперметра 11. На схеме фиг.2, а видно, что входной сигнал проходит через ПЛК 16, усилитель 12, электрогидравлический преобразователь 14, гидродомкрат 13, объект управления (станину 3 станка), и если в этом положении стойки 1 станина 4 не деформируется, то сигнал ошибки ε будет равен нулю и по обратной связи отклонения показаний ΔА цифрового миллиамперметра 11, преобразуемые В ПЛК 16 в управляющий сигнал у, не выработают корректирующее воздействие гидродомкрата 13 на станину 4 станка.
i+1
i+1
i
i
i
i
i
i
i
Далее переместим стойку 1 на шаг i+1, выбранный из условия достижения необходимой точности стабилизации положения исполнительных органов. Датчик перемещения 17 запишет в ПЛК новое значение z, а так как на первом этапе сигнал ошибки ε равен предыдущему значению ε, то гидродомкрат 13 не произведет корректирующего воздействия. Но после прохождения входного сигнала через автоколлиматор 9, электронно-оптический преобразователь 12 и цифровой миллиамперметр 11 при возникновении отклонений ΔА, ПЛК 16 запишет новое значение управляющего сигнала у под записью i+1. Если в результате корректирующего воздействия гидродомкрата 13, который в этот момент работает на подъем, цифровой миллиамперметр 11 покажет снова отклонение от нулевого значения, то произойдет повторное корректирующее воздействие через обратную связь, с сохранением увеличенного управляющего значения у в ПЛК 16. Так для каждого перемещения z запишется соответствующее значение управляющего сигнала у, который в месте установки гидродомкрата 13 будет максимальным. При последнем перемещении в точке срабатывания концевого выключателя с записью значений z и у в ПЛК 16 закончится режим наладки. Для перехода в режим автоматической стабилизации необходимо включить кнопку К2 на ПЛК 16. Таким образом, в ПЛК 16
управляющая программа состоит из двух основных подпрограмм, показанных на фиг.3. Для наиболее наглядного представления работы режима наладки на фиг.4 изображена схема алгоритма первой подпрограммы.
i
i
i
i
i
Так на фиг.4 в процесс 1 вводится поэлементно массив значений координаты перемещения по оси OZ. В решении 3 производится проверка условия отклонения показаний цифрового миллиамперметра 11. В случае если показания больше нуля, то в процессе 4 происходит нарастание значения управляющего сигнала у. В решении 5 проверяется условие на равенство показаний нулю. Если показания не нулевые, то управляющий сигнал усиливается и производится повторная проверка условия в решении 5. В случае нулевых показаний и не совпадения условий в решении 3 в процессе 6 записывается значение у, соответствующее показанию А, усиленному в К раз по причине линейной зависимости. В результате записи всех значений z, составляется массив значений у:
i
i
в котором видно, что каждому значению z из массива значений всех перемещений соответствует непосредственная величина необходимого управляющего сигнала у.
вх
i
В режиме автоматической стабилизации структурно-функциональная схема на фиг.2, б показана разомкнутой и стабилизация силовых изгибных деформаций станины осуществляется по жестко заданной программе, не учитывающей влияние всех видов возмущений f, что способствует меньшей инерционности в работе. По получению входного сигнала U от датчика перемещения 17, в ПЛК 16 начинается программный поиск нужного управляющего сигнала у, из массива сохраненных значений в режиме наладки, усиление и преобразование его в корректирующее воздействие U гидродомкрата 13. Таким образом, при перемещении стойки 1 по станине 4, производится постоянное отслеживание и автоматическая стабилизация силовых изгибных деформаций станины, которая способствует уменьшению деформаций направляющих 3, жесткость которых значительно больше жесткости станины и,
следовательно, это требует меньших управляющих усилий.
Предлагаемое устройство позволяет существенно снизить уровень силовых изгибных деформаций станины горизонтального координатно-расточного станка, тем самым, повышая его геометрическую точность.
Источники информации
1. А.с №1014679, МПК B23Q 1/02. Устройство автоматической компенсации силовых деформаций станины прецизионного станка / Горшков Б.М., Чудинов Б.А., Равва Ж.С., Галицков С.Я. БИ №16, 1983.
2. А.с. №519284, МПК В23В 25/06. Прецизионная станина / Абрамов В.Г., Антонов С.А., Мездрогин Б.Б. БИ №24, 1976.