CN1203137A - 用于补偿机床构件和可能的支承装置的变形的装置 - Google Patents

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Abstract

补偿第一机床构件(2)和可能的支承装置(7)的非塑性变形的装置和方法,第一机床构件至少包括机加工装置(1)并在至少包括一进给拖板(4)和一线性电机(5)的线性操作中固定在第二机床构件(3)上。该装置的特征是进给拖板和线性电机带有位置反馈地设置在位置闭环结构(6)中;变形基本由线性电机实施的第二机床构件(3)的线性移动补偿;线性移动的程度以线性电机绕组中电流变化为基础,电流变化由作用在线性电机上的力引起,该力来源于第一机床构件和可能的支承构件的变形。

Description

用于补偿机床构件和可能的 支承装置的变形的装置
本发明涉及用于补偿第一机床构件和可能的支承装置的非塑性变形的装置，上述第一机床构件至少包括机加工装置并在至少包括一个进给拖板和一个线性电机的线性操作中固定在第二机床构件上。本发明也涉及补偿方法和校准上述装置的方法。
在许多机床中，线性进给拖板是一个重要构件。进给拖板的目的是提供线性移动。这种进给拖板可以是只包括一个进给拖板和一个简单的进给运动的机床部件或者是带有若干轴线的若干进给拖板和计算机化数控进给运动的机床。传统上进给拖板的进给运动是由闭环结构中包括的滚珠丝杠、旋转伺服电机和位置测量系统实现的。
由于各种原因，在拖板进给方向上需要可能实现的最大刚度。由于拖板的运动质量和进给的刚度，在惯性力的阻力与拖板的静刚度大小相同的频率范围中可能出现机械共振。在上述频率范围内，可引起相当大的刚度损失。这种损失可导致机床性能下降。
位置闭环结构中的线性电机可以有效地替代上述传统的解决方案。这种替代的效果是，这种拖板将不存在被动的刚度，而是必须由闭环结构中的线性电机主动地增加机加工区域中的刚度。下文中机加工区域定义为机加工装置工作的区域。
本发明的目的是提供一种用于补偿机床中非塑性变形的装置，上述机床包括车床、铣床、包括无心磨床的磨床、轴向钻削和镗削机床或其它任何涉及线性进给的机床。
上述目的包括，为了补偿除线性拖板本身的其它机床构件的挠曲，借助线性电机绕组中的电流量连续地改变向位置闭环的位置基准输入，从而将位置闭环结构中与线性电机配合工作的线性拖板的进给刚度传至机床的机加工(例如切削)区域，上述机床构件的挠曲是由线性拖板的线性进给运动和机加工过程引起的。
本装置的特征在于：进给拖板和线性电机带有位置反馈地设置在位置闭环结构中，机床构件的变形基本由线性电机实施的第二机床构件的线性移动来补偿，线性移动的程度是以线性电机绕组中电流变化为基础的，电流变化是承受变形时机加工装置和线性电机的相互作用引起的。
附图简要说明如下：
图1表示按照本发明的装置。虚线表示装置处于工作变形状态，即，装置承受来自机加工装置的由线性进给引起且导致变形的力。
图2表示按照本发明的位置闭环结构的框图的实例，它用于控制装置的线位移。虚线表示装置处于工作变形状态，即，装置承受来自机加工装置的、由线性进给引起且导致变形的力。
图3表示在无心磨床中实施的装置的情形中的校准状态。虚线表示装置处于变形状态，即，装置承受来自机加工装置的、由线性进给引起且导致变形的力。
现在参阅图1，装置的推荐实施例首先包括负责实际机加工的机加工装置1。机加工装置1固定在第一机床构件2上，应注意的是，第一机床构件1可直接连接于第二机床构件3，第二机床构件包括至少一个进给拖板4和一个线性电机5，其用于在位置闭环结构中的位置反馈，这可以通过一个电路或一个通用计算机中执行的计算机程序来实现。适用的位置闭环结构6的一个实例表示在图2中。第二机床构件3可以固定在地基或第三机床构件上。
装置也补偿必要的支承装置7中的非塑性变形。该支承装置的目的主要是利于机加工，例如，在加工中将工件固定在位。应注意的是，在某些应用场合中，支承装置7也许是不必要的，而在另一些场合中，例如在无心磨削工艺中，为了实现本发明的目的，它却是至关重要的。
在工作中，机床构件2，3及可能还有支承装置7由于机加工装置1产生的力可能发生弹性变形。包括机加工装置1的第一机床构件2借助线性电机5沿图1中箭头A的方向移动，这形成在图1中由虚线箭头B指示的变形力。本发明只研究弹性变形的补偿。变形是由所述第二机床构件3的线性运动补偿的。补偿是借助至少一个线性电机5实现的，线性电机可以是标准型号的。线性运动的程度按照磁学基本原理与线性电机5绕组中的电流有关，这是由于变形与作用在机加工装置1上的力成正比，因而与线性电机5绕组中的电流成正比的缘故。
应注意的是，补偿主要是在连续的基础上进行的。但是，也应注意的是，补偿也可以在非连续的基础上进行。另外，进给拖板4和线性电机5是直接相连的。
由位置闭环结构6产生的补偿的程度可以由补偿系数来调节，补偿系数可任意设定，但最好设定在0和1之间。如果系数设定为零，则根本没有补偿。如果系数设定为l，则对变形作完全补偿。补偿系数不必是恒定的。例如，它可以是一个函数，该函数取决于频率、绕组中电流、电流的导数或与机加工区域的活动或参数有关的特性。
如涉及高频率则可能必须滤波。
在使用前必须进行装置的校准。校准的目的是找出包括机加工装置1，可能还有支承装置7的第一机床构件2的特性。这是通过下述方式实现的，即，使机床处于一种状态，该状态只涉及包括机加工装置1，可能还有支承装置7的第一机床构件2的特性，即，机床未装载被加工的材料。校准方法的下一步骤是移动机加工装置1以接触可能的支承装置7。与该移动有关的变形数据和线性电机5的绕组中的电流被存储在一个存储器中，例如一个查找表格(look-up table)，它可以储存在位置闭环电路6中。这还可以体现在图3所示的无心磨削工艺的情形中。图3表示与支承装置7接触的磨削装置8，力A和B使第一机床构件2和支承装置8发生变形。
校准通常至少进行一次，但是也可以在任何需要时进行。校准也考虑包括第一机加工装置1，以及可能的支承装置7的第一机床构件2的非线性特征。

Claims (6)

1.用于补偿第一机床构件(2)及可能的支承装置(7)的非塑性变形的装置，所述第一机床构件(2)至少包括机加工装置(1)，并在至少包括一个进给拖板(4)和一个线性电机(5)的线性操作中固定在一个第二机床构件(3)上，其特征在于：
所述进给拖板(4)和线性电机(5)带有位置反馈地设置在一个位置闭环结构(6)中；
所述变形基本被所述线性电机(5)实施的所述第二机床构件(3)的线性移动补偿；以及
所述线性移动的程度是以线性电机(5)绕组中的电流变化为基础的，上述电流变化是由作用在线性电机(5)上的力引起的，所述力来源于所述第一机床构件(2)和可能的支承装置(7)的变形。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述补偿是在连续基础上进行的。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述进给拖板(4)和所述线性电机(5)直接相连。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述补偿是由补偿系数控制的，补偿系数可任意设定，但最好设定在0和1之间。
5.用于补偿第一机床构件(2)和可能的支承构件(7)的非塑性变形的方法，所述第一机床构件至少包括机加工装置(1)，并在至少包括一个进给拖板(4)和一个线性电机(5)的线性操作中固定在第二机床构件(3)上，其特征在于：
以所述线性电机(5)绕组中的电流变化为基础，从一个位置闭环结构(6)产生所述线性移动的程度，所述电流变化是由作用在线性电机(5)上的力引起的，所述力来源于所述第一机床构件(2)和所述可能的支承装置(7)的变形，
通过所述线性电机(5)实施的所述第一机床构件(2)的所述线性移动来基本补偿所述变形。
6.用于校准根据权利要求1所述的装置的方法，其特征在于包括以下步骤：
使所述装置进入校准状态；
使所述机加工装置(1)位移，形成所述第一机床构件(2)和可能的支承装置(7)的变形；
将与所述第一机床构件(2)的所述线性移动和所述线性电机(5)绕组中的电流有关的数据存储在适当装置中，该适当装置用于将所述数据传至所述结构(6)。
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