CS232432B1

CS232432B1 - Devices for avoiding thermal deformation of machine parts

Info

Publication number: CS232432B1
Application number: CS824185A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Opletal
Original assignee: Frantisek Opletal
Priority date: 1982-06-07
Filing date: 1982-06-07
Publication date: 1985-01-16
Also published as: CS418582A1

Abstract

Vynález se týká zeřízení pro vyloučení vlivů tepelných deformací částí strojů vůči sobě vázaných, sestávající z dilatační lišty uložené v tělese vřeteníku, zhotovené z materiálu rozdílné tepelné roztažnosti než je materiál uvedeného vřeteníku stroje, přičemž uvedená dilatační lišta je v tělese vřeteníku upevněna jedním koncem, zatím co druhý její konec je volný. S dilatační lištou je spřaženo měřítko s induktosynem, nebo v optoelektrickém provedení apod., napojené na řídicí systém stroje, K uvedenému měřítku je přiřazen jezdec v odpovídajícím provedení, upevněný ne protidílci stroje, " např. na stojanu. Výhodou zařízení je, že velikost korekce tepelných deformací lze měnit délkou a materiálem dilatační lišty. Delší výhodou β je jednoduchost zařízení a průběžná automatická kompenzace tepelných deformací v závislosti na čase a využívání velkých sil od tepelných deformací pro svou práci.The invention relates to a device for eliminating the effects of thermal deformations of machine parts connected to each other, consisting of an expansion bar placed in the headstock body, made of a material with a different thermal expansion than the material of the said headstock of the machine, wherein the said expansion bar is fixed in the headstock body at one end, while its other end is free. A scale with an inductance sensor, or in an optoelectric design, etc., connected to the machine control system is coupled to the expansion bar. A slider in a corresponding design is assigned to the said scale, fixed to the counterpart of the machine, " e.g. on a stand. The advantage of the device is that the amount of correction of thermal deformations can be changed by the length and material of the expansion bar. A further advantage β is the simplicity of the device and continuous automatic compensation of thermal deformations depending on time and the use of large forces from thermal deformations for its work.

Description

Vynález se týká zařízení pro vyloučení vlivů tepelných deformací částí strojů na výslednou přesnost funkce, zejména u přesných a výkonných číslicově řízených obráběcích strojů, které pracují dlouhodobě bez dohledu obsluhy e u kterých není vhodné korigovat tyto deformace ručním zásahem obsluhy.BACKGROUND OF THE INVENTION The invention relates to a device for eliminating the effects of thermal deformations of machine parts on the resulting precision of operation, in particular for precision and powerful numerically controlled machine tools that operate for long periods without operator supervision.

Dosud se problém tepelných deformací, zejména u obráběcích strojů řeěí zprevidlaa tak,So far, the problem of thermal deformations, especially in machine tools, has been solved from the

Se zdroje teple se umísťují tak, atiy jejich vliv na přesnost obrábění byl co nejmenší, což je někdy problematické z prostorových důvodů apod., a nebo tak, že vzniklé teplo ee odvádí vhodným chladicím zařízením. Tato zařízení jsou však nákladné a většinou tepelné deformace neodatraní, ale jen sníží. Některá známá řešení pro vyloučení vlivu tepelných deformací využívej! elektronických systémů, která snímají teploty nebo tepelná deformace příslušných částí stroje podle předem stanoveného programu vyhodnocují je a potřebné korekce stroje předávají řídicímu systému stroje, který pek korekce provede. Tato zařízení jsou však složitá a drahá e ne každý řídicí systém je přizpůsoben pro jejich využití.Heat sources are placed so that their effect on machining accuracy is minimized, which is sometimes problematic for spatial reasons, etc., or so that the heat generated is dissipated by a suitable cooling device. However, these devices are expensive and usually do not eliminate thermal deformation but only reduce it. Use some known solutions to eliminate the effects of thermal deformations! electronic systems that sense temperatures or thermal deformations of the respective machine parts evaluate them in accordance with a predetermined program and transmit the necessary machine corrections to the machine control system that makes the corrections. However, these devices are complex and expensive, and not every control system is adapted to their use.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro vyloučení vlivů tepelných deformací částí strojů podle vynálezu, jehož podstatou je, že dilatační lište, uložená v tělese tepelně ovlivňované části stroje, jímž je např. posuvný vřeteník tohoto stroje, zhotovená z materiálu vůči materiálu uvedeného vřetenlka rozdílné tepelné roztažnosti, izolovaná vodivou lištou a štítem a přes kostky je spřažené s měřítkem, napojeným na řídicí systém stroje, k němuž je přiřazen jezdec pro snímání teploty uvedené dilatační lišty, který je upevněn na méně tepelně ovlivňovaném tělese stroje, např. stojanu tohoto stroje. Dilatační lište má jeden konec uchycen šrouby k tělesu vřeteníka v místě jeho méně ovlivňované oblasti. Vodivá lišta a štít, kterými je dilatační lišta zakryta jsou opatřeny otvory pro vedení kostek upevněných k dilatační liště, které neaou měřítko. Kostka, uchycená k dilatační liště v místě jejího uchycení k tělesu vřeteníka, je opatřena otvorem pro suvné vedení měřítka.The above-mentioned drawbacks are eliminated by the device for eliminating the effects of thermal deformations of the machine parts according to the invention, which is based on the fact that the expansion strips embedded in the body of the thermally influenced machine part, such as a sliding headstock of this machine, made of a material of said spindle of different thermal expansion is insulated by a conductive bar and a shield and over cubes is coupled to a scale connected to a machine control system to which is associated a temperature sensing slider of said expansion bar which is mounted on a less thermally influenced machine body, such as a machine stand. The expansion strip has one end fastened by screws to the headstock body at its less affected area. The conductive strip and the shield with which the expansion strip is covered are provided with holes for guiding blocks fixed to the expansion strip which do not scale. The cube attached to the expansion strip in the place of its attachment to the headstock body is provided with an opening for sliding the scale.

Výhodou zařízení podle vynálezu.je, že velikost korekce tepelných deformací lze libovolně měnit délkou a materiálem dils teční lišty a zahrnout do nich i vliv tepelných deformací těch částí stroje, ve kterých tato dilatační lišta vložena není, ele jejich tepelné deformace jsou úměrné teplotám tělesa stroje v místě vložení této dilatační lišty. Delší výhodou tohoto zařízení je jeho jednoduchost a průběžná automatická kompenzace tepelných deformací v závislosti ne čase a využívání velkých sil od tepelných deformací pro svou práci, což způsobuje, že přesnost zařízení není ovlivňována rušivými vlivy např. třením epod.The advantage of the device according to the invention is that the amount of thermal deformation correction can be arbitrarily changed by the length and material of the rail and include the influence of thermal deformations of those parts of the machine in which the expansion rail is not inserted. at the place of insertion of this expansion strip. A longer advantage of this device is its simplicity and continuous automatic compensation of thermal deformations in dependence on time and use of great forces from thermal deformations for its work, which means that the accuracy of the device is not influenced by interfering influences eg by friction of epodes.

Příklad zařízení pro vyloučení vlivů tepelných deformací podle vynálezu je znázorněn ne připojeném výkresu, kde obr. 1 znázorňuje umístění zařízení na vřeteníku stroje, obr. 2 je řez zařízením podle A-A z obr. 1, obr. 3 je řez zařízením podle B-B z obr. 1 a obr. 4 je řez zařízením podle C-C z obr. 1.An example of a device for eliminating the effects of thermal deformation according to the invention is shown in the attached drawing, wherein Fig. 1 shows the position of the device on the headstock of the machine. Fig. 2 is a section of the device according to AA of Fig. 1; 1 and 4 is a cross-sectional view of the apparatus of FIG. 1.

Zařízení pro vyloučení vlivů tepelných deformací 12 podle vynálezu sestává z dilatační lišty 11 uložené v drážce 232 vytvořené v tělese pohyblivého vřeteníka 21 stroje 2SL a k ní upevněného měřítka 12, ke kterému je přiřazen jezdec 212 upevněný ke stojanu 21 stroje 22» dále tepelně vodivé lišty 12 a tepelně izolačního štítu JJ, které uvedenou dilatační lištu zakrývají.The device for eliminating the effects of thermal deformations 12 according to the invention consists of an expansion strip 11 housed in a groove 232 formed in the body of the movable headstock 21 of the machine 2SL and a scaling device 12 attached thereto. and a heat insulating shield 11 covering said expansion strip.

Dilatační lišta JJ., uložená v uvedené drážce 232 je v této drážce jedním koncem poblíž matice 234 pohybového šroubu 211. upevněna k tělesu vřeteníku 21 pomocí šroubů 112 a zajištěna kolíky 113. přičemž druhý konec této dilatační lišty JJ. je volný a má možnost v uvedené drážce 232. která je delší než uvedené dilatační lišta JJ., se vlivem tepelné roztažnosti posouvat ve své ose. Za účelem snížení odporů při těchto posunech jsou boky uvedené dilatační lišty 11 od osazení 111 směrem k jejímu upevnění k tělesu vřeteníka 21 odlehčeny. Dilatační lište JJ. je zakryté tepelně vodivou lištou J2, jejíž šířka a délka přesahuje šířku a délku této dilatační lišty JJ., jakož i šířku a délku drážky 232. Vodivá llSta 12 je k tělesu vřeteníku 23. upevněna šrouby 121· K uvedné vodivé liště 12 je šrouby 132 upevněný Štít JJ, jehož rozměry jsou stejné nebo větší než rozměry této vodivé listy 12 Vodivá lište 12 a štít 13 jsou poblíž svých konců opetřeny nekruhovými otvory 131 a 1311, jimiž procházejí kostky JJ a Ji, jejichž tvary odpovádají tvarům uvedených otvorů 131 a 1311. přičemž tyto otvory JJJ a 13)1 jsou vůči kostkám větší. Kostka U, vsunutá do otvoru 131, j® k dilatační liště JJ upevněna šrouby JJ2 a kostka Ji, vsunutá do otvoru 1311. je k této dilatační liště upevněna šrouby 15.1. Obě kostky JJ a Ji nesou měřítko 16. které je ke kostce 15 upevněno šrouby Jtj, zatím co v kostce 14 je vedeno suvně v upravém otvoru JJ1, např. pomocí tyče 162, která je s měřítkem Ji spojena přes objímku )61 pomocí šroubů 1Ž3· Suvná uložení uvedeného konce měřítka 16 pomocí tyče 162 není podmínkou a může být provedeno jiným způsobem.The expansion strip 11, which is accommodated in the groove 232, is fixed in this groove by one end near the nut 234 of the movement screw 21, fixed to the headstock body 21 by means of screws 112 and secured by pins 113, the other end of the expansion strip 11. it is free and has the possibility to move in its groove 232 which is longer than said expansion strip 11, due to thermal expansion. In order to reduce the resistance during these displacements, the sides of said expansion strip 11 are relieved from the shoulder 111 towards its attachment to the headstock body 21. Expansion rail JJ. It is covered by a thermally conductive bar 12 whose width and length exceeds the width and length of the expansion bar 11, as well as the width and length of the groove 232. The conductive 12 is secured to the headstock body by screws 121. The conductive bar 12 and the shield 13 are provided near their ends with non-circular openings 131 and 1311 through which the cubes 11 and 11 extend, the shapes of which correspond to the shapes of said openings 131 and 1311. the openings 11 and 13 'being larger with respect to the cubes. The cube U inserted into the hole 131 is fastened to the dilatation bar 11 by screws 12 and the cube 11 inserted into the hole 1311 is fastened to the expansion bar by screws 15.1. The two cubes J1 and J1 carry a scale 16 which is fixed to the cube 15 by bolts 11, while in the cube 14 it is guided slidably in a modified bore 11, for example by means of a rod 162 The sliding fit of said end of the scale 16 by means of the rod 162 is not a requirement and can be done in another way.

Dilatační lišta JJ, zhotovená z hliníku nebo jiného vhodného materiálu, který má větší tepelnou roztažnost než materiál vřeteníku 23, jímž je zpravidla litina, je v tělese tohoto vřeteníku 23 umístěna tak, aby se její teplota a teplota uvedeného vřeteníku 23 vyrovnala. Za tímto účelem je uvedená dilatační lišta JJ zakryta tepelně vodivou lištou 12. které je z materiálu stejné tepelné vodivosti jako materiál vřeteníku 23·The dilatation bar 11, made of aluminum or other suitable material having greater thermal expansion than the headstock material 23, which is generally cast iron, is positioned in the headstock body 23 so as to equalize its temperature and the headstock temperature 23. For this purpose, said expansion strip 11 is covered by a thermally conductive strip 12 which is made of a material of the same thermal conductivity as the headstock 23.

Induktosínové, optoelektrické nebo jinak provedené měřítko Ji, spojené s dilatační lištou JJ přes uvedené kostky JJ a Ji je od vřeteníku 23 tepelně izolováno štítem Jj z vhodného izolačního materiálu např. z pertinaxu spod., a vzduchovou mezerou £, vytvořenou mezi spodní plochou tohoto měřítka Ji a vnější plochou štítu JJ. Umístění dilatační liáty JJ a s ní spojených prvků, jako měřítka Ji apod., je situováno v té části vřeteníku 23, ve které jsou zdroje tepla (jako převody apod.), a které ovlivňuje posunutí čela 231 tohoto vřeteníku 23 k poměrně studenému stojanu 21 stroje 22.· Z těchto důvodů je také volen bod upevnění konce dilatační lišty JJ k tělesu vřeteníku 23 šrouby U2, který je poblíž matice 234 pohybového šroubu 211. kde jsou vůči sobě vázány teplý vřeteník 23 a studený stojan. 21 stroje 20. V případě nutnosti korigovat tepelné deformace u jiných částí stroje, např. konsoly 22 a stojanu 21 stroje 20 lze uvedené zařízení umístit poblíž styku těchto dvou dalších částí stroje.The inductosin, optoelectric or otherwise made scale 11 connected to the expansion bar 11 via said blocks 11 and 10 is thermally insulated from the headstock 23 by a shield 11 made of a suitable insulating material e.g. pertinax bottom and an air gap 6 formed between the bottom surface of the scale And the outer face of the shield. The location of the dilatation mold 11 and associated elements such as the scale Ji, etc. is situated in that part of the headstock 23 in which there are heat sources (such as gears, etc.) and which affects the displacement of the head 231 of the headstock 23 to the relatively cold machine stand 21. For this reason, the point of attachment of the end of the expansion strip 11 to the headstock body 23 by the bolts U2 is also selected, which is close to the nut 234 of the motion bolt 21, where the warm headstock 23 and the cold stand are bound. If necessary, the thermal deformation of other parts of the machine, such as the console 22 and the stand 21 of the machine 20, can be corrected near the contact of the two other machine parts.

Funkce: Při zahřátí vřeteníku 23 z teploty T, na teplotu Tg ^se čelo 231 tohoto vřeteníku posune vůči pevnému stojanu 21 stroje 20 o hodnotu m = M , a (Tg - Tp, kde a je součinitel tepelné roztažnosti uvedeného vřeteníku 23.Function: When the headstock 23 is heated from T to Tg ^, the headstock 231 of this headstock is displaced by the value m = M, a (Tg - Tp, where the coefficient of thermal expansion of said headstock 23 is relative to the machine stand 21).

Dilatační lišta JJ, jejíž teplota se neustále vyrovnává s teplotou vřeteníku 23, se roz táhne o hodnotu f = F . a (Tg - τρ, kde a je součinitel tepelné roztažnosti materiálu této dilatační lišty 11 a kde o hodnotu f se ve směru narůstání tepelných deformací posune měřítko Ji a řídicí systém, na který je toto měřítko Ji a jeho jezdec 212 napojen, posune o tuto hodnotu vřeteník 23 proti směru narůstání tepelných deformací tak, aby původní poloha měřítka 16 vůči jezdci 212 zůstala zachována. Protože délka M od výchozího bodu, jímž je matice 234 pohybového šroubu 211. po čelo 231 vřeteníku 23, a délka F od bodu upevnění dilatační lišty JJ šrouby JJ2 po její konec, jsou přibližně stejné, ale tepelná roztažnost materiálu této dilatační lišty 11 je větší než tepelná roztažnost Vřeteníku 23. může být posunutí dilatační lišty 11 a tím i tepelné korekce větší než posunutí čela 231 vřeteníku 23 a může kompenzovat i tepelné deformace jiných částí stroje, které jsou nějakým způsobem úměrné teplotě vřeteníku 23, např. vysunutí vřetena 233 o hodnotu a· Velikost kompenzace se může určit vhodnou kombinací délky dilatační lišty 11 a jejího součinitele roztažnosti.The dilatation bar 11, the temperature of which is constantly equal to that of the headstock 23, is expanded by a value of f = F. and (Tg - τρ, where a is the coefficient of thermal expansion of the material of this expansion bar 11 and where by the value f the scale Ji is shifted in the direction of thermal deformation increase and the control system to which this scale Ji and its slider 212 is connected the value of the headstock 23 against the direction of the thermal deformation build-up so that the original position of the scale 16 relative to the slider 212 remains unchanged because the length M from the starting point which is the nut 234 of the movement screw 211. to the head 231 of the headstock 23; The bolts 12 to the end thereof are approximately the same, but the thermal expansion of the dilatation bar 11 is greater than the thermal expansion of the headstock 23. the displacement of the dilatation bar 11 and hence the thermal correction may be greater than the displacement of the headstock 231 of the headstock 23. deformation of other parts of the machine that are in some way proportional to temperatures the spindle 23, e.g. eject the spindle 233 and the value of · compensation amount can be determined by a suitable combination of the length of the expansion bar 11 and its coefficient of expansion.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

An apparatus for eliminating the effects of thermal deformations of machine parts comprising an expansion strip, a conductive blade and a protective shield, characterized in that the expansion strip (11), embedded in the body of the thermally influenced part of the machine, is not. The sliding headstock (23) of the machine (20), made of a material of headstock (23) of different thermal expansion, is insulated by a conductive bar (12) and the shield (13) is coupled to the scale (16) over the cubes (14, 5). ) connected to a machine control system to which is associated a jeadec (212) which is mounted on a less thermally influenced machine body, such as a machine stand (21).

Device according to claim 1, characterized in that the expansion strip (11) has one end attached to the headstock body (23) at its less thermally influenced area.

Device according to claim 1, characterized in that the conductive strip (12) and the shield (13) are provided with holes (131, 1311) for guiding the blocks (14, 15).

Device according to claim 1, characterized in that the cube (14) is provided with an opening (141) for sliding the scale (16).