CS255700B1

CS255700B1 - Automatically controlled feed mechanism

Info

Publication number: CS255700B1
Application number: CS864682A
Authority: CS
Inventors: Jiri Mazur
Original assignee: Jiri Mazur
Priority date: 1986-06-25
Filing date: 1986-06-25
Publication date: 1988-03-15
Also published as: CS468286A1

Abstract

Zařízením je posuvový mechanismus frézovacího stroje, určeného zvláště k obrábění kulových optických prvků. Je uspořádán tak, že řídicí blok mikropočítače je spřažen se servomotorem vřetene obrobku a krokovým motorem. Krokový motor je spojen s převodovou skříní s vodicím šroubem, který ovládá výkyvné rameno vřetene nástroje.The device is a feed mechanism of a milling machine, designed especially for machining spherical optical elements. It is arranged in such a way that the microcomputer control block is coupled to a workpiece spindle servomotor and a stepper motor. The stepper motor is connected to a gear box with a lead screw that controls the swing arm of the tool spindle.

Description

Vynález se týká automaticky řízeného posuvového mechanismu frézovacího stroje k obrábění kulových optických prvků sleštitelným povrchem, opatřeného rychloposuvem a mikroposuvem vřetene nástroje, ovládaného naklápěcím frézovacím ramenem.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an automatically controlled feed mechanism of a milling machine for machining spherical optical elements with a scattering surface, provided with rapid traverse and micro-feed of a tool spindle operated by a tilting milling arm.

Posuvy frézovacích strojů pro obrábění kulových optických prvků, dosud běžně používaných k hrubování, jsou realizovány zpravidla vačkou nebo vodicím šroubem. Plynulá změna velikosti posuvu se nejčastěji odvozuje od stejnosměrného servomotoru. Oběr skla diamantovými nástroji je realtivně pomalý, proto je i hodnota posuvu relativně malá, například při hrubování kolem 2 mm za minutu. Pro neproduktivní operace se používá rychloposuv. Vzhledem k malým hodnotám pracovního posuvu jsou však obtíže se skloubením posuvu a rychloposuvu do jediného uceleného systému. Proto se tento rychloposuv řeší zavedením dalšího druhu pohonu, například hydraulického nebo pneumatického.The feeds of milling machines for machining spherical optical elements, commonly used for roughing, are usually realized by cam or lead screw. The smooth change of the feed rate is most often derived from the DC servomotor. The abrasion of the glass by the diamond tools is relatively slow, therefore the displacement value is also relatively small, for example at roughing around 2 mm per minute. Rapid feed is used for non-productive operations. However, due to the small working feed values, there is a difficulty in combining the feed and rapid feed into a single coherent system. Therefore, this rapid traverse is solved by introducing another type of drive, for example hydraulic or pneumatic.

Mezi otáčkami obrobku a volbou posuvu však není žádná vazba a pracovník, obsluhující frézovací stroj, obvykle si ani neuvědomuje, jaká tlouštka třísky je nastavena a vše řídí pouze citem, sluchem nebo hodnocením kvality opracovávaného povrchu obrobku. Pro operaci hrubování je tento způsob postačující, poněvadž nejsou kladeny vysoké požadovky na přesnost a kvalitu obrobeného povrchu.However, there is no link between the workpiece speed and the feed selection, and the operator operating the milling machine usually does not even realize what the chip thickness is set and only controls everything by feeling, hearing, or evaluating the workpiece surface quality. This method is sufficient for the roughing operation since high demands are not placed on the precision and quality of the machined surface.

Je známo rovněž řešení, u kterého je na hřídel servomotoru před vstupem do převodovky, ovládající vodicí šroub, napojen krokový motor, který přebírá řízení malých posuvů a otáčí zároveň rotorem servomotoru. Je však opomenuta podmínka minimální tlouštky třísky na krok motoru s vazbou na otáčky vřetene obrobku a rychloposuv je opět řešen pomocí dalšího systému, v daném případě hydraulickým pohonem.A solution is also known in which a stepper motor is connected to the servomotor shaft prior to entering the gearbox controlling the lead screw, which takes over the small feed control and rotates the servomotor rotor simultaneously. However, the condition of the minimum chip thickness per step of the motor with respect to the spindle speed of the workpiece is omitted and the rapid traverse is again solved by another system, in this case by hydraulic drive.

Při řešení velmi přesného frézování a při použití jemných diamantových nástrojů s mikrozrnem asi 10 μ vyvstal vedle mimořádných nároků na přesnost frézovacího stroje problém velmi malých tlouštěk třísky, řádově 0,1 u a tím,i potřeba velmi malých posuvů.When dealing with very precise milling and using fine diamond tools with a micro-grain of about 10 μ, the problem of very low chip thicknesses of the order of 0.1 µ has arisen in addition to the extraordinary demands on the accuracy of the milling machine, and thus the need for very small feeds.

Dále vyvstála nutnost přehledné volby tlouštky třísky při libovolných otáčkách vřetene obrobku ve vztahu k bočnímu přísuvu, poněvadž vlastnosti obráběcího nástroje, řezná rychlost, velikost bočního přísuvu nebolí otáčky vřetene obrobku a tlouštka třísky musí být při dokonalém chlazení v optimálních vzájemných poměrech.Further, there was a need for a clear choice of chip thickness at any workpiece spindle speed in relation to the lateral infeed, since the cutting tool properties, cutting speed, side infeed size do not hurt the spindle speed of the workpiece and the chip thickness must be optimally matched to each other.

Vznikl požadavek vyřešit takovou konstrukci frézovacého stroje, který by umožňoval jak hrubování, tak i jemné broušení. Problémem však zůstává docílení mikroposuvů, posuvů a rychloposuvů takovým posuvovým mechanismem a takovým řídicím systémem, který by všechny uvedené požadavky včetně potřebné vazby k otáčkám vřetene obrobku splňoval. Vše by se mělo vyřešit na bázi elektrického pohonu bez dalšího hydraulického nebo pneumatického pohonu.There was a need to design a milling machine design that would allow both roughing and fine grinding. However, the problem of achieving micro-feeds, feeds and rapid feeds is such a feed mechanism and control system that meets all of the above-mentioned requirements, including the necessary coupling to the workpiece spindle speed. Everything should be solved on the basis of electric drive without additional hydraulic or pneumatic drive.

Tento úkol řeší předmět vynálezu, kterým je automaticky řízený posuvový mechanismus frézovacího stroje k obrábění kulových optických prvků s leštitelným povrchem, opatřeného rychloposuvem a mikroposuvem vřetene nástroje, ovládaného naklápěcím frézovacím ramenem.This object is achieved by the object of the invention, which is an automatically controlled feed mechanism of a milling machine for machining spherical optical elements with a polishable surface, provided with a rapid feed and a micro feed of a tool spindle controlled by a tilting milling arm.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že řídicí blok mikropočítače je spřažen se servomotorem vřetene obrobku a dále s asynchronním brzdovým motorem a krokovým motorem, které jsou spojeny s převodovou skříní opatřenou vodicím šroubem vešroubovaným do matice palce, který je kinematicky spřažen s výkyvným frézovacím ramenem vřetene nástroje.SUMMARY OF THE INVENTION The microcomputer control block is coupled to a workpiece spindle servomotor, as well as an asynchronous brake motor and a stepper motor, which are connected to a gearbox provided with a lead screw screwed into a thumb nut which is kinematically coupled to the spindle milling arm .

Převodová skříň může být tvořena kuličkovým reduktorem, jehož vnitřní kroužek je spřažen s asynchronním brzdovým motorem a vnější kroužek s krokovým motorem. Vodicí šroub je pevně uložen s unášečem, kinematicky spřaženým s kuličkami, umístěnými mezi vnitřním a vnějším kroužkem. Převodová skříň však může být tvořena také planetovým soukolím nebo diferenciálem.The gearbox may be a ball reducer, the inner ring of which is coupled to an asynchronous brake motor and the outer ring of the stepper motor. The lead screw is firmly seated with a carrier kinematically coupled to the balls located between the inner and outer rings. However, the gearbox may also be a planetary gear or differential.

Vyřešený posuvový systém, tvořený posuvovým mechanismem elektronickým řízením je poměrně jednoduchý a zabezpečuje odebírání skla nejjemnějšími třískami tak, jako kdyby se jednalo o zcela plynulý posuv. Je realizgván mikroposuv, i rychloposuv na bázi elektrického pohonu jediným mechanismem. Kuličkový reduktor plní nejen funkci planetového soukolí, ale současně i bezpečnostní spojky. Volba převodu mezi krokovým motorkem a posuvem vodícího palce nastavení velikosti třísky jakožto technologického parametru, jehož velikost, matematicky vyjádřeno, je funkcí otáček vřetene obrobku.The solved feed system, formed by the feed mechanism by electronic control, is relatively simple and ensures the removal of glass by the finest chips as if it were a completely smooth feed. Micro-feeds as well as rapid feeds based on electric drive are realized by a single mechanism. The ball reducer not only functions as a planetary gear but also at the same time as a safety clutch. Selecting the conversion between stepper motor and guide thumb feed Set the chip size as a technological parameter, whose size, mathematically expressed, is a function of the workpiece spindle speed.

Příkladné provedení automaticky řízeného mechanismu podle vynálezu je schematicky znázorněno na přiloženém výkrese.An exemplary embodiment of an automatically controlled mechanism according to the invention is shown schematically in the attached drawing.

Jak z tohoto výkresu vyplývá, je převodoyá skříň mechanismu tvořena kuličkovým, reduktorem 2* unášečem 14, vnějším kroužkem 11, kuličkami 12 a vnitřním kroužkem .10. S unašečem 14 je pevně spojen vodicí šroub 2 a vnitřní kroužek 10 je spojen s asynchronním brzdovým motorem 6., zatímco vnější kroužek 11 je pomocí šnekového kola 13 spojen nenaznačeným šnekem s krokovým motorem 7_. Vodicí šroub 2 je vešroubován do matice 31 palce 3, na jehož jednom konci je upravena vodlice 32, kterou prochází vodicí tyč 33 -a jehož druhý konec je opatřen kuličkou 34, zasahující do vidlice 41 naklápěcího frézovacího ramene 4, spojeného s vřetenem nástroje 42, na němž je uložen nástroj 43. Vřeteno obrobku 9_, na němž je uchycen obrobek 91 je propojeno s náhonovým servomotorem <8, mezi nímž a blokem .5, který je v podstatě částí mikropočítače, je vazba, označená šipkou b a obdobná vazba, vyznačená šipkou a, je mezi blokem 5 a krokovým motorem 7_.As can be seen from this drawing, the gearbox of the mechanism is formed by a ball gear reducer 2, a gripper 14, an outer ring 11, balls 12 and an inner ring 10. A guide screw 2 is firmly connected to the carrier 14 and the inner ring 10 is connected to the asynchronous brake motor 6, while the outer ring 11 is connected to the stepper motor 7 by means of the worm wheel 13 by an unmarked worm. The lead screw 2 is screwed into the nut 31 of the thumb 3, one end of which is provided with a guide 32 through which the guide rod 33 passes and the other end is provided with a ball 34 extending into the fork 41 of the tilting milling arm 4 connected to the tool spindle 42; the workpiece spindle 9, on which the workpiece 91 is attached, is coupled to a drive servo motor <8, between which and the block 5, which is essentially part of the microcomputer, is a binding indicated by an arrow b and a similar binding indicated by an arrow and, is between the block 5 and the stepper motor 7.

Popsaný mechanismus pracuje následovně. Jestliže nenaznačený počítač určí rychloposuv, krokový motor 7. zůstává v klidové poloze a tím šnekové kolo 13 kuličkového reduktoru JL blokuje vnější kroužek 11. Asynchronní brzdový motor j6 se otáčí a uvádí do rotačního pohýbu vnitřní kroužek .10, který odvaluje kuličky 12 po vnějším kružku 11. Unáší tím s sebou i unáŠeč 14, který otáčí vodicím šroubem 2 a ten pomocí matice 31 posouvá palec 2 P° vodicí tyči 33. Tento palec 2 vychyluje pomocí kuličky 34 a vidlice 41 i frézovací rameno 4, které posouvá vřeteno nástroje 42 s uloženým nástrojem 43.The described mechanism works as follows. If the unspecified computer determines rapid traverse, the stepper motor 7 remains in the rest position, and thus the worm gear 13 of the ball reducer 16 blocks the outer ring 11. The asynchronous brake motor 16 rotates to rotate the inner ring 10 that rolls the balls 12 along the outer ring. 11. It also carries with it a gripper 14, which rotates the lead screw 2 and by means of the nut 31 moves the thumb 2 through the guide rod 33. This thumb 2 deflects by means of a ball 34 and a fork 41 the milling arm 4 which moves the tool spindle 42 s. stored tool 43.

Jestliže počítač určí mikroposuv nebo posuv, zůstává asynchronní brzdový motor 6. v klidu, čímž se blokuje vnitřní kroužek 10. Krokový motor 2/ propojený ^s blokem 2 vazbou a servomotorem 2 podle vazby šipka a - blok 2 ^a šipka b se otáčí a přes šnekové kolo 22 otáčí vnějším kroužkem 21/ který odvaluje kuličky 12 po vnitřním kroužku 10.If the computer determines the micro-feed or feed rate, the asynchronous brake motor 6 remains stationary, thereby blocking the inner ring 10. Stepper motor 2 / coupled ^to block 2 by coupling and servomotor 2 according to coupling arrow a - block 2 ^and arrow b rotates and through worm the wheel 22 rotates the outer ring 21 which rolls the balls 12 along the inner ring 10.

Tyto s sebou unáší unašeč 22/ který opět posouvá palec 2/ který obdobně jako v předcházejícím případě posouvá vřeteno nástroje 42 ♦ Pro docílení vysoké kvality povrchu opracovávaného optického prvku je důležité optimálně zvolit boční přísuv, což je část otáčky ηθ [j/min] obrobku 91 a tlouštku třísky S^, která odpovídá posuvu p palce 3_, připadajícího na jednu otáčku vřetene obrobku 9. Celkový převod mezi krokovým motorem 2 ^a palcem 9. je proto zvolen tak, aby jeden krok tohoto krokového motoru 7_ vyvolal základní, to je nejmenší posunutí palce 3, které má v praxi hodnotu 0,000 14 mm. Pak postačí, aby blok 2 převedl otáčky vřetene obrobku 9. na takovou základní frekvenci F , která by byla dána vztahem:These are carried by the carrier 22 (which again moves the thumb 2) which, similarly as in the previous case, moves the tool spindle 42 ♦ In order to achieve a high surface quality of the treated optical element 91 and a chip thickness S1 which corresponds to the displacement p of the thumb 3 per revolution of the workpiece spindle 9. The overall transmission between the stepper motor 2 ^{and the} thumb 9 is therefore selected so that one step of this stepper motor 7 produces the base, i.e. the displacement of the thumb 3, which in practice has a value of 0.000 14 mm. Then it is sufficient for block 2 to convert the spindle speed of the workpiece 9 to a fundamental frequency F which is given by:

M a která by řídila krokový motor 2 tak, že vznikne posuv p palce 2 odopovídající požadované nejmenší tlouštce třísky S^.M and which would control the stepper motor 2 so as to produce a shift p of the thumb 2 corresponding to the desired minimum chip thickness S 4.

Jestliže každá jiná požadovaná tlouštka třísky S se bude pokládat za n-tý násobek základní třísky , postačí k jejímu docílení n-tý násobek základní frekvence krokového motoru 2· Klasický posuv p palce 2 3© dán vztahem:If any other desired chip thickness S is considered to be the nth multiple of the basic chip, it is sufficient to achieve the nth multiple of the stepper motor base frequency 2 · The classical feed rate p inch 2 3 is given by:

p = S . ηθ [mm/min]p = S. ηθ [mm / min]

Předmět popsaného vynálezu lze uplatnit nejen k automatickému řízení mechanismu frézova-íh čího stroje k obrábění kulových optických prvků ze skla, ale obecně k řízení vodícího šroubu obráběcích strojů, u kterých je pažadavek přesného a řízeného posuvu vřetene nástroje a tím i tlouštky třísky obrobku.The object of the present invention can be applied not only to the automatic control of the milling machine mechanism for machining spherical optical elements of glass, but also generally to control the lead screw of machine tools in which the desire for precise and controlled feed of the tool spindle and hence the workpiece thickness.

Claims

An automatic controlled feed mechanism of a milling machine for machining spherical optical elements with a polishable surface, provided with a rapid traverse and a micro-feed of a tool spindle controlled by a tilting milling arm, characterized in that the microcomputer control block <5> is coupled to the workpiece spindle servomotor (8). 9) and a stepping motor (7) connected to a gearbox provided with a lead screw (2) screwed into the nut (31) of the thumb (3) kinematically coupled to the pivot arm (4) of the tool spindle (43).

An automatically controlled mechanism according to claim 1, characterized in that the gearbox comprises a ball reducer (1), the inner ring (10) of which is coupled to the asynchronous brake motor (6) and the outer ring (11) of the stepper motor (7). and that the lead screw (2) is rigidly connected to a carrier (14) kinematically coupled to the balls (12) located between the inner ring (10) and the outer ring (11).

3. The automatically controlled mechanism of claim 1, wherein a planetary gear is formed in the gearbox.

4. The automatic mechanism of claim 1, wherein a differential transmission is provided in the gearbox.