CZ12114U1 - Výrobní stroj, zejména obráběcí - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká nového konstrukčního řešení výrobních, zejména obráběcích strojů, u nichž je požadováno vyvození vysokých rychlostí a zrychlení nástroje vzhledem k obrobku. Typickou aplikační oblastí jsou vysokorychlostní číslicově řízené obráběcích stroje, u nichž je dosažení co nejvyšších posuvových rychlostí a zrychlení vzájemných pohybů nástroje vzhledem k obrobku principielním parametrem.

Dosavadní stav techniky

K dosažení vysokých rychlostí a zrychlení jsou minimalizovány pohyblivé hmoty strojů a vyvíjeny nové typy pohonů posuvu, jako například rotační servomotory s jedno - i vícechodými posuvovými šrouby s vysokým stoupáním závitu, pohony se stojícími šrouby a rotujícími maticemi, pohony s hřebeny a zdvojenými pastorky s vymezenou vůlí a přímé lineární motory pracující bez mechanického spojení pevných a pohyblivých hmot.

Běžně užívaná řešení vyvozují posuvné pohyby, rychlosti a zrychlení nej hmotnějších těles výrobních strojů vyvozením posuvových sil mezi nepohyblivou částí stroje a pohyblivými nosnými systémy nástroje nebo obrobku. Pohon posuvu, například lineární motor s přímým přenosem síly, nebo rotační servomotor s kuličkovým šroubem nebo pastorkem zabírajícím do hřebene se přitom opírají buď přímo, nebo přes zabudovaná posuvná vedení o nepohyblivé lože stroje a reakcí zrychlujících sil rozechvívají základy.

Při dnes požadovaných velkých zrychleních posouvaných hmot se vyskytují následující problémy. Požadovaná tuhost rámu mezi nástrojem a polotovarem nedovoluje snížit hmotnost posouvaných těles na hodnoty, které by umožnily dosažení požadovaných zrychlení. Tento problém je nejvážnější zejména u nejhmotnějších těles, které se posouvají přímo po základu, nebo nepohyblivém loži stroje a nesou na sobě ostatní, pohyblivé části výrobních strojů, nesoucích nástroj a polotovar.

Posuvové síly lineárního motoru, nebo posuvové síly mechanizmů s rotačními servomotory a šroubovými nebo hřebenovými převody jsou z praktických důvodů omezeny a limitují zrychlování a brždění posuvných pohybů těles nesoucích nástroj nebo polotovar. Tento problém je nejvážnější u přímých lineárních pohonů, které nemohou principiálně využít výhod převodu a musí vyvodit posuvovou sílu v plné požadované hodnotě pro překonání třecích sil ve vedení, sil na nástroji i obrobku a vyvození zrychlení posouvaných hmot.

Při použití posuvových šroubů nebo jiných mechanických převodů v pohonu posuvu se rotující hmoty převodů přičítají k posouvané hmotě stroje a zvyšují požadavky na zrychlující kroutící moment rotačního servomotoru Kromě toho u delších zdvihů vzniká nebezpečí rezonancí posuvového šroubu v kritických otáčkách. Tyto problémy jsou nejvážnější u strojů s dlouhými zdvihy a velkými posuvovými silami, které vyžadují použití posuvových šroubů větších průměrů a menšího stoupání. Náhrada posuvových šroubů lineárními motory je v těchto případech neschůdná.

Náhlé změny posuvových sil působící při zrychlování a brždění posouvaných hmot mezi základem a urychlovanými hmotami vyvolávají rázy do základů strojů, rozechvívají rám stroje i rámy okolních zařízení, snižují jejich pracovní přesnost a zhoršují prostředí chvěním podlahy a hlukem. Tento problém je nejvážnější u strojů s velkou hmotností posouvaných těles, velkým poměrem výšky k základně a velkým požadovaným zrychlením.

Rázy do základu mohou být sníženy přidáním pohyblivých hmot, jejichž pohyb je protisměrný s pohybem urychlovaného tělesa a s ním kinematicky svázán. Příkladem je pohánění hmot společným šroubem s levým a pravým závitem, spojení hmot lanem přes kladku, pohon hmot

- 1 CZ 12114 Ul dvěma servomotory s opačným směrem otáčení, protisměrný pohyb nástroje a obrobku vyvozovaný klikovými mechanizmy kovacích lisů a pod. Při hrubovacím obrábění vzniká však velké množství třísek, hmotnost polotovaru se postupně mění a proto pevná kinematická vazba nevyhovuje. Tento problém je nejvážnější při vysokorychlostním obrábění rozměrných součástí z plného materiálu což se vyskytuje například v letecké výrobě a ve výrobě rozměrných zápustek a forem.

U velmi rozměrných a drahých výrobků se požaduje, aby operátor jezdil na plošině nebo v kabině spolu s posouvanou částí stroje a mohl zblízka sledovat průběh pracovního procesu. To je však přijatelné jen do určitých limitních hodnot zrychlení posouvaných hmot. Tento problém je nejvážnější u větších výrobních strojů s dlouhými zdvihy.

Jsou známa některá dílčí řešení výše uvedených problémů výrobních strojů. Hmotnost pohyblivých těles lze na příklad snížit použitím lehkých hmot ve výrobě pohyblivých těles nebo použitím tenkostěnných svařovaných těles plněných tlumicími hmotami. Zvýšení tuhosti pohyblivých těles bez nárůstu jejich hmotnosti lze dosáhnout pomocí opěrných pevných rámů se zvýšeným počtem vodicích ploch. Rázy do základů lze snížit ukládáním strojů na pružné a tlumicí podložky působící ve vertikálním i horizontálním směru případně pružným a tlumicím uložením sekundárních, pasivních dílů lineárních motorů. Zrychlení posouvaných hmot lze zvýšit použitím paralelně řazených lineárních motorů. Momenty setrvačnosti a kritické otáčky dlouhých posuvových šroubů větších průměrů lze eliminovat uspořádáním s rotující maticí, nebo s hřebenem a dvěma mechanicky předepnutými pastorky. Nepříjemné prostředí operátora na pojízdné plošině lze zlepšit odpružením nebo nezávislým řízením pohybu plošiny.

Tato známá řešení se týkají jen dílčích problémů aniž by představovaly principielní a komplexní řešení stavby vysokoiychlostních výrobních strojů zejména střední a větší velikosti.

Předmět technického řešení

Špičkové vysokorychlostní obráběcí stroje menších velikostí v době podání přihlášky vykazují rychloposuvy až 120 m/min a zrychlení v násobcích zemské gravitace G. Technické řešení umožňuje dosažení podobných parametrů pro mnohem větší stroje s až dvojnásobnou hmotností těles. V jiných případech je možno při stejné hmotnosti a stejném zrychlení v kritické souřadné ose snížit až na polovinu zrychlující sílu příslušného pohonu posuvu. Významným přínosem technického řešení je principielní eliminace rázů do základu a okolní podlahy od zrychlení pohybů i řezných sil.

Předmětem technického řešení tak zvaně seismický vyvážených výrobních strojů je principielní eliminace rázů do základu při jakkoliv vysokých hodnotách rychlostí a zrychlení relativních pohybů nástroje vzhledem k obrobku a to zejména v souřadné ose s největšími ovládanými hmotami posouvanými přímo po základní, nehybné části stroje. Technické řešení spočívá ve využití reakce zrychlující síly tak, že zatímco zrychlující síla urychluje pohyblivé hmoty, nesoucí nástroj v jednom směru, její reakce urychluje pohyblivé hmoty nesoucí obrobek nebo polotovar, ve směru opačném. Optimální případ nastává při rovnosti obou urychlovaných nebo brzděných hmot, kdy každá z obou sil vyvodí stejně veliké zrychlení jím ovládané hmoty v opačném smyslu a vzájemné relativní zrychlení nástroje vzhledem k obrobku i vzájemná rychlost a dráha stoupnou sečtením až na dvojnásobek oproti konvenčnímu případu, kdy jedna z ovládaných hmot je spojena s nehybným základem.

Principielní eliminace rázů do základu při jakkoliv vysokých hodnotách rychlostí a zrychlení relativních pohybů nástroje vzhledem k obrobku je dosažena originálním uspořádáním stroje, při němž jsou zejména v základní souřadné ose uspořádány dvě posuvné strojní skupiny: jedna nesoucí nástroj a druhá obrobek. Pohon posuvu je vestavěn mezi obě tyto strojní skupiny, jejichž hmoty vzájemně přitahuje, nebo oddaluje a tím vykonává naprogramované relativní pohyby nástroje oproti obrobku, které jsou jedině rozhodující pro dosažení tvarů a rozměrů obrobku. Programované relativní pohyby nástroje vzhledem k obrobku v jedné i více takto seismický

-2 CZ 12114 Ul vyvážených souřadných osách se realizují nezávisle na polohách a rychlostech nástroje nebo obrobku vůči nehybnému základnímu členu stroje. Vestavění pohonu mezi dvě pohyblivé hmoty v seismický vyvážené souřadné ose umožňuje využití reakce zrychlující síly tak, že zatímco zrychlující síla urychluje pohyblivé hmoty, nesoucí nástroj v jednom směru, její reakce urychluje pohyblivé hmoty nesoucí obrobek nebo polotovar, ve směru opačném.

Do základu se při užití tohoto principu prakticky žádné zrychlující ani řezné síly nepřenáší, neboť v každém seismický vyváženém souřadném směru jde o vnitřní síly dvouhmotové soustavy, které jsou se základem spojeny jen prostřednictvím posuvného vedení. To platí i v případě, že pohyblivé hmoty jsou rozdílné, s tím, že zrychlení, rychlosti a dráhy vykonávané strojní skupinou nesoucí nástroj a strojní skupinou nesoucí obrobek budou rovněž rozdílné, a to v nepřímém poměru ovládaných hmot, na které působí stejně veliké, protisměrné zrychlující síly. Dvouhmotová soustava kmitá ve všech případech kolem společného těžiště obou hmot, jehož poloha ve směru seismický vyvážené souřadné osy je v podstatě konstantní a může se jen mírně posouvat rozdílem třecích sil ve vedení. Toto mírné posouvání společného těžiště nemá vliv na tvary a rozměry obrobku. Je sledováno na základě snímaných a vyhodnocovaných zpětnovazebních informací o poloze a zrychlení obou protisměrně kmitajících těles a korigováno pomocí korekčního zařízení.

Přehled obrázku na výkresech

Technické řešení bude podrobněji popsáno na příkladech konkrétních provedení s pomocí přiložených výkresů. Na obr. 1 až 4 jsou znázorněny funkční principy seismický vyvážených strojů, přičemž na obr. 1 je znázorněn schematicky v nárysu příklad tříosého konvenčního výrobního stroje, obr. 2 ukazuje schematicky v nárysu příklad analogického tříosého výrobního stroje podle technického řešení, na obr. 3 je znázorněno výpočtové schéma výrobního stroje a obr. 4 ukazuje schéma řízení korekčního členu za chodu stroje.

Na obr. 5 až 8 jsou znázorněny příklady strojů seismický vyvážených v jednom souřadném směru. Na obr, 5 je znázorněn schematicky v nárysu pětiosý frézovací stroj s otočným stolem a sklopným vřetenem, obr. 6 ukazuje schematicky pětiosý frézovací stroj s horizontálním vřetenem a s otočným a sklopným stolem, na obr. 7 je znázorněn schematicky v nárysu pětiosý frézovací stroj s pojízdným stojanem a s otočným a sklopným vřetenem a na obr. 8 je znázorněn tříosý frézovací stroj s vertikálním vřetenem.

Obr. 9 až 12 ukazují příklady seismického vyvažování strojů ve dvou souřadných směrech a varianty provedení posuvných vedení. Na obr. 9 je znázorněn schematicky pětiosý portálový frézovací stroj s křížovou deskou, jehož nosič nástrojového systému je veden na nosiči obrobkového systému. Na obr. 10 je znázorněn pětiosý portálový frézovací stroj s křížovou deskou, jehož nosič nástrojového systému je veden na křížové desce. Obr. 11 zobrazuje zrychlovací síly a směry zrychlení hmot zobecněného stroje a obr. 12 ukazuje uspořádání korekčních zařízení.

Obr. 13 až 19 ukazují varianty posuvných vedení u seismický vyvážených strojů s tím, že obr. 13 až 15 ukazují varianty posuvných vedení u strojů seismický vyvážených jen v prvním souřadném směru a obr. 16 až 19 ukazují varianty posuvných vedení u strojů seismický vyvážených ve dvou souřadných směrech.

Příklady provedení technického řešení

Originálnost provedení zařízení podle technického řešení vyplývá z porovnání provedení jedné, základní souřadné osy konvenčního výrobního stroje podle obr. 1 s provedením seismický vyvážené základní souřadné osy analogického stroje podle obr. 2.

V obr. 1 jsou užity následující pojmy: betonový základ J, nehybná základní část 2 rámu stroje, okolní podlaha 3, stůl 4 s vodorovnou upínací plochou pro obrobek 5, obrobek 5, nástroj 6,

-3 CZ 12114 Ul nástrojové vřeteno 7, svisle posuvný nosič 8 nástrojového systému, vedení 9 svisle posuvného nosiče 8, vodorovně posuvný nosič IQ nástrojového systému, vedení 11 vodorovně posuvného nosiče 10, vodorovně posuvný stojan 12 nástrojového systému, vedení 13 strojní skupiny nesoucí nástroj, posuvový šroub 14 základní souřadné osy, posuvová matice 15 základní posuvné osy a motor 16 pohonu posuvu základní souřadné osy. Celková hmota ve strojní skupině nesoucí nástroj je MT (Mass of the Tool-Part) a celková hmota ve strojní skupině nesoucí obrobek je MW (Mass of the Workpiece-Part).

Tělesa se vztahovými značkami 1, 2, 3, 4, 5, 14,15 a 16 se v základní souřadné ose neposouvají ajejich celková hmotnost M3 se blíží nekonečnu. Tvoří spolu strojní skupinu nesoucí obrobek 5. Tělesa se vztahovými značkami 6, 7, 8, IQ, 12,14,15 a 16 se v základní souřadné ose posouvají a tvoří spolu strojní skupinu nesoucí nástroj 6, jejíž celková hmotnost MT je konečná. Vedení 13,11 a 9 označují vedení posuvných těles ve třech vzájemně kolmých souřadných osách stroje. Tělesa se vztahovými značkami 14. 15 a 16 tvoří skupinu pohon posuvu, která je motorem 16 pevně spojena s nepohyblivou skupinou nesoucí obrobek 5 a posuvovou maticí 15 s pohyblivou skupinou nesoucí nástroj 6, Pohon posuvu vyvozuje zrychlující sílu AF (Accelerating Force) na pohyblivou skupinu nesoucí nástroj 6 o konečné hmotnosti a stejně velikou reakční sílu RF (Reactive Force) na strojní skupinu nesoucí obrobek 5 o nekonečné hmotnosti.

Relativní zrychlení „ar“ nástroje 6 vůči obrobku 5 je rovno:

ar = AF/MT

Reakční síla RF nemůže v základní souřadné ose znázorněného konvenčního tříosého stroje urychlit obrobek 5, spojený základem se zemí, ale její náhlé změny přesto přenášejí vibrace a rázy do základů, snižují přesnost operací stroje i sousedních strojů a znepříjemňují hlukem a vibracemi pracovní prostředí.

Na obr. 1 jsou kromě posuvného pohybu v základní souřadné ose znázorněny i další souřadné pohyby nástroje 6 vůči obrobku 5 ve směrech kolmých ke směru základní souřadné osy. Jde zejména o vodorovný pohyb nosiče IQ po stojanu 12 a svislý pohyb skupin 6, 7 a 8 po nosiči 10. Tyto pohyby mají vzhledem k nižší hmotnosti příslušných pohyblivých těles v porovnání s pohyby stroje v základní souřadné ose jen menší vliv na chování stroje a na vyvolání rázů do základů.

Na obr. 2 je příklad analogického tříosého výrobního stroje se seismickým vyvážením základní souřadné osy podle technického řešení. Strojní díly zůstávají oproti stroji podle obr. 1 většinou nezměněny ajsou i stejně označeny. Navíc jsou označeny: vodorovné vedení 17 strojní skupiny nesoucí obrobek, posuvná část 18 korekčního zařízení a pevná část 19 korekčního zařízení. Zrychlující síla strojní skupiny nesoucí nástroj 6 je označena AF (Acceleratin Force) a protisměrná, stejně veliká reakční zrychlující síla strojní skupiny nesoucí obrobek je označena RF (Reactive Force).

Hlavní principiální změna oproti konvenčnímu stroji na obrázku 1 je přidání vedení 17 a tím uvolnění pracovního stolu 4 s obrobkem 5 pro posuvný pohyb v základní souřadné ose stroje. Hmotnost stolu 4 nesoucí obrobek 5 se tím snížila na konečnou hodnotu MW řádově srovnatelnou s hmotností MT skupiny nesoucí nástroj 6. Pohon posuvu je nyní spojen svým motorem 16 s pohyblivou skupinou nesoucí obrobek 5 a svou posuvovou maticí J_5 s pohyblivou skupinou nesoucí nástroj 6 a generuje dvě protisměrně působící zrychlující síly AF a RF o stejné velikosti. Reakce do základu stroje zmizela, neboť se přeměnila na zrychlující sílu uvolněné strojní skupiny nesoucí obrobek 5. Ačkoliv v tomto uspořádání stroje dochází ke zvýšení posuvných hmot v základní ose oproti konvenčnímu stroji, může relativní zrychlení „ar“ nástroje 6 vůči obrobku 5 dosáhnout při optimálním poměru MW/MT = 1 až dvojnásobku původní hodnoty a rázy do základů od urychlování hmot v základní souřadné ose jsou principielně eliminovány.

Obdobně jako na obr. 1 jsou i na obr. 2 znázorněny další možné souřadné pohyby nástroje 6 vůči obrobku 5 v dalších souřadných osách. Jde zejména o vodorovný pohyb nosiče IQ a svislý pohyb skupin se vztahovými značkami 6, 7 a 8 po nosiči IQ. V případech může jít i o další, posuvné,

-4CZ 12114 Ul nebo rotační pohyby ve strojních skupinách nesoucích nástroj 6 i obrobek 5, jejichž společným znakem je, že nejsou vzhledem k nižší hmotnosti příslušných těles výraznější příčinou rázů do základů. Seismické vyvážení pohybů v těchto dalších souřadných osách aplikací principu podle technického řešení je rovněž možné ale dosažení optimálního poměru protisměrně se pohybujících hmot nepravděpodobné. Příklad stroje, seismický vyváženého ve dvou vzájemně kolmých souřadných směrech bude uveden dále při popisu řešení s pomocí obr. 8, 9 a 10.

Rozdílnost vnějších, zejména třecích sil ve vedeních 13 a 17 může během práce stroje způsobit pomalé přemísťování společného těžiště dvouhmotové soustavy MW a MT strojních skupin nesoucích obrobek 5 a nástroj 6. To je korigováno pomocí korekčního zařízení, jehož posuvná část 18 je spojena s jednou z posuvných strojních skupin nesoucích obrobek 5 nebo nástroj 6 a pevná část 19 s nehybnou základní částí 2. Na obr. 2 je posuvná část 18 spojena se strojní skupinou nesoucí nástroj 6 a pevná část J_9 s nepohyblivým ložem stroje. Jako akční člen korekčního zařízení může být použit zejména vhodný nesamosvomý pohon posuvu, jakým je například přímý lineární motor, hydraulický či pneumatický válec nebo nesamosvomý pohon typu hřeben a pastorek. V obr. 2 znázorněný lineární motor je velmi vhodným typem nesamosvomého motoru pro korekční zařízení, neboť může silově působit na jednu ze základních strojních skupin za klidu i za jakkoli rychlého pohybu, aniž by jakýmkoliv mechanickým kontaktem rušil činnost hlavního pohonu posuvu, který zabezpečuje vzájemnou polohu obou strojních skupin. V jiných případech vyhoví i brzda s řízeným brzdným účinkem. Korekci polohy společného těžiště hmot MW a MT lze pak provést přibrzděním jedné ze strojních skupin při pohybech vyvozovaných pohonem relativního posuvu hmot MW a MT.

Informace pro řízení činnosti korekčního členu se odvodí například od vyhodnocení polohy a zrychlení obou strojních skupin v základní souřadné ose a z výpočtu vzniklé odchylky polohy společného těžiště v základní souřadné ose. Zjištěná odchylka polohy společného těžiště hmot MW a MT je signálem pro periodickou nebo průběžnou činnost korekčního zařízení, která je zaměřena na udržování tohoto společného těžiště v požadované poloze i za chodu stroje, kdy jsou obě hmoty v pohybu.

Na obr. 3 je výpočtové schéma výrobního stroje podle technického řešení, které umožňuje výpočet relativního zrychlení mezi strojními skupinami nesoucími nástroj a obrobek.

V obr. 3 jsou nově označeny: strojní skupina 20 o hmotnosti MW, strojní skupina o hmotnosti MT, akční člen 22 pohonu relativního posuvu vyvozující protisměrné a stejně velké posuvové a zrychlující síly AF a RF mezi strojní skupinou 21 a strojní skupinou 20 a akční člen 23 korekčního zařízení, vyvozující korekci polohy společného těžiště. Dále jsou v obr. 3 označeny: rychlost vw a zrychlení aw strojní skupiny 20, rychlost vt a zrychlení at strojní skupiny 21, relativní rychlost vr a relativní zrychlení ar mezi strojními skupinami 20 a 21_.

Zrychlení aw strojní skupiny 20 nesoucí obrobek je nyní: aw = RF / MW a zrychlení at skupiny 21 nesoucí nástroj je: at = AF/MT. Jelikož jsou z principu technického řešení síly RF a AF vždy protisměrné a stejně velké, platí RF = AF, a pro relativní zrychlení „ar“ nástroje 6 vůči obrobku 5 plyne:

ar = AF/MW + AF/MT = AF. (MW + MT)/ (MW.MT), tj.

ar = AF (MW+MT)/(MW.MT)

Pro MT/MW =1 : ar = 2 AF / MW = 2 AF/MT

Pro MT/MW = 2: ar = 1.5 AF/MW = 3 AF/MT

Pro MT/MW= 0.5: ar = 3 AF/MW = 1.5 AF/MT

Pro konvenční stroj M3 = nekonečno: ar = AF/MT.

Z těchto vztahů vyplývá, že v rozmezí 0.5 až 2 poměru obou hmot MW/MT nastává při stejné zrychlující síle AF zvýšení dosahovaného relativního zrychlení ar o více než 50 %. V optimálním případě, při rovnosti obou hmot MW, MT je zrychlení dvojnásobné oproti konvenčnímu stroji, u kterého bychom stejnou silou AF urychlovali jednu z obou hmot MW, MT oproti pevnému základu. Tyto rovnice dávají dostatek schůdných a výhodných možností v konstrukci zejména

-5 CZ 12114 Ul vysokorychlostních číslicově řízených obráběcích a jiných výrobních strojů, z nichž některé jsou dále uvedeny jako příklady využití technického řešení. Využití řešení podle technického řešení je výhodné zejména tam, kde dosažitelná posuvová síla pohonu posuvu v základní souřadné ose prakticky neklesá s narůstající relativní posuvovou rychlostí vr mezi nástrojem 6 a obrobkem 5. To je mimo jiné případ moderních lineárních motorů, u nichž je sice z konstrukčních důvodů a velké generace tepla omezena posuvová síla, ale tato je zato k dispozici v celém požadovaném rozsahu posuvových rychlostí.

Z principu technického řešení plyne, že strojní skupiny 20 nesoucí obrobek a strojní skupiny 21 nesoucí nástroj jsou vzájemně zaměnitelné, aniž by se narušila platnost technického řešení. Rovněž není důležité, zda posuvné vedení obou strojních skupin 20, 21 je uspořádáno na společných nebo zvláštních vodicích plochách na nehybné části stroje, nebo zda jedna ze strojních skupin 20, 21 je vedena na nehybné části a na ní je teprve uspořádáno vedení pro druhou skupinu. Je možno použít vedení různých provedení jako jsou například znázorněná valivá vedení, nebo kluzná, hydrostatická či pneumostatická vedení. Pohon posuvu, vyvozující posuvné zrychlovací síly RF a AF mezi oběma strojními skupinami nesoucími obrobek a nástroj může být rovněž proveden různě, aniž by byla narušena platnost technického řešení. Místo znázorněného příkladu s pohonem rotujícím kuličkovým šroubem může být například použito rotující matice s pevným šroubem, hřebene a pastorku, hřebene se zdvojenými pastorky i motory, hydraulického válce nebo lineárního motoru. Tato poslední možnost se jeví nejvýhodnější. Akční člen 22 relativního posuvu může být též včetně příslušného zpětnovazebního odměřovacího zařízeni zdvojen, což je zejména vhodné pro potlačení příčení u portálových ajiných strojů s velkými vzdálenostmi mezi vodícími plochami. Posuvné pohyby obou strojních skupin 20, 21 mohou být odměřovány vzhledem k nehybné části stroje a opakovanými výpočty určována jejich vzdálenost, tj. relativní poloha, nebo může být alternativně odměřována vzdálenost mezi oběma strojními skupinami 20. 21 a poloha jedné z nich vůči nehybné základní části. Jako zpětná polohová vazba pro řízení akčního členu 22 pohonu posuvu seismický vyvážené osy musí být ovšem vždy vyhodnocována a užita informace o relativní poloze obou strojních skupin 20 a 21.

Na obr. 4 je blokové schéma jednoho z možných vyhodnocení a průběžné korekce polohy společného těžiště obou pohyblivých strojních skupin 20, 21 za chodu stroje. V obr. 4 je nově označen výpočtový člen 24 generaci signálu Dx pro řízení činnosti akčního členu 23. Dále v obr. 4 nově značí: MW - dMW - hmota strojní skupiny 20 nesoucí po změně váhy obrobku 5, CF (Correcting Force)- korekční síla mezi nehybnou základní částí 2 a jednou ze strojních skupin 20, 21, DP (Demanded Position) - požadovaná poloha společného těžiště hmot MW - dMW a MT, AP (Actual position) - skutečná poloha společného těžiště hmot MW - dMW a MT. xO souřadnice požadované polohy DP společného těžiště, dx - odchylka požadované a skutečné polohy společného těžiště, xw - vzdálenost těžiště hmoty MW - dMW od požadované polohy DP, xt - vzdálenost těžiště hmoty MT od požadované polohy DP, vw - posuvová rychlost hmoty MW, vt - posuvová rychlost hmoty MT, aw - zrychlení hmoty MW - dMW, at - zrychlení hmoty MT, Dx - signál odchylky polohy společného těžiště, odvozený z dat o poloze a zrychlení hmot MW-dMWa MT.

Pro znázornění jednoho z možných řešení korekce polohy společného těžiště hmot MW a MT byla pro jednoduchost zvolena souřadnice xO požadované polohy společného těžiště rovna nule. Poněvadž rychlosti i dráhy jsou přímo úměrné zrychlením, byl zvolen pro výchozí stav dvouhmotové soustavy v čase 0: MW, aw = Mt, at a také MW, xwO - MT, xtO. V ideálním případě bude i po určité době pohybů dvouhmotové soustavy kolem společného těžiště platit:

MW . xw = MT. xt, tj. xw/xt = MT/MW.

Dojde-li ale výměnou obrobku nebo obráběním k úbytku nebo nárůstu hmoty MW o dMW, změní se poloha společného těžiště o dx a bude platit:

(MW - dMW) . (xw - dx) = MT. (xt + dx).

-6CZ 12114 Ul

Poměr (MW - dMW)/MT lze v této rovnici vyjádřit při stejně zrychlovací síle jako poměr skutečných zrychlení at/aw:

(MW - dMW)/MT = at/aw a poté; xw, at/aw - xw = dx. (at/aw + 1).

Nyní lze určit odchylku dx skutečné polohy společného těžiště od polohy požadované: dx = (xw. at/aw - xt)/(l + at/aw).

Hodnoty xw a xt jsou v každém okamžiku známy z údajů odvozených z příslušných odměřovacích zařízení, které jsou součástí polohových servosmyček souřadných os.'Poněvadž skutečná poloha AP společného těžiště se mění jen velmi pomalu, stačí vyhodnocovat odchylky této polohy jen občas. Pro zjištění skutečných zrychlení aw a at obou strojních skupin 20 a 21 je možno například využít průběžné měření dvěma akcelerometry v okamžiku rozběhu a brždění rychloposuvu, kdy zrychlení hmot MW aMT nabývá velkých hodnot. Řezná sílaje stejně jako posuvová zrychlující síla vnitřní silou dvouhmotové soustavy MW, MT, a může se proto z hlediska zjišťování poměru zrychlení považovat za přídavnou zrychlující sílu, která poměr zrychlení neovlivní. Programově je též možno vyhodnotit lychlosti vw a vt i zrychlení aw a at z posloupnosti průběžně měřených hodnot xw a xt.

Nahodilá posunutí těžiště dvouhmotové soustavy rozdílem třecích sil budou opakovanými nebo průběžnými korekcemi polohy společného těžiště rovněž kompenzovány. Změny polohy těžiště samotné hmoty MW vlivem změn hmotnosti nebo polohy obrobku lze pro účely korekce zanedbat. Je tedy možno výše uvedeným postupem řídit akční člen korekčního zařízení signálem odchylky Dx a udržovat relativně nepatrnou silou a jen občasným zásahem korekčního zařízení společné těžiště dvouhmotové soustavy průběžně, za chodu stroje přibližně na stále stejném, předem zvoleném a požadovaném místě. Do tohoto místa je rovněž možno uvést těžiště dvouhmotové soustavy i jednorázově při spuštění stroje, nebo po výměně obrobku, neboť již v okamžiku rozběhu rychloposuvu lze určit velikost odchylky dx a korekce začne pracovat.

Je-li na konkrétním stroji poměr hmot MW a MT neměnný, nebo známý a změny jejich společného těžiště od proměnné váhy obrobku zanedbatelné, není vyhodnocování poměru zrychlení nutné, neboť lze kdykoliv vypočítat alespoň jednu z momentálně požadovaných poloh xw a xt a porovnáním se skutečnými polohami určit odchylku dx pro řízení akčního členu 23 korekčního zařízení.

V dalším budou uvedeny příklady několika strojů v provedení podle technického řešení. Stroje v obr. 5 až 8 ukazují seismické vyvážení v jedné základní souřadné ose, obr. 9 až 11 ukazují seismické vyvážení ve dvou na sebe kolmých horizontálních souřadných směrech.

Obr. 5 ukazuje pětiosý frézovací stroj s otočným stolem a sklopným vřetenem v provedení podle technického řešení. Stroj je zobrazen ve směru základní souřadné osy x, který je kolmý k zobrazovací rovině. V obr. 5 jsou nově označeny: otočný stůl 25, uložení 26 otočného stolu, nosič 27 otočného stolu, sklopná vřetenová hlava 28 odměřovací zařízení 29 posuvu strojní skupiny 20, odměřovací zařízení 30 posuvu strojní skupiny 21, rotační pohon 31 relativního posuvu strojních skupin 20 a 21, pastorek 32 s vymezenou vůlí, hřeben 33 pohonu relativního posuvu strojních skupin 20 a 21 a lineární motor 34 jako akční člen korekčního zařízení pro korekci polohy společného těžiště hmot MW a MT.

Stroj na obr. 5 je příkladem pětiosého frézovacího stroje, jehož obrobek 5 je upnut na otočném stole 25 s uložením 26, neseném nosičem 27 otočného stolu. Obrobek 5 je obráběn rotujícím nástrojem 6, upnutým ve vřetenu 7 neseném ve sklopné vřetenové hlavě 28. Dva úhlové pohyby nástrojového vřetena 7 vzhledem k obrobku 5 potřebné pro pětiosé obrábění zde vykonává sklopná vřetenová hlava 28 a otočný stůl 25. Sklopná vřetenová hlava 28 je nesena vodorovně posuvným nosičem 10 nástrojového systému a svisle posuvným nosičem 8 nástrojového systému na vodorovně posuvném stojanu 12 nástrojového systému. Tělesa se vztahovými značkami 5, 25 a 2J_ tvoří strojní skupinu 20 o celkové hmotnosti MW. Tělesa se vztahovými značkami 12, 8, 10,

-7 CZ 12114 Ul

28, 7 a 6 tvoří strojní skupinu 21 o celkové hmotnosti MT. Stroj má možnosti dvou dalších posuvných pohybů a jednoho sklopného pohybu ve skupině nesoucí nástroj 6 a jednoho otočného pohybu ve strojní skupině 20, které nejsou seismický vyváženy. Pohon relativního posuvu obou skupin 20, 21 je řešen pomocí rotačního pohonu 31 s pastorkem 32 a hřebenem 33. Pohon je řízen signálem relativní polohy, který se v tomto případě získává porovnáním a vyhodnocením údajů odměřovacích zařízení 29 a 30. Činnost lineárního motoru 34 jako akčního členu korekčního zařízení je řízena vyhodnocením polohy a zrychlení obou hmot MW, MT způsobem popsaným výše a působí u stroje podle obr. 5 na pohyb strojní skupiny 20.

Na obr. 6 je pětiosý frézovací stroj s horizontálním vřetenem a s otočným a sklopným stolem. Oba dva úhlové pohyby potřebné pro pětiosé obrábění zde vykonává obrobek 5, upnutý na otočném stole 25, který je nesen sklopným stolem 35. V obr. 6 jsou nově označeny: sklopný stůl 35, otočné uložení 36 sklopného stolu, nosič 37 sklopného stolu, odměřovací zařízení 38 relativního pohybu hmot MW a MT, lineární motor 39 relativního posuvu hmot MW a MT a odměřovací zařízení 30 strojní skupiny 21.

Pětiosý frézovací stroj na obr. 6 používá pro ovládání relativního posuvu hmot MW a MT lineární motor 39 v porovnání s rotačním pohonem 31, pastorkem 32 a hřebenem 33 předcházejícího stroje. Lineární motor 34 jako akční člen korekčního zařízení je opět řízen údaji o poloze a zrychlení obou hmot MW, MT způsobem popsaným výše, ale působí zde narozdíl od předcházejícího stroje na pohyb strojní skupiny 21.

Na obr. 7 je pětiosý frézovací stroj s pojízdným stojanem 12, vhodný pro frézování plochých rozměrných součástí vysokorychlostním obráběním z jedné strany. V obr. 7 jsou nově označeny: stůl 40 se svislou upínací plochou, horní podpůrné vedení 41 pojízdného stojanu 12, vícenásobné boční vedení 42 stolu 40 se svislou upínací plochou a sklopná a otočná vřetenová hlava 43.

Stroj na obr. 7 je příkladem pětiosého stroje, u něhož oba dva úhlové pohyby, potřebné pro pětiosé obrábění vykonává vřeteno 7 zabudované ve sklopné a otočné vřetenové hlavě 43. Hlava 43 je nesena vodorovně posuvným nosičem 10 nástrojového systému a svisle posuvným nosičem 8 nástrojového systému na vodorovně posuvném stojanu 12. Stojan 12 má zdvojené vedení: kromě nosného vedení 13 je veden ještě horním podpůrným vedením 41, které výrazně zvyšuje tuhost nástroje 6 vůči obrobku 5 v horních polohách vřetenové hlavy 43. Obrobek 5 je upnut na stole 40 se svislou upínací plochou. Stůl 40 má rovněž zdvojené vedení, kromě nosného vedení 17 je veden ještě vícenásobným bočním vedením 42, které zvyšuje tuhost stolu 40 vícenásobným vodicím stykem s velmi tuhou nehybnou částí 2. Lineární motory 39 relativního posuvu jsou rovněž zdvojeny a v polohové vazbě se zdvojenými odměřovacími systémy 38 vyvozují ve funkci akčního členu 22 pohonu posuvu dvě zrychlující síly, jejichž výslednice leží v blízkosti těžiště hmoty MT strojní skupiny 21 nesoucí nástroj 6, což eliminuje příčení stojanu 12 na značně vzdálených vedeních .13 a 41. Sklopná a otočná vřetenová hlava 43 umožňuje pětiosé frézování při libovolném prostorovém sklonu vřetena 7 bez úhlových pohybů rozměrného obrobku.

Na obr. 8 je tříosý portálový frézovací stroj s vertikálním vřetenem. V obr. 8 jsou nově vyznačeny: portál 44 nesoucí strojní skupinu 21 o hmotnosti MT na strojní skupině 20 o hmotnosti MW, vedení J_7 nesoucí strojní skupinu 20 o hmotnosti MW i na ní se posouvající strojní skupinu 21 o hmotnosti MT, akční člen 45 pohonu relativního posuvu nástrojového systému 6, 7, 8 a 10 vzhledem k portálu 44 a ochranné kryty 46.

Stroj na obr. 8 je příkladem použití zdvojených lineárních motorů 39 vyvozujících dvě zrychlující síly mezi strojní skupinou nesoucí obrobek 5 o hmotnosti MW a na ní vedenou strojní skupinou nesoucí nástroj 6 o hmotnosti MT. Rovněž odměřovací zařízení 38 relativní polohy, příslušná ke každému z obou lineárních motorů 39, jsou zdvojena. Zdvojením motorů 39 a k nim příslušným odměřovacím zařízením 38 se vytváří dvojice souběžně pracujících polohových servosystémů pro eliminaci příčení portálu 44, jehož dvě vedení 13 na posuvném stole 4 s vodorovnou upínací plochou jsou od sebe značně vzdálena. Výsledná zrychlující síla působí v tomto uspořádání přibližně uprostřed mezi vedeními 13, tj. v blízkosti těžiště hmoty MT, což je

- 8 CZ 12114 Ul rovněž příznivé z hlediska snížení příčení ve vedení 13. Vedení v základní souřadné ose x je u tohoto stroje provedeno jiným způsobem, než u dosud popisovaných příkladů, kde byly obě strojní skupiny 20, 21 nesoucí nástroj 6 a obrobek 5 vedeny na pevné části rámu. U stroje podle obr. 8 je strojní skupina 20 nesoucí obrobek 5 o hmotnosti MW vedena vedením Γ7 na nehybné části 2 stroje a na ní je teprve umístěno vedení J3 pro strojní skupinu 21 nesoucí nástroj 6 o hmotnosti MT. Poněvadž záleží hlavně na přesnosti relativního pohybu nástroje 6 a obrobku 5, je toto uspořádání principielně přesnější. Chyby ve vedení J7 se v tomto uspořádání na obrobku 5 neprojeví. Akční člen 45 pohonu relativního posuvu, znázorněný zde ve formě lineárního motoru posouvá v příčném směru y nástrojový systém 6, 7, 8 a JO vzhledem k portálu 44. Ochranné kryty 46 brání přístupu operátora k pohybujícím se strojním skupinám 20 a 21.

Na obr. 9 je pětiosý portálový frézovací stroj, u něhož je seismické vyvážení podle technického řešení aplikováno ve dvou vzájemně kolmých souřadných směrech. Prvním souřadným směrem se nadále rozumí dosud popisovaná seismický vyvážená základní souřadná osa. Druhým souřadným směrem je souřadná osa, která se seismický vyvažuje pouze přídavně k již vyvážené ose prvního souřadného směru. Označení os písmeny jako x, y ani označení os jako podélná nebo příčná není z hlediska technického řešení důležité. Většina strojních částí v obr. 9 stroje je shodná se strojem na předcházejícím obr. 8. Navíc jsou na obr. 9 označeny: křížová deska 47 o hmotnosti m3 posuvná v druhém souřadném směru, vedení 48 posuvného pohybu křížové desky 47, odměřovací zařízení 49 posuvu křížové desky 47 a akční člen 50 korekčního zařízení druhého souřadného směru.

Stroj na obr. 9 je příkladem aplikace zařízení podle technického řešení pro seismické vyvážení ve dvou na sebe kolmých souřadných směrech: v prvním souřadném směru podélné vodorovné osy x a ve druhém souřadném směru příčné vodorovné osy y. Obě strojní skupiny 20, 21 jsou neseny na nosném zařízení, které dovoluje jejich posuvné pohyby v obou souřadných směrech, ale nedovoluje jejich úhlové pohyby vzhledem k nehybné základní části 2. V dále popisovaných příkladech je nosné zařízení zobrazeno jako křížová deska 47 o hmotnosti m3, která je vložena mezi nehybnou základní část 2 a posuvnou strojní skupinu 20 nesoucí obrobek 5 o hmotnosti MW, může však být použito i jiného typu nosného zařízení, splňujícího výše uvedené požadavky, aniž by se vyšlo z platnosti technického řešení. Křížová deska 47 se posouvá po nehybné základní části 2 ve vedení 48 druhého souřadného směru a na ní se na vedení 17 posouvá v prvním souřadném směru strojní skupina 20 nesoucí obrobek 5. Posuvný pohyb křížové desky 47 v druhém souřadném směru je odměřován odměřovacím zařízením 49 a korigován akčním členem 50 korekčního zařízení.

Pro názornější vysvětlení principu seismického vyvážení ve dvou souřadných směrech je na obr. 9 strojní skupina 20 o celkové hmotnosti MW rozdělena na nosič 51 obrobkového systému o hmotnosti ma, který tvoří těleso stolu 4 a na obrobkový systém 52 o celkové hmotnosti mb, tvořený například otočným stolem 25, vedením 26 otočného stolu 25 a obrobkem 5. Podobně je i strojní skupina 21 o celkové hmotnosti MT rozdělena na nosič 53 nástrojového systému o hmotnosti mc, tvořený zde portálem 44 a nástrojový systém 54 o hmotnosti md tvořený tělesy 6, 7, 28,10 a 8. Platí tedy:

MW = ma + mb a také: MT = mc + md.

Název „obrobkový systém“ byl zvolen proto, že kromě vlastního obrobku může tato část obsahovat další mechanizmy vyvozující zejména pohyby v dalších, seismický nevyvážených souřadných posuvných i rotačních osách. U obrobku může jít například o otočný stůl, nebo o otočný a sklopný stůl. Obdobně u „nástrojového systému“ může jít o vertikální posuv nástrojového vřetena nebo o natáčení a sklápění vřetena uloženého v otočné a sklopné vřetenové hlavě.

Seismické vyvážení v prvním, podélném směru pracuje stejně jako u stroje podle obr. 8. Hmoty MW a MT jsou vzájemně přibližovány a oddalovány působením akceleračních sil a stejně velkých protisměrných reakčních sil, které jsou vyvozovány zdvojenými lineárními motory 39, působícími mezi strojní skupinou 21 o celkové hmotnosti MT a skupinou 20 o celkové hmotnosti MW.

-9CZ 12114 Ul

Seismické vyvážení ve druhém souřadném směru pracuje na stejném principu jako v prvním souřadném směru. Akční člen 45 druhého souřadného směru posouvá svojí akční silou nástrojový systém 54 ocelkové hmotnosti md po vedení 1_1 a stejně velkou reakční silou posouvá skupinu sestávající z nosiče 53 nástrojového systému, nosiče 5J obrobkového systému, obrobkového systému 52 a křížové desky 47 o celkové hmotnosti (mc + ma + mb + m3) v protichůdném směru. Stejně jako u prvního souřadného směru platí i zde, že při rovnosti zrychlujících sil bude poměr zrychlení i zdvihů obou skupin hmot nepřímo úměrný poměru jejich celkových hmotností a relativní zrychlení i relativní poloha obou skupin budou součtem jejich dílčích zrychlení a pohybů.

Souřadnice společného těžiště všech zúčastněných hmot ma, mb, mc, md a m3 se během jejich pohybu v obou souřadných směrech prakticky nemění, neboť mezi pohybujícími se hmotami působí kromě tření ve vedeních 17 a 48 jen vnitřní zrychlující a řezné síly. Z téhož důvodu i rázy do základů od pohybů v obou seismický vyvážených souřadných směrech prakticky vymizí. Vertikální pohyby nástroje 6, vřetene 7, sklopné vřetenové hlavy 28 a svisle posuvného nosiče 8 zůstávají seismický nevyvážené, ale vzhledem k minimální hmotnosti těchto pohyblivých skupin a vzhledem ke svislému směru zrychlujících sil jsou vyvolané rázy do základu vcelku neškodné.

Obr. 10 znázorňuje alternativní provedení stroje podle obr. 9 u něhož je nosič 53 nástrojového systému veden na křížové desce 47.

Na obr. 11 je axonometrické zobrazení zobecněného stroje z obr. 9, seismický vyváženého ve dvou souřadných směrech, které ukazuje směry zrychlení hmot ma, mb, mc, md a m3 působením akčních členů 22 a 45. Akční člen 22 působící v prvním souřadném směru může působit i současně s akčním členem 45 působícím ve druhém souřadném směru.

Akční člen 22 prvního souřadného směru, vložený mezi nosič 5J obrobkového systému a nosič 53 nástrojového systému vyvozuje protisměrné, stejně velké akční a reakční síly které se přenášejí přes posuvná vedení 11 a 48 i na nástrojový systém 54 a obrobkový systém 52. Akční člen 45 vložený mezi nástrojový systém 54 a nosič 53 nástrojového systému obdobně vyvozuje protisměrné akční a reakční síly ve druhém souřadném směru, z nichž jedna působí jen na nástrojový systém 54 a druhá se přenáší z nosiče 53 nástrojového systému přes posuvná vedení

13. na nosič 5J obrobkového systému a odtud jednak na obrobkový systém 52 ajednak přes vedení Γ7 na křížovou desku 47. Popsaný přenos sil přes vedení 13 a 17 umožňující posuvné pohyby v prvním souřadném směru se děje vždy ve směru kolmém ke směru jejich pohybu, takže vedení představuje pro přenos sil v druhém souřadném směru velmi tuhé spojení. Tečkovanými šipkami jsou znázorněny směry prostorových zrychlení těles o hmotnostech ma, mb, mc, md a m3 vyvolané současným působením tlačných sil obou posuvových akčních členů 22 a 45. Při působení tažných sil budou směry prostorových zrychlení opačné.

Obr. 12 zobrazuje funkci korekčních zařízení u stroje vyváženého ve dvou souřadných směrech. Pro lepší názornost funkce jednotlivých posuvných vedení 11, 13, 17, 48 a křížové desky 47 ie zobrazeno hydrostatické provedení vedení 11, 13, 17 a 48 stroje i křížové desky 47. V obr. 11 jsou nově označeny, odměřovací zařízení 55 relativního pohybu nástrojového systému 54 oproti nosiči 53 v druhém souřadném směru a výpočtový blok 56 signálu polohové odchylky společného těžiště pro druhý souřadný směr.

Korekční zařízení pro první souřadný směr se skládá z detektoru polohy a zrychlení, výpočtového bloku a akčního členu 44. Detektor polohy a zrychlení opakovaně měří v prvním souřadném směru polohu nosiče obrobku vzhledem k poloze křížové desky 75 a provádí detekci zrychlení. Z těchto údajů počítá výpočtový blok za chodu stroje odchylku polohy společného těžiště hmot ma, mb, mc a md od požadované polohy a signálem této odchylky řídí akční člen 44 tak, aby odchylka polohy společného těžiště hmot ma, mb, mc a md od požadované polohy byla v prvním souřadném směru minimální.

Údaje o poloze a zrychlení hmot ma a mb strojní skupiny 20 nesoucí obrobek 5 jsou získávány pomocí odměřovacího zařízení 29 a vyhodnocovány pomocí výpočtového členu 24, který řídí

- 10CZ 12114 Ul činnost akčního členu 23 korekčního zařízení pro první souřadný směr. Odměřovací zařízení 29 spolu s odměřovacím zařízením 38 relativního posuvu hmot MW a MT tak poskytuje údaje potřebné k číslicovému řízení relativní polohy hmot MW a MT i korekci polohy jejich společného těžiště hmot ma, mb, mc a md v prvním souřadném směru.

Údaje o poloze a zrychlení křížové desky 47 jsou získávány pomocí odměřovacího zařízení 49 a vyhodnocovány pomocí výpočtového bloku 56, který řídí činnost akčního členu 50 korekčního zařízení pro druhý souřadný směr. Poloha i zrychlení křížové desky 47 jsou totožné s polohou a zrychlením hmot ma, mb a mc strojní v druhém souřadném směru a proto odměřovací zařízení 49 spolu s odměřovacím zařízením 55 relativního posuvu nástrojového systému 54 vůči hmotám mc, mb, ma a m3 poskytuje údaje, potřebné k číslicovému řízení i ke korekci polohy společného těžiště hmot ma. mb, mc, md a m3 v druhém souřadném směru.

Údaje odměřovacích systémů 29, 38, 49, 30 a 55 mohou být doplněny údaji akceíerometrů nebo jiných senzorů pro určování nebo korekci polohy společného těžiště vjednom nebo obou souřadných směrech, aniž by se vyšlo z rámce technického řešení.

Z uvedených příkladů jsou zřejmé možnosti různých provedení vedení strojů seismický vyvážených v prvním, nebo v prvním i druhém souřadném směru. Obr. 13 ukazuje základní varianty pro jednodušší případ seismického vyvážení v prvním souřadném směru. Nosič 53 nástrojového systému vždy nese nástrojový systém 54 a nosič 51 obrobkového systému vždy nese obrobkový systém 52. Obrobkový systém 52 i nástrojový systém 54 mohou obsahovat další, seismický nevyvážené posuvné i rotační souřadné osy. Na obr. 13 až 15 jsou ukázány následující varianty vedení: nosič 53 nástrojového systému, vždy nesoucí nástrojový systém 54 a nosič 51 obrobkového systému, vždy nesoucí obrobkový systém 52 jsou v prvním souřadném směru samostatně vedeny na nehybné základní části 2. Na nehybné základní části 2 je veden nosič 53 nástrojového systému a na něm je veden nosič 5J obrobkového systému. Na nehybné základní Části 2 je veden nosič 51 obrobkového systému a na něm je veden nosič 53 nástrojového systému.

Obr. 16 až 19 ukazuje následující čtyři základní varianty vedení strojů, seismický vyvážených v prvním i druhém souřadném směru: nosič 53 nástrojového systému, vždy nesoucí nástrojový systém 54 a nosič 51 obrobkového systému, vždy nesoucí obrobkový systém 52 jsou v prvním souřadném směru samostatně vedeny na nosném zařízení v provedení křížové desky 47, která je vždy vedena v druhém souřadném směru na nehybné základní části 2. Obrobkový systém 52 se v druhém souřadném směru posouvá po nosiči 5J obrobkového systému. Nosič 53 nástrojového systému, vždy nesoucí nástrojový systém 54 a nosič 51 obrobkového systému, vždy nesoucí obrobkový systém 52 jsou v prvním souřadném směru samostatně vedeny na nosném zařízení v provedení křížové desky 47, která je vždy vedena v druhém souřadném směru na nehybné základní části 2. Nástrojový systém 54 se v druhém souřadném směru posouvá po nosiči 53 nástrojového systému. Na křížové desce 47 je veden nosič 53 nástrojového systému a na něm je veden nosič 51 obrobkového systému. Obrobkový systém 52 se v druhém souřadném směru posouvá po nosiči 51 obrobkového systému. Na nehybné základní části 2 je veden nosič 51 obrobkového systému a na něm je veden nosič 53 nástrojového systému. Nástrojový systém 54 se v druhém souřadném směru posouvá po nosiči 53 nástrojového systému

Průmyslová využitelnost

Seismický vyvážené výrobní zejména obráběcí stroje podle tohoto technického řešení se mohou dobře uplatnit všude tam, kde je požadováno přesné číslicové ovládání velkých hmot při vysokých hodnotách rychlostí a zrychlení. To je oblast dnes nastupujících vysokorychlostních obráběcích strojů s rychlou dynamikou posuvů. Tyto stroje jsou dnes v rostoucí míře vybavovány lineárními přímými pohony, jejichž maximální posuvová síla je zejména u strojů větší velikosti omezujícím parametrem. Snížení požadavku na posuvové zrychlující síly, vyplývající z principu seismického vyvažování podle technického řešení znamená rozšíření aplikačních možností vysokorychlostních obráběcích strojů do oblasti větších a hmotnějších obrobků.

- 11 CZ 12114 Ul

Principielní eliminace rázů do základů podle technického řešení je neméně významným příspěvkem k řešení požadavků vysoké přesnosti při velkých zrychlujících a brzdných silách v pohonech posuvů těchto strojů.

Claims (14)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Výrobní stroj, zejména obráběcí, u něhož vzniká vzájemným pohybem nástroje vůči obrobku, obsahující nehybnou základní část a alespoň jednu strojní skupinu s nosnými systémy pro alespoň jeden obrobek a alespoň jednu další strojní skupinu s nosnými systémy pro alespoň jeden nástroj, vyznačující se tím, že jedna strojní skupina (20) o celkové hmotnosti (M W) sestávaj ící z nosiče (51) obrobkového systému o hmotnosti (ma) a na něm neseného obrobkového systému (52) o hmotnosti (mb) pro alespoň jeden obrobek (5) a další strojní skupina (21) ocelkové hmotnosti (MT) sestávající z nosiče (53) nástrojového systému o hmotnosti (mc) a na něm neseného nástrojového systému (54) o hmotnosti (md) pro alespoň jeden nástroj (6) jsou posuvně uloženy vzhledem k nehybné základní části (2) alespoň v prvním souřadném směru a jsou vzájemně spojeny alespoň jedním akčním členem (22) pohonu posuvu pro řízení jejich vzájemné polohy alespoň v prvním souřadném směru nezávisle na poloze, kterou zaujímá společné těžiště jejich hmot (MW) a (MT) vzhledem k nehybné základní části (2).
2. 2. Výrobní stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že alespoň jedna ze strojních skupin (20), (21) je opatřena akčním členem (23) korekčního zařízení prvního souřadného směru a k němu přiřazeným výpočtovým členem (24) pro udržování odchylky polohy společného těžiště hmot (MW) a (MT) od požadované polohy tohoto těžiště v prvním souřadném směru ve stanovených mezích za chodu stroje.
3. 3. Výrobní stroj podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že akční člen (23) korekčního zařízení je opatřen výpočtovým členem (24) pro opakované vyhodnocování poměru skutečných zrychlení (aw, at) hmot (MW) a(MT) náhradou za neznámý poměr MT/MW jejich hmotností.
4. 4. Výrobní stroj podle nároků la2, vyznačující se tím, že strojní skupiny (20) a (21) o hmotnostech (MW) a(MT) jsou posuvně pohyblivé ve dvou souřadných směrech a jsou přitom neseny na nosném zařízení pro eliminaci jejich úhlových pohybů oproti nehybné základní části (2).
5. 5. Výrobní stroj podle nároku 4, vyznačující se tím, že nosné zařízení pro eliminaci úhlových pohybů strojních skupin (20) a (21) oproti nehybné základní části (2) je provedeno jako křížová deska (47) o hmotnosti (m3), vedená v druhém souřadném směru posuvným vedením (48) na základní nehybné části (2) a vybavená alespoň jedním posuvným vedením pro posuv alespoň jedné ze strojních skupin (20), (21) v prvním souřadném směru.
6. 6. Výrobní stroj podle nároků 1,2a 4, vyznačující se tím, že nástrojový systém (54) o hmotnosti (md) je posuvně veden ve druhém souřadném směru na nosiči (53) nástrojového systému o hmotnosti (mc) a je s ním spojen posuvovým akčním členem (45) pro protisměrné akční a reakční silové působení ve druhém souřadném směru mezi nástrojovým systémem (54) o hmotnosti (md) a ostatními členy (53), (52), (51) a (47) o hmotnostech (mc, mb, ma a m3), které jsou stejně jako nástrojový systém (54) posuvně uloženy oproti nehybné základní části (2) v druhém souřadném směru.
7. 7. Výrobní stroj podle nároků 1, 2 a 4, vyznačující se tím, že obrobkový systém (52) o hmotnosti (md) je uložen posuvně ve druhém souřadném směru na nosiči (51)

   - 12 CZ 12114 Ul obrobkového systému o hmotnosti (mc) a je s ním propojen posuvovým akčním členem (45) pro protisměrné akční a reakční silové působení ve druhém souřadném směru mezi obrobkovým systémem (52) o hmotnosti (md) a ostatními členy (51), (53), (54) a (47) o hmotnostech (ma, mc, md a m3), které jsou stejně jako obrobkový systém (52) posuvně uloženy oproti nehybné základní části (2) v druhém souřadném směru.
8. 8. Výrobní stroj podle nároků 1, 2, 4, 5 a 6, vyznačující se tím, že křížová deska (47) je opatřena akčním členem (50) korekčního zařízení druhého souřadného směru a k němu přiřazeným výpočtovým členem (56) pro udržování odchylky polohy společného těžiště členů (54), (53), (52), (51) a (47) o celkové hmotnosti (md + mc + mb + ma + m3) od požadované polohy tohoto těžiště ve druhém souřadném směru ve stanovených mezích za chodu stroje.
9. 9. Výrobní stroj podle nároků 1, 2, 4a 5, vyznačující se tím, že nosič (51) obrobkového systému a nosič (53) nástrojového systému jsou v prvním souřadném směru alespoň v jednom vedení posuvně uloženy na křížové desce (47).
10. 10. Výrobní stroj podle nároků 1, 2, 4a 5, vyznačující se tím, že nosič (51) obrobkového systému je v prvním souřadném systému posuvně uložen alespoň v jednom vedení na křížové desce (47) a nosič (53) nástrojového systému je v prvním souřadném směru posuvně uložen alespoň v jednom vedení na nosiči (51) obrobkového systému.
11. 11. Výrobní stroj podle nároků 1, 2, 4a 5, vyznačující se tím, že nosič (53) nástrojového systému je v prvním souřadném systému posuvně uložen alespoň v jednom vedení na křížové desce (47) a nosič (51) obrobkového systému je v prvním souřadném směru posuvně uložen alespoň v jednom vedení na nosiči (53) nástrojového systému.
12. 12. Výrobní stroj podle nároků la2, vyznačující se tím, že strojní skupina (20) a další strojní skupina (21) jsou posuvně uloženy vzhledem k nehybné základní části (2) pouze v prvním souřadném směru přičemž nosič (51) obrobkového systému a nosič (53) nástrojového systému jsou v prvním souřadném směru posuvně uloženy alespoň v jednom vedení na nehybné základní části (2).
13. 13. Výrobní stroj podle nároků 1 a2, vyznačující se tím, že strojní skupina (20) a další strojní skupina (21) jsou posuvně uloženy vzhledem k nehybné základní části (2) pouze v prvním souřadném směru, přičemž nosič (51) obrobkového systému je posuvně uložen alespoň v jednom vedení na nehybné základní části (2) a nosič (53) nástrojového systému je posuvně uložen alespoň v jednom vedení na nosiči (51) obrobkového systému.
14. 14. Výrobní stroj podle nároků la2, vyznačující se tím, že strojní skupina (20) a další strojní skupina (21) jsou posuvně uloženy vzhledem k nehybné základní části (2) pouze v prvním souřadném směru, přičemž nosič (53) nástrojového systému je posuvně uložen alespoň v jednom vedení na nehybné základní části (2) a nosič (51) obrobkového systému je posuvně uložen alespoň v jednom vedení na nosiči (53) nástrojového systému.