CZ18690U1 - Zařízení pro automatickou kompenzaci úhlového sklonu a vertikálního poklesu předního konce horizontálně výsuvné části výrobního, zejména obráběcího stroje - Google Patents

Description

Technické řešení se týká zařízení pro automatickou kompenzaci úhlového sklonu a snížení verti5 kálního poklesu předního, vysouvaného konce horizontálně výsuvné části výrobního, zejména obráběcího stroje. Jedná se o nové konstrukční řešení strojů opatřených zejména horizontálně výsuvnými pinolami se zabudovanými vřeteny nebo horizontálně výsuvnými vřeteníky. Dosavadní stav techniky

U horizontálně výsuvných skupin dochází vlivem váhových sil k poklesu horizontálně vysouvalo ného členu na jeho předním, nejvíce vysunutém konci a k úhlovému natočení koncové plochy, které souvisí s jeho průhybovou deformací. Slouží-li tato koncová plocha k upínání nástrojů, dochází k vertikálnímu snížení jejich polohy a k úhlovému sklonu, který vyvolává v závislosti na délce nástrojů další přídavný pokles jejich konce. Deformace vlivem váhových sil se navíc kombinují s účinkem třecích sil, což výrazně snižuje pracovní přesnost strojů. Váhové deformace horizontálně vysouvané části stroje se kombinují s váhovými deformacemi vedení vysouvacího pohybu, tělesa nosiče vysouvané části, stojanu, portálu nebo jiných nosných částí rámu, i jejich pohyblivých vedení. Všechny tyto váhové deformace závisí nejen na délce okamžitého horizontálního vysunutí pinoly, která mění polohu těžiště vysouvané části, ale i na váze nástrojů a technologických hlav, upnutých na jejím konci, případně i na okamžité poloze nástroje vůči obrobku v dalších souřadných směrech. Všechny výše popsané deformace způsobují, zejména u strojů střední a větší velikosti, závažné snížení přesnosti výrobních operací.

Dosavadní známé způsoby kompenzace váhových deformací předního konce horizontálně výsuvných částí výrobních strojů jsou založeny převážně na paměťovém principu. Vertikální pokles konce horizontálně výsuvné části je změřen pro typické pracovní situace a jsou apliková25 ny různé mechanické, elektronické i softwarové principy kompenzace tohoto poklesu za předpokladu, že stroj se bude chovat opakovatelně jako v měřených případech a že jeho chování nebude časově závislé ani podstatněji ovlivněné dalšími nepředvídatelnými faktory. Závislost na proměnné váze a délce nástrojů ovšem znamená značnou komplikaci paměťové tabulky naměřených vertikálních poklesů, přičemž ostatní vlivy jako hystereze a nepravidelné tepelné deformace jsou paměťovými metodami zcela neřešitelné.

Jako příklad známých řešení se může uvést: Princip vymezení odchylek a vůlí mechanických vedení, modifikaci tvaru vodicích ploch například do tvaru křivky opačné průhybové čáře, eliminaci deformačních sil hydraulickým válcem či protizávažím na laně připojeném v blízkosti těžiště horizontálně výsuvné části případně jejím nadlehčením za účelem dosažení konstantních reakčních sil ve vodicích elementech. Velikost akční veličiny pak bývá většinou odvozována od polohy horizontálně výsuvné části a průběh závislosti zanesen do korekční tabulky v řídicím CNC systému.

Společné nedostatky systémů založených na paměťovém principu lze shrnout do následujících nevýhod: reagují hlavně na opakované zněny váhového zatížení mechanické soustavy, přičemž nereagují na časové změny provozních parametrů a nereagují na deformace nosného systému. Další jejich nevýhodou je to, že nekompenzují úhlovou odchylku konce horizontálně výsuvné části a nevykazují schopnost průběžného měření a aktivního vyrovnávání zejména úhlové odchylky a souvisejícího svislého poklesu konce horizontálně výsuvných částí.

Výjimečně byly vyvíjeny i systémy s průběžným měřením a kompenzací poklesu i úhlových odchylek, vyžadovaly však tak náročné konstrukční změny strojů, že nedošlo k jejich průmyslovému využití. Tyto systémy využívaly na příklad mechanická zařízení pro průběžné senzorické měření polohy a úhlového sklonu konce vodorovně vysouvané části s tím, že potřebný senzor měření absolutní odchylky od vodorovné polohy vysouvané části nevyhovoval dynamickým po- 1 CZ 18690 Ul žadavkům zpětnovazební korekce odchylek. Mechanické měřicí zařízení má rovněž nízké hodnoty vlastních frekvencí které omezují dynamiku kompenzací odchylek. Aplikace mechanického měřicího zařízení na již vyráběné stroje je technicky i finančně náročná.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny zařízením pro automatickou kompenzaci úhlového sklonu a vertikálního poklesu předního vysouvaného konce horizontálně výsuvné části výrobního, zejména obráběcího stroje podle tohoto technického řešení. Jeho podstatou je to, že v blízkosti homí a spodní stěny horizontálně výsuvné části jsou posuvně uložena číslicová měřítka, pevně spojená s horizontálně výsuvnou částí na jejím předním konci a že v blízkosti přední stěny nosiče výsuvné části jsou umístěny jezdce pro měření posunutí měřítek v jejich posuvném uložení jako veličiny odpovídající úhlové deformaci celé právě vysunuté délky části až k jejímu přednímu konci.

Výstupy z jezdců jsou propojeny s elektronickým zařízením k vyhodnocení úhlového sklonu a poklesu výsuvné části v její právě vysunuté délce a toto vyhodnocovací zařízení je propojeno se zařízením realizace kompenzace úhlového sklonu a poklesu

Zařízení je ve výhodném provedení propojeno přes povelové zařízení se zařízením pro vyvození úhlového kompenzačního pohybu nosiče výsuvné části, popřípadě může být propojeno přes povelové zařízení s dalším zařízením pro vyvození vertikálního kompenzačního pohybu nosiče výsuvné části.

Výhodou navrhovaného řešení je možnost jen minimálních úprav stávajících rámů běžných průmyslových strojů a snadná komerční dostupnost číslicových měřítek pro realizaci kompenzační funkce. Nedochází k zvýšení nároků na seřízení a obsluhu stroje. Navrhovaný princip dovoluje změření podstatné části svislého poklesu v místě nástroje i úhlu sklonu osy nástroje na základě rozdílového měření dvojic měřítek vodorovného i svislého posuvu. Přímé absolutní měření po25 klesu a úhlu konce vysouvané části není nutné což zjednodušuje rekonstrukci stroje a snižuje její náklady.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení popisující vertikální pokles a úhlové naklopení horizontálně výsuvných částí je analyzováno pomocí obr. 1, který znázorňuje schematicky v bokorysu stávající známý stav pří30 kladného stroje a jeho nedostatky. Na obr. 2 je schematicky v bokorysu znázorněno příkladné technické řešení vertikálního poklesu a úhlového naklopení horizontálně výsuvných částí. Na obr. 3 je schematicky v bokorysu znázorněna jedna z možností technického řešení mechanizmu úhlové kompenzace pomocí dvou nezávislých pohonů posuvu.

Příklady provedení technického řešení

Problematika váhových deformací dosavadních strojů je blíže znázorněna na obr. 1. Stroj má lože 35 umístěné na základu 33 a obrobkovou část 32. Pri vysouvání výsuvné části 2 vzniká ohyb stojanu 36 tak, že v místě nosiče 3 horizontálně výsuvné části je ohybem vyvolána úhlová deformace αχ. Nosič 3 horizontálně výsuvné části koná vertikální pohyb po stojanu 36 stroje a jeho v obr. 1 nezobrazené vodicí prvky vertikálního pohybu vyvolají další úhlovou deformaci a₂. Ho40 rizontálně výsuvná část 2 se vysouvá z nosiče 3 výsuvné části, přičemž jejich vzájemnou polohu zajišťují prvky vedení 31, které svojí poddajností způsobují další přídavnou úhlovou deformaci αχ. V závislosti na vysunutí horizontálně výsuvné části 2 nastává její ohyb, který vyvolá na jejím předním konci 1 v místě upnutí nástroje přídavnou úhlovou deformaci a₄. Výsledný náklon v místě upnutí nástroje je součtem všech úhlových deformací cti až a₄.

Platí tedy: a = cti + a₂ + cti + °4 ·

CZ 18690 Ul

V závislosti na ramenech a vzdálenostech úhlově naklápěných částí, na okamžitém výsuvu horizontálně výsuvné části 2 a na hmotnosti nástroje 30 vzniká na jejím předním konci I pokles A_r K tomu se na konci nástroje o délce L přičítá pokles AyN v místě obrábění podle vztahu:

Avn = L*cosa .

Výsledný úhlový náklon i pokles je ovlivňován i třecími silami a vůlemi ve vedeních, které způsobují hysterezi souřadných pohybů v závislosti na směru pohybů i pohybových rychlostech v jednotlivých souřadných směrech.

Výsledkem výše uvedené situace i dalších vlivů je, že poloha nástroje upnutého na předním konci i horizontálně výsuvné části 2 stroje vykazuje značné úhlové sklony i vertikální odchylky, ío přičemž kompenzace nebo eliminace těchto odchylek je nesmírně obtížná. Kromě definovatelných a opakovatelných vlivů zde totiž působí řada vlivů nahodilých a zcela nepředvídatelných.

Technické řešení se týká nového řešení konstrukčně jednoduché kompenzace podstatné ěásti úhlového sklonu a s ním souvisejícího poklesu horizontálně výsuvných částí strojů. Jeho princip je znázorněn na obr. 2 a spočívá zejména v novém způsobu průběžné měření úhlové deformace horizontálně výsuvné části 2 v její právě vysunuté délce. V blízkosti homí a spodní stěny horizontálně výsuvné části 2 jsou posuvně uložena číslicová měřítka 10 a JT, pevně spojená s horizontálně výsuvnou částí 2 pouze na jejím předním konci 1. Při vysunutí a váhovém prohnutí části 2 nastane délkové protažení její homí stěny a délkové stlačení její spodní stěny a tím dojde k měřitelnému posunutí měřítek v jejich posuvném uložení, které je měřeno pomocí jezdců 12 a 13 umístěných v blízkosti přední stěny nosiče 3 výsuvné části 2. Rozdíl takto změřeného délkového posunutí měřítek 10, 11 odpovídá celkové úhlové deformaci ěásti 2 v její právě vysunuté délce až k jejímu přednímu konci I. Rozdíl je závislý na ohybové poddajnosti ěásti 2, na jejím vysunutí z nosiče 3 i na váze a délkovém vyložení upnutých nástroj ů a mění se opakovatelně v reálném čase při jakékoliv změně těchto veličin. Navíc souvisí takto změřená úhlová deformace opa25 kovatelně s vertikálním poklesem předního konce I horizontálně výsuvné části 2. Poněvadž na právě vysunutou délku části 2 již nepůsobí proměnné třecí síly a klopné momenty jejího uložení v nosiči 3, je vyloučena podstatná část nahodilých a časově proměnných vlivů a změřená úhlová deformace může být využita ke kompenzaci všech opakovatelných úhlových odchylek i vertikálních poklesů předního konce i části 2, způsobených váhovými silami a váhovými klopnými mo30 menty vysunuté délky části 2 i na jejím předním konci I upnutých nástrojů. Kompenzace úhlových odchylek konce i vysouvané ěásti 2 se děje přídavným natočením a vertikálním posunutím nosiče 3. Míra obou těchto přídavných kompenzačních pohybů závisí opakovatelně na okamžité hodnotě měřené úhlové deformace právě vysunuté části 2 vyjádřené rozdílem délkových posunutí měřítek 10. 11 v místě jezdců 12 a 13. Tato míra obou korekčních pohybů v závislosti na rozdílu údajů jezdců 12 a 13 může být realizována průběžně v reálném čase nebo uložena v korekční tabulce podle jednou změřených odchylek a periodicky využívána pro generování obou kompenzačních pohybů. Informace o úhlovém sklonu a souvisejícím vertikálním poklesu předního konce I horizontálně výsuvné části 2 jsou vyhodnoceny v elektronickém zařízení 8 a vyslány přes obvody 14 a 15 generace povelu kompenzace úhlového sklonu a poklesu na vstup zařízení 9 realizace kompenzace úhlového sklonu a poklesu.

Jedno z možných konkrétních technických řešení generace přídavných korekčních pohybů je popsáno jako příklad v následující kapitole, může však být použito jakékoliv jiné řešení vyvození kompenzačních pohybů aniž by se vyšlo z rámce ochrany.

Příklad

Je zde popsán příklad aplikace vynálezu na automatickou kompenzaci úhlového sklonu a vertikálního poklesu předního, vysouvaného konce frézovacího a vyvrtávacího obráběcího stroje. Ve shodě s obr. 2 má stroj horizontálně výsuvnou část 2 a v blízkosti její homí a spodní stěny vysouvané horizontálně z nosiče 3 výsuvné části jsou posuvně uložena číslicová odméřovací měřítka JO a JT pevně spojená s horizontálně výsuvnou částí 2 na předním konci I tak, aby mohla být snímána informace o úhlové deformaci jezdci 12 a Γ3 umístěnými na přední části nosiče 3 vý- 3 CZ 18690 Ul suvné části 2. Jezdci 12 a 13 jsou propojeny s vyhodnocovacím elektronickým zařízením 8 výstupního signálu pro vyhodnocení informace o úhlové deformací a souvisejícím vertikálním poklesu předního konce 1 vodorovně výsuvné části 2, které je dále propojeno se zařízením 9 pro generaci řídicích příkazů pro realizaci kompenzačních pohybů.

V tomto právě popisovaném příkladu, znázorněném na obr. 3 je povelové zařízení 9 tvořeno elektronickými obvody korekce polohy pohonu 16 svislého posuvu nosiče umístěného na přední části stojanu 36 stroje a elektronickými obvody korekce polohy pohonu 17 svislého posuvu nosiče umístěného na zadní části stojanu 36 stroje. Tyto pohony 16, 17 jsou vybaveny zpětnovazebními odměřovacími systémy 18 a 19 posuvně uloženými rovněž na přední a zadní části stojanu ío 36 a pevně spojenými se stojanem 36 v jeho spodní části. Pohony 16 a 17 posuvu vertikálního CNC pohybu nosiče 3 jsou přitom zpětnovazebně řízeny tak aby skutečná vertikální i úhlová poloha nosiče 3 horizontálně výsuvné části 2 zahrnovala kromě programovaného vertikálního

CNC pohybu i kompenzační vertikální i úhlové pohyby.

Popsaná zpětnovazební kompenzační funkce úhlových odchylek a s nimi souvisejícího poklesu předního konce 1 může být prováděna nepřetržitě v reálném čase nebo přerušovaně, případně s dočasným uložením změřených dat do korekční tabulky aniž by se vyšlo z rámce vynálezu. Kompenzační funkce může být také aplikována na příkaz operátora nebo CNC řídicího systému jen v určité části pracovních operací stroje aniž by se vyšlo z rámce vynálezu. Základní princip kompenzačního systému eliminuje nejen opakovatelné váhové deformace ale i váhové deformace hysterezního charakteru horizontálně výsuvné části 2 i nosného systému.

Průmyslová využitelnost

Zařízení podle tohoto technického řešení nalezne uplatnění zejména při výrobě a rekonstrukcích obráběcích strojů. Aplikace je možno předpokládat zejména u přesných obráběcích strojů střední a větší velikosti s vodorovně výsuvným vřetenem jako jsou horizontální vyvrtávací a frézovací stroje s pevným stojanem nebo pojízdným stojanem v ose Z nebo X. Rovněž na horizontální stroje s pohybem vřetena v osách X, Y a Z je tento princip aplikovatelný. Zvláštní aplikační skupinou strojů mohou být pětiosé frézovací stroje s výsuvným vřetenem a se sklopnými a otočnými pohyby nástroje nebo obrobku v osách A a B. Rovněž u velkých strojů deskového provedení s nehybným nebo jen otočným obrobkem je aplikace možná.

Claims (9)

1. 30 NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení pro automatickou kompenzaci úhlového sklonu a vertikálního poklesu předního vysouvaného konce horizontálně výsuvné části (2) výrobního, zejména obráběcího stroje, způsobených zejména proměnnými váhovými deformacemi stroje, vyznačující se tím, že v blízkosti horní a spodní stěny horizontálně výsuvné části (2) jsou posuvně uložena číslicová mě35 řítka (10) a (11), pevně spojená s horizontálně výsuvnou částí (2) na jejím předním konci (1) a odečítaná pomocí jezdců (12) a (13) pro měření posunutí měřítek (10) a (11) v jejich posuvném uložení.
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že jezdce (12) a (13) jsou umístěny v blízkosti přední stěny nosiče (3) výsuvné části (2) pro měření a vyhodnocení rozdílu po40 sunutí měřítek (10) a (11) jako veličiny odpovídající úhlové deformaci celé právě vysunuté délky části (2) až k jejímu přednímu konci (1).
3. 3. Zařízení podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že výstupy z jezdce (12) a z jezdce (13) jsou propojeny s elektronickým zařízením (8) pro vyhodnocování úhlové deformace

   -4CZ 18690 Ul a s tím souvisejícím poklesem předního konce (1) horizontálně výsuvné části (2) v její právě vysunuté délce.
4. 4. Zařízení podle nároků 1, 2 a 3, vyznačující se tím, že elektronické zařízení (8) je propojeno se zařízením (14) generace povelu kompenzace úhlového sklonu výsuvné části (2).
5. 5 5. Zařízení podle nároků 1, 2 a 3, vyznačující se tím, že elektronické zařízení (8) je propojeno se zařízením (15) generace povelu kompenzace poklesu vysouvaného konce (1) horizontálně výsuvné části (2).
6. 6. Zařízení podle nároků 1, 2, 3 a 4, vyznačující se tím, že výstup zařízení (14) generace povelu kompenzace úhlového sklonu výsuvné části (2) je propojen na zařízení (9) realiío zace kompenzace úhlového sklonu a poklesu výsuvné části (2).
7. 7. Zařízení podle nároků 1, 2, 3 a 5, vyznačující se tím, že výstup zařízení (15) generace povelu kompenzace poklesu výsuvné části (2) je propojen na zařízení (9) realizace kompenzace úhlového sklonu a poklesu výsuvné části (2).
8. 8. Zařízení podle nároků 1, 2, 3 a 6 nebo 1, 2, 3 a 7, vyznačující se tím, že

   15 zařízení (9) realizace kompenzace obsahuje obvody, elementy a mechanizmy korekce úhlového sklonu a poklesu výsuvné části (2).
9. 9. Zařízení podle nároků 1, 2, 3 a 6 nebo 1, 2, 3 a 7, vyznačující se tím, že zařízení (9) realizace kompenzace úhlového sklonu a poklesu výsuvné části (2) obsahuje obvody korekce polohy pohonu (16) svislého posuvu nosiče umístěného na přední části stojanu (36)

   20 stroje a obvody korekce polohy pohonu (17) svislého posuvu nosiče umístěného na zadní části stojanu (36) stroje.