CZ2006530A3 - Zarízení pro automatickou kompenzaci vertikálníhopoklesu a úhlového sklonu predního, vysouvaného konce horizontálne výsuvné cásti výrobního, zejménaobrábecího stroje - Google Patents

Abstract

V predním konci (1) horizontálne výsuvné cásti (2) vysouvané horizontálne z nosice (3) výsuvné cásti je umísten mechanický zpetnovazební merící clen (4) pro prenos, v mechanické forme, informace o vertikálním poklesu a úhlovém sklonu predního konce (1) k dvojici snímacu (5), umístených v prostoru nosice (3) výsuvné cásti (2). Mechanický zpetnovazební merící clen (4) je vybaven teplotne stabilizacním zarízením (20) pro zvýšení presnosti merení redukcí nežádoucích tepelných deformací mechanickéhozpetnovazebního merícího clenu (4).

Description

Zařízení pro automatickou kompenzaci vertikálního poklesu a úhlového sklonu předního, vysouvaného konce horizontálně výsuvné části výrobního, zejména obráběcího stroje.

Oblast techniky

Technické řešení se týká Nařízení pro automatickou kompenzaci vertikálního poklesu a úhlového sklonu předního, vysouvaného konce horizontálně výsuvné části výrobního, zejména obráběcího stroje, způsobených proměnnými váhovými i teplotními deformacemi stroje včetně základu. Jedná se o nové konstrukční řešení stroje opatřeného zejména pinolami se zabudovanými vřeteny nebo horizontálně výsuvnými vřeteníky.

Dosavadní stav techniky

U takto horizontálně výsuvných skupin dochází vlivem váhových deformací k průhybu směrem dolů, což má za následek jednak pokles horizontálně vysouvaného členu na jeho předním, nejvíce vysunutém konci, jednak úhlové natočení koncové plochy. 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 a tepelných deformací, což výrazně snižuje pracovní přesnost strojů.

Podstata vynálezu

Vynález se týká nového způsobu eliminace celkového poklesu a úhlového sklonu horizontálně výsuvných částí strojů. Všechny výše popsané deformace způsobují, zejména u strojů střední a větší velikosti, závažné snížení přesnosti výrobních operací. 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 a vliv mají nakonec i deformace základů stroje. 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.

• ·

-2• ·

Problematika váhových a deformací dosavadních strojů je blíže znázorněna na obr. 1.

Stroj má lože 35 umístěné na základu 33 a obrobkovou část 32. Váhovými deformacemi vzniká v závislosti na vysunutí horizontálně výsuvné částí 2 zaboření lože do základu a jeho náklon o úhel cti . Po loži pojíždí stojan 36 na vodících prvcích 34, které svojí poddajností vyvolávají úhlový sklon ct2 . Při vysouvání těžiště výsuvné části 2 vzniká ohyb stojanu 36 tak, že v místě nosiče horizontálně výsuvné části 3 je ohybem vyvolána úhlová deformace a₃. Nosič horizontálně výsuvné části 3 koná vertikální pohyb po stojanu stroje 36 a jeho v obrázku 1. nezobrazené vodící prvky vertikálního pohybu vyvolají další úhlovou deformaci 0.4. Horizontálně výsuvná část 2 se vysouvá z nosiče výsuvné části 3, přičemž jejich vzájemnou polohu zajišťují prvky vedení 31, které svojí poddajností způsobují další přídavnou úhlovou deformaci as.

V závislosti na vysunutí horizontálně výsuvné části 2 nastává její ohyb, který vyvolá na jejím předním konci i v místě upnutí nástroje přídavnou úhlovou deformaci αβ· Výsledný náklon v místě upnutí nástroje je součtem všech úhlových deformací aj až a^. Platí tedy: α=αι+α2+α₃+α4+α₅+α₆

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 j_ pokles Ay. K tomu se na konci nástroje o délce L přičítá pokles Ay_N v místě obrábění podle vztahu:

AyN = L*cosa

Výsledný pokles i úhlový náklon 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.

K výsledným okamžitým odchylkám vertikální polohy i úhlu předního konce i horizontálně výsuvné části 2 se přičítají tepelné deformace rámu, nosiče vysouvané části 3 i • « · · · · • ·

-3 vlastní horizontálně vysouvané části 2. Tyto deformace pocházející z vnitřních i vnějších zdrojů tepla i jeho šíření vedením, sáláním, souřadnými pohyby apod., jsou časově proměnné a závislé i na „historii“ technologického procesu, při kterém se na příklad nepravidelně střídají výrobní operace o různém výkonu a různé intenzitě generace tepla.

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

Dosavadní známé způsoby kompenzace váhových deformací předního konce 1 horizontálně výsuvných částí 2 výrobních strojů jsou založeny převážně na „paměťovém“ principu. Vertikální pokles konce i horizontálně výsuvné částí 2 je změřen pro typické pracovní situace a jsou aplikovány 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 30 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 můžeme uvést: Princip vymezení odchylek a vůlí mechanických vedení, modifikaci tvaru vodicích ploch např. 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 vodících elementech. Velikost akční veličiny pak bývá většinou odvozována od polohy horizontálně výsuvné části a průběh závislosti zanesen do korekční tabulky v řídícím CNC systému.

Společné nedostatky zmíněných systémů lze shrnout do bodů:

• reagují hlavně na opakované změny váhového zatížení mechanické soustavy • nereagují na změny teploty • · « « • · • · · ·

-4• nereagují na časové změny provozních parametrů • nereagují na deformace nosného systému a základu • nekompenzují úhlovou odchylku konce horizontálně výsuvné části

Známé systémy obecně nevykazují schopnost průběžného měření a aktivního vyrovnávání svislého poklesu a úhlové odchylky konce horizontálně výsuvných částí.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže popsán na konkrétních příkladech provedení s pomocí přiložených výkresů. Na obr. 1 je schématicky znázorněn vliv váhových deformací na výslednou přesnost stroje. Na obr. 1 je znázorněn rám stroje po aplikování kompenzace vlivu váhových deformací. Na obr. 2 je znázorněno teplotně stabilizační zařízení s průtočným kapalinovým systémem. Na obr. 3 je teplotně stabilizační zařízení s oběhem vzduchu. Na obr. 4 je znázorněn princip zařízení s otočně umístěným nosným měřícím členem. Na obr. 5 je znázorněn princip zařízení s pevně umístěným nosným měřícím členem 6.

Příklady řešení podle vynálezu

Zařízení pro automatickou kompenzaci vertikálního poklesu a úhlového sklonu předního, vysouvaného konce 1 horizontálně výsuvné části 2 obráběcího stroje, způsobených proměnnými váhovými i teplotními deformacemi stroje včetně základu (33), má v předním konci (1) horizontálně výsuvné části (2) vysouvané horizontálně z nosiče (3) výsuvné části umístěn mechanický zpětnovazební měřící člen (4) pro přenos, v mechanické formě, informace o vertikálním poklesu a úhlovém sklonu předního konce (1) k dvojici snímačů (5), umístěných v prostoru nosiče (3) výsuvné části (2).

Mechanický zpětnovazební měřící člen (4) je vybaven teplotně stabilizačním zařízením (20) pro zvýšení přesnosti měření redukcí nežádoucích tepelných deformací mechanického zpětnovazebního měřící členu (4). Teplotně stabilizační zařízení (20) obsahuje průtočný kapalinový systém (21) s kapalinou protékající dutinami mechanického zpětnovazebního měřícího členu (4), teplotní senzor (25) pro měření teploty protékající kapaliny a regulační zařízení (23) pro regulaci teploty protékající kapaliny. Tteplotně stabilizační zařízení (20)

-5obsahuje zařízení pro vzduchové ofukování mechanického zpětnovazebního měřícího členu (4), teplotní senzor (25) pro měření teploty vzduchu (24) vystupujícího ze zpětnovazebního měřícího členu (4) a regulační zařízení (22) pro regulaci teploty vystupujícího vzduchu. Dvojice snímačů (5) je umístěna na nosném členu (6) spolu s elektronickou libelou (7) pro měření odchylky nosného měřícího členu (6) od horizontální polohy.

Dvojice snímačů (5) a elektronické libely (7) jsou propojeny s vyhodnocovacím elektronickým zařízením (8) výstupních signálů pro určení informace o vertikálním poklesu a úhlovém sklonu předního konce (1) vodorovně výsuvné části (2). Nosný měřící člen (6) je otočně uložen na nosiči (3) výsuvné části a je opatřen akčním členem (9) řízeným výstupním signálem elektronické libely (7) pro udržování horizontální polohy nosného měřícího členu (6).

Informace o vertikálním poklesu a úhlovém sklonu předního konce (1) horizontálně výsuvné části (2) jsou zpětnovazebně propojeny se zařízením (10) pro vyvození vertikálního kompenzačního pohybu nosiče (3) výsuvné části. Zzařízení (10) jsou tvořeny elektronickými obvody vyvolávajícími vertikální kompenzační pohyb nosiče (3) horizontálně výsuvné části (2) korekčním signálem přiváděným do CNC řízení pohonu posuvu nosiče (3) horizontálně výsuvné části (2) ve vertikálním směru.

Vynález se týká nového způsobu kompenzace poklesu i vertikálního úhlového sklonu konce vodorovně výsuvných částí 2 výrobních, zejména obráběcích strojů. Jeho novost spočívá v měření a zpětnovazební kompenzaci odchylek v reálném čase a to způsobem, který je nezávislý na podstatné většině výše uvedených vlivů. Základní princip řešení výše uvedených problémů podle vynálezu je znázorněn na obrázku 2. Princip spočívá v měření poklesu a úhlového skonu předního konce 1 horizontálně výsuvné části 2, pomocí mechanického zpětnovazebního měřicího členu 4 spojeného s předním koncem i, který přenáší v mechanické formě informace o vertikálním poklesu a úhlovém sklonu předního konce i k dvojici snímačů 5, umístěné společně s elektronickou libelou 7 na nosném měřícím členu 6 umístěného v prostoru nosiče výsuvné části 3.

Výstupní signály dvojice snímačů 5 a elektronické libely 7 jsou zpracovány v elektronickém zařízení 8 k určení informace o vertikálním poklesu a úhlovém sklonu předního konce I vodorovně výsuvné části 2. Přitom informace o poklesu zpětnovazebně řídí

-6a · ···· ·· ·· ··

zařízení 10 průběžné kompenzace vertikálního poklesu vyvolávající přídavný vertikální pohyb nosiče 3 a informace o úhlovém sklonu předního konce I zpětnovazebně řídí zařízení 11 průběžné kompenzace úhlového sklonu mechanického zpětnovazebního měřícího členu 4 vyvolávající přídavný úhlový sklon nosiče 3.

Popsaná zpětnovazební kompenzační funkce poklesu a úhlových odchylek předního konce i 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 řídícího systému jen v určité části pracovních operací stroje aniž by se vyšlo z rámce vynálezu. Základní princip kompenzačního systému podle bodu 1. eliminuje nejen váhové deformace nosného systému, ale i hysterezní vlivy třecích sil a vlivy tepelných deformací horizontálně výsuvné části 2 i nosného systému. Přitom přesnost kompenzace principielně závisí pouze na tvarové přesnosti mechanického zpětnovazebního měřicího členu 4. Tato tvarová přesnost může být v tepelně proměnném prostředí pracovního prostoru stroje výrazně zvýšena jeho tepelnou stabilizací teplotně stabilizačním zařízením 20 například průtokem tepelně stabilizované kapaliny jeho dutinami podle obrázku 3 nebo jeho ofukováním tepelně stabilizovaným proudem vzduchu podle obrázku 4. Axiální délková dilatace horizontálně výsuvné části 2, která není mechanickým zpětnovazebním měřícím členem 4 měřena může být s výhodou eliminována tím, že na tepelně stabilizovaný mechanický zpětnovazební měřící člen 4 je přemístěno číslicové odměřovací 13 zařízení horizontálního výsuvného pohybu, které je takto spolu s ním tepelně stabilizováno. Tím je měřena a prostřednictvím CNC systému i řízena axiální poloha konce horizontálně výsuvné části 2 nezávisle na jeho tepelné dilataci.

Po vyloučení výše popsaném vlivu proměnných faktorů váhových deformací, třecích sil, vůlí ve vedeních a tepelných deformací je možno s výhodou i použít obvody paměťové korekce 14 výrobních odchylek tvaru mechanického zpětnovazebního měřícího členu 4. Na rozdíl od známých kompenzačních zařízení u nichž je paměťová korekce aplikována v situaci, při které působí proměnné a nepředvídatelné faktory, je paměťová korekce 14 výrobních odchylek mechanického zpětnovazebního měřícího členu 4 vysoce přesná a časově stálá neboť jeho tvar se během práce stroje tepelně ani dlouhodobě nemění.

·· ·· • Φ «· • · • ·· • · • · ·· ·· ·· ···· • · • · · · • ·

-7V předchozím bylo uvedeno, že nosný měřící člen 6, na kterém je připevněna dvojice snímačů 5 a elektronická libela 7, je umístěn v prostoru nosiče 3 horizontálně výsuvné části 2. Přitom může být zvoleno na příklad jeho otočné spojení s nosičem 3 při němž je jeho náklon vzhledem k horizontální rovině trvale eliminován akčním členem 9 řízeným signálem elektronické libely 7. V tomto uspořádání budou při přesně horizontální poloze mechanického zpětnovazebního měřícího členu 4 odchylky měřené oběma snímači 5 sobě rovny. Druhá možnost je pevné spojení nosného měřícího členu 6 s nosičem 3, při němž se úhlová odchylka měřená elektronickou libelou 7 při přesně horizontální poloze mechanického zpětnovazebního měřícího členu 4 kompenzuje určitým rozdílem odchylek měřených jednotlivými snímači dvojice 5. Obě tato uspořádání jsou ekvivalentní pro vyhodnocení signálů o poklesu a sklonu elektronickým zařízením 8 a jsou alternativně použitelná, aniž by se vyšlo z rámce vynálezu. Obrázek 5 ukazuje podrobněji uspořádání měřící části zařízení podle vynálezu pro případ, že nosný měřící člen 6 je uložen otočně vzhledem k nosiči výsuvné části 3.

Obrázek 6 zobrazuje podrobněji uspořádání měřící části podle vynálezu pro případ, že nosný měřící člen 6 je pevně spojen s nosičem výsuvné části 3.

Průmyslová využitelnost

Zařízení podle tohoto vynálezu nalezne uplatnění zejména při výrobě a rekonstrukci obráběcích strojů.

Claims (15)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   Zařízení pro automatickou kompenzaci vertikálního poklesu a úhlového sklonu předního, vysouvaného konce (1) horizontálně výsuvné části (2) výrobního, zejména obráběcího stroje, způsobených proměnnými váhovými i teplotními deformacemi stroje včetně základu (33), vyznačující se tím, že v předním konci (1) horizontálně výsuvné části (2) vysouvané horizontálně z nosiče (3) výsuvné části je umístěn mechanický zpětnovazební měřící člen (4) pro přenos, v mechanické formě, informace o vertikálním poklesu a úhlovém sklonu předního konce (1) k dvojici snímačů (5), umístěných v prostoru nosiče (3) výsuvné části (2).
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že mechanický zpětnovazební měřící člen (4) je vybaven teplotně stabilizačním zařízením (20) pro zvýšení přesnosti měření redukcí nežádoucích tepelných deformací mechanického zpětnovazebního měřící členu (4).
3. 3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že teplotně stabilizační zařízení (20) obsahuje průtočný kapalinový systém (21) s kapalinou protékající dutinami mechanického zpětnovazebního měřícího členu (4), teplotní senzor (25) pro měření teploty protékající kapaliny a regulační zařízení (23) pro regulaci teploty protékající kapaliny.
4. 4. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že teplotně stabilizační zařízení (20) obsahuje zařízení pro vzduchové ofukování mechanického zpětnovazebního měřícího členu (4), teplotní senzor (25) pro měření teploty vzduchu (24) vystupujícího ze zpětnovazebního měřícího členu (4) a regulační zařízení (22) pro regulaci teploty vystupujícího vzduchu.
5. 5. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že dvojice snímačů (5) je umístěna na nosném členu (6) spolu s elektronickou libelou (7) pro měření odchylky nosného měřícího členu (6) od horizontální polohy.
6. 6. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že dvojice snímačů (5) a elektronické libely (7) jsou propojeny s vyhodnocovacím elektronickým zařízením (8) výstupních signálů pro • · určení informace o vertikálním poklesu a úhlovém sklonu předního konce (1) vodorovně výsuvné části (2).
7. 7. Zařízení podle nároku 1, 5 nebo 6, vyznačující se tím, že nosný měřící člen (6) je otočně uložen na nosiči (3) výsuvné části a je opatřen akčním členem (9) řízeným výstupním signálem elektronické libely (7) pro udržování horizontální polohy nosného měřícího členu (6).
8. 8. Zřízení podle nároku 1, 5 nebo ,6 vyznačující se tím, že informace o vertikálním poklesu a úhlovém sklonu předního konce (1) horizontálně výsuvné části (2) jsou zpětnovazebně propojeny se zařízením (10) pro vyvození vertikálního kompenzačního pohybu nosiče (3) výsuvné části.
9. 9. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že zařízení (
10. 10) jsou tvořeny elektronickými obvody vyvolávajícími vertikální kompenzační pohyb nosiče (3) horizontálně výsuvné části (2) korekčním signálem přiváděným do CNC řízení pohonu posuvu nosiče (3) horizontálně výsuvné části (2) ve vertikálním směru.

    • · • ··· • · • ·

    -4010. Zařízení podle nároku 1, 5 nebo 6, vyznačující se tím, že výstupní signály dvojice snímačů (5) jsou vyhodnocovány v elektronickém zařízení (8) k určení vertikálníkn poklesu a úhlového sklpnu předního konce (1) horizontálně výsuvné části (2),
11. 11. zařízení podle^ed^H a 5 vyznačující se tím, že nosný měřící člen (6) je pevně spojen s nosičem výsuvné části (3) a výstupní signál elektronické libely (7) je vyhodnocován společně s výstupními signály dvojice snímačů (5) v elektronickém zařízení (8) k určení vertikálníbojpoklesu a jáWpvého sklonu předního konce (1) horizontálně výsuvné části (2),
12. 12. Nařízení podle /redpřViT 5 a 6 vyznačující se tím, že informace o vertikálním poklesu a úhlovém sklonu předního konce (1) horizontálně výsuvné části (2) zpětnovazebně řídí zařízení (11) pro vyvození úhlového kompenzačního pohybu nosiče horizontálně výsuvné
13. 13. Zařízení podle11 a 12 vyznačující se tím, že zařízení (11) je realizováno elektronickými obvody a zdvojenými pohony posuvu nosiče horizontálně výsuvné části (3) ve vertikálním směru, což umožňuje rozdílným polohovým působením obou dílčích pohonů úhlové natočenj nosiče (4) výsuvného členu (2),
14. 14. Zařízení dle /bod^Vf a 2 vyznačující se tím, že s mechanickým zpětnovazebním měřícím členem (4) je spojeno číslicové odměřovací zařízení (13) výsuvného horizontálního pohybu horizontálně výsuvné části (2),
15. 15. Zařízení podle ÁedýVí vyzn ačující se tím, že výrobní odchylky tvaru mechanického zpětnovazebního měřícího členu (4) jsou korigovány pomocí obvodů paměťové korekce