CZ290505B6 - Zařízení pro kompenzaci teplotních dilatací vřetene obráběcího stroje - Google Patents

Abstract

V°eteno (2) je oto n spojen s matic (52) pohybov ho roubu (5) a je v²suvn ulo en v t lese (1), tvo°en m v°eten kem nebo pinolou a v²suvn ulo en m v r mu (R). Mezi t lesem (1) tvo°en²m pinolou a r mem (R) je vlo en v²suvn² roub (6) s v²suvn²m pohonem (61). Uvnit° t lesa (1) je upraveno dilata n pouzdro (4), sv²m jedn m koncem pevn spojen s t lesem (1) a sv²m druh²m voln²m koncem, zakon en²m dnem (41), suvn ulo en v t lese (1), zat mco ve dnu (41) je upraven pohon (51) pohybov ho roubu (5) a matice (52) je ulo en suvn v dilata n m pouzd°e (4), p°i em d lka (V) v°etene (2) je s v²hodou bl zk d lce (U) dilata n ho pouzdra (4).\

Description

Vynález se týká zařízení pro kompenzaci dilatací vřetene obráběcího stroje, kde vřeteno, otočně spojené s maticí pohybového šroubu, je výsuvně otočně uloženo v tělese, tvořeném vřeteníkem nebo pinolou a výsuvně uloženém v rámu mezi nímž a tělesem je vložen výsuvný šroub s pohonem.

Dosavadní stav techniky

Problémem obráběcích strojů, zejména takových kde vřetena a tělesa, ve kterých jsou vřetena uložená, jsou větších délek, jsou teplotní dilatace těchto dílů větší. Zde se vlivem větších délek výrazněji projevuje vliv teplot na velikost teplotních dilatací, což v konečné formě má vliv na přesnost obrábění. U horizontálních vyvrtávaček, které mají vřetena delších rozměrů činí délková dilatace na konci vřetene, tedy v místě upnutí nástroje, vlivem proměnlivých teplot v průběhu režimu i několika desetin milimetru. Doposud se tato nepřesnost odstraňovala zpravidla citlivým zásahem obsluhy na základě odměřování polohy konce vřetena a čela pinoly vůči obrobku. Zásah lidského činitele kompenzující vzniklé dilatace však vyžaduje značnou praxi a jeho výsledek není zaručený. U NC strojů pracujících v automatickém režimu je takový zásah problematický.

Jako optimální postup, který minimalizuje vlivy teplot na délkové dilatace se osvědčil vícesměnný provoz obráběcího stroje, tento postup využívá teplotně ustáleného režimu, který nastane po najetí stroje do tepelně stabilního režimu v důsledku dlouhodobého provozu obráběcího stroje. Teplotně neustálený režim při náběhu studeného stroje takový postup neřeší, v tomto časovém úseku, při kterém se postupně temperují jednotlivé součásti vřeteníku, se postupně obráběcí stroj uvádí do teplotně ustáleného režimu. V tomto časovém úseku je obráběcí stroj nepřipravený pro přesnou práci.

Zkoušely se rovněž matematické metody vycházející ze snímaných teplot jednotlivých součástí vřeteníku a z očekávaných dilatací jako následku předpokládaných teplotních jevů, které tyto teploty zapříčiní, matematickým modelem. Předpokládané teplotní dilatace byly korigovány přes NC systém obráběcího stroje. Matematický model předpokládaných jevů se projevil jako nedostatečný. Jak je kupříkladu popsáno v lánku Tepelné deformace velkých obráběcích strojů a jejich kompenzace“, Ing. V. Trkovský, Strojírenství 38, (1988) a v článku V. Trkovský aj. Kuneš „Mathematisches Modell der thermoelastischen Vorformungen von Wekzeugmaschinen“Konstruktion 45 (1993), Springer-Verlag, problematika teplotních polí byla podstatně složitější než byl matematický model schopen obsáhnout. Zdrojem tepla je jednak teplo vzniklé vzájemným třením jednotlivých rotačních součástí vřeteníku a to jak viskózním tak i valivým a v neposlední řadě i odvodem části tepla vřetenem od obrábění.

Podstata řešení

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro kompenzaci teplotních dilatací vřetene obráběcího stroje, jehož vřeteno, otočně spojené s maticí pohybového šroubuje výsuvně otočně uloženo v tělese. Těleso je tvořeno vřeteníkem nebo pinolou a je výsuvně uloženo v rámu, mezi nímž a tělesem je vložen výsuvný šroub s výsuvným pohonem. Uvnitř tělesa je upraveno dilatační pouzdro, svým jedním koncem pevně spojené s tělesem, volným koncem zakončeným dnem je dilatační pouzdro v tělese uloženo suvně. Dno je opatřeno pohonem axiálně upevněného pohybového šroubu a matrice je v dilatačním pouzdře uložená suvně. Je vhodné, když délka vřetene je blízká délce dilatačního pouzdra. Při provozu je v důsledku sdílení tepla teplota vřetene blízká teplotě dilatačního pouzdra. V důsledku pevného spojení dilatačního pouzdra s tělesem a suvným

- 1 CZ 290505 B6 uložením volného konce v tělese, dilatuje volný konec dilatačního pouzdra opačným směrem než dilatuje vřeteno. Dilatace vřetene a dilatace dilatačního pouzdra se v poměru svých délek, za předpokladu stejné roztažnosti, vzájemně kompenzují.

Dilatace zapříčiněné dilatacemi pohybových šroubů jsou snímány jednak snímačem polohy ustaveným mezi čelem tělesa a rámem, a jednak snímačem polohy, upravený mezi volným koncem dilatačního pouzdra a maticí. Naměřené hodnoty jsou ze snímačů poloh připraveny do vyhodnocovače, jehož ovládací výstupy tvoří nezávislé řídicí vstupy pohonu pohybového šroubu nebo výsuvného pohonu výsuvného šroubu. V některém případě mohou ovládací výstupy být řídicími 10 vstupy současně pohonu i výsuvného pohonu. Tím jsou zcela vykompenzovány zbývající dilatace zapříčiněné dilatacemi pohybových šroubů.

Popis obrázků na výkrese

Zařízení podle vynálezu je schematicky znázorněno na přiloženém výkresu ve dvou variantách. Na obr. 1 je těleso tvořeno vřeteníkem s dilatačním pouzdrem, na obr. 2 je těleso tvořeno pinolou s dilatačním pouzdrem, kde mezi pinolou a rámem je vložen výsuvný šroub.

Popis příkladného provedení

Vřeteno 2 je otočně spojené s maticí 52 pohybového šroubu 5 a výsuvně otočně uloženo v tělese 1 prostřednictvím otočného pouzdra 7. Těleso 1 je v provedení na obr. 1 tvořeno vřeteníkem a na 25 obr. 2 je těleso 1 tvořeno pinolou. Pinola je výsuvně uložená v rámu R. Mezi tělesem 1 tvořeným pinolou a rámem R je vložen pohybový šroub 6 s pohonem 61. Pohon 61 je upevněn na rámu R. Pevná matice 62 pohybového šroubu 6 je upevněna na tělese 1, na znázorněném příkladu na pinole. Uvnitř tělesa 1 je dilatační pouzdro 4 pevně spojené s tělesem 1 na jeho vnitřní stěně X. Volným koncem zakončeným dnem 41 je dilatační pouzdro 4 uloženo suvně. Dno 41 je opatřeno 30 pohonem 51 pohybového šroubu 5. Matice 52 je v dilatačním pouzdře 4 uložená suvně. Z rámu R vystupuje snímací tyč TI, ke které přiléhá snímač Dl polohy tělesa 1. S čelem 11 tělesa 1 je snímač Dl polohy spojený přes spojovací tyč T3 z tepelně neroztažného materiálu. Z matice 52 vystupuje snímací tyč T12, ke které přiléhá snímač D2 polohy dilatačního pouzdra 4 upevněný na dně 41 dilatačního pouzdra 4. Výstupy ze snímačů Dl, D2 poloh jsou přivedeny do vyhodnoco35 vače K. Ovládací výstupy K.1, K.2 z vyhodnocovače Kjsou řídicími vstupy pohonu 51 a/nebo pohonu 61.

Vlivem ohřevu při provozu obráběcího stroje, a to jako od viskózního tření vzájemně se dotýkajících součástí či od valivého tření ložisek, tak i od tepla vznikajícího při třískovém obrábění, jehož 40 část je odváděná vřetenem 2, dilatuje jednak vřeteno 2 a jednak dilatační pouzdro 4, K teplotním dilatacím dochází při teplotě neustáleném režimu. Na obr. 1 je naznačená dilatace ΔΡν vřetene 2, která je určena jednak teplotou a jednak délkou V vřetene 2. Je naznačená rovněž dilatace AU dilatačního pouzdra 4 která je také určená teplotou a délkou U dilatačního pouzdra 4. Z konstrukčního hlediska nemůže mít vřeteno 2 a dilatační pouzdro 4 stejnou délku. Vlivem upevnění 45 dilatačního pouzdra 4 na vnitřní stěně X tělesa 1 dilatuje vřeteno 2 a dilatační pouzdro 4 opačným směrem, proto dilatace APv vřetene 2 a dilatace AU dilatačního pouzdra 4 působí rovněž opačným směrem a vzájemně se částečně kompenzují. Částečně proto, že vřeteno 2 a dilatační pouzdro 4 jsou rozdílných délek. Rovněž je třeba brát do úvahy i délku Sv pohybového šroubu 5, který rovněž dilatuje a připívá ke zvýšení dilatace APv vřetene 2.

Kompenzaci dilatace ASv pohybového šroubu 5, jakož i dilatace ASp šroubu 6 uloženého mezi rám R a těleso 1, řeší provedení zobrazeného na obr. 2. Dilatace ΔΡ na čele 11 tělesa 1, v tomto případě tvořeného pinolou, sestává z dilatace ASp délky Sp šroubu 6 vymezené vzdáleností mezi výsuvným pohonem 61 a pevnou maticí 62, a dále z dilatace APp té části tělesa 1, která je

-2CZ 290505 B6 vymezená vzdáleností mezi čelem 11 tělesa 1 a místem, kde je pevná matice 62 spojená s tělesem

1.

(1) AP = APp + ASp

Dilatace APv vřetena 2 sestává z dilatace AV celé délky V vřetene 2, z dilatace ASv délky Sv pohybového šroubu 5 vymezené vzdáleností mezi maticí 52 a pohonem 51 a z dilatace ASp vymezené délkou Sp výsuvného šroubu 6. Součet těchto dilatací AV, ASv, ASp se umenší o dilataci AU délky U dilatačního pouzdra 4, která působí opačným směrem.

(2) APv = AV + ASv + ASp - AU

Z upravené rovnice (1) ASp = AS-APp dosadíme do rovnice.

(2) APv = AV + ASv - AU + ΔΡ-APp

Snímačem Dl polohy tělesa 1 lze zjistit velikost dilatace ΔΡ na čele 11 tělesa 1 tvořeného pinolou. Snímačem D2 lze zjistit velikost dilatace ASv pohybového šroubu 5. vyhodnocovač K na základě zjištěných dilatací ΔΡ, ASv dá ovládacími výstupy ΚΙ, K2 řídicí povely pohonu 51 a pohonu 6L Po vykompenzování dilatací ΔΡ, ASv zůstanou zdánlivě nevykompenzovány pohonem 51 a pohonem 61 následné dilatace.

(3) APv = AV - AU - APp

Dilatace APv vřetene 2 bude za předpokladu přibližně stejných teplot všech součástí záviset pouze na délce V vřetene 2, délce U dilatačního pouzdra 4 a délce Pp vymezené čelem 11 tělesa 1 a pevnou maticí 62 spojenou s tělesem L Konstrukčním provedením lze dosáhnout toho, aby délka Pp spolu s délkou U dilatačního pouzdra 4 byla shodná nebo alespoň blízká délce V vřetene

2. Potom bude velikost dilatace APv vřetene 2 blízká nule.

Claims (2)

1. Zařízení pro kompenzaci teplotních dilatací vřetene obráběcího stroje, kde vřeteno (2), otočně spojené s maticí (52) pohybového šroubu (5), je výsuvně otočně uloženo v tělese (1), tvořeném vřeteníkem nebo pinolou a výsuvně uloženém v rámu (R), mezi nímž a tělesem (1) je vložen pohybový šroub (6) s pohonem (61), vyznačující se tím , že uvnitř tělesa (1) je upraveno dilatační pouzdro (4), svým jedním koncem pevně spojené s tělesem (1) a svým druhým volným koncem, zakončeným dnem (41), suvně uložené v tělese (1), zatímco ve dnu (41) je upraven pohon (51) pohybového šroubu (5) a matice (52) je uložená suvně v dilatačním pouzdře (4), přičemž délka (V) vřetene (2) je s výhodou blízká délce (U) dilatačního pouzdra (4).

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že mezi čelem (11) tělesa (1) a rámem (R) je ustaven snímač (Dl) polohy tělesa (1) a mezi volným koncem dilatačního pouzdra (4) a maticí (52) je ustaven snímač (D2) polohy dilatačního pouzdra (4), jejichž výstupy jsou přivedeny do vyhodnocovače (K), jehož ovládací výstupy (ΚΙ, K2) jsou řídicími vstupy pohonu (51) a/nebo pohonu (61).