RU2143602C1

RU2143602C1 - Step drive

Info

Publication number: RU2143602C1
Application number: RU97117969A
Authority: RU
Inventors: В.К. Лучкин; В.А. Ванин
Original assignee: Тамбовский государственный технический университет
Priority date: 1997-10-29
Filing date: 1997-10-29
Publication date: 1999-12-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering, in particular, microstep and accelerated movement of actuating mechanisms of hydraulic metal-working machines. SUBSTANCE: actuating unit is connected with central movable wall of bellows-type hydraulic cylinder and is movable in accelerated mode of operation, when wall and bellows-type cylinder housing are rigidly fixed with respect to ball roller screw pair nut bracket, which are driven as single unit by adjustable-frequency reversible step motor. Microindexing movement of actuating unit is provided by rigid fixing of bellows-type hydraulic cylinder relative to position of this cylinder upon termination of accelerated movement, when one side of dosing bellows is coupled to bracket of mentioned nut and it is movable in one or other direction by step motor for dosing, while other side of dosing bellows is permanently rigidly coupled to bracket, which is connected to bellows-type hydraulic cylinder housing. Such construction allows accelerated and microstepped motions of different length, speed and direction to be performed by one motor. EFFECT: increased efficiency and enhanced reliability in operation. 1 dwg

Description

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано в гидрофицированных металлообрабатывающих станках для обеспечения микрошаговых и ускоренных перемещений одним приводом. The invention relates to machine tools and can be used in hydroficated metalworking machines to provide microstepping and accelerated movements with a single drive.

Известен гидропривод микрошаговых перемещений, содержащий сильфонный гидроцилиндр, состоящий из установленных соосно в корпусе двух силовых сильфонов с общей центральной подвижной стенкой, соединенной с перемещаемым узлом, одна из полостей которого через гидрораспределитель сообщена с источником постоянного давления, а другая - с дозирующим устройством, имеющим дозирующий сильфон с неподвижной стороной, жестко соединенной с корпусом сильфонного гидроцилиндра, и подвижной стенкой и механизм управления мерным объемом последнего в виде реверсивного шагового двигателя и шариковой винтовой пары качения, гайка которой снабжена кронштейном, жестко соединенным с подвижной стенкой дозирующего сильфона, а винт соединен с шаговым двигателем (см. патент России N 2073128). Known hydraulic microstepping movements, containing a bellows hydraulic cylinder, consisting of two power bellows installed coaxially in the housing with a common central movable wall connected to a movable node, one of the cavities of which is connected to a constant pressure source through the valve, and the other to a metering device having a metering device a bellows with a fixed side rigidly connected to the housing of the bellows cylinder and a movable wall and a control mechanism for measuring the volume of the latter in e reversible stepping motor and a ball screw rolling nut that is provided with a bracket fixedly connected to the movable wall of the metering bellows, a screw connected to a stepper motor (see. Russian patent N 2073128).

Недостатком данного привода является невозможность осуществления одним приводом микрошаговых и ускоренных перемещений, что усложняет его конструкцию и снижает функциональные возможности. The disadvantage of this drive is the inability to perform microstep and accelerated movements by one drive, which complicates its design and reduces functionality.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции и расширение функциональных возможностей привода. An object of the invention is to simplify the design and expand the functionality of the drive.

Сущность изобретения заключается в том, что в приводе шаговых перемещений, содержащем сильфонный гидроцилиндр, состоящий из установленных соосно двух силовых сильфонов с общей центральной подвижной стенкой, соединенной с перемещаемым узлом, одна из полостей которого через гидрораспределитель сообщена с источником постоянного давления, а другая - с дозирующим устройством, имеющим дозирующий сильфон с неподвижной стороной, жестко соединенной с корпусом сильфонного гидроцилиндра, и подвижной стенкой и механизм управления мерным объемом последнего в виде реверсивного шагового двигателя и шариковой винтовой пары качения, гайка которой снабжена кронштейном, жестко соединенным с подвижной стенкой дозирующего сильфона, а винт соединен с шаговым двигателем, ускоренное и микрошаговое перемещения исполнительного узла осуществляются от одного реверсивного шагового двигателя, причем ускоренное перемещение исполнительного узла происходит при жесткой фиксации центральной стенки и корпуса сильфонного гидроцилиндра относительно кронштейна гайки шариковой винтовой пары качения, которые перемещаются как одно целое от реверсивного шагового двигателя, а микрошаговое перемещение исполнительного узла происходит при жесткой фиксации корпуса сильфонного гидроцилиндра относительно его положения после окончания ускоренного перемещения, когда одна сторона дозирующего сильфона связана с кронштейном той же гайки шариковой винтовой пары качения, который, перемещаясь в одном или другом направлениях от того же шагового двигателя, осуществляет дозирование, а другая сторона дозирующего сильфона постоянно жестко соединена с кронштейном, скрепленным с корпусом сильфонного гидроцилиндра. The essence of the invention lies in the fact that in the step-by-step displacement drive comprising a bellows hydraulic cylinder, consisting of two power bellows mounted coaxially with a common central movable wall connected to a moving unit, one of the cavities of which is connected to a constant pressure source through the valve and the other from a metering device having a metering bellows with a fixed side rigidly connected to the housing of the bellows cylinder and a movable wall and a volumetric volume control mechanism the latter in the form of a reversible stepper motor and a ball screw rolling pair, the nut of which is equipped with an arm rigidly connected to the movable wall of the metering bellows, and the screw is connected to the stepper motor, accelerated and microstepping movements of the actuating unit are carried out from one reversing stepping motor, and the accelerated movement of the actuating unit occurs when the central wall and housing of the bellows cylinder are rigidly fixed relative to the nut bracket of the ball screw pair phenomena that move as a whole from the reversing stepper motor, and microstepping of the actuating unit occurs when the housing of the bellows cylinder is rigidly fixed relative to its position after the end of the accelerated movement, when one side of the metering bellows is connected to the bracket of the same nut of the ball screw rolling pair, which, moving in one or the other directions from the same stepper motor, performs dosing, and the other side of the dosing bellows is constantly rigidly soy dinene with a bracket fastened to the housing of the bellows cylinder.

На чертеже изображена принципиальная схема описываемого шагового привода. The drawing shows a schematic diagram of the described stepper drive.

Привод включает насос 1, предохранительный (переливной) клапан 2, гидрораспределитель 3, сильфонный гидроцилиндр, дозирующий сильфон 13, реверсивный шаговый двигатель 16 с шариковой винтовой парой качения 17 и блок фиксирующих зажимов. Сильфонный гидроцилиндр состоит из корпуса, включающего цилиндр 4 с фланцами 5 и 6, двух соосно установленных в нем силовых сильфонов 7 и 8 с боковыми крышками 9 и 10 и общей центральной подвижной стенкой 11, передающей усилие перемещаемому узлу 12. Дозирующий сильфон 13 жестко соединен одной стороной с кронштейном 14, перемещаемым гайкой шариковой винтовой пары качения 17, а другой стороной - с кронштейном 15, скрепленным с корпусом сильфонного гидроцилиндра. Крайние положения кронштейна 14 относительно сильфонного гидроцилиндра для предотвращения поломки дозирующего сильфона фиксируются ограничителем 18, жестко связанным со штангой 19, которая сама жестко соединена с фланцем 5 соосно цилиндру 4. Блок фиксирующих зажимов включает зажим 20, фиксирующий положения штанги 19, а вместе с ней и корпуса сильфонного гидроцилиндра относительно его положения после окончания ускоренного перемещения, зажимы 21 и 22 для фиксации относительно корпуса сильфонного гидроцилиндра, соответственно, перемещаемого узла 12 и кронштейна 14. Через затвор 23 производится одноразовая заправка рабочей жидкостью (с модулем объемной упругости более высоким, чем в силовом сильфоне) полостей силового сильфона 7 гидроцилиндра, дозирующего сильфона 13 и соединительной магистрали, при этом заправка производится таким образом, чтобы при установке кронштейна 14 в среднее положение относительно ограничителя 18 и подаче жидкости под рабочим давлением в полость силового сильфона 8, центральная подвижная стенка 11 установилась строго в среднее положение - относительно корпуса сильфонного гидроцилиндра. The drive includes a pump 1, a safety (overflow) valve 2, a control valve 3, a bellows hydraulic cylinder, a metering bellows 13, a reversible stepper motor 16 with a ball screw rolling pair 17 and a block of fixing clamps. The bellows hydraulic cylinder consists of a housing including a cylinder 4 with flanges 5 and 6, two power bellows 7 and 8 coaxially mounted in it with side covers 9 and 10 and a common central movable wall 11, transmitting force to the movable assembly 12. The metering bellows 13 is rigidly connected to one the side with the bracket 14, moved by the nut of the ball screw pair of rolling 17, and the other side with the bracket 15, fastened to the housing of the bellows cylinder. The extreme positions of the bracket 14 relative to the bellows cylinder to prevent the metering bellows from breaking are fixed by a stop 18, which is rigidly connected to the rod 19, which itself is rigidly connected to the flange 5 coaxially to the cylinder 4. The block of fixing clips includes a clip 20, which fixes the positions of the rod 19, and together with it the housing of the bellows cylinder relative to its position after the end of the accelerated movement, the clamps 21 and 22 for fixing relative to the housing of the bellows cylinder, respectively, moved at la 12 and bracket 14. Through the shutter 23, a one-time filling of the working fluid (with a volume elastic modulus higher than in the power bellows) of the cavities of the power bellows 7 of the hydraulic cylinder, the metering bellows 13 and the connecting line is made, while refueling is performed so that when installing bracket 14 in the middle position relative to the restrictor 18 and the supply of fluid under operating pressure into the cavity of the power bellows 8, the Central movable wall 11 is set strictly in the middle position - relative to the body sa bellows cylinder.

Работает привод следующим образом. После включения насоса 1 и подачи под давлением рабочей жидкости через гидрораспределитель 3 в силовой сильфон 8 (в исходном состоянии кронштейн 14 занимает среднее положение относительно ограничителя 18) центральная подвижная стенка 11 устанавливается в среднее положение. Для осуществления приводом ускоренного перемещения зажим 20 освобождается, а перемещаемый узел 12 и кронштейн 14 через штангу 19 фиксируются зажимами 21 и 22 относительно корпуса сильфонного гидроцилиндра, в результате чего исполнительный узел 12, корпус сильфонного гидроцилиндра и кронштейн 14 ускоренно перемещаются как одно целое от реверсивного двигателя 16 через шариковую винтовую пару качения 17. The drive operates as follows. After the pump 1 is turned on and the working fluid is supplied under pressure through the valve 3 to the power bellows 8 (in the initial state, the bracket 14 is in the middle position relative to the limiter 18), the central movable wall 11 is set to the middle position. For the accelerated movement by the drive, the clamp 20 is released, and the movable assembly 12 and the bracket 14 through the rod 19 are fixed with clamps 21 and 22 relative to the housing of the bellows cylinder, as a result of which the actuating assembly 12, the housing of the bellows cylinder and the bracket 14 are accelerated as a whole from the reversing motor 16 through a ball screw pair of rolling 17.

По окончании ускоренного перемещения включается зажим 20, фиксирующий достигнутое положение сильфонного гидроцилиндра, а следовательно, и исполнительного узла 12, а зажимы 21 и 22 освобождаются, что делает привод готовым к осуществлению микрошаговых перемещений. At the end of the accelerated movement, the clamp 20 is turned on, fixing the reached position of the bellows hydraulic cylinder, and consequently the actuating unit 12, and the clamps 21 and 22 are released, which makes the drive ready for microstep movements.

При задании двигателем 16 шаговых перемещений кронштейну 14 вправо дозирующий сильфон 13 начинает разжиматься, отбирая из силового сильфона 7 порции жидкости с частотой следования шагов, т.е. с частотой управления, и объемом, определяемым величиной единичного шага кронштейна 14, т.е. дискретностью. Каждая отобранная из силового сильфона 7 порция жидкости уменьшает в нем давление, нарушая равновесие давлений в силовых сильфонах 7 и 8, вызывает под действием постоянного давления питания в силовом сильфоне 8 микрошаговое перемещение центральной подвижной стенки 11, а вместе с ней и перемещаемого узла 12, в сторону устранения нарушенного равновесия, т.е. в данном случае вправо. When the motor 16 sets the step movements to the bracket 14 to the right, the metering bellows 13 starts to expand, taking from the power bellows 7 a portion of the liquid with a frequency of steps, i.e. with the control frequency, and the volume determined by the unit step of the bracket 14, i.e. discreteness. Each portion of liquid taken from the power bellows 7 reduces the pressure in it, disrupting the pressure equilibrium in the power bellows 7 and 8, causes, under the action of a constant supply pressure in the power bellows 8, a microstep movement of the central movable wall 11, and with it the movable assembly 12, the side of eliminating the disturbed balance, i.e. in this case to the right.

При задании двигателем 16 шаговых перемещений кронштейну 14 влево дозирующий сильфон 13 начинает сжиматься, в результате чего порции жидкости, вытесняясь из него в силовой сильфон 7, производят микрошаговое перемещение центральной подвижной стенки 11 и перемещаемого узла 12 влево, при этом сброс избытка жидкости и поддержание постоянного заданного рабочего давления в силовом сильфоне 8 производится переливным клапаном 2. When the motor 16 sets the step movements to the bracket 14 to the left, the metering bellows 13 begins to compress, as a result of which the liquid portions, being forced out of it into the power bellows 7, micro-steply move the central movable wall 11 and the moved assembly 12 to the left, while dumping the excess fluid and maintaining a constant predetermined working pressure in the power bellows 8 is produced by an overflow valve 2.

После завершения микрошаговых перемещений положение исполнительного узла 12 фиксируется зажимом 21. After the completion of microstepping movements, the position of the actuating unit 12 is fixed by the clamp 21.

Для возврата центральной подвижной стенки 11 в среднее (исходное) положение зажим 21 освобождается, кронштейн 14 от шагового двигателя 16 через винтовую пару 17 перемещается в среднее положение относительно ограничителя 18. Далее привод готов к повторению цикла. To return the central movable wall 11 to the middle (initial) position, the clamp 21 is released, the bracket 14 moves from the stepper motor 16 through the screw pair 17 to the middle position relative to the limiter 18. Next, the drive is ready to repeat the cycle.

Изменяя двигателем 16 частоту шаговых перемещений кронштейна 14, можно произвольно изменять скорость движения перемещаемого узла 12 как в режиме ускоренного, так и в режиме микрошагового перемещения. By changing the frequency of the stepping movements of the bracket 14 by the engine 16, it is possible to arbitrarily change the speed of the moving node 12 both in the accelerated mode and in the microstepping mode.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет одним приводом осуществлять различные по величине, скорости и направлению ускоренные и микрошаговые перемещения. Thus, the present invention allows a single drive to carry out various in magnitude, speed and direction of accelerated and microstepping.

Claims

A step motion drive comprising a bellows-type hydraulic cylinder consisting of two power bellows mounted coaxially with a common central movable wall connected to a movable assembly, with one cavity of the bellows-hydraulic cylinder communicating with a source of constant movement and the other with a metering device having a metering bellows with a movable wall and a mechanism for controlling the measured volume of the latter in the form of a reversible stepper motor and a ball screw rolling pair, the nut of which is equipped with a bracket, is rigidly connected internal with a movable wall of the metering bellows, characterized in that the fixed side of the metering bellows is rigidly connected to the housing of the bellows cylinder, and the bracket of the nut of the ball screw rolling pair has the ability to be fixed relative to the rod fixedly fastened to the housing of the bellows cylinder.