RU2208716C2

RU2208716C2 - Stepped motion drive

Info

Publication number: RU2208716C2
Application number: RU2001110150/06A
Authority: RU
Inventors: В.А. Ванин; В.К. Лучкин; Д.Ю. Баркалов
Original assignee: Тамбовский государственный технический университет
Priority date: 2001-04-13
Filing date: 2001-04-13
Publication date: 2003-07-20

Abstract

FIELD: stepped motion actuators. SUBSTANCE: proposed drive has bellows hydraulic cylinder consisting of two power bellows mounted coaxially in housing with common central movable wall connected with unit being displaced; one cavity of bellows hydraulic cylinder is communicated with constant pressure source and other cavity is communicated with metering unit; it is made in form of several bellows of different effective cross-section area; it includes clamps and stops for securing movable wall of each bellows relative to housing of power hydraulic cylinder or relative to movable bracket rigidly connected with nut of screw anti-friction pair whose motion screw is actuated by reversible stepping motor. EFFECT: extended functional capabilities. 1 dwg

Description

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

Известен гидропривод микрошаговых перемещений, содержащий гидроцилиндр, состоящий из двух соосных силовых сильфонов с общей центральной подвижной стенкой, соединенной с перемещаемым узлом, один из которых через гидрораспределитель сообщается с источником постоянного давления, а другой - с дозирующим устройством, выполненным в виде дозирующего сильфона, мерный объем которого меняется произвольно от реверсивного шагового двигателя как в сторону увеличения (слив), так и в сторону уменьшения (нагнетание), причем сильфонный гидроцилиндр жестко соединен со штоком гидроцилиндра ускоренных перемещений (см. патент РФ 2073128). Known hydraulic actuator microstepping movements containing a hydraulic cylinder, consisting of two coaxial power bellows with a common central movable wall connected to the movable node, one of which is connected to a constant pressure source through the valve, and the other with a metering device made in the form of a metering bellows the volume of which varies arbitrarily from the reversing stepper motor both in the direction of increase (discharge) and in the direction of decrease (discharge), moreover, the bellows hydraulic cylinder JCOMM connected to a rod of the accelerated movement of the hydraulic cylinder (see. Russian patent 2073128).

Близким техническим решением является привод шаговых перемещений, содержащий сильфонный гидроцилиндр с центральной подвижной стенкой, соединенной с перемещаемым узлом, причем одна полость сильфонного гидроцилиндра сообщена с источником постоянного давления, а другая - с дозирующим устройством, имеющим дозирующий сильфон с 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, в котором с целью обеспечения одним приводом ускоренных и микрошаговых перемещений неподвижная сторона дозирующего сильфона жестко соединена с корпусом сильфонного гидроцилиндра, а кронштейн гайки шариковой винтовой пары качения имеет возможность фиксироваться относительно сильфонного гидроцилиндра (см. патент РФ 2143602). A close technical solution is a step motion drive containing a bellows hydraulic cylinder with a central movable wall connected to the moving unit, with one cavity of the bellows hydraulic cylinder communicating with a constant pressure source and the other with a metering device having a metering bellows with a movable wall and a volumetric volume control mechanism the latter in the form of a reversible stepper motor and a ball screw pair of rolling elements, the nut of which is equipped with an arm rigidly connected to the movable wall a metering bellows, in which, in order to provide accelerated and microstepping movements with one drive, the fixed side of the metering bellows is rigidly connected to the housing of the bellows cylinder, and the bracket of the ball screw screw pair nut can be fixed relative to the bellows cylinder (see RF patent 2143602).

Недостатком данного привода является невозможность изменять при одной и той же настройке величину единичного микрошага. The disadvantage of this drive is the inability to change the value of a single microstep with the same setting.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей привода. An object of the invention is to expand the functionality of the drive.

Предложен привод шаговых перемещений, содержащий сильфонный гидроцилиндр, состоящий из установленных соосно в корпусе двух силовых сильфонов с общей центральной подвижной стенкой, соединенной с перемещаемым узлом, причем одна полость сильфонного гидроцилиндра сообщена с источником постоянного давления, а другая - с дозирующим устройством, при этом дозирующее устройство выполнено в виде нескольких сильфонов, различающихся по эффективной площади поперечного сечения в соответствии с каким-либо кодом, включает зажимы и упоры, с помощью которых можно фиксировать подвижную стенку каждого сильфона относительно корпуса силового гидроцилиндра или относительно подвижного кронштейна, жестко соединенного с гайкой винтовой пары качения, ходовой винт которой приводится в действие реверсивным шаговым двигателем. A step motion drive is proposed, comprising a bellows hydraulic cylinder, consisting of two power bellows coaxially mounted in the housing with a common central movable wall connected to the movable assembly, with one cavity of the bellows hydraulic cylinder communicating with a constant pressure source and the other with a metering device, while the metering device the device is made in the form of several bellows, differing in effective cross-sectional area in accordance with some code, includes clamps and stops, using It is possible to fix the movable wall of each bellows relative to the housing of the power hydraulic cylinder or relative to the movable bracket rigidly connected to the nut of the rolling screw pair, the lead screw of which is driven by a reversing stepper motor.

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

Привод включает насос 1, предохранительный (переливной) клапан 2, гидрораспределитель 3, сильфонный гидроцилиндр, состоящий 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, дозирующие сильфоны 13, 14, 15, жестко соединенные одной стороной с кронштейном 16, который жестко скреплен с корпусом сильфонного гидроцилиндра, другой стороной дозирующие сильфоны могут фиксироваться относительно кронштейна 16 с помощью зажимов 17, 18, 19 или относительно кронштейна 20 упорами 21, 22, 23, перемещаемого с помощью шариковой винтовой пары качения 24, состоящей из гайки и ходового винта, вращаемого реверсивным шаговым двигателем 25. Крайние положения кронштейна 20 относительно силового гидроцилиндра для предотвращения поломки дозирующих сильфонов фиксируются ограничителем 26, жестко связанным со штангой 27, которая сама жестко соединена с фланцем 5 соосно цилиндру 4. Блок фиксирующих зажимов включает зажим 28, фиксирующий положение штанги 27, а вместе с ней и корпуса сильфонного гидроцилиндра относительно его положения после окончания ускоренного перемещения, зажимы 29 и 30 для фиксации относительно корпуса сильфонного гидроцилиндра соответственно перемещаемого узла 12 и кронштейна 20. Через затвор 31 производится одноразовая заправка рабочей жидкостью (с модулем объемной упругости более высоким, чем в силовом сильфоне 8) полостей силового сильфона 7, дозирующих сильфонов 13, 14, 15 и соединительной магистрали, при этом заправка производится таким образом, чтобы при установке кронштейна 20 в среднее положение относительно ограничителя 26 и подаче жидкости под рабочим давлением в полость силового сильфона 8 центральная подвижная стенка 11 устанавливалась строго в среднее положение относительно корпуса сильфонного гидроцилиндра, при этом упоры 21, 22, 23 перекрывают отверстия для выхода стержней, жестко соединенных с правыми стенками дозирующих сильфонов 13, 14, 15. The drive includes a pump 1, a safety (overflow) valve 2, a hydraulic distributor 3, a bellows hydraulic cylinder, consisting 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 a movable wall 11, transmitting force to the movable assembly 12, metering bellows 13, 14, 15, rigidly connected on one side to an arm 16, which is rigidly attached to the housing of the bellows cylinder, the other side of the metering bellows can be fixed relative to bracket 16 using clamps 17, 18, 19 or relative to the bracket 20 stops 21, 22, 23, moved using a ball screw rolling pair 24, consisting of a nut and a spindle rotated by a reversing stepper motor 25. The extreme position of the bracket 20 relative to the power hydraulic cylinder To prevent breakage of the metering bellows, they are fixed by a limiter 26, rigidly connected to the rod 27, which itself is rigidly connected to the flange 5 coaxially to the cylinder 4. The block of fixing clips includes a clip 28, which fixes the position of the rod 27, and with it and the housing of the bellows hydraulic cylinder relative to its position after the end of the accelerated movement, clamps 29 and 30 for fixing relative to the housing of the bellows hydraulic cylinder, respectively, the moving unit 12 and the bracket 20. Through the shutter 31 is a one-time filling of the working fluid (with a bulk modulus higher than power bellows 8) of the cavities of the power bellows 7, metering bellows 13, 14, 15 and the connecting line, while refueling is carried out in such a way that when installing the bracket 20 in the middle position relative to the limiter 26 and the supply of fluid under operating pressure to the cavity of the power bellows 8, the central movable wall 11 was set strictly in the middle position relative to the housing of the bellows cylinder, while the stops 21, 22, 23 overlap the outlet openings of the rods rigidly connected to the right walls of the metering bellows 13, 14, 15.

Привод работает следующим образом. После включения насоса 1 и подачи под давлением рабочей жидкости через гидрораспределитель 3 в силовой сильфон 8 (в исходном состоянии кронштейн 20 занимает среднее положение относительно ограничителя 26) центральная подвижная стенка 11 устанавливается в среднее положение. Для осуществления приводом ускоренного перемещения зажим 28 освобождается, а перемещаемый узел 12 и кронштейн 20 через штангу 27 фиксируются зажимами 29 и 30 относительно корпуса сильфонного гидроцилиндра, в результате чего исполнительный узел 12, корпус сильфонного гидроцилиндра и кронштейн 20 ускоренно перемещаются как одно целое от реверсивного двигателя 25 через шариковую винтовую пару качения 24 (при этом фиксаторы 17, 18, 19 зажаты, а упоры 21, 21, 23 находятся в состоянии перекрытия). The drive operates as follows. After turning on the pump 1 and supplying pressure of the working fluid through the valve 3 to the power bellows 8 (in the initial state, the bracket 20 is in the middle position relative to the limiter 26), the central movable wall 11 is set to the middle position. For the drive to accelerate the movement, the clamp 28 is released, and the movable assembly 12 and the bracket 20 through the rod 27 are fixed with clamps 29 and 30 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 20 are accelerated as a whole from the reversing motor 25 through a ball screw pair of rolling 24 (while the latches 17, 18, 19 are clamped, and the stops 21, 21, 23 are in a state of overlap).

По окончании ускоренного перемещения включается зажим 28, фиксирующий достигнутое положение сильфонного гидроцилиндра, а следовательно, и исполнительного узла 12, а зажимы 29 и 30 освобождаются, что делает привод готовым к осуществлению микрошаговых перемещений. At the end of the accelerated movement, the clamp 28 is turned on, fixing the reached position of the bellows hydraulic cylinder, and consequently the actuating unit 12, and the clamps 29 and 30 are released, which makes the drive ready for microstep movements.

Перед началом микрошаговых перемещений выбирается рабочий дозирующий сильфон или их комбинация в соответствии с каким-либо кодом с помощью зажимов 17, 18, 19 и упоров 21, 22, 23, т.е. сильфоны, которые предназначены для дозирования, фиксируются относительно кронштейна 20 с помощью упоров 21, 22, 23, а неработающие фиксируются относительно кронштейна 16 зажимами 17, 18, 19. Before starting micro-stepping movements, a working metering bellows or a combination of them is selected in accordance with some code using clamps 17, 18, 19 and stops 21, 22, 23, i.e. bellows, which are designed for dispensing, are fixed relative to the bracket 20 using the stops 21, 22, 23, and idle are fixed relative to the bracket 16 with clamps 17, 18, 19.

При задании двигателем 25 шаговых перемещений кронштейну 20 вправо рабочие дозирующие сильфоны начинают разжиматься, отбирая из силового сильфона 7 порции жидкости с частотой следования шагов, т.е. с частотой управления, и суммарным объемом за один управляющий импульс, определяемым величиной единичного шага кронштейна 20, т.е. дискретностью, и общей площадью поперечного сечения работающих дозирующих сильфонов. 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 engine 25 sets the step movements to the bracket 20 to the right, the working metering bellows begin to unclench, taking from the power bellows 7 a portion of the liquid with a frequency of steps, i.e. with the control frequency, and the total volume for one control impulse, determined by the unit step of the bracket 20, i.e. discreteness, and the total cross-sectional area of the working metering bellows. 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 influence of the 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 25 шаговых перемещений кронштейну 20 влево рабочий дозирующий сильфон или их комбинация начинают сжиматься, в результате чего порции рабочей жидкости, вытесняясь из них в силовой сильфон 7, производят микрошаговое перемещение узла 12 влево, при этом сброс избытка жидкости и поддержание постоянного заданного рабочего давления в силовом сильфоне 8 производится переливным клапаном 2. When the engine sets 25 steps to the bracket 20 to the left, the working metering bellows or a combination of them starts to compress, as a result of which the portions of the working fluid, being forced out of them into the power bellows 7, micro-step the 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 29. After the completion of microstepping movements, the position of the actuating unit 12 is fixed by the clamp 29.

Для возврата центральной подвижной стенки 11 в среднее (исходное) положение зажимы 29, 30 освобождаются, кронштейн 20 от шагового двигателя 25 через винтовую пару 24 перемещается в среднее положение относительно ограничителя 26. Далее привод готов к повторению цикла. To return the central movable wall 11 to the middle (initial) position, the clamps 29, 30 are released, the bracket 20 moves from the stepper motor 25 through the screw pair 24 to the middle position relative to the limiter 26. Next, the drive is ready to repeat the cycle.

Изменяя двигателем 25 частоту шаговых перемещений кронштейна 20 и включая в работу то или иное количество дозирующих сильфонов, можно произвольно изменять величину единичного микрошага и скорость движения перемещаемого узла 12. By changing the frequency of the stepping movements of the bracket 20 by the engine 25 and including in the operation one or another number of metering bellows, it is possible to arbitrarily change the size of a single microstep and the speed of movement of the moving unit 12.

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

Claims

A step motion drive comprising a bellows hydraulic cylinder, consisting of two power bellows coaxially mounted in the housing with a common central movable wall connected to the moving unit, with one cavity of the bellows hydraulic cylinder communicating with a constant pressure source and the other with a metering device, characterized in that made in the form of several bellows, differing in effective cross-sectional area in accordance with any code, includes clamps and stops with which you can fix amb movable wall of each power cylinder with respect to the bellows body or relative to the movable arm, rigidly connected to the nut screw pair rolling spindle which is driven by the reversible stepper motor.