RU85389U1

RU85389U1 - DEVICE FOR COMPENSATION OF MUTUAL ANGULAR MOVEMENTS OF AXES OF THE TOOL AND THE BORED HOLE

Info

Publication number: RU85389U1
Application number: RU2009101655/22U
Authority: RU
Inventors: Наталья Станиславовна Самохина; Борис Михайлович Горшков; Александр Федорович Денисенко; Светлана Ивановна Трубачева; Ольга Васильевна Маршанская; Константин Владимирович Загребин
Priority date: 2009-01-19
Filing date: 2009-01-19
Publication date: 2009-08-10

Abstract

Устройство компенсации взаимных угловых перемещений осей инструмента и растачиваемого отверстия, состоящее из гидродомкрата, электрогидравлического преобразователя и станции гидравлического давления, отличающееся тем, что вместо одной из трех опор, размещенной в максимальной близости к стойке или максимальном удалении от нее, на которых базируется на столе обрабатываемая корпусная заготовка, вводится гидродомкрат, а для оценки взаимных угловых перемещений осей инструмента и растачиваемого отверстия - уровни электронные, которые устанавливаются на обрабатываемой корпусной заготовке и стойке станка соответственно.A device for compensating mutual angular movements of the tool axes and the bored hole, consisting of a hydraulic jack, an electro-hydraulic converter and a hydraulic pressure station, characterized in that instead of one of the three supports located at the maximum proximity to the rack or the maximum distance from it, on which the table to be machined case blank, a hydraulic jack is introduced, and to assess mutual angular displacements of the tool axes and the bored hole - electronic levels that are anavlivayutsya on the treated workpiece and the rack cabinet of the machine, respectively.

Description

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно - к высокоточному станкостроению, и может быть использовано в прецизионных станках расточной и фрезерной группах с горизонтальным расположением шпинделя.The invention relates to the field of engineering, mainly to high-precision machine tools, and can be used in precision machines for boring and milling groups with a horizontal spindle.

Известно устройство стабилизации силовых деформаций станины [1], содержащее дополнительную опору станка, выполненную в виде гидродомкрата, устанавливаемую под место наибольшего прогиба станины, и содержащее программируемый логический контроллер, который управляет усилием гидродомкрата, препятствуя появлению изгибных деформаций станины. Недостатком известного устройства является частое появление ошибки управления из-за различных возмущающих воздействий, которыми могут быть температурные деформации, износ сопрягаемых поверхностей, упругие деформации за счет увеличения сил резания и массы заготовки. Это в свою очередь приводит к повторным переналадкам, усложнению и удорожанию обслуживания технологическим оборудованием.A device for stabilizing the power deformations of the bed [1], containing an additional support of the machine, made in the form of a hydraulic jack, installed under the greatest deflection of the bed, and containing a programmable logic controller that controls the force of the hydraulic jack, preventing the appearance of bending deformations of the bed. A disadvantage of the known device is the frequent occurrence of control errors due to various disturbing influences, which can be temperature deformations, wear of mating surfaces, elastic deformations due to an increase in cutting forces and mass of the workpiece. This, in turn, leads to repeated readjustments, complication and cost of maintenance of technological equipment.

В патенте [2] представлен способ повышения точности станка путем пространственного управления положением станины со столом и обрабатываемой корпусной заготовкой относительно фундамента. Управление осуществляется с помощью четырех гидродомкратов, установленных по периметру станины. Недостатком данного способа является существенное влияние контактных деформаций в стыках подсистем "станина-стол", "стол-заготовка", влияющих на точность обработки.In the patent [2], a method for improving the accuracy of the machine by spatial control of the position of the bed with the table and the machined case blank relative to the foundation is presented. Management is carried out using four hydraulic jacks installed around the perimeter of the bed. The disadvantage of this method is the significant influence of contact deformations at the joints of the subsystems "bed-table", "table-workpiece", affecting the accuracy of processing.

Целью настоящего изобретения является повышение точности обработки на станке, путем компенсации возникающих отклонений осей инструмента и обрабатываемого отверстия, вызванных деформациями изгиба станины.The aim of the present invention is to improve the accuracy of machining on the machine, by compensating for the occurring deviations of the axes of the tool and the machined hole caused by deformations of the bend of the bed.

Данная цель достигается за счет того, что в предлагаемом устройстве компенсации взаимных угловых перемещений осей инструмента и растачиваемого отверстия, вместо одной из трех опор, размещенной в максимальной близости к стойке или максимальном удалении от нее, на которых базируется на столе обрабатываемая корпусная заготовка, вводится гидродомкрат, а для оценки взаимных угловых перемещений осей инструмента и растачиваемого отверстия, уровни электронные, которые устанавливаются на обрабатываемой корпусной заготовке и стойке станка соответственно.This goal is achieved due to the fact that in the proposed device for compensating mutual angular movements of the axes of the tool and the bored hole, instead of one of the three supports located in the maximum proximity to the rack or the maximum distance from it, on which the workpiece body is based on the table, a hydraulic jack is introduced and to assess the mutual angular displacements of the axes of the tool and the bored hole, the electronic levels that are installed on the machined case blank and the machine stand with tvetstvenno.

На фиг.1 показан общий вид координатно-расточного станка, оснащенный устройством компенсации взаимных угловых перемещений осей инструмента и растачиваемого отверстия. Станок состоит из станины 1, установленной на три жесткие опоры 2, 3 и 4 относительно фундамента. По направляющим станины в направлении оси OZ перемещается стойка 5, со шпиндельной бабкой 6, обрабатывающей на станке корпусную заготовку 7, которая закреплена на столе 8 станка. Шпиндельная бабка, содержащая шпиндельный узел, с закрепленным режущим инструментом 9 (борштангой), перемещается в направлении оси OY при помощи электродвигателя 10 (М). Корпусная заготовка устанавливается на две установочные опоры 11, 12 и гидродомкрат 13 предлагаемого устройства. Устройство содержит также гидравлическую станцию 14, электрогидравлический преобразователь 15, усилитель электрического сигнала 16 и уровни электронные 18, 19 (УЭ₁, УЭ₂). Устройство использует в станке датчик перемещения по оси OZ 17 и систему ЧПУ 20 (CNC).Figure 1 shows a General view of the coordinate boring machine, equipped with a device for compensating the mutual angular movements of the axes of the tool and the bored hole. The machine consists of a bed 1, mounted on three rigid supports 2, 3 and 4 relative to the foundation. A column 5 moves along the bed guides in the direction of the OZ axis, with a spindle head 6 processing a case blank 7 on the machine, which is mounted on the table 8 of the machine. A headstock containing a spindle assembly with a fixed cutting tool 9 (boring bar) is moved in the direction of the OY axis by means of an electric motor 10 (M). The case blank is installed on two mounting supports 11, 12 and a hydraulic jack 13 of the proposed device. The device also contains a hydraulic station 14, an electro-hydraulic converter 15, an electric signal amplifier 16 and electronic levels 18, 19 (UE ₁ , UE ₂ ). The device uses an OZ 17 axis displacement sensor and a CNC 20 system in the machine.

Уровень электронный УЭ₁ на стойке определяет угол ее наклона α1, вследствие деформации изгиба станины, а уровень УЭ₂ на обрабатываемой заготовке определяет угол наклона заготовки α2. Аналоговые или цифровые выходы с уровней подключаются к системе ЧПУ станка.The level of electronic UE ₁ on the rack determines the angle of inclination α1, due to deformation of the bend of the bed, and the level of UE ₂ on the workpiece determines the angle of inclination of the workpiece α2. Analog or digital outputs from the levels are connected to the CNC system of the machine.

На фиг.2 представлено закрепление корпусной заготовки на столе и устройство гидродомкрата. Заготовка со стороны установочных опор 11 и 12 закрепляется прихватами 21 при помощи болтов к станочным пазам 22 с гайками 23 и шайбами 24. Базовая поверхность корпусной заготовки устанавливается на толкатель гидродомкрата 25 и закрепляется при помощи шпильки 26 с гайкой 27 и шайбой 28. Нижний конец шпильки ввинчивается в резьбовое отверстие толкателя, который неподвижно соединен с жестким центром 29.Figure 2 presents the fixing of the housing blank on the table and the device of the hydraulic jack. The workpiece from the side of the mounting supports 11 and 12 is secured with clamps 21 with bolts to the machine grooves 22 with nuts 23 and washers 24. The base surface of the body workpiece is mounted on the jack pusher 25 and secured with a stud 26 with a nut 27 and a washer 28. The lower end of the stud screwed into the threaded hole of the pusher, which is fixedly connected to the rigid center 29.

Гидродомкрат состоит из основания 30, которое при помощи четырех отверстий, равномерно расположенных по окружности, крепится к Т-образным пазам стола. По упорной резьбе основания 30 ввинчивается корпус 31, который позволяет регулировать пространственное положение заготовки. Через штуцер 32 в корпус гидродомкрата 31 подается рабочая жидкость, давление которой регулируется в электрогидравлическом преобразователе. При помощи эластичной мембраны 33, изменяемое давление в гидродомкрате производит поступательное перемещение жесткого центра 29 и соответственно угловое перемещение переднего края заготовки относительно установочных опор 11 и 12. Крышка 34 прикручивается к корпусу 31 при помощи крепежных винтов, прижимает плотно эластичную мембрану и создает герметичное соединение.The hydraulic jack consists of a base 30, which, with the help of four holes evenly spaced around the circumference, is attached to the T-shaped grooves of the table. On the persistent thread of the base 30 is screwed into the housing 31, which allows you to adjust the spatial position of the workpiece. Through the fitting 32 into the housing of the hydraulic jack 31, a working fluid is supplied, the pressure of which is regulated in the electro-hydraulic converter. Using an elastic membrane 33, the variable pressure in the hydraulic jack translates the rigid center 29 and accordingly the angular movement of the front edge of the workpiece relative to the mounting supports 11 and 12. The cover 34 is screwed to the housing 31 using fixing screws, presses the tightly elastic membrane and creates a tight connection.

На фиг.3 показана геометрия угловых перемещений. Во время движения стойки по направлению к заготовке станина испытывает изгибные деформации, которые приводят к потере точности обработки на станке. Причиной этому служат взаимные отклонения осей инструмента и растачиваемого отверстия, вследствие угловых перемещений заготовки и стойки со шпиндельным узлом.Figure 3 shows the geometry of the angular displacements. During the movement of the rack towards the workpiece, the bed experiences bending deformations, which lead to a loss of machining accuracy on the machine. The reason for this is the mutual deviation of the tool axes and the bored hole, due to the angular movements of the workpiece and the rack with the spindle assembly.

На фиг.4 показаны структурные схемы стабилизации параллельности осей и вертикальной коррекции оси инструмента, где представлены следующие обозначения:Figure 4 shows the structural diagrams of stabilization of the parallelism of the axes and vertical correction of the axis of the tool, which presents the following notation:

U_вx - входной сигнал (состояние на входе);U _in - input signal (input state);

U_вых - выходной сигнал (состояние на выходе);U _o - output signal (state at the output);

U - управляющее воздействие;U is the control action;

УЭ₁ - уровень электронный, установленный на стойке;UE ₁ - electronic level mounted on a rack;

УЭ₂ - уровень электронный, установленный на заготовке;UE ₂ - electronic level installed on the workpiece;

α1 - угол наклона оси инструмента;α1 is the angle of inclination of the axis of the tool;

α2 - угол наклона оси растачиваемого отверстия;α2 is the angle of inclination of the axis of the bored hole;

CNC - система ЧПУ;CNC - CNC system;

У - усилитель;U is an amplifier;

ЭГП - электрогидравлический преобразователь;EGP - electro-hydraulic converter;

ГД - гидродомкрат;DG - hydraulic jack;

КЗ - корпусная заготовка;KZ - case blank;

ДП - датчик перемещения;DP - displacement sensor;

М - электродвигатель перемещения по оси OY;M - motor displacement along the axis OY;

ШУ - шпиндельный узел.ШУ - spindle unit.

При перемещении стойки по направляющим станины последняя начинает прогибаться в большей степени по мере удаления от установочной опоры станка 4 (фиг.1). Это перемещение соответствует входному сигналу, отмеченному на структурных схемах фиг.4, а и фиг.4, б. Входной сигнал или направленное движение стойки производит изгибные деформации станины, которые неравнозначно отражаются на угловых перемещениях корпусной заготовки и самой стойки. Таким образом, уровни электронные при воздействии производных от входного сигнала определяют величины угловых перемещений, т.е. при подаче входного сигнала на уровень 1, определяется угол наклона стойки и соответственно оси инструмента α1, а при подаче входного сигнала на уровень 2, определяется угол наклона заготовки и соответственно оси растачиваемого отверстия α2. Угол α1 будет положительным, так как он образуется при угловом перемещении стойки против часовой стрелки, а угол α2 будет отрицательным, так как он образуется при угловом перемещении заготовки по часовой стрелке. Оба угла подаются на сравнивающее устройство, которое на практике должно быть реализовано в программе ЧПУ, а на структурной схеме вынесено отдельным элементом. Полученная сумма соответствует разности между двумя углами, которая затем подается на вход системы ЧПУ. В системе ЧПУ будет определяться необходимая величина хода толкателя гидродомкрата для того, чтобы повернуть заготовку на угол α1+α2. Ход толкателя вычисляется по углу поворота заготовки и известному расстоянию, взятому в проекции по оси OZ между установочной опорой заготовки 11 или 12 и гидродомкратом 13. Это расстояние должно вводиться в память ЧПУ перед началом обработки как величина постоянная для каждой отдельной заготовки. Далее с выхода ЧПУ снимается величина хода толкателя, преобразованная в электрический сигнал, и подается на вход усилителя, который, усилив этот сигнал, подает его на вход электрогидравлического преобразователя. Электрогидравлический преобразователь преобразовывает электрический сигнал в пропорциональное давление рабочей жидкости, которое является управляющим воздействием на входе гидродомкрата. Гидродомкрат при изменении давления на выходе преобразователя производит подъем переднего края корпусной заготовки, что приводит ее к повороту относительно установочных опор 11 и 12 на угол α1+α2.When moving the rack along the guides of the bed, the latter begins to bend to a greater extent as it moves away from the mounting support of the machine 4 (Fig. 1). This movement corresponds to the input signal marked on the structural diagrams of figure 4, a and figure 4, b. The input signal or the directional movement of the rack produces bending deformations of the bed, which are unequally reflected in the angular movements of the body blank and the rack itself. Thus, the electronic levels, when exposed to derivatives of the input signal, determine the angular displacements, i.e. when applying the input signal to level 1, the angle of inclination of the stand and, accordingly, the axis of the tool α1 is determined, and when applying the input signal to level 2, the angle of inclination of the workpiece and, accordingly, the axis of the bored hole α2 is determined. The angle α1 will be positive, since it is formed during the angular movement of the counter counterclockwise, and the angle α2 will be negative, since it is formed during the angular movement of the workpiece clockwise. Both angles are fed to a comparison device, which in practice should be implemented in the NC program, and on a block diagram made out as a separate element. The resulting amount corresponds to the difference between the two angles, which is then fed to the input of the CNC system. In the CNC system, the required stroke size of the hydraulic jack pusher will be determined in order to rotate the workpiece by an angle α1 + α2. The stroke of the pusher is calculated by the angle of rotation of the workpiece and the known distance taken in the projection along the OZ axis between the mounting support of the workpiece 11 or 12 and the hydraulic jack 13. This distance must be entered into the CNC memory before processing as a constant for each individual workpiece. Next, the pusher stroke value converted to an electric signal is taken from the CNC output and fed to the input of the amplifier, which, amplifying this signal, feeds it to the input of the electro-hydraulic converter. The electro-hydraulic converter converts the electrical signal into a proportional pressure of the working fluid, which is the control action at the inlet of the hydraulic jack. When changing the pressure at the converter outlet, the hydraulic jack raises the front edge of the housing blank, which leads it to rotate relative to the mounting supports 11 and 12 by an angle α1 + α2.

На выходе структурной схемы корпусная заготовка изменяет свое относительное положение и соответственно угол наклона α2, который подается обратно на уровень электронный 2 как возмущение. При этом начальный входной сигнал от перемещения стойки уже не учитывается на входе уровня 2, так как положение заготовки было изменено управляющим воздействием, и мы рассматриваем работу устройства в каждый конкретный момент времени, в котором перемещение стойки имеет какое-то конечное значение. В этом случае входной сигнал сохраняется на входе уровня электронного 1 и имеет постоянное значение до момента последующего дискретного перемещения стойки.At the output of the structural diagram, the housing blank changes its relative position and, accordingly, the angle of inclination α2, which is fed back to the electronic level 2 as a disturbance. In this case, the initial input signal from the movement of the rack is no longer taken into account at the input of level 2, since the position of the workpiece has been changed by the control action, and we consider the operation of the device at each specific point in time in which the movement of the rack has some final value. In this case, the input signal is stored at the input of electronic level 1 and has a constant value until the subsequent discrete movement of the rack.

На уровне электронном 2 определяется величина возмущения, т.е. угол α2, который затем подается на сравнивающее устройство. Если угол α2 будет не равен углу α1, то будет происходить повторное преобразование разности углов в управляющее воздействие гидродомкрата до тех пор, пока оба угла не сравняются.At the electronic level 2, the perturbation value is determined, i.e. angle α2, which is then fed to the comparison device. If the angle α2 is not equal to the angle α1, then the angle difference will be converted again into the control action of the hydraulic jack until both angles are equal.

На фиг.4, б приведена структурная схема вертикальной коррекции оси инструмента относительно оси растачиваемого отверстия. На схеме показано, что входной сигнал, представленный дискретным перемещением стойки, подается помимо уровней электронных на вход датчика перемещения, который преобразовывает величину линейного перемещения стойки в электрический сигнал. Величина перемещения, измеренная датчиком, соответствует расстоянию между первоначальным положением стойки и положением, в котором проявляются взаимные угловые перемещения осей инструмента и отверстия.Figure 4, b shows the structural diagram of the vertical correction of the axis of the tool relative to the axis of the bore hole. The diagram shows that the input signal, represented by discrete movement of the rack, is supplied in addition to electronic levels to the input of the displacement sensor, which converts the linear displacement of the rack into an electrical signal. The amount of movement measured by the sensor corresponds to the distance between the initial position of the stand and the position in which the mutual angular movements of the tool axes and the hole appear.

Выходные сигналы с уровней электронных (α1 и α2) и датчика перемещения подаются на входы системы ЧПУ, которая преобразовывает электрические сигналы в данные двоичного кода. Затем по этим данным вычисляется величина вертикальной коррекции. Часть данных для расчета должна определяться в управляющей программе как переменные данные, например координаты режущего инструмента. Остальную часть данных необходимых для расчета следует вводить в начале обработки каждой отдельной корпусной заготовки (габаритные размеры заготовки).The output signals from the electronic levels (α1 and α2) and the displacement sensor are fed to the inputs of the CNC system, which converts the electrical signals into binary code data. Then, based on these data, the vertical correction value is calculated. Part of the data for the calculation must be defined in the control program as variable data, for example, the coordinates of the cutting tool. The rest of the data necessary for the calculation should be entered at the beginning of the processing of each individual case stock (overall dimensions of the workpiece).

Вычисленная величина вертикальной коррекции преобразовывается в электрический сигнал определенной мощности или частоты в зависимости от типа используемого электродвигателя. Электродвигатель перемещает шпиндельный узел по смещенной оси OY' на величину вертикальной коррекции у'_кор, необходимой для того, чтобы ось инструмента совпала с продолжением оси растачиваемого отверстия.The calculated vertical correction value is converted into an electric signal of a certain power or frequency depending on the type of electric motor used. The electric motor moves the spindle assembly along the offset axis OY 'by the amount of vertical correction y' _core necessary to ensure that the axis of the tool coincides with the continuation of the axis of the bore hole.

Таким образом, при перемещении стойки по станине производится автоматическая стабилизация параллельности осей инструмента и растачиваемого отверстия и вертикальная коррекция оси инструмента относительно оси отверстия. Предлагаемое устройство позволяет существенно снизить влияние упругих деформаций в станке на точность обработки за счет компенсации взаимных угловых перемещений осей при управлении положением заготовки и с учетом независимости от контактных деформаций в стыках подсистем "станина-стол" и "стол-заготовка" повысить точность системы СПИЗ в целом.Thus, when moving the stand along the bed, the parallelism of the tool axis and the boring hole is automatically stabilized and the tool axis is vertically corrected relative to the hole axis. The proposed device can significantly reduce the effect of elastic deformations in the machine on the accuracy of processing by compensating for the mutual angular displacements of the axes when controlling the position of the workpiece and taking into account independence from contact deformations at the joints of the bed-table and table-workpiece subsystems, to increase the accuracy of the SPIZ system in whole.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Пат.74839 РФ, МПК В23В 25/06. Устройство стабилизации силовых изгибных деформаций станины горизонтального координатно-расточного станка /Горшков Б.М., Краснов С. В., Самохина Н.С., Лысак P.M., Вьюнов А.В., Загребин К.В. БИ №20, 2007.1. Pat. 74839 of the Russian Federation, IPC V23V 25/06. The device for stabilization of force bending deformations of the bed of a horizontal boring machine / Gorshkov B.M., Krasnov S.V., Samokhina N.S., Lysak P.M., Vyunov A.V., Zagrebin K.V. BI No. 20, 2007.

2. Пат.3807034 США, МПК B23Q 11/00; G05B 19/404. Method of truing up heavy workpieces on the table of a metal-cutting machine and such table for carrying said method into effect / Semen Pevzner, Viktor Koire 1974.2. Pat. 3807034 USA, IPC B23Q 11/00; G05B 19/404. Method of truing up heavy workpieces on the table of a metal-cutting machine and such table for carrying said method into effect / Semen Pevzner, Viktor Koire 1974.

Claims

A device for compensating mutual angular movements of the tool axes and the bored hole, consisting of a hydraulic jack, an electro-hydraulic converter and a hydraulic pressure station, characterized in that instead of one of the three supports located at the maximum proximity to the rack or the maximum distance from it, on which the table to be machined case blank, a hydraulic jack is introduced, and to assess the mutual angular displacements of the tool axes and the bored hole - electronic levels that are anavlivayutsya on the treated workpiece and the rack cabinet of the machine, respectively.