SU865612A1

SU865612A1 - Device for automatic positioning of working member

Info

Publication number: SU865612A1
Application number: SU792797695A
Authority: SU
Inventors: Павел Григорьевич Кравцов
Original assignee: Куйбышевский политехнический институт им.В.В.Куйбышева
Priority date: 1979-07-16
Filing date: 1979-07-16
Publication date: 1981-09-23

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ РАБОЧЕГО ОРГАНА(54) DEVICE FOR AUTOMATIC POSITIONING OF THE WORKING BODY

1one

Изобретение относитс к станкостроению и может быть использовано в координатнорасточных , координатно-шлифовальных станках и координатно-измерительных машинах портального типа.The invention relates to a machine tool industry and can be used in coordinate drilling, coordinate grinding machines and portal-type coordinate measuring machines.

Известно устройство дл автоматического позиционировани поперечины, содержащее электропривод дл перемещени и позиционировани почтеречины относительно стоек и систему автоматического управлени (САУ)двум гидравлическими исполнитель ными элементами микроперемёщений концов поперечины, предназначенную дл стабилизации взаимного параллельного положени поперечины и стола. При этом базовые торцы ходовых винтов через упорные подщипники установлены в корпусах, подкоторыми размешены исполнительные элементы микроперемещений, выполненные в виде гидроопор. Такое конструктивное исполнение элементов микроперемещений обеспечивает возможность вертикального перемещени ходовых винтов без их поворота, и тем самым достигаетс исключение трени , имевшего место в резьбовых соединени х исполнительных элементов с ходовыми винтами 1.A device for automatic positioning of the crossmember is known, which contains an electric drive for moving and positioning the pochterachina with respect to the uprights and an automatic control system (ACS) for two hydraulic executive elements of the microswitches of the ends of the cross member, designed to stabilize the mutual parallel position of the cross member and the table. In this case, the base ends of the spindle screws through thrust support plates are installed in housings, under which are placed the actuating elements of microdisplacements, made in the form of hydro-bearings. Such a design of the microdisplacement elements provides the possibility of vertical movement of the spindle screws without turning them, and thus avoids the friction that occurred in the threaded connections of the actuating elements with the spindle screws 1.

Недостатком известного устройства вл етс то, что остаютс нескомпенсированными силы трени в направл ющих «поперечина-стойки . Применение специальных антискачковых масел дает возможность лишь уменьшить коэффициент трени поко и сделать его достаточно близким к коэффициенту трени движени , т. е. обеспечить независимость силы трени от скорости движени , но не устранить ее. В свою очередь, трение в направл ющих обусловливает наличие такA disadvantage of the known device is that the friction forces in the cross-pillar guides remain uncompensated. The use of special anti-slip oils only makes it possible to reduce the coefficient of friction of rest and make it sufficiently close to the coefficient of friction of movement, i.e., to ensure the independence of the force of friction on the speed of movement, but not to eliminate it. In turn, the friction in the guides causes the presence of

IQ называемой «зоны засто , котора приводит к возникновению автоколебаний в САУ гидроопорами, что не позвол ет обеспечить высокую точность позиционировани поперечины .An IQ of the so-called stagnation zone, which leads to self-oscillations in the ACS by hydro-bearings, which does not allow for high positioning accuracy of the cross member.

Цель изобретени - устранение указанных недостатков и повышение точности позиционировани рабочего органа.The purpose of the invention is to eliminate these drawbacks and improve the accuracy of positioning the working body.

Указанна цель достигаетс тем, что в устройстве дл автоматического позиционировани рабочего органа, например поперечины станка портального типа, содержащемThis goal is achieved by the fact that in the device for the automatic positioning of the working body, for example, a gantry type cross member containing

2020

систему автоматического управлени перемещени ми рабочего органа, например состо щую из двух каналов управлени , каждый из которых включает в себ задатчик иa system for automatically controlling the movement of the working member, for example, consisting of two control channels, each of which includes a master and

датчик перемещени рабочего органа, блок сравнени , усилитель, управл емый силовой преобразователь, например электрогидропреобразователь , и гидравлический исполнительный элемент, например выполненный в виде гидроопоры, к каждому гидравлическому исполнительному элементу подключено индивидуальное управл емое гидравлическое сопротивление, св занное через релейный элемент с блоком воздействи по производной выходного давлени соответствующего управл емого силового преобразовател .the displacement transducer of the actuator, the comparator unit, an amplifier controlled by a power converter, for example an electrohydraulic converter, and a hydraulic actuator, for example, made in the form of a hydraulic support, are connected to each hydraulic actuator an individual controlled hydraulic resistance connected through the relay element with the action unit the derivative of the output pressure of the corresponding controlled power converter.

Кроме того, блок воздействи по производной выходного давлени управл емого силового преобразовател выполнен в виде последовательно соединеных электронной модели управл емого силового преобразовател и дифференцирующего звена, реализованных на операционных усилител х, при этом выход усилител , вход щего в состав соответствующего канала системы автоматического управлени перемещени ми рабочего органа, св зан со входом блока воздействи по производной выходного давлени управл емого силового преобразовател , а выход упом нутого блока подключен ко входу релейного элемента.In addition, the unit of action on the derivative of the output pressure of the controlled power converter is made in the form of a series-connected electronic model of a controlled power converter and a differentiation link implemented on operational amplifiers, with the output of the amplifier included in the corresponding channel of the automatic motion control system the working device is connected to the input of the action unit by the derivative of the output pressure of the controlled power converter, and the output th unit is connected to the input of the relay member.

На чертеже изображен станок с устройством дл автоматического позиционировани рабочего органа, общий вид.The drawing shows a machine with a device for automatic positioning of the working member, general view.

Станок содержит станину 1, стол 2, стойки 3 и 4, поперечину 5 и щпиндельную бабку 6. Ходовые винты 7 и 8, взаимодействующие с гайками 9 и 10, предназначены дл перемещени г оперечины 5 по направл ющим стоек 3 и 4 и соединены через черв чные редукторы 11 и 12 с валами 13 и 14 электродвигател 15 посто нного тока. Два прецизионных датчика 16 и 17 линейных перемещений, например, индукционные импульсные датчики, встроены в левом и правом концах поперечины 5, а соответствующие этим датчикам 16 и 17 щкалы 18 и 19 отсчета монтируютс на стойках 3 и 4 параллельно ос м ходовых винтов 7 и 8. Дл обеспечени возможности вертикального перемещени ходовых винтов 7 и 8 (без их поворота) вместе с закрепленной на них поперечиной 5 базовые торцы 20 и 21 ходовых ВИНТИВ 7 и 8 через упорные подщипннки 22 и 23 установлены в корпусах 24 и 25, под которыми размещены гидроопоры 26 и 27.The machine contains a frame 1, a table 2, pillars 3 and 4, a crosspiece 5 and a spindle head 6. The spindle screws 7 and 8, which interact with nuts 9 and 10, are designed to move the girder 5 along the guide racks 3 and 4 and are connected via a screw personal gearboxes 11 and 12 with the shafts 13 and 14 of the electric motor 15 direct current. Two precision sensors 16 and 17 of linear displacements, for example, inductive pulse sensors, are built into the left and right ends of the cross member 5, and the corresponding reference sensors 16 and 17 are mounted on racks 3 and 4 parallel to the axis of the chassis screws 7 and 8 To provide the possibility of vertical movement of the running screws 7 and 8 (without turning them) together with the crossbar 5 fixed on them, the base ends 20 and 21 of the running SCREW 7 and 8 through the support platforms 22 and 23 are installed in the housings 24 and 25, under which the hydraulic supports are placed 26 and 27.

Устройство дл автоматического позиционировани рабочего органа состоит из двухканальной САУ с гидроопорами 26 и 27. При этом один из каналов (условно, первый ), содержит блок 28 ввода задани , датчик 16 перемещени левого конца поперечины 5 относительно щкалы 18 отсчета, блок 29 сравнени , цифроаналоговый преобразователь 30, усилитель 31, управл емый силовой преобразователь 32, например электрогидропреобразователь типа «сопло-заслонка , и гидроопору 26. Кроме того, дл компенсации вли ни трени , возникающего в направл ющих «поперечина 5-стойка 3, этот канал оснащен блоком 33 воздействи по производной выходного давлени электрогидропреобразовател 32, релейным элементом 34 и золотником 35 - распределителем рабочей жидкости с электромагнитным управлением. Блок 33 воздействи по производной выходного давлени электрогидропреобразовател 32 выполнен, например в виде последовательно соединенных электронной модели электрогидропреобразовател 32 и дифференцирующего звена, реализованных на операционных усилител х. Релейный элемент 34 представл ет собой однопол рный релейный усилитель. Двухпозиционный золотник 35 с одним электромагнитом посто нного тока и пружинным возвратом в исходное положение имеет внешние каналы, один из которых св зан с гидроопорой 26 и выходом электрогидропреобразовател 32, а к двум другим подключеныThe device for automatic positioning of the working body consists of a two-channel automatic control system with hydraulic supports 26 and 27. At the same time, one of the channels (conditionally, the first) contains a task input block 28, a sensor 16 for moving the left end of the cross-member 5 relative to the chambers 18 of reference, a comparative block 29, digital-analog a converter 30, an amplifier 31, a controlled power converter 32, such as an electric nozzle-gate type electrohydraulic converter, and a hydraulic support 26. In addition, to compensate for the effects of friction arising in the guides, the cross-member is 5-post 3, this channel is equipped with a block 33 acting on the derivative of the output pressure of the electrohydraulic converter 32, the relay element 34 and the spool 35 a working fluid distributor with an electromagnetic control. The impact unit 33 on the derivative of the output pressure of the electrohydraulic converter 32 is made, for example, in the form of a series-connected electronic model of the electric hydraulic converter 32 and a differentiating element implemented on operational amplifiers. The relay element 34 is a unipolar relay amplifier. An on / off spool 35 with one DC electromagnet and a spring return to the initial position has external channels, one of which is connected to the hydraulic support 26 and the output of the electric hydraulic converter 32, and the other two are connected

различные по величине посто нные гидравлические сопротивлени 36 и 37.different in magnitude constant hydraulic resistances 36 and 37.

Другой канал системы управлени (условно , второй) содержит блок 28 ввода задани , датчик 17 перемещени правого конJ ца поперечины 5 относительно щкалы 19 отсчета, блок 38 сравнени , цифроаналоговый преобразователь 39, усилитель 40, управл емый силовой преобразователь 41, например электрогидропреобразователь типа «сопло-заслонка, и гидроопору 27. КромеThe other channel of the control system (conditionally, the second one) contains a task input unit 28, a sensor 17 for moving the right end of the cross member 5 relative to the counting chambers 19, a comparison unit 38, a digital-to-analog converter 39, an amplifier 40 controlled by a power converter 41, such as a nozzle type electrohydraulic converter. - valve, and hydraulic bearing 27. Except

0 того, дл компенсации вли ни трени , возникающего в направл ющих «поперечина 5 - стойка 4, этот канал оснащен блоком 42 воздействи по производной выходного давлени электрогидропреобразовател 41, релейным элементом 43 и золотником 44-In addition, to compensate for the effect of friction arising in the guides of the cross member 5 is a support 4, this channel is equipped with an influence unit 42 on the derivative of the output pressure of the electrohydraulic converter 41, a relay element 43 and a spool 44-

5 распределителем рабочей жидкости с электромагнитным управлением. Двухпозиционный золотник 44 с одним электромагнитом посто нного тока и пружинным возвратом в исходное положение имеет внешние каналы, один из которых св зан с гидроопорой 27 и выходом электрогидропреобразовател 41, а к двум другим подключены различные по величине посто нные гидравлические сопротивлени 45 и 46.5 distributor working fluid with electromagnetic control. An on / off spool 44 with one DC electromagnet and a spring return to its original position has external channels, one of which is connected to the hydraulic bearing 27 and the output of the electrohydraulic converter 41, and two different hydraulic constants 45 and 46 connected to the other.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

5 Предварительно, при наладке станка, согласовываетс положение нулевых точек отсчета на шкалах 18 и 19 таким образом, чтобы они лежали в плоскости зеркала стола 2. При этом обеспечение равенства координат положений левого и правого концов5 Previously, when setting up the machine, the position of zero points of reference on scales 18 and 19 is coordinated so that they lie in the plane of the table's mirror 2. At the same time, the coordinates of the left and right ends are equal

поперечины 5 относительно соответствующих шкал 18 и 19 одновременно означает и обеспечение параллельности поперечины 5 и зеркала стола 2. Одновременно устанавливаетс «гидравлический ноль электро5 гидропреобразователей 32 и 41 таким образом , чтобы при нулевом управл ющем сигнале на входах электрогидропреобразователей 32 и 41 давление в гидроопорах 26 и 27 было одинаковым и равным половине максимально допустимого давлени . Тем самым достигаетс возможность изменени давлени в гидроопорах 26 и 27 в процессе работы устройства как в сторону увеличени , так и в сторону уменьшени . crossbar 5 with respect to the corresponding scales 18 and 19 simultaneously means ensuring parallelism of crossbar 5 and the table mirror 2. At the same time, a hydraulic zero electric transducer 32 and 41 is installed so that at zero control signal at the inputs of electrohydraulic transducers 32 and 41 the pressure in the hydraulic bearings 26 and 27 was the same and equal to half the maximum allowable pressure. Thus, it is possible to change the pressure in the hydraulic bearings 26 and 27 during the operation of the device both upwards and downwards.

Ускоренные перемещени поперечины 5 из одной позиции в другую, осуществл ютс с помощью электродвигател 15, который сообщает вращение через валы 13 и 14 и редукторы 11 и 12 ходовым винтам 7 и 8, взаимодействующим с гайками 9 и 10. Однако за счет погрешностей изготовлени элементов кинематической цепи привода поперечины 5, из-за различи упругих деформаций ходовых винтов 7 и 8, вызванных перераспределением нагрузки на них при перемещении щпиндельной бабки 6 по поперечине 5 и т. п., перемещени концов поперечины 5 будут неодинаковыми, и ее точное позиционирование производитс с помощью двухканальной САУ гидроопорами 26 и 27, котора включаетс в зоне малых отклонений поперечины 5 от заданного положени (например, в зоне - 1 мм) после отключени электродвигател 15).The accelerated movements of the cross member 5 from one position to another are carried out by means of an electric motor 15, which imparts rotation through shafts 13 and 14 and gearboxes 11 and 12 to driving screws 7 and 8 interacting with nuts 9 and 10. However, due to errors in the manufacture of kinematic elements drive chains of cross member 5, due to differences in the elastic deformations of the running screws 7 and 8, caused by the redistribution of the load on them when the spindle head 6 moves along the crossbar 5, etc., the displacements of the ends of the cross member 5 are unequal, and its exact position tioning manufactured via dual channel ACS Hydro 26 and 27 which is included in the zone of small deviations cross member 5 from a reference position (e.g., in the zone - 1 mm) after the motor 15).

Рассмотрим работу САУ гидроопорами 26 и 27 на примере одного канала управлени (условно, первого). Сигналы с блока 28 ввода задани и датчика 16 поступают в блок 29 сравнени , на выходе последнего возникает разностный сигнал, который посредством цифроаналогового преобразовател 30 преобразуетс из цифровой формы в напр жение, и после усилени в усилителе 31 поступает на электрогидропреобразователь 32. Последний измен ет давление в гидроопоре 26. Одновременно сигнал с усилител 31 подаетс на вход блока 33 воздействи по производной, и на его выходе возникает электрический сигнал, пропорциональный производной выходного давлени электрогидропреобразовател 32. Предположим дл определенности, что этот сигнал , поступающий на вход однопол рного релейного усилител 34, имеет положительную пол рность, тогда на выходе релейного усилител 34 также по вл етс электрический сигнал, который подаетс на электромагнит золотника 35. Происходит перемещение золотника 35 из исходной позиции (она показана на чертеже: гидроопора 26 через золотник 35 подключена к гидравлическому сопротивлению 36) в другую, при которой гидроопора 26 через золотник 35 оказываетс подключенной к гидравлическому сопротивлению 37. Гидравлические сопротивлени 36 и 37 различны по величине (в частности сопротивление 36 меньще сопротивлени 37) и, следовательно, при срабатывании золотника 35 происходит скачкообразное изменение гидравлического сопротив лени , св занного с гидроопорой 26 на величину , равную разности значений гидравлических сопротивлений 36 и 37. Это сопровождаетс скачкообразным увеличением давлени в гидроопоре 26. ТаКИМ образом, управл ющий сигнал - давление в гидроопоре 26 - формируетс из двух составл ющих: во-первых, давлени , регулируемого со стороны электрогидропреобразовател 32, и, во-вторых, давлени , 5 обусловленного изменением гидравлического сопротивлени , св занного через золотник 35 с гидроопорой 26. Кажда tile этих составл ющих давлени обусловливает возникновение соответствующих составл ющих усили , действующего через корпус 24 0 и ходовой винт 7 на левый конец поперечины 5, причем при соответствующем выборе величин гидравлических сопротивлений 36 и 37 составл юща усили , вызванна изменением гидравлического сопротивлени , св занного через золотник 35 с гидроопо5 рой 26, равна по величине силе трени , возникающей в направл ющих «поперечина 5- стойка 3, и противоположно ей направлена. Вследствие инерционности элементов, включенных в первый канал управлени , скорость изменени давлени электрогирдропреобразовател 32 существенно меньше скорости изменени давлени , вызванного переключением гидравлических сопротивлений 36 и 37 посредством практически скачкообразного перемещени золотника 35, 5 можно дополнительно по снить физическую сущность работы первого канала управлени , следующим образом. По знаку производной выходного давлени электрогидропреобразовател 32 (т. е. по пол рности сигнала на выходе блока 33) определ етс же0 лаемое направление движени левого конца поперечины 5 и за счет срабатывани золотника 35 формируетс упреждающий сигнал - усилие, развиваемое гидроопорой 26 и компенсирующее зону засто , порожденную силами трени в направл ющих «поперечина 5 - стойка 3. Дальнейшее изменение давлени электрогидропреобразовател 32, следовательно, и соответствующей ему составл ющей усили , развиваемого гидроопорой 26, приводит к перемещению корпуса 24, а вместе с ним ходового винта 7 и закрепленного на нем левого конца поперечины 5. Перемещение происходит до тех пор, пока левый конец поперечины 5 не займет положение, предписанное блоком 28 ввода задани , с погрешностью, не пре5 выщающей величины допустимой статической ошибки. Принципиально важным вл етс то, что при возникновении усили со стороны гидроопоры 26, вызванного из менением давлени электрогидропреобразовател 32, движение левого конца попе0 речины 5 начинаетс немедленно, поскольку ему не преп тствуют силы трени , действующие в направл ющих «поперечина 5 - стойка 3, так как вли ние указанных сил трени устран етс упреждающим сигналом, компенсирующим зону засто .Consider the work of the ACS hydro-bearing 26 and 27 for the example of one control channel (conditionally, the first). The signals from the task input unit 28 and the sensor 16 are supplied to the comparison unit 29, a differential signal is generated at the output of the latter, which is converted by digital-to-analog converter 30 from digital form to voltage, and, after amplification in amplifier 31, is applied to electrohydraulic converter 32. in the hydraulic support 26. At the same time, the signal from the amplifier 31 is supplied to the input of the unit 33 by derivative action, and an electrical signal is generated at its output proportional to the derivative of the output pressure of the electrohydraulic roping converter 32. Suppose for definiteness that this signal, which is fed to the input of a unipolar relay amplifier 34, has a positive polarity, then an electrical signal appears at the output of the relay amplifier 34, which is applied to the spool electromagnet 35. The spool 35 moves from the initial position (it is shown on the drawing: the hydraulic support 26 is connected to the hydraulic resistance 36 through the spool 35) to another, in which the hydraulic bearing 26 through the spool 35 is connected to the hydraulic resistance 37. Hydraulic resistances 36 and 37 are different in size (in particular, resistance 36 is less than resistance 37) and, therefore, when spool 35 triggers, there is an abrupt change in hydraulic resistance associated with hydraulic support 26 by an amount equal to the difference in values of hydraulic resistance 36 and 37. This is accompanied by an abrupt increase in pressure in the hydraulic support 26. Thus, the control signal — the pressure in the hydraulic bearing 26 — is formed from two components: first, the pressure regulating from the side of the electrohydraulic converter 32, and, secondly, the pressure 5 due to the change in the hydraulic resistance connected via the slide 35 to the hydraulic support 26. Each of these components of the pressure causes the occurrence of the corresponding component forces acting through the case 24 and the driving screw 7 to the left end of the cross member 5, and with an appropriate choice of the values of the hydraulic resistances 36 and 37, the component force caused by the change in the hydraulic resistance connected through the spool 35 with the guide oopo5 swarm 26, equal in magnitude to the frictional force which arises in the guide "3 Front cross member 5, and oppositely directed to it. Due to the inertia of the elements included in the first control channel, the rate of change of pressure of electric interconverter 32 is substantially less than the rate of change of pressure caused by switching hydraulic resistances 36 and 37 through the almost abrupt movement of the spool 35, 5, the physical essence of the first control channel can be additionally changed as follows. The sign of the derivative of the output pressure of the electrohydraulic converter 32 (i.e., the polarity of the signal at the output of block 33) determines the desired direction of movement of the left end of cross member 5 and, due to the operation of the spool 35, a pre-emptive signal is generated — the force developed by the hydraulic support 26 and compensating generated by the friction forces in the guides of the cross-member 5-strut 3. A further change in pressure of the electrohydraulic converter 32, therefore, and the corresponding component developed by the hydro-prop 26, with It is designed to move the housing 24, and with it the lead screw 7 and the left end of the crossmember 5 secured to it. The movement takes place until the left end of the cross member 5 takes the position prescribed by the task introduction unit 28, with an error not exceeding 5 valid static error. Fundamentally important is that when a force comes from the hydraulic bearing 26, caused by a change in pressure of the electrohydraulic converter 32, the movement of the left end of the cross member 5 begins immediately, since it is not hampered by the frictional forces acting in the guides of the crossbar 5 - column 3, since the influence of the indicated friction forces is eliminated by a pre-emptive signal, compensating for the stagnation zone.

Claims

If the output of the left end of the cross member 5 to a given coordinate is not monotonous, but oscillatory, then the positioning changes the sign of the output pressure derivative of the electrohydraulic converter 32, i.e., the polarity of the signal at the output of the block 33. This indicates a change in the desired direction of movement of the left the end of the cross member 5 to the opposite, which is also accompanied by a change in the direction of the friction forces in the guides of the cross member 5-down. Therefore, it becomes necessary to compensate for the zone of stagnation, i.e., neither the friction forces, which will impede the movement of the left end of the cross member 5 in the changed direction. In particular, if the polarity of the signal at the output of the block 33 becomes negative, then at the output of the unipolar relay amplifier 34 the signal is zero, and the spool 35 electromagnet loses power. Under the action of the spring, the spool 35 returns to its original position 37, hydraulic resistance 36 is again connected. This also leads to an abrupt decrease in pressure in the hydraulic bearing 26 and compensation of the dead zone. Thus, in the course of operation of the first channel of the control system, a proactive compensation of the friction forces acting in the guides of the crossbar 5 - pillar 3 occurs continuously, which prevents the possibility of self-oscillations and ensures high accuracy of the positioning of the left crossbar of the crossbar 5. The positioning of the right end of the transverse 5 occurs the second control channel (ACS hydro-bearing 27), whose operation is completely similar to the above-described operation of the first channel of the control system. The use of the present invention makes it possible to compensate for the influence of friction forces arising in sliding guides during movements of the working member, and to ensure high accuracy of its positioning. This contributes to solving the problem of creating class C machines. Invention 1. A device for automatically positioning a working member, for example, a gantry type cross member, comprising a system for automatically controlling the movement of the working member, for example, consisting of two control channels, each of which includes a setting unit and an actuator displacement sensor, a comparison unit, an amplifier, a controlled power converter and a hydraulic actuator, characterized in that, in order to To achieve precise positioning of the tool, each control channel is equipped with a controllable hydraulic resistance, a relay element and an influence unit based on the output pressure of the power converter, and the specified influence unit is connected to the hydraulic actuator through a relay element.

2. The device according to claim 1, characterized in that the block of action on the derivative of the output pressure of the power converter is made in the form of a series-connected electronic model of a controlled power converter and a differentiation link implemented on operational amplifiers, the output of the amplifier included in the corresponding channel of the automatic control system for the movement of the working element is connected with the input of the action unit by the derivative of the output pressure of the controlled power converter, block output of the derivative - a relay with the input element. Sources of information taken into account during the examination 1. USSR author's certificate No. 557883, cl. B 23 O 7/04, 1976. iGEE and