Способ автоматической компенсации тепловых смещений шпинделя металлорежущего станка

(51) В 23 В 25 у1а нецов орде на ееумана а; ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСКОМУ СВ(71) Московское ордена Ленин на Октябрьской Революции и о Трудового Красного Знамени в техническое училище им. Н.Э.(56) 1. Авторское свидетельство СССР Р 189281, кл, В 23 В 25/06, 1966.2, ОКцяйдгпа К., Ка)с 1 по Ч. Сопрапваг 1 оп ой гЬегща Й 1 вр 1 асепеп 1 Ьу соогс 11 пае я 1 вгеп соггес 1 оп, С 1 ВРапп, 1975, т 25 У 1, 327.3313, 1 сп 3 дп 13 а Й.Нерве Ч. Ыеые МодСдсй Ве 11 еп с 1 ег Котрепяай 1 оп гепп 1 ясЬег в 1 ояе 1 пйбцяяе ап Иегкяецдщавсй 1 пеп Яе 1 гвсйг 1 гг. ййг Иег 1 всйаЕапИ 1 сЬе Рег 11 дипд, 1976, ч 71, Р 10-з, 441-444.(54) (57) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОМПЕНСАЦИИ ТЕПЛОВЫХ СМЕЩЕНИЙ ШПИНДЕЛЯМЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА с числовымпрограммным управлением, заключающийся в установлении величин тепловых смещений шпинделя в процессеобработки и введении коррекции в перемещении рабочих органов станкапо управляемым осям координат, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, .сцелью упрощения и повышения точности, определяют вид и параметры Функций теплового смещения шпинделя станка для каждой частоты его вращенияи при простоях и по определяемымФункциям при обработке рассчитываютвеличины тепловых смещений шпинделя в зависимости от времени работына различных частотах вращения, атакже от времени простоя, а в моменты достижения рассчитанных величинустановленных допустимых значенийосуществляют корректировку перемещения исполнительных органов станка.Изобретение относится к станкостроению и может быть использованово всех областях народного хозяйства для автоматической компенсациитепловых деформаций различных машин,Известен способ автоматической 5подналадки положения рабочих органовстанков путем перераспределения внутренних деформаций корпусных элементоЛ, несуШих рабочие органы станкаи подвергающихся нагреву или охлаждению в зависимости от величиныотклонений рабочих органов 1 3.Недостатками данного способа являются необходимость постоянногоизмерения отклонений рабочих органоввследствие тепловых деформаций, наличие управляемых нагревательных иохлаждающих устройства и сложнойсистемы управления этими устройствами, а также невозможность полнойодновременной компенсации отклонений орабочих органон н трех взаимно перпендикулярных направлениях.Известен способ компенсации тепловых деформаций металлорежущих 25станков с ЧПУ, заключающийся в постоянном измерении температуры нагрева в характерной точке на станкеи последуюшем смещении рабочих органов пропорционально изменению измеряемой температуры 2,Недостатками данного способа являются необходимость экспериментального определения характерной точкидля измерения температуры нагрева,необходимость постоянного измерениятемпературы нагрева н этой точке иневозможность полной и одновременнойкомпенсации тепловых деформаций нтрех взаимно перпендикулярных напранлениях во всем диапазоне частот 40вращения шпинделя,Известен также способ компенсации .тепловых деформаций металлорежуших станков, заключающийся н постоянном измерении температуры нагрева в характерных точках на станке с последующим расчетом по даннымизмерений отклонений рабочих органониз-эа тепловых деформаций в трех взаимно перпендикулярных направленияхи соответствующего смеШения рабочихорганов при управлении станком 3 ),Недостатками такого способа являются сложность и недостаточная точность из-за необходимости эксперимен"тального определения характерныхточек для измерения температур нагрева и характера взаимосвязи этих температур с,тепловыми деформациями,а также необходимости постоянногоизмерения температуры нагрева в этих 60характерных точках при работе стан"ка,Общим недостатком указанных способов является то, что они не учитывают характер изменения тепловых де" 65 формаций рабочих органов н трехвзаимно перпендикулярных направлениях,а также разный характер тепловыхдеформаций на различных частотахвраШения шпинделя и при его простоях,Целью изобретения является упрощение и повышение точности автоматической компенсации тепловых смещений шпинделя металлорежущих станков с числовым программным управлением (Т 1 ПУ) по всем управляемым осямкоординат без измерения величин теп-ловых смещений шпинделя в процессеработы станка с ЧПУ,Указанная цель достигается тем,что согласно способу автоматическойкомпенсации тепловых смешений шпинделя металлорежущего станка с числовым программным управлением, заключающемуся в установлении величинтепловых смещений шпинделя н процессе обработки и введении коррекциив перемещении рабочих органов стаяка по управляемым осям координат,определяют нид и параметры функцийтеплового смещения шпинделя станкадля каждой частоты его вращения ипри простоях и по определенным функциям при обработке расчитывают величины тепловых смещений шпинделя в зависимости от времени работы на различных частотах вращения, а такжеот времени простоя, а в моменты достижения расчитанных величин устанйленных допустимых значений осуществляют корректировку перемещения исполнительных органов станка,Способ основан на том, что изменение тепловых смещений шпинделямеФаллорежущих- станков с ЧПУ происходит по нескольким вполне определенным типовым функциям, характерным,цля данного конструктивно-компоновочного решения станка с ЧПУ идля определенных частот вращения. Приэтом н одном станке с ЧПУ для разныхнаправлений осей координат тепловыесмещения шпинделя изменяются по разным типовым функциям,Определив вид и параметры изменения тепловых деформаций смещенийшпинделя для конкретного станка потрем взаимно перпендикулярным направлениям, по известным значениям частот нрашения шпинделя в процессеработы станка и времени работы наэтих частотах производят расчет получаемых величин тепловых смешенийшпинделя в соответствии с известными для данного станка функциями ихизменения и автоматически смещаютрабочие органы станка в том же направлении и на ту же величину, т.е. постоянно сохраняют взаимное относительное положение рабочих органовстанка.При остановке вращения шпинделя,когда происходит охлаждение станка, 1041226510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 зная Функцию изменения тепловых слжщений шпинделя при охлаждении данного станка и время охлаждения, производится расчет величин обратногосмещения шпинделя при охлаждении споследующей автоматической компенсацией этого смещения путем перемещения рабочих органов в другом направлении.На Фиг.1 показана типовая зависимость тепловых смещений д отвремени 1; на фиг.2.и 3 - примерыблок-схем устройств для реализацииспособа.Согласно фиг.1 показано применение способа автоматической компенсации тепловых смещений шпинделя металлорежущего станка с ЧПУ, для которого определены типовые Функцииизменения тепловых смешений для различных частот вращения шпинделя при9нагреве и охлаждении станка,Рассмотрим процесс автоматической компенсации тепловых смешенийшпинделя при обработке одной детали с момента включения станкана частотах вращения шпинделя и,и 2 и и соответственно в течениевременй 1, 1 ии охлаждениястанка прй переключении частотвращения шпинделя и смене инструмента со временем 12 и 14, и присъеме готовой детали в установке заготовки со временем б.Автоматическая компенсация тепловых смешений шпинделя производится периодически через установленную для каждой управляемой оси координат величину Ь; как при нагреве,так и при охлаждении станка. Величина В. устанавливается, исходя изтребуемой точности обработки.При пуске станка и начале обработки детали с частотой вращенияшпинделя и 1 тепловые деформациишпинделя изменяются по типовой Функции 1 (Фиг.1), При достижении величины тепловых смещений; равной д .,производится их компенсация путемсоответствующего смещения рабочегооргана. Через время Спроизводится переключение частоты вращения шпинделя на и 2, на которой тепловые смещения шпинделя уже изменяются по типовой функции 2 (фиг.1).В период переключения 12 шпиндельне вращается и происходит охлаждение по типовой функции 4. При работе на частоте и 2 происходит дальнейшее тепловое смещение шпинделя потиповой функции 2 и при достижениивеличины этого смещения, равной дтакже производится их компенсация.Аналогично производится автоматическая компенсация при работе на частоте вращения шпинделя и , когдатепловое смещение шпинделя происходит по типовой Функции 3. При съеме готовой детали и установке заготовок шпиндель не врашается, и происходит охлаждение станка и смешение шпинделя по типовой функции 4 в течение времениПри смещении шпинделя иэ-эа охлаждения станка на величину а производится компенсация этого смещения путем перемещения рабочего органа на величину й в обратном направлении. При дальнейшей работе станка компенсация тепловых смещений шпинделя производится аналог чным образом.Устройство, реализующее способ автоматической компенсации тепловых смещений шпинделя станка с ЧПУ, состоит (фиг.2) из датчика 1 определения частоты вращения, блока 2 задания типовых Функций теплового смешения, шпинделя по управляемым осям координат, блока 3 задания величины шага проводимой коррекции по управляемым осям координат металлорежушего станка 4 с устройством числового программного управления 5, построенного на базе мини-ЭВМ ( устройство класса СНС) и блока б определения времени работ станка на данной частоте вращения шпинделя или времени отсутствия вращения шпинцеля, когда происходит охлаждение станка.В случае, когда устройство ЧПУ 5 (Фиг,З) металлорежущего станка 4 построено не на базе мини-ЭВМ (устройство класса ИС) к нему наряду с перечисленными блоками 1-4 (Фиг.2) дополнительно вводится мини-ЭВМ 7 (фиг.З). Все они связаны между собой электрическими цепями сопряжения. Устройство автоматической компенсации тепловых смещений шпинделя металлорежущим станков с ЧПУ работает следующим образом (Фиг,2).Информация о частоте вращения шпинделя, введенная в устройство ЧПУ 5 перфолентой, определяется датчиком 1 и передается в оперативную память мини-ЭВМ устройства ЧПУ 5, куда также поступает с блока б инФормация о времени:вращения шпинделя на данной частоте, определяемая по информации, введенной перфолентой. Мини-ЭВМ устройства ЧПУ 5 на основе данных, получаемых от датчика 1 и блока б, выбирает иэ блока 2 предварительно определенные типовые функции тепловых смещений шпинделя, характерные для данного металлорежушего станка с ЧПУ по соответствующим осям координат на данной частоте вращения шпинделя. По информации из датчика 1 и блока.б в соответствии с типовой Функцией, выбранной из блока 2, мини-ЭВМ устрой1041226 9 Ь 2. сl Составите Техред И,М В,йлексеенкелева Гулько Корректор ,Дзятк акто 7020/9 Тираж 1 ВНИИПИ Государств по делам изобрЭак Обннотен35,одписно комитета СССРи открытийаушская наб., д,113035, Москвар Ж Р 4/5Филиал ППП Патент", г, Ужгород, улПроектная, 4 ства ЧПУ 5 определяет величины теплового смещения шпинделя по соответствующим осям координат последовательно через малые и равные промежутки времени. Получаемые значения тепловых смещений сравниваются с величиной, характеризующей шаг проводимой координации, который устанавливается по каждой оси координат блоком 3. При достижении величины теплового смещения шпинделя, равной шагу коррекции, устройство ЧПУ 5 подает сигнал на дополнительное смещение рабочих органов станка, что обеспечивает постоянное сохранение их взаимного относительного положения.Во втором случае, когда устройство ЧПУ не содержит мини-ЭВМ (Аиг.3), инФормация с блоков 1-4 поступает в дополнительно введенную мини-ЭВИ 7, связанную с устройстВом ЧПУ 5 электрической цепью. Работаустройства автоматической компенсации тепловых смещений шпинделя аналогична описанному,Использование предлагаемого 5 изобретения позволяет повысить точность обработки деталей на металлорежущих станках с ЧПУ путем автоматической компенсации тепловыхсмещений шпинделя одновременно по 10 всем управляемым осям координатбез создания и применения дополнительных измерительных средств, располагаемых на станке с ЧПУ.Это повышает эФФективность использования металлорежущих станковс ЧПУ - позволяет производить на нихобработку более точных деталей с одной установки, что сокращает общийтехнологический цикл обработки этих 70деталей, и повышает производительность обработки.