Станок портального типа с устройствомавтоматической компенсации упругихперемещений

(и)427832 ОП ИГУАН И ЕИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республикс присоединением заявки Ъе -осударствеииыи комитетСовета Мииистров СССРоа делам иаобретвайи открытии 32) Приоритет -Опубликовано 15 Бюллетень г"е 18(088.8) Дата опубликования описания 25.03.7 Авторызобретения Ж, С. Равва и Л. Дльяттинский политехнич едоро) СТАНОК ПОРТАЛЪНОГО ТИПА С УСТРОЙСТВОМАВТОМАТИЧЕСКОЙ КОМПЕНСАЦИИ УПРУГИХПЕРЕМЕЩЕНИЙ стема предлао аемое двух подсистемтвляет поднастройперпендикулярных а датчики, измеряДля этого следящая си о станка:выполнена в вид каждая из которых осущес ку в одной из,двух взаимно оординатных плоскостей, Изобретение относится к области станкостроения, в частности к двухстоечным координатно-расточньом, координатно-,шлифовальным и другим станкам, в которых необходимо обеспечить вьосокую точность отоложения оси шпинделя относительно стола, суппорта и т. д., а также отсутствие вибрации,в процессе обработки заготовки.Известен станок 1 портального типа с устройством автоматической компенсации упругих перемещений, включающий следящую систему, в которую поступают сигналы двух датчиков, установленных на траверсе,и,столе, и привод, отрабатывающий сигнал следящей системы.Недостатками известного устройства являются невозможность компенсации упругих перемещений в двух координапных плоскостях, оауществления процесса автоматической минимизации уровня вибраций шпинделя, а также низкая точность преобразования управляющего сивнала и, соответственно, самой компенсации.Цель изобретения - повышение точности ющие относительное, положение стола и шпиндельного узла, выполнены двухкоординатными, и второй из них установлен непосредственно на шпиоодельном узле, причем привод реализован в виде двухкоординатноуправляемого подшипника в передней опоре шпинделя.С целью активного демпфирования низкочастотных колебаний, шпинделя, каждая из подси 1 стем устройства автоматической компенсации 1 включает два взаимоовязанных контура управления, один из которых,компенсирует уопругие перемещения системы СПИД, а второй демпфирует низкочастотные колебания шпинделя, модулируя давление в камерах гидростатичеокого подшипника передней опоры шпионделя.Первый контур включает блок сравнения, на который поступают сигналы датчиков горизонтальности шпиндельного узла и стола, усилитель сигнала их рассогласования, выод которого включен на электрогидравлический преобразователь, дифференциально изменяющий давление в,карманах гидростатического подшипника передней опоры,и смещающий передний коленец шпинделя по соответсввующей координате, Смещение шпинделя измеряется дифференциальным датчиком, сигнал которого совместно с сивналом,датчика вылета пиноли, поступает в счетно-решающий блок, связанный своим выходом с фильтром нижних5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 частот, пропускающим ситнал в блок еравнения.Второй контур включает блок сравнения, усилитель, электропидравлический преобразов атель, передний,гидр о статический подшив ни к, датчик положения шпинделя и счетно-решающий блок, а, кроме того, дополнительно поло- совой фильтр, пропускающий прошедший через счетно. решающий блэк сигнал датчика положения на фазосдвигающее устройспво, выход которого включен .на блок сравнения и которое управляется фазовым дискриминатором, выделяющим разность фаз сигналов, поступающих в него от упомянутото полосового фильтра и аналогичнэго фильтра сигнала датчика давления, установленного на выходе электропидравличеокэго цреобразователя.Такое размещение датчиков и выполнение передней опоры тппинделя, оснащенной рету:лятором, работающим однэвременно от сипналов датчиков горизонтальности шпиндельного узла и стола, а также датчиков положения шпинделя, позволяет окэмпенсировать в двух взаимно перпендикулярных координатных плоскостях упрущие,деформации системы СПИД и осущеспвить активную минимизацию низкочастотных вибраций июпинделя в процессе обработки затотовки.На фиг. 1 показан 1 цредлатаемый станок и размещение датчиков; на фиг. 2 - разрез по А - А яа фит, 1;,на фит. 3 - разрез по Б - Б на фиг. 1; на фит. 4 - функциональная схема системы автоматической компенсации упругих перемещений системы СПИД и активного демпфирования колебаний шпинделя.На ыпиндельном узле 1 установлен датчик 2 горизонтальности. Аналогичный датчик 3 закреплен на столе 4. Каждый,из них выдает сигнал, пропорциональный отклонению от горизонтальности в плоскости ХОЛ, и сипиал, пропорциональный отклонению от горизонтальности в плоскости УОЛ. Указанные датчики осуществляют контроль положений тцпиндельното узла и стола. В шпиндельный узел 1 вмонтирован датчик б перемещения пиноли б, выдающий информацию о,величине вылета конца шпинделя 7. Для компенсации упругих перемещений, в частности праверсы 8 и ее ходовых винтов 9, 10, передняя опора 11 шпинделя 7 выполнена гидростатической и управляемой, а задняя - на подшипниках, конструкция которых обеспечивает возможность некоторого утлового поворота оси шпинделя (например гидростатичеоких либо радиальных сферических шарико- или роликоподшипникэв). В зоне передней опоры установлены два дифференциальные датчика 12, измеряющих опклснение.оси шпинделя от начального:положения по соопвеПствующим осям координат Х. У.Система автоматической компенсации упру тих перемещений системы СПИД и активного демпфирования вибрации состоит из двух идентичных подсистем репулирования положе ния оси шпинделя в координатных плоскостях ХОЯ и УОЛ, Каждая из пэдсистем включает контуры компенсации указанных перемеще ний и активного демпфирования колебаний тдпинделя. Датчик б уча(спвует в работе обеих подсистем. Так как обе:подсистемы идентич.ны, раоомотрим структуру только одной из них в кооринапной плоскости ХОЛ, Датчик 12, блок 13 сравнения, усилитель 14, электрогидравли. ческий преобразователь 15 входят в состав обоих контуров,Первый контур содержит датчики 2, 3, 12; блок 13 сравнения сипналов: фильтра 1 б нижних частот, на вход которото включен счетно- решающий блок 17, перерабатывающий инфориацию датчиков 12 и б, фазосдвигающего устройства 18, управляемого диоириминатором 19, и датчиков 2, 3; усилитель 14 ситнала рассогласования блока 13, электрэгидравлический преобразователь 15, включенный на выход усилителя 14 и дифференциально изменяющийдав,тение в гидростатическом,подшипнике 11, в результате чего смещается ось шпинделя 7 по координате Х,Контур активното демпфирования колеба,ний шпинделя содержит датчик 12, блок 17, связанный с ним полэсэвой фильтр 20, включенные на его выход фазовый диокриминатор 19 и фазоодвигающее устройство 18, а также урстановленный на выходе электрогидравличеокого преобразователя 15 датчик 21 давления,соединенный с,ним 1 полосовой фильцр 22 (аналотичный 20), ситнал которого поступает в дискриминатор 19,Предлатаемое устройство работает следующим образом.При перестановке шпиндельного узла 1 от его среднего положения на траверсе 8, последняя прогибается, образуя,в месте расположения узла 1 оредний утол поворота сечения О, и закручивается на угол р. Одновременно возникает неравномерность растяжения ходовых винтов 9, 10, приводящая к перекосу траверсы 8 на угол а. В итоте ось пиноли б и, соответственно, щпинделя 7 опклоняются в плоскости ХОЛ на угол О+а, а в плоскости УОЯ - на угол . Очевидно, что деформации стоек, станины и стола оуммируюпся с указанными перемещениями. В результате тех или иных воздействий стол 4 может занимать положение, определяемое в плоскости ХОЕ углом р, а в плоскости УОЛ - утлом у. Для обеспечения взаимной перпендииулярности зеркала стола 4 и оси тппивделя 7,необходим компенсационный поворот последнего в плоскости ХОУ на угол О+а+8 и в плоскости УОЛ - на р+у. За начало опсчета углов принимается вертикальное положение оси шпинделя,и горизонтальное зеркало стола. В приведенных алгебраических суммах принимаюпся следующие знаки углов: О, а и р - положительны при повороте по часовой стрелке и отрицательны при повороте цротив ее движения; Р и у - наоборот,Подсистемы компенсации утловых отклонений и активного демпфирования колебаний5 10 5 20 25 зо 35 40 45 5 О 55 шпинделя в плоскостях ХОЯ и УОЛ;работаютсовершенно идентично. Рассмотрим функционирование только одной подсистемы, работающей в плоскости ХОУ,При возникновении упловото отклонения, нэмеряемопо в плотскости ХОЯ, датчик 2 выдает сигнал, пропорциональный 0+а, а датчик 3, пропорциональный Р. Оба напряжения оравниваются в блоке 13. Сипнал У, их рассогласования поступает на усилитель 14 и далее - в виде изменения тока 1 - на управляющую катушку электрогидравлического преобразователя 15. Последний дифференциально изменяет давление Р,. в карманах 23, 24 передней гидроопоры таким образом, что конец впинделя 7 и, соответственно, етоось смещаются в сторону компенсации возникшего углового опклонения. Перемещение Х конца шпинделя 7 измеряепся дифференциальным датчиком 12. Сигнал последнего У. вводится в счетно-решающий блок 17 куда от датчика б перемещения пиноли б поступает сигнал Уь пропорциональный величине 1 консольного участка пиноли. В блоке 17 по известной зависимости, связывающей центральный угол, дупу окруиности и радиус, напряжения Уи У преобразуются в сигнал У, пропо 1 рциональный отработанному подсистемой углу поворота оси шпинделя 7, Сигнал У,проходит через фильтр нижних частот (инфранизких) и алгебраически суммируепся в блоке 13 сравнения, выходное, напряжение которого через усилитель 14 и элекпрогидравлический преобразователь 15 изменяет давление в карманах 23 и 24, процесс перемещения шпинделя протекает до тех пор, пока возникшее отклонение не будет скомпенсировано с точностью до величины статической ошибки регулятора, которая благодаря большому коэффициенту усиления данного контура подсистемы не )превышает 0,1 мклиПри появлен)ии колеоаний цюпинделя 7 (например, вследствие неустойчивости процеоса резания) датчик 12, наряду с инфранизкочастопным сигналом компенсациовного смещения шпинделя, выдает низкочастотную составляющую Упроходящую через полосовой фильтр 20, полоса прозрачности которото соотвепствует частотам колебанийсущественно сказывающимися на качестве обрабаты 1 ваемых поверхностей. Сигнал О, поступает в фазосдвигающее устройство 18 и дискриминатор 19, На друтой вход последнего одновременно подается сигнал У датчика 21 давления, предварительно прошедший через полосовой фильтр 22 (аналогичный 20),Дискриминатор 19 выдает в фазосдвигающее устройство 18 управляющий сипнал Х, который обеспечивает такой фазовый сдвиг напряжений Уф относительно У,который после прохождения сигнала Уф через элементы 13, 14, 15, 23, 24 вызывает приложение к шпинделю 7 усилий, направленных в каждый данный момент, противоположно его вибрационному смещению. Создаваемый устройством 18 фа. зовый сдвиг равен 180 минус сдвиг фазы сигнала вследствие прохождения через элементы 13, 14, 1 б, 23, 24.При высокой, стабильности параметров указанных элементов и, соответственно, сдвига фазы проходящего через них сигнала датчик 21 давления, фильтр 22 и,дискриминатор 19 могут быть из схемы исключены.Ситнал К фазосдвигающего устройства поступает в блок 13 сравнения, где, алгебраически суммируясь с инфранизкочастотными сигналами р, О+а, К модулирует выходной сигнал рассогласования и, соответственно, проходя через усилитель 14 и электрогидравличесиий преобразователь 1 Б, модулирующич давление в камерах 23, 24 тидростатического подшипника 11 шпинделя 7. При этом колебания давления находятся в противофазе смещениям оси шпинделя, существенно снижая а мапл итуду,в и бр аций. Предмет изобретения 1. Станок:портального типа с устройством автоматической компенсации упругих перемещений, включающий следящую систему, в которую поступают сигналы двух датчиков, установленных на траверсе и столе, и привод, отрабатывающий сигнал следящей системы, отличающийся тем, что, с целью повышения точноспи станка, следящая система выполнена в виде двух подсистем, каждая из которых осуществляет поднастройку в одной из двух взаимно перпендииулярных координатных плоскостей, а датчики, измеряющие относительное положение стола и щпинделыного узла, выполнены двухкоординатными, и второй из,иих установлен непосредственно на шпиндельном узле, причем привод реализован в виде двухкоординатноуправляемого подшипника в передней опоре шпинделя.2. Станок по п. 1, отличающийся тем, что, с целью активного демпфирования низкочастотных колебаний шпинделя, каждая из подсистем устройства автоматической компенсации включает два взаимосвязанных контура управления, один из котОрых компенсирует упругие перемещения системы СПИД, а второй демпфирует низкочастотные колебания шпинделя, модулируя давление в камерах гидростатического,подши(пинка передней опоры шпинделя,427832 г.1 иг. Ф ектор И. Симкииа Тираж 944омитета Совета Министроветений и открытийаушская наб., д. 4/5 ПодписноСР едактор Л. Васильков аказ 775/85ЦНИИ Составитель А, Арапов Техред Т. Курилко Изд.1588осударственного к по делам изобр Москва, Ж, Р ип, Харьк. фил. пред. Патент иг 2б-б 7