Устройство для автоматического позиционирования поперечины

ОЛ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и 738786 Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) ПриоритетОпубликовано 05,06,80. Бюллетень Рй 21 по делам изобретений и открытий(53) УЛК 621,9, . 62.52. (088,8) Дата опубликования описания 10.06.80 С. Я. Гапицков, Н. В. Кошелев, П. Г. Кравцов, П, И. Кривошеев и Ж. С. Равва(72)Авторы изрбретения Куйбышевский политехнический институт и Куйбышевскоестанкостроительное производственное объединение(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ПОПЕРЕЧИНЫ 1Изобретение относится к машиностроительной промышленности и может быть использовано в станкостроении, особенно в прецизионном, например в координатно-расточных, координатно- шлифовальных станках, координатно-измерительных машинах портального типа,Известно устройство для автоматического позиционирования поперечины, например в станках портального типа, предназначенное для обеспечения параллельности поперечины и ствола, содержащее датчик положения шпиндмьной бабки на поперечине, усилительно-преобразовательные элементы и силовые5 исполнительные механизмы, воздействующие на ходовые винты поперечины 11.Однако это устройство обладает значительным недостатком, так как при позиционировании поперечины относитель но стола оно решает задачу компенсации перекоса поперечины с учетом лишь одного из конкретных факторов, влияю- щих на перекос - деформации ходовых 2винтов при перемещении шпиндельнойбабки по поперечине, но при этом некомпенсируется влияние других существенных возмущений: износа подшипников,неиаентичности ходовых винтов и гаек,погрешностей изготовления элементовкинематической цепи привода поперечины и др.Известно устройство для автоматического позиционирования поперечины ме.таллорежущего станка, содержащее систему автоматического управления движением ходовых винтов поперечины, синхронизированным посредством электрической связи, и две шкапы отсчета положений концов поперечины, установленные на стойках,Однако в этом устройстве используемая система отсчета положения поперечины не связана непосредственно со столом, который в процессе эксплуатациистанка изменяет свое положение относительно горизонтали, например в результате перевалки при перемещении7 М 788 -йо Направляющим станины из одной позиции в"другую, при нецентральном нагружении заготовкой (деталью и т.п.Возникающее при этом нарушение параллельности поперечины и стола устройст-,вом не компенсируется. Не компенсируется и влияние упругих деформацийстоект станка, возникающих вследствиеперераспределения нагрузки на них ивызывающих изменение положений, свяэанйых со стойками отсчетных шкал индуктосинов (датчиков линейных переме- .щений концов поперечины) относитейьйозеркала стола.Цельо изобретения является "повышение точности устройства для автоматичес-кого позиционирования поперечины.Поставленная цель достигается тем,что в устройстве для автоматического ;- позиционирования поперечины, напримерв станках портального типа, содержащемсистему автоматического управления движением ходовых винтов поперечины, синхронизированным посредством электрической связи,и две шкалы отсчета положений концов поперечины, установленныейастойнах, верхние концы этих шкалотсчета. соединены с мостиком, которыйпосредством шарнира связан с перекла-,диной станка в точке, равноотстоящей отосей ходовых винтов, причем нижний конец одной шкалы подпружинен пружиной,а нижний конец другой шкалы сочленен "сисдопнительным двигателем микроперемещений, подключенным к выходу усилителя ошибки, соединенного с блокомсравнения, к входам которого подключеныдва датчика уровня, олий из которыхрасположен на мостике, а другой на столе станка,винтов 7 и 8. Синхронизация действияэтих систем, необходимая для перемеще О ния и позиционирования поперечины 5,достигается введением электрическойсвязи между ними. При этом один иэканалов управления (условно первый) содержит устройство 17 ввода задания, 15 например цифровое программозадаюшееустройство унифицированной блочной системы регулирования дискретного типа(УБСР-Д), датчик 13 положения левого конца поперечины 5 относительношкалы 15 отсчета, преобразователь 18кода, например преобразователь кода,-считываемого с датчика 13 положения,в арифметический код из серии УБСР-Д,арифметическое устройство 19 сравнения, 25 например выйолненное в элементах тойже серии; цифроаналоговый преобразователь 20, например преобразователь кодас учетом его знака в соответствующеенапряжение, усилитель 21 мощности, на пример тиристорный преобразователь,электродвигатель 11 и .ходовой винт 7,предназначенный для перемещения левого конца поперечины 5. Другой каналуправления (условно второй) содержит з 5 датчик 13 положения левого конца поперечины 5 (выполняет функцию эадатчика положенияправого конца поперечины 5), датчик 14 положения правогоконца поперечины 5 относительно шкалы .40 16 отсчета, преобразователи 18 и 22кода, например преобразователи кода,считываемого с датчиков 13 и 14 положения, в арифметический код иэ серииУБСРД, арифметическое устройство 23 45 сравнения, например выполненное наэлементах той же серии, цифроаналоговыйпреобразователь 24, например преобразователь кода с учетом его знака в соответствующее напряжение, усилитель 25 50 мошности, например тиристорный преобразователь, электродвигатель 12 и ходовый винт 8, предназначенный для перемещения правого конца поперечины 5. Для сохранения взаимного относительного расположения шкал 15 и 16 отсчета и зеркала стола 2 при изменении положения последнего от действия на негоозмущений, т.е. для стабилизации тако 55 На чертеже изображена схема станка с устройством для авгоматического позиционирования поперечины, общий вид.Станок содержит станину 1, стол 2, стойки 3 и 4, поперечину 5 и шпиндельную бабку 6, Два ходовых винта 7 и 8, взаимодействующие с гайками 9 и 10, предназначены для первмещения попере чины 5 по направляющим стоек 3 и 4 и соединены с валами электрических двигателей 1 1 и 12 постоянного тока, Два прецизионных датчика 13 и 14 линейных перемещений, -например индуктосинные импульсные датчики, встроены, например, в левом и правом концах поперечины 5, а соответствующие датчиам 13 и 14 шкалы 15 и 16 отсчета монтируются на стойках 3 и 4 паралалельно осям ходовых винтов 7 и 8 с возможностью перемещения в вертикальном направлении. Управление положением поперечины 5 относительно стоек 3 и 4 ведется по двум каналам, так как используются две системы автоматического управления (САУ) движением ходовых738786 5го положения нулевых точек отсчета шкал 15 и 16, при которых расстояния от них до плоскости стола 2 равны между собой, предусмотрена возможность управления положением подвижных шкал 15.и 16 относительно стола 2. С этой целью верхние концы шкал 15 и 16 соединены с мостиком 26, который посредством шарнира 27 связан с перекладиной 28 станка в точке, равноотстоящей от осей ходовых винтов 7 и 8. Нижний конец одной из подвижных шкал, например шкалы 16, сочленяется с исполнительным двигателем 29 микроперемещений, например магнитострикционным, а нижний конец другой шкалы 15 подпружинен пружиной 30. На мостике 26 установлен датчик 31 уровня, например маятникового типа, измеряющий отклонение мостика 26 от горизонтали. Другой такой же датчик 20 32 урбвня, измеряющий отклонение от горизонтали зеркала стола 2, расположен в корпусе стола 2, При этом САУ положением подвижных шкал 15 и 16 включает в себя датчики 31 и 32 уров ня, блок 33 сравнения, усилитель 34 ошибки, например операционный усили- тель, и исполнительный двигатель 34 ошибки, например операционнь-.й усилитель, и исполнительный двигатель 29 микро- ЗО перемещений, предназначенный для управления подвижными шкалами 15 и 16.Устройство работает следующим образом.Предварительно при наладке станка З 5 согласовывается положение нулевых точек отсчета шкал 15 и 16 таким образом, чтобы расстояния от них до плоскости стола 2 были равны между собой, При этом обеспечение равенства 40 координат положений левого и правого концов поперечины 5 относительно соответствующих шкал 15 и 16 одновременно означает и обеспечение параллельности поперечины 5 и зеркала стола 2, 45 Далее,при установочных перемещениях поперечины 5 из одной позиции в другую, атакже при обработке заготовок посредством подъема или опускания поперечины 5 по стойкам 3 и 4 по следнее имеет место в станках портального типа с беспинопьной шпиндельной головкой), программа требуемого движения поперечины 5 задается с помощью устройства 17 ввода задания, а фвкти ческое положение поперечины 5 (с учетом влияния на него возмущающих воздействий - упругих деформаций ходовых винтов 7 и 8 при изменении нагрузки 4нв них, погрешностей изготовления элементов кинематических цепей ходовых винтов 7 и 8 и т,п.) определяется показанияйи датчиков 13 и 14 положений концов поперечины 5. Сигнал с устройства 17 ввода задания поступает на один из входов арифметического устройства 19 сравнения, а сигнал с импульсного датчика 13 положения левого конца поперечины 5, преобразованный в преобразователе 18 кода, поступает на второйвход арифметического устройства 19 срав.пения.При расхождении между заданным ифактическим положением левого конца поперечины б на выходе арифметическогоустройства 19 сравнения появляетсяразностный сигнал который с помощьюцифроаналогового преобразователя 20преобразуется из цифровой формы в соответствующую ей аналоговую, например внапряжение, Последнее усиливается ипреобразуется в усилителе 21 мощнос-,ти, например в тиристорном преобразоватеде, Напряжение с выхода усилитепя21 мощности подается на электродвигатель 11, а он сообщает вращение ходовому винту 7, который, поворачиваясь,поднимает или опускает левый конец поперечины 5 до тех пор, пока сигнал навыходе арифметического устройства 19сравнения не станет равным нулю. Одновременно сигнал с импульсного датчика12 положения левого конца поперечины5, преобразованный в преобразователе18 кода, поступает на один из входоварифметического устройства 23 сравнения, а на второй его вход поступаетсигнал с импульсного датчика 14 положения правого конца поперечины 5, преобразованный в преобразователе 22 кода,Если эти сигналы различны, то на выходе арифметического устройства 23 сравнения появляется разностный сигнал,который с помошЬо цифроаналоговогопреобразователя 24 преобразуется изцифровой формы в соответствующую ейаналоговую, например в напряжение. Последнее усиливается и преобразуется вусилителе 25 мощности, например в тиристорном преобразователе. Напряжениес выхода усилителя 25 мощности подается на электродвигатель 12, а он сообщает вращение ходьвому винту 8; который, поворачиваясь, поднимает или опускает правый конец поперечины 5 до техпор, пока сигнал на выходе арифметического устройства 23 сравнения не станетравным нулю. Синхронизация действия7387 систем автоматического управления движением ходбвых винтов 7 и 8 достигается введением электрической связи между ними. В данном случае связьмежду системами осуществляется посредством дат 5чика 13 положения левого конца поперечины 5, который яеляетсяэлементом, принадлежащим одновременно обоим каналам управления, В первом канале он выполняет функцию датчика обратной связи, измеряющего положение левого конца поперечины 5, а во втором канале -функцию задатчикв положения правого конца поперечины 5.В результате перевалки стола 2 приего перемещении по направляющим станины 1 нз одной позиции в другую, а также при нецентральном нагружении стола 2 заготовкой (деталью) изменяет-.ся его положение относительно горизонтали, и при сохранейии равенства координат положения левого и правого концов поперечины 5 относительно соответствующих шкал 15 и 16 не обеспечивается параллельность поперечины 5 и зеркала стола 2. Для компенсаций возникающего угла рассогласованиямежду поперечиной 5 и зеркалом стола 2 устройство для точного позйциониро-вания поперечины 5 оснащается следящей САУ положением подвижных шкал 15 и 16, которая работает следующим образом.При отклонении стола 2 от первоначального положения показания датчиков 31 и 32 уровня становятся различными, и на выходе блока 33 сравнения возникает разностный сигнал, который после усиления в усилителе 34 ошибки поступает на исполнительный двигатель 29 микроперемещений. Последний воздействует на шкалу 16 отсчета, которая, перемешаясь в вертикальном направлении (вверх или вниз), сообшает через мостик 26 перемещения (вниз щи вверх) другой шкале 15 отсчета.При этомугловое перемещение мостика-.26 относительно шарнира 27 происходит дотех пор, пока сигнал на выходе уст: ройства 33 сравнения не стант равным,онулю, т.е. пока расстояния от нулевых точек отсчета шкал 15 и 16 до плоскости стола 2 не станут равным между 86 8собой. После того, как подвижные шкалы15 и 16 будут установлены в новое по-ложение, соответствующее измененномупо сравнеНию с первоначальным положению стола 2, возникнет рассогласованиемежду заданным от устройства 17 вводазадания положением поперечины. 5 ифактическим положением ее койцов относительно соответствующих шкал 15 и 16отсчета. Тогда в действие вступают системы автоматического управления двйжением ходовых винтов 7 и 8, компенсирующие укаэанное рассогласование, причем процесс позиционирования поперечины 5 относительно шкал 15 и 16 пол-ностью аналогичен описанному. Такимобразом, обеспечивается параллельностьпоперечины 5 и зеркала стола 2. формула изобретения Устройство для автоматического позиционирования поперечины, например в станках портального типа, содержащее систему автоматического управления движением"ходовых винтов поперечины, сикхрониэирсванным посредством электри ческой свяэи,- и две шкалы отсчета положений концов поперечины, установленные настойках, отличаюше еся тем, что, с целью повышения точности устройства, верхние концы шкап отсчета соединены с мостиком, который посредством шарнира связан с перекладиной станка в точке, равноотстоящей от осей ходовых винтов, причем нижний конец од- ной шкалы подпружинен пружиной, в нижний конец другой шкалы сочленен с исполнительным двигателем микроперемешений, подключенным к выходу усилите ля ошйбки, соединенного с блоком сравнения, к входам которого подключены два датчика уровня, один из которых расположен на мостике, а другой на столе станка. Источники информации,принятые во внимание при экспертизез 3059/10 Тираж 116 ЦНИИПИ Государственного к по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Подписноеомитета СССРоткрытийаушская набд. 4/5 филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная Составитель Фе Майоровактор С. Тараненко Техред Н. Бабурка Корректор Н. Сте0