Способ компенсации упругих деформаций технологической системы

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ельныйолитехГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Московский станкостроитинститут и Дальневосточный пнический институт(56) Ыег 1 зсаее цпй ВеЕг 1 еЬ, 1985,У 4, уд. 118, с. 201-204.(54) СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ УПРУГИХ ДЕФОРМАЦИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ(57) Изобретение относится к областимашиностроения и может быть использовано при обработке на металлорежущихстанках в условиях пониженной жесткости технологической системы. Цельюизобретения является повышение точности и производительности обработкиза счет быстродействия компенсациинесущих деформаций технологической ЯО 35415 системы. Расчетом определяют нзгибную жесткость технологической системы, а также положение центра тяжести шпинделя, его массу и момент инерции. Полученные данные заносят в микроЭВМ. Измеряют реакции опор шпинделя, пространственное положение оси шпинделя, результаты преобразуют в цифровую форму и вводят в микроЭВМ. Рассчитывают радиальное смещение центра тяжести шпинделя. По трем последовательным значения датчиков положения оси шпинделя вычисляют ускорение центра тяжести шпинделя, рассчитывают силу резания и запоминают ее до следующего измерения. Затем вычисляют вели- а чину упругих деформаций и величинуф угла поворота оси шпинделя для компенсации упругих деформаций. Полученные результаты вычислений преобразуют ( и используют для управления положением оси шпинделя. 5 ил.Изобретение относится к машиностроению и может быть использованопри обработке на металлорежущих станках в условиях пониженной жесткоститехнологической системы (системыСПИД).Цель изобретения - повышение точности и производительности обработкиза счет быстродействия компенсации 10.упругих деформаций и технологическойсистемы.На фиг,. 1 приведено шпиндельноеустройство, реализующее способ, общийвид; на фиг. 2 - передняя опора шпинделя, разрез; на Фиг. 3 - разрез А-Ана Фиг2; на фиг. 4 - гидравлическаясхема шпиндельных опор; на Фиг, 5структурная схема электронной частиустройства, осуществляющего способ. 20Станок содержит корпус переднейбабки 1, шпиндель 2, корпус заднейопоры 3 шпинделя, корпус переднейопоры 4 шпинделя, пропорциональныерегуляторы 5 - 8 потока, четыре шибера 9, восемь пружин,10, торцовыеуплотнения 11 и 12 передней опоры,а устройство для осуществления способа содержит датчики 13 - 1 б положения шпинделя, включенные в указан- ,30ном порядке попарно в дифференциальные измерительные мосты 17 и 18,датчики 19 - 22 разности давлений,включенные соответственно в измерительные мосты 23 - 26, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 27 - 32,микроЭВМ 33, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 34 и 35, инвертирующие усилители 36 и 37, неинвертирующие усилители 38 и 39,40Способ реализуется следующим образом. Расчетом по известным Формулам сопротивления материалов определяют 45 иэгибную жесткость технологической системы, а также рассчитывают положение центра тяжести шпинделя, его массу и момент инерции. Полученные значения заносят в память микроЭВМ 33, 50 Все последующие расчеты проводят в микроЭВМ 33. Датчиками 19-22 разности давлений, включенные в мосты 23 26, измеряют реакции в опорах шпин,целя 2. Датчиками 13-16 положения, .включенными в мосты 17 и 18, измеряют пространственное положение оси шпинделя в плоскости датчиков. Выходные сигналы измерительных мостов пре образуют в цифровую форму в АЦП 2732 и вводят в микроЭВМ 33.Рассчитывают радиальное смещениецентра тяжести шпинделя по формуле,полученной из пропорции перемещенийв задней опоре и в плоскости датчиковположения, мкм: Х(1) =В (1)выходные сигналы измерительных Мостов датчиковдавления задней опорыи датчиков положениясоответственно, В;расстояние от центратяжести шпинделя до геометрического центразадней опоры, мм;расстояние от центратяжести шпинделя доцентра симметрии датчиТ ТА (1-1) --------------- ,х Т Затем рассчитывают силу резания на предыдущем такте по Формуле, полученной в соответствии с законом Ньютона, Н;(1 1):10- . М.А ,1 1) К . хВ(1-2)+В,(1-1)+В,1)3 +К х ф(1-2)+В(1-1)+Вз (1)Я где М - масса шпинделя вместе с зажатым инструментом или деталью,кг;выходной сигнал измерительного моста датчиков давленияпередней опоры, В;коэффициенты пропорциональности, Н/В. Ви К иК,ков положения, мм;К и К - коэффициенты чувствительности измерительныхмостов давления и положения соответственно,мкм/В;1 - индекс.Измерения и расчегы повторяют периодически через промежутки времени, равные Т, причем Т составляет не более 0,2 периода вращения шпинделя.По трем последовательным значениям Х вычисляют ускорение центра тяжести шпинделя, мкм/с:у(1) =Г,(1) К,+Х,(1 Н10-33 где Ь - расстояние от центра тяжес 3ти шпинделя до точки резания ммК - коэффициент пропорциональ 5ности, зависящий от геометрических параметров и жесткости, находящийся в пределах 0,01 - 0,1 мкм/Н.Вычисляют необходимый для поворота на этот угол выходной сигнал по формуле, выведенной из предположения равноускоренного смещения шпинделя под действием неуравновешенной силы, постоянной в течение времени Т, условия полной компенсации упругих деформаций и учитывающей запаздывание в цепи регулирования давления, В:Б(1)=Б(1-1)+К Рр(1) (К К, + +К)+Х (1) (2 К +Ь 4 К 1 о К )-Х (1-1)х ТК 7 В (1)(2 К 8 ЬКз К ) Вз (1-1) К 8- -Вп(1-1) ЗК,-Х(1) К, -(1) Ьф К 1,3 э где Б(1-1) - выходной сигнал на предыдущем такте, В; 35404550 Полученное значение силы резания запоминают в микроЭВМ 33 до следующего оборота шпинделя.Гассчитывают величину упругих де 5 формаций в нормальной к оси шпинделя плоскости по формуле, мкм:(1) = (1) /С,где Г (1) " сила резания, вычисленная на предыдущем оборотедля соответствующей точки, Н;С - жесткость всей технологической системы или ее существенно нежесткого элемента (деталь, концевойинструмент), Н/мкм.Все измерения и вычисления проводят в проекциях на два перпендикулярных друг другу и оси шпинделя направления. Таким образом определяютнаправление упругих деформаций в нормальной к оси шпинделя плоскости,Затем также в проекциях рассчитывают величину угла поворота оси шпинделя для компенсации упругих деформаций по формуле, полученной из уравнения равновесия моментов сил и условия полной компенсации упругих деформаций, рад: Ь - расстояние от центра тяжести шпинделя до геометрического центра передней опоры, мм;К - коэффициент, зависящий,от геометрических параметров и жесткости, находящейся и пределах 1,5-2,5;- коэффициенты, зависящиеот геометрических параметров, жесткости и чувствительности измерительных мостов;К - коэффициент, учитывающийизменение объема карманов передней опоры прирадиальном смещениишпинделя, изменяющийсяв пределах 500 -5000 Н/мкм;К - коэффициент, учитывающийзапаздывание в цепи регулирования давления,по экспериментальным данным изменяющийся в пределах 0,002-0,01 В/Н.Полученные в микроЭВМ 33 значения Б(1) для обоих перпендикулярных направлений преобразуют в аналоговую форму в ЦАП 34 и 35 и подают на усилители Зб, причем сигналы от обоих ЦАП в усилителях Зб и 37 инвертируют, Усиленные сигналы преобразуют пропорциональными регуляторами 5 - 8 потока в попарно обратные друг другу изменения давления в противолежащих карманах передней опоры и таким образом поворачивают ось шпинделя относительно его опор на рассчитанный угол (1) навстречу вектору упругих деформаций, компенсируя последние,Формула изобретенияСпособ компенсации упругих деформаций технологической системы при механической обработке, заключающийся в измерении угла поворота оси шпинделя и регулировании давления в опорах шпинделя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и производительности, определяют жесткость технологической системы, положе 1335415ние центра тяжести, измеряют реак- вают вепичину и направление компенции в опорах шпинделя, пространствен- сирующей силы в плоскости, перпендиное положение оси шпиндЕля ускорение кулярной оси шпинделя, с учетом изме- центра тяжести шпинделя и рассчиты- ренных величин.133545Составитель В.Жиганов Редактор Е.Папп Техред Л.Сердюкова Корректор Л.Пилипенко Заказ 4007/15 Тираж 785 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Иосква, Ж, Раущская наб., д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4