Привод координатных перемещений исполнительных органов круглошлифовального станка с чпу

 

Использование: область технологии металлообработки, в станкостроении для производства деталей точной механики.В кинематической цепи привода перемещений на каждой из одновременно управляемой осей координат используется в качестве суммирующего механизма планетарно- цевочный редуктор циклоидального зацепления. Каждый из этих редукторов имеет два входных звена, приводимых во вращение одновременно от двух двигателей таким образом, что движение от одного из этих двигателей сообщает выходному звену движение с передаточным отношением, равным единице, а второй из двигателей сообщает выходному звену передачи во много раз редукцированное движение. На конечном звене кинематической цепи привода вращения изделия установлена глобоидная червячная передача с предварительным натягом при беззазорном контакте качения цевок цевочного колеса этой передачи по винтам глобоидного червяка. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям привода координатных перемещений круглошлифовальных станков в ЧПУ для обработки с одного установа как цилиндрических базовых шеек коленчатых валов и кулачковых валов, так и соответственно шатунных шеек и кулачков в режиме контурного шлифования.

Цель изобретения повышение точности формообразования эксцентрических кулачковых поверхностей на деталях за счет многократного повышения быстродействия формирования на каждую равномерно следующую единицу управляющего импульса любых величин (в широком диапазоне) дискретности перемещений исполнительных органов станка по каждой координатной оси путем геометрического сложения одновременно по меньшей мере двух составных частей движения.

На чертеже представлена кинематическая схема привода вращательного перемещения заготовки и приводa возвратно-поступательного перемещения шлифовального суппорта круглошлифовального станка с ЧПУ на примере обработки шатунной шейки коленчатого вала.

Шатунная шейка 1 диаметром Dе заготовки 2, расположенная относительно центра вращения 0 заготовки 2 с эксцентриситетом е обрабатывается шлифовальным кругом 3 диаметром D_s.

По мере вращения заготовки 2 вокруг центра 0 (координатная ось С) шлифовальный круг 3 совершает возвратно-поступательное перемещение вдоль координатной оси Х.

В общем случае точка контакта круга К не лежит на прямой, соединяющей оси центров 0 заготовки 2 и 0_s шлифовального круга 3.

За время поворота заготовки 2 на угол С₁ шлифовальный круг 3 займет положение Х₁ и при этом поверхность шатунной шейки 1 будет обработана на угле ϕ₁ Взаимосвязь синхронного поворота заготовки 2 вокруг оси центров 0 на угол С и перемещения шлифовального круга 3 на величину Х определяется выражением X e Cos C (1) Соотношение между углом контакта ϕ определяющего угловую скорость обхода контура при шлифовании, и углом поворота заготовки С, определяется выражением tg C (2) Привод вращения заготовки 2 содержит шаговый двигатель 4, шпиндель которого жестко связан с входным звеном планетарно-цевочного редуктора 5 с передаточным отношением i_C1. Выходное звено планетарно-цевочного редуктора 5 жестко связано с глобоидным червяком 6, который в беззазорном контакте качения через ролики 7 зацепляется с цевочным колесом 8, жестко закрепленным со шпинделем поворота вращения заготовки 2.

Кроме того, привод вращения заготовки 2 содержит шаговый двигатель 9, который сообщает дополнительное вращение глобоидному червяку 6 с передаточным отношением i_C2 через корпус планетарно-цевочного редуктора 5, выполняющего при этом функцию суммирующего механизма.

Привод перемещения шлифовального круга 3 содержит шаговый двигатель 10, шпиндель которого жестко связан с входным звеном планетарно-цевочного редуктора циклоидального зацепления 11 с передаточным отношением i_X1 Выходное звено планетарно-цевочного редуктора 11 жестко связано с ходовым винтом 12, с шагом t 2 π Кроме того, привод перемещения шлифовального круга 3 содержит шаговый двигатель 13, который сообщает дополнительное вращение ходовому винту 12 с передаточным отношением i_X2 через корпус планетарно-цевочного редуктора 11, выполняющего при этом функцию суммирующего механизма.

Цилиндрическую поверхность шатунной шейки 1 заготовки 2 коленчатого вала формообразуют при постоянной контурной скорости ω const в результате сложения движений одновременно по двум координатным осям, в том числе вращения заготовки 2 вокруг оси центров (координатная ось С), совпадающей с осью симметрии цилиндрических поверхностей коренных шеек упомянутого коленчатого вала, и согласованного с ним в соответствии с управляющей программой возвратно-поступательного перемещения шлифовального круга 3 в направлении оси Х, по нормали пересекающей ось центров. При этом в функции равномерной последовательности управляющих импульсов формирование переменных дискретных величин перемещений исполнительных органов станка по каждой координатной оси осуществляют геометрическим сложением одновременно двух составных частей движения. По координатной оси С большую часть величины каждой дискреты формируют на базовой частоте следования управляющих импульсов поворотом заготовки 2 вокруг оси центров на постоянную величину углового шага. При этом привод осуществляют от шагового двигателя 9, шпиндель которого вращают с частотой n₉.

Меньшую часть величины каждой дискреты по координатной оси С формируют геометрическим сложением постоянных величин более мелких дискрет на частотах, многократно превышающих базовую частоту. При этом привод перемещения осуществляют от шагового двигателя 4, шпиндель которого вращают с частотой n₄.

В результате сложения одновременно двух движений по координатной оси С с приводом от шаговых двигателей 4 и 9 обрабатываемая заготовка 2 вращается вокруг оси центров с переменной скоростью ω ω
(3) и при этом имеет место равномерность контурной скорости съема припуска ωconst в процессе обработки.

Частоты вращения шаговых двигателей n₉ и n₄ определяют соответствующими частотами f₉ и f₄ следования управляющих импульсов с учетом слагаемых правой части уравнения 3. При этом учитывают однозначность количества импульсов Z_m для поворота шпинделей шаговых двигателей 4 и 9 на каждый один оборот, величин передаточных отношений i_C1 и i_C2, числа заходов Z₄ глобоидного червяка 6, количества цевок Z_ц в цевочном колесе 8, а также величины базовой угловой частоты вращения ω заготовки 2.

f₄= ω i
(4)
f₉= ω i
(5)
Наибольшую базовую частоту вращения заготовки 2 ω_макс определяют для такого конкретного углового положения заготовки, при котором отношение частот f₄/f₉ принимает наименьшее значение. При этом f₄становится равным f_{макс/доп}, т.е. допустимому наибольшему значению, определяемому конструкцией шаговых двигателей
f₄= f₉ f
(6)
ω_макс≅
(7)
Скорость перемещения dx/dt шлифовального круга 3 по координатной оси Х в функции ω определяют из выражения

(8) Эту скорость образуют в результате сложения движений от шаговых двигателей 10 и 13, управляемых соответственно на частотах f₁₀ и f₁₃.

+
(9)
Принимают значение шага f_b ходового винта 12 равным 2π и в зависимости от величины эксцентриситета е определяют наибольшую частоту управляющих импульсов f₁₃ шаговым двигателем 13 для такого конкретного положения шлифовального круга 3 на координатной оси Х, при котором скорость его перемещения принимает наибольшее значение равной = ωε При этом частоту следования управляющих импульсов f₁₀ шаговым двигателем 10 ограничивают максимально допустимым значением f_{макс/доп} f₁₀, т.е.

f₁₃≅ f -e-
(10)
Таким образом, геометрическим сложением одновременно двух составных частей движения при формировании согласно уравнениям (3), (4), (5), (6), (7), (8), (9) и (10) на координатных осях соответствующих величин дискрет в функции управляющей программы, при котором большая часть величины каждой дискреты на базовой частоте приближенно формирует контур на заготовке заданного профиля, а другая малая часть величины этой дискреты корректирует в реальном масштабе времени перемещение того же исполнительного органа и при этом она формируется геометрическим сложением постоянных величин минимальных дискрет на частотах, превышающих базовую частоту, обеспечивается возможность на несколько десятичных порядков увеличить диапазон дискретности перемещения исполнительных органов станка на каждую единицу управляющего импульса, а также повысить точность отработки любой величины дискреты в упомянутом диапазоне не грубее, чем 0,1 мкм по линейной координате (ось Х) и одна угловая секунда по круговой координате (ось С), т.е. в пределах минимальных значений величин дискретности перемещений исполнительных органов станка.

Регулированием частоты f₁₃ следования на шаговый двигатель 13 управляющих импульсов в соответствии с уравнением (10) настраивают бесступенчато заданную величину эксцентриситета е (в широком диапазоне) только средствами числового программного управления шлифовальным станком.

Исключением необходимости установки измерительных преобразователей на конечных звеньях кинематической цепи, применением планетарно-цевочных циклоидных передач 5 и 11 качения и глобоидной червячной передачи 6, 7, 8 качения, устраняющих люфты и гистерезис при реверсировании движения и повышающих жесткость кинематической цепи и КПД передач (свыше 95%), достигается разомкнутый режим управления контурным формообразованием в реальном масштабе времени счета импульсов и тем самым повышается устойчивость движения исполнительных органов станка на высоких контурных скоростях обработки, что в свою очередь исключает возможность появления дефектов в поверхностном слое обработанной шатунной шейки 1 коленчатого вала 2.

Обработка с постоянной контурной скоростью ω const в соответствии с уравнением (3) позволяет стабилизировать размерную настройку упругой технологической системы в цикле обработки и тем самым повысить точность формы шатунной шейки 1, коленчатого вала 2 с 5 мкм (на существующих станках с ЧПУ) до 1,5 мкм и распространить метод контурного шлифования на станках с ЧПУ коренных и шатунных шеек коленчатых валов за один установ на такие коленчатые валы, которые имеют отношение эксцентриситета е к обрабатываемому диаметру Dе шатунной шейки 2 коленчатого вала 1 больше, чем 0,4 т.е. е/De > 0,4.

Формула изобретения

ПРИВОД КООРДИНАТНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ КРУГЛОШЛИФОВАЛЬНОГО СТАНКА С ЧПУ, содержащий кинематическую цепь привода вращения обрабатываемой детали вокруг продольной координатной оси с червячной передачей на выходном звене этой цепи, а также кинематическую цепь привода возвратно-поступательного перемещения шлифовального круга в направлении координатной оси, по нормали пересекающей продольную ось детали, с винтовой передачей на выходном звене этой цепи, отличающийся тем, что, с целью повышения точности обработки, в нем конечное звено кинематической цепи привода вращения детали выполнено в виде глобоидной червячной передачи с предварительным натягом при беззазорном контакте качения цевок цевочного колеса этой передачи по виткам глобоидного червяка, причем глобоидный червяк и ходовой винт соединены с выходным звеном введенного в привод суммирующего механизма, выполненного в виде планетарно-цевочного редуктора циклоидального зацепления с двумя входными звеньями, соединенными соответственно с двумя приводными двигателями.

РИСУНКИ

Рисунок 1