Устройство для повышения точности работы привода подач металлорежущего станка

Авторы патента:

Иванов Денис Владимирович (RU)

Жаринов Владимир Александрович (RU)

Кудояров Ринат Габдулхакович (RU)

Зинов Валерий Лукъянович (RU)

Малинин Сергей Анатольевич (RU)

G05B19/18 - числовое управление, т.е. автоматически действующие устройства, в частности станки, например при обеспечении производственно-технических условий, таких как выполнение позиционирования, перемещения или координируемых операций с помощью программируемых данных в числовой форме (G05B 19/418 имеет преимущество)

F16F15/03 - с использованием электромагнитных средств ( F16F 9/53 имеет преимущество)

B23Q23 - Устройства для компенсации погрешностей или износа, например установочных механизмов, направляющих (автоматическое управление B23Q 15/00)

B23Q15/12 - адаптивное управление, т.е. самоподстройка для достижения результата, оптимально соответствующего заданному критерию

B23Q11 - Устройства, конструктивно сопряженные с металлорежущими станками для поддержания режущих инструментов или деталей станка в хорошем эксплуатационном состоянии; устройства для охлаждения обрабатываемых изделий; предохранительные устройства, конструктивно сопряженные с металлорежущими станками или приспособленные для использования вместе с ними (для расточных или сверлильных станков B23B 47/24,B23B 47/32 имеют преимущество; предохранительные устройства общего назначения F16P)

B23B25/06 - измерительные, контрольные или установочные устройства, служащие для наладки, подачи, управления или наблюдения за режущими инструментами или обрабатываемыми изделиями (измерительные приборы или калибры G01B)

Владельцы патента RU 2307964:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический университет (RU)

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в станкостроении для гашения вибраций и поддержания постоянства тяговой силы при поступательном перемещении деталей привода подач и повышения точности его работы. Устройство для повышения точности работы привода подач металлорежущего станка содержит электромагнитную катушку, которая неподвижно закреплена на основании, стержень, охватываемый электромагнитной катушкой и прикрепленный к подвижной части привода подач при помощи пьезоэлементов. Заявленное устройство также содержит датчик тяговой силы, который установлен на подвижной части привода подач, и датчик вибрации, который закреплен на подвижной части привода подач. При этом сигнал от этих датчиков поступает в систему управления, которая формирует управляющее воздействие, изменяющее силу тока, протекающего в магнитной катушке, а пьезоэлементы совместно со стержнем обеспечивают гашение вибраций путем изменения и перемещения стержня между пьзоэлементами в противофазе с вибрацией. Технический результат заключается в снижении уровня динамических нагрузок, действующих на детали привода подач, уменьшении влияния жесткости деталей привода на точность перемещения и повышении качества обработанной поверхности, стойкости инструмента и надежности станка в целом. 1 ил.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является виброгаситель (А.с. №1469223, F16F 15/03, 1989), содержащий дополнительную массу, присоединяемую к объекту упругим элементом, замкнутый электрический контур, включающий индуктивность, взаимодействующую с дополнительной массой, активное сопротивление, емкость и нелинейный трехполюсник. Колебания гасят за счет колебаний дополнительной массы на упругом элементе в режиме антирезонанса.

Недостатком данного устройства является то, что простое гашение вибраций подвижной части привода подач металлорежущего станка не позволяет получить высокой точности перемещения, так как при начале движения во время переходных процессов и при колебаниях снимаемого припуска тяговая сила в приводе подач существенно изменяется, что приводит к различной деформации его деталей. Неравномерность тяговой силы не компенсируется существующими устройствами и неблагоприятно сказывается на динамических и точностных характеристиках привода. Поэтому необходимо создать устройство, которое бы обеспечивало гашение вибраций и поддержание постоянства тяговой силы для повышения точности обработки и качества обработанной поверхности детали.

Задача изобретения - повышение качества и точности обработанной поверхности деталей при их изготовлении за счет уменьшения влияния жесткости элементов привода подач станка.

Указанная задача разрешается применением устройства для повышения точности работы привода подач металлорежущего станка, содержащего электромагнитную катушку, неподвижно закрепленную на основании, которое, в отличие от прототипа, содержит стержень, охватываемый электромагнитной катушкой, прикрепленный к подвижной части привода подач при помощи пьезоэлементов, датчик тяговой силы, установленный на подвижной части привода подач, а также датчик вибрации, закрепленный на подвижной части привода подач, при этом сигнал от этих датчиков поступает в систему управления, которая формирует управляющее воздействие, изменяющее силу тока, протекающего в магнитной катушке, и пьезоэлементы совместно со стержнем обеспечивают гашение вибраций путем изменения и перемещения стержня между пьезоэлементами в противофазе с вибрацией.

Электромагнитная катушка подключена к системе управления с соответствующим программным обеспечением, сигнал с датчика тяговой силы используется для изменения тока в электромагнитной катушке и тормозной силы, действующей на подвижную часть привода подач, с целью поддержания постоянства тяговой силы, сигнал с датчика вибраций используется для гашения вибраций.

На чертеже показана схема устройства.

Устройство содержит датчик тяговой силы 1 (показан один из вариантов размещения датчика) и стержень 2, закрепленные на подвижной части 3, электромагнитную катушку 4, закрепленную на основании 5, датчик вибрации 6, установленный на подвижной части 3, и два блока пьезоэлементов 7 и 8, через которые стержень взаимодействует в осевом направлении с подвижной частью 3.

Устройство работает следующим образом.

Текущее значение тяговой силы и характеристики вибрации измеряют датчиками тяговой силы 1 и вибрации 6, соответственно.

Сигнал от этих датчиков поступает в систему управления (не показана), например SINUMERIC 802D, которая формирует управляющее воздействие, изменяющего тормозную силу, создаваемую электромагнитной катушкой. Два блока пьезоэлементов 7 и 8 совместно со стержнем обеспечивают гашение вибраций, возникающих при перемещении подвижной части. Управляющее воздействие формируют следующим образом: на вход системы управления подают сигнал, соответствующий наибольшей тяговой силе в приводе подач, предварительно определенной для конкретных условий обработки; этот сигнал сравнивают с текущим значением этой силы; по величине разностного сигнала формируют управляющее воздействие, которое через усилитель и преобразователь (не показаны), изменяет силу тока, протекающего в электромагнитной катушке 4, величину магнитного потока и тормозной силы, действующей на стержень 2 и подвижную часть 3 привода с обеспечением постоянной тяговой силы. Вибрации гасят следующим образом: после обработки сигнала с датчика вибрации 6 формируют сигнал, изменяющийся в противофазе действующей вибрации. Стержень 2 закреплен на подвижной части 3 через 2 блока пьезоэлементов 7 и 8, которые расположены в его опорах. Для создания антивибрации пьезоэлементы, расположенные с одной стороны от стержня, сжимаются на определенную величину, а с другой - расширяются, но на большую величину, что позволяет обеспечить нераскрытие стыков в сопряжениях стержня 2 с подвижной частью 3.

Применение данного устройства в приводе подач металлорежущего станка позволяет снизить уровень динамических нагрузок, действующих на детали привода подач, уменьшить влияние жесткости деталей привода на точность перемещения, повысить качество обработанной поверхности деталей, стойкость инструмента и надежность станка в целом.

Устройство для повышения точности работы привода подач металлорежущего станка, содержащее электромагнитную катушку, неподвижно закрепленную на основании, отличающееся тем, что содержит стержень, охватываемый электромагнитной катушкой, прикрепленный к подвижной части привода подач при помощи пьезоэлементов, датчик тяговой силы, установленный на подвижной части привода подач, а также датчик вибрации, закрепленный на подвижной части привода подач, при этом сигнал от этих датчиков поступает в систему управления, которая формирует управляющее воздействие, изменяющее силу тока, протекающего в магнитной катушке, и пьезоэлементы совместно со стержнем обеспечивают гашение вибраций путем изменения и перемещения стержня между пьзоэлементами в противофазе с вибрацией.

Изобретение относится к области экспериментальной техники и может быть использовано в стендах прочностных испытаний конструкций. .

Микроконтроллерная сеть // 2280887

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение при построении распределенных систем программного управления технологическими процессами, роботами и робототехническими комплексами, а также подсистем логического управления многоуровневых иерархических АСУ и мультипроцессорных систем широкого класса.

Блок контроля и управления // 2275669

Изобретение относится к управляющим и регулирующим системам общего назначения и может быть использовано в системах управления компрессорными установками. .

Автоматизированная система управления процессом приготовления шлакообразующих смесей // 2275668

Изобретение относится к автоматизированным системам управления технологическими процессами и может быть использовано для управления приготовлением многокомпонентных шлакообразующих смесей (ШОС) на предприятиях металлургической промышленности.

Способ автоматического управления водоснабжением // 2264652

Изобретение относится к области коммунального хозяйства, а именно к области управления системой водоснабжения, и может быть использовано при диспетчерском контроле и управлении системами водоснабжения города или региона, характеризуемых наличием как крупных и малых предприятий промышленности и городского хозяйства, так и жилого сектора.

Автоматизированная система контроля и управления воздухонагревателем доменной печи // 2258249

Изобретение относится к автоматизированным системам управления технологическими процессами и может быть использовано для эффективного функционирования воздухонагревателя доменной печи.

Ячейка однородной отказоустойчивой среды процессорных элементов // 2256212

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при построении управляющих и вычислительных систем высокой производительности, АСУТП, а также других систем, к которым предъявляются жесткие требования по надежности.

Способ поддержания предельно допустимых технологических режимов // 2246124

Изобретение относится к способам регулирования технологических режимов, в частности режимов механической обработки деталей на станках, и может быть использовано в машиностроении, пищевой промышленности при управлении машинами и аппаратами переработки продукции, сельскохозяйственном производстве и др.

Способ управления технологическим оборудованием // 2231103

Изобретение относится к области систем автоматического управления различным технологическим оборудованием, в частности автоматическими линиями, агрегатными станками и автоматами для механической обработки.

Устройство безударного перехода с одного параметра управления на другой // 2223527

Изобретение относится к автоматике и предназначено для использования в системах управления испытательных машин с электрогидравлическим следящим приводом. .

Магнитовязкий маятник // 2291546

Изобретение относится к физике магнетизма и может быть использовано в качестве устройства преобразования энергии магнитного поля в механическое колебательное движение.

Антивибратор // 2251633

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано как локальное антивибрационное средство. .

Виброизолирующая опора // 2222729

Гаситель колебаний // 2188349

Изобретение относится к средствам гашения вибраций различных технических объектов. .

Амортизатор // 2179665

Изобретение относится к машиностроению, приборостроению и может использоваться при разработке средств и способов виброзащиты различных объектов. .

Магнитореологический виброгаситель // 2106551

Изобретение относится к средствам гашения вибраций различных технических объектов. .

Виброизолятор // 2060418

Изобретение относится к устройствам виброзащитной техники и может быть использовано для уменьшения динамических нагрузок, передаваемых от источника вибрации на объект.

Способ подавления паразитных колебаний конструкции // 2044170

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для подавления колебаний в конструкциях. .

Способ гашения колебаний конструкций, изготовленных из ферромагнитных материалов // 2029160

Активное виброгасящее устройство // 1803638

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для защиты аппаратуры от вибрации и ударов. .

Устройство для компенсации размерного износа направляющих в подвижных соединениях частей машин, например станков // 2247640

Изобретение относится к области станкостроения, а именно к устройствам для компенсации износа или погрешностей изготовления направляющих или установочных механизмов станков.