Устройство для автоматического позиционирования рабочего органа

 

Союз Советски к

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (»)865612 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 16.07.79 (21) 2797695/25-08 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) И. К .

В 23 (,) 23/00

Гасударственный комитет ло делам нзооретеннй н открытий (53) УДК 621.941-229 (088.8) Опубликовано 23.09.81. Бюллетень № 35

Дата опубликования описания 28.09.81 (72) Автор изобретения

П. Г. Кравцов

Куйбышевский политехнический институт им. В. В. Куйбышева (71) Заявитель (54) УСТРОЛСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО

ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ РАБОЧЕГО ОРГАНА

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано в координатнорасточных, координатно-шлифовальных станках и координатно-измерительных машинах портального типа.

Известно устройство для автоматического позиционирования поперечины, содержащее электропривод для перемещения и позиционирования поперечины относительно стоек и систему автоматического управления (САУ) двумя гидравлическими исполнитель ными элементами микроперемещений концов поперечины, предназначенную для стабилизации взаимного параллельного положения поперечины и стола. При этом базовые торцы ходовых винтов через упорные подшипники установлены в корпусах, подкоторыми размещены исполнительные элементы микроперемещений, выполненные в виде гидроопор. Такое конструктивное исполнение элементов микроперемещений обеспечивает возможность вертикального перемещения ходовых винтов без их поворота, и тем самым достигается исключение трения, имевшего место в резьбовых соединениях исполнительных элементов с ходовыми винтами 11).

Недостатком известного устройства является то, что остаются нескомпенсированными силы трения в направляющих «поперечина-стойки». Применение специальных антискачковых масел дает возможность лишь уменьшить коэффициент трения покоя и сделать его достаточно близким к коэффициенту трения движения, т. е. обеспечить независимость силы трения от скорости движения, но не устранить ее. В свою очередь, трение в направляющих обусловливает наличие так

10 называемой «зоны застоя», которая приводит к возникновению автоколебаний в САУ гидроопорами, что не позволяет обеспечить высокую точность позиционирования поперечины.

Цель изобретения — устранение указан1 ных недостатков и повышение точности позиционирования рабочего органа.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для автоматического позиционирования рабочего органа, например поперечины станка портального типа, содержащем о систему автоматического управления перемещениями рабочего органа, например состоящую из двух каналов управления; каждый из которых включает в себя задатчик и

865612

5Ю датчик перемещения рабочего органа, блок сравнения, усилитель, управляемый силовой преобразователь, например электрогидропреобразователь, и гидравлический исполнительный элемент, например выполненный в виде гидроопоры, к каждому гидравлическому исполнительному элементу подключено индивидуальное управляемое гидравлическое сопротивление, связанное через релейный элемент с блоком воздействия по производной выходного давления соответствующего управляемого силового преобразователя.

Кроме того, блок воздействия по производной выходного давления управляемого силового преобразователя выполнен в виде последовательно соединеных электронной модели управляемого силового преобразователя и дифференцирующего звена, реализованных на операционных усилителях, при этом выход усилителя, входящего в состав соответствующего канала системы автоматического управления перемещениями рабочего органа, связан со входом блока воздействия по производной выходного давления управляемого силового преобразователя, а выход упомянутого блока подключен ко входу релейного элемента.

На чертеже изображен станок с устройством для автоматического позиционирования рабочего органа, общий вид.

Станок содержит станину 1, стол 2, стойки 3 и 4, поперечину 5 и шпиндельную бабку 6. Ходовые винты 7 и 8, взаимодействующие с гайками 9 и 10, предназначены для перемещения поперечины 5 по направляющим стоек 3 и 4 и соединены через червячные редукторы 11 и 12 с валами 13 и 14 электродвигателя 15 постоянного тока. Два прецизионных датчика 16 и 17 линейных перемещений, например, индукционные импульсные датчики, встроены в левом и правом концах поперечины 5, а соответствующие этим датчикам 16 и 17 шкалы 18 и 19 отсчета монтируются на стойках 3 и 4 параллельно осям ходовых винтов 7 и 8. Для обеспечения возможности вертикального перемещения ходовых винтов 7 и 8 (без их поворота) вместе с закрепленной на них поперечиной 5 базовые торцы 20 и 21 ходовых винтов 7 и 8 через упорные подшипники 22 и 23 установлены в корпусах 24 и

25, под которыми размещены гидроопоры

26 и 27.

Устройство для автоматического позиционирования рабочего органа состоит из двухканальной САУ с гидроопорами 26 и 27.

При этом один из каналов (условно, первый), содержит блок 28 ввода задания, датчик 16 перемещения левого конца поперечины 5 относительно шкалы 18 отсчета, блок

29 сравнения, цифроаналоговый преобразователь 30, усилитель 31, управляемый силовой преобразователь 32, например электрогидропреобразователь типа «сопло-заслонка», и гидроопору 26. Кроме того, для ком1Ю

25 зю

4ю

55 пенсации влияния трения, возникающего в направляющих «поперечина 5 — -стойка 3>, этот канал оснащен блоком 33 воздействия по производной выходного давления электрогидропреобразователя 32, релейным элементом 34 и золотником 35 — распределителем рабочей жидкости с электромагнитным управлением. Блок 33 воздействия по производной выходного давления электрогидропреобразователя 32 выполнен, например в виде последовательно соединенных электронной модели электрогидропреобразователя 32 и дифференцирующего звена, реализованных на операционных усилителях.

Релейный элемент 34 представляет собой однополярный релейный усилитель. Двухпозиционный золотник 35 с одним электромагнитом постоянного тока и пружинным возвратом в исходное положение имеет внешние каналы, один из которых связан с гидроопорой 26 и выходом электрогидропреобразователя 32, а к двум другим подключены различные по величине постоянные гидравлические сопротивления 36 и 37.

Другой канал системы управления (условно, второй) содержит блок 28 ввода задания, датчик 17 перемещения правого конца поперечины 5 относительно шкалы 19 отсчета, блок 38 сравнения, цифроаналоговый преобразователь 39, усилитель 40, управляемый силовой преобразователь 41, например электрогидропреобразователь типа

«сопло-заслонка», и гидроопору 27. Кроме того, для компенсации влияния трения, возникающего в направляющих «поперечина 5стойка 4», этот канал оснащен блоком 42 воздействия по производной выходного давления электрогидропреобразователя 41, релейным элементом 43 и золотником 44— распределителем рабочей жидкости с электромагнитным управлением. Двухпозиционный золотник 44 с одним электромагнитом постоянного тока и пружинным возвратом в исходное положение имеет внешние каналы, один из которых связан с гидроопорой 27 и выходом электрогидропреобразователя 41, а к двум другим подключены различные по величине постоянные гидравлические сопротивления 45 и 46.

Устройство работает следующим образом, Предварительно, при наладке станка, согласовывается положение нулевых точек отсчета на шкалах 18 и 19 таким образом, чтобы они лежали в плоскости зеркала стола 2. При этом обеспечение равенства координат положений левого и правого концов поперечины 5 относительно соответствующих шкал 18 и 19 одновременно означает и обеспечение параллельности поперечины 5 и зеркала стола 2. Одновременно устанавливается «гидравлический ноль» электрогидропреобразователей 32 и 41 таким образом, чтобы при нулевом управляющем сигнале на входах электрогидропреобразователей 32 и 41 давление в гидроопорах

26 и 27 было одинаковым и равным поло865612 ким образом, управляющий сигнал — давление в гидроопоре 26 — формируется из двух составляющих: во-первых, давления, у регулируемого со стороны электрогидропреобразователя 32, и, во-вторых, давления, 5 обусловленного изменением гидравлическоя го сопротивления, связанного через золотй ник 35 с гидроопорой 26. Каждая Ю этих и составляющих давления обусловливает возникновение соответствующих составляющих усилия, действующего через корпус 24 я 10 и ходовой винт 7 на левый конец попереа чины 5, причем при соответствующем выборе величин гидравлических сопротивлений х 36 и 37 составляюшая усилия, вызванная и изменением гидравлического сопротивления, связанного через золотник 35 с гидроопорой 26, равна по величине силе трения, возникающей в направляющих «поперечина 5— стойка 3», и противоположно ей направлена.

Вследствие инерционности элементов, вклюх ченных в первый канал управления, ско 0 рость изменения давления электрогирдропреобразователя 32 существенно меньше скорости изменения давления, вызванного и переключением гидравлических сопротивлений 36 и 37 посредством практически скачкообразного перемещения золотника 35, можно дополнительно пояснить физическую сущность работы первого канала управления, следующим образом. По знаку производной выходного давления электрогидропреобразователя 32 (т. е. по полярности сигнала на выходе блока 33) определяется желаемое направление движения левого конца поперечины 5 и за счет срабатывания золотника 35 формируется упреждающий сигнал — усилие, развиваемое гидроопорой

26 и компенсирующее зону застоя, порожденную силами трения в направляющих

«поперечина 5 — стойка 3». Дальнейшее изменение давления электрогидропреобразователя 32, следовательно, и соответствующей ему составляющей усилия, развиваемого гидроопорой 26, приводит к перемеще40 нию корпуса 24, а вместе с ним ходового винта 7 и закрепленного на нем левого конца поперечины 5. Перемещение происходит до тех пор, пока левый конец поперечины 5 не займет положение, предписанное блоком

28 ввода задания, с погрешностью, не преу вышающей величины допустимой статичеси кой ошибки. Принципиально важным является то, что при возникновении усилия со стоо- роны гидроопоры 26, вызванного из менением давления электрогидропреобразос> - вателя 32, движение левого конца поперечины 5 начинается немедленно, посколь50

1- ку ему не препятствуют силы трения, дейб- ствующие в направляющих «поперечив на 5 — стойка 3», так как влияние указане- ных сил трения устраняется упреждающим

55 сигналом, компенсирующим зону застоя.

5 вине максимально допустимого давления

Тем самым достигается возможность изме нения давления в гидроопорах 26 и 27 в процессе работы устройства как в сторон увеличения, так и в сторону уменьшения

Ускоренные перемещения поперечины 5 из однои позиции в другую, осуществляютс с помощью электродвигателя 15, которы сообщает вращение через валы 13 и 14 редукторы 11 и 12 ходовым винтам 7 и 8 взаимодействующим с гайками 9 и 10. Од нако за счет погрешностей изготовлени элементов кинематической цепи привод поперечины 5, из-за различия упругих де формаций ходовых винтов 7 и 8, вызванны перераспределением нагрузки на них пр перемещении шпиндельной бабки 6 по по перечине 5 и т. п., перемещения концов по перечины 5 будут неодинаковыми, и ее точ ное позиционирование производится с по мощью двухканальной САУ гидроопорам

26 и 27, которая включается в зоне малы отклонений поперечины 5 от заданного по ложения (например, в зоне — 1 мм) после

4отключения электродвигателя 15) .

Рассмотрим работу САУ гидроопорам

26 и 27 на примере одного канала управле ния (условно, первого) . Сигналы с блок

28 ввода задания и датчика 16 поступают блок 29 сравнения, на выходе последнег возникает разностный сигнал, который по средством цифроаналогового преобразова теля 30 преобразуется из цифровой форм в напряжение, и после усиления в усилите ле 31 поступает на электрогидропреобразо ватель 32. Последний изменяет давление гидроопоре 26. Одновременно сигнал с уси лителя 31 подается на вход блока 33 воз действия по производной, и на его выход возникает электрический сигнал, пропор циональный производной выходного давле ния электрогидропреобразователя 32. Пред положим для определенности, что этот си нал, поступающий на вход однополярног релейного усилителя 34, имеет положител ную полярность, тогда на выходе релейног усилителя 34 также появляется электриче кий сигнал, который подается на электро магнит золотника 35. Происходит перемешр ние золотника 35 из исходной позиции (он показана на чертеже: гидроопора 26 чере золотник 35 подключена к гидравлическом сопротивлению 36) в другую, при которо гидроопора 26 через золотник 35 оказь вается подключенной к гидравлическому с противлению 37. Гидравлические сопроти ления 36 и 37 различны по величине (в ча ности сопротивление 36 меньше сопроти ления 37) и, следовательно, при срабать ванин золотника 35 происходит скачкоо разное изменение гидравлического сопроти ления, связанного с гидроопорой 26 на в личину, равную разности значений гидра лических сопротивлений 36 и 37. Это сопровождается скачкообразным увеличением давления в гидроопоре 26. ТаЕсли процесс выхода левого конца поперечины 5 на заданную координату носит

865612

8 онирования. Это способствует решению проблемы создания станков класса С.

Формула изобретения

35

7 не монотонный, а колебательный характер то при позиционировании изменяется знак производной выходного давления электрогидропреобразователя 32, т. е. полярность сигнала на выходе блока 33. Это свидетельствует об изменении желаемого направления движения левого конца поперечины 5 на противоположное, что сопровождается и изменением направления действия сил трения в направляющих «поперечина 5 — стой-. ка 3», Следовательно, возникает необходимость компенсации зоны застоя, т. е. влияния сил трения, которые будут препятствовать движению левого конца поперечины 5 в измененном направлении. В частности, если полярность сигнала на выходе блока 33 становится отрицательной, то на выходе однополярного релейного усилителя 34 сигнал равен нулю, и лишается питания электромагнит золотника 35. Под действием пружины золотник 35 возвращается в исходное положение, и к гидроопоре 26 вместо гидравлического сопротивления 37 вновь оказывается подключенным гидравлическое сопротивление 36. Это также приводит к скачкообразному уменьшению давления в гидроопоре 26 и компенсации зоны застоя.

Таким образом, в процессе работы первого канала системы управления непрерывно происходит упреждающая компенсация сил трения, действующих в направляющих «поперечина 5 — стойка 3», что предотвращает возможность возникновения автоколебаний« и обеспечивает высокую точность позиционирования левого конца поперечины 5.

Позиционирование правого конца поперечины 5 осуществляется вторым каналом управления (САУ гидроопорой 27), работа которого полностью аналогична описанной выше работе первого канала системы управления.

Использование предлагаемого изобретения позволяет компенсировать влияние сил трения, возникающих в направляющих сколь жения при перемещениях рабочего органа, и обеспечить высокую точность его позици1. Устройство для автоматического позиционирования рабочего органа, например поперечины станка портального типа, содержащее систему автоматического управления перемещениями рабочего органа, например состоящую из двух каналов управления, каждый из которых включает в себя задатчик и датчик перемещения рабочего органа, блок сравнения, усилитель, управляемый силовой преобразователь и гидравлический исполнительный элемент, отличающееся тем, что, с целью повышения точности позиционирования рабочего органа, каждый канал управления снабжен управляемым гидросопротивлением, релейным элементом и блоком воздействия по производной выходного давления силового преобразователя, при этом указанный блок воздействия связан с гидравлическим исполнительным элементом через релейный элемент.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок воздействия по производной выходной давления силового преобразователя выполнен в виде последовательно соединенных электронной модели управляемого силового преобразователя и дифференцирующего звена, реализованных на операционных усилителях, при этом выход усилителя, входящего в состав соответствующего канала системы автоматического управления перемещениями рабочего органа, связан со входом блока воздействия по производной выходного давления управляемого силового преобразователя, а выход блока воздействия по производной — со входом релейного элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельством СССР № 557883, кл. В 23 О 7/04, 1976.

865612

Составитель Ю. Королев

Редактор В. Иванова Техред А. Бойкас Корректор Г. Orap

Заказ 7947/24 Тираж 773 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4