Устройство для автоматической компенсации радиального биения шпинделя бесцентрошлифовального станка

Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОМПЕНСАЦИИ РАДИАЛЬНОГО БИЕНИЯ ШПИНДЕЛЯ БЕСЦЕНТРОШЛИФОВАЛЬНОГО СТАНКА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Басинюк Владимир Леонидович Мардосевич Елена Ивановна Кулешова Анна Васильевна Папина Сергей Степанович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для автоматической компенсации радиального биения шпинделя бесцентрошлифовального станка, содержащее бесконтактные датчики положения оси шпинделя в двух перпендикулярных плоскостях, исполнительный механизм, содержащий гидроцилиндр и следящий золотник для управления давлением в полостях гидроцилиндра, систему управления, соединенную через электрогидравлический усилитель со следящим золотником, дополнительную ременную передачу, один из шкивов которой является ведомым шкивом ременной передачи привода шпинделя, а второй связан со штоком указанного гидроцилиндра, а также датчики усилия натяжения ремней двух указанных ременных передач и анализатор, соединенный входами со всеми указанными датчиками и выходом со входом блока сравнения, выполненного с возможностью непрерывного сравнения рассчитанных анализатором амплитуд изгибных колебаний оси шпинделя в указанных плоскостях с их заранее заданными предельными значениями и передачи сформированных сигналов в систему управления для управления натяжением ремня дополнительной ременной передачи с целью устранения указанных колебаний. 18626 1 2014.10.30 Изобретение относится к области металлорежущего оборудования (станкостроения), в частности к высокоточной обработке на бесцентрошлифовальных станках, и может быть использовано для повышения точности шпиндельного узла с ременным приводом. Известно устройство для автоматической компенсации радиального биения шпинделя круглошлифовального станка путем регулирования его деформаций, которое содержит рычаг, ползун, привод ползуна, дополнительный привод, устройство управления приводами, ползун снабжен упором, предназначенным для силового взаимодействия с деталью и регулирования ее упругих деформаций совместно с деформациями органов станка, несущих деталь, рычаг взаимосвязи с ползуном посредством копира, закрепленного на ползуне, устройство управления одним из приводов (или ползуна, или дополнительным) связано с устройством измерения радиальной составляющей силы резания, а устройство управления вторым из приводов (или дополнительным, или ползуна) связано с устройством измерения тангенциальной составляющей силы резания, причем основной привод связан с дополнительным посредством копира, закрепленного на ползуне, а рабочая поверхность рычага использована в качестве опоры детали в тангенциальном направлении 1. Недостатком этого устройства является то, что оно может регулировать упругие деформации только от силы резания, тогда как в шпиндельных узлах ощутимую погрешность вносят статическая и переменная составляющие усилия натяжения ремня ременной передачи. Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому устройству для автоматической компенсации радиального биения шпинделя является устройство, которое содержит датчики положения шпинделя, включенные попарно в дифференциальные измерительные мосты, датчики разности давления воздуха в аэростатических подшипниках, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), анализатор, выполненный в виде микроЭВМ, усилители, исполнительный механизм, роль которого выполняют регуляторы воздушного потока, которые преобразуют сигналы с анализатора в изменения давления воздуха в карманах передней опоры и таким образом поворачивают ось шпинделя относительно его опор на рассчитанный угол, компенсируя упругие деформации 2. Недостатком этого устройства является низкая точность шпиндельного узла для высокоточного шлифования, что обусловлено невозможностью устранения изгибных колебаний шпинделя, вызванных ременным приводом, так как опоры являются точкой перегиба шпинделя. Цель изобретения - повышение точности шпиндельного узла бесцентрошлифовального станка для высокоточного шлифования путем автоматической компенсации радиального биения шпинделя круглошлифовального станка, обусловленного его упругой деформацией в результате воздействия на размещенный на консольном выступе шпинделя шкив силы натяжения ремня ременной передачи и колебаниями, связанными с периодическими изменениями с частотой выбега ремня силы его натяжения. Поставленная задача достигается тем, что устройство для автоматической компенсации радиального биения шпинделя бесцентрошлифовального станка содержит бесконтактные датчики положения оси шпинделя в двух перпендикулярных плоскостях,исполнительный механизм, содержащий гидроцилиндр и следящий золотник для управления давлением в полостях гидроцилиндра, систему управления, соединенную через электрогидравлический усилитель со следящим золотником, дополнительную ременную передачу, один из шкивов которой является ведомым шкивом ременной передачи привода шпинделя, а второй связан со штоком указанного гидроцилиндра, а также датчики усилия натяжения ремней двух указанных ременных передач и анализатор, соединенный входами со всеми указанными датчиками и выходом со входом блока сравнения, выполненного с возможностью непрерывного сравнения рассчитанных анализатором амплитуд изгибных 2 18626 1 2014.10.30 колебаний оси шпинделя в указанных плоскостях с их заранее заданными предельными значениями и передачи сформированных сигналов в систему управления для управления натяжением ремня дополнительной ременной передачи с целью устранения указанных колебаний. Повышение точности шпиндельного узла бесцентрошлифовального станка достигается в результате следующего регулируемым в процессе шлифования (в зависимости от силы резания и связанной с этим силы натяжения ремня привода вращения обрабатывающего шлифовального круга) натяжением ремня дополнительно установленной ременной передачи компенсируется силовое воздействие на шпиндель шлифовального круга усилия натяжения ремня привода его вращения, вследствие чего исчезает как источник возбуждения изгибных колебаний изгибная деформация оси шпинделя, что приводит к снижению до приемлемого уровня или полному исключению колебаний шпинделя с оборотной частотой создание в противофазе с помощью дополнительной ременной передачи управляемых по частоте и амплитуде вынужденных колебаний усилия натяжения ремня привода вращения шпинделя шлифовального круга, компенсирующих его колебания с частотой выбега ремня, способствует снижению до приемлемого уровня или полному исключению колебаний шпинделя с этой частотой создание с помощью ременной передачи привода вращения шпинделя шлифовального круга и дополнительной ременной передачи предварительно нагружения шпинделя шлифовального круга о в диаметрально противоположных направлениях позволяет эффективно демпфировать колебания с частотой, значения которой превышают оборотную. В совокупности это позволяет уменьшить или исключить изменения траектории оси вращения шпинделя и за счет этого снизить шероховатость и повысить точность обработки деталей. Автоматическая компенсация радиального биения шпинделя позволяет обеспечить стабильность точностных параметров. На фиг. 1 представлена схема устройства, на фиг. 2 - траектория движения оси бесцентрошлифовального станка без (1) и при (2) автоматической компенсации радиального биения шпинделя бесцентровошлифовального станка. Устройство для автоматической компенсации радиального биения шпинделя бесцентрошлифовального станка содержит бесконтактные датчики 1, 2 положения оси шпинделя для измерения колебаний оси шпинделя 3 в двух плоскостях, датчик 4 для регистрации колебаний усилия натяжения ремня ременной передачи 5, которые передаются через ролик 6, исполнительный механизм, выполненный в виде гидроцилиндра 7 и следящего золотника 8, соединенного с электрогидравлическим усилителем 9. Устройство также содержит дополнительно установленную ременную передачу 10, при этом ее шкив 11 является шкивом ременной передачи 5 привода станка, а шкив 12, например, через подшипниковую опору (не показано) связан со штоком гидроцилиндра 7. Для регистрации усилия натяжения дополнительной ременной передачи 10 предусмотрен датчик 13. Выходы датчиков 1, 2, 4, 13 подключены ко входам анализатора 14, связанного с блоком 15 сравнения по величине амплитуды колебаний оси шпинделя 3 на оборотной частоте вращения шпинделя и амплитуды колебаний оси шпинделя на частоте выбега ремня ременной передачи 5 с допустимым значением амплитуды колебаний оси шпинделя 3. Анализатор 14 соединен с системой управления 16 исполнительного механизма, а именно с электрогидравлическим усилителем 9, соединенным со следящим золотником 8, который изменяет давление в полостях гидроцилиндра 7, за счет чего корректируется натяжение ремня дополнительной ременной передачи 10 и ременной передачи 5. Давление в гидросистеме настраивается при помощи напорных клапанов 17 и 18. Сущность работы устройства станет понятна из рассмотрения принципа работы устройства. Рассмотрим применение устройства на примере работы станка модели 3184. 18626 1 2014.10.30 Устройство работает следующим образом. Давление в гидросистеме задается при помощи напорных клапанов 17 и 18. За счет разности давления в полостях гидроцилиндра 7,задаваемого смещением золотника 8, создается усилие натяжения ремня дополнительной ременной передачи 10, равное по величине и противоположное по направлению усилию натяжения ремня основной ременной передачи 5. Усилие натяжения ремня ременной передачи 5 через ролик 6 регистрируется датчиком 4 и в виде электрического сигнала подается на первый вход анализатора 14. При работе из-за различных возмущающих факторов возникают колебания натяжения ремня ременной передачи 5 и вследствие этого возникают колебания оси вращения шпинделя 3, которые фиксируются датчиками 1, 2 и подаются на второй и третий входы анализатора 14. В рассматриваемом примере максимальные значения измеренных колебаний оси шпинделя 3 составляют по оси- 3 мкм, по оси(изгибные колебания) - 3,9 мкм. Точность вращения оси шпинделя 3 оценивается биением на переднем конце шпинделя в радиальном направлении. Допустимое биение шпинделя универсальных станков должно соответствовать государственным стандартам 3. Биение шпинделя специальных станков зависит от требуемой точности обработки и не должно превосходить 1/3 допуска на лимитирующий размер обработанной на станке детали 4. При обработке деталей типа палец на станке данной модели допуск круглости детали составляет 2 мкм 5. Тогда допуск на колебание оси шпинделя 3 (биение шпинделя) составляет доп 0,7 мкм. В анализаторе 14 проводится обработка поступающих с датчиков 1 и 2 сигналов и определение их спектров. Далее в анализаторе 14 рассчитывается оборотная частота 1 вращения шпинделя 3 и частота 2 выбега ремня основной ременной передачи 5. Частоты колебаний определяют по формулам где 3,1415.- действительная угловая скорость шпиндельного узла, рад/с- длина ремня ременной передачи 5 привода, м 2 - диаметр ведомого шкива 8 ременной передачи 5, находящегося на шпинделе 3, м. При 186 рад/с 2 м 20,2 м частоты колебаний 129,62 Гц 29,3 Гц. Исходя из спектрального анализа в анализаторе 14 определяются амплитудные значения колебаний оси шпинделя 3 на этих частотах. 12,8 мкм, 21,3 мкм. В блоке 15 производится сравнение по величине амплитуды колебаний оси шпинделя 3 на оборотной частоте вращения шпинделя 1 и амплитуды колебаний оси шпинделя на частоте выбега ремня ременной передачи 5 с допустимым значением амплитуды колебаний оси шпинделя 3 с допустимым значением амплитуды колебаний оси шпинделя доп. В рассматриваемом случае изгибные колебания по осипревышают допустимые более чем в 3 раза. После этого по большей амплитуде 12,8 мкм в анализаторе 14 рассчитываются параметры (амплитуда, фаза, частота) сигнала управления для системы управления 16. Сигнал управления формируют таким образом, чтобы фаза изгибных колебаний оси шпинделя, измеренных датчиком 2, и фаза колебаний усилия натяжения ремня ременной передачи 10, измеренных датчиком 13, находились в противофазе. При несоблюдении данного условия анализатор 14 выполняет корректировку фазы сигнала управления, который подается на блок 16 исполнительного механизма. При этом перемещается шток гид 4 18626 1 2014.10.30 роцилиндра 7, который изменяет натяжение ремня ременной передачи 10 и межосевое расстояние ременной передачи 5. При этом создается периодически изменяющееся натяжение ремня ременной передачи 5, обеспечивающее компенсацию изгибных колебаний оси шпинделя 3. На четвертый вход анализатора 14 подаются электрические сигналы от датчика 13, регистрирующего натяжение ремня дополнительной ременной передачи 10. При получении сигнала с датчика 13 о достижении предельной величины натяжения дополнительной ременной передачи 10, задаваемой в блоке 15 для конкретных параметров дополнительной ременной передачи (в рассматриваемом примере 500 ), анализатор 14 подает сигнал в блок управления 16, который отключает исполнительный механизм. В результате компенсации изгибных колебаний шпинделя амплитуда колебаний оси шпинделя по осисоставила 1 мкм, по оси- 0,6 мкм, что удовлетворяет допустимому значению доп 0,7 мкм. Были проведены испытания шпиндельного узла на стенде с устройством автоматического управления точностью шпиндельного узла с ременным приводом, которые показали, что устранение изгибных колебаний шпинделя обеспечивает повышение точности вращения его оси в 5 раз. Траектории оси вращения шпинделя, отражающие положение оси вращения шпинделя за один оборот, представлены на фиг. 2 1 - траектория оси вращения без устройства автоматического компенсации, 2 - с устройством автоматической компенсации радиальных биений шпиндельного узла. Таким образом, реализация предлагаемого устройства позволяет автоматически непосредственно при шлифовании обеспечить высокую точность вращения шпинделя за счет устранения изгибных колебаний шпинделя, возникающих вследствие колебания усилия натяжения ремня ременной передачи. Источники информации 1. Патент РФ 2130826, МПК 23 15/007, 1994. 2. А.с. СССР 1335415, МПК 23 15/00, 1987. 3. ГОСТ 13510-93. Станки круглошлифовальные бесцентровые. Основные параметры и размеры. Нормы точности и жесткости. 4. Пуш В.Э. Конструирование металлорежущих станков. - М. Машиностроение,1977. - 390 с. 5. ГОСТ 24643-81. Основные нормы взаимозаменяемости. Допуски формы и расположения поверхностей. Числовые значения. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5

МПК / Метки

МПК: B23Q 16/00, B24B 49/00

Метки: компенсации, шпинделя, биения, устройство, станка, автоматической, бесцентрошлифовального, радиального

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/5-18626-ustrojjstvo-dlya-avtomaticheskojj-kompensacii-radialnogo-bieniya-shpindelya-bescentroshlifovalnogo-stanka.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Устройство для автоматической компенсации радиального биения шпинделя бесцентрошлифовального станка</a>

Похожие патенты