CZ23761U1

CZ23761U1 - Zařízení pro rozšíření mechanických možností rámu

Info

Publication number: CZ23761U1
Application number: CZ201125240U
Authority: CZ
Inventors: Sedlácek@Petr; Zelený@Jaromír
Original assignee: Ceské vysoké ucení technické v Praze, Fakulta strojní,
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2012-05-10

Description

Zařízení pro rozšíření mechanických možností rámu

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro rozšíření mechanických možností rámu pro použití automatické kompenzace vertikálního poklesu a úhlového sklonu předního, vysouvaného konce hori5 zontálně výsuvné části výrobního, zejména obráběcího stroje. Jedná se o nové konstrukční řešení stroje opatřeného zejména pinolami se zabudovanými vřeteny nebo horizontálně výsuvnými vřeteníky.

Dosavadní stav techniky

U takto horizontálně výsuvných skupin dochází vlivem váhových deformací k průhybu směrem io dolů, což má za následek jednak pokles horizontálně vysouvaného členu na jeho předním, nejvíce vysunutém konci, jednak úhlové natočení koncové plochy. Slouží-li tato koncová plocha k upínání nástrojů, dochází k vertikálnímu snížení jejich polohy a k úhlovému sklonu, který vyvolává v závislosti na délce nástrojů další přídavný pokles jejich konce. Běžné provedení mechanické struktury strojů s vodorovně výsuvnou částí neumožňuje v dostatečném rozsahu kompen15 zaci vertikálního snížení a úhlového sklonu v místě nástroje.

Problematika váhových deformací dosavadních strojů je blíže popsána na stávajícím stroji. Stroj má lože umístěné na základu a obrobkovou část. Při vysouvání těžiště výsuvné části vzniká ohyb stojanu tak, že v místě nosiče horizontálně výsuvné části je ohybem vyvolána úhlová deformace. Nosič horizontálně výsuvné části koná vertikální pohyb po stojanu stroje a vodicí prvky vertikál20 ního pohybu vyvolají další úhlovou deformaci. Horizontálně výsuvná část se vysouvá z nosiče výsuvné části, přičemž jejich vzájemnou polohu zajišťují prvky vedení, které svojí poddajností způsobují další přídavnou úhlovou deformaci.

V závislosti na vysunutí horizontálně výsuvné části nastává její ohyb, který vyvolá na jejím předním konci v místě upnutí nástroje přídavnou úhlovou deformaci. Výsledný náklon v místě upnutí nástroje je součtem všech úhlových deformací.

V závislosti na ramenech a vzdálenostech úhlově naklápěných Částí, na okamžitém výsuvu horizontálně výsuvné části a na hmotnosti nástroje vzniká na jejím předním konci pokles. K tomu se na konci nástroje přičítá pokles v místě obrábění.

Výsledkem výše uvedené situace i dalších vlivů je, že poloha nástroje upnutého na předním konci horizontálně výsuvné části stroje vykazuje značné úhlové sklony i vertikální odchylky, přičemž kompenzace nebo eliminace těchto odchylek je v případě znalosti jejich velikosti možná, pokud ji umožňuje mechanické provedení stroje.

Dosavadní známé způsoby eliminace váhových deformací předního konce horizontálně výsuvných částí výrobních strojů dovolují v určitém často nedostatečném rozsahu omezit váhové de35 formace předního konce horizontálně výsuvných Částí.

Jako příklad známých řešení lze uvést natočení nosiče zdvojením mechanismu pro vyvození svislého pohybu nebo otočné uložení horizontálně výsuvné části.

Natočením nosiče vodorovně výsuvné části však dochází k znatelnému zvýšení normálových a třecích sil ve vodicích elementech a může dojít k jejich zadírání a zvyšuje se potřebný silový tok mechanismu pro vyvození svislého pohybu nosiče. Použitím otočného uložení vodorovně výsuvné části dochází ke snížení tuhosti nosiče a k zvýšení složitosti konstrukce.

Společné nedostatky zmíněných systémů jsou v tom, že dochází ke zvýšení normálových a třecích sil ve vodicích elementech až k hranici zadírání. Rovněž se zvyšují požadavky na potřebný silový tok pohybovými mechanismy. Dále dochází k snížení tuhosti a zvýšení složitosti kon45 strukce.

-1 CZ 23761 Ul

Známé systémy obecně nevykazují schopnost dostatečného rozsahu kompenzace nutného pro aktivní vyrovnávání svislého poklesu a úhlové odchylky souvisejícího konce horizontálně výsuvných částí bez zvyšujícího se silového namáhání nebo zvýšení složitosti konstrukce.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny zařízením pro rozšíření mechanických možností rámu pro použití automatické kompenzace vertikálního poklesu a úhlového sklonu předního, vysouvaného konce horizontálně výsuvné části výrobního, zejména obráběcího stroje, způsobených proměnnými váhovými deformacemi stroje, podle tohoto technického řešení. Jeho podstatou je to, že horizontálně výsuvná část je umístěna na nosiči opatřeném spodními vodícími prvky, které jsou posuvné ve směru osy horizontálně výsuvné části.

Nosič je s výhodou na své horní straně opatřen přídavným vedením pro posunutí spodních vodicích prvků v rozsahu kompenzace poklesu v místě nástroje.

V dalším výhodném provedení je nosič na své horní straně opatřen deformačním členem pro posunutí spodních vodicích prvků v rozsahu kompenzace poklesu v místě nástroje jeho poddaji s ností ve směru osy horizontálně výsuvné části při zachování tuhosti v ostatních směrech.

Zařízení může být opatřeno dvěma nezávislými vertikálními posuvovými mechanismy pro vyvození svislého posunu. Zařízení může být opatřeno jedním vertikálním posuvovým mechanismem pro vyvození svislého posunu a druhým posuvovým mechanismem pro horizontální posun spodních vodicích prvků nosiče.

Každý nezávislý mechanismus je s výhodou vybaven měřicím zařízením, jejichž výstupní signál slouží pro měření a řízení osového výsuvu horizontálně výsuvného členu. Nezávislý mechanismus muže být vybaven měřicím zařízením, jehož výstupní signál slouží pro měření a řízení osového výsuvu horizontálně výsuvného clenu.

Zařízení je s výhodou opatřeno nezávislým měřicím systémem pro měření skutečných odchylek poklesu a úhlového sklonu konce horizontálně výsuvného členu s vřetenem.

Technické řešení se týká nového řešení rozšíření rozsahu kompenzace vertikálního snížení a úhlového sklonu v místě nástroje pro eliminaci poklesu a úhlového sklonu horizontálně výsuvných částí strojů. Všechny výše popsané deformace způsobují, zejména u strojů střední a větší velikosti, závažné snížení přesnosti výrobních operací. Váhové deformace horizontálně vysouva30 né části stroje se kombinují s váhovými deformacemi vedení vysouvacího pohybu, tělesa nosiče vysouvané části, stojanu, portálu nebo jiných nosných částí rámu, i jejich pohyblivých vedení. Všechny tyto váhové deformace závisí nejen na délce okamžitého horizontálního vysunutí p i noty, která mění polohu těžiště vysouvané části, ale i na váze nástrojů a technologických hlav, upnutých na jejím konci, případně i na okamžité poloze nástroje vůči obrobku v dalších souřad35 ných směrech.

Řešení snižuje normálové a třecí síly ve vodicích elementech. Jsou sníženy požadavky na potřebný silový tok pohybovými mechanismy a rovněž dochází ke zvýšení tuhosti konstrukce stroje. Řešení má schopnost dostatečného rozsahu kompenzace nutné pro aktivní vyrovnávání svislého poklesu a úhlové odchylky konce horizontálně výsuvných částí.

4ú Objasnění obrázků na výkresech

Technické řešení bude blíže popsáno na konkrétních příkladech provedení s pomocí přiložených výkresů. Na obr. I je schematicky znázorněn vliv váhových deformací na výslednou přesnost stroje. Na obr. 2 je znázorněn rám stroje po doplnění o deformační člen pro zvýšení rozsahu kompenzace vlivu váhových deformací. Na obr. 3 je znázorněn rám stroje po doplnění o prídav45 né vedení pro zvýšení rozsahu kompenzace vlivu váhových deformací. Na obr. 4 je znázorněn rám stroje se dvěma nezávislými posuvovými mechanismy. Na obr. 5 je zobrazen rám stroje po doplnění o přídavné vedení a po aplikaci kompenzace vlivu váhových deformací.

i

CZ 23761 Ul

Příklady provedeni technického řešení

Problematika váhových deformací dosavadních strojů je blíže znázorněna na obr. i. Stroj má lože 35 s vedením 34 stojanu, umístěné na základu 33 a obrobkovou část 32. Při vysouvání těžiště horizontálně výsuvné části 2 vzniká ohyb stojanu 36 tak, že v místě nosiče 3 horizontálně výsuvné části 2 je ohybem vyvolána úhlová deformace a_x. Nosič 3 horizontálně výsuvné části 2 koná vertikální pohyb po stojanu 36 stroje a jeho v obr. 1 nezobrazené vodicí prvky vertikálního pohybu vyvolají další úhlovou deformaci cu. Horizontálně výsuvná část 2 se vysouvá z nosiče 3 horizontálně výsuvné části 2, přičemž jejích vzájemnou polohu zajišťují prvky 3_1 vedení, které svojí poddajností způsobují další přídavnou úhlovou deformaci cti.

io V závislosti na vysunutí horizontálně výsuvné části 2 nastává její ohyb, který vyvolá na jejím předním konci I v místě upnutí nástroje 30 přídavnou úhlovou deformaci a^. Výsledný náklon v místě upnutí nástroje 30 je součtem všech úhlových deformací αχ až ct4. Platí tedy:

a = cti + a? + cti + 0L4 .

V závislosti na ramenech a vzdálenostech úhlově naklápěných částí, na okamžitém výsuvu hori15 zontálně výsuvné části 2 a na hmotnosti nástroje 30 vzniká na jejím předním konci i pokles Áy. K tomu se na konci nástroje o délce L přičítá pokles Áy^ v místě obrábění podle vztahu:

Δγπ = L*sina,

Zařízení pro rozšíření mechanických možností rámu pro použití automatické kompenzace vertikálního poklesu a úhlového sklonu předního, vysouvaného konce i horizontálně výsuvné části 2 obráběcího stroje, způsobených proměnnými váhovými i teplotními deformacemi stroje, je založeno na principu definovaného snížení tuhosti vybraných dílů rámu s ohledem na dosažení dostatečného rozsahu řízeného pohybu pro eliminaci poklesu a úhlového natočení způsobeného vlastní tíhou stroje. Příkladem řešení je provedení takové, které má vodicí spodní prvky 4 nosiče 3 horizontálně výsuvné části 2 uloženy pohyblivě pomocí deformačního členu 42 čt přídavného vedení 43.

CNC systém stroje získá informaci o vertikální poloze nosiče 3 horizontálně výsuvné části 2 pomocí dvojice odměřování 37 vertikální polohy nosiče 3. Při požadavku na jinou než aktuální vertikální polohu nosiče 3 dojde k vyslání povelu do nezávislých posuvových mechanismů 38. To se děje tak dlouho, dokud nedojde ke shodě požadované a aktuální svislé polohy nosiče 3.

Vysláním rozdílného signálu do nezávislých posuvových mechanismů 38 dojde k úhlovému natočení nosiče 3 včetně horizontálně výsuvné části 2. Dojde také k natočení a změně svislé polohy konce i horizontálně výsuvné části 2 a nástroje 30.

Informace o aktuálním poklesu a úhlovém natočení v místě konce i horizontálně výsuvné části 2 je získána doplněním stroje o některý z nezávislých měřicích systémů měření aktuálního poklesu a úhlové deformace v místě nástroje 30 nebo po omezenou dobu po vytvoření kalibrační tabulky.

Po transformaci informace o svislé deformaci a úhlového natočení v místě konce i horizontálně výsuvné části 2 dle aktuální konfigurace stroje je znám korekční signál, jehož vysláním do elektromechanických prvků posuvových mechanismů 38 dojde k eliminaci svislé deformace i úhlového natočení v místě konce i horizontálně výsuvné části 2.

Pohyblivé uložení vodicích spodních prvků 4 nosiče 3 pak zajišťuje dostatečný rozsah natočení nosiče 3 horizontálně výsuvné části 2 pro to, aby bylo možné v dostatečné míre eliminovat celou hodnotu svislého poklesu a úhlového natočení konce i vodorovně výsuvné části 2 bez přílišného nárůstu normálových sil ve vodicích spodních prvcích 4 a vodicích homích prvcích 5 nosiče 3 horizontálně výsuvné části 2.

-3CZ 23761 Ul

Průmyslová využitelnost

Zařízení podle tohoto technického řešení nalezne uplatnění zejména při výrobě a rekonstrukci obráběcích strojů.

Claims

5 1. Zařízení pro rozšíření mechanických možností rámu pro použití automatické kompenzace vertikálního poklesu a úhlového sklonu předního, vysouvaného konce (1) horizontálně výsuvné části (2) výrobního, zejména obráběcího stroje, způsobených proměnnými váhovými deformacemi stroje, vyznačující se tím, že horizontálně výsuvná část (2) je umístěna v nosiči (3) opatřeném vodícími spodními prvky (4), umístěnými posuvně ve směru osy horizontálně to výsuvné části (2).
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že nosič (3) je na svém horním povrchu opatřen přídavným vedením (43) pro posunutí vodicích spodních prvků (4) v rozsahu kompenzace poklesu v místě nástroje (1).
3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že nosič (3) je na svém homím

15 povrchu opatřen deformačním členem (42) pro posunutí vodicích spodních prvků (4) v rozsahu kompenzace poklesu v místě nástroje (1) jeho poddajností ve směru osy horizontálně výsuvné části (2) při zachování tuhosti v ostatních směrech
4. Zařízení podle nároku 1, 2 nebo 3, vyznačující se tím, že je opatřeno dvěma nezávislými vertikálními posuvovými mechanismy (38) pro vyvození svislého posunu vodicích

20 spodních prvků (4) nosiče (3).
5. Zařízení podle nároku 1, 2 nebo 3, vyznačující se tím, že je opatřeno jedním vertikálním posuvovým mechanismem (38) pro vyvození svislého posunu a druhým posuvovým mechanismem (39) pro horizontální posun vodicích spodních prvků (4) nosiče (3).
6. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že každý nezávislý vertikální po25 suvový mechanismus (38) je vybaven měřicím zařízením (37) jejichž výstupní signál slouží pro měření a řízení osového výsuvu horizontálně výsuvné části (2).
7. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že druhý posuvový mechanismus (39) je vybaven dalším měřicím zařízením (40) jehož výstupní signál slouží pro měření a řízení osového výsuvu horizontálně výsuvné části (2).

30 8. Zařízení podle kteréhokoli z uvedených nároků, vyznačující se tím, že je opatřeno dalším nezávislým měřicím systémem pro měření skutečných odchylek poklesu a úhlového sklonu konce (1) horizontálně výsuvné části (2) obráběcího stroje.