Способы обеспечения точности привода. Датчики. Стабилизация температуры



В связи с тем, что основной характеристикой приводов подач является плавность хода, высокая жесткость, высокая точность перемещения как быстрого хода так и минимальной подачи. Для обеспечения всех этих параметров стараются избежать зазоров в механической части приводов подач: применением сильфонных муфт с коническими втулками и беззазорных редукторов для соединения двигателя с тяговым механизмом напрямую; регулировка натяга для устранения зазоров в тяговых механизмах; применение предохранительных и тормозных муфт; применение конструкций механизмов с максимальным КПД (отсутствием трения). Способы устранения зазоров в механической части описываются ранее в описании механизмов.

Для обеспечения точности перемещения (позиционирования) также  применяют: датчики линейных перемещений (датчики обратной связи), применение новых решений современных электродвигателей (серводвигателей, линейных)

 

Датчики обратной связи

в системах ЧПУ типа CNC наибольшее распространение получили импульсные оптические или магнитные датчики положения (измерительные преобразователи перемещения), так как они обеспечивают большую точность и лучше согласуются с электронными блоками системы ЧПУ.

Одним из наиболее важных элементов следящего электропривода для станков с ЧПУ и роботов является датчик перемещений или, как принято называть, преобразователь измерительный круговых или линейных перемещений (сокращенно ПИКП и ПИЛП).

Рисунок 5.1 - Линейный (а) и круговой (б) импульсные оптические датчики

1 — осветитель, 2—линза, 3 — шкала, 4 — вал, 5 — риски нуль-метки, 6 — съемник, 7 — фотодиоды, 8 — фотодиод нуль-метки, 9 — фотодиоды; 10 — корпус

Преобразователь механических перемещений вырабатывает периодические сигналь! (изменение амплитуды фазы синусоидального сигнала или числа импульсов), пропорциональные пройденному им пути.

Далее эти сигналы обрабатываются, поступая в блоки предварительного усиления, формирования, интерполяции и индикации; эти блоки образуют отсчетно-измерительную систему.

В зависимости от измеряемой величины перемещения преобразователи делятся на узкопредельные и широкопредельные. Узкопредельными принято называть преобразователи, ведущие отсчет в пределах одного периода выходного сигнала, что может соответствовать перемещению от одного до нескольких миллиметров или угловых градусов. В станках с ЧПУ и роботах в основном применяют широкопредельные преобразователи, диапазон измерения которых существенно больше или просто неограничен.

Для обеспечения высокой точности позиционирования станков линейные датчики в качестве датчиков обратной связи являются незаменимыми. Величина перемещения с их помощью определяется напрямую. Механические прередаточные элементы не оказывают в этом случае влияния на точность позиционирования.

Кинематические и термические ошибки или влияние нагрузки также  определяются линейными датчиками и учитываются в контуре управления.

Данный способ помогает исключить целый ряд источников погрешностей:

-ошибка позиционирования, вызванная нагревом в ШВП

-ошибка, вызванная наличием зазоров в ШВП

-ошибка, возникающая при деформации механики привода из-за больших нагрузок кинематическая ошибка, вызванная погрешностью шага ШВП

 

Стабилизация температуры

Количество тепла, выделяемое в станке, можно уменьшить двумя путями: 1) выносом тепловыделяющих механизмов (насосных установок, приводных двигателей, масляных ба­ков, гидроаппаратуры и др.) из станины или других базовых деталей станка; 2) использова­нием конструкций с небольшим тепловыделением, что достигается применением шпин­дельных подшипников с меньшим тепловыделением, использованием соответствующего смазочного материала, сокращением длины кинематических цепей. Зубчатые и клиноременные передачи рекомендуется размещать так, чтобы потоки воздуха уносили часть выделяемого тепла.

Уменьшение «чувствительности» станка к изменению его тепловых полей достигается изготовлением деталей станка из материалов с малым коэффициентом линейного расшире­ния, теплоизоляцией источников тепла, созданием термосимметричной конструкции станка и его механизмов. Влияние температурных деформаций может быть уменьшено соответствующим взаимным расположением фиксирующих элементов, например упорных под­шипников в шпинделе (в передней или задней опоре), места крепления шпиндельной бабки на станине и др.

Эффективным методом снижения температурных деформаций является охлаждение станка, включая его активные элементы (подшипники шпинделя, муфты, тормоза, электро­двигатели и др.), и пассивные элементы, переносящие тепло (масла и охлаждающие жидко­сти), путем создания естественного или искусственного потока воздуха, отвода тепла с помощью охлаждающих устройств и др.

Для повышения точности широко применяют методы, основанные на измерении погрешностей и их компенсации или стабилизации.

Первый метод заключается в компенсации систематической составляющей погрешностей на основе информации, полученной аналитическими расчетами или экспериментальными исследованиями Управляющая программа предискажается на этапе программирования или в процессе эксплуатации при редактировании программы вводом коррекций с пульта устройства ЧПУ.

Применение микропроцессоров и микроЭВМ в системах ЧПУ станка позволило реализовать функции управления приводами подач станка программными средствами, ком­пенсировать погрешности станка путем использования постоянно действующих программ коррекции, заложенных в памяти системы управления (рис. 67). Система компенсирует упругие деформации, вызываемые не только силами резания, но и массами траверсы е шпиндельной головки. Система содержит блоки , закрепленные на колонне и основании, трос 2 и устройство управления 3. Компенсирующее входное воздействие εF задается от устройства ЧПУ станка Оно вычисляет это воздействие в зависимости от положения рабочих органов по координатам X, W, Z и действующих сил резания. Получая сигнал о величине компенсации, устройство компенсации формирует на выходе соответствующее механическое воздействие (силу или момент) на упругую систему станка

Патентные исследования

В области повышения быстродействия, точности, износостойкости механизмов приводов подач известно множество изобретений. Некоторые из них описываются далее.

Патент на изобретение RU 2307964. - Устройство для повышения точности работы привода подач металлорежущего станка.

Краткое описание изобретения.

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.

Рисунок 6.1 – Эскиз изобретения к патенту RU 2307964

 

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.

 

Патент на изобретение №2471100 - ГИДРОСТАТИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА ХОДОВОЙ ВИНТ-ГАЙКА.

Кратное описание изобретения.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к механизмам преобразования движения. Гидростатическая передача винт-гайка содержит винт и гайку с трапецеидальной резьбой. На боковых поверхностях винтовой резьбы гайки выполнены карманы. Указанные карманы соединены посредством дроссельных каналов с распределительными каналами, которые через дроссели соединены с подающей магистралью. Насос, размещенный в масляной ванне, и обратный клапан связаны с подающей магистралью через фильтр. Сливной ванной для рабочего тела служит емкость, гидравлически связанная с масляной ванной. Технический результат - повышение КПД, долговечности и надежности передачи

Патент на изобретение RU 2120068 – Упругая муфта.

Кратное описание изобретения.

Муфта содержит две полумуфты, установленные на конические втулки и стянутые с ними болтами, а также соединяющий полумуфты упругий элемент в виде цилиндра с поясками и продольными прорезями в средней части. Упругий элемент установлен с возможностью перемещения, например, на штифтах, запрессованных в бурты полумуфт в осевом направлении до упора его торцов в бурты полумуфт. Упругий элемент выполнен с внутренней цилиндрической проточкой в средней части. Технический результат, достигаемый при реализации данной конструкции, состоит в упрощении конструкции муфты, снижении трудоемкости ее изготовления и обслуживания, повышении ее надежности.

 

Заключение

В данном курсовом проекте произвели анализ существующих приводов подач современных станков с ЧПУ, их конструкции и возможные структуры, изучили конструкции каждого механизма в отдельности; проанализировали способы увеличения точности позиционирования приводов подач за счет применения более дорогих и современных систем (как двигателей и механических звеньев, так и различных датчиков обратной связи). Проанализировали патентные исследования в области приводов подач станков с ЧПУ, улучшающих надежность, быстроходность, точность работы приводов.

Литература

1. Глубокий, В.И. Конструирование и расчет станков. Конструкции приводов подач и базовых деталей: учебно-методическое пособие к лабораторным занятиям/В.И. Глубокий, А.М. Якимович, И.В. Макаревич. –Минск: БНТУ, 2014. -92 с.

2.  Бушуев, В.В. Основы конструирования станков/В.В. Бушуев. –М.: Станкин, 1992. – 520 с.

3. Конструкция и наладка станков с программным управлением и роботизированных комплексов/Л.И. Грачев [и др.]. –М.: Высшая школа, 1989.-271 с.

4. Васильков, Д.В. Электромеханические приводы металлообрабатывающих станков/ Д.В. Васильков, В.Д. Вейц, А.Г. Схиртладзе.- СПю.: Политехника, 2010. – 759 с.

5. Станки с ЧПУ/ под ред. В.А. Лещенко. – М.: Машиностроение, 1988. – 568 с.

6. http://www.heidenhain.by – Датчики линейных перемещений фирмы Heidenhaim.

7. Шариковинтовые приводы Rexroth. – Варшава, 2010. – 128 с.

8. Патент RU 2307964. - Устройство для повышения точности работы привода подач металлорежущего станка.

9. Патент на изобретение №2471100 – Гидростатическая передача ходового винта гайки.

10.  Патент на изобретение RU 2120068 – Упругая муфта.


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 520; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ