CZ2001455A3 - Zařízení pro kompenzaci teplotních dilatací vřetene obráběcího stroje - Google Patents

Description

Zařízení pro kompenzaci teplotních dilatací vřetene obráběcího stroje

Oblast techniky pro kompenzaci teplotních dilatací vřetene obráběcího stroje, kde vřeteno otočně spojené s maticí pohybového šroubu je výsuvně ' i otočně uloženo v tělese tvořeném vřeteníkem nebo pinoloujvýsuvně uloženew i · v rámu, mezi a tělesem je vložen výsuvný šroub

Dosavadní stav techniky

Problémem obráběcích strojů, zejména takových kde vřetena a tělesa, ve kterých jsou vřetena uložená, jsou větších délek, jsou teplotní dilatace těchto dílů větší. Zde se vlivem větších délek výrazněji projevuje vliv teplot na velikost teplotních dilatací, cožšp v konečné formě má vliv na přesnost obrábění. U horizontálních vyvrtávaček, která mají vřetena delších rozměrů činí délková dilatace na konci vřetene, tedy v místě upnutí nástroje, vlivem proměnlivých teplot v průběhu režimu i několik desetin milimetru. Doposud se tato nepřesnost odstraňovala zpravidla citlivým zásahem obsluhy na základě odměřování polohy konce vřetena a čela pinoly vůči obrobku. Zásah lidského činitele kompenzující vzniklé dilatace však vyžaduje značnou praxi a jeho výsledek není zaručený. U NC strojů pracujících v automatickém režimu je takový zásah problematický.

Jako optimální postup, který minimalizuje vlivy teplot na délkové dilatace se osvědčil vícesměnný provoz obráběcího stroje. Tento postup využívá teplotně ustáleného režimu, který nastane po najetí stroje do tepelně stabilního režimu v důsledku dlouhodobého provozu obráběcího stroje. Teplotně neustálený režim . při náběhu studeného stroje takový postup neřeší. V tomto časovém úseku, při kterém se postupně temperují jednotlivé součásti vřeteníku, se postupně obráběcí stroj uvádí do teplotně ustáleného režimu. V tomto časovém úseku je obráběcí stroj nepřipravený pro přesnou práci.

Zkoušely se rovněž matematické metody vycházející ze snímaných teplot jednotlivých součástí vřeteníku a z očekávaných dilatací jako následku předpokládaných teplotních jevů, které tyto teploty zapříčiní, matematickým modelem. Předpokládané teplotní dilatace byly korigovány přes NC systém obráběcího stroje. Matematický model předpokládaných jevů jevu se projevil jako nedostatečný. Jak je kupříkladu popsáno v článku “Tepelné deformace velkých obráběcích strojů a jejich kompenzace“, Ing.V. Trkovský, Strojírenství 38, (1988) a v článku V.Trkovský a J. Kuneš „Mathematisches Modell der thermoelastischen Verformungen von Wekzeugmaschinen“ Konstruktion 45 .7 (1993), Springer-Verlagj problematika teplotních polí byla podstatně složitější než byl matematický model schopen obsáhnout. Zdrojem tepla je jednak teplo vzniklé vzájemným třením jednotlivých rotačních součástí vřeteníku a to jak viskózním tak i valivým a v neposlední řadě i odvodem části tepla vřetenem od obrábění.

Podstata řešení uvedeme/ ooásiv-αa

V Zařízení pro kompenzaci teplotních dilatací vřetene obráběcího stroje,jehož vřeteno ,otočně spojené s maticí pohybového šroubuje výsuvně otočně uloženo v tělese. Těleso je tvořeno vřeteníkem nebo pinolou <% f

výsuvně uloženo v rámu_; mezi rumž a těleseip^vložen výsuvný šroub s výsuvným pohonem. Uvnitř tělesa je Uj?iW no

... dilatační pouzSř^pevně spojené stělesem. Volným koncem zakončeným dnem je dilatační pouzdro v tělese uloženo suvně. Dno je opatřeno pohonem axiálně upevněného pohybového šroubu a matice je v dilatačním pouzdře uložená suvně. Je vhodné, když délka vřetene je blízká délce dilatačního pouzdra. Při provozu je v důsledku sdílení tepla teplota vřetene blízká teplotě dilatačního pouzdra. V důsledku pevného spojení dilatačního pouzdra s tělesem a suvným uložením volného konce v tělese, dilatuje volný konec dilatačního pouzdra opačným směrem než dilatuje vřeteno. Dilatace vřetene a dilatace dilatačního pouzdra se v poměru svých délek, za předpokladu stejné roztažnosti, vzájemně kompenzují.

Dilatace zapříčiněné dilatacemi pohybových šroubů jsou snímány jednak snímačem polohy ustaveným mezi čelem tělesa a rámem^a jednak snímačem polohý, miezi volným koncem dilatačního pouzdra a maticí. Naměřené hodnoty 2 e -S D ryna&U —j^oUíprlVeaěňydo vyhodnocovače, jehož ovládací výstupy tvoří nezávislé řídící vstupy pohonu pohybového šroubu nebo výsuvného pohonu výsuvného šroubu. V některém případě mohou ovládací výstupy být řídícími vstupy současně pohonu i výsuvného pohonu. Tím jsou zcela vykompenzovány zbývající dilatace zapříčiněné dilatacemi pohybových šroubů.

Popis obrázků na výkrese

Zařízení podle vynálezu je schematicky znázorněno na přiloženém výkresu ve dvou variantách. Ha obr. 1 je těleso tvořené vřeteníkem s dilatačním pouzdrem, na obr.2 je těleso tvořené pinolou s dilatačním pouzdrem, kde mezi pinolou a rámem je vložen výsuvný šroub.

Popis příkladného provedení

Vřeteno 2 je otočně spojené s maticí 52 pohybového šroubu 5 a výsuvně otočně uloženo v tělese 1 prostřednictvím otočného pouzdra 7. Těleso 1 je v provedení na obr. 1 tvořeno vřeteníkem a na obr.2 je těleso 1 tvořené pinolou. Pinola je výsuvně uložená v rámu R. Mezi tělesem 1 tvořengm pinolou a rámem R je vložen pohybový šroub 6 s pohonem 61. Pohon 61 je upevněn na rámu R.

Pevná matice 62 pohybového šroubu 6 je upevněna na tělese j_, na znázorněném příkladu na pinole. Uvnitř tělesa jje dilatační pouzdro 4 pevně spojené s tělesem 1 na jeho vnitřní stěně X. Volným koncem zakončeným dnem 41 je dilatační pouzdro 4 v tělese ý uloženo suvně. Dno 41 je opatřeno pohonem 51 pohybového šroubu 5. Matice 52 je v dilatačním pouzdře 4 uložená suvně. Z rámu R vystupuje snímací tyč TI, ke které přiléhá snímač Dl polohy tělesa 1. S čelem 11 tělesa 1 je snímač Dl polohy spojený přes spojovací tyč T3 z tepelně neroztažného materiálu. Z matice 52 vystupuje snímací tyč T2, ke které přiléhá snímač D2 polohy dilatačního pouzdra 4 upevněný na dně 41 dilatačního pouzdra 4. Výstupy ze snímačů D1,D2 poloh jsou přivedeny do vyhodnocovače K. Ovládací výstupy K1,K2 z vyhodnocovače K jsou řídícími vstupy pohonu 51 a/nebo pohonu 61.

Vlivem ohřevu při provozu obráběcího stroje^ to jak od viskózního tření vzájemně se dotýkajících součástí či od valivého tření ložisek, tak i od tepla vznikajícího při třískovém obrábění, jehož část je odváděná vřetenem 2, dilatuje jednak vřeteno 2 a jednak dilatační pouzdro 4. K teplotním dilatacím dochází při teplotně neustáleném režimu. Na obr.l je naznačená dilatace ήΡν vřetene 2, která je určená jednak teplotou a jednak délkou V vřetene 2. Je naznačená rovněž dilatace aU dilatačního pouzdra 4 která je také určená teplotou a délkou U dilatačního pouzdra 4. Z konstrukčního hlediska nemůže mít vřeteno 2 a dilatační pouzdro 4 stejnou délku. Vlivem upevnění dilatačního pouzdra 4 na vnitřní stěně X tělesa 1 dilatuje vřeteno 2 a dilatační pouzdro 4 opačným směrem. Proto dilatace aPv vřetene 2 a dilatace aU dilatačního pouzdra 4 působí rovněž opačným směrem a vzájemně se částečně kompenzují. Částečně proto, že vřeteno 2 a dilatační pouzdro 4 jsou rozdílných délek. Rovněž je třeba brát do úvahy i délku Sv pohybového šroubu 5, který rovněž dilatuje a přispívá lýzvětšení dilatace aPv vřetene 2.

Á

Kompenzaci dilatace z^Sv pohybového šroubu 5, jakož i dilatace zSp šroubu 6 vloženého mezi rám R a těleso .1, řeší provedení zobrazené na obr.2. Dilatace δΡ na čele 11 tělesa i, v tomto případě tvořeného pinolou, sestává z dilatace aSp délky Sp šroubu 6 vymezené vzdáleností mezi výsuvným pohonem 61 a pevnou maticí 62,a dále z dilatace ΔΡρ té části tělesa 1, která je vymezená vzdáleností mezi čelem 11 tělesa 1 a místem, kde je pevná matice 62 spojená s tělesem 1.

(1) δΡ = &Pp + ASp

Dilatace aPv vřetena 2 sestává z dilatace a V celé délky V vřetene 2, z dilatace aSv délky Sv pohybového šroubu 5 vymezené vzdáleností mezi maticí 52 a pohonem 51 a z dilatace ASp vymezené délkou Sp výsuvného šroubu 6.

Součet těchto dilatací δ V, aSv, z,Sp se umenší o dilatací aU délky U dilatačního pouzdra 4, která působí opačným směrem.

(2) aPv — δΝ + aSv + zSp - aU

Z upravené rovnice (1) ASp = aP - APp dosadíme do rovnice.

(2) aPv = δ V + aSv - aU + aP - dPp

Snímačem Dl polohy tělesa 1_ lze zjistit velikost dilatace aP na čele 11 tělesa 1 tvořeného pinolou. Snímačem D2 lze zjistit velikost dilatace aSv pohybového šroubu 5. Vyhodnocovač K na základě zjištěných dilatací δΡ ^aSv dá ovládacími výstupy K1 ,K2 řídicí povely pohonu 51 a pohonu 61. Po vykompenzovní dilatací δΡ , aSv zůstanou zdánlivě nevykompenzovány pohonem 51 a pohonem 61 následné dilatace.

- (3) aPv = ZV - aU - ΛΡρ

Dilatace aPv vřetene 2 bude za předpokladu přibližně stejných teplot všech součástí záviset pouze na délce V vřetene 2, délce U dilatačního pouzdra 4 a délce Pp vymezené čelem 11 tělesa 1. a pevnou maticí 62 spojenou s tělesem L Konstrukčním provedením lze dosáhnout toho, aby délka Pp spolu s délkou U dilatačního pouzdra 4 byla shodná nebo alespoň blízká délce V vřetene 2. Potom bude velikost dilatace &Pv vřetene 2 blízká nule.

Claims (2)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení pro kompenzaci teplotních dilatací vřetene obráběcího stroje, kde . vřeteno (2), otočně spojené s maticí (52) pohybového šroubu (5), je výsuvně otočně uloženb v tělese (1), tvořeném vřeteníkem nebo pinolou výsuvně uložená^v rámu (R), mezi nímž a tělesem (1) je vložen pohybový výsuvné šroub (6) s pohonem (61), vyznačující se tím, že uvnitř tělesa (1) je upraveno dilatační pouzdro (4),svým jedním koncem pevně spojené s tělesem (1) a svým druhým volným koncem, zakončeným dnem (41), suvně uložené v tělese (1), zatímco ve dnu (41) je upraven pohon (51) pohybového šroubu (5) a matice (52) je uložená suvně v dilatačním pouzdře (4), přičemž délka (V) vřetene (2) je s výhodou blízká délce (U) dilatačního pouzdra (4).
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že mezi čelem (11) tělesa (1) a rámem (R) je ustaven snímač (Dl) polohy tělesa Γ a mezi volným koncem, dilatačního pouzdra (4) a maticí^(52) je ustaven snímač (D2) polohy dilatačího pouzdra(4)pejichž výstupy jsou přivedeny do vyhodnocovače (K), jehož ovládací výstupy (K1,K2) jsou řídicími vstupy pohonu (51) a/nebo ; pohonu (61).