Гидроприводы сверхпрецизионных станков

Создание широкодиапазонных цифровых электрогидравлических приводов (ШЭГП) открывает принципиально новые возможности в сверхпрецизионном станкостроении [32]. Так, использование достаточно жестких гидро-или аэростатических направляющих позволяет практически полностью исключить механиче­ское трение между твердыми телами и, следо­вательно, обеспечить безызносность базирую­щих и несущих поверхностей, повысить экви­валентную геометрическую точность за счет нивелирования имеющихся ошибок и микро­неровностей разделяющим слоем жидкости или газа, а также обеспечить высокое внутрен­нее демпфирование в подвижных стыках. По-

Рис. 9.10. Схема гидропривода хонинговального станка с ЧПУ мод. ЗГ824

является возможность коррекции положения (в пределах зазоров) и надежного зажима (путем отключения некоторых гидростатических кар­манов) исполнительного органа. Тонкое регу­лирование расхода непрерывно дозируемых сред, поступающих в гидродвигатели доста­точно большого рабочего объема, дает воз­можность повысить точность регулирования положения исполнительных органов про­граммно-управляемых приводов до 0,08 мкм. Для реализации современных технологий воз­можно создание приводов с разрешающей спо­собностью до 0,01 мкм.

Использование сквозного цифрового спо­соба преобразования управляющих сигналов повышает точность за счет исключения тепло­вых дрейфов и улучшения помехозащищенности. Совмещение функций двигателя и направ­ляющего устройства в минимальном количест­ве деталей (корпус гидроцилиндра - поршне­вая группа), а также реализация непосредст­венного контроля положения закрепленного на штоке режущего инструмента (например, с помощью лазерных интерферометров) откры­вают уникальную возможность соосного рас­положения нагрузки, движущей силы, направ­ляющих и измерительной оси. Использование «холодной гидравлики» (например, частотно-регулируемых насосов, обеспечивающих разо­грев масла не более 1 °С), способствует термо­стабилизации высокоточного оборудования.

В созданном ЭНИМСом макетном образ­це сверхпрецизионной версии ШЭГП (рис. 9.11, а) в цепи обратной связи установлены

Рис. 9.11. Гидрокинематическая схема (в) и осциллограмма перемещении столика (б) макетного образца сверхпрецизионной версии ШЭГП

преобразователь BE-164 и интерферометр 9 с лазерным генератором ИПЛ. Перемещение столика 10 массой 43 кг на величину хода 400 мм с максимальной скоростью 0,8 м/мин реализовано двумя плунжерными цилиндрами 11 с площадью 50 см². Плунжеры имеют гид­ростатические уплотнения с радиальными за­зорами 10 и 15 мкм (двухступенчатые опоры с внутренним дросселированием). Управление положением столика в нормальных (по отно­шению к подаче) направлениях осуществляется регулятором, заслонка которого центрируется в отверстии с соплами также на ступенчатых гидростатических опорах. Зазоры в замкнутых гидростатических направляющих равны 25 мкм, объемные потери масла вязкостью 60 мм²/с при 20 °С не превышают 0,5... 1 л/мин. Отклонение направляющих от прямолинейно­сти не более 1 мкм, шероховатость поверхно­сти Ra = 0,4 мкм.

В гидросистеме практически отсутствуют дроссельные потери мощности благодаря ис­пользованию частотного регулирования насоса 1 от электродвигателя 2, в котором с помощью блока управления 3 устанавливается заданная величина тока, пропорциональная давлению в

гидроприводе. Предусмотрен аккумулятор 5 вместимостью 1 дм³. В гидроцилиндрах уста­новлены устройства 12 для выпуска воздуха. Изоляция от вибраций пола осуществляется пневмоопорами 13 (собственная частота под­вешенной на опорах установки 3...5 Гц), виб­рации от насосной установки исключаются гибкими рукавами. Узел управления 8 типа Э0,25-2Г69-42 с шаговым двигателем б вблизи нейтрального положения обеспечивает усиле­ние по расходу 4,5...5 (см³/мин)/имп. при шаге дифференциального винта 7, равном 0,25 мм. Дискретность датчиков обратной связи равна 1 и 0,08 мкм.

Установлено, что достижимая точность позиционирования при подходе с двух сторон и кратковременном испытании (~5 мин) со­ставляет 0,08 мкм, статическая жесткость -600 Н/мкм. Из типовой осциллограммы (рис. 9.11, 6) видно, что при последовательном зада­нии от программы десяти и девяти шагов по­очередно (величина хода при шаге 0,08 мкм составляет соответственно 0,8 и 0,72 мкм) по­грешность равна 0,02 мкм, а точность пози­ционирования примерно соответствует вели­чине шага.