RU2029447C1 - Coordinate table - Google Patents
Coordinate table Download PDFInfo
- Publication number
- RU2029447C1 RU2029447C1 SU5022336A RU2029447C1 RU 2029447 C1 RU2029447 C1 RU 2029447C1 SU 5022336 A SU5022336 A SU 5022336A RU 2029447 C1 RU2029447 C1 RU 2029447C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetorheological
- hydraulic
- cylindrical
- hydrostatic
- carriage
- Prior art date
Links
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 claims abstract description 78
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 44
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 40
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 32
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 25
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 24
- 239000002889 diamagnetic material Substances 0.000 claims description 11
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 10
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims description 9
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 claims description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 1
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 19
- 230000008859 change Effects 0.000 description 11
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 6
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 5
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 5
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 4
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 241000826860 Trapezium Species 0.000 description 1
- 238000001015 X-ray lithography Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002480 mineral oil Substances 0.000 description 1
- 238000011017 operating method Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано, например, в установках ионной, электронной, рентгеновской и фотолитографии, в конструкциях различных микроскопов, координатно-измерительных машин. The invention relates to mechanical engineering and can be used, for example, in installations of ionic, electronic, X-ray and photolithography, in the construction of various microscopes, coordinate measuring machines.
Известен координатный стол для перемещения изделий в пространстве координатно-измерительной машины, содержащий гидростатические направляющие, уплотненные на торцах герметизирующими элементами манжетного типа, привод, устройство управления приводом, выполненное в виде электрогидравлических преобразователей, устройство измерения положения координатного стола. Known coordinate table for moving products in the space of a coordinate measuring machine, containing hydrostatic guides sealed at the ends with sealing elements of a cuff type, a drive, a drive control device made in the form of electro-hydraulic converters, a device for measuring the position of the coordinate table.
Недостатком известного стола является большое время его прецизионного позиционирования вследствие того, что электрогидравлические преобразователи, регулирующие расход рабочей жидкости, содержат подвижные, инерционные элементы. Вследствие наличия относительно грубой одноступенчатой системы позиционирования, только приводами координатного стола, низка точность его позиционирования. К этому же результату приводит и наличие больших сил трения в направляющих, например, в герметизирующих элементах манжетного типа. Вследствие наличия значительных сил трения происходит разрушение рабочих поверхностей элементов стола, что приводит к засорению продуктами износа как самих направляющих, так и дросселирующих каналов устройства управления приводами электрогидравлического типа. Как следствие этого - выход их из строя (заклинивание) и снижение надежности координатного стола в целом. Наличие в конструкции координатного стола широко известных гидростатических направляющих, работающих на минеральных маслах, не позволяет осуществлять в процессе его работы непрерывные юстировочные перемещения изделия в автоматическом режиме или постоянную стабилизацию его положения в пространстве по шести пространственным координатам - X,Y,Z, αx,αy,αz . Кроме того, при настройке координатного стола требуется с высокой точностью выставлять параллельность направляющих, устанавливать и поддерживать постоянным расход рабочей жидкости через их регуляторы расхода ручного типа, а в процессе эксплуатации координатного стола требуется их дополнительная периодическая поднастройка, что очень трудоемко и неудобно.A disadvantage of the known table is the long time for its precise positioning due to the fact that electro-hydraulic converters that control the flow of working fluid contain movable, inertial elements. Due to the presence of a relatively rough one-stage positioning system, only the drives of the coordinate table, the accuracy of its positioning is low. The presence of large friction forces in the guides, for example, in cuff-type sealing elements, leads to the same result. Due to the presence of significant friction forces, the working surfaces of the table elements are destroyed, which leads to clogging of wear products of both the guides and the throttling channels of the electro-hydraulic drive control device. As a consequence of this - their failure (jamming) and a decrease in the reliability of the coordinate table as a whole. The presence in the design of the coordinate table of widely known hydrostatic guides operating on mineral oils does not allow for continuous adjustment of the product in the automatic mode or constant stabilization of its position in space along six spatial coordinates in the process of its operation - X, Y, Z, α x , α y , α z . In addition, when setting up the coordinate table, it is necessary to set the parallelism of the guides with high accuracy, to establish and maintain constant flow of the working fluid through their manual type flow controllers, and during the operation of the coordinate table, their additional periodic adjustment is required, which is very laborious and inconvenient.
Наиболее близким техническим решением к изобретению, принятым за прототип, является устройство прецизионного координатного стола, содержащего неподвижное основание, на котором установлена нижняя каретка на двух гидростатических направляющих, уплотненных скользящими герметизирующими элементами манжетного типа и сварными металлическими сильфонами и снабженных входными гидравлическими дросселями с ручным регулированием, верхнюю каретку, установленную на нижней каретке с возможностью перемещения на двух аналогичных гидростатических направляющих в направлении, перпендикулярном направлению перемещения нижней каретки, привод в виде двух гидроцилиндров, приводящих каретки, устройство управления приводом электрогидравлического типа, двухкоординатное устройство измерения положения координатного стола, насосную станцию, гидравлически соединенную с приводом, устройством упратвления, направляющими посредством гибких эластичных трубопроводов. The closest technical solution to the invention adopted as a prototype is a precision coordinate table device containing a fixed base on which a lower carriage is mounted on two hydrostatic guides sealed with sliding cuff-type sealing elements and welded metal bellows and equipped with manual hydraulic inlet chokes, the upper carriage mounted on the lower carriage with the ability to move on two similar hydrostatic x guides in the direction perpendicular to the direction of movement of the lower carriage drive in the form of two hydraulic cylinders, causing the carriage, drive the electrohydraulic type of control device, two-coordinate measuring device, position coordinate table, the pumping station, is hydraulically connected with a drive device upratvleniya, rails by flexible elastic pipelines.
В конструкции такого координатного стола возникают большие силы сопротивления его перемещению, которые определяются значительными силами трения в герметизирующих элементах гидростатических направляющих и гидроцилиндрах координатного стола, уплотненных с помощью скользящих манжетных уплотнений. Причем штоки гидроцилиндров дополнительно герметизированы от утечек рабочей жидкости в технологический объем (вакуумную камеру) металлическими сильфонами, от которых вследствие их упругой деформации возникают дополнительные силы сопротивления, изменяющиеся как по величине, так и по направлению. Кроме того, при перемещении кареток координатного стола возникают силы сопротивления от упругой деформации стенок гибких трубопроводов, препятствующие его перемещению. Вследствие этого происходит увеличение токов трогания гидродвигателя, приводит к увеличению зоны нечувствительности координатного стола, которая прямо пропорциональна силам сопротивления перемещению, и значительно снижает точность позиционирования, возрастает потребление энергии. Ухудшаются динамические характеристики координатного стола, например плавность перемещения, характер и величина переходных характеристик и т.д. Наличие в конструкции координатного стола широко известных типовых гидростатических направляющих не позволяет осуществлять непрерывные во времени их юстировочные перемещения в автоматическом режиме или непрерывную автоматическую стабилизацию положения изделия, установленного на верхней каретке по шести пространственным координатам - X,Y,Z, αx,αy,αz .In the design of such a coordinate table, large forces of resistance to its movement arise, which are determined by significant friction forces in the sealing elements of the hydrostatic guides and the hydraulic cylinders of the coordinate table, sealed with sliding lip seals. Moreover, the hydraulic cylinder rods are additionally sealed against leakage of the working fluid into the process volume (vacuum chamber) by metal bellows, from which additional resistance forces arise due to their elastic deformation, changing both in magnitude and direction. In addition, when moving the carriages of the coordinate table, resistance forces arise from elastic deformation of the walls of the flexible pipelines, preventing it from moving. As a result of this, the starting currents of the hydraulic motor increase, leads to an increase in the dead zone of the coordinate table, which is directly proportional to the forces of resistance to movement, and significantly reduces positioning accuracy, and energy consumption increases. The dynamic characteristics of the coordinate table deteriorate, for example, the smoothness of movement, the nature and magnitude of the transition characteristics, etc. The presence in the design of the coordinate table of well-known typical hydrostatic guides does not allow for continuous adjustment of their time in automatic mode or continuous automatic stabilization of the position of the product mounted on the upper carriage along six spatial coordinates - X, Y, Z, α x , α y , α z .
Вследствие того, что в устройстве управления гидроприводом координатного стола используются электрогидравлические преобразователи, которые содержат перемещающиеся в вязкой среде подвижные инерционные элементы, например мембраны, пружины, якоря электромагнитов, золотники, обладающие вследствие этого большим временем срабатывания, значительно снижается быстродействие гидроприводов координатного стола. К этому же результату вследствие упругой деформации стенок приводит использование в качестве трубопроводов гибких эластичных шлангов. Наличие значительных сил трения и переменных циклических нагрузок в узлах герметизации гидростатических направляющих и гидроцилиндров, а также в подвижных элементах устройств управления ими приводит к быстрому износу трущихся поверхностей, засорению продуктами износа дросселирующих каналов гидростатических направляющих, регуляторов расхода рабочей жидкости гидростатических направляющих, устройства управления гидроприводами электрогидравлического типа и выходу из строя этих устройств, а следовательно, к снижению надежности координатного стола в целом. Due to the fact that the hydraulic table control device uses electro-hydraulic transducers that contain moving inertial elements moving in a viscous medium, such as membranes, springs, electromagnets, spools, which therefore have a large response time, the speed of the coordinate table hydraulic drives is significantly reduced. The use of flexible flexible hoses as pipelines leads to the same result due to the elastic deformation of the walls. The presence of significant frictional forces and variable cyclic loads in the sealing nodes of hydrostatic guides and hydraulic cylinders, as well as in the moving elements of their control devices, leads to rapid wear of friction surfaces, clogging of wear products of the throttling channels of hydrostatic guides, regulators of the flow rate of the working fluid of hydrostatic guides, control devices for hydraulic actuators of electro-hydraulic type and failure of these devices, and therefore, to reduce the reliability of dinati table as a whole.
Целью изобретения является повышение точности позиционирования, быстродействия, надежности, расширение функциональных возможностей, улучшение динамических характеристик и технологической настройки координатного стола. The aim of the invention is to increase the accuracy of positioning, speed, reliability, expansion of functionality, improvement of dynamic characteristics and technological settings of the coordinate table.
Цель достигается тем, что координатный стол снабжен гидростатическими направляющими цилиндрической формы, каждая из которых снабжена двумя гидростатическими опорами, расположенными на базовом расстоянии друг от друга, каждая из которых состоит из двух расположенных в вертикальной плоскости и двух расположенных в горизонтальной плоскости камер высокого давления, причем каждая из камер высокого давления гидравлически соединена с насосной станцией через магнитореологический дроссель, вокруг каждой камеры высокого давления расположены камеры низкого давления. С целью повышения точности позиционирования, надежности и быстродействия гидростатические направляющие цилиндрической формы уплотнены герметизирующими элементами, выполненными в виде эластичных тонкостенных оболочек в форме тел вращения, установленных с возможностью перекатывания между гидростатической направляющей цилиндрической формы и соответствующей кареткой. Кроме того, с целью повышения точности позиционирования, быстродействия, надежности и улучшения динамических характеристик приводы выполнены в виде двух пар гидродвигателей для приведения нижней и верхней кареток соответственно, причем каждая из пар гидродвигателей снабжена двумя толкателями, соединенными с противоположными сторонами соответствующих кареток, уплотненных в корпусах гидродвигателей с помощью эластичных тонкостенных оболочек в форме тел вращения, установленных с возможностью перекатывания последних между толкателями и корпусами гидродвигателей, при этом каждая пара гидродвигателей гидравлически соединена с насосной станцией через магнитореологический распределитель, состоящий из четырех магнитореологических дросселей, включенных по мостовой схеме. The goal is achieved in that the coordinate table is equipped with hydrostatic guides of cylindrical shape, each of which is equipped with two hydrostatic supports located at a basic distance from each other, each of which consists of two high-pressure chambers located in the vertical plane and two located in the horizontal plane, each of the high-pressure chambers is hydraulically connected to the pumping station through a magnetorheological throttle, located around each high-pressure chamber s low pressure chamber. In order to improve positioning accuracy, reliability and speed, cylindrical hydrostatic guides are sealed with sealing elements made in the form of elastic thin-walled shells in the form of bodies of revolution, installed with the possibility of rolling between a cylindrical hydrostatic guide and the corresponding carriage. In addition, in order to improve positioning accuracy, speed, reliability and improve dynamic characteristics, the drives are made in the form of two pairs of hydraulic motors for driving the lower and upper carriages, respectively, and each of the pairs of hydraulic motors is equipped with two pushers connected to opposite sides of the respective carriages sealed in the housings hydraulic motors using elastic thin-walled shells in the form of bodies of revolution, installed with the possibility of rolling the latter between the pusher and hydraulic motors and housings, each pair of hydraulic motors fluidly connected to the pumping station via magnetorheological distributor consisting of four magnetorheological throttles, included in a bridge circuit.
С этой же целью пара гидродвигателей, приводящих верхнюю каретку, гидравлически соединена с магнитореологическим распределителем и насосной станцией через две пары гидропередаточных узлов, а гидростатические направляющие цилиндрической формы, установленные на нижней каретке, гидравлически соединены с насосной станцией через две другие пары гидропередаточных узлов, причем последние выполнены в виде полых толкателей, расположенных соосно и параллельно направлению перемещения нижней каретки в каждой паре гидропередаточных узлов, жестко соединенных с нижней кареткой и уплотненных в корпусах гидропередаточных узлов с помощью тонкостенных оболочек в форме тел вращения, установленных с возможностью перекатывания между полыми толкателями и корпусами гидропередаточных узлов. С целью расширения функциональных возможностей, повышения надежности, быстродействия и уменьшения энергопотребления путем создания градиентных сил магнитного поля магнитореологические дроссели выполнены в виде индуктора магнитного поля, охваченного магнитопроводом, состоящим из стакана, полюсной цилиндрической проставки и полюсной шайбы, образующих цилиндрический кольцевой дросселирующий канал, причем по меньшей мере на одной из полюсных частей магнитопровода выполнены зубцы в форме трапеции, впадины которых заполнены диамагнитным материалом. С целью повышения надежности и быстродействия герметизирующие элементы выполнены в виде эластичных тонкостенных оболочек в форме тел вращения, армированных в осевом направлении. С целью повышения надежности, расширения функциональных возможностей координатного стола полюсная цилиндрическая проставка магнитореологического дросселя выполнена тонкостенной из ферромагнитного эластичного материала. С этой же целью кольцевая часть полюсной шайбы магнитореологического дросселя снабжена перегородкой с каналами отвода рабочей жидкости и упорами из диамагнитного материала, а внутренняя часть тонкостенной полюсной цилиндрической проставки со стороны полюсной шайбы снабжена перегородкой из ферромагнитного материала, причем полюсная проставка установлена с возможностью осевого перемещения. For the same purpose, a pair of hydraulic motors leading the upper carriage is hydraulically connected to the magnetorheological distributor and the pump station through two pairs of hydraulic transmission units, and cylindrical hydrostatic guides mounted on the lower carriage are hydraulically connected to the pump station through two other pairs of hydraulic transmission units, the latter made in the form of hollow pushers located coaxially and parallel to the direction of movement of the lower carriage in each pair of hydraulic transmission units, simply connected to the lower carriage and sealed in the bodies of the hydraulic transmission units using thin-walled shells in the form of bodies of revolution mounted with the possibility of rolling between hollow pushers and the bodies of the hydraulic transmission units. In order to expand functionality, increase reliability, speed and reduce energy consumption by creating gradient magnetic field forces, magnetorheological chokes are made in the form of a magnetic field inductor enclosed by a magnetic circuit consisting of a glass, a pole cylindrical spacer and a pole washer forming a cylindrical annular throttling channel, trapezium-shaped teeth are made on at least one of the pole parts of the magnetic circuit, the troughs of which are filled with a diamagnet th material. In order to increase reliability and speed, the sealing elements are made in the form of elastic thin-walled shells in the form of axial bodies of revolution. In order to increase reliability and expand the functionality of the coordinate table, the pole cylindrical spacer of the magnetorheological choke is made thin-walled from a ferromagnetic elastic material. For the same purpose, the annular part of the pole washer of the magnetorheological throttle is equipped with a partition with channels for diverting the working fluid and stops of diamagnetic material, and the inside of the thin-walled pole cylindrical spacer from the side of the pole washer is equipped with a partition of ferromagnetic material, and the pole spacer is mounted with axial movement.
На фиг.1 изображена структурная схема координатного стола, вид сверху; на фиг. 2 показан разрез А-А на фиг.1 - в вертикальной плоскости гидростатической направляющей нижней каретки координатного стола; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.2 - по оси гидростатической опоры гидростатической направляющей; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг.2 - камер низкого давления гидростатической направляющей; на фиг.5 - узел I на фиг.2 - крепления герметизирующего элемента гидростатической направляющей; на фиг.6 - разрез Г-Г на фиг.2 - в горизонтальной плоскости гидростатической направляющей нижней каретки координатного стола; на фиг.7 - разрез Д-Д на фиг.1 - в вертикальной плоскости гидродвигателя координатного стола; на фиг.8 - разрез Е-Е на фиг.7 - гидродвигателя в месте подсоединения трубопровода; на фиг.9 - узел II на фиг.7 - крепления герметизирующего элемента гидродвигателя; на фиг.10 - разрез Ж-Ж на фиг.1 - в вертикальной плоскости гидропередаточного узла; на фиг.11 - узел III на фиг.10 - крепления герметизирующего элемента гидропередаточного узла; на фиг.12 - разрез И-И на фиг.10 - гидропередаточного узла в месте соединения полого толкателя с нижней кареткой координатного стола; на фиг.13 - магнитореологический распределитель; на фиг.14 - разрез магнитореологического распределителя по каналу отвода рабочей жидкости; на фиг.15 - разрез К-К на фиг.13; на фиг.16 - магнитореологический дроссель; на фиг.17 - магнитореологический дроссель с тонкостенной цилиндрической полюсной проставкой из ферромагнитного эластичного материала; на фиг.18 - магнитореологический дроссель с перегородкой в полюсной шайбе и тонкостенной цилиндрической полюсной проставке. Figure 1 shows the structural diagram of the coordinate table, top view; in FIG. 2 shows a section aa in figure 1 - in the vertical plane of the hydrostatic guide of the lower carriage of the coordinate table; figure 3 is a section bB in figure 2 - along the axis of the hydrostatic support hydrostatic guide; in FIG. 4 - section bb in figure 2 - low-pressure chambers hydrostatic guide; in Fig.5 - node I in Fig.2 - fastening the sealing element of the hydrostatic guide; in Fig.6 is a section GG in Fig.2 - in the horizontal plane of the hydrostatic guide of the lower carriage of the coordinate table; in Fig.7 - section DD in Fig.1 - in the vertical plane of the hydraulic motor coordinate table; in Fig.8 is a section EE in Fig.7 - a hydraulic motor in the place of connection of the pipeline; in Fig.9 - node II in Fig.7 - mounting the sealing element of the hydraulic motor; figure 10 - section FJ in figure 1 - in the vertical plane of the hydraulic unit; in Fig.11 - node III in Fig.10 - fastening the sealing element of the hydraulic transmission unit; in Fig.12 - section II; in Fig.10 - hydraulic transmission unit at the junction of the hollow pusher with the bottom carriage of the coordinate table; on Fig - magnetorheological dispenser; on Fig is a section of a magnetorheological distributor along the channel of the removal of the working fluid; on Fig - section KK in Fig.13; in Fig.16 - magnetorheological throttle; in Fig.17 - magnetorheological choke with a thin-walled cylindrical pole spacer made of ferromagnetic elastic material; Fig. 18 shows a magnetorheological choke with a baffle in a pole washer and a thin-walled cylindrical pole spacer.
Координатный стол (фиг.1) содержит неподвижное основание 1, нижнюю каретку 2, установленную с возможностью перемещения на неподвижном основании, верхнюю каретку 3, установленную на нижней каретке с возможностью перемещения перпендикулярно направлению перемещения нижней каретки, четыре гидростатических направляющих 4-7 цилиндрической формы, четыре гидродвигателя 8-11, восемь гидропередаточных узлов 12-19, два магнитореологических распределителя 20,21, три насосные станции 22,23,24, систему 25 управления приводами координатного стола, систему 26 управления гидростатическими направляющими координатного стола, систему 27 измерения перемещения координатного стола. Нижняя каретка 2 установлена на неподвижном основании 1 с возможностью перемещения по двум гидростатическим направляющим 4,5, а верхняя каретка 3 - по двум гидростатическим направляющим 6,7. Кроме того, гидростатические направляющие 4,5 цилиндрической формы для перемещения нижней каретки 2 гидравлически соединены с насосной станцией 22, а гидростатические направляющие 6,7 цилиндрической формы для перемещения верхней каретки 3 гидравлически соединены также с насосной станцией 22 через две пары гидропередаточных узлов 12,13 и 14,15, установленных на неподвижном основании 1 соосно и параллельно направлению перемещения нижней каретки 2 в каждой паре гидропередаточных узлов 12,13 и 14,15. Для привода нижней каретки 2 на неподвижном основании закреплена пара гидродвигателей 10,11, соединенных с противоположными сторонами нижней каретки, установленных соосно и параллельно направлению ее перемещения и гидравлически соединенных с насосной станцией 23 через магнитореологический распределитель 20. Для привода верхней каретки 3 на нижней каретке 2 закреплена пара гидродвигателей 8,9, соединенных с противоположными сторонами верхней каретки 3 и гидравлически соединенных с насосной станцией 24 через две пары гидропередаточных узлов 16,17 и 18,19, закрепленных на неподвижном основании 1 соосно в каждой паре и установленных параллельно направлению перемещения нижней каретки 2, и через магнитореологический распределитель 21. The coordinate table (Fig. 1) contains a
Неподвижное основание 1 служит для закрепления на нем гидростатических направляющих 4,5 цилиндрической формы для перемещения нижней каретки 2, гидродвигателей 10,11 и четырех пар гидропередаточных узлов 12,13 и 14,15, и 16,17, и 18,19. The
Нижняя каретка 2 служит для закрепления на ней гидростатических направляющих 6,7 цилиндрической формы для перемещения верхней каретки 3, двух гидродвигателей 8,9, обеспечивает перемещение изделия, установленного на верхней каретки 3, в направлении Х и содержит плиту 28, два корпуса 29, закрепленных на плите 28, четыре цилиндрических стакана 30, закрепленных на каждом торце корпуса 29, стойку 31 и четыре стойки 32. The
Верхняя каретка 3 служит для установки на ней изделия и зеркал системы 27 измерения перемещения координатного стола и перемещения его в направлении Y и содержит плиту 33, две стойки 34, два корпуса 29, закрепленных на плите 33, четыре цилиндрических стакана 30, закрепленных на каждом торце корпуса 29. The
Гидростатические направляющие 4,5 и 6,7 [фиг.2-6] цилиндрической формы предназначены для перемещения по ним нижней каретки 2 и верхней каретки 3 соответственно и содержат цилиндрический стержень 35, установленный на двух регулируемых опорах 36, по продольной оси которого расположены на базовом расстоянии друг от друга две гидростатические опоры 37 и 38. Каждая из последних состоит из двух расположенных в вертикальной плоскости камер 39,40 и 41,42 высокого давления соответственно и двух расположенных в горизонтальной плоскости камер 43,44 и 45,46 высокого давления соответственно, причем вокруг каждой камеры высокого давления расположены четыре камеры 47 низкого давления (слива). Последние гидравлически соединены с соответствующей камерой высокого давления через радиальный кольцевой дросселирующий канал 48, образованный наружной цилиндрической поверхностью гидростатической опоры 37,38 и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 29, расположенных соосно. На входах в каждую из камер 39,40,41,42,43,44,45,46 высокого давления установлены магнитореологический дроссели 49,50,51,52,53,54,55,56 соотвтственно, закрепленные по четыре на двух противоположных торцах цилиндрического стержня 35 при помощи фланцев 57 и 58. Камеры 39,40,41,42,43,44,45,46 высокого давления гидравлически соединены гидроканалами 59 с магнитореологическими дросселями 49,50,51,52,53,54,55,56 соответственно, а последние гидравлически соединены с подводящими трубопроводами 60 через фланцы 61. Камеры 47 низкого давления (слива) гидравлически соединены с отводящими трубопроводами 62 гидроканалами 63. Полости гидростатических направляющих 4,5,6,7, образованные цилиндрическим стержнем 35 и цилиндрической поверхностью корпуса 29, уплотнены со стороны его торцов герметизирующими элементами 64 в виде эластичных тонкостенных оболочек в форме тел вращения, установленных с возможностью перекатывания между корпусом 29 и цилиндрическим стержнем 35. Один конец герметизирующего элемента 64 крепится к корпусу 29 при помощи цилиндрического стакана 30, упругой прокладки 65 и жесткого кольца 66, а другой - к цилиндрическому стержню 35 упругой прокладкой 67 и жестким кольцом 68.
Гидродвигатели 8-11 (фиг.7-9) предназначены для прецизионного перемещения верхней каретки 3 в направлении Y и нижней каретки 2 в направлении Х соответственно. Они установлены попарно и соосно в каждой паре. Гидродвигатель содержит цилиндрический корпус 69, закрепленный в регулируемой опоре 70 и соединенный с трубопроводом 71 через прокладку 72 и втулку 73, полый цилиндрический толкатель 74, заглушенный пробкой 75 и неподвижно закрепленный на стойке 31 или 34, цилиндрический стакан 76, закрепленный соосно на торце цилиндрического корпуса 69, герметизирующий элемент 77 в виде эластичной тонкостенной оболочки в форме тела вращения, установленный с возможностью перекатывания между цилиндрическим корпусом 69 и полым цилиндрическим толкателем 74, причем один конец герметизирующего элемента 77 закреплен на полом цилиндрическом толкателе 74 при помощи втулки 78, гайки 79, жесткого кольца 80 и упругой прокладки 81, а другой - в цилиндрическом корпусе 69 при помощи цилиндрического стакана 76, жесткого кольца 82 и упругой прокладки 83. Hydraulic motors 8-11 (Figs. 7-9) are intended for the precision movement of the
Гидропередаточные узлы 12-19 (фиг.10-12) предназначены для обеспечения жесткой, практически упруго недеформируемой, подвижной гидравлической связи элементов координатного стола. Они установлены попарно и соосно в каждой паре. Гидропередаточный узел содержит цилиндрический корпус 84, закрепленный в регулируемой опоре 85, соединенный с трубопроводом 86, цилиндрический стакан 87, закрепленный на торце цилиндрического корпуса 84, полый цилиндрический толкатель 88, жестко закрепленный на стойке 32, причем внутренняя полость полого цилиндрического толкателя 88 гидравлически соединена с полостью цилиндрического корпуса 84, герметизирующий элемент 89 в виде эластичной тонкостенной оболочки в форме тела вращения, установленный с возможностью перекатывания между цилиндрическим корпусом 84 и полым цилиндрическим толкателем 88. Один конец герметизирующего элемента 89 закреплен на полом цилиндрическом толкателе 88 жестким кольцом 90, упругой прокладкой 91, гайкой 92 и втулкой 93, а другой - на цилиндрическом корпусе 84 цилиндрическим стаканом 87, жестким кольцом 94 и упругой прокладкой 95. Стойка 32 через два гидроканала 96 гидравлически соединена с двумя трубопроводами 97 с помощью прокладок 98 и втулок 99. Hydraulic transmission units 12-19 (Fig.10-12) are designed to provide a rigid, almost elastically non-deformable, movable hydraulic connection of the elements of the coordinate table. They are installed in pairs and coaxially in each pair. The hydraulic transmission unit includes a
Магнитореологические распределители 20,21 (фиг.13-15) предназначены для управления гидродвигателями 10,11 и 8,9 приводов нижней каретки 2 и верхней каретки 3 соответственно. Магнитореологический распределитель содержит корпус 100, в котором установлены четыре магнитореологических дросселя 101-104, включенных по мостовой схеме, причем каждый из них уплотнен в корпусе 100 двумя кольцами 105. Между каждым магнитореологическим дросселем 101,104 и корпусом 100 в осевом направлении установлены бобышка 106 и фланец 107, имеющий гидроканал 108. Магнитореологические дроссели 102,103 установлены в корпусе 100 в осевом направлении через бобышку 106, а две пары магнитореологических дросселей 101,102 и 103,104 разделены в каждой паре фланцем 109, имеющим радиальный гидроканал 110. Отводящий трубопровод 111 закреплен на корпусе 100 через прокладку 112 и гидравлически соединяет магнитореологический распределитель с соответствующей насосной станцией. Магнитореологические дроссели 101,104 гидравлически соединены с отводящим трубопроводом 111 гидроканалами 113 в корпусе 100 и гидроканалами 108 во фланцах 107. Подводящий трубопровод 114, гидравлически соединяющий пару магнитореологических дросселей 102,103 с соответствующей насосной станцией, закреплен на корпусе 100 через прокладку 112. Подводящий трубопровод 114 гидравлически соединен с магнитореологическими дросселями 102,103 через гидроканалы 115 и 116 в корпусе 100. Трубопроводы 117 и 118 закреплены на корпусе 100 через прокладки 112 и гидравлически соединяют пары магнитореологических дросселей 101,102 и 103,104 соответственно чрез гидроканалы 110 во фланцах 109 и через гидроканалы 120,121 в корпусе 100 с соответствующими гидродвигателями. Через четыре канала 119 в корпусе 100 осуществляется подвод управляющих электрических сигналов к индукторам 129 магнитного поля магнитореологических дросселей 101,102,103,104.
Насосные станции 22,23,24 (фиг.1) предназначены для обеспечения необходимого постоянного расхода рабочей жидкости - магнитореологической суспензии в гидравлической магистрали потребителей и создания требуемых величин давлений в камерах высокого давления гидростатических направляющих и в гидродвигателях. Они обеспечивают работу гидростатических направляющих 4,5,6,7 цилиндрической формы, гидродвигателей 10,11, приводящих нижнюю каретку 2, гидродвигателей 8,9, приводящих верхнюю каретку 3 соответственно. Каждая насосная станция содержит гидравлический насос 122, предохранительный клапан 123, манометр 124, бак 125, рабочую жидкость - магнитореологическую суспензию 126 и теплообменник 127.
Система 25 управления приводами координатного стола (фиг.1) предназначена для управления прецизионными перемещениями по координатам Х и Y нижней каретки 2 и верхней каретки 3 координатного стола посредством гидродвигателей 10,11 и 8,9 и магнитореологических распределителей 20,21 соответственно. The coordinate table drive control system 25 (FIG. 1) is designed to control precision movements along the X and Y coordinates of the
Система 26 управления направляющими координатного стола (фиг.1) предназначена для управления юстировочными перемещениями по координатам X,Y,Z, αx, αy,αz гидростатических направляющих 4,5,6,7 цилиндрической формы, необходимых для перемещения нижней каретки 2 и верхней каретки 3 соответственно посредством установленных на их торцах соответствующих магнитореологических дросселей.The
Система 27 измерения перемещения координатного стола (фиг.1) предназначена для непрерывного бесконтактного измерения величин текущих координат (X, Y,Z, αx,αy,αz ) пространственного положения координатного стола и определения направления его перемещения. Она содержит зеркало 128, закрепленное на плите 33 верхней каретки 3, шестикоординатный интерферометр с электронным блоком начальной обработки информации.The
Магнитореологические дроссели 49-56 и 101-104 (фиг.16) предназначены для регулирования величины расхода рабочей жидкости - магнитореологической суспензии, подводимой к камерам высокого давления гидростатических направляющих и гидродвигателям координатного стола. Магнитореологический дроссель содержит индуктор 129 магнитного поля, охваченный магнитопроводом, состоящим из стакана 130, полюсной цилиндрической проставки 131, полюсной шайбы 132, образующих цилиндрический кольцевой дросселирующий канал 133, причем на цилиндрической полюсной проставке 131 выполнены зубцы 134 в форме трапеции, впадины которых заполнены диамагнитным материалом. Индуктор 129 магнитного поля уплотнен между стаканом 130 и полюсной шайбой 132 прокладками 135. Полюсная шайба 132 и стакан 130 соединены при помощи кольца 136, а полюсная цилиндрическая проставка 131 крепится к стакану 130 винтом 137 через шайбу 138. Magnetorheological chokes 49-56 and 101-104 (Fig. 16) are designed to control the flow rate of the working fluid - magnetorheological suspension, supplied to the high-pressure chambers of hydrostatic guides and hydraulic motors of the coordinate table. The magnetorheological choke comprises a
Магнитореологический дроссель на фиг.17 предназначен для расширения диапазона регулирования величины расхода рабочей жидкости - магнитореологической суспензии, подводимой к камерам высокого давления гидростатических направляющих и гидродвигателям координатного стола, а также для повышения надежности, расширения функциональных возможностей. Он содержит индуктор 129 магнитного поля, охваченный магнитопроводом, состоящим из стакана 130, тонкостенной полюсной цилиндрической проставки 139, выполненной из ферромагнитного эластичного материала, полюсной шайбы 140, образующих цилиндрический кольцевой дросселирующий канал 133, причем на полюсной шайбе 140 выполнены зубцы 134 в форме трапеции, впадины которых завполнены диамагнитным материалом. Индуктор 129 магнитного поля уплотнен между стаканом 130 и полюсной шайбой 140 прокладками 135. Полюсная шайба 140 и стакан 130 соединены при помощи кольца 136, а тонкостенная полюсная цилиндрическая проставка 139 крепится к стакану 130 винтом 137 через шайбу 138. The magnetorheological throttle in FIG. 17 is intended to expand the control range of the flow rate of the working fluid — the magnetorheological slurry supplied to the high-pressure chambers of the hydrostatic guides and the hydraulic motors of the coordinate table, as well as to increase reliability and expand functionality. It contains a
Магнитореологический дроссель на фиг. 18 предназначен для расширения диапазона регулирования величины расхода рабочей жидкости - магнитореологической суспензии, подводимой к камерам высокого давления гидростатических направляющих и гидродвигателям координатного стола, а также для повышения надежности, расширения функциональных возможностей. Он содержит индуктор 129 магнитного поля, охваченный магнитопроводом, состоящим из стакана 130, полюсной шайбы 141, на внутренней цилиндрической поверхности которой выполнены в форме трапеции зубцы 134, впадины которых заполнены диамагнитным материалом, тонкостенной полюсной цилиндрической проставки 139, в которой со стороны полюсной шайбы 141 установлена перегородка 142 из ферромагнитного материала, причем полюсная цилиндрическая проставка 139 установлена с возможностью осевого перемещения, а в кольцевой части полюсной шайбы 141 установлена перегородка 143 с каналами отвода рабочей жидкости, на которой закреплены упоры 144 из диамагнитного материала. Индуктор 129 магнитного поля уплотнен между стаканом 130 и полюсной шайбой 141 прокладками 135. Полюсная шайба 141 и стакан 130 соединены при помощи кольца 136, а тонкостенная полюсная цилиндрическая проставка 139 крепится к стакану 130 винтом 137 через шайбу 138. The magnetorheological choke in FIG. 18 is intended to expand the range of regulation of the flow rate of the working fluid — the magnetorheological suspension supplied to the high-pressure chambers of the hydrostatic guides and the hydraulic motors of the coordinate table, as well as to increase reliability and expand the functionality. It contains a
Координатный стол работает следующим образом. The coordinate table works as follows.
Первоначально в каждую из камер 39-46 (фиг.1,2,6) высокого давления гидростатических направляющих цилиндрической формы от гидравлического насоса 122 насосной станции 22 подается постоянный расход рабочей жидкости - магнитореологической суспензии 126. При этом для питания гидростатических направляющих 4,5 нижней каретки 2 рабочая жидкость - магнитореологическая суспензия 126 протекает через подводящие трубопроводы 60 через фланец 61, магнитореологические дроссели 49-56, гидроканалы 59, камеры 39-46 высокого давления, радиальные кольцевые дросселирующие каналы 48, камеры 47 низкого давления (слива) и отводится через отводящие трубопроводы 62 в бак 125 насосной станции 22 через теплообменник 127. Для питания гидростатических направляющих 6,7 цилиндрической формы верхней каретки 3 рабочая жидкость - магнитореологическая суспензия 126 протекает через гидропередаточные узлы 12,13, подводящие трубопроводы 60, фланцы 61, магнитореологические дроссели 49-56, гидроканалы 59, камеры 39-46 высокого давления, радиальные кольцевые дросселирующие каналы 48, камеры 47 низкого давления (слива) и отводится в бак 125 насосной станции 22 через отводящие трубопроводы 62, гидроопередаточные узлы 15,14 и теплообменник 127 насосной станции 22. Под действием создаваемого высокого давления в камерах 39-46 гидростатических направляющих 4,5,6,7 цилиндрической формы корпуса 29, жестко соединенные с плитами 28,33 соответственно нижней каретки 2 и верхней каретки 3, "всплывают" на гидростатических опорах 37,38 и могут перемещаться по гидростатическим направляющим 4,5,6,7 от гидродвигателей 8,9 и 10,11. Initially, a constant flow rate of the working fluid —
Для перемещения нижней каретки 2, например, вправо по оси Х расход рабочей жидкости - магнитореологической суспензии 126 от гидравлического насоса 122 насосной станции 23 поступает по подводящему трубопроводу 114 через магнитореологический распределитель 20 в гидродвигатель 11. При этом в цилиндрическом корпусе 69 (фиг.7) создается давление, которое воздействует на торец толкателя 74, заглушенный пробкой 75, толкатель 74 другим концом жестко связан с нижней кареткой 2. Причем магнитореологические дроссели 101,103 (фиг. 13) магнитореологического распределителя 20 находятся в состоянии "закрыто", а магнитореологические дроссели 102,104 магнитореологического распределителя 20 - в состоянии "открыто". В результате перемещения нижней каретки 2 рабочая жидкость - магнитореологическая суспензия 126 вытесняется из гидродвигателя 10 торцом толкателя 74, заглушенным пробкой 75, в бак 125 насосной станции 23 через магнитореологический распределитель 20, отводящий трубопровод 107, теплообменник 127. Для перемещения нижней каретки 2, например, влево по оси Х состояние магнитореологических дросселей 101,102,103,104 магнитореологического распределителя 20 должно быть изменено на обратное - магнитореологические дроссели 101,103 находятся в состоянии "открыто", а магнитореологические дроссели 102,104 - в состоянии "закрыто". В этом случае расход рабочей жидкости - магнитореологической суспензии 126 от гидравлического насоса 122 насосной станции 23 через магнитореологический распределитель 20 поступает в гидродвигатель 10, заставляя перемещаться толкатель 74, жестко соединенный с нижней кареткой 2. Рабочая жидкость - магнитореологическая суспензия 126 вытесняется торцом толкателя 74 гидродвигателя 11, сливается в бак 125 насосной станции 23 через магнитореологический распределитель 20, отводящий трубопровод 111 и теплообменник 127. Порядок работы привода, перемещающего верхнюю каретку 3 по оси Y, осуществляется аналогично перемещению нижней каретки 2 по оси Х. Причем расход рабочей жидкости - магнитореологической суспензии 126 от гидронасоса 122 насосной станции 24 поступает к гидродвигателям 8 и 9 и отводится от них через гидропередаточные узлы 16,17 и 18,19. To move the
Принцип действия магнитореологических дросселей 101-104 в магнитореологических распределителях 20 и 21 и магнитореологических дросселей 49-56 в гидростатических направляющих 4-7 основан на использовании магнитореологического эффекта - обратимого изменения динамической вязкости вплоть до затвердевания взвеси мелкодисперсных ферромагнитных частиц в жидкой среде - магнитореологической суспензии 126 под действием внешнего магнитного поля, накладываемого на нее при протекании в цилиндрических кольцевых дросселирующих каналах 133 (фиг.16-18) магнитореологических дросселей. В результате такого воздействия изменяется гидравлическое сопротивление магнитореологических дросселей
RМРД(I) = = · μ(I) (1) где RМРД (I) - гидравлическое сопротивление магнитореологического дросселя;
I - ток в индукторе магнитного поля;
Δ РМРД - перепад давления на магнитореологическом дросселе;
qМРД - расход через магнитореологический дроссель;
l - длина дросселирующего цилиндрического канала магнитореологического дросселя в направлении течения магнитореологической суспензии;
D - средний диаметр дросселирующего цилиндрического канала;
S - кольцевой зазор дросселирующего цилиндрического канала;
μ (I) - зависимость динамической вязкости от тока в индукторе магнитного поля.The principle of operation of magnetorheological chokes 101-104 in
R MRD (I) = = Μ (I) (1) where R МРД (I) is the hydraulic resistance of the magnetorheological throttle;
I is the current in the magnetic field inductor;
Δ R MRD - pressure drop across the magnetorheological throttle;
q MRD - flow rate through the magnetorheological throttle;
l is the length of the throttling cylindrical channel of the magnetorheological throttle in the direction of flow of the magnetorheological suspension;
D is the average diameter of the throttling cylindrical channel;
S is the annular gap of the throttling cylindrical channel;
μ (I) is the dependence of the dynamic viscosity on the current in the magnetic field inductor.
Таким образом, обеспечив постоянный расход qМРДмагнитореологической суспензии через магнитореологический дроссель, получают основополагающую аналитическую зависимость
ΔPМРД(I) = qМРД· · μ(I) = Pн-P(I) (2) где Рн - давление гидронасоса (давление перед магнитореологическим дросселем);
Р(I) - давление, например, в камере высокого давления гидростатической направляющей (давление за магнитореологическим дросселем);
qМРД - const;
Pн - const, позволяющую пояснить принцип осуществления управляемых юстировочных перемещений гидростатических направляющих 4,5,6,7 цилиндрической формы и принцип работы магнитореологического следящего гидропривода координатного стола. Так, независимо управляя величинами давления рабочей жидкости P(I) во всех камерах высокого давления гидростатических направляющих цилиндрической формы, можно непрерывно в процессе работы стола управлять величинами их подъемной силы, а следовательно, пространственным положением нижней и верхней кареток координатного стола.Thus, by ensuring a constant flow rate q of the MAJP of the magnetorheological suspension through the magnetorheological throttle, a fundamental analytical dependence is obtained
ΔP MRD (I) = q MRD Μ (I) = P n -P (I) (2) where P n is the pressure of the hydraulic pump (pressure in front of the magnetorheological throttle);
P (I) is the pressure, for example, in the high-pressure chamber of the hydrostatic guide (pressure behind the magnetorheological throttle);
q mrd - const;
P n - const, which allows to explain the principle of controlled adjustment movements of
Прецизионное позиционирование координатного стола по шести координатам: трем линейным - X,Y,Z (фиг.1) и трем угловым - αx,αy,αzосуществляется в два этапа. Сначала координатный стол позиционируется относительно "грубой" ступенью позиционирования, включающей гидродвигатели 8-11. По достижении точности позиционирования, равной зоне нечувствительности координатного стола, начинается процесс юстировочного перемещения с помощью ступени "точного" позиционирования по всем шести пространственным координатам, основанный на целенаправленном изменении динамической вязкости протекающей в гидростатических направляющих 4-7 цилиндрической формы рабочей жидкости - магнитореологической суспензии 126 под действием накладываемого на нее внешнего магнитного поля в магнитореологических дросселях 49-56 и связанного с этим наложением перераспределения величин давлений в камерах 39-46 высокого давления гидростатических направляющих цилиндрической формы, приводящего к соответствующему изменению величин радиальных кольцевых дросселирующих каналов 48 и, следовательно, к параллельному перемещению или наклону нижней каретки 2 и верхней каретки 3 координатного стола. Например, юстировочное перемещение вдоль оси Y (фиг.1) может осуществляться только за счет изменения величины радиального кольцевого дросселирующего канала 48, расположенного между гооризонтальными камерами 43-46 (фиг.6) высокого давления и камерами 47 низкого давления гидростатических направляющих 4,5 цилиндрической формы. Юстировочный разворот вокруг оси Y (фиг.1) осуществляется за счет изменения величины радиального кольцевого дросселирующего канала 48, расположенного между вертикальными камерами 39-42 (фиг.2) высокого давления и камерами 47 низкого давления гидростатических направляющих 4,5 цилиндрической формы. Аналогично, изменяя соответствующие величины радиальных кольцевых дросселирующих каналов 48 гидростатических направляющих 6,7 цилиндрической формы, можно осуществить прецизионные перемещения вдоль и разворот вокруг пространственных осей X,Y,Z. В качестве примера рассмотрим процесс "точного" позиционирования координатного стола в плоскости ZOY (фиг. 1) и работу при этом гидростатической направляющей 6 цилиндрической формы. Гидростатическая направляющая 7 при этом должна работать аналогично.The precision positioning of the coordinate table in six coordinates: three linear - X, Y, Z (Fig. 1) and three angular - α x , α y , α z is carried out in two stages. First, the coordinate table is positioned relative to the "rough" positioning step, including hydraulic motors 8-11. Upon reaching a positioning accuracy equal to the dead zone of the coordinate table, the adjustment process begins using the step of "exact" positioning across all six spatial coordinates, based on a targeted change in the dynamic viscosity of the cylindrical working fluid flowing in hydrostatic guides 4-7 -
Пусть, например, необходимо переместить верхнюю каретку 3 вверх по оси Z и повернуть вокруг оси Х. С шестикоординатного лазерного интерферометра, постоянно контролирующего пространственное положение координатного стола, текущие координаты (X,Y,Z, αx,αy,αz ) поступают в виде аналоговых сигналов с его фотоприемников в электронный блок начальной обработки информации, где они преобразуются в цифровой код и сравниваются с заданными программно цифровыми кодами координат координатного стола, т.е. в рассматриваемом случае цифровые коды поступают из системы 27 измерения перемещения координатного стола по координатам Z и αx, сравниваются в системе 26 управления направляющими координатного стола с заданными программно цифровыми кодами координат Z' и αx′, и определяется величина и знак рассогласования координат ( ΔZ = Z' = Z; Δαx=αx′-αx ). После сравнения в системе 26 управления направляющими координатного стола полученные цифровые коды ΔZ и Δαxрассогласований координат с учетом знаков являются одновременно цифровыми кодами управляющих воздействий, которые в соответствии с алгоритмом управления направляющими должны быть поданы в виде преобразованных токовых аналоговых сигналов на соответствующие индукторы 129 магнитного поля магнитореологических дросселей 49-56 гидростатических направляющих 6,7. В рассматриваемом случае Δ Z = (Z' - Z) > 0 и Δαx=(αx′-αx)>0 , следовательно эквивалентные им управляющие воздействия - UΔz и U , а управляющие сигналы при этом следующие: U1 = Uz - UΔz ; U2 = Uz + UΔz U3=U-U ; U4=U+U . Управляющие сигналы U1, U2, U3,U4 вырабатываются цифроаналоговыми преобразователями. Преобразованные управляющие сигналы U1...U4 в соответствующие управляющие токовые сигналы I1. . .I4 подаются на индуктор 129 магнитного поля магнитореологических дросселей 49-56. Наложение магнитного поля на рабочую жидкость - магнитореологическую суспензию 126, протекающую через магнитореологические дроссели 49-56 по цилиндрическому кольцевому дросселирующему каналу 133, приводит к повышению ее динамической вязкости, а следовательно, к увеличению гидравлического сопротивления магнитореологического дросселя (см.формулу (1)). В результате возрастает перепад давления Δ РМРД (см.формулу (2)) на магнитореологическом дросселе, что позволяет регулировать давление в камерах 39-46 высокого давления. В результате подачи управляющих токовых сигналов I1 на магнитореологические дроссели 49,51, а I2 на магнитореологические дроссели 50,52 в соответствующих камерах 39,41 высокого давления величина давления возрастает, а в камерах 40,42 - давление уменьшается, что вызывает перемещение верхней каретки 3 вверх по оси Z.Let, for example, you need to move the
В результате этого возникают подъемные силы из-за разности давлений в вертикальных камерах 39,40,41,42 высокого давления гидростатических направляющих цилиндрической формы. Вследствие этого корпуса 29, жестко соединенные с верхней кареткой 3, перемещаются в направлении оси Z. В результате подачи управляющих токовых сигналов I3 на магнитореологические дроссели 50,51, а I4 на магнитореологические дроссели 49,52 в соответствующих камерах 40,41 высокого давления величина давления возрастает, а в камерах 39,42 давление уменьшается, что вызывает угловой поворот верхней каретки 3 вокруг оси Х.As a result of this, lifting forces arise due to the pressure difference in the vertical high-
Вследствие такого перераспределения давлений возникает подъемная сила из-за разности давлений в вертикальных камерах 41,42 высокого давления и опускающая сила из-за разности давлений в вертикальных камерах 39,40 высокого давления, что заставляет корпуса 29, жестко соединенные с верхней кареткой 3, разворачиваться вокруг оси Х. Верхняя каретка 3 перемещается таким образом, пока цифровые коды ΔZ и Δαxрассогласования координат станут равны нулю. В рассматриваемом примере юстировочного перемещения с помощью ступени "точного" позиционирования координатного стола в плоскости ZOY может произойти рассогласование текущих координат по оси Y, которое устраняется юстировочным перемещением, осуществляемым гидростатическими направляющими 4,5 цилиндрической формы, работающими аналогично, только в этом случае перераспределение давлений происходит в горизонтальных камерах 43-46 высокого давления. Таким образом можно осуществлять непрерывные юстировочные перемещения по шести координатам - X,Y,Z, αx,αy,αz .Due to this redistribution of pressures, a lifting force arises due to the pressure difference in the vertical
Четыре пары соосно расположенных гидропередаточных узлов 12 и 13, 14 и 15, 16 и 17, 18 и 19 введены для того, чтобы исключить развороты кареток на гидростатических направляющих 4,5,6,7, возникающие от различных по величине рабочих давлений в корпусах 69 гидродвигателей 8,9,10,11, а также в корпусах 84 гидропередаточных узлов 12,13,14,15,16,17,18,19. Координатный стол за счет небольшой радиальной жесткости используемых перекатывающихся эластичных герметизирующих элементов 64,77,89 в виде тонкостенных оболочек в форме тел вращения разгружен от сил сопротивления перемещению. Тонкостенная оболочка под действием давления рабочей жидкости прижимается к охватывающим ее цилиндрическим поверхностям стаканов 30,76,87, стержня 35 и толкателей 74 и 88. Вследствие этого внутренняя и наружные поверхности оболочки в процессе перемещения координатного стола не испытывают трения. Для повышения быстродействия, надежности герметизирующие элементы 64,77,89 в виде тонкостенных оболочек в форме тел вращения могут быть армированы в осевом направлении, например, нитями из стекловолокна, что значительно увеличивает их осевую жесткость и нагружаемость давлением. Благодаря использованию гидропередаточных узлов 12-19 реализуется подвижный, но одновременно жесткий (почти упруго не деформируемый) трубопровод для подвода рабочей жидкости - магнитореологической суспензии 126 к гидродвигателям 8,9 и гидростатическим направляющим 6,7 цилиндрической формы, установленным на подвижной нижней каретке 2. Вследствие этого не требуется затрат времени на создание дополнительного расхода на компенсацию упругого деформирования стенок трубопроводов (как, например, это имеет место у резиновых шлангов), что значительно увеличивает быстродействие привода, а следовательно, и координатного стола в целом, кроме того, не вносит каких-либо нежелательных возмущающих воздействий (вибраций и т.д.) на подвижные каретки при резком изменении рабочих давлений в трубопроводах. Суммарный коэффициент сжимаемости трубопровода и рабочей жидкости, находящейся в трубопроводе и полостях гидродвигателей, имеет вид
Cсж.тр= fтр·L + + (3)
где fтр - площадь проходного сечения трубопровода;
dтр - внутренний диаметр трубопровода;
Lтр - суммарная длина соединительного трубопровода;
Етр - модуль упругости материала трубопровода;
Fтр - площадь толкателей гидродвигателей;
αтр - толщина стенки трубопровода;
h - ход толкателя гидродвигателя;
Еж. - объемный модуль упругости рабочей жидкости.Four pairs of coaxially located
C compression mp = f mp + + (3)
where f Tr - the flow area of the pipeline;
d Tr - the inner diameter of the pipeline;
L Tr - the total length of the connecting pipeline;
E Tr - the modulus of elasticity of the material of the pipeline;
F Tr - the area of the pushers of hydraulic motors;
α Tr - the wall thickness of the pipeline;
h is the stroke of the pusher of the hydraulic motor;
E w . - volumetric modulus of elasticity of the working fluid.
Потери расхода на компенсацию упругого деформирования трубопровода и рабочей жидкости в полостях гидродвигателей
Qсж.тр= Cсж.тр· (4) где Δ Р - перепад давления на толкателях гидродвигателя;
t - время.Loss of flow to compensate for elastic deformation of the pipeline and the working fluid in the cavities of hydraulic motors
Q compression mp = C compression mp (4) where Δ P is the pressure drop across the hydraulic drive pushers;
t is time.
Требуемый расход рабочей жидкости
Qп= Fт· + Qсж.тр+Qсж.об.+Qут (5) где Х - перемещение толкателей;
Qсж.об - потери расхода на компенсацию осевого упругого деформирования герметизирующего эластичного элемента (тонкостенная оболочка);
Qут - потери расхода на компенсацию утечек рабочей жидкости (равны нулю, так как утечек нет и полная герметизация).Required fluid flow rate
Q p = F t + Q compression tr + Q compression + Q ut (5) where X is the movement of the pushers;
Q compress.ob - loss of flow for compensation of axial elastic deformation of the sealing elastic element (thin-walled shell);
Q ut - loss of flow to compensate for leaks of the working fluid (equal to zero, since there are no leaks and complete sealing).
Таким образом, согласно формуле (3) чем меньше значение коэффициента сжимаемости трубопровода, тем возможно допускать большее значение градиента нарастания перепада давления на толкателях гидродвигателей, т.е. осуществить создание требуемого перепада давления для перемещения гидродвигателей за более короткое время t и тем самым повысить быстродействие координатного стола. Кроме того, вследствие значительного уменьшения (практически до нуля) сил сопротивления перемещению координатного стола, возникающих в результате работы герметизирующих эластичных элементов, значительно уменьшается зона нечувствительности координатного стола:
δт= = (6) где Iтр.дв - ток трогания гидродвигателя или гидростатической направляющей, подаваемый на соответствующие магнитореологические дроссели координатного стола;
(Кд˙Ку) - коэффициент усиления системы измерения положения координатного стола;
Кд - коэффициент передачи датчика положения координатного стола;
Ку - коэффициент усиления измерительного усилителя;
Тнапр - сила трения в направляющих координатного стола;
Тг - сила сопротивления, возникающая от герметизирующих элементов привода и гидростатических направляющих координатного стола;
Тсопр - сила сопротивлению перемещению координатного стола, возникающая от воздействия атмосферного давления на герметизирующие элементы привода и гидростатических направляющих, веса стола и т.д.Thus, according to formula (3), the smaller the compressibility coefficient of the pipeline, the more it is possible to assume a larger gradient of the pressure drop across the hydraulic motor followers, i.e. to create the required pressure drop for moving hydraulic motors in a shorter time t and thereby increase the speed of the coordinate table. In addition, due to a significant decrease (almost to zero) of the resistance forces to the movement of the coordinate table arising from the operation of sealing elastic elements, the dead zone of the coordinate table is significantly reduced:
δ t = = (6) where I tr.dv is the starting current of the hydraulic motor or hydrostatic guide supplied to the corresponding magnetorheological chokes of the coordinate table;
(K d ˙K y ) is the gain of the coordinate table position measuring system;
To d - the transmission coefficient of the position sensor of the coordinate table;
To y is the gain of the measuring amplifier;
T nap - the friction force in the guides of the coordinate table;
T g - resistance force arising from the sealing elements of the drive and hydrostatic guides of the coordinate table;
T sop - the resistance to movement of the coordinate table arising from the influence of atmospheric pressure on the sealing elements of the drive and hydrostatic guides, the weight of the table, etc.
Следовательно, согласно формуле (6) повышается точность позиционирования. Кроме того, быстродействие и надежность обеспечиваются отсутствием в магнитореологическом распределителе и магнитореологических дросселях подвижных инерционных элементов, например, мембран, золотников, пружин, якорей электромагнитов и т.д., требующих затрат времени на их срабатывание. Благодаря использованию магнитореологических дросселей расширяется диапазон регулирования рабочих давлений в камерах 39-46 гидростатических направляющих, что расширяет функциональные возможности координатного стола, а именно повышает грузоподъемность. Therefore, according to the formula (6), the accuracy of positioning is increased. In addition, speed and reliability are ensured by the absence of movable inertial elements, for example, membranes, spools, springs, electromagnet anchors, etc., in the magnetorheological distributor and magnetorheological chokes, which require time-consuming operation. Thanks to the use of magnetorheological throttles, the range of regulation of working pressures in the chambers 39-46 of hydrostatic guides extends, which expands the functionality of the coordinate table, namely, increases the load capacity.
Магнитореологические дроссели 49-56, 101-104 (фиг.16, 17, 18) работают следующим образом. Magnetorheological chokes 49-56, 101-104 (Fig.16, 17, 18) work as follows.
Рабочая жидкость - магнитореологическая суспензия 126 под определенным давлением поступает к цилиндрическому кольцевому дросселирующему каналу 133, проходит его и поступает в гидролинию подключаемого гидроаппарата. Проходя через цилиндрический кольцевой дросселирующий канал 133, рабочая жидкость испытывает сопротивление своему движению, так как градиентные силы магнитного поля противодействуют силе сдвигового течения, возникающей от перепада давления на магнитореологическом дросселе. При этом, регулируя величину силы тока, питающего индуктор 129 магнитного поля в пределах пропорционального участка кривой намагничивания рабочей жидкости - магнитореологической суспензии 126, можно управлять сопротивлением протеканию жидкости и тем самым величиной ее расхода через магнитореологический дроссель или перепадом давления на нем. При протекании рабочей жидкости вдоль оси кольцевого дросселирующего канала в результате наличия на цилиндрической полюсной проставке 131 или полюсной шайбе 132 магнитопровода, образующих цилиндрический кольцевой дросселирующий канал 133, зубцов 134 (концентраторов магнитного поля) появляется ряд зон с повышенной величиной градиента магнитного поля. Кроме того, за счет градиентных сил магнитное поле между зубцами искривляется. Благодаря наличию зубцов в кольцевом зазоре создаются градиентные силы магнитного поля, позволяющие более эффективно, т. е. с меньшими энергозатратами, воздействовать на ферромагнитные частицы магнитореологической суспензии 126. Впадины зубцов 134 заполнены диамагнитным материалом, что предотвращает забивание впадин ферромагнитными частицами и обеспечивает сохранение большого диапазона регулирования перепада давления на магнитореологическом дросселе в процессе его работы, т.е. повышает надежность работы координатного стола в целом, увеличивает грузоподъемность гидростатических направляющих цилиндрической формы. The working fluid -
Для еще большего расширения диапазона регулирования давления в камерах высокого давления, а следовательно, повышения грузоподъемности гидростатических направляющих цилиндрической формы цилиндрическая полюсная проставка 139 (фиг.17) магнитореологического дросселя выполнена тонкостенной из ферромагнитного эластичного материала. Это позволяет при изменении тока в индукторе 129 магнитного поля изменять величину цилиндрического кольцевого дросселирующего канала 133 от максимального значения при нулевом токе до минимального при максимальном токе. При этом упругость полюсной цилиндрической проставки 139 подбирается таким образом, чтобы при максимально возможном изменении тока в индукторе 129 магнитного поля рабочая жидкость - магнитореологическая суспензия 126 находилась в состоянии, близком к магнитному насыщению. Таким образом, возможно дополнительное увеличение диапазона регулирования перепада давлений на магнитореологическом дросселе при постоянном расходе через него путем широкого изменения величины цилиндрического кольцевого дросселирующего канала 133:
ΔPмрд(I) = Pн-P(I) = ·
При внезапном возрастании давления или расхода на входе магнитореологического дросселя, например, при возникновении каких-либо неполадок в работе насосной станции 22, 23, 24 увеличивается мгновенное значение давления, которое воздействует на внутреннюю поверхность тонкостенной цилиндрической полюсной проставки 139. Вследствие расклинивающего воздействия со стороны рабочей жидкости происходит уменьшение величины цилиндрического кольцевого дросселирующего канала 133 и пропорциональное этому уменьшение расхода через магнитореологический дроссель. Кроме того, воздействие магнитного поля на рабочую жидкость при этом возрастает и, следовательно, расход через магнитореологический дроссель еще больше уменьшается, т.е. происходит стабилизация расхода через магнитореологический дроссель. Надежность магнитореологического дросселя, а следовательно, и координатного стола в целом повышается вследствие стабилизации расходных характеристик магнитореологического дросселя. Для расширения функциональных возможностей координатного стола и повышения его надежности в полюсной шайбе 141 (фиг.18) установлена перегородка 143 из ферромагнитного материала с упорами 144 из диамагнитного материала, а в тонкостенной цилиндрической полюсной проставке 139 из эластичного ферромагнитного материала - перегородка 142 из ферромагнитного материала, что позволяет при изменении тока в индукторе 129 магнитного поля тонкостенной центральной части полюсной цилиндрической проставки 139 изменять длину цилиндрического кольцевого дросселирующего канала 133 в направлении течения рабочей жидкости от минимального значения при нулевом токе до максимального при максимальном. При этом радиальные размеры цилиндрического кольцевого дросселирующего канала 133 не изменяются и подобраны таким образом, чтобы рабочая жидкость - магнитореологическая суспензия 126 при максимально возможном изменении тока в индукторе 129 находилась в насыщенном состоянии. Таким образом, возможно дополнительное увеличение диапазона регулирования перепада давления на магнитореологическом дросселе путем широкого изменения длины цилиндрического кольцевого дросселирующего канала 133:
ΔPМРД(I) = Pн-P(I) = · μ(I)·l(I)
При максимальном токе в индукторе 129 магнитного поля тонкостенная цилиндрическая полюсная проставка 139 с установленной в ней перегородкой 142 прижимается к упорам 144 из диамагнитного материала, установленным на перегородке 143. Установка упоров 144 из диамагнитного материала позволяет избежать соприкосновения отдельных частей магнитопровода и замыкания всего магнитного потока только через перегородку 143 полюсной шайбы 141 и перегородку 142, установленную в торцовой части тонкостенной цилиндрической полюсной проставки 139 (т.е. минуя цилиндрический кольцевой дросселирующий канал 133). Замыкание магнитного потока приводит к прекращению какого-либо регулирования перепада давления на магнитореологическом дросселе и тем самым к снижению надежности магнитореологического дросселя, а следовательно, и координатного стола в целом. Увеличение диапазона регулирования магнитореологического дросселя позволяет создать большую разность давлений в камерах 39-46 (фиг. 1,2,6) высокого давления гидростатических направляющих 4-7 цилиндрической формы, что позволяет повысить их грузоподъемность, т.е. вес перемещаемого объекта.To further expand the range of pressure regulation in high-pressure chambers, and therefore, increase the load capacity of cylindrical hydrostatic guides, the cylindrical pole spacer 139 (Fig. 17) of the magnetorheological throttle is made of thin-walled ferromagnetic elastic material. This allows you to change the magnitude of the cylindrical
ΔP mrd (I) = P n -P (I) = ·
With a sudden increase in pressure or flow rate at the inlet of the magnetorheological throttle, for example, if there are any malfunctions in the operation of the
ΔP MRD (I) = P n -P (I) = Μ (I) l (I)
At the maximum current in the
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5022336 RU2029447C1 (en) | 1992-01-15 | 1992-01-15 | Coordinate table |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5022336 RU2029447C1 (en) | 1992-01-15 | 1992-01-15 | Coordinate table |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2029447C1 true RU2029447C1 (en) | 1995-02-20 |
Family
ID=21594495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5022336 RU2029447C1 (en) | 1992-01-15 | 1992-01-15 | Coordinate table |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2029447C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016028182A1 (en) * | 2014-08-18 | 2016-02-25 | Катарина Валерьевна НАЙГЕРТ | Magnetorheological slide-valve drive |
| CN108620911A (en) * | 2018-05-02 | 2018-10-09 | 大连理工大学 | A kind of servo-actuated method for supporting of magnetorheological fluid |
| RU185750U1 (en) * | 2018-07-19 | 2018-12-17 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | LASER RADIATOR BEARING FRAME |
| CN110449945A (en) * | 2019-09-12 | 2019-11-15 | 蚌埠液力机械有限公司 | A kind of oil cylinder positioning tool |
| CN112828633A (en) * | 2020-12-31 | 2021-05-25 | 上海理工大学 | A magnetorheological flexible clamp for thin-walled parts with arbitrary shape |
-
1992
- 1992-01-15 RU SU5022336 patent/RU2029447C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Bull.Japan Soc.of Prec. Engg., Vol.18, N 3, (Sept.1984), p.267-273. * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016028182A1 (en) * | 2014-08-18 | 2016-02-25 | Катарина Валерьевна НАЙГЕРТ | Magnetorheological slide-valve drive |
| RU2634163C2 (en) * | 2014-08-18 | 2017-10-24 | Катарина Валерьевна Найгерт | Magnetorheological drive for direct electromagnetic control of flow characteristics of hydraulic system upper circuit of slide valve (versions) |
| CN108620911A (en) * | 2018-05-02 | 2018-10-09 | 大连理工大学 | A kind of servo-actuated method for supporting of magnetorheological fluid |
| CN108620911B (en) * | 2018-05-02 | 2020-04-28 | 大连理工大学 | Magnetorheological fluid follow-up supporting method |
| RU185750U1 (en) * | 2018-07-19 | 2018-12-17 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | LASER RADIATOR BEARING FRAME |
| CN110449945A (en) * | 2019-09-12 | 2019-11-15 | 蚌埠液力机械有限公司 | A kind of oil cylinder positioning tool |
| CN112828633A (en) * | 2020-12-31 | 2021-05-25 | 上海理工大学 | A magnetorheological flexible clamp for thin-walled parts with arbitrary shape |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3020066B2 (en) | Electric hydraulic actuator | |
| US6364023B1 (en) | Downhole actuator, and a flow rate adjuster device using such an actuator | |
| US5133386A (en) | Balanced, pressure-flow-compensated, single-stage servovalve | |
| CA1054487A (en) | Long stroke, large bore, low friction hydraulic actuators | |
| SE7702936L (en) | STAMPING COMPENSATOR | |
| US4738101A (en) | Fluid system having a hydraulic counterbalance system | |
| RU2029447C1 (en) | Coordinate table | |
| US20090183545A1 (en) | Adjusting cylinders in rolling stands, including vertical edging stands | |
| RO117012B1 (en) | Installation for operating points | |
| US10077806B2 (en) | Compact bearing system and machine stage system equipping the same | |
| KR0138475B1 (en) | Actuator with slide table | |
| US4220004A (en) | Hydraulic servo-control system with out-of-balance load | |
| RU2092330C1 (en) | Wheel hydraulic drive shock absorbing strut | |
| US3258025A (en) | Electro-hydraulic control valve | |
| US4771674A (en) | Device for regulating pressure fluid cylinders | |
| RU2636787C1 (en) | Control device for oscillating table | |
| US4026110A (en) | Device for temperature compensation in a pressure medium circuit | |
| JP4481171B2 (en) | Braking device | |
| JP2593044B2 (en) | Steering and lifting equipment | |
| JPS6219617B2 (en) | ||
| GB2319563A (en) | Air cylinder device | |
| RU2634163C2 (en) | Magnetorheological drive for direct electromagnetic control of flow characteristics of hydraulic system upper circuit of slide valve (versions) | |
| RU2443911C1 (en) | Magnetic rheological positioning and vibration isolating system | |
| US3739808A (en) | Hydraulic shock damping device | |
| CN114321552B (en) | Magneto-rheological accumulator for water hammer protection, its installation method, and control system |