УСТРОЙСТВА И ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
ПРИ РАБОТЕ НА ТОКАРНЫХ СТАНКАХ
ДИАФИЛЬМ
*** 1964 ***
| В зависимости от способа программирования работы станка можно выделить следующие основные группы систем автоматического управления: кулачковые, следящие, с цикловым программным управлением (ЦПУ), с числовым программным управлением (ЧПУ).
Кулачковые системы управления получили применение в токарных автоматах и полуавтоматах, используемых в крупносерийном и массовом производстве. На таких станках обработка деталей выполняется за счет сравнительно простых прямолинейных движений суппортов с инструментами. Программа работы задается криволинейной формой рабочих поверхностей кулачков, которые неподвижно крепятся на распределительном валу станка (см. рис. 206). Относительно простая по устройству, такая система управления весьма трудоемка в наладке. Поэтому ее целесообразно применять при длительном изготовлении деталей крупными партиями. Следящие системы управления — довольно распространенное средство частичной автоматизации токарных станков. В таких системах в качестве программоносителя используются копиры в виде плоских шаблонов или образцовых деталей. Общий принцип действия этих систем следующий: путевой датчик (щуп) ощупывает поверхность копира и через промежуточные и исполнительные устройства передает движение резцу. Резец как бы следит за движениями щупа и повторяет их. Поэтому такие системы получили название следящих. Следящая система управления основана на сочетании двух подач резца: задающей и следящей. Задающей подачей чаще всего является механическое продольное перемещение суппорта токарного станка, следящей — поперечное перемещение. При геометрическом сложении этих движений резец воспроизводит на детали точную форму копира. В зависимости от способа осуществления следящей подачи применяются механические, гидравлические или электрические копировальные устройства. Механические копировальные устройства (см. рис. 129) конструктивно наиболее просты, так как в них используется прямая (жесткая) связь щупа с резцом. Однако непосредственное воздействие усилия резания на копир, применяемое в таких системах, намного снижает долговечность последнего. В гидрокопировальных устройствах щуп, огибая контур копира, воздействует на гидромеханический преобразователь — золотнико- вую коробку, а она изменяет направление и количество поступающего от гидроагрегата масла в полости рабочего цилиндра салазок суппорта. Благодаря этому слабые механические сигналы щупа многократно усиливаются гидросистемой, осуществляющей следящую подачу резца. В электрокопировальных устройствах щуп, перемещаясь по контуру копира, действует на электроконтактный или индуктивный датчик, который с помощью электромагнитных муфт фартука станка попеременно включает и переключает поперечную следящую подачу суппорта. В системах с цикловым программным управлением (ЦПУ) программоноситель содержит информацию только о цикле обработки (команды: вперед, вправо, влево, стоп, переключение частоты вращения, подачи и др.). Величина пути рабочих узлов станка здесь задается с помощью регулируемых кулачков, которые устанавливают в пазах продольных и поперечных линеек суппорта. Такие кулачки воздействуют на путевые датчики (блоки электроупоров) во время движения суппорта. В качестве исполнительных элементов автоматики в рассматриваемых станках широко используются быстродействующие электромагнитные муфты. Сравнительно простая по структуре система циклового программного управления характеризуется узким диапазоном технологических возможностей: в основном обработкой на токарных станках гладких и ступенчатых цилиндрических поверхностей. В качестве программоносителя в системах ЦПУ получили распространение штеккерные коммутаторы барабанного или панельного типа. На рис. 217, а приведена принципиальная схема ЦПУ с барабанным коммутатором 3, в отверстия которого в требуемой технологической последовательности устанавливаются штеккеры 2. На линейках подвижных узлов станка расставляются кулачки 5 соответственно величине перемещений. В начале цикла штеккер коммутатора, нажимая на электроконтактный датчик 4, замыкает электроцепь какого-либо узла. Движение последнего будет продолжаться до тех пор, пока соответствующий кулачок линейки данного узла, воздействуя на электроупор 6, не разомкнет эту цепь. Одновременно с этим включается электромагнит , поворачивающий прн помощи храпового механизма коммутатор на необходимый шаговый угол для включения цепи управления следующего узла. Принцип работы системы ЦПУ с коммутаторной панелью см. на рис. 217, б. Панель имеет несколько рядов штепсельных гнезд, каждое из которых состоит из двух половинок. Левые половинки гнезд в каждом ряду (1, 2, 3 и т. д.) соединены между собой вертикальными шинами, а правые — горизонтальными. К горизонтальным шинам подключены контакты шагового искателя (12, 3 и т. д.). Чтобы реле сработало, необходимо замкнуть половинки соответствующего штепсельного гнезда. Для этого в гнезда панели устанавливают металлические штеккеры 6 согласно заданной программе работы станка. В процессе работы включение необходимого реле осуществляется через замкнутое штеккером штепсельное гнездо поворотным контактом К шагового искателя. В положении, изображенном на рисунке, электрический ток через контакт 1 шагового искателя и штеккер подается в обмотку реле Р2, и узел II получает перемещение. В конце хода кулачок узла замкнет цепь электромагнита, который с помощью храпового механизма повернет подвижный контакт К шагового искателя, замыкая контакт 2. При этом в электрическую цепь через штеккер включается реле Р2 исполнительного механизма узла III и т. д. а — с коммутаторным барабаном; б — с коммутаторной панелью Система числового программного управления (ЧПУ) принципиально отличается от других систем автоматического управления тем, что у нее вся информация о последовательных действиях станка, включающая цикловые команды и пути перемещения подвижных узлов в кодированном виде, сосредоточена в едином программоносителе — ленте или карте. Благодаря возможности задавать программу работы одновременно по двум и более координатам за практически неограниченное количество переходов, на таких станках можно выполнять обработку деталей сложной формы. Кроме того, отсутствие сложных копиров и кулачков намного облегчает и ускоряет переналадку станков с ЧПУ, которая в этом случае включает в основном смену программоносителя (ленты) и регулировку исходного положения инструмента. Все это способствовало 100 10 широкому распространению станков с ЧПУ в различных типах производства. В системах ЧПУ запись программы в основном осуществляется на перфолентах просечкой отверстий или на магнитных лентах — нанесением магнитных черточек. Считывание программ, то есть превращение отверстий или черточек в электрические командные сигналы, производится в элек- троконтактных или электромагнитных головках. В первом случае в промежутках между шаговыми перемещениями перфорированной ленты в ее отверстия западают пружинные контакты, которые, замыкая соответствующие электроцепи, создают электрические импульсы. В электромагнитных головках лента продвигается с равномерной скоростью и, проходя около сердечника электрической катушки, индуктирует в ее обмотках электрические импульсы. При записи программы перемещений узлов станка каждый электрический импульс соответствует строго определенной величине пути, то есть имеет определенную цену. Так, например, если суппорт токарного станка должен переместиться на 89 мм при цене импульса 1 мм, то понадобится длинная лента, которая в определенной дорожке должна иметь 89 отверстий или черточек (рис. 218, а). Такой код записи называется унитарным и применяется в основном для нанесения командных сигналов на магнитную ленту, обладающую высокой плотностью записи программы (до 5 и более черточек на длине 1 мм). Вместе с тем применение двоичного кода требует значительного увеличения ширины ленты для записи больших чисел. В связи с этим, при фиксировании программы действия станков на перфолентах в основном используется комбинированный код записи — двоично-десятичный. С помощью такого кода каждая цифра десятичного числа кодируется четырьмя разрядами двоичного числа — 8, 4, 2, 1, как показано на рис. 218, г. Исходными документами для составления программы является чертеж детали и технологическая карта. По ним устанавливают последовательность и величину перемещений режущих инструментов, фиксируемых на программоносителе определенным кодом записи. При обработке сложных поверхностей (фасонных, конических) их профиль разбивают на элементарные участки, в пределах которых устанавливают величину одновременного продольного и поперечного перемещения резца. Для того чтобы устранить зазоры и повысить долговечность конечной кинематической пары цепи подач суппорта, в станках с ЧПУ применяют шариковые винтовые передачи (рис. 219). Канавки винта 1 и гайки 4, имеющие полукруглую форму, плотно заполняются стальными шариками 2, На концах гайки просверлены отверстия, соединенные между собой трубкой 3. При вращении винта шарики, перекатываясь по винтовой канавке, попадают в отверстие гайки и через соединительную трубку и второе отверстие возвращаются в канавку. Для полного устранения зазора на ходовом винте обычно устанавливают две шариковые гайки, между которыми помещают жесткую пружину. В настоящее время в промышленности используются разнообразные металлорежущие станки с ЧПУ, работающие по программе, записанной как на магнитной, так и перфорированной ленте. Рис. 220. Токарный патронно-центровой станок модели 16К20ФЗС4 с ЧПУ: — пульт программного управления; 2 — пульт ручного управления; 3 — рукоятка переключения диапазона частот вращения; 4 — гидроагрегат Программа на магнитную ленту записывается с перфоленты при помощи специального кодопреобразователя — интерполятора, что намного усложняет процесс подготовки станка к работе. В целях упрощения этого процесса современные модели станков с ЧПУ оснащают пультом программного управления со встроенным интерполятором. Последний преобразует двоично-десятичный код перфоленты в сигналы унитарного кода, которые с предусмотренной скоростью поступают на блок выхода к шаговым двигателям и далее с помощью гидроусилителей и шариковых винтовых пар передаются на салазки суппорта станка. Такой принцип управления применен в токарном патронно-центровом станке модели 16К20ФЗС4 с ЧПУ (рис. 220). Этот станок выпускается заводом «Красный пролетарий» на базе серийного токарного станка 16К20 и предназначен для обработки наружных и внутренних цилиндрических поверхностей со ступенчатыми коническими и криволинейными участками за один или несколько проходов. На станке установлен автоматически поворачивающийся шестипозиционный резцедержатель (рис. 221), рассчитанный на установку съемных резцовых блоков. Последние предварительно настроены на заданные размеры вне станка в специальных оптических приспособлениях. Система ЧПУ обеспечивает перемещение суппорта по двум координатам, автоматическое переключение девяти скоростей шпинделя с помощью электромагнитных муфт, индексацию резцедержателя с автоматическим поиском требуемой позиции, а также выполнение необходимых вспомогательных команд. В качестве привода продольных и поперечных салазок суппорта используются шаговые двигатели ШД5-Д1 совместно с гидроусилителями крутящих моментов. Для установки «нулевого» исходного положения салазок сущ порта и аварийного ограничения их хода на станке предусмотрены продольная и поперечная линейки, в пазах которых размещаются и крепятся кулачки, действующие во время работы станка на блоки конечных элёктровыключателей. Станки с ЧПУ работают в основном по разомкнутой схеме управления, действующей независимо от возможных в процессе работы изменений условий резания (припуска на обработку, твердости обрабатываемого материала, степени износа инструмета и т. д.). Вследствие этого при назначении режимов резания для таких станков ориентируются на наиболее неблагоприятные условия обработки, что ведет к снижению производительности работы. Эти недостатки устраняются на станках, оснащаемых так называемой системой адаптивного управления, которая приобретает в последнее время все большую популярность в области обработки металлов резанием. Адаптивная система управления позволяет станку приспосабливаться к случайным изменениям условий обработки по сигналам датчиков обратной связи. Они реагируют на изменение крутящего момента, сил резания, упругих деформаций системы СПИД, температуры в зоне резания и т. д. Эти сигналы, поступающие в блоки коррекции траектории инструмента и оптимизации режима системы управления, компенсируют случайные отклонения и создают оптимальные условия обработки применительно к фактическому состоянию процесса резания. Контрольные вопросы и задания 1. Какие системы автоматического управления применяются в металлорежущих станках? 2. Объясните принцип действия кулачковой и следящей систем управления. 3. В чем состоит сущность циклового программного управления? 4. Объясните принцип действия системы ЦПУ с коммутатором барабанного и панельного типа. 5. Каковы особенности и преимущества системы числового программного управления? 6. Изобразите числа 27, 43 и 71 в различных кодах записи. 7 Объясните принцип действия систем ЧПУ токарного станка модели 16К20ФЗС4. 8. В чем заключается сущность системы адаптивного управления? |
