Илья Иосифович Бергер
ТОКАРНОЕ ДЕЛО
*** 1980 ***
| ФPAГMEHT УЧЕБНИКА (...) В крупносерийном и массовом производствах, кроме рассмотренных транспортных средств периодического действияприменяются транспортные механизмы непрерывного или пульсирующего действия, осуществляющие связь рабочих мест в непрерывный технологический поток. К их числу относятся скаты, склизы, рольганги и конвейеры, шаговые транспортеры.
Скаты и склизы (рис. 211, а, б) в виде наклонных желобов или штанг применяются для передачи небольших деталей от одного рабочего места к другому. В скатах детали перекатываются, в склизах — скользят. Рис. 211. Транспортные средства непрерывного действия: а — скат; 6 — склиз; в — рольганг; г — цепной конвейер; д — пластинчатый конвейер Рольганги (рис. 211, в) изготавливаются в виде длинных роликовых столов с небольшим наклоном в сторону движения заготовок. Такие столы располагают вдоль технологической линии станков или отдельными секциями между соседними рабочими местами. Конвейеры по виду грузонесущего элемента делятся на цепные, пластинчатые и ленточные, а по расположению — на горизонтальные и вертикальные. Последний тип конвейера называют элеватором. Подвесной цепной конвейер (рис. 211, г) представляет собой замкнутый в пространстве рельс , по которому с помощью бесконечной цепи 2, приводимой в движение специальным приводом, передвигаются небольшие тележки 3 с подвесками 4 для груза. Пластинчатый конвейер (рис. 211,(3) предназначен для перемещения относительно тяжелых грузов. Он имеет отдельные жесткие металлические или деревянные пластины, которые установлены на роликах 2 и скреплены между собой бесконечными цепями 3, приводимыми в движение специальным механизмом. Ленточный конвейер отличается от пластинчатого тем, что у него несущим элементом является широкая бесконечная лента из многослойной прорезиненной ткани, натянутая между ведущим и ведомым шкивами. От провисания верхняя ветвь ленты поддерживается деревянным настилом или роликами. Такие конвейеры применяются главным образом для транспортировки легких предметов. Шаговые транспортеры осуществляют связь между станками в автоматических линиях. Например, транспортер, используемый в линии из агрегатных станков для обработки корпусных деталей, состоит из пары направляющих рельсов и расположенных между ними двух штанг с отжимными упорами одностороннего действия. В конце очередного такта обработки штанги (по команде путевого датчика) перемещаются гидроприводом возвратно-поступательно. При этом упоры передвигают заготовки на шаг, равный расстоянию между станками и возвращаются в исходное положение. Контрольные вопросы 1. Какие транспортные средства применяются в единичном и малосерийном производствах? 2. Объясните назначение и принцип действия пространственных грузоподъемных механизмов. 3. Расскажите о транспортных средствах, применяемых в крупносерийном и массовом производствах и их назначении. Структура автоматических устройств Автоматическая машина действует по той же схеме, как и механизированная, управляемая человеком. Но здесь его функции передаются органам управления или так называемым элементам автоматики. В зависимости от выполняемых функций и назначения элементы автоматики разделяются на чувствительные, промежуточные и исполнительные. Чувствительные элементы (датчики) предназначены для приема заранее предусмотренной информации; промежуточные — преобразуют или усиливают входной сигнал; исполнительные — непосредственно воздействуют на управляемый объект. Если сигнал датчика — досТаточный для воздействия на исполнительный механизм, то промежуточный элемент в системе автоматики может отсутствовать. Элементы автоматики основаны на тех же принципах действия, какими обладает живой организм. В частности, чувствительные элементы заменяют собой органы чувств (зрение, слух, осязание, обоняние), промежуточные — нервную систему, исполнительные — мускулатуру. На рис. 212 сплошными линиями изображена структурная схема автоматической системы, состоящей из источника информации, элементов автоматики и управляемого объекта. Такая система называется разомкнутой, так как в ней отсутствует воздействие на фактическое состояние управляемого объекта, которое по ряду причин может иметь некоторые отклонения от предусмотренного программой, заложенной в источнике информации. Тем не менее благодаря своей простоте разомкнутая система управления наиболее широко используется для автоматизации металлорежущих станков, когда заранее можно предположить, что действительные отклонения управляемого объекта могут длительное время находиться в допустимых пределах. Для принятия своевременных мер по исправлению погрешностей в разомкнутую систему автоматики иногда устанавливают дополнительные элементы, осуществляющие контроль изделий, предупредительную или аварийную сигнализацию, блокировку и поднастройку управляемого механизма. Однако для некоторых процессов пассивного управления недостаточно. Необходимы еще сведения о фактическом состоянии или положении управляемого объекта, то есть нужна обратная связь для корректировки управляющего сигнала. Эти данные направляются в промежуточный элемент автоматики, где они сопоставляются, сравниваются, и в исполнительный элемент подается команда, корректирующая работу управляемого механизма. В данном случае система управления ставится в зависимость от результатов ее работы. Такой принцип, основанный на использовании информации о результатах, управления, называется принципом обратной связи, а автоматическая система, построенная на нем, называется замкнутой. В такую систему устанавливаются элементы обратной связи, изображенные на структурной схеме штриховой линией (см. рис. 212). Контрольные вопросы 1. В чем состоит особенность автоматической машины? 2. Назовите элементы автоматики и расскажите об их функциях. 3. Чем элементы автоматики подобны элементам живого организма? 4. Укажите принципиальное отличие различных автоматических систем. § 95. Элементы автоматических устройста Как отмечалось выше, к ним относятся чувствительные, промежуточные, исполнительные элементы и элементы обратной связи. Чувствительные элементы (датчики) воспринимают изменение заданного параметра и преобразуют его в выходной сигнал, удобный для дальнейшей обработки и передачи. По характеру входного сигнала датчики делятся на путевые, размерные, силовые и скоростные, а по принципу дейс т в и я — на электроконтактные, индуктивные, гидравлические и др. Путевые датчики предназначены для приема сигналов управления по пути следования подвижных узлов станка. Размерные подают сигнал, когда размер обрабатываемой поверхности выходит за пределы поля допуска, силовые — когда усилие или давление в управляемой системе достигнет определенного предельного значения, скоростные — когда частота вращения вала станка превысит заданное значение. Некоторые наиболее характерные датчики приведены на рис. 213. Простой электроконтактный датчик (рис. 213, а) имеет две пары контактов: нормально закрытые 4 и нормально открытые 3. При нажиме движущейся части станка на шток 1 планки 2 с подвижными контактами отходят вниз, верхние контакты 4 размыкаются, а нижние 3 замыкаются. Как только воздействие на шток прекращается, контактные планки 2 под действием пружины 5 возвращаются в исходное положение. Если нужно, чтобы датчик сработал при очень малом перемещении штока и небольшом давлении на него, используют микропереключатели (рис. 213, б). При воздействии на колпачок 1 он утапливается и через пружину 2 перемещает штырь 3 с колодкой 4. При этом плоские пружины 5, прогибаясь, размыкают контакт 7 и замыкают контакт 6. После прекращения действйя на колпачок 1 пружины 5 возвращаются в исходное положение. Индуктивный датчик (рис. 213, в) имеет две катушкн 1 и 3 с обмотками, между которыми расположен якорь 2, находящийся под действием штока 4. Первичные обмотки катушек соединены последовательно и питаются переменным током, вторичные — встречно. Когда якорь занимает среднее положение, результирующая напряжения на зажимах вторичных катушек (на выходе датчика) равна нулю. Под воздействием штока якорь отклоняется от среднего положения и тем самым изменяет воздушные зазоры около катушек, вызывая появление электрических сигналов, направляемых в промежуточный элемент для усиления. В электрогидравлическом силовом датчике (рис. 213, г) рабочая жидкость имеет доступ в нижнюю полость 4 под мембрану 5. Когда давление в системе достигает нужной величины, мембрана изгибается и, сжимая пружину 3, перемещает стержень 2 вверх, заставляя его воздействовать на шток микропереключателя 1. Промежуточные элементы автоматики усиливают, замедляют или преобразуют сигналы, поступающие от датчиков, и направляют их к исполнительным механизмам. Для этой цели чаще используются различные реле, способные выполнять почти все указанные функции. Реле принято называть приборы, осуществляющие скачкообразные изменения в действии управляемого объекта. По принципу действия они делятся на электрические, электромагнитные, электронные, фотоэлектрические и др. В § 89 частично рассматривались некоторые типы реле, используемые для управления асинхронным двигателем: магнитные пускатели, плавкие предохранители, тепловые реле. Магнитный пускатель — характерный представитель электромагнитных реле, которые замыкают силовую цепь исполнительного механизма (двигателя) при получении даже довольно слабого электрического сигнала от цепи управления. Плавкими предохранителями являются электрические реле, которые разрывают цепь при достижении силой тока заранее предусмотренной величины. Тепловое реле отключает исполнительный механизм, когда температура его Нагрева становится выше допустимой. В автоматических системах, где необходима высокая скорость преобразования или усиления входного сигнала, применяются электронные реле. Принцип действия их основан на использовании усилительных свойств трехэлектродной электронной лампы — триода. Поданный на сетку лампы слабый электрический сигнал резко усиливается в ее анодной цепи и с помощью магнитного контактора может привести в действие исполнительный механизм или изменить его состояние. Исполнительные элементы автоматики оказывают непосредственное воздействие на управляемый объект. К ним относятся: электромагниты, муфты, двигатели. Электромагниты преимущественно используются для включения и переключения сцепных муфт, основные типы которых были рассмотрены в § 43. Из этой группы муфт следует выделить электромагнитные муфты, способные самостоятельно выполнять командные сигналы. Наряду с известными двигателями непрерывного действия, в системах автоматического управления особое место занимают шаговые двигатели (рис. 214), которые могут выполнять последовательно поступающие к ним электрические командные сигналы. Статор такого двигателя представляет собой цилиндрический барабан 4, на внутренней поверхности которого расположены три секции прямоугольных выступов-полюсов с обмотками возбуждения 6, 7 и 8, равномерно размещенные по окружности. Полюса в каждой секции не имеют углового смещения, т. е. промежутки между ними составляют общую канавку, расположенную вдоль оси цилиндра. Ротор шагового двигателя 5 имеет точно такое же число полюсов и секций , 2, 3, что и статор. Но если статор напоминает одно широкое трехвенцовое зубчатое колесо с внутренним зацеплением, то ротор похож на три колеса, сдвинутые по окружности на одну треть межполюсного расстояния. Если к обмоткам возбуждения полюсов статора подводить последовательно электрические импульсные сигналы в порйдке 8—7— 6, то полюса ротора, стремясь занять положение минимального магнитного сопротивления, заставят ротор ступенчато поворачиваться. Причем частота этих шаговых поворотов будет увеличиваться по мере увеличения частоты подводимых импульсов. При большой скорости переключения обмоток ротор двигателя практически будет вращаться равномерно. Для реверсирования шагового двигателя достаточно изменить порядок подключения полюсов статора и совершать его в обратном направлении. Шаговые двигатели обладают малой мощностью, поэтому они обычно используются в системах автоматического управления в паре с гидроусилителями крутящих моментов (рис. 215), состоящими из аксиально-плунжерного гидродвигателя и следящего золотника. На валу гидродвигателя свободно установлен ротор 4 с плунжерами 6, которые во время работы воздействуют на толкатели 5, размещенные в барабане 3. Последний закреплен на валу и соединен поводковыми пальцами с ротором 4. При поступлении масла от насоса в полости плунжеров через штуцер 8 и следящий золотник 9 толкатели 5, взаимодействуя сферическими поверхностями с наклонной шайбой 2, создают крутящий момент на валу гидродвигателя. Для регулирования протока масла следящий золотник имеет четыре крестообразных выступа, а распределительная втулка 10, соединенная шарниром 7 с валом 1,— ряд отверстий. При повороте золотника на некоторый угол масло через проходные каналы пройдет в полости плунжеров. При этом вал двигателя повернется на такой же угол и остановится, так как в конце поворота распре- делительная втулка 10 перекроет проходной канцл и прекратит доступ масла к плунжерам. Таким образом, создается прямая следящая связь золотника с валом гидродвигателя, которая позволяет усиливать слабые командные сигналы (в виде узловых поворотов), подводимые к золотнику. Элементы обратной связи применяются в металлорежущих станках для сопоставления действительных перемещений, совершаемых рабочими органами станка, с перемещениями, заданными программой. При несовпадении этих значений (рассогласовании) на выходе сравнивающего устройства появляется сигнал ошибки, который направляется К исполнительному механизму для устранения рассогласования. Как только эта ошибка станет равной нулю, движение должно прекратиться. Принцип обратной связи можно вскрыть на довольно простом примере ее осуществления с помощью спаренных кольцевых потенциометров, сопротивления которых включаются в мостовую схему. Кольцевой потенциометр (рис. 216, а) представляет собой реостатный датчик углового отклонения, к входным клеммам 5 и 6 которого подводится напряжение постоянного или переменного тока. Напряжение на выходе (клеммы 5 и 2) изменяется пропорционально углу поворота вала , с которым жестко соединен контактный движок 3, скользящий по виткам сопротивления 4. В системах обратной связи сопротивления потенциометра-датчика Ri и ?2 и потенциометра-приемникц R3 и соединяются в мостовую схему (рис. 216, б) и являются плечами моста, а контакты движков 2 и 4, соединенные между собой, образуют его диагональ, в которую включается реле Р. Командный сигнал, поступающий.на вход моста (клеммы 1 и 3), будет исполняться до тех пор, пока сопротивления плеч моста не станут попарно равны, то есть Ri = R3, a R2 = Rt- В этом случае в точках Л и В установятся одинаковые потенциалы, электрический ток в диагонали моста исчезнет и реле Р выключит рабочую цепь исполнительного механизма. Контрольные вопросы и задания 1. Объясните принцип действия и назначение датчиков, изображенных на рис. 213. 2. Для чего предназначены реле и каково их действие? Приведите примеры. 3. Как устроены и работают шаговый двигатель и гидроусилитель крутящих моментов? 4. Как осуществляется обратная связь с помощью кольцевых потенциометров, включенных в мостовую схему? § 96. Системы автоматических устройств Классификация систем. Применяемые в металлорежущих станках системы автоматических устройств можно разделить на три основные группы: 1) системы автоматического извещения, включающие автоматический контроль и сигнализацию; 2) системы автоматической защиты и блокировки; 3) системы автоматического управления и регулирования. Системы автоматического извещения своевременно оповещают обслуживающий персонал о необходимости оперативного вмешательства в ход технологического процесса в целях устранения возникающих неисправностей или погрешностей обработки. Эти системы не оказывают самостоятельно активного воздействия на контролируемый процесс. Так, смотровые глазки указывают уровень масла в резервуарах станка или позволяют определить действие автоматической смазки; красный световой сигнал на токарных автоматах свидетельствует об отсутствии заготовок и необходимости загрузки; амперметр на некоторых токарных станках показывает фактическую нагрузку электродвигателя по мощности; размерный датчик фиксирует действительные значения диаметра обрабатываемой детали по шкале индикатора и подает оператору световые сигналы, когда отклонения выходят за пределы поля допуска. Аппаратура систем защиты и блокировки предназначена для автоматического прекращения работы управляемого механизма или предотвращения какого-либо действия, если оно может привести к аварии. Так, плавкие предохранители разрывают электрическую цепь при коротком замыкании; тепловое реле отключает электродвигатель при перегрузке; предохранительные муфты и механизмы подающего червяка предотвращают аварию станка, если сопротивление резанию превысит допустимое значение; блокировочные механизмы фартука препятствуют одновременному включению механических подач суппорта от ходового винта и вала и т. д. Из средств автоматизации металлорежущего оборудования особое значение имеют системы управления. Как уже отмечалось, такие системы выполняются по разомкнутой и замкнутой схемам. Первые осуществляют только функции управления станком без учета фактического положения его подвижных частей, вторые (с узлом обратной связи) позволяют контролировать исполнение командных сигналов и вносить необходимые поправки при наличии раесогласования. В некоторых случаях системы управления дополняются узлом активного контроля, функция которого — автоматически регулировать положение режущего инструмента по мере его износа. Контрольные вопросы 1. Назовите разновидности систем автоматических устройств. 2. Объясните назначение И сущность различных автоматических систем. |
