Автоматизация с применением гибких следящих систем

Категория:
Модернизация металлорежущих станков


Автоматизация с применением гибких следящих систем

В качестве следящих систем для автоматизации фрезерных операций на различного типа станках применяются следующие гибкие системы: гидравлические, электромеханические, фотоэлектрические, с программным цифровым управлением, а также их разнообразные сочетания.

В зависимости от сложности технологических задач следящие системы могут быть одно-, двух- и трехкоординатными.

Гидравлические следящие системы для обработки незамкнутых контуров. Обычный операционный одношпиндельный горизонтально-фрезерный станок модели 683 Горьковского завода фрезерных станков модернизирован для обработки профильных изделий на полуавтоматическом цикле. С этой целью он дополнен однокоординатным гидравлическим следящим устройством. Как видно из схемы, при постоянной величине задающей поперечной подачи стола непрерывно, согласно профилю копира, меняется вертикальная следящая подача. Для этой цели служат щуп, следящий за изменением профиля копира, и золотниковое устройство, срабатывающее при вертикальных перемещениях щупа и посылающее команды на подачу соответствующих порций масла в верхнюю и нижнюю полости гидравлического цилиндра подъемного стола станка.

Рис. 1. Модернизация горизонтально-фрезерного станка однокоординатным гидравлическим следящим устройством:
1 — копир; 2 — обрабатываемая деталь; 3 — фреза; 4 — стол станка: 5—насос; 6— масляный бак.

Цилиндрическая фреза может охватывать сразу всю длину профильной части обрабатываемого изделия. В случаях, если ширина фрезы оказывается недостаточной, столу станка в конце его рабочего хода сообщается дополнительное продольное перемещение. Фрезерование при этом будет производиться широкими строчками.

Характерной особенностью рассматриваемой схемы автоматизации является замена винтовой передачи подъема стола на гидравлическую, гибко связанную с гидрокопировальным следящим устройством.

На рис. 2 изображена схема модернизации горизонтально-фрезерного станка «Вейс Манфред» типа EVF-21 с помощью гидравлической следящей системы. Модернизация осуществлена по предложению инженера Р. К. Дума. Деталь с копиром закреплены на общей стойке приспособления, перемещающегося по направлению поперечной подачи стола под действием гидравлического цилиндра. Эта поперечная подача и является копирующей, следящей. В зависимости от ее сочетания с двумя другими подачами детали (продольной и вертикальной) возможно осуществление плоского или объемного копирования.

Рис. 2. Модернизация фрезерного станка для плоского и объемного колирозания.

При двух взаимно перпендикулярных движениях детали в горизонтальной плоскости на задающей продольной подаче стола и поперечной следящей подаче произойдет плоское копирование. Если к этим двум перемещениям детали прибавится перпендикулярное к ним третье — вертикальная подача, копирование станет объемным, пространственно-сложным.

При плоском копировании основная задающая подача продольная. Перемещение стола на продольной подаче осуществляется от реверсивного электродвигателя через редуктор, клиноременную передачу, телескопический валик и коробку подач. Обратный ход стола происходит автоматически при воздействии закрепленных в его пазах жестких упоров на рычаг путевого переключателя типа ВК-211. Последний изменяет направление вращения электродвигателя, в результате чего направление продольной подачи также меняется, и стол возвращается назад. Если переключатель ВК-211 срабатывает от другого упора, т. е. включает ток в электродвигатель в прежнем направлении, цикл повторяется снова. Меняющаяся соответственно профилю копира поперечная подача детали осуществляется от гидравлического цилиндра, управление работой которого выполняется следящей золотниковой головкой.

Рис. 3. Устройство золотника гидроследящей системы.

При постоянном значении задающей продольной подачи щуп головки, непрерывно поджимаемый к профилю копира расположенной внутри ее корпуса пружиной, перемещается вдоль своей оси и передает это движение золотнику, изображенному на рис. 3, б. Изменение положения золотника определяет количество и направление поступающего в силовой цилиндр масла, а тем самым и значение поперечной следящей подачи. Если ощупывающий палец по форме и размерам одинаков с фрезой, то конфигурация обрабатываемого контура будет соответствовать профилю копира.

Для осуществления объемного копирования столу станка с расположенной на нем деталью периодически, в начале и конце рабочего хода на продольной подаче, т. е. после обработки горизонтальной строчки, сообщается вертикальное перемещение. Как показано на схеме рис. 2, для этой цели служит отдельная кинематическая цепь, состоящая из электродвигателя, червячного редуктора, цилиндрической пары шестерен и механизма вертикальной подачи стола.

Включение периодических вертикальных подач производится автоматически с помощью упоров, воздействующих в конце или начале хода продольного стола на электрические путевые выключатели типа ВК-411. Схема механизма автоматического управления станком представлена на рис. 4. Размеры единовременных периодических вертикальных подач находятся в пределах от 0,5 до 5 мм на каждый продольный ход стола. Точность копирования — до 0,1 мм от заданного профиля. Роль рабочего в данной операции сводится только к постановке заготовки и снятию ее после обработки.

Нетрудно заметить, что в обоих рассмотренных случаях следящее копирование осуществляется за счет автоматизации движений детали (точнее стола станка) при относительно неподвижном (исключая вращение) инструменте.

В этом одно из отличий конструктивных схем модернизации фрезерных станков от схем модернизации станков токарной группы.

Гидроэлектрические и гидравлические следящие системы для фрезерования замкнутых контуров. В рассмотренных нами случаях следящая система сообщала столу станка перемещение только в одном направлении — это была вертикальная следящая подача (на станке 6Н83) или поперечная следящая подача (на станке «Вейс Манфред»).

Наличие только одной следящей подачи не позволяет производить автоматическую обработку замкнутых контуров. Такая задача успешно разрешается с применением гидроэлектрических систем, обеспечивающих поочередное изменение продольной задающей подачи на поперечную следящую (копирующую), а поперечной следящей на задающую.

Схема вертикально-фрезер-ного станка, оснащенного гидроэлектрической системой с переменными следящими подачами, стола, изображена на рис. 5. Контур обрабатываемой детали для упрощения показан состоящим из двух видов различных участков—А и Б. Профиль участка А фрезеруется при постоянной (задающей) продольной подаче и переменной — следящей поперечной подаче стола. Профиль участка Б фрезеруется, наоборот, —при постоянной (задающей) поперечной подаче и переменной продольной – следящей подаче стола.

Для автоматического изменения характера, величины и направления подач станок оснащен:
а) цилиндрами продольных перемещений, куда подается масло по трубопроводам;
б) цилиндрами поперечных перемещений стола;
в) электромагнитными золотниками, направляющими масло в большие или меньшие полости гидроцилиндров и переключающими цилиндры на работу по следящей или задающей подаче стола;
г) гидроэлектрощупом, золотник которого, открывая или перекрывая доступ масла в гидроцилиндры, осуществляет слежение инструмента за профилем копира, а электроконтактный щуп которого, переключая электромагнитные золотники, обеспечивает автоматический обход стола по замкнутому контуру;
д) четырьмя дросселями, с помощью которых устанавливаются скорости подач и их направления;
е) масляным резервуаром с лопастным насосом производительностью 5 л/мин;
ж) копиром с двумя элементами: шаблоном для гидрощупа и электрическими контактами автоматического управления обхода стола по всему замкнутому контуру.

Рис. 5. Гидроэлектрическая схема вертикально-фрезерного станка для автоматического фрезерования замкнутых контуроз.

Обработка детали производится следующим образом. В положении, изображенном на схеме, стол станка имеет два перемещения:
а) влево на постоянной задающей подаче под действием гидроцилиндра, в меньшую полость которого поступает масло от насоса по трубопроводу, что определяется положением кромок электромагнитного золотника. (Естественно, что с обратной стороны цилиндра масло сливается через дроссель в резервуар. Противоположный цилиндр в работе не участвует);
б) в поперечном направлении на переменной следящей подаче под действием гидроцилиндра.

В данном случае этот цилиндр осуществляет копирное перемещение стола. Производится это следующим образом. Масло от насоса через золотник подается в меньшую полость цилиндра. Его большая полость соединена со сливом в резервуар через три устройства: золотники и гидрощуп.

Вследствие разности давлений в полостях цилиндра поперечной подачи такое положение вызывает перемещение стола станка с деталью к режущему инструменту и копира к гидрощупу следящей головки, отдельно изображенному на рис. 6. При контакте конической головки гидрощупа с шаблоном щуп переместится кверху и его золотник перекроет слив из большей полости гидроцилиндра, соединив ее с насосной установкой, т. е. поменяет направление подачи масла в полостях цилиндра. Вследствие этого стол станка с изделием и копиром получат поперечное перемещение в обратном направлении и отойдут от щупа. В момент, когда создастся зазор между шаблоном и конической поверхностью Щупа, пружина толкнет золотник вниз, что приведет к открытию его каналов на слив масла из большей полости цилиндра поперечной подачи, т. е. к подходу стола до контакта со следящим щупом. Естественно, что противоположный гидроцилиндр не работает.

Рис. 6. Конструкция гидроэлектрощупа.

Рис. 7. Обработка замкнутого контура шатуна:
а — контур обрабатываемых деталей; б — комплексная модернизация системы СИП.

Так происходит до тех пор, пока не будет обработана вся длина контура А, в конце хода которого на копире расположен контакт электроцепи электромагнитов золотников. Щуп, дойдя до этого контакта, своим подвижным штырем замкнет электроцепь. В результате золотники установятся в новое положение, при котором с гидрощупом будет связан один из цилиндров продольной подачи. Это приведет к замене задающей подачи на следящую.

По данным инж. Е. С. Семенова, станок, оснащенный указанной гидроэлектроследящей системой, обеспечивает надежную обработку крутых профилей с точностью до 0,02 мм без отрыва от контура (на подачах порядка 800 мм/мин).

Рис. 8. Гидравлическая схема фрезерно копировальной системы.

Данная операция выполняется автоматически. Роль рабочего сводится только к установке и закреплению заготовки, а затем к снятию ее после фрезерования.

Модернизация вертикально-фрезерного станка в рассмотренном случае заключается в замене винтовых пар продольных и поперечных подач стола новыми гидравлическими цилиндрами, а также установке кронштейна с гидроэлектрической следящей головкой. Рядом со станком размещается насосная станция, в которой, кроме лопастного насоса, смонтированы гидравлические золотники с электромагнитным переключением.

На рис. 7 изображено фрезерование замкнутых контуров прицепного и двух типов главных шатунов на Уральском турбомоторном заводе с помощью гидравлического двухкоординатного следящего устройства.

На столе станка установлены на подставке копир и быстро-Действующее пневматическое приспособление. Изделие — шатун – закрепляется при повороте рукоятки воздушного крана. Обра-<5отка контура шатуна производится автоматически, в результате сочетания двух взаимно перпендикулярных перемещений стола – продольного и поперечного. В отличие от рассмотренных ранее систем обе подачи данного станка являются следящими (задающих нет). Команды на изменение величины и направления подач стола поступают от щупа гидравлического следящего устройства, устраняющего даже малейшее рассогласование между движениями стола и профилем копира.

Вращающаяся фреза, совпадающая по размерам с размерами головки гидроследящего щупа, при движении стола производит обработку детали в точном соответствии с контуром копира.

Гидравлическая схема этого станка, показанная на рис. 8, выполнена по предложению конструкторов И. Е. Сафриса и И. И. Княжицкого. Копировальная система состоит из двухкоординатного следящего устройства, панели копирования и гидравлических цилиндров продольной и поперечной подач стола, питающихся от отдельных гидронасосов. Палец следящего устройства, отклоненный шаблоном от строго вертикального (среднего) положения в любом направлении по радиусу на величину 0,05 мм, воздействует на золотники панели копирования. Последняя, в свою очередь, управляет перемещениями двойного стола с изделием.

Командная часть системы состоит из следящего пальца, четырех командных золотников, упирающихся в верхнюю часть пальца, и четырех нижних цилиндров с поршнями, также воздействующих на следящий палец. Масло от насоса подается к командным золотникам через калиброванные отверстия (сопротивления) и, пройдя золотники, сливается в маслобак через кольцевые щели. Благодаря этим постоянным сопротивлениям, при перемещении золотников в полостях а их цилиндров создаются переменные давления, которые управляют переменой движений стола, т. е. копированием. С этой целью полости а попарно соединены:
а) с цилиндрами панели копирования, поршни которых перемещают рабочие золотники стола станка;
б) с нижними цилиндрами следящей системы, поршни которых обеспечивают контакт следящего пальца с копиром.

Возможны два положения следящего пальца: среднее (вертикальное) и отклоненное в какую-либо сторону (при контакте с шаблоном).

При среднем положении следящего пальца во всех четырех полостях а верхних цилиндров скорости движения будут равны. Поэтому разностей импульсов в панель копирования не поступит. Система будет находиться в равновесии, и стол станка с деталью будут стоять на месте.

При отклоненном положении следящего пальца от среднего положения до контакта с копиром давления в полостях а всех четырех золотников станут различными, так как при этом своим верхним концом палеи, сдвинет золотники в сторону. Вследствие

этого разности импульсов давлений передадутся:
а) на панель копирования (в результате чего оба стола — продольный и поперечный — придут в движение);
б) в полости нижних цилиндров с золотниками механизма слежения (в результате чего там изменится павновесие сил).

Рис. 9. Схема

Рис. 10. Примеры автоматического фрезерования ектории пальца еле- деталей со сложными контурами:

Поскольку равнодействующая сил в золотниках не будет равна нулю, она заставит нижний конец следящего пальца непрерывно прижиматься к поверхности копира. Положение равнодействующей выбрано так, что она всегда направлена под углом 45° в тело копира. Конструктивно это обеспечено тем, что нижние следящие цилиндры смещены по отношению к верхним командным золотникам на угол 45°.

Как видно из рис. 9, выбор направления равнодействующей сил прижима следящего пальца к телу копира под углом 45° приводит к тому, что палец находится под действием двух сил: составляющая Р1 прижимает следящий палец по нормали к копиру, а составляющая Р2 заставляет его перемещаться по касательной контура. Вследствие этого следящий палец неотрывно следует по контуру копира любой кривизны, обеспечивая отклонения командных золотников и подачу ими разности импульсов соответственно контуру копира.

Скорость обхода копира во всех направлениях одинакова, так как отклонения следящего пальца от среднего положения в разные стороны равны.

Следует отметить, что без контакта с копиром нижний конец, следящего пальца, будучи отклонен от среднего положения, перемещается по окружности, так как в данном случае следящий палец управляется верхним кольцом системы (как бы кольцевым копиром).

Рассмотренная нами система двойного слежения без задающей подачи срабатывает при нарушении состояния ее равновесия. При выводе следящего пальца из среднего положения система обеспечивает непрекращающееся движение стола станка по замкнутому пути, соответствующему профилю замкнутого копира.

Кроме автоматического перемещения, соответствующего профилю копира, стол имеет возможность управляться вручную в любом направлении. Ручное управление перемещениями стола осуществляется рукояткой, непосредственно связанной со следящим пальцем. Стол с изделием в этом случае перемещается в направлении, противоположном отклонению рукоятки.

Рассмотренная система двойного слежения применена на высокопроизводительных станках модели ОФ-8 и 642-К Одесского, Горьковского и Львовского станкостроительных заводов. Она представляет интерес еще и потому, что может быть с успехом использована для автоматизации фрезерных работ на универсально-фрезерных станках (модели 612, 615 и др.).

На рис. 10 показаны примеры операций, выполненных при помощи замкнутого, полузамкнутого и открытого контурного копирования на станках с двойной следящей системой.

Работа на этих станках обеспечивает повышение производительности труда на операциях сложного фрезерования контуров в 1,5— 1,8 раза (по сравнению с обработкой на универсальных станках). Величина погрешности заданного профиля находится в пределах 0,07—0,12 мм. Чистота обработки достигает 6 класса.

Автоматизация фрезерных операций с помощью электрических следящих систем. На рис. 11 изображен вертикально-фрезерный станок модели 6Н12, превращенный в полуавтомат. Копирование выполняется с помощью шаблона, изготовленного в масштабе 1 : 1 по отношению к обрабатываемой детали.

Автоматизация движений стола станка обеспечивается электрической следящей системой, контролирующей с помощью щупа взаимное расположение задающего и исполнительного органов станка. Следящая система срабатывает при нарушении взаиморасположения этих органов. Ввиду малой мощности сигнала рассогласования в системе предусмотрено его усиление. Усиленный сигнал следящего устройства воздействует на исполнительные органы системы включает в работу реверсивные электродвигатели продольной и поперечной подач. Происходящие перемещения немедленно передаются посредством обратной связи на следящее устройство. От этого командный импульс ослабляется и к моменту, когда перемещение исполнительного органа точно соответствует перемещению задающего органа, исчезает совсем. При дальнейшем движении стола станка по задающей подаче вновь наступает рассогласование системы, устраняемое следящим устройством и т. д.

Рис. 11. Модернизация станка модели 6Н12 до полуавтоматического цикла.

Модернизация станка 6Н12 не нарушает его универсальности и позволяет производить сложное копирное фрезерование на автоматическом цикле. При этом создаются условия для создания многостаночного обслуживания и снижения квалификации операторов.

Горьковским заводом фрезерных станков модернизирован вертикальный консольно-фрезерный станок модели 6Н12П(с поворотной головкой). Станок дополнен электроконтактной копировальной системой, допускающей выполнение как контурного, так и объемного копирования и может работать на скоростных режимах, включая повышенные подачи. Механизмы включения подач срабатывают при действии электромагнитных муфт. Система копирования имеет прерывистую следящую подачу. Пределы копировальных подач стола — от 25 до 315 мм/мин. Пределы чисел оборотов шпинделя 40—2000 об/мин.

Автоматизированный станок может использоваться для выполнения разнообразных фрезерных работ при изготовлении пресс-форм, штампов и различных криволинейных поверхностей. Точность исполнения порядка ±0,08 мм.

Электрокопи роваль-ные станки, работающие с прерывистыми следящими подачами, образуют контур детали не по плавным кривым, а по заменяющим их ступенчатым ломаным линиям.

Для получения на деталях плавной криволинейной поверхности целесообразно использовать электрокопировальные станки с непрерывной следящей подачей. В механизмах подач этих станков используются электродвигатели постоянного тока. Для автоматического управления ими служат индуктивные датчики с усилителями импульсов. Сложность аппаратуры автоматического регулирования электродвигателей постоянного тока несколько ограничивает применение данной системы для автоматизации универсально-фрезерных станков.

Автоматизация с применением фотоэлектрических устройств.

Фотокопировальный фрезерный станок, построенный в 1936 году в Московском станкоинструментальном институте по предложению канд. техн. наук В. С. Вихмана, относится к числу самых первых станков с фотоэлектрическим управлением.

Рис. 12. Принципиальная схема фотоглектро-копировального управления.

Принципиальная схема этого станка изображена на рис. 12. Стол станка с обрабатываемой деталью имеет продольную задающую подачу, а также поперечную следящую подачу, изменяющуюся согласно профилю копира. В качестве копира используется чертеж с обведенными тушью жирными линиями контура детали. Следящим элементом, аналогичным щупу в гидравлическом устройстве, является фотокопировальная головка.

Винт продольной (задающей) подачи приводится во вращение через две кинематические цепи, движения по которым складываются с помощью дифференциала.

Эти цепи следующие:
а) основная — от индивидуального электродвигателя, коробку подач, дифференциал и ходовой винт; б) вспомогательная — от дифференциала следящей (поперечной) подачи через две пары конических шестерен на дифференциал и ходовой винт.

Поперечная следящая подача стола возникает при взаимодействии освещенного контура чертежа с фотоэлементом следящей копировальной головки. Получив световой импульс, фотоэлемент подает соответствующие сигналы на сетки ламп усилителя. С помощью анодных цепей этих ламп возбуждаются электродвижущие силы у электродвигателей привода поперечной следящей подачи. Скорости вращения двигателей пропорциональны напряжениям, возникающим в их обмотках. При этом возможны три случая:

1. Фотоглаз головки перемещается вдоль прямой линии контура. Световое пятно в этом случае является нормальным, т. е. наполовину затемненным. В результате импульсы на электродвигатели одинаковы, но качественно противоположны: электродвигатели вращаются с одинаковой скоростью в противоположных направлениях, и скорость следящей поперечной подачи равна нулю (экспозиция III).

2. При переходе фотоглаза по наружному тупому углу контура копира световое пятно получает сильную засветку. В этом случае в обмотках одного из электродвигателей возникает большее возбуждение, в результате чего его ротор начинает вращаться с большей скоростью. Поперечная следящая подача при этом определится разностью скоростей вращения роторов электродвигателей (экспозиция II).

3. При движении фотоглаза по внутреннему тупому углу контура копира большая часть светового пятна станет темной (слабая засветка). В этом случае значения скоростей электродвигателей переменятся и возникнет поперечная следящая подача (соответственно их разности) в обратном направлении.

Как указывалось выше, продольная задающая подача стола не является постоянной и уменьшается пропорционально изменению следящей подачи. Это означает, что в момент резкого изменения контура детали скорость основной подачи замедляется, как бы смягчается, обеспечивая плавную обработку мест перехода.

Рис. 13. Принципиальная схема автоматического управления фотоколирозальным станком.

Несмотря на свою принципиальную правильность, данный метод автоматизации фрезерных операций распространения не получил из-за относительной сложности конструкции станка и неизбежности случайных погрешностей, вызываемых ошибками при подготовке чертежа-копира.

Предложенные несколько позднее Е. И. Баскаковым (ЭНИМС) фотоэлектрические головки с механическим или световым ощупыванием копира на фрезерных станках не применялись. Они были опробованы только на токарных и шлифовальных станках.

По данным журнала «La Technique Modern» фирмой «Испано-Сюиза» на базе универсально-фрезерного станка изготовлен копировальный станок с фотоэлектронным устройством, позволяющий обрабатывать непосредственно с чертежа детали сложной конфигурации типа турбинных лопаток.

Для этого универсально-фрезерный станок модернизирован при помощи дополнительных устройств:
а) фотоэлектрическим следящим прибором с электронным управлением его двигателя;
б) электродвигателем подачи стола;
в) установленной на столе станка шпиндельной бабкой, на которой крепятся чертеж обрабатываемой детали и заготовка:
г) редуктором с электродвигателем для вращения шпиндельной бабки;
д) пультом управления.

Схема автоматического управления рабочими движениями станка приведена на рис. 13. Стоваттная лампа просвечивает вращающийся со шпинделем фотонегатив контура детали (в данном случае турбинной лопатки постоянного профиля). Объектив передает изображение освещенной точки профиля через диафрагму сквозь вращающийся диск со щелями (модулятор) на фотоэлемент. Модулированный по амплитуде сигнал переменного напряжения проходит через усилитель, детектор, электронный стабилизатор напряжения и передается в обмотку возбуждения электродвигателя следящей продольной подачи.

Пропорционально величине напряжения, являющейся функцией радиуса кривизны обрабатываемого профиля, изменяется скорость вращения электродвигателя и величина следящей подачи.

Для регулирования напряжения пропорционально скорости двигателя в зависимости от скорости вращения фотонегатива (ко^ пира) служит тахометрический генератор. Скорость задающего вращения заготовки согласуется со скоростью следящей подачи при помощи электродвигателя с автоматически регулируемым числом оборотов.

Операция осуществляется на автоматическом цикле.

По данным фирмы станок с фотокопировальной следящей системой обеспечивает минимальное отклонение размеров обработанной детали от размеров чертежа (в пределах 0,05 мм) при значительном повышении производительности труда (до 10 раз).

Автоматизация фрезерных операций средствами программного управления. Общие принципы создания высокопроизводительного гибкого программного управления металлорежущими станками были рассмотрены в разделе автоматизации токарных станков.

В станках фрезерной группы наибольшее применение получило Цифровое программное управление. Его преимущества особенно проявляются на операциях фрезерования криволинейных поверхностей. Цифровая программа автоматического управления станком состоит из двух групп чисел. Первая группа определяет направление движений исполнительных органов станка, вторая —-скорости их рабочих и холостых перемещений. Последняя группа чисел находится сравнительно просто из расчета оптимальных режимов фрезерования.

Сложнее составление цифроиой программы, обеспечивающей относительные движения фрезы, а также продольных и поперечных салазок стола, при которых получается заданный профиль детали.

Чтобы обработать криволинейный профиль, центру фрезы требуется сообщить относительное движение по эквидистанте Э будущего профиля изделия. Для этого необходимо математическими зависимостями выразить характер движения центра фрезы. С этой целью кривая траектории ее центра разбивается на отдельные, как можно меньшие элементарные участки, характеризующиеся опорными точками 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Положение точек в прямоугольной или полярной системе координат определяется с помощью специальных вычислительных устройств. Каждый эле-

ментарный участок проходится исполнительными органами станка за время одного командного импульса. Цена элементарного шага подачи за время одного импульса выбирается в пределах 0,01—0,02 мм, что определяет высокую статическую точность системы.

Граничные (опорные) точки элементарных участков траектории движения центра фрезы могут быть соединены между собой следующими способами:
а) по двум взаимно перпендикулярным линиям, параллельным заранее выбранным осям координат;
б) по секущей прямой линии;
в) по одной из кривых высшего порядка.
В соответствии с принятым способом воспроизведения профиля интерполирования между граничными точками строятся различные по конструктивному оформлению системы программного управления универсально-фрезерных станков.

Система ПУМС с прерывисто вращающимися электродвигателями. На рис. 153 изображен вертикально-фрезерный станок, модернизированный для полуавтоматической обработки криволинейных поверхностей с помощью механизмов цифрового программного управления. Для привода продольной, поперечной и вертикальной подач стола на станке установлены три прерывисто вращающихся электродвигателя 1, 2 и 3. Задающим документом является перфорированная лента с отверстиями, представляющими собой закодированные числа, определяющие характер движений копирования. Лента протягивается через специальное устройство, имеющее шесть окон. Осветитель посылает сквозь отверстия в перфоленте и щели протяжного устройства свет на шесть фотоэлементов. Световые сигналы преобразуются в электрические импульсы и с с помощью девяти тиратронов посылаются в обмотки электродвигателей подач.

Каждый раз при получении электрического импульса ротор соответствующего электродвигателя поворачивается на небольшую величину и через ходовой винт сообщает элементарное перемещение рабочему органу станка.

Рис. 14. Траектория центра фрезы при обработке профильных позерхностей.

В рассматриваемой системе для поворота ротора на один оборот необходимо получение 108 электрических импульсов.

Двигатели подач в соответствии с рассчитанной цифровой программой могут включаться как одновременно, так и последовательно. В последнем случае кривая профиля изделия будет выполнена в виде ломаной ступенчатой линии, близкой к заданной.

Рис. 15. Модернизация вертикально-фрезерного станка механизмами программного управления.

Система допускает также работу по программе, автоматически записанной в процессе перемещения рабочих органов (салазок стола) при их перемещении по жесткому копиру или при ручном управлении во время изготовления первой детали.

Система Массачузетского технологического института — МТИ (США). Обработка деталей по данной системе производится методом прямолинейного интерполирования, т. е. в процессе обработки фреза перемещается между граничными точками траектории не по ступенчатой линии (как в рассмотренной схеме), а по секущей прямой.

Командным документом системы также является перфорированная лента, на которой рядами пробиты отверстия. Они представляют закодированные по двоичной системе данные, определяющие характер необходимых движений.

На рис. 16 показана перфолента, изготовленная по системе МТИ. Для каждого прямолинейного участка криволинейного профиля на перфоленте имеется свой блок. Отверстия в верхнем — первом поперечном ряду принадлежат первому участку криволинейного профиля (блоку карты). Отверстия второго поперечного ряда определяют время, за которое должна произойти обработка; первого участка. Отверстия третьего — поперечного ряда управляют направлением движения стола: если есть отверстие —«вперед», если нет — «назад». Оставшиеся поперечные ряды определяют величины перемещений фрезерной головки, а также продольных и поперечных салазок стола.

Кроме поперечных рядов, на перфокарте имеются три продольных (вертикальных) ряда. Отверстия в этих рядах определяют количества элементарных шагов по одной из трех взаимно перпендикулярных координатных осей (X, V или Z).

Подготовленная указанным способом перфолента поступает в считывающее устройство станка. Считывание можно производить двумя способами. При первом из них перфолента протягивается над металлической пластинкой, находящейся под постоянным напряжением. Против каждой дорожки ряда ленты располагаются металлические контактные щетки, которые соединяются с металлической пластиной через отверстия в перфоленте. При контакте возникает командный электрический импульс. Скорость считывания программы контактными щетками невелика—около 100 цифр в секунду в каждом ряду.

Второй способ считывания — фотоэлектрический — значительно эффективнее. Быстродвижущаяся перфолента находится между осветителем, щелевой диафрагмой и фотоэлементом. Когда мимо источника света проходят пробитые в перфоленте отверстия, свет проникает через них в щель диафрагмы и воздействует на специально установленный фотоэлемент, который срабатывает, посылая командный электрический импульс. Скорость считывания в этом случае достигает 5000 цифр в секунду.

В станках с системой МТИ командные сигналы, пройдя через преобразующие устройства, заставляют вращаться от электродвигателей постоянного тока ходовые винты исполнительных органов копирования — фрезерной головки, продольных и поперечных салазок стола

Рис. 16. Носитель программы — перфорированная лента.

Контрольные сигналы от исполнительных электродвигателей посылаются в следящее устройство. Одновременно туда же по каналам обратной связи поступают сигналы от сельсинов — датчиков информации действительного положения, роторы которых связаны с рабочими органами станка реечными передачами.

Рис. 17. Копирозалько фрезерный станок модели 6441Б с программным управлением.

В случае рассогласования сигналов разность импульсов поступает от следящей системы на дополнительные устройства, в частности на золотники гидроприводов, управляющих движениями исполнительных механизмов —фрезерной головки, продольных и поперечных салазок.

Система МТИ усовершенствована фирмой «Гиддинг и Льюис». Вместо перфорированной ленты в считывающее устройство станка вводится предварительно записанная магнитная лента. Последняя более удобна для пользования. Она получена в отдельном вычислительном аппарате после преобразования активных отверстий перфорированной ленты в электрические сигналы и записи их на магнитную пленку.

Копировально-фрезерный станок с цифровым программным управлением. При фрезеровании сложных контуров деталей на станках отечественного производства модели 6441Б отдельные участки криволинейного профиля, так же как и в системе МТИ, заменяются прямыми секущими линиями. Обработка плоских и фасонных поверхностей деталей сложной формы производится без применения копиров —- по цифровым данным чертежа и математическим уравнениям.

Движения рабочих органов, необходимые для образования контура детали, записываются на пяти дорожках магнитной программной ленты в виде командных импульсов. Число импульсов пропорционально величине требуемого перемещения по соответствующей координате станка, а частота — пропорциональна подаче.

На ‘Всесоюзной Выставке Достижений Народного Хозяйства станок модели 6441Б автоматически без участия рабочего обрабатывал по заданной программе сложные кривые (например, Контур голубя мира).

Статическая точность данной системы определяется размером элементарного шага за время одного импульса и составляет 0,02мм.

Расчет цифровых программ начинается с замены криволинейных участков обрабатываемого профиля на прямые секущие линии. Координаты граничных точек подсчитываются либо с применением простейших ручных счетных устройств — арифмометра или клавишной счетной машины, либо на универсальных электронных вычислительных машинах. При ручном способе расчета программа набивается на перфоленте на стандартном телеграфном аппарате (СТА) в двоично-десятичном коде с обычной числовой таблицы.

В случае, если расчет осуществляется электронно-счетной машиной, программа автоматически выдается в двоичном коде на перфокартах или перфоленте.

Полученные тем или иным способом перфокарты закладываются во вводное устройство кодового преобразователя, который их считывает, преобразует в командные импульсы и выдает на специальный механизм с записывающими головками. Последние осуществляют запись импульсов на магнитной ленте, которая и является командным документом.

Узел автоматического программного управления представляет собой приставной шкаф, соединенный со станком шлангом с электропроводами. В верхней части шкафа расположено лентопротяжное устройство механизма, считывающего программу с магнитной ленты, а в нижней установлены панели электронного цифрового управления, состоящего из 90 электронных ламп пальчиковой серии.

Для повышения точности обработки на станке в механизмах подач обычные винтовые пары заменены на механизмы с безлюфтовыми шариковыми гайками. Кроме того (что особенно важно), введена подналадка станка по каналам обратной связи. Для этого по трем координатам станка установлены импульсные датчики обратной связи (ДОС).

Блок-схема программного управления одной координатой представлена на рис. 18. Импульсные ДОС работают пофото-электромеханической схеме. Прямолинейное перемещение исполнительных органов станка (шпиндельной бабки и др.) преобразуется с помощью реечной передачи и ускоряющего редуктора во вращательное движение диска с прорезями, через которые проникает свет, падающий на фотоэлемент—фотодиод. Импульсы тока, генерируемые фотодиодом, посылаются в реверсивный электронный счетчик. К нему же поступают импульсы и от программной магнитной ленты.

Рис. 18. Блок-схема программного управления одной координатой:
1 — вводное устройство; 2 — схема формирования; 3 — схема синхронизации; 4—реверсивный счетчик; 5 — импульсный датчик обратной связи; 6 — редуктор обратной связи; 7— стол станка; 8— редуктор подачи; 9 — исполнительный двигатель ММ-32; 10— электромеханический усилитель ЗМУ-12; 11— усилитель; 12 — дешифратор; 1 3 — стабилизирующий трансформатор; 14 — стабилизирующие контуры; 15 — тахогенератор.

При несовпадении импульсов электронный счетчик устраняет рассогласование своей следящей системы, вырабатывая электрический потенциал. Последний воздействует на регулируемый электрический привод, установленный на соответствующем механизме станка (на одной из координат).

Знакомство с конструкцией программного управления, применяемого при автоматизации станка модели 6441Б, показывает, что данную систему можно с успехом использовать при модернизации целого ряда других фрезерных станков, предназначенных для выполнения операций сложной контурной обработки. А наличие отдельной программной приставки с электронными блоками позволит осуществить модернизацию универсальных станков без коренных переделок их основных механизмов.

При внедрении в производство станка, оснащенного цифровым программным управлением, трудоемкость обработки деталей сложной формы снижается примерно в 12 раз, а с учетом затрат времени на изготовление магнитных программных лент — в 7 раз. Точность обработанных профилей — в пределах + 0,04 мм. Годовая экономия от внедрения данного станка составляет 70 тыс. рублей.

Станкозавод им. Свердлова в 1961 г. приступает к серийному изготовлению трехкоординатных фрезерных станков с цифровым программным управлением.

Фрезерование криволинейных профилей, заданных в полярной системе координат, возможно с помощью устройств, подобных разработанному английской фирмой «Электрик энд Мьюзикл Индастри» (ЭМИ). Элементарные участки криволинейной траектории центра фрезы в данном случае заменяются не прямыми линиями, а параболическими кривыми, и обработка контура ведется в полярной системе координат.

Принципиальная схема цифрового программного управления вертикально-фрезерным станком по системе ЭМИ показана на рис. 19. Автоматизируется операция фрезерования фасонных деталей типа плоских кулачков. Профиль детали образуется в результате сочетания двух движений установленной в патроне заготовки: вращения ее через червячную пару от регулируемого электродвигателя и продольного перемещения ее от второго регулируемого электродвигателя <2. Последний подает с помощью пары шестерен ходового винта стол к фрезе (вращаемой электродвигателем) на требуемый радиус-вектор профиля детали.

Рис. 19. Схема программного управления с отсчетом координат в полярной системе.

Команда подачи заготовки под фрезу на заданный радиус-вектор поступает от следящего пальца. При его малейшем линейном перемещении поворачивается установленное на рычаге зеркальце, освещенное лампой. Пучок лучей от отклонившегося зеркальца по-разному осветит верхний и нижний фотоэлементы (фотодиод).

Снимаемая с фотоэлементов разность напряжений, пройдя через усилитель, поступает в регулируемый электродвигатель продольной подачи и приводит его во вращение. При этом станет вращаться винт и будет подводить стол с заготовкой к фрезе на требуемый радиус-вектор до тех пор, пока не прекратится движение следящего пальца и не остановится электродвигатель лодач.

На крутых участках профиля обрабатываемого кулачка скорость продольной подачи заготовки столом будет резко нарастать. Это вызывается увеличением числа импульсов, поступающих в электродвигатель, а следовательно, увеличением числа его оборотов. При этом возрастет число оборотов тахогенератора и повысится вырабатываемое им напряжение. Будучи подведено к статору регулируемого электродвигателя, оно замедлит его вращение, снизив скорость круговой подачи заготовки на крутых участках профиля.

Таким образом, внешней причиной копировальных движений исполнительных органов станка является перемещение подпружиненного, как во всех следящих системах, копировального пальца. Отсюда задача — заставить его автоматически перемещаться в соответствии с заданной программой. Это достигается следующим образом. С копирным пальцем в непрерывном контакте находится пиноль, гайка которой, являющаяся также подвижным контактом реостата, получает движение через ходовой винт и пару шестерен от электродвигателя, выполняющего роль сервомотора.

Для включения электродвигателя на определенное время (согласно изменениям профиля детали) к нему подводятся напряжения от двух потенциометров. Электродвигатель включается только в том случае, когда эти напряжения не одинаковы. При включении он посылает вперед пиноль, которая через следящий палец приведет в действие систему подачи стола на размер, соответствующий заданному радиусу-вектору.

Движение подачи стола прекращается с остановкой электродвигателя при достижении равенства напряжений, поступающих к нему от потенциометров. Равенство напряжений достигается при включении движущейся гайкой дополнительного-сопротивления, автоматически возрастающего.

Что же это за разные напряжения, вызывающие включение электродвигателя?

Оба они определяются системой записи цифровой программы. Напряжения, идущие к потенциометру, соответствуют числам координат опорных (граничных) точек профиля, а напряжения, выходящие из потенциометра, характеризуют отклонения or теоретического профиля между граничными точками. Таким образом, напряжения равны между собой в граничных точках и различны в промежутках между ними. А это означает, что электродвигатель-сервомотор всякий раз прекращает вращение и подачу детали по радиусу-вектору при подходе к граничной точке, определенной цифровой программой. Однако чувствительность системы такова, что он включается при отклонении от теоретического расчетного размера по профилю уже при 0,0025 мм-Такая высокая чувствительность системы обратной связи обеспечивает весьма высокую точность обработки.

Командным документом данной системы является перфорированная лента с отверстиями, представляющими координаты (радиусы-векторы) опорных точек траектории центра фрезы, расположенные на разных значениях полярного угла.

На схеме показано считывание с перфокарты трех величин А, Р и В радиусов-векторов опорных точек профиля. На выходе из трансформатора эти размеры вызывают появление напряжений, пропорциональных их значениям. По двум каналам связи эти напряжения поступают в потенциометр следящего устройства (первый— по контакту, а второй—по контакту). Но предварительно они проходят через интерполирующий трансформатор, числа витков которого следуют параболической закономерности.

Как было указано выше, разность напряжений каналов прямой и обратной связи приводит к включению системы слежения и копирующих устройств.

Система ЭМИ обеспечивает высокую точность обработки и может служить осноеой для автоматизации ряда вертикально-фрезерных станков с помощью устройств программного управления.

Широко освещенная в существующей технической литературе система ПУМС, предложенная А. Е. Кобринским, В. К. Бесстраш-новым и М. Г. Брейдо, напоминает систему ЭМИ, но ее внедрение в производство обеспечивает меньшую производительность труда.

Основной причиной этого является ограниченная величина частоты срабатывания привода анкерных механизмов подач.


Реклама:



Читать далее:



Статьи по теме:


Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум