Управление однокоординатными циклами

Категория:
Металлорежущие станки


Управление однокоординатными циклами

Для управления однокоординатными циклами могут быть использованы следующие системы:
1) путевое управление;
2) путевое управление с активным контролем;
3) следящая система управления для позиционных перемещений;
4) управление с кулачковыми механизмами;
5) управление в функции времени;
6) цифровое программное управление.

Рассмотрим принципы различных систем за исключением следящей системы управления для позиционных перемещений, которая была рассмотрена выше.

Путевое управление. Подвижной рабочий орган получает движение от управляемого привода. В качестве управляемого привода может быть использован механический привод с переключаемыми кинематическими цепями, механический привод с одним или несколькими независимыми электродвигателями, механический привод с гидродвигателем вращательного движения и поршневые приводы.

Необходимые переключения осуществляются с помощью механизмов автоматического переключения (МАП) при поступлении сигналов от блока управления по каналу. При путевом управлении подача сигналов производится в функции положения рабочего органа. Информация о положении рабочего органа вырабатывается с помощью блока упоров, перемещающегося относительно блока датчиков сигналов, которые вырабатывают сигнал при воздействии упоров. Сигналы, вырабатываемые датчиками, поступают по каналу к блоку управления (БУ). При поступлении очередного сигнала положения блок управления вырабатывает сигналы управления, необходимые для выполнения следующего этапа цикла. Сигналами управления определяется направление и характер движения рабочего органа, т. е. включение быстрого или рабочего хода, и величина скорости рабочего хода, а в ряде случаев также и скорость главного рабочего движения.

Характер сигналов управления, подаваемых при данном положении рабочего органа, определяется информацией, зафиксированной в программе 9, которая в этом случае представляет собой программу цикловых и технологических команд. Величина ходов при каждом этапе цикла определяется настройкой упоров. Информация о составе цикловых и технологических команд для очередного этапа цикла вводится в блок управления по каналу при поступлении очередного сигнала положения. Сигнал для ввода очередной информации подается блоком управления по каналу.

Для фиксации программы может быть использован, например, описанный выше штепсельный коммутатор, аналогичная панель с переключателями, поворотный барабан с упорами, поворачивающийся от специального привода на одно деление при поступлении очередного сигнала положения. В каждой строчке панели фиксируется информация для выработки сигналов управления одним из этапов цикла. Информация фиксируется путем установки контактных штырей, подготовляющих цепи соответствующих реле, которые управляют работой механизмов переключения. При поступлении очередного сигнала положения срабатывает шаговый искатель и подключает новую строчку панели.

Рис. 1. Блок-схема путевого управления.

Упоры могут быть также расположены на барабане 15, кинематически связанном с приводом рабочего органа или непосредственно с рабочим’ органом и вращающимся синхронно с перемещением последнего. При перемещении рабочего органа в пределах максимальной возможной величины хода барабан должен поворачиваться на угол, не превышающий 360°.

В зависимости от структуры однокоординатного цикла и методов передачи сигналов рассмотренная схема путевого управления может быть в большей или меньшей степени упрощена. При простой структуре однокоординатных циклов, например при циклах «быстро вперед — рабочая подача — быстро назад», при скачкообразных и маятниковых циклах необходимость в местной программе отпадает. Характер сигнала управления, возникающего при подаче очередного сигнала положения, зависит от того, на какой дорожке блока расположен упор, воздействующий на датчик. Так, например, упоры, расположенные на первой дорожке, подают сигнал выключения быстрого хода вперед и включения рабочей подачи, упоры, расположенные на второй дорожке, подают сигнал выключения рабочего хода и включения быстрого хода вперед и т. д. Таким образом программа цикловых команд задается размещением упоров на соответствующих дорожках блока.

Каналы служат для связи с системой управления общим автоматическим циклом работы станка.

При сложной структуре однокоординатных циклов, например при повторяющихся циклах с переменной длиной хода, программа цикловых и технологических команд становится необходимой. Такая форма путевого управления называется программно-путевым управлением.

Методы, которые могут быть использованы для передачи сигналов управления и положения, зависят от структуры привода, схемы и конструкции механизмов переключения и структуры цикла. При простой структуре цикла сигналы положения, подаваемые путевыми упорами, непосредственно используются в качестве сигналов управления.

Путевые упоры, сообщающие информацию о положении рабочего органа, могут быть жесткими, переключающими и сигнальными.

Необходимым условием использования жестких упоров в системе автоматического управления является применение привода соответствующей конструкции. В механическом поиволе должна быть установлена самоуправляющаяся муфта, которая выключается при возрастании усилия в момент контакта жесткого упора с подвижным рабочим органом. Жесткие упоры могут применяться при поршневых приводах обычной конструкции. В момент контакта упора с подвижным рабочим органом рабочее давление повышается до максимальной величины, определяемой системой привода, и рабочий орган остается прижатым к упору. При гидравлических настройкой предохранительного или переливного клапана, при пневматических — давлением в воздушной сети.

Однако при рассмотренных формах использования жесткого упора остановка рабочего органа не вызывает появления сигнала положения, и возобновление работы привода возможно только при поступлении внешнего сигнала, который в этом случае подается в функции времени. Такая схема управления применяется сравнительно редко и преимущественно для вспомогательных рабочих органов.

Для выработки сигналов обратной связи при использовании жестких упоров датчики обратной связи приходится связывать с приводом. При механических приводах подвижные элементы самовыключающейся муфты воздействуют на конечные выключатели, которые и подают сигнал положения. В момент контакта упора подвижного рабочего органа с жестким упором самовыключающаяся муфта перемещается вправо. В конце процесса выключения наконечник штанги 6 нажимает на конечный выключатель.

При гидравлическом приводе сигнал положения подается с помощью реле давления.

При повторяющихся однокоординатных циклах с переменной длиной хода использование жестких упоров становится затруднительным, так как жесткий упор исключает возможность дальнейшего продвижения рабочего органа. Эта задача может быть решена при использовании подвижных жестких упоров. После очередной останозки рабочего органа жесткий упор при помощи специального привода с соответствующей системой управления перемещается в новую позицию. В целом такое решение является достаточно сложным и находит применение только в некоторых системах цифрового программного управления.

Рис. 2. Схемы путевого управления с жестким упором.

Жесткие упоры при соответствующем конструктивном оформлении механизмов выключения могут обеспечивать высокую точность остановки рабочего органа в заданном положении, которая для лучших конструкций находится в пределах 0,01—0,02 мм.

Переключающие упоры воздействуют на механизмы переключения либо непосредственно, либо через механическую передачу и осуществляют

перемещение подвижных элементов механизмов переключения, благодаря чему из схемы управления исключаются блок и каналы управления.

Переключающие упоры используются для перемещения подвижных элементов механизмов переключения кинематических цепей и золотников гидравлических и пневматических приводов. При переключении необходимо выключить одну кинематическую цепь и включить другую. На схеме, изображенной на рис. 2, а, одна кинематическая цепь включается при включении шестерни, а другая — при включении шестерни. Переключение осуществляется с помощью рычага, воздействующего на кулачковую муфту. Если бы упоры подвижного рабочего органа непосредственно действовали на конец рычага, то в процессе переключения рычаг занял бы такое положение, при котором обе шестерни оказались выключенными. В этот момент прекратились бы движение рабочего органа и процесс переключения, и включение второй кинематической цепи оказалось бы невозможным. Включение второй кинематической цепи осуществляется с помощью дополнительного механизма, срабатывающего под действием пружины. Упоры поворачивают сектор, который с помощью штифтов передает движение рычагу. Между штифтами и рычагом имеется зазор. Рассмотрим процесс переключения. При воздействии упора на выступ сектора остроугольный выступ сектора нажимает на ролик рычага. Рычаг поворачивается, а пружина растягивается. Повернувшись на некоторый угол, сектор увлекает штифтом рычаг и кулачковая муфта начинает перемещаться. Раньше чем муфта выйдет из зацепления с шестерней, вершина остроконечного выступа отожмет рычаг в крайнее нижнее положение, и при дальнейшем повороте сектора ролик рычага под действием пружины будет давить на верхний скос остроконечного выступа. Дальнейший процесс поворота сектора, а следовательно, и процесс выключения шестерни и включения шестерни будут протекать под действием пружины. Таким образом, процесс переключения не прекращается.

Рис. 3. Схемы управления с переключающим упором.

Процесс выключения шестерни и включения шестерни протекает аналогично. Благодаря зазору между штифтами и рычагом рычаг займет под действием остроконечного выступа сектора крайнее нижнее положение раньше, чем закончится процесс выключения шестерни и дальнейший процесс переключения будет протекать благодаря давлению ролика на нижний скос остроконечного выступа.

Следует заметить, что даже в том случае, когда переключающий упор производит только выключение одной из кинематических цепей, наличие пружинного механизма является необходимым, так как при отсутствии такого механизма муфты по окончании процесса выключения трутся своими торцами, что приводит к повышенному износу и снижению точности остановки.

При гидравлических и пневматических приводах аналогичный механизм используется для переключения главного золотника. В случае отсутствия пружинного механизма золотник в процессе переключения занимает такое положение, при котором масло не поступает ни в правую, ни в левую полость цилиндра и процесс движения рабочего органа, а следовательно, и процесс переключения прекращается.

Сектор может быть жестко связан с рычагом, но при этом между роликом и стенками паза муфты должен быть соответствующий зазор. Аналогичный вариант решения может быть использован и в предыдущем случае.

В рассмотренных схемах упоры могут быть использованы для переключения только в крайних положениях рабочего органа, так как дальнейшему движению препятствует рычаг. Если упор производит переключения при промежуточных положениях рабочего органа, то применяется схема, представленная на рис. 3, в. Рычаг выполнен двуплечим. Штифт, запрессованный в рычаг, выступает вправо, штифт — влево. Упоры расположены в разных плоскостях, так что упор действует на штифт, а упор — на штифт. Произведя соответствующее переключение, упор продолжает двигаться в том же направлении.

Если по характеру цикла механизм не должен срабатывать при обратном движении упора, то применяются откидные упоры. Откидной упор может поворачиваться вокруг оси, закрепленной в основании. При движении упора вперед его поворот ограничивается штифтом 2 и упор, нажимая на рычаг, производит необходимое переключение. При движении рабочего органа назад упор откидывается. Для возврата откидного упора в исходное положение может быть использована пружина.

Сигнальные упоры воздействуют на датчики сигналов. В качестве датчиков сигналов могут быть использованы различные электрические гидравлические, пневматические, оптические приборы и аппараты.

В качестве гидравлических и пневматических датчиков используются переключаемые упорами золотники, краны, клапаны, направляющие поток масла или сжатого воздуха к вспомогательным гидравлическим или пневматическим приводам механизмов переключения. Упоры описанной выше конструкции воздействуют на аппараты управления либо непосредственно, либо через промежуточную механическую передачу. При данной схеме управления исключается остановка рабочего органа в процессе переключения.

Применение гидравлических и пневматических датчиков позволяет осуществить дистанционное управление, чем обеспечивается независимость в выборе места размещения приводов и органов управления. Однако при сложной структуре цикла и наличии нескольких датчиков появляется разветвленная сеть трубопроводов.

В случае использования гидравлических и пневматических датчиков блоки управления представляют собой систему гидравлических или пневматических аппаратов.

Наиболее гибкими являются схемы с электрическими датчиками сигналов. Электрические датчики обеспечивают возможность дистанционного управления при любом взаимном размещении приводов и органов автоматического управления. Электрические сигналы могут быть использованы для воздействия на любые виды вспомогательных приводов механизмов переключения: на электромагнитные муфты, на тяговые электромагниты кулачковых и фрикционных муфт, гидравлических и пневматических золотников. Однократный электрический сигнал легко может быть преобразован в группу сигналов, необходимых для осуществления переключений, предусмотренных программой для соответствующего этапа цикла. В качестве примера укажем еще раз на штепсельный коммутатор, при использовании которого однократный сигнал положения вызывает перемещение контактов шагового искателя, включающего новую строчку коммутатора, где заранее подготовлены цепи для включения ряда необходимых сигналов.

В качестве электрических датчиков наиболее широко используются путевые выключатели простого и мгновенного действия. Конечный выключатель простого действия имеет нормально закрытые и нормально открытые контакты, замыкающиеся контактными пластинами, установленными на стержне. Благодаря действию пружины стержень удерживается в верхнем положении, и контакты 5 замкнуты. При воздействии упора на кнопку контакты размыкаются, а контакты замыкаются. Вследствие малой скорости движения рабочего органа размыкание контактов происходит медленно, что может привести к их обгоранию.

Упоры могут действовать на выключатель через промежуточную передачу, при этом можно одновременно осуществить замыкание группы выключателей и получить несколько сигналов управления, предусмотренных программой для данного этапа цикла. Однако программа в этом случае является жестко зафиксированной и не может быть перестроена.

В системе автоматического управления используются рассмотренные выше схемы дистанционного ручного управления, в которых вместо кнопок применяются путевые выключатели.

Путевой выключатель мгновенного действия также имеет две пары контактов. В зависимости от формы исполнения одна пара может быть нормально закрытой, а вторая — нормально открытой, или любая из пар может замыкаться только при воздействии упора. На рис. 4, б представлен последний вариант. Пара контактов замкнута контактной пластиной, упруго связанной с рычажком. Переключение производится поворотом рычажка, при этом замыкаются контакты с помощью пластины. Поворот рычажка происходит при воздействии упора на ролик поводка. На одной оси с поводком сидит стержень. Шарик, расположенный в отверстии стержня, под действием пружины нажимает на планку, сидящую на одной оси с рычажком. При повороте стержня вместе с поводком шарик нажимает либо на одно, либо на другое плечо планки, закрепленной на оси и поворачивает рычажок в ту или другую сторону, замыкая соответствующую пару контактов.

В повернутом положении планка удерживается одной из собачек. Таким образом, при повороте стержня сначала происходит утап-ливание шарика, а планка остается неподвижной. В конце хода стержень, нажимая на верхний конец собачки, освобождает планку и поворот планки с рычажком происходит мгновенно под действием пружины.

В рассмотренном виде выключатель может быть непосредственно использован для замыкания цепей питания электромагнитов небольшой мощности, так как после прекращения действия упора контакты выключателя остаются замкнутыми. Такая простейшая схема управления может

быть использована лишь при простой структуре однокоординатных циклов. При более сложной структуре циклов сигналы, вырабатываемые путевым выключателем, должны быть преобразованы в блоке управления.

Если конечный выключатель переключается упором не при крайних, а при промежуточных положениях рабочего органа, то вместо поводка устанавливается поводок с двумя роликами, работающий так же, как рычаг, представленный на рис. 4, в.

В новых моделях станков начинают находить применение бесконтактные электрические датчики сигналов положения. В корпусе датчика размещается полупроводниковая аппаратура. При вводе в щель датчика пластины, перемещающейся вместе с рабочим органом, датчик вырабатывает электрический сигнал. Бесконтактные датчики являются более совершенными, так как они не подвергаются износу, их работа не нарушается при запыленности помещения.

Принцип работы оптических датчиков аналогичен принципу работы оптических устройств с фотоэлементами, применяемых в копировальных следящих системах управления, работающих по чертежу. Сигнал вырабатывается при попадании в поле зрения объектива штриха отсчетной линейки. Оптические датчики находят применение при цифровом программном управлении.

В одной и той же системе управления однокоординатным циклом могут быть использованы различные виды упоров и датчиков. Так, например, на горизонтальнофрезерных станках моделей 6Н82, 6Н12 и их модификациях переключение с рабочего хода на быстрый и обратно осуществляется с помощью электромагнита, изменение направления движения — реверсированием электродвигателя, а выключение хода стола — кулачковой муфтой. Сигналы для переключения с рабочего хода на быстрый и обратно и для реверсирования подаются сигнальными упорами, воздействующими на конечные выключатели, а выключение хода стола осуществляется переключающими упорами.

Рис. 4. Конечные выключатели.

Факторы, влияющие на точность остановки рабочего органа в заданном положении, рассмотрены выше.

Наиболее совершенные системы’ путевого управления с уменьшением скорости перед остановкой позволяют получить точность, превышающую 0,01 мм, при более простых схемах точность находится в пределах 0,05— 0,1 мм.

С целью обеспечения высокой точности остановки прибегают к уменьшению движения перед остановкой иногда до 2—5 мм/мин. При бесступенчатом изменении скорости движения рабочего органа такое уменьшение достигается сравнительно легко, при ступенчатом — требуется более или менее значительное усложнение конструкции. Вместе с тем уменьшение скорости приводит к потере производительности.

Достоинством путевого управления является его гибкость, т. е. возможность настройки применительно к каждой конкретной технологической операции и использования при неограниченной длине хода, недостатками — сравнительно сложная конструкция привода и необходимость применения независимого привода для каждого однокоординатного перемещения.

Путевое управление находит значительное применение на универсальных станках, например, на продольно- и консольнофрезерных, протяжных, зуборезных и др., которые используются при этом как полуавтоматы. Путевое управление применяется для автоматизации установочных перемещений на горизонтально- и координатнорасточных станках, где, используя блоки упоров или многопозиционные поворотные валики с упорами, фиксируют программу установочных перемещений, необходимую для последовательного совмещения осей всех обрабатываемых отверстий с осью шпинделя. Однако на горизонтально- и координатнорасточных станках путевое управление для установочных перемещений не получило значительного распространения в связи с появлением цифрового программного управления.

Программно-путевое управление нашло значительное применение при автоматизации копировально-токарных, револьверных, карусельных станков. Эти станки, автоматизированные на основе программно-путевого управления, можно эффективно использовать для обработки сравнительно небольших партий деталей.

Путевое управление широко используется на агрегатных головках, так как они должны легко настраиваться в соответствии с характером любой технологической операции, для выполнения которой предназначается станок, создаваемый на базе агрегатных головок.

Путевое управление с активными измерительными приборами. При данной системе управления наряду с блоком упоров, вырабатывающим сигналы положения, имеется активный измерительный прибор, который вырабатывает сигналы в функции изменения размеров обрабатываемой детали. Автоматический цикл движений протекает в такой последовательности: после получения внешнего сигнала рабочий орган быстро перемещается вперед, по сигналу, подаваемому упором, производится переключение на рабочую подачу, дальнейшее управление происходит в функции сигналов, подаваемых активным измерительным прибором. Подвижной штифт активного измерительного прибора находится в контакте с обрабатываемой поверхностью. По мере снятия припуска штифт опускается, при этом прибор вырабатывает сигналы, которые по каналу поступает к блоку управления. Первый сигнал поступает по окончании удаления чернового припуска, и блок управления вырабатывает сигналы, обеспечивающие переключение станка с чернового режима на чистовой (изменение подачи, чисел оборотов ит. п.). По получении заданного размера прибор подает второй сигнал, при поступлении которого выключается подача и либо производится выхаживание, т. е. обработка без подачи, либо непосредственно подается команда для быстрого отвода рабочего органа. Если автоматический цикл предусматривает выхаживание, то время выхаживания обычно настраивается с помощью реле времени и команда для быстрого отвода подается после поступления сигнала от реле времени.

Рис. 5. Схемы применения активных измерительных приборов при наружном шлифовании.

Активный измерительный прибор должен быть предварительно настроен по эталону в соответствии с окончательным размером обрабатываемой поверхности и величиной припуска, оставляемого на чистовую обработку.

Данный метод управления практически может быть использован только при шлифовании, когда величина припуска уменьшается постепенно.

При шлифовании наружных цилиндрических поверхностей применяется несколько схем измерения. В зависимости от числа точек контакта измерительного прибора с обрабатываемой поверхностью схемы измерения, а соответственно и приборы называются одноконтактными, двухконтактными или трехконтактными. При одноконтактной схеме измерения большое влияние на точность измерения оказывает положение измерительного щупа. Например, при положении щупа, показанном на рис. 5, а, огжатие обрабатываемой детали под действием сил резания оказывает лишь небольшое влияние на показания прибора. При горизонтальном расположении измерительного щупа смещение детали под действием сил резания непосредственно передается щупу.

Таким образом, при одноконтактной схеме возрастает число факторов, снижающих точность измерения. Достоинствами одноконтактной схемы измерения является более простая конструкция измерительного прибора и лучший доступ в зону обработки, что особенно важно при автоматической загрузке.

При двухконтактном методе измерений влияние отжатий детали на точность измерения сводится почти к нулю. Размер детали определяется как расстояние между двумя точками, в которых происходит контакт неподвижной измерительной лапки и подвижного измерительного рычага измерительного прибора с деталью. При данной схеме доступ в зону обработки становится возможным только при удалении измерительного прибора из зоны обработки, для чего измерительный прибор снабжается специальным приводом, получающим сигналы от системы автоматического управления.

При трехконтактной схеме контакт происходит в точках 1, 2 и 3. Измерительный щуп, контактирующий с деталью в точке, связан с измерительным прибором. Полностью исключается влияние отжатия, однако при этом усложняется удаление прибора из зоны обработки для снятия обработанной детали и установки заготовки и возврат прибора в рабочее положение.

По схеме измерения, представленной на рис. 5, г, в двух точках с обрабатываемой поверхностью контактирует седло, а в третей — измерительный щуп прибора. Приборы этого типа удобны и не требуют сложных движений при вводе и выводе их из зоны обработки в процессе автоматической загрузки.

При шлифовании отверстий для активного контроля применяются обычные жесткие калибры и различные измерительные приборы, с помощью которых осуществляется контроль размера при контакте либо в одной, либо в двух точках. При автоматической загрузке требуются более или менее сложные перемещения измерительных приборов для автоматического удаления их из зоны обработки и последующего ввода в эту зону.

Жесткие калибры устанавливаются на штанге, пропущенной через полый шпиндель. Штанга связана поперечиной со штангой и под действием пружины стремится переместиться вправо и ввести калибры в отверстие детали. Калибр может войти в отверстие после удаления чернового припуска, а калибр — после того, как размер достигнет заданной величины.

В момент входа шлифовального круга в отверстие детали штанга, связанная с неподвижной шлифовальной бабкой, нажимает на штангу и отводит калибры влево. При выходе шлифовального круга в процессе перемещения рабочего органа — стола влево штанга отрывается от штанги и под действием пружины штанга стремится переместиться вправо. До тех пор пока в отверстии детали имеется припуск, перемещение штанги ограничивается калибрами. Таким образом, после каждого очередного хода стола штанга пытается ввести калибры в отверстие детали. Как только черновой припуск будет снят, в отверстие войдет калибр, произойдет дополнительное смещение штанги вправо и замыкание контактов, благодаря чему поступает первый сигнал для изменения режима обработки. По удалении чистового припуска смещение штанги возрастает и замыкаются контакты в результате поступает второй сигнал, свидетельствующий об окончании обработки.

Активные измерительные приборы применяются также при плоском шлифовании. В процессе плоского шлифования при каждом очередном ходе стола наконечник измерительного щупа уходит за пределы обрабатываемой поверхности, что вызывает опускание измерительного щупа и должно было бы вызвать появление сигнала, соответствующего окончанию процесса обработки. Однако появление такого сигнала исключается с помощью дополнительного электронного прибора. Благодаря наличию указанного прибора сигнал вырабатывается прибором только при условии длительного пребывания наконечника на требующемся уровне, при перебеге же наконечник находится на низком уровне только короткое время, и сигнал при этом не поступает.

Рис. 6. Схемы применения активных измерительных приборов при внутреннем шлифовании.

Для активного контроля могут быть использованы наряду с приборами, работающими на основе контактного метода измерения, также приборы, работающие на основе бесконтактного метода измерения: пневматические, фотоэлектрические, индуктивные, изотопные и др.

Приборы для контактных методов измерения могут иметь различную конструкцию, и для подачи сигналов в них могут быть использованы электрические контактные датчики, индуктивные датчики, пневматические электроконтактные датчики и др.

Широко распространены приборы с различными электроконтактными датчиками. На рис. III. 40 изображен один из приборов завода «Калибр». Измерительный наконечник щупа под действием пружины прижимается к поверхности обрабатываемой детали. С измерительным щупом связан толкатель, который нажимает на штифт рычага. Рычаг закреплен на двух перекрещивающихся плоских пружинах. Точка пересечения пружины является точкой качания рычага. Штифт рычага прижимается к толкателю под действием пружины.

В начале работы станка щуп приподнят вверх и рычаг повернут под действием пружины против часовой стрелки. При этом контакт рычага прижимается к контакту регулировочного винта. По мере снятия припуска щуп опускается вниз. Толкатель нажимает на штифт и поворачивает рычаг по часовой стрелке, при этом контакты размыкаются. При размыкании контактов подается команда для перехода с режима чернового шлифования на режим чистового шлифования.

Рис. 7. Измерительный прибор с электроконтактным датчиком.

При дальнейшем опускании щупа в момент получения заданного размера в соприкосновение приходят контакты, замыкание которых является сигналом для перехода к выхаживанию или для выключения станка. В соответствии с заданным размером регулируемые контакты настраиваются по эталону путем вращения накатанных головок с лимбом. С контактами датчика сблокированы сигнальные лампы, включение которых сигнализирует о начале или конце того или иного этапа цикла.

Прибор имеет сравнительно небольшие габариты 100 X 130 мм.

В качестве другого примера рассмотрим конструктивную схему прибора для двухконтактного измерения. Прибор закреплен на подвижном штоке поршневого привода. Непосредственно со штоком связана планка, относительно которой может перемещаться планка, к которой с помощью плоской пружины прикреплен корпус прибора.

Смещением планки относительно планки производится установка прибора по высоте.

Неподвижная губка может перемещаться по направляющим в форме ласточкина хвоста, имеющимся на передней стенке прибора, с помощью винта. Неподвижная губка переставляется в процессе настройки прибора в соответствии с обрабатываемым диаметром. Подвижная губка выполнена в форме рычага, качающегося на плоских пружинах.

Прибор имеет индуктивный датчик сигналов, состоящий из двух катушек, прикрепленных к планке, подвешенной на плоской пружине, и якоря, подвешенного на плоской пружине. При повороте якоря на плоской пружине изменяется зазор между сердечниками катушек и якорем, вследствие чего изменяется индуктивное сопротивление катушек и вырабатывается электрический сигнал. Поворот якоря происходит под действием наконечника рычага. В начале обработки нижний конец рычага опущен вниз и ощупывающий конец рычага под действием пружины прижат к обрабатываемой детали. Между наконечниками рычага и якоря имеется зазор; при этом зазор между якорем и сердечником катушки равен минимальному.

Рис. 8. Измерительный прибор с индуктивным датчиком.

По мере снятия припуска рычаг под действием пружины начинает поворачиваться, в результате чего наконечники рычага и якоря приходят в соприкосновение. При дальнейшем повороте рычага поворачивается и якорь. Возникающее при этом изменение зазора между якорем и сердечниками катушек вызывает появление электрического сигнала. При дальнейшем изменении зазора вырабатывается второй сигнал.

Настройка прибора производится с помощью микрометрического винта, который перемещает планку с индуктивным датчиком. Планка прижимается к винту пружиной. С помощью винта регулируется зазор между наконечниками якоря и рычага. Дальнейшая регулировка осуществляется путем настройки электрической схемы.

Пружина обеспечивает поворот прибора при установке его в рабочее положение в момент контакта наконечника неподвижной губки с обрабатываемой заготовкой. Опускание прибора при отводе ограничивается регулируемым болтом с пружинным амортизатором.

На аналогичных принципах базируются конструкции других приборов для активного контроля.

При использовании системы управления с активными измерительными приборами рассеивание размеров обрабатываемых деталей находится в пределах 0,005—0,008 мм, что в ряде случаев превышает допуски 2-го класса точности.

Системы управления с активными измерительными приборами пользуются чрезвычайно широким распространением на шлифовальных станках в шарикоподшипниковой промышленности.

Рис. 9. Схемы управления с кулачковыми механизмами.

На шлифовальных станках применение управления с активными измерительными приборами является особенно эффективным, так как в отличие от метода подачи сигналов по положению рабочего органа данная система исключает влияние износа шлифовального круга, колебаний в величине Деформаций и других факторов на точность обработки.

Управление с кулачковыми механизмами. В общем случае кулачок, осуществляющий перемещение рабочего органа, получает Движение от управляемого привода, с помощью которого производится изменение скорости вращения кулачка на отдельных этапах автоматического цикла.

Сигналы управления приводом вырабатываются блоком управления на оснойе поступающей к нему информации. Информация, определяющая скорость вращения кулачка для каждого этапа цикла, фиксируется в местной программе и по каналу вводится в блок управления перед началом очередного этапа цикла. Информация об окончании очередного этапа цикла поступает от барабана с упорами, вращающегося синхронно с кулачком, по каналу.

Информация, поступающая от системы управления общим автоматическим циклом работы станка, подается к блоку управления по каналу информация обратной связи, вырабатываемая блоком, поступает в систему управления общим автоматическим циклом работы станка по каналу.

Данная схема может претерпевать значительные изменения в зависимости от функций, выполняемых кулачком, и характера автоматического цикла.

Как уже указывалось выше, основной особенностью кулачковых механизмов является возможность совместить в кулачке функции реверсивного управляемого привода и управления. Придавая соответствующую форму кулачку, можно зафиксировать всю программу, включая последовательность движений, величину и скорость рабочих и холостых ходов и направление перемещений при любом однокоординатном цикле, благодаря чему отпадает необходимость в управляемом приводе и в системе управления, что приводит к существенному упрощению конструкции.

Следует заметить, что система управления с кулачковыми механизмами обеспечивает весьма высокую точность перемещения. Так, на станках-автоматах продольного точения, имеющих в системе управления кулачковые механизмы, точность перемещения столь высока, что рассеивание размеров обработанных деталей находйтся в пределах 3 мк.

Недостатком простейшего варианта системы является затрата значительной доли общего времени цикла на холостые ходы, так как углы холостых ходов определяются величиной допустимых углов подъема, вопрос о которых рассмотрен в гл. V второго раздела.

С целью сокращения затрат времени на холостые ходы кулачковый механизм используется совместно с простейшим вариантом управляемого привода. Управляемый привод позволяет получить в процессе осуществления автоматического цикла две скорости вращения кулачка: предварительно настраиваемую медленную, используемую при рабочих ходах, и постоянную быструю, используемую при холостых ходах.

При медленном вращении движение передается кулачку от вала привода через сменные шестерни, червячную передачу, муфту обгона и червячную передачу. Быстрое вращение передается через шестерни 2—3 и червячную передачу. Шестерня сидит на валу червяка свободно и при поступлении сигнала по связи сцепляется с ним в момент включения быстрого хода с помощью муфты. При включении быстрого вращения вал червяка червячной передачи расцепляется с приводом рабочего хода благодаря наличию муфты обгона 6.

Для включения быстрого хода применяются кулачковые, фрикционные и электромагнитные муфты. Включение и выключение быстрого хода осуществляются с помощью упоров диска. Упоры могут быть как переключающими, так и сигнальными.

Переключающие упоры непосредственно или через систему передач перемещают подвижные элементы муфты. Такая схема управления широко используется в многошпиндельных и одношпиндельных токарных автоматах с кулачковыми механизмами.

Сигнальные упоры применяются при использовании электромагнитной муфты для включения быстрых ходов или при наличии привода быстрых ходов с независимым электродвигателем. Сигнальные упоры обычно воздействуют на конечные выключатели. Электрические сигналы, возникающие при замыкании конечных выключателей, после преобразования их в блоке управления используются для включения и выключения электромагнитной муфты или электродвигателя быстрых ходов.

Программа включения и выключения быстрых ходов задается при расстановке упоров. В момент выключения быстрых ходов включается тсрмоз привода быстрых ходов.

При повторяющихся циклах каждому очередному замкнутому перемещению рабочего органа соответствует отдельный участок профиля кулачка, состоящий из кривых быстрого подвода, рабочего хода и быстрого отвода, что приводит к усложнению формы кулачка и увеличению его размеров. Для устранения указанных недостатков в некоторых станках кулачок используется только в качестве реверсивного привода и является постоянным. Профиль состоит из двух участков: первый соответствует ходу вперед и имеет меньший угол подъема, а второй соответствует ходу назад и имеет больший угол подъема. Каждое очередное перемещение происходит при постоянной длине хода и конечные положения рабочего органа также остаются постоянными, изменяется только величина рабочего хода. Изменение величины рабочего хода достигается изменением момента переключения быстрого вращения кулачка на медленное при движении рабочего органа вперед. Скорость каждого рабочего хода также может изменяться в соответствии с информацией, зафиксированной в программе.

Сигналы для переключения с быстрого хода на рабочий и обратно подаются упорами диска. Информация для изменения скорости рабочего хода может быть зафиксирована различными способами; переключение скоростей происходит при поступлении сигналов, подаваемых упорами диска.

При такой схеме управления значительно усложняется конструкция как привода, так и органов управления. Вместе с тем возрастают потери холостых ходов. Вследствие недостатков данная модификация находит ограниченное применение и встречается лишь в некоторых моделях то-карно-револьверных автоматов, например выпускаемых фирмами «Кливленд», «Питтлер».

При местном самоуправлении привод кулачкового вала выключается после одного оборота кулачка. Сигнал выключения подается упорами барабана.

Для выключения вращения кулачкового вала при местном самоуправлении широко используются однооборотные муфты. Непрерывно вращающаяся червячная шестерня сидит на валу и сцепляется с ним с помощью однооборотной муфты. При включении системы местного самоуправления внешний сигнал поступает по каналу. Выключение происходит автоматически после одного оборота кулачка.

Важнейшими достоинствами системы управления с кулачковыми механизмами являются: чрезвычайная простота привода, так как для осуществления большего числа однокоординатных циклов можно использовать один кулачковый вал с постоянным направлением вращения, на котором размещаются все необходимые кулачки; простота и надежность системы управления; сравнительно высокая точность перемещений.

Существенным недостатком большинства модификаций систем управления с кулачковыми механизмами является необходимость изготовления специальных кулачков для каждой программы перемещений, что влечет за собой большие затраты на подготовку производства.

При использовании комплекта сменных кулачков или механизмов, обеспечивающих настройку величины рабочих и холостых ходов при постоянных кулачках, время настройки остается значительным.

Из-за больших затрат на изготовление кулачков или на настройку область применения систем управления с кулачковыми механизмами ограничивается станками, предназначенными для работы в крупносерийном и массовом производстве.

Следует заметить, что при большой длине хода резко возрастают габариты кулачковых механизмов, что влечет за собой увеличение размеров всего станка в целом. Поэтому применение систем управления с кулачковыми механизмами ограничивается также длиной ходов рабочих органов, которая обычно не должна превышать 200—300 мм.

Управление с подачей сигналов в функции времени. При данной системе управления вся программа, как правило, фиксируется путем расстановки упоров на дорожках вращающегося барабана. Барабан получает вращение от вала через сменные шестерни и червячную передачу. С помощью сменных шестерен настраивается время одного оборота барабана, которое равно расчетному времени цикла. Каждая из дорожек предназначается для размещения упоров, подающих сигналы определенного характера. Так, например, на первой дорожке размещаются упоры, включающие быстрый ход вперед, на второй — упоры, включающие рабочий ход вперед, и т. д. Расстояния между упорами устанавливаются исходя из расчетной продолжительности каждого этапа цикла. Упоры воздействуют на датчики сигналов, сигналы которых непосредственно направляются к механизмам автоматического переключения привода.

Рис. 10. Блок-схема системы управления с подачей сигналов в функции времени.

Не исключается возможность использования блока управления и тем или иным образом зафиксированной программы.

Как указывалось выше, вследствие возможного рассогласования программы, подобные системы в чистом виде не применяются. В комбинации с жесткими путевыми упорами подобная система может быть использована для вспомогательных рабочих органов, например для управления механизмом подачи и зажима материала. Первым подается сигнал для освобождения зажатой детали по истечении расчетного промежутка времени, которое берется с запасом и обеспечивает перемещение подвижного элемента до упора, подается сигнал для загрузки новой заготовки; по истечении следующего расчетного интервала, который также берется с запасом, подается сигнал для зажима и т. д. При подобной модификации значительно упрощается схема управления, но увеличиваются затраты времени и не обеспечивается блокировка.

Управление автоматической подналадкой и сменой инструмента. Поскольку подача сигналов управления в функции получаемых размеров обрабатываемых поверхностей возможна только при наличии активного контроля, который может быть осуществлен лишь при некоторых видах шлифовальных работ, то вместо непосредственной функциональной связи между размерами обрабатываемой поверхности и подачей сигналов управления, вводят систему автоматической подналадки.

Автоматическая подналадка может осуществляться либо в функции изменения размеров обрабатываемых деталей, либо в функции изменения размеров режущего инструмента.

При автоматической подналадке в функции размеров обработанной детали последняя автоматически переносится Из рабочей в контрольную позицию, где размеры детали контролируются с помощью активных измерительных приборов описанного выше типа. Изменение размеров последойаТельно обрабатываемых деталей партии обычно носит систематический Характер и происходит либо вследствие износа режущего инструмента, либо Из-за температурных деформаций, либо от совместного действия обоих указанных факторов. Поскольку изменение размеров обрабатываемых деталей носит систематический характер, то вслед за появлением деталей, размеры которых близки к предельным, следует ожидать появления деталей, размеры которых выходят за пределы поля Допуска, т. е. бракованных Деталей. Для того чтобы не допустить брака деталей, необходимо при появлении деталей, размеры которых близки к предельным, внести поправку в настройки Станка — осуществить его подналадку. Активный измерительный прибор настроен таким образом, что сигналы вырабатываются при появлении деталей, размеры которых близки к предельному размеру.

Рис. 11. Блок-схемы управления при автоматической подналадке.

Подналадка может быть осуществлена при поступлении от активного измерительного прибора единичного сигнала. Такое решение является самым простым и поэтому находит наибольшее применение. Однако подналадка на основе единичного сигнала может оказаться предждевременной, так как отклонение единичной детали может быть и случайным. В более совершенных системах автоматической подналадки используются математические приборы, анализирующие сигналы, поступающие от активного измерительного прибора. Например, математический прибор может вырабатывать сигнал управления только при последовательном и непрерывном поступления некоторого, заранее установленного числа сигналов от измерительного прибора; при наличии соответствующих датчиков измерительного прибора математический прибор может вырабатывать сигнал в функции среднего арифметического значения отклонения и т. п.

По сигналу подналадки происходит включение приводов, осуществляющих перемещение соответствующих подвижных элементов рабочих органов на заранее установленную величину, благодаря чему изменяется взаимное расположение режущего инструмента и обрабатываемой детали, а соответственно и размер обработанной поверхности.

Необходимое изменение во взаимном расположении обрабатываемой детали и режущего инструмента может быть достигнуто либо путем изменения положения, занимаемого основным рабочим органом 2 в момент получения заданного размера, либо путем смещения на заданную величину вспомогательных салазок 6 относительно основного рабочего органа.

Первый вариант имеет значительные преимущества перед вторым, так как при таком варианте отпадает необходимость в дополнительных салазках и приводе, что приводит к упрощению конструкции и системы управления. Однако возможности применения этого варианта весьма ограничены. Применение такого варианта исключается в случае использования управления кулачковыми механизмами. В системе путевого управления такое решение может быть реализовано при использовании подвижных упоров со специальным приводом, срабатывающим по сигналу управления подналадкой. Аналогичные решения применяются также и при дополнительных подвижных салазках. Весьма просто это решение может быть осуществлено при подаче сигналов в функции перемещения в системах цифрового программного управления.

Вследствие того что возможности использования первого варианта ограничены, наибольшее применение находит второй вариант, который может быть выполнен в различных модификациях. При модификации, представленной на рис. 11, а, перемещение салазок осуществляется с помощью привода, поворачивающего винт на строго фиксированную величину. В качестве такого привода может быть использован храповой механизм с поршневым приводом или тяговым электромагнитом. Сигналы, вырабатываемые измерительным прибором, по каналу поступают к блоку, который вырабатывает сигнал управления, направляющийся по каналу к приводу.

Если подналадка осуществляется изменением положения, занимаемого основным рабочим органом, то при подаче сигналов управления в функции перемещения, сигналы подналадки, вырабатываемые прибором, направляются по каналу к блоку и от него к блоку управления приводом рабочего органа, что вызывает перемещение рабочего органа на установленную для подналадки величину.

При рассмотренной схеме подналадки на точности выполнения заданного перемещения сказывается чувствительность привода, переменность сил трения и другие факторы.

Модификация, представленная на рис. 11, б, отличается тем, что перемещение дополнительных салазок при подналадке ограничивается многопозиционными жесткими упорами барабана. В барабане расположено несколько упоров, которые отличаются один от другого по высоте на величину, равную перемещению дополнительных салазок при подналадке. При подналадке сигналы поступают: по каналу к приводу перемещения салазок и по каналу к приводу поворота многопозиционных упоров. Привод отводит салазки от упора, привод поворачивает барабан упоров и устанавливает в рабочее положение следующий упор, который короче предыдущего, вслед затем привод подает салазки до упора. В качестве приводов могут быть использованы поршневые приводы.

Для преобразования движения штока поршня привода в поворот барабана может быть применен храповой механизм.

Модификация, представленная на рис. 11, в, отличается наличием подвижного упора. При поступлении сигнала от измерительного прибора привод перемещает упор на заданную величину. В качестве привода может быть использован храповой механизм с поршневым двигателем или тяговым электромагнитом.

Рассмотренные схемы находят применение на отдельных моделях специальных токарных автоматов, на некоторых моделях шлифовальных автоматов, в частности на плоскошлифовальных для непрерывного шлифования, на бесцентровошлифовальных, на некоторых моделях зуборезных автоматов.

При подаче сигналов подналадки в функции износа режущего инструмента активные измерительные приборы используются для контроля износа режущего инструмента. Контроль износа производится либо периодически, либо непрерывно. Так, резец подается в контрольную позицию периодически, а контроль износа шлифовальных кругов зубошлифовального станка производится непрерывно. При выходе износа за пределы установленного допуска подаются, так же как в предыдущих случаях, сигналы управления приводам.

Возможности размерной подналадки ограничены затуплением режущей кромки инструмента. При затуплении возникает необходимость смены режущего инструмента. Система управления подналадкой может быть использована для подачи соответствующего сигнала. Для автоматической смены инструмента в соответствии с поступившим сигналом станок должен иметь автооператор или многопозиционный инструментодержатель. Автоматическая смена инструмента пока осуществляется только на станках некоторых моделей.

Автооператоры встречаются на координатнорасточных станках с цифровым программным управлением, где они используются для замены одних видов режущих инструментов другими в соответствии с программой. Для смены затупившегося инструмента применяются многопозиционные и нстр уме нтодер жател и.

На одном из токарных станков, имеющем систему автоматической подналадки и смены инструмента, смена резцов производится поворотом многопозиционного барабана, смонтированного на поперечном суппорте, в котором установлен набор одинаковых резцов, имеющих одинаковый вылет от оси поворотного барабана. Для автоматической подналадки использована схема, представленная на рис. 11, б. После того как многопозиционный барабан с упорами сделает один оборот, салазки, несущие режущий инструмент, занимают исходное положение, в этот же момент подается команда для поворота многопозиционного барабана с резцами, в рабочую позицию устанавливается новый резец. Таким образом, смена инструмента производится после выполнения определенного наперед заданного числа подналадок. Число подналадок устанавливается опытным путем и определяется числом позиций многопозиционного барабана упоров.

В рассмотренных выше случаях подналадка производилась на основе информации, полученной при измерении обработанных деталй. На некоторых шлифовальных станках подналадка производится принудительно, после того как обработано определенное наперед заданное число деталей, устанавливаемое опытным путем. После обработки заданного числа деталей осуществляется правка круга, обеспечивающая постоянство положения режущей кромки круга относительно обрабатываемой детали.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум