13.1.4. Особенности зубообрабатывающих станков с чпу

ЧПУ зубообрабатывающими станками стало развиваться позже, чем ЧПУ другими станками. Это обусловлено сложностью согласования движений механизмов станка при электронных связях между ними, необходимостью управления пятью и более координатами. Только создание микропроцессорных систем ЧПУ позволило снять ограничение по числу управляемых координат, повысить точность станков. В них. как правило, предусматривается осевая передвижка фрезы, установка с пульта управления или от управляющей программы длины перемеще­ния фрезерных салазок, межосевого расстояния между фрезой и заго­товкой, угла наклона суппорта, числа нарезаемых зубьев и режимов резания. Предусматривается также возможность обработки зубьев с различной модификацией (например, бочкообразной, конусообразной и т.п.), а на некоторых станках автоматическая смена заготовки и инструмента.

Системы ЧПУ, электронная синхронизация движений и коррекций применяются практически на всех типах зубообрабатывающих станков. Упрощенная структурная схема зубофрезерного станка с ЧПУ без ме­ханических связей между координатами приведена на рисунке 13.27. Согла­сование вращений фрезы и стола обеспечивается системой ЧПУ.

Применяют два вида структур управления станками: управление с ведущей координатой (вращение фрезы) или без нее. В первом случае датчик 1 фрезы является задающим, а скорости всех остальных коор­динат устанавливаются с учетом сигнала датчика фрезы. Такая схема облегчает задачу обеспечения точности слежения, так как скорость фрезы может изменяться. Во второй структуре связанные координаты одинаково управляются от устройства ЧПУ (УЧПУ) по заданной про­грамме и нужно обеспечить высокую стабильность частот их вращения. Для согласования вращения фрезы и стола во втором случае инфор­мация об их фактическом положении, получаемая от датчиков 1 и 10, должна постоянно сравниваться. Для этого служит фазовый дискрими­натор (ФД) 8. Частоты импульсов от датчика фрезы 1 и от датчика стола 10, подаваемые на фазовый дискриминатор равны между собой независимо от изменения числа нарезаемых зубьев. Это обеспечивается в результате преобразования входного сигнала датчика фрезы микро­процессором 9, настроенным на расчетное соотношение скоростей фрезы и стола (в соответствии с исходными данными). В фазовом дискриминаторе происходит сравнение сигналов по фазе и импульсно-аналоговый преобразователь 7 вырабатывает корректирующий сигнал пропорциональный величине рассогласования.

Рисунок 13.27. Структурная схема зубофрезерного станка с ЧПУ.

Этот сигнал складывается в суммирующем усилителе 6 с путевым сигналом привода стола, поступающим от блока управления приводами 5. Преобразователи 2, 3, и 4 осуществляют управление приводами координат станка соответственно В, Z и С (приводы координат X и У на структурной схеме не показаны).

При зубофрезеровании УЧПУ должно обеспечить строго согласован­ное движение по всем координатам в сочетаниях, определяемых типом зубчатого колеса. Взаимосвязанное вращение приводов по координатам В, С и Z используют для обработки цилиндрических колес; по коорди­натам В, С и Y - червячных колес (тангенциальное врезание); по коор­динатам В, С, X и Z - колес с конусным и бочкообразным зубом.

В задачу УЧПУ входит расчет скоростей перемещений на основании задаваемых в программу обработки параметров зубчатого колеса, а также на основании информации о принятом цикле обработки.

Зубофрезерный полуавтомат мод. 53А50КФ4.

Зубофрезерный полуавтомат мод. 53А50КФ4 предназначен для на­резания цилиндрических и червячных колес, а также зубчатых колес с бочкообразным и конусным зубом в условиях единичного и мелкосе­рийного производства. Фрезерование зуба производится методом обка­та или методом единичного деления. Его выпускают на базе полуавто­мата мод. 53А50. Класс точности станка - II.

Станок управляется системой ЧПУ, выполненной на базе трехкоор-динатного устройства цифровой индикации УЦИ К524 и электронного блока синхронной связи (БСС).

Для обработки всей номенклатуры заготовок станок (рис. 13.28) Должен иметь следующие движения, управляемые от УЧПУ: главное движение - вращение инструмента 5 (координата В); подачи: ра­диальную стола 4 (координата X), тангенциальную суппорта 2 (коор­дината У), вертикальную каретки 1 (координата Z); вращение стола 3 с заготовкой (координата С). При работе станка в режиме обката оси В, Y и Z являются задаю­щими, а ось С - следящей. Импульсы датчика оси В поступают в импульсный умножитель 3 (рисунок 13.29), где умножаются на число захо­дов фрезы. Импульсы датчиков осей Z и У проходят через электронные дифференциалы 1 и 2, в которых формируется определенное число им­пульсов на единицу перемещения суппорта и фрезы в соответствии с углом наклона зубьев, модулем и углом подъема винтовой линии фрезы. Умноженные и сформированные импульсы проходят через сум­матор 4, где происходит их алгебраическое суммирование, и поступают в делитель 5 частоты, выполняющий роль электронной гитары де­ления.

Рисунок 13.28. Компоновка станка модели 53А50КФ4

Выход электронной гитары 5 соединен с вычитающим входом ре­версивного счетчика 6, суммирующий вход которого подключен к датчику обратной связи по положению оси С. Разность чисел импульсов на суммирующем и вычитающем входах формирует выходной код реверсивного счетчика, который подается в цифро-аналоговый преоб­разователь 7, где преобразуется в напряжение, пропорциональное углу рассогласования следящей системы. Это напряжение является задаю­щим для привода оси С. Для повышения точности слежения в схему включены преобразователь 8 частота-напряжение и корректор 9 рас­согласования, представляющий собой фазовый детектор, в котором сравниваются фазы импульсов электронной гитары и датчика обратной связи оси С. При этом на выходе формируется напряжение, величина и полярность которого соответствуют величине и направлению сдвига фаз.

Рисунок 13.29. Структурная схема блока синхронной связи.

Включение одного или другого электронного дифференциала или их совместное включение определяются видом обрабатываемого колеса, его конфигурацией и методом обработки. При единичном делении датчик оси В блокируется, а в сумматор подается серия импульсов от отдельного генератора 12.

Принцип нарезания зубчатых колес с бочкообразной и конусной фор­мой зуба заключается во взаимосвязанном перемещении инструмента по оси Z и заготовки по оси X, причем привод оси Z является ведущим, а привод оси X - следящим. Траектория перемещения заготовки отно­сительно инструмента при нарезании конусных колес имеет линейную форму, а при нарезании бочкообразных - параболическую. Сигнал управления, определяющий форму траектории, формируется в устрой­стве 14 бочкообразования, а радиус бочкообразного колеса или угол конусного колеса задаются дифференциалом 2, к которому в этом случае подключается датчик оси Z.

Кинематическая схема станка мод. 53А50КФ4 (рисунок 13.30) выполне­на с разомкнутой связью в цепи деления и безгитарной наладкой связей вращения заготовки и инструмента, перемещений инструмента и заго­товки. Фрезерование зуба, выполняемое методом обката, производится ^с помощью электронной "гитары деления", а нарезание косозубых и червячных колес с помощью электронных дифференциалов.

Рисунок 13.30. Кинематическая схема станка модели 53А50КФ4.

Привод вращения фрезы, приводы подач по осям X, Y, Z осущест­вляются от электродвигателей постоянного тока с бесступенчатым регулированием частоты вращения, позволяющих обеспечить широкий диапазон скоростей и подач, а также автоматическое управление на первом и втором проходах. Привод вращения стола также осущест­вляется от электродвигателя постоянного тока с высокой точностью отсчета углового поворота.

Главное движение - вращение шпинделя - производится электро­двигателем М„ через клиноременную передачу, две кони­ческие 29/29 и цилиндрическую 20/80 передачи.

Основные конструктивные особенности станков с ЧПУ.

1. Более широкое применение компоновки с подвижной стойкой, обеспечивающей лучшие условия для автоматизации загрузки заго­товки.

2. Короткие кинематические цепи (с автономным приводом коорди­нат) с небольшим количеством передач, благодаря чему их точность сохраняется длительное время и обеспечивается высокая жесткость.

3. Применение в конструкции беззазорных элементов: привода, фрезы, продольной, радиальной и тангенциаль­ной подач фрезы, что повышает динамическую жесткость.

4. Автоматизация настройки, а часто также установки, закрепления инструмента и заготовки.