книги из ГПНТБ / Сергиевский, Л. В. Наладка, регулировка и испытание станков с программным управлением учебное пособие

чае энергия высокочастотных колебаний, возбуждаемых тиристором при его переключении, распространяется по питающей сети, действующей подобно линии передачи, и попадает в другую установку. Второй вид радиопомех связан с излучением высокочастотной энергии непосред­ ственно рассматриваемым устройством.

Можно наблюдать и обратное явление; имеется в виду действие схемы с тиристорами как «приемника» помех, вызванных переходными процессами, протекающими в лю­ бой точке системы. Эти переходные процессы действуют либо на пусковую цепь, либо непосредственно на «анод» тиристора, либо на то и другое. В результате наводки эти помехи могут заставить подвергаемую воздействию си­ стему полностью или частично следовать за другой систе­ мой. На практике встречаются различные типы непол­ ного включения тиристоров от действия помех в зависи­ мости от характера пусковой цепи тиристоров. При этом необходимо различать два случая: 1) влияние на схему управления непосредственно со стороны питающей сети; 2) влияние на схему управления и, в частности, на генера­ тор импульсов со стороны цепи управляющего электрода.

Оба вида помех могут привести к преждевременному срабатыванию пусковой цепи, вызывая либо ложное от­ пирание одного тиристора, либо одновременное отпирание всех или части тиристоров.

Успешное использование тиристоров в большой сте­ пени зависит от правильного их охлаждения. При чрез­ мерном повышении температуры перехода тиристора мо­ жет наблюдаться постепенное ухудшение характеристики и прибор может выйти из строя в результате потери теп­ ловой устойчивости или расплавления припоев. Схема, в которой тиристор используется, может отказать в ра­ боте и до расплавления припоя или потери тепловой устой­ чивости, так как недостаточное охлаждение может при­ вести к снижению прямого напряжения переключения, повышению времени восстановления управляемости тири­ стора, изменяя этим другие параметры установленных

всхеме тиристоров.

Впроцессе эксплуатации электрических машин в стан­ ках с ЧПУ с течением времени изменяется настройка ре­ жимов управления, наблюдается износ элементов вращаю­ щихся частей двигателей и др. Многолетний анализ отка­ зов электрических машин показывает, что более 95% ава­ рий происходит от повреждений их обмоток, а именно, от

90

сгорания изоляции обмоток, пробоя изоляции, обрыва или механического повреждения обмоток. Для машин постоян­ ного тока характерным является износ щеток и коллекто­ ров. Износ щеток в процессе эксплуатации зависит от ме­ ханических и электрических факторов.К первым относится состояние поверхности и линейная скорость коллектора, удельное давление щеток, вибрация машины. Износ щеток зависит от средней величины давления на щетки и от пульсации тока; нередко износ увеличивается под влия­ нием искрения [5, 11, 18, 30, 38].

9. ДАТЧИКИ ПОЛОЖЕНИЯ

Вследствие высокой точности, требующейся от станков с системами ЧПУ при большом диапазоне измерений, применяемые в них датчики положения обладают рядом особенностей, значительно отличающих от их измеритель­ ных устройств приборов, применяемых для измерения линейных перемещений. Так, например, многие измери­ тельные устройства электрического типа имеют точность 1—2 мкм при диапазоне измерения лишь 100—200 мкм, что дает относительную погрешность порядка 1% и счи­ тается нормальной точностью для такого типа устройств. Для станков с ЧПУ допускается погрешность порядка 10—20 мкм при диапазоне измерения 1000 мм и более, что дает относительную погрешность измерения порядка 0,001%. Такую высокую точность невозможно обеспечить обычными средствами, применяемыми при электрических измерениях малых перемещений [19].

В связи с тем, что для контурных систем ЧПУ станков для грубых работ достаточна разрешающая способность порядка 0,01—0,02 мм и даже грубее, а погрешность мо­ жет быть еще больше, в них в качестве датчиков приме­ няют стандартные двухфазные микромашины перемен­ ного тока в режиме фазовращателей, кинематически соеди­ ненные с управляемым объектом, т. е. применяют косвен­ ное измерение величины перемещения. Практическое применение в качестве датчиков положения в фазовых системах ЧПУ нашли стандартные вращающиеся транс­ форматоры типа ВТМ-1В (рис. 40) и многополюсные враща­ ющиеся трансформаторы-редусины типа Р-15 и Р-64.

Вращающиеся трансформаторы представляют собой универсальную четырехобмоточную электрическую ма­ шину, в конструктивном отношении похожую на асин-

91

Рис. 40. Схема обмоток

средние точки обмоток ста­ тора; Р х — средняя точка обмотки ротора; Р 2, Р9— вы­ воды обмоток ротора

хронный электродвигатель с фазовым ротором или кон­ тактный сельсин с постоянным воздушным зазором по всей окружности. На статоре и роторе вращающегося трансформатора уложены по две обмотки, каждая из ко­ торых сдвинута относительно другой на 90 электрических градусов. Обмотки выполняются со строго одинаковыми параметрами (одинаковое число витков обмотки с постоян­ ным сечением обмоточного провода, одна и та же схема соединений секций). Схема расположения обмоток вра­ щающегося трансформатора и маркировка выводных кон­ цов представлены на рис. 41.

Такой вращающийся трансформатор дает отклонение от синусоидальности ±0,3% , коэффициент трансформа­ ции 1 ± 0,05, ток холостого хода 43 мА при напряжении 26 В и соответствует входному сопротивлению 600 Ом, номинальная частота 400 Гц.

Рис. 41. Схема сое­ динения обмоток редусина Р-15:

1— 6 — КОНЦЫ выво­ дов обмоток

92

При подаче на одну из обмоток статора (или ротора) переменного напряжения вида е0 — ит sin (at) на об­ мотке ротора (или статора, соответственно) индуцируется переменное напряжение е1Уамплитуда которого изменяется синусоидально при вращении ротора вращающегося транс­ форматора:

с1 = ит sin (Ш + a) sin (at),

На второй обмотке ротора (или статора) при этом ин­ дуцируется переменное напряжение е2, амплитуда ко­ торого изменяется при вращении ротора по косинусоиде:

в2 = um cos (Ш + a) sin (at).

Ротор вращающегося трансформатора механически связывается с управляемым объектом так, что одному обороту ротора соответствует перемещение объекта L.

На станках с фазовой системой ЧПУ перемещению L = 0,64 мм соответствует один оборот вращающегося трансформатора, для этого применен измерительный ре­ дуктор, связывающий рабочий орган станка с датчиком. Применение редуктора повышает погрешность измерения главным образом за счет появления люфтов, одновре­ менно с этим, вследствие разгона и торможения рабочего органа, возникают значительные усилия на зубьях измери­ тельного редуктора. Компромиссным решением явилось применение в качестве датчиков положения вращающихся трансформаторов с электрической редукцией, что изба­ вило от необходимости создания измерительного редук­ тора.

Одним из типов такого многоголосного трансформатора, разработанного А. П. Гусевым и В. М. Киселевым, яв­ ляется датчик положения — редусин, устанавливаемый на станках типа ФП-7. Редусин является бесконтактным устройством. Схема и расположение обмоток редусина представлены на рис. 42. Полюса ротора расположены под углом к его оси (на рисунке не показано). Электри­ ческая редукция зависит не только от числа полюсов ста­ тора, но и от угла наклона полюсов ротора.

На каждом полюсе имеется обмотка возбуждения и вы­ ходная обмотка. Обмотки возбуждения 1—-2 (см. рис. 41) включены так, чтобы полярности соседних полюсов чере­ довались. Выходные обмотки соединены последовательно

93

Большое распространение в фазовых системах ЧПУ, в силу своей простоты, нашла схема однофазного фазовра­ щателя, приведенная на рис. 43, которую необходимо рассмотреть, так как она может качественно влиять на работу всей системы. Иногда такую схему фазовращателя называют схемой с ращепленным магнитным потоком вра­ щающегося трансформатора. Как видно из схемы, входное напряжение подается на одну обмотку ротора вращаю­ щегося трансформатора или обмотку возбуждения реду­ сина. Выходной сигнал снимается с цепочки RC, вклю­ ченной на две взаимно перпендикулярные выходные об­ мотки. Ток, протекающий по роторной обмотке, создает магнитный поток, который наводит в статорных обмотках соответствующую э. д. с. Каждая э. д. с. обмоток нагру­ жена на цепочку RC. Выходное напряжение схемы равно

Рис. 43. Схема включе­ ния вращающегося трансформатора с рас­ щепленным магнит­ ным полем

64

сумме напряжений, падающих на элементах R и С це­ почки от э. д. с. статорных обмоток вращающегося транс­ форматора.

Вывод математической зависимости амплитудных и фа­ зовых ошибок данной схемы рассмотрен в работах [8, 19]; здесь приведем только окончательные значения. Схема питания вращающегося трансформатора по принципу расщепления магнитного поля принципиально вносит фазовую и амплитудную ошибки при вращении ротора. Количественно зги ошибки будут тем больше, чем выше скорость вращения ротора вращающегося трансформатора, и в некоторых случаях могут являться причиной суще­ ственных фазовых искажений в системах управления станков. Максимальное значение фазовая ошибка имеет при углах поворота ротора вращающегося трансформатора, кратных л/4, и численно может быть определена. Удобнее амплитудную ошибку вращающегося трансформатора вы­ числить в процентах к номинальному напряжению

При использовании данной схемы возникают также фазовые и амплитудные ошибки при отклонении частоты питающего напряжения от номинального значения; в этом случае амплитудная ошибка

обмотки.

95

Погрешность вращающегося трансформатора также обусловлена точностью изготовления; это выражается в неравенстве активных и индуктивных сопротивлений обмоток ротора и статора, неперпендикулярностью об­ моток, синусоидальностью изменения взаимной индук­ ции в зависимости от угла поворота ротора и т. д. [8, 19, 32].

§ 10. ВЛИЯНИЕ ЗАЗОРОВ И ТРЕНИЯ В СИЛОВЫХ ПЕРЕДАЧАХ, ДАТЧИКАХ ОБРАТНОЙ

СВЯЗИ, МЕХАНИЧЕСКИХ И ГИДРАВЛИЧЕСКИХ УЗЛАХ

В системах автоматического управления и станках с чис­ ловым программным управлением широко применяют зуб­ чатые и винтовые передачи высокой точности для следую­ щих целей:

1)механического согласования силового привода и на­ грузки (так как часто двигатель развивает большую ско­ рость и малый момент, а нагрузке необходимо передать большой момент и малую скорость);

2)изменения направления вращения и преобразова­

ния линейного перемещения в угловое, или наоборот, в датчиках обратной связи по положению или по ско­ рости;

3) изменения масштаба редукции в датчиках обратной связи.

Наличие трения и зазоров в зубчатых и винтовых пере­ дачах станков с ЧПУ вызывает появление зоны нечувстви­ тельности, которая приводит к неоднозначности регулиро­ вочной характеристики. Вообще все характеристики си­ стемы при наличии сухого трения и зазоров теряют свою однозначность.

Под зоной неоднозначности понимают диапазон изме­ нения входного сигнала, в котором каждому значению сигнала может соответствовать некоторое множество зна­ чений выходных сигналов, зависимых от направления движения системы и ее предыдущего состояния. Это явле­ ние нежелательно в системах автоматического управле­ ния, так как приводит к автоколебаниям в замкнутой си­ стеме числового программного управления.

Под зоной нечувствительности понимают зону застоя, мертвую зону — диапазон значений входной величины элемента, при котором выходная величина его равна нулю. В статической характеристике (рис. 44) элемент

96

имеющей зону нечувствительности и участки линейно­ сти, имеют вид

' & — *i) при

опри — х1< и вк< х г

Трение в зубчатых передачах следящих систем играет весьма важную роль, так как главная часть статической ошибки, кроме неточности выявителя рассогласования, обусловлена трением зубчатых колес. Это трение может вызываться чрезмерно плотным зацеплением зубчатых колес, погрешностями формы зубьев, колебаниями шага и различными поверхностными дефектами зубьев. Ошибка зубчатой и винтовой передач складывается из ошибок отдельных зубчатых колес и винтовых пар.

Если выявитель рассогласования присоединен непо­ средственно к управляемому валу (например, в разомкну­ той импульсной системе ЧПУ, где распределяющая втулка гидроусилителя присоединена непосредственно к валу гидродвигателя), любая ошибка винтовой передачи, на­ ходящейся между двигателем и управляющим валом, не имеет существенного значения, так как это звено охвачено обратной связью. Однако, если управляющий вал связан зубчатой передачей с прибором, выявляющим рассогласо­ вание (например, датчик обратной связи по положению или датчик обратной связи на сервопоршне, контролирую­ щие положение рабочих органов в фазовой замкнутой

системе ЧПУ), ошибка в этой передаче прямо отразится на ошибке следящей системы. На­ пример, в обратной связи по положению, в фазовой системе ЧПУ, небольшой зазор (3°),

введенный в ранее устойчивую систему, может сделать ее не­

устойчивой. По мере износа зуб­ чатых передач система становится все более и более ко­ лебательной, и в конце концов наступает неустойчивость управления системой-сганком.

Хотя трение и зазор вызываются различными причи­ нами и явлениями, они могут появляться в одном и том же зацеплении, если начальные окружности не будут концентричны относительно ведущих валов. При вращении зубчатых колес их эксцентриситет будет создавать избы­ точное трение на одной части оборота и зазор на другой части.

Ошибку, вызываемую зазором (рис. 45), можно вы­ числить отдельно от ошибок зубчатых колес. Если два зубчатых колеса, выполненных идеально по зацеплению, собраны с межцентровым расстоянием, большим теорети­ ческого на величину d, то в результате возникает зазор б, который может быть вычислен по формуле

б = 2d tg (а).

где а — угол зацепления в град.

Если d выражено в миллиметрах, то зазор по началь­ ной окружности тоже будет получен в миллиметрах. За­ зор в угловой мере можно получить из зависимости

Р = — sin (а),

где г — радиус колеса, у которого определяется угловой зазор.

Если зацепляющиеся в паре зубчатые колеса эксцен­ тричны, их начальные окружности не касаются друг друга; для них можно найти максимальный зазор по вышепри­ веденным формулам, предполагая, что в момент зацепле­ ния в наивысших точках эксцентриситета колес отсут­ ствует зазор, а общий эксцентриситет равен величине d.

Сухое трение золотника является основной нелиней­ ностью статического электрогидравлического усилителя,

98