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

тем больше, чем выше скорость вращения трансформатора, и в не­ которых случаях может явиться причиной существенных фазовых искажений. При использовании данной схемы возникают также фазовые и амплитудные ошибки при отклонении частоты питаю­ щего напряжения от номинального значения. Колебания частоты мо­ гут возникать из-за детонации магнитной ленты при протягива­ нии ее через лентопротяжный ме­ ханизм. Еще более существенная ошибка появится, если запись программ производится на разных интерполяторах со своими фазо­ выми преобразователями и лен­ топротяжными механизмами. Это

приводит к тому, что цепочку RC вращающегося транс­ форматора необходимо подстраивать каждый раз, как сменится интерполятор, так как скорость магнитной ленты у разных записывающих устройств практически будет разной, и эта разность может составлять 2—3% и более.

Экспериментальная величина изменения амплитуды напряжения в схеме с расщеплением магнитного поля вращающегося трансформатора в зависимости от откло­ нения частоты питающего напряжения от номинала при постоянных значениях R и С, и считая L и RL тоже по­ стоянными, приведена на рис. 61. При настройке це­ почки RC фазорасщепителя необходимо учитывать этот фактор.

Из рассмотренных выражений (9), (10) и (11), (12) видно, что на настройку фазовращателя влияют два параметра — величины емкости и сопротивления; от того, как они подобраны, будет зависеть правильная работа фазовращателя. На рис. 62 показаны зависимости изме­ нения напряжения на выходе фазовращателя при раз­ личных отклонениях емкости и сопротивления от номи­ нальных значений.

По принципу действия фазовые системы ЧПУ отно­ сятся к двухканальным системам. Двухканальными си­ стемами называют такие системы, информация в которых передается по двум каналам и сигнал управления выра-

130

батывается на основе анализа сообщений как первого, так и второго каналов. Поэтому любые фазовые или ампли­ тудные искажения, вносимые системой управления, ска­ жутся на устойчивости работы системы.

Одним из источников фазовых погрешностей являются цепи связи (емкости) в усилителях переменного тока, которые предназначены для передачи переменной соста­ вляющей тока (напряжения) с минимальными потерями и разделения постоянной и переменной составляющих тока (напряжения).

Реостатно-емкостная связь состоит из активных и емкостных сопротивлений (см. схемы на рис. 19 и 64). Поэтому частотно-зависимыми элементами в транзистор­ ных схемах будут конденсаторы связи и собственно тран­ зистор. Частотные свойства транзистора зависят от но­ сителей тока, диффундирующих от эмиттера к коллек­ тору, которые движутся сравнительно медленно и до­ стигают его неодновременно. Поэтому по мере изменения частоты ток коллектора при заданном токе эмиттера изме­ няется по амплитуде и фазе. В первом приближении можно считать транзистор частотно-зависимым элементом с по­ стоянной времени ха при включении по схеме с общей

^ном +

131

предполагается, что их величины выбраны и обеспечи­ вают работоспособность каждого каскада усилителей системы управления станком с ЧПУ.

Условием, что сдвиг фаз, вносимый цепью связи, равен нулю, является выражение

(13)

где тн — постоянная времени цепи в области низких частот, зависящая от емкости цепи связи и сопротивления нагрузки;

тв — постоянная времени цепи связи в области выс­ ших частот, зависящая от емкости, параллельно подключенной сопротивлению, и сопротивления нагрузки каскада;

со — частота передаваемого сигнала.

Из выражения (13) следует, что при настройке частотно­ зависимых цепей усилителей необходимо давать оценку при подборе элементов цепей связи каскадов усилителей как для фазовых, так и для импульсных систем ЧПУ.

Принципиальная схема реостатно-емкостной связи транзисторного усилителя и вид фазово-частотной харак­ теристики цепи связи показаны на рис. 63. Цепь Ес и Rc представляет источник сигналов с внутренним сопро­ тивлением Rc.

Рис. 63. Влияние цепей связи на нас- тошную характе­ ристику:

6 — фазочастотная характеристика цени связи

132

Рис. 64. Влияние эмиттерных цепей усилителя на час­ тотную характеристику:

а— схема каскада; 6 — фазовая характеристика

Внекоторых схемах цепей смещения для стабилизации коллекторного тока используется отрицательная обратная связь по току, создаваемая включением сопротивления R3

вцепь эмиттера. При этом уменьшается коэффициент усиления каскада по напряжению и увеличиваются его входное и выходное сопротивления.

Схема для определения влияния емкости в цепь эмит­ тера на частотные свойства каскада показана на рис. 64. Сопротивление в цепи эмиттера R3 обычно блокируется конденсатором Сэ, чтобы уменьшить полное сопроти­ вление в цепи эмиттера для переменной составляющей тока.

Впрактических схемах транзисторных каскадов угол сдвига фаз, вносимый цепью эмиттера с постоянной вре­ мени тэ = C3R3, определяется из выражения

133

По выражению (14) можно судить, что на фазовую характеристику каскада с конденсатором в цепи эмит­ тера при настройке этих цепей будут влиять емкость Сэ и входное сопротивление каскада. Примерная частотная зависимость для этой цепи изображена на рис. 64, б.

При изготовлении усилителей переменного тока и их настройке в фазовых следящих системах ЧПУ наиболее важен анализ цепей настройки в области низких частот, так как эти усилители предназначены для работы на частоте 250 Гц, при отклонениях от этой частоты не более чем на десятки герц.

§ 8. ВЛИЯНИЕ ЗАЗОРОВ В СИЛОВЫХ ПЕРЕДАЧАХ И ДАТЧИКАХ НА КАЧЕСТВО РАБОТЫ СТАНКА С ЧПУ

При эксплуатации станков с ЧПУ происходит постепен­ ное ухудшение их качественных показателей. Одной из причин ухудшения качества и точности работы станка является появление мертвого хода в кинематических цепях. Мертвый ход (люфт) в механических передачах станков с ЧПУ вызывается зазорами в винтовых переда­ чах, зубчатых зацеплениях, муфтах и т. п., которые появляются в результате износа или разрегулировок. Количественно мертвый ход представляет собой угол поворота ведущего звена, в пределах которого при ре­ версе ведомое звено остается неподвижным.

Определение люфта в механических цепях станков

сЧПУ необходимо для выявления наибольших ошибок

иопределения максимальных суммарных погрешностей при обработке деталей. Результаты определения суммар­ ного зазора в кинематической цепи используются и при анализе работы следящей системы станка с ЧПУ. Мерт­ вый ход, пересчитанный на угол поворота ведущего звена кинематической цепи, является одним из критериев каче­ ства работы следящей системы. Существует расчетный метод определения мертвого хода. Сравнивая зазор, полу­ ченный расчетным методом, и величину реального зазора и зная допустимые отклонения этих величин, можно судить о качестве механической передачи.

Расчет мертвых ходов производится по всем кинема­ тическим цепям, соединяющим источник движения с ра­ бочим органом станка. Для облегчения расчета рекомен­ дуется заранее определить цены оборотов всех валиков (величину перемещения исполнительного узла при одном

134

обороте ведущего вала) и рассчитать мертвый ход для всех отдельных передач, составляющих кинематическую цепь системы станка.

Мертвый ход цилиндрической или конической зубча­ тых передач можно определить по формуле

соотношения

где А — цена оборота винта в мм; а — число заходов;

t —- шаг резьбы в мм;

z = 0,0065 У at — гарантированный зазор. Рассчитаем мертвый ход для зубчатой передачи дат­

чика обратной связи по положению на продольной подаче станка 6М13-ГН1, т — 1, г =* 56, межцентровое расстоя­ ние 63 мм, класс точности —■7, коэффициент &х = 0,005,

135

При измерении реального мертвого хода в этой же передаче зазор составил 0,00008 мм, что вызывает фазовую ошибку при слежении примерно 0,08°. Такая ошибка по углу может в фазовой системе ЧПУ изменять скачком скорость движения рабочего органа станка.

После того как будет проведен расчет мертвого хода, необходимо найти предельно допустимую величину за­ зора, которая определяется в зависимости от точности и надежности работы узла или системы станка. Допусти­ мая величина для разных узлов системы станка будет различной. Например, для зубчатого зацепления датчика обратной связи эта величина будет одна, и она влияет на систему управления, для передачи винт—гайка вели­ чина этого зазора другая, но в сумме эти мертвые хода влияют на точность обработки детали.

Для многих механизмов станка предельно допустимые величины износа кинематических пар определяются из условия обеспечения заданного положения ведомого звена. При этом для большинства случаев характерна следую­ щая зависимость между износом отдельных кинемати­ ческих пар 6А, допустимой величиной отклонения А ве­ домого звена от заданного положения и величиной воз­ можной компенсации износа механизма

S= А 4~ е,

к= 1

где 86 — величина реального износа в мм;

ik — передаточное отношение отдельного звена;

А — допустимая величина отклонения ведомого звена в мм;

е— величина регулировки выбора зазора отдельного звена в мм.

Если ведомым звеном является узел, несущий инстру­ мент или заготовку, то отклонение А от заданного поло­ жения непосредственно связано с заданной точностью станка.

Мертвый ход приводит к двум недостаткам в системе слежения станков с ЧПУ: 1) форма выходного сигнала становится искаженной; 2) выходной сигнал отстает по времени от входного. С точки зрения устойчивости фазо­ вой системы ЧПУ опасным является второе обстоятель­ ство, так как всякое отставание в замкнутой системе управления ухудшает ее устойчивость.

136

Пользуясь методом осциллографирования работы при­ вода подачи, можно определить характер поведения си­ стемы при наличии в ней зазора, но место появления его можно определить только при исследовании всех звеньев кинематической цепи и здесь нужны другие методы.

Для обеспечения нормальной работы станка точность механических узлов и деталей в процессе эксплуатации должна постоянно контролироваться и, в случае откло­ нений за допустимые пределы, узлы и детали должны заменяться.

Точность ответственных зубчатых колес станка с ЧПУ может быть проверена несколькими способами. Одним из наиболее точных способов контроля формы зубьев зубчатых колес, колебания толщины и ошибки профиля зубьев является сравнение реального профиля с теоре­ тическим с помощью проекционного аппарата. Этим мето­ дом можно обнаружить также ошибку нормального шага, которая является максимальной разностью измерений между двумя смежными зубцами, т. е. физическое сме­ щение зубьев от их точного теоретического расположения.

Наиболее простым способом измерения ошибки (зазора) положения валов является проверка ее с помощью изме­ рительных шкал. Хотя измерение с помощью шкал воз­ можно только при статических условиях, можно поль­ зоваться им и при динамических условиях, прибегая к фотографированию. Например, если требуется опреде­ лить относительное угловое положение валов во время их движения, можно укрепить на них шкалы и стрелки и сфотографировать их. Применение строботрона обеспе­ чивает вспышку яркого света в точно заданное время. Угловая ошибка может быть получена преобразованием ее в электрическое напряжение с последующим измере­ нием обычными измерительными приборами или записью этого напряжения на осциллограмму. Вследствие неточ­ ности преобразовательных средств этот метод контроля является более грубым, чем проверка с помощью измери­ тельных шкал.

Одним из способов повышения точности станков с ЧПУ

влияет^на точность обрабатываемой детали, поэтому им должно быть уделено особое внимание. Недостатки напра­ вляющих особенно сказываются на точности при обра­ ботке деталей на станках с незамкнутой системой упра­

137

вления, к которым относятся станки типа 6Н13-ГЭ2, ГФ-770, ФП-4 и др. Увеличение трения в направляющих этих станков вследствие наклепа металлической стружки (особенно из алюминиевых сплавов), загрязнения смазы­ вающей жидкости и эксплуатационного износа приводит к искажению программы и точности обработки детали.

Рассмотрим влияние трения по одной из координат на поведение двухкоординатной системы при обработке угла прямоугольника. Характер движения рабочих органов показан на рис. 65. На рисунке представлен момент вре­ мени, когда инструмент из-за наличия трения (нагрузки) и нежесткости системы имеет скоростную ошибку. Точка / центра инструмента (фрезы) должна представлять задан­ ное положение инструмента, но из-за наличия трения она находится в точке II, т. е. отстает от точки / на величину скоростной ошибки бтр, а так как в этот момент времени системы движения точки I по оси Y, заданные в программе, прекратились, то движение по оси Y начинает замед­ ляться. В этот же момент времени изменяется направление движения инструмента, т. е. начинает разгоняться ин­ струмент по оси X. В результате сложения двух движе­ ний — замедленного по оси Y и ускоренного по оси X — инструмент опишет какую-то кривую, изображенную на рис. 65, в виде дуги с радиусом R, сопряженную со сторо­ нами прямоугольника. Таким образом, центр фрезы в случае наличия трения в одном из приводов подач фре­ зерного станка с ЧПУ вместо прямого угла опишет кривую, что приведет к погрешности обработки детали.

Постоянства силы трения в диапазоне скоростей по­ дачи и значительного снижения трения покоя, а следо­ вательно, и равномерности движения на малых скорос­ тях в случае направляющих смешанного трения можно достичь путем приме­ нения антискачковых масел, например масла ВНИИНП-401, которое выпускается нашей про­

мышленностью.

Для того чтобы су­ дить о состоянии на­ правляющих и винтовых передач, необходимо знать момент холостого хода таких передач,

138