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

руется специальным датчиком положения и непрерывно или периодически сравнивается с величиной пути, задан­ ной в программе. Ошибка, или величина рассогласования между истинным положением рабочего органа и заданным в программе, сравнивается в специальном устройстве, которое вырабатывает сигнал управления приводами подач.

Наиболее простой системой ЧПУ с замкнутой цепью управления, нашедшей широкое применение в различных моделях станков, является фазовая система ЧПУ со сле­ дящими приводами подач. Фазовая система ЧПУ по сравнению с другими системами имеет минимальный объем электронного оборудования и очень простые и на­ дежные датчики положения, которые выпускаются на­ шей промышленностью серийно.

Блок-схема фазовой системы управления, работающей от магнитной ленты, представлена на рис. 2 (для одной координаты).

кон изменения управляемой координаты а. Эти сигналы считываются магнитной головкой 2 и усилителями 3 и 4. Усилитель 4 опорного сигнала питает входные обмотки вращающегося трансформатора 7, являющегося датчи­ ком обратной связи по положению. Ротор вращающегося трансформатора 7 кинематически связан с управляемой координатой а. Его выход, на котором получается сигнал вида Um cos {(at + ср'), где <р'— электрический угол, про­ порциональный механическому углу а, подается на один из входов фазового дискриминатора 5, являющегося в пер­ вом приближении множительным устройством. На другой вход фазового дискриминатора 5 подается рабочий сиг­ нал Um sin (cot -f- <р). В результате перемножения этих

Рис. 2. Замкнутая си­ стема ЧПУ с фазовым управлением (показана одна координата)

10

сигналов па выходе получается сигнал, постоянная со­ ставляющая е которого пропорциональна Um sin (ф ■— ф'). Это напряжение является сигналом ошибки следящего привода. Далее этот сигнал усиливается усилителем мощ­ ности 6 и подается на двигатель 8, который стремится установить управляемую координату а в такое положе­ ние, при котором сигнал ошибки равен или близок нулю.

§ 2. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ СИСТЕМ ЧПУ

Практически можно обеспечить любую точность работы электронного управления, но получить любую точность станка нельзя, потому что она зависит от точности и на­ дежности измерения положения рабочих органов станка. Кроме того, из-за невозможности измерения непосред­ ственно обрабатываемой детали, ее размеры мы получаем косвенным образом, проверяя положение рабочих орга­ нов. Таким образом, на точность детали оказывают влия­ ние многие факторы, которые невозможно учесть в про­ грамме. Обеспечить работу следящего привода в контур­ ных системах ЧПУ с требуемой точностью и надеж­ ностью — достаточно трудная задача, которая не имеет непосредственного отношения к программному управле­ нию, ко обязательно должна решаться совместно с другими задачами при создании систем программного управления.

В зависимости от габаритных размеров станка, техно­ логических требований, вида применяемых датчиков мо­ гут быть реализованы различные структуры систем ЧПУ, применяемые в станках с программным управлением. Рассмотрим наиболее типичные станки с ЧПУ, нашедшие широкое применение в промышленности и зарекомендо­ вавшие себя как наиболее надежные и производительные станки. Блок-схема управления одной координатой фре­ зерных станков типа 6Н13-ГЭ2, ГФ-770 и ФП-4 с импульс­ но-шаговой системой ЧПУ приведена на рис. 3, а.

Считываемый магнитной головкой 2 сигнал с магнит­ ной ленты 1 представляет собой «пакеты» синусоидальных колебаний с частотой 2,5 кГц. Длительность «пакета» равна трем периодам частоты следования импульсов

11

i)

с кодового преооразователя и задается с помощью узла распределения устройства записи. Следовательно, в за­ висимости от частоты следования импульсов в устройстве записи, меняется длительность «пакета», считываемого с магнитной головки. Одна магнитная дорожка может управлять только одной секцией шагового двигателя, поэтому для трехкоординатной системы ЧПУ необходимо иметь девять дорожек магнитной записи. Для системы

12

управления станками типа 6Н13-ГЭ2, ГФ-770 и ФП-4 применена девятиканальная магнитная головка типа МГ-35/9.

Сигналы, считываемые с магнитной головки, посту­ пают на трехкаскадные усилители считывания, первые два каскада 3 осуществляют прямое усиление, третий 4 формирует импульс прямоугольной формы со скваж­ ностью— два. Суммарный коэффициент усиления усили­ теля считывания — 1200. Сигналы прямоугольной формы поступают на эмиттерные повторители 5, распределяющие сигналы по двум каналам — в эмиттерные повторители 6. Эмиттерные повторители 6 служат для распределения сиг­ налов по обмоткам шагового двигателя и согласования выходного сопротивления усилителей считывания с вход-- ным сопротивлением усилителей мощности 7. Усилители мощности попарно управляют обмотками шагового двига­ теля 8. Для уменьшения постоянной составляющей вре­ мени обмоток шагового двигателя последовательно с ними включены активные балластные сопротивления. График прохождения сигналов по функциональной схеме пока­ зан на рис. 3, б.

Шаговый двигатель, вращая управляющий золотник 9, управляет гидроусилителем моментов 10, который при­ водит в движение рабочий орган И . Между рабочим органом и управляющим золотником существует жесткая обратная связь.

В станке предусмотрено ручное управление перемеще­ нием рабочих органов. Система ручного управления со­ стоит из генератора импульсов, усилителя-формирователя и узла распределения.

Генератор импульсов 13 представляет собой мульти­ вибратор с изменяющейся частотой. Перекрытие диапазона частот от 2 до 500 Гц осуществляется путем переключения емкостей обратной связи мультивибратора. С генератора импульсов сигналы поступают на эмиттерный повтори­ тель 14 и далее на усилитель ручного управления 15, где сигналы усиливаются и формируются. С усилителя ручного управления сигналы поступают на кольцевой узел распределения 12, который представляет собой элек­ тронный кольцевой счетчик и предназначен для коммута­ ции обмоток трех секций шагового двигателя при поступле­ нии импульсов с генератора ручного управления. Схема коммутатора обеспечивает получение шести комбинаций включения обмоток шагового двигателя.

13

требуется четыре магнитные дорожки; три предназначены для рабочих сигналов и одна для опорного сигнала.

Упрощенная функциональная схема управления стан­ ками с ЧПУ типа ФП-7, ФП-17 приведена на рис. 5, а. Привод рабочего органа станка охвачен главной обрат-

15

иой связью по положению фазового типа. В качестве датчика использован вращающийся трансформатор типа ВТМ-1В. Последовательно с датчиком главной обратной связи установлен вращающийся трансформатор, являю­ щийся датчиком следящего электрического вала, служа­ щего для работы от пульта ручного управления. В системе применен гидропривод объемного регулирования. В ка­ честве датчика обратной связи гидропривода применен редусин 23 — многополюсный вращающийся трансфор­ матор, который механически связан с сервоприводом 16, питаемым от золотника 15. Золотник питается от специаль­ ного гидронасоса подпитки.

Когда переключатель П находится в верхнем положе­ нии, сигнал от усилителя опорного сигнала 5 проходит через редусин 23, датчик главной обратной связи по по­ ложению 22 и через датчик ручного управления. При работе по программе от магнитной ленты рукоятка дат­ чика ручного управления фиксируется механическим запором, однако при необходимости с ее помощью можно изменить начальное положение программы на любую ве­ личину. При нижнем положении переключателя П глав­ ная обратная связь разрывается, а сигнал подается от генератора опорного сигнала 4, который при работе по программе автоматически отключается. При этом сигнал от редусина 23 проходит через вращающийся трансформа­ тор 24, являющийся регулятором. С помощью регулятора можно установить любое положение сервопривода 16, обеспечивающее требуемую скорость разомкнутого гидро­ привода.

Устойчивость системы и надлежащее качество управ­ ления обеспечиваются обратной связью по скорости, роль которой выполняет тахогенератор 19, кинематически связанный с гидродвигателем 20.

Управляющий сигнал, считанный с магнитной ленты 1 магнитной головкой 2, настроенной в резонанс на частоту 250 Гц, подается на усилитель считывания 3, в котором введена глубокая отрицательная обратная связь, обеспе­

и температуры окружающей среды. Коэффициент уси­ лителя считывания — 400. После усиления и двусто­ роннего ограничения синусоидального сигнала по амплитуде в усилителе-ограничителе 6 прямоугольный сигнал с помощью дифференцирующей цепочки 7

16

формируется в остроконечные импульсы малой длитель­ ности.

Опорное напряжение с выхода вращающегося транс­ форматора 17 или 24 подается насуммирующую цепочку 14, усиливается усилителем датчиков обратной связи 12, ограничивается усилителем-ограничителем 10 и преобра­ зуется дифференцирующей цепочкой 8 в остроконечные импульсы. Остроконечные импульсы управляющего и опорного сигналов поступают на входы фазового дискри­ минатора 9. В качестве фазового дискриминатора приме­ нен потенциальный статический триггер с диапазоном работы ±180°.

Взаимное расположение остроконечных импульсов опре­ деляется фазовым углом сдвига напряжений управляю­ щего и опорного сигнала. Если эти напряжения сдвинуты относительно друг друга на 180°, то импульсы на одном из бх о д о в триггера будут приходить через полпериода после прихода импульсов на втором входе. В этом случае с вы­ хода триггера будут сниматься напряжения одинаковой формы с одинаковыми длительностями. При изменении взаиморасположения входных сигналов от 180° в ту или другую сторону изменяется длительность выходных си­ гналов и появляется различие в средних значениях вы­ ходных напряжений. Эта разница в выходных напряже­ ниях триггера называется напряжением рассогласования. График прохождения сигналов по функциональной схеме изображен на рис. 5, б.

Выходные напряжения обеих половин триггера через эмиттерные повторители поступают па вход балансного усилителя постоянного тока 11, в цепи которого включены обмотки электромеханического преобразователя ЭМП 13, жестко соединенного с управляющим золотником 15 гидропривода подачи. При наличии различных напряже­ ний на входах балансного усилителя 11, через встречно включенные обмотки ЭМП 13 протекают различные токи, что ведет к смещению сердечника ЭМП 13 и соответственно золотника. Управляющий золотник 15 действует на сер­ вопривод 16, который меняет производительность гидро­ насоса 18 и соответственно скорость вращения гидро­ двигателя 20, вызывая его вращение в сторону уменьше­ ния величины рассогласования (на схеме рабочий орган станка обозначен поз. 21).

Система управления станком в режиме «перемотка» или «ускоренная перемотка вперед» (магнитной ленты)

Одной из разновидностей импульсно^шаговых систем ЧПУ является система «Контур 4МИ-68», предназначен­ ная для станков типа 6Н13-ФЗ. Функциональная схема системы приведена на рис. 7, а. Эта система использует для управления унитарный код. Сигналы — однополяр­ ные импульсы, записаны для каждой координаты по двум дорожкам.

Для считывания информации с магнитной ленты I служит считывающее магнитное устройство, состоящее из лентопротяжного механизма и блока усилителей счи­ тывания БУС. Для воспроизведения информации приме­ няется девятидорожечная магнитная головка ГМВ-35/9. Электрические сигналы амплитудой до 10 мВ с магнитной головки 2 поступают на усилители считывания УС 1 и

6)

19