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

УС 2 для одной координаты и, соответственно, по всем остальным координатам. Одновременно считываются и сигналы технологических команд соответствующими уси­ лителями УС 7, УС 8, УС 9.

Каждый усилитель считывания состоит из трех каска­ дов усиления 3, 4 и 5 с общим коэффициентом усиления 1400, эмиттерного повторителя 6 и усилителя-ограничи­ теля 7. В целях получения большого соотношения сигнал/шум первый каскад усилителя 3 поставлен в режим с малым коллекторным током и с коэффициентом усиле­ ния, равным четырем. Эмиттерный повторитель 6 служит для согласования большого выходного сопротивления третьего каскада усилителя 5 с малым входным сопротив­ лением усилителя-ограничителя 7. С выхода усилителей считывания сигналы поступают соответственно на блоки электронных коммутаторов Б К и блок технологических команд БТ. Для управления устройством «контур 4МИ» в систему введен блок автоматики БА.

Электронный коммутатор состоит из каскадов форми­ рования сигналов 8, 9, 10, 11, 12 и 13, каскадов согласо­ вания 14 и 15, триггера признака направления 16, гене­ ратора одиночных импульсов 17, реверсивного счетчика,

состоящего из элементов 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 и 27 и дешифратора 28, 29, 30, 31, 32 и 33. Электрон­ ный коммутатор имеет два входа. Входные сигналы фор­ мируются формирователями 8 и 9 в прямоугольные им­ пульсы, которые поступают на разделенные входы триггера 16 и через элементы «не» (10, 11) на задержки сигналов

поступающих сигналов (прямой и обратный ход). Вре­ менными элементами 12 и 13 осуществляется задержка сигналов, поступающих на вход реверсивного счетчика 18, относительно сигналов, управляющих триггером признака 16, что обеспечивает подачу признака направления на реверсивный счетчик до прихода управляющих им­ пульсов.

Триггеры реверсивного счетчика 18,19,20, вследствие обратной связи, имеют цикл, равный шести. Обратная связь подается на триггер 19 через схему запрета 25, 26 в том слу­ чае, если триггер 20 находится в состоянии единицы. Таким образом, после двоичного числа 100 (четыре) при поступ­ лении следующего импульса в счетчик записывается число 111 (семь). Связь между триггерами счетчика осу-

20

ществляется через потенциально-импульсные ячейки 21, 22, 23 и 24, играющие роль вентилей. Эти вентили управ­ ляются нулевыми потенциалами по шинам прямого и обратного хода с триггера признака направления 16 в автоматическом режиме и с генератора 17 в ручном режиме. При прямом ходе счетчик работает как сумми­ рующий, при обратном — как вычитающий. Импульсы счетчика поступают на дешифратор 28—33. С выхода электронного коммутатора сигналы поступают на усили­ тели БУ, нагрузкой которых являются обмотки шагового двигателя 40. Усилитель £ У состоит из трех усилителей 34, 35 и 36, каждый из которых имеет по два входа. Вход­ ные схемы встроены в усилители и выполняют логическую операцию ИЛИ. Благодаря этому, шеститактная система импульсов Б К превращается в трехфазную, на каждом из трех выходов которой сигнал существует 1/ 2 периода. Сигналы сдвинуты относительно друг друга на 1/3 пе­ риода.

Графики работы триггера БК и усилителей БУ по­ казаны на рис. 7, б. Для увеличения быстродействия пи­ тание обмоток шаговых двигателей производится через форсировочные резисторы 37, 38 и 39.

Сигналы технологических команд (в виде пакетов импульсов частотой 800—1000 Гц) поступают в блок тех­ нологических команд, где преобразуются в постоянное напряжение, включающее электромагнитные реле БР, контакты которых замыкают исполнительные цепи тех­ нологических команд. Блок автоматического управления Б А служит для автоматического управления лентопротяж­ ным устройством.

Для работы в ручном режиме от переключателей, установленных на пульте, в устройстве предусмотрен генератор ручного управления с частотами 3, 50, 100, 200, 500 и 800 Гц.

Интерес представляет станок с системой ЧПУ и дрос­ сельной системой регулирования гидропривода типа ПФП-1. Станок предназначен для фрезерования наружных и внутренних контуров деталей из алюминиевых и магние­ вых сплавов.

Обрабатываемую деталь устанавливают на вертикаль­ ный стол, имеющий вакуумный прижим. Стол переме­ щается по горизонтальным направляющим станины. По вертикальным направляющим неподвижной колонны перемещается каретка, несущая фрезерную головку.

21

Рис. 8. Функциональная схема системы ЧПУ с дроссельным регулированием станка ПФП-1 (одна координата)

Головка перемещается по направляющим каретки в пло­ скости, перпендикулярной к столу. Все три рабочих пе­ ремещения осуществляются от индивидуальных гидро­ двигателей через редукторы и винты с шариковыми гай­ ками. Гидродвигатели питаются от общей насосной стан­ ции. В гидросистеме применено дроссельное регулирова­ ние.

Функциональная схема станка приведена на рис. 8. При работе по программе неизменный по фазе опор­ ный сигнал считывается с магнитной ленты 1 головкой 2, усиливается усилителем опорного сигнала 3 и через согла­ сующий каскад усилителя 4 вращающегося трансформа­ тора 7 подается для его питания. Вращающийся трансфор­ матор является датчиком обратной связи по положению. Последовательно с ним напряжение подается на другой вращающийся трансформатор 11, служащий для управле­ ния системой станка в ручном режиме. Выходное напря­ жение, снимаемое с вращающегося трансформатора 11, подается на переключатель направления обработки 12, с помощью которого происходит изменение направления движения рабочего органа станка, а следовательно, и направления обработки детали. Напряжение, определяю­ щее фактическое положение рабочего органа станка, по­ дается далее через усилитель вращающегося трансфор­

матора 8 в фазовый дискриминатор 9.

Сигнал, определяющий программу работы станка по

22

Выходное напряжение фазового дискриминатора опре­ деляет величину фазы и напряжения рассогласования между значением координаты заданной программой и фак­ тическим положением этой координаты на станке. Напря­ жение с фазового дискриминатора подается в балансный усилитель постоянного тока 13 следящего привода станка.

Элементами следящего привода являются электромеха­ нический преобразователь 14 и механически соединенный с ним управляющий золотник 16.

При изменении выходного напряжения фазового дискриминатора происходит разбаланс токов в анодных цепях балансного усилителя, в цепи которого включены обмотки электромеханического преобразователя (суммар­ ное значение токов, протекающих по обмоткам преобра­ зователя, всегда постоянно). При изменении баланса

вусилителе происходит изменение токов, протекающих по каждой из обмоток преобразователя, и отклонение его сердечника в ту или другую сторону. При отклонении сердечника преобразователя от нейтрального (нулевого) положения происходит смещение золотника, который жестко соединен с сердечником преобразователя. Золот­ ник открывает рабочие щели и подает рабочую жидкость

вгидродвигатель 15 — начинается движение рабочего органа станка под действием давления жидкости р.

Для установки рабочих органов в исходное (нулевое) положение или при работе вручную в системе управления предусмотрен режим, когда станок управляется не от программы, а от внутреннего генератора 10. Сигналы с ге­ нератора через фазовращающую цепь 6, служащую для согласования по фазе управляющего и опорного сигналов, подаются в систему станка. Согласование по фазе сигна­ лов необходимо для того, чтобы при переходе с ручного управления на работу от программы не происходило скачка рабочих органов, так как при рассогласовании выдается сигнал с фазового дискриминатора на балансный усилитель. При работе вручную или установке рабочих органов в нулевое положение, поворачивая рукоятку вращающегося трансформатора И, вызывают рассогласо­ вание между управляющим и опорным сигналами по фазе, фазовый дискриминатор выдает сигнал на усилитель постоянного тока 13 и, воздействуя на преобразователь 14, перемещают золотник. Золотник 16, воздействуя на гид­

родвигатель 15, перемещает рабочий орган станка.

23

§ 3. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СТАНКАМ И СИСТЕМАМ ЧПУ

Применение в промышленности систем ЧПУ, позволяющих расширить технологические возможности станков, при­ вело к тому, что изменилась конструкция отдельных узлов, их компоновка, а также произошло изменение конструк­ ции станка.

Основной особенностью числового программного управ­ ления является то, что информация, необходимая для обработки детали на станке, рассчитывается и задается в числовом виде. Такая числовая программа не может быть непосредственно воспринята и отработана устрой­ ством управления станка. Для этого она должна быть закодирована в определенной системе счисления и нане­ сена на программоноситель в виде записи, которая может быть считана и воспринята устройством, предназначенным для ввода программы в систему управления станком.

В системах управления станками с ЧПУ контурного типа для преобразования числовой программы приме­ няются так называемые интерполяторы или кодовые преоб­ разователи. Эти устройства могут быть встроены в си­ стему управления станком или могут находиться отдельно от него. В случае, если интерполятор эксплуатируется отдельно от станка, декодированная программа, полу­ чаемая с интерполятора, записывается на промежуточный программоноситель — магнитную ленту в виде командных импульсов или приращения фазы переменного тока. Такая форма записи программы уже непосредственно может быть использована для управления приводами подач станка.

Следящие приводы появились в копировальных стан­ ках задолго до появления станков с ЧПУ. Опыт, накоплен­ ный при создании станков с копировальными системами, в которых применены электрические или гидравлические следящие приводы, явился базой для создания станков с системами ЧПУ. В отличие от копировальных станков, станки с ЧПУ являются многоприводными станками, обеспечивающими движение по трем и большему числу координат одновременно.

Станки с ЧПУ имеют широкий диапазон регулирова­ ния скоростей перемещения рабочих органов, так как при обработке деталей на этих станках применяются различ­ ные материалы. Например, для обработки стали необ-

24

ходима скорость 0,2—0,3 м/мин, а для цветных сплавов 2—3 м/мии. Желательно, чтобы система бесступенчатого регулирования привода перекрывала весь этот диапа­ зон.

Из условий резания для станков с ЧПУ привод выпол­ няется более качественным, чем для универсальных стан­ ков, с высокой жесткостью и быстродействием, чтобы время разгона и торможения на участках обрабатываемого кон­ тура с резким изменением направления скорости не пре­ вышало времени поворота фрезы на один зуб, иначе неиз­ бежен интенсивный износ инструмента.

Другой особенностью приводов подач станков с ЧПУ является скачкообразный характер изменения скорости подачи при сравнительно медленном и плавном изме­ нении этой скорости в промежутках между скачками. Наиболее характерными примерами таких изменений ско­ рости являются детали, контуры которых состоят из отрез­ ков прямых, расположенных под значительными углами относительно друг друга.

Наличие датчиков обратной связи является характер­ ной особенностью как контурных, так и координатных систем с замкнутой цепью управления. Вследствие вы­ сокой точности, требующейся для станков с ЧПУ при большом диапазоне измерения, применяемые в них дат­ чики обратной связи несут большой объем информации в систему управления о размерах обрабатываемой детали или о положении рабочего органа станка. От точности датчиков зависит достижение заданных размеров детали. Применение привода подач, для станков с ЧПУ, с высо­ ким быстродействием и незначительными ошибками дат­ чиков обратной связи теряет смысл при малой динами­ ческой жесткости кинематики механических узлов. Это обусловлено снижением статической ошибки от деформа­ ции, возникающей при наличии упругих звеньев вне обрат­ ной связи. Особенно это заметно при обработке титановых

в системах ЧПУ наряду с обычным применением электри­ ческих схем и элементов автоматики очень широко при­ менены электронные схемы на полупроводниковых эле­ ментах, элементы и блоки вычислительной техники. Под­ час к станкам для управления процессом обработки по программе подключают специализированную вычисли­ тельную или управляющую машину.

25

Наряду с тем что станки должны обеспечить высокое быстродействие, жесткость и т. п., к системам управле­ ния, станкам, узлам и элементам предъявляются повы­ шенные требования надежности. Важность этой проблемы определяется тем, что недостаточная надежность приводит к появлению брака обрабатываемой детали или к аварии оборудования. Одним из путей обеспечения требуемой надежности станков с ЧПУ является контроль их работо­ способности, который обеспечивается применением спе­ циальных средств.

Эксплуатация станков с системами ЧПУ показала, что их конструкция должна отвечать ряду требований, без выполнения которых применение станков с ЧПУ в про­ мышленности малоэффективно. Ниже приведены основные требования, которые предъявляются к станкам и системам ЧПУ [8, 19, 32, 33].

1. Выполнение механизмов подач с минимально воз­ можными зазорами. Малой величины зазоров можно до­ стичь применением шариковых и гидростатических вин­ товых передач, механизмов автоматической ликвидации зазора в винтовой передаче, предварительным натягом подшипников в опорах винтов, применением коротких кинематических цепей и средств ликвидации зазоров в зуб­ чатых передачах, а также напряженных беззазорных сое­ динений шестерен и муфт с валами (например, качествен­ ная штифтовка, посадки на конус и т. д.).

2. Обеспечение наибольшей величины ускорений. Это достигается как применением быстродействующего при­ вода, так и снижением приведенного момента инерции механизма подач путем выбора оптимального передаточ­ ного отношения и уменьшения момента инерции подвиж­ ных деталей.

3. Обеспечение высокой жесткости механизмов подач для повышения их собственной частоты. Повышение же­ сткости кинематики цепи достигается применением шари­ ковой винтовой передачи с предварительным натягом (улучшает контактную жесткость), гидростатической вин­ товой передачи с предварительным натягом подшипников в опорах, жесткой конструкцией кронштейнов, передаю­ щих осевую силу станине и исполнительному органу.

4. Уменьшение сил сухого трения в направляющих, передачах, опорах и обеспечение плавности перемещения при малых скоростях, при скачкообразном изменении скорости, при больших инерционных массах и перемен­

26

ных нагрузках при резании, — все это может быть достиг­ нуто применением направляющих станин и винтовых пар с трением качения, а также применением гидростатических направляющих.

5. Исключение резонансов элементов механизма по­ дач и всей системы привода с возмущающим воздействием (частотами врезания зубьев фрезы, вращения фрезы, сле­ дования управляющих импульсов и т. п.). Полоса про­ пускания следящего привода для легких станков должна быть не менее 20 Гц. Собственные частоты всех элементов механизма подач и станка следует принимать в 3,5 раза

9. Допустимая погрешность при окончательной обра­ ботке не должна превышать ±10—30 мкм. Точность изме­ рительных и отсчетных устройств берется на порядок выше.

10. Элементы современной вычислительной техники должны позволять обрабатывать импульсную информа­ цию с частотой 3000—5000 Гц. Если принять для средних станков цену импульса 5 мкм, то при частоте следования импульсов программы 500 Гц линейная скорость рабочих органов должна быть 1,5 м/мин. Для тяжелых станков при цене импульса 50 мкм линейная скорость должна быть 15 м/мин. Учитывая вышеперечисленные цифры, необходимо сделать вывод, что производительность метал­ лорежущих станков не ограничивается степенью быстро­ действия вычислительных устройств ЧПУ, а определяется исходя из чисто технологических соображений.

11. Программную информацию для систем ЧПУ целе­ сообразно подготовлять на универсальных вычислитель­ ных машинах, автоматизирующих процесс подготовки программы. Объем исходной информации должен быть минимальным. Информация должна поддаваться визуаль­ ному контролю и исправлению на рабочем месте. Исходя из изложенных выше требований информацию желательно записывать на перфолентах.

12. В качестве воспроизводящих устройств в системах ЧПУ для точной обработки деталей целесообразно при­ менять устройства с замкнутой цепью управления.

27

13.Надежность систем ЧПУ должна быть выше на­ дежности универсальных математических машин.

14.Для получения надежных систем ЧПУ, состоя­ щих из большего числа элементов, надежность которых недостаточна, используют принцип ограниченного дубли­ рования. Ограниченное дублирование обеспечивает за­ данную степень надежности, но одновременно резко услож­ няет систему ЧПУ, что требует для обслуживания таких систем высококвалифицированного обслуживающего персонала, так как выходящие из строя блоки необхо­

15.Разрешающая способность и точность датчиков обратной связи (чувствительных элементов) должны быть высокими (т. е. должны быть малые собственные ошибки). Рабочие характеристики датчиков должны быть линей­ ными. Одновременно с этим для датчиков должны выпол­ няться следующие условия: они должны иметь высокую надежность, малую инерционность и малый момент трения.

16.К усилителям систем ЧПУ предъявляют самые разнообразные требования: должны быть обеспечены боль­

шой коэффициент усиления, линейность рабочих характе­ ристик, высокая надежность, малая нестабильность, ма­ лая инерционность, низкий уровень шумов и высокая чувствительность, стабильность выходных характеристик во времени, определенная амплитудно-частотная харак­ теристика.

17.В качестве исполнительных двигателей в станках

сЧПУ применяют электрические двигатели постоянного тока, гидродвигатели, гидроцилиндры и шаговые двига­ тели. Исполнительные двигатели должны удовлетворять следующим требованиям: иметь малые габаритные размеры

ивес, допускать широкий диапазон регулирования, большую перегрузку; для гидродвигателей и гидроци­ линдров могут иметь место малые утечки жидкости, малую зависимость от температуры, а также высокую надеж­ ность.

18.Удобство в эксплуатации и надежная техника безопасности систем ЧПУ являются также важными тре­ бованиями, предъявляемыми к ним.

19.Техническая документация на станки и системы ЧПУ должна быть проста, удобна и в достаточной степени

пояснять и иллюстрировать работу системы, а также ра­ боту отдельных блоков, узлов и элементов.

Г л а в а 11

Основные погрешности

ихарактерные неисправности элементов станков с ЧПУ

исистем их управления

Вкаждую систему числового программного управления, кроме силовых исполнительных двигателей (гидравли­ ческих или электрических), входят узлы, которые влияют на качественную работу системы. Эти узлы и блоки опре­ деляются схемой и типом следящего привода и включают в себя усилительные, преобразующие и корректирующие блоки, чувствительные элементы, управляющие элементы

ит. д. Рассмотрим погрешности, неисправности и типовые

отказы всех элементов, узлов и блоков некоторых систем станков с ЧПУ. С этими вопросами приходится сталки­ ваться эксплуатационному персоналу, и знание их позво­ ляет, с одной стороны, упростить отладку таких систем,

ас другой — повысить их эксплуатационную надежность.

§1. МАГНИТНАЯ ЛЕНТА

В процессе магнитной записи среда, способная намагни­ чиваться (носитель записи), движется с постоянной ско­ ростью мимо магнитного устройства (записывающей го­ ловки), которая создает намагниченность носителя про­ граммы, пропорциональную току, проходящему по обмотке магнитной головки. Таким образом, изменение тока во времени записывается на магнитной ленте (магнитоносителе) как изменение остаточной намагниченности по длине ленты. Эта переменная намагниченность образует магнитные поля вокруг носителя, которые при прохожде­ нии ленты мимо воспроизводящей головки наводят потоки в ее обмотке, пропорциональные остаточной намагничен­ ности ленты.

В процессе воспроизведения записанной программы изменение потока индуцирует э. д. с. в обмотке воспро­ изводящей головки.

29