Токарное дело

Раздел: Учебники

2. Системы автоматического управления. В зависимости от типа источника информации (вида задаваемой программы) системы управления можно разделить на следующие группы: 1) кулачковые; 2) с командоаппаратом; 3) программно-путевые; 4) следящие; 5) с числовым программным управлением.

Кулачковые системы управления преимущественно применяются в токарных автоматах и полуавтоматах, на которых большие партии деталей обрабатываются цикличным повторением одних и тех же действий. На таких станках перемещение суппортов 4 с инструментами и другие действия, связанные с подачей и закреплением заготожж, изменением скоростей вращения шпинделя, выполняются от кулачков 2 распределительного вала 1 с помощью рычажных 3 и других передач. Программа работы станка зафиксирована в заданной форме кулачков. Каждый

оборот распредвала соответствует циклу обработки, в течение которого завершается изготовление одной детали. Кулачковая система управления конструктивно проста, но вместе с тем трудоемка в наладке. Вследствие этого ее в основном применяют в крупносерийном и массовом производствах.

Автоматический цикл работы станка здесь задается с помощью контактных пластин или кулачков, устанавливаемых в определенной последовательности на поверхности вращающегося барабана 2. При этом контакты 3t замыкая соответствующие электрические цепи, приводят в действие исполнительные механизмы, которые осуществляют перемещение узлов станка I, II, 111.

Командоаппарат приводится в движение отдельным электро- приводом 1 или получает вращение от вала станка. Иногда вместо круглого барабана используются подвижные линейки с регулируемыми кулачками, воздействующими при поступательном движении на путевые датчики.

Программно-путевыми называются системы, в которых движущиеся узлы станка через регулируемые упоры воздействуют на путевые датчики, подавая в определенной последовательности командные сигналы о начале или конце действия. Б таких системах осуществляется обратная связь между поданной командой и фактическим перемещением объекта управления. Для задания программы последовательного включения исполнительных механизмов применяются барабанные командоаппараты, устройства с перфокартами и панели со штеккерами и шаговым искателем.

Принципиальная схема программно-путевого управления с барабанным командоаппаратом показана на  290, б. В качестве командоаппарата, выполняющего роль программоносителя, использован контроллерный барабан 2 с рядом контактных пластин, расположение которых определяет последовательность включения цепей управления. Необходимая величина перемещения рабочих органов станка осуществляется перестановкой упоров 3 на подвижных узлах станка I, II, III.

При включении командоаппаратом цепи управления какого- либо узла последний будет перемещаться до тех пор, пока он своим упором не разомкнет эту цепь. Одновременно включается электромагнит J, поворачивающий при помощи храпового механизма командоаппарат на необходимый шаговый угол для включения цепи управления следующего узла.

Программно путевые системы с перфокартами принципиально мало отличаются от командоаппарата барабанного типа. В этом случае последовательность включения исполнительных органов (цикловые команды) задается пробивкой отверстии на перфокарте, через которые аналогичным способом замыкаются контакты соответствующих электрических цепей. Для работы с перфокартами применяется металлический барабан без контактных пластин.

Принцип работы программно-путевых систем со штеккерной панелью и шаговым искателем

Программа работы станка устанавливается на штеккерной панели, а величина перемещения рабочих ходов — переставными упорами. Штеккерная панель имеет несколько рядов штепсельных гнезд, каждое из которых состоит из двух полови нон. Левые пою- винки гнезд в каждом ряду соединены между собой вертикальными шинами, а правые—горизонтальными. К горизонтальным шинам подключены контакты шагового искателя, а к вертикальным — реле системы управления.  Чтобы реле сработало, необходимо замкнуть половинки соответствующего штепсельного гнезда. Для этого в гнезда панели устанавливают металлические штеккеры б соответственно заданной программе работы станка, Б процессе работы включение необходимого реле осуществляется через замкнутое штеккером штепсельное гнездо поворотным контактом К шагового искателя. Б положении, изображенном на рисунке, электрический ток через контакт V шагового искателя и штеккер подается в обмотку реле и узел II получит перемещение. В конце хода упор узла замкнет цепь электромагнита, который с помощью храпового механизма поворачивает подвижный контакт К шагового искателя, замыкая контакт 2. При этом в электрическую цепь через штеккер включается реле Ра исполнительного механизма узла III и т. д.

Следящие системы управления являются наиболее распространенным средством частичной автоматизации токарных станков, а в сочетании с другими Системами управления позволяют создавать автоматизированные станки Для обработки деталей сложной формы, В следящих системах в качестве программоносителя используются копиры в виде плоских шаблонов или образцовых деталей. Общий принцип действия этих систем основывается на ощупывании путевым датчиком (щупом) поверхности копира с последующей передачей движения через промежуточные и исполнительные устройства резцу. Резец как бы следит за движениями щупа и повторяет их. Поэтому такие системы получили название следящих.

Следящая система управления осуществляется за счет сочетания двух подач резца: задающей и следящей. Задающей подачей чаще всего является механическое продольное перемещение суппорта токарного станка, следящей — поперечное перемещение. При геометрическом сложении этих движений резец воспроизводит на детали точную форму копира.

В зависимости от способа осуществления следящей подачи применяются механические, гидравлические и электрические копировальные устройства.

В механических копировальных устройствах щуп и резец соединены между собой жестко, вследствие чего на копир действуют большие силы резания, которые ускоряют его износ. Однако благодаря простоте конструкции такие устройства получили довольно широкое распространение в практике работы на токарных станках.

Механический копировальный суппорт токаря В. К. Се минского, ? изображенный на  291, автоматизирует обработку ступенчатых валов. Вместо резцедержателя на суппорте закрепляется корпус Л в отверстии которого может перемещаться пиноль 4 вместе с резцом 5 и щупом 2. Во время работы щуп постоянно прижат к копи-' ру 3 пружинами 10, оттягивающими пиноль назад. Копир болтами 6 и в и тягой 7 шарнирно соединяется с неподвижно закрепленным на станине кронштейном 9.

При включении механической подачи щуп скользит по поверхности копира, а резец обтачивает соответствующий профиль иа детали. По окончании обработки суппорт отводят поперечно назад на 20—30 мм и поворотом рукоятки 11 с эксцентриком 12 подают пиноль вперед так, чтобы при возвращении суппорта в исходное положение щуп не касался копира. В конце обратного хода суппорта пиноль возвращается в рабочее положение обратным поворотом рукоятки 11.

Для получения прямоугольных уступов резец имеет главный угол в плане ф=75°, а пиноль установлена под углом 75° к оси детали. Благодаря этому резец при переходе с одной ступени на другую отходит от детали в направлении, обратном движению суппорта, что сохраняет прямоугольное расположение уступов на обрабатываемой детали.

Гидрокопировальные следящие системы позволяют разгрузить копир от непосредственного воздействия сил резания, что значительно повышает его долговечность. В таких системах командные следящие сигналы передаются суппорту (резцу) через промежуточные гидромеханические преобразователи — золотниковые коробки и гндродвигатели поступательного действия.

Для сохранения универсальных свойств токарных станков наиболее удобным является гндрокопировальный суппорт модели КСТ-1. Такой суппорт монтируется на специальных салазках Г-образной формы, устанавливаемых на каретке обыкновенного суппорта. Спереди на них имеются верхние поворотные салазки с 4-позн- ционным резцедержателем, а сзади, за линией центров станка» под углом 45° располагается гидросуппорт, в корпусе которого встроен цилиндр с поршнем. Шток поршня неподвижно скреплен с салазками. Поэтому во время работы перемещается только корпус гидросуппорта вместе с задним резцедержателем.

Рассмотрим принцип действия гидрокопировального суппорта КСТ-1 но схеме, изображенной на  292. Из бака 8 масло нагнетается лопастным насосом под давлением 20—30 ат в гидропровод. Пройдя фильтр, гибкий шланг и канал пустотелого штока масло поступает в полость Б гидроцилиндра 2, а затем через кал и брова иное отверстие 3 пор ш- ня проходит в полость А, При открытой кольцевой щели а золотниковой коробки 7 масло возвращается но шлангу в бак 8.

Калиброванное отверстие оказывает большое сопротивление протеканию масла. Вследствие этого в полости Б устанавливается более высокое давление, чем в полости А, Так как поршень и шток закреплены неподвижно, то корпус гидросуппорта 4 вместе с цилиндром будет перемещаться назад. Одновременно с ними переместится назад и прикрепленная к корпусу золотниковая коробка 7, а золотник 6 под действием пружины выдвинется вперед и закроет кольцевую щель а. При этом в обеих полостях гндроцилнндра установится одинаковое давление. Однако, поскольку площадь передней крышки цилиндра больше площади задней крышки (на величину площади поперечного сечения штока), то сила давления масла, действующая на переднюю крышку, будет больше, и суппорт начнет перемещаться вперед. При определенной величине кольцевой щели а давление в полости Л уменьшится настолько, что сила давления масла в обеих полостях цилиндра станет одинаковой и гидросуппорт остановится. Такое положение соответствует обточке цилиндрической поверхпостн.

При обтачивании фасонной или ступенчатой поверхностей детали с механической продольной подачей суппорта щуп 5 скользит по контуру неподвижного копира и в зависимости от его формы перемещает золотник б, который, изменяя величину щели а, регулирует скорость и направление следящего движения гидросуппорта. В результате на поверхности детали обтачиванием воспроизводится профиль копира.

Гидросуппортом такой конструкции можно обрабатывать поверхности со спадом профиля не более 20 -30°.

Токарные станки, имеющие в механизме фартука электромагнитные муфты, могут оснащаться электрокопировальными следящими устройствами для обработки поверхностен сложного профиля. Одним из них является контактная электрокопировальная головка. Она устанавливается на кронштейне, прикрепленном к поперечным салазкам суппорта с противоположной стороны резцедержателя, и подключается к цепи управления электромагнитными муфтами.

Рассмотрим принцип действия электрокопирования посредством контактной головки. В процессе продольного перемещения суппорта щуп 2 скользит по поверхности копира В зависимости от профиля последнего щуп передает поперечные движения через стержень 3 рычагу 4, который, поворачиваясь на оси, замыкает или размыкает контакты 9 или 11. Контакты в свою очередь включают соответствующую электромагнитную муфту фартука, посредством которой включается поперечная подача резца вперед или назад. При обтачивании цилиндрического участка детали рычаг 4 занимает среднее положение и поперечная подача отсутствует. Постоянный контакт щупа с копиром поддерживается действием пружины 5.

Когда щуп подходит к возвышающемуся участку копира, включается муфта подачи суппорта назад. Если подъем пологий, а поперечная подача больше требуемой, то пружина 5, прижимая щуп к копиру, поворачивает рычаг 4 и переключает контакты. Вследствие этого включается муфта подачи суппорта вперед и т. д. Такой же процесс переключения совершается при касании с понижающимся участком копира. В случае возникновения больших усилий рычаг 13 опускается, размыкает аварийный контакт /2, и подача суппорта прекращается.

Рычаг 4 имеет неравновеликие плечи, примерно с отношением  i : 5, поэтому контактная головка способна реагировать на незначительные перемещения щупа. Для регулирования в головке предусмотрены винты 6, 7, 8, 10 и 14.

Профиль обработанной поверхности, полученный электрокопированием, состоит из большого числа малых ступеней, образованных продольной и поперечной подачами резца. Тем не менее погрешности его не превышают 0,03 мм относительно профиля копира.

Системы цифрового программного управления. Принципиальное отличие этих систем управления от ранее рассмотренных состоит в том, что здесь на программоноситель (карту или ленту) записываются не только цикловые технологические команды (вперед, назад, стоп и т. д.), но также числа, соответствующие пути перемещения узлов управляемого станка. Это позволяет все элементы автоматики, за исключением исполнительных механизмов и датчиков обратной связи, объединить в самостоятельный блок управления, который обычно располагается рядом со станком. Такую систему автоматического управления в отличие от других обычно принято Называть программной.

Главное достоинство цифрового программного управления заключается в том, что станок, оснащенный им, не нуждается в продолжительной переналадке и в изготовлении сложных копиров и кулачков. Переналадка на изготовление новой детали включает в основном смену программированной ленты или карты и регулировку исходного положения режущих инструментов соответственно началу составленной программы. Кроме того, такая система управления позволяет обрабатывать не только простые цилиндрические поверхности на токарных станках, но и сложные фасонные поверхности различной формы.

Быстрота переналадки и малые материальные затраты на ее выполнение позволяют использовать станки с цифровым программным управлением в мелкосерийном и даже в единичном производствах.

В качестве программоносителя используют перфорированную ленту или карту, киноленту или магнитную ленту. Программа на перфоленте записывается просечкой отверстий, на киноленте — в виде прозрачных черточек, а на магнитной ленте — намагничиванием отдельных точек. Ленты продольно разделены на дорожки, вдоль которых располагают отверстия или черточки программной записи.

Считывание программы, то есть превращение отверстий или черточек в командные электрические сигналы, осуществляется в электроконтактных, фотоэлектрических или электромагнитных головках.

.В электроконтактных головках перфорированная лента протягивается между металлическим барабаном и контактными щупами шаговыми прерывистыми движениями. При этом щупы под действием пружин западают в отверстия- ленты и, касаясь поверхности барабана, создают электрический контакт (замыкание электроцепи). Вследствие этого в аппаратуру управления подаются соответ

ствующие электрические команды. Промежуток между шаговыми движениями ленты определяется временем исполнения поданной команды, по истечении которого датчик обратной связи подает команду для перемещения ленты на следующий шаг.

Прочитывание программы в фотоэлектрических головках осуществляется аналогично, за исключением того, что в этом случае световые импульсы превращаются фотоэлементом в электрические сигналы, которые затем усиливаются.

В электромагнитных головках лента продвигается с равномерной скоростью и, проходя около сердечника электрической катушки, индуктирует в ее обмотке ^ электрические импульсы, которыеа после усиления поступают к исполнительным элементам автоматики — шаговым двигателям.

При записи программы перемещений узлов станка каждый электрический импульс соответствует строго определенной величине пути, то есть имеет определенную цену. Так, например, если суппорт токарного станка должен переместиться на 89 мм при цене импульса 1 мм, то понадобится длинная лента, которая в определенной дорожке должна иметь 89 отверстий или черточек. Такой код записи называется унитарным и применяется в основном для записи программы на магнитной ленте.

С целью укорочения ленты и уменьшения количества подаваемых импульсов величина перемещения задается суммой импульсов больших и малых перемещений, которые располагаются в разных дорожках ленты. В десятичной системе счисления для этого часто пользуются натуральным кодом записи, при котором для того же числа 89 понадобится две дорожки: одна для единиц, вторая для десятков. В первой дорожке пробивают 9, во второй 8, а всего 17 отверстий, которые располагаются на таком же количестве строк. Более удобной является двоичная система счисления, которая позволяет любое число записать одноименным кодом последовательность и величину перемещений режущих инструмен тов, фиксируемых на программоносителе определенным кодом записи.

Прн обработке сложных поверхностен (фасонных, конических) их профиль разбивают па элементарные участки, в пределах которых устанавливают величину одновременного продольного и поперечного перемещения резца.

Программа наносится на ленту или карту с помощью записывающих устройств. Если запись ведется отверстиями, применяют перфораторы, подобные пишут ей машинке. На магнитную ленту программа записывается с перфоленты посредством специальных кодопреобразователей. Имеются станки с программным управлением, для которых программа предварительно не рассчитывается, а записывается на магнитную ленту в процессе обработки первой детали из партии при ручном управлении станком. Эта запись затем используется для автоматической обработки всех последующих деталей.

Для пояснения изложенного рассмотрим пример цифрового программного управления токарным станком по  295.

На станке автоматизированы перемещения суппорта н поворот 4-позиционпого резцедержателя. Переключение скоростей шпинде- ля и настройка коробки подач осуществляются вручную.

Для управления перемещениями суппорта в фартуке смонтированы семь электромагнитов ЭВ — ЭГ1, переключающие три сцепные муфты, с помощью которых выполняются цикловые команды: вперед, назад, стоп, включение и переключение рабочих и ускоренных перемещений. Поворот резцедержателя осуществляется электродвигателем MP, который включается контактором ЭР. Девять кнопок КР — КЛ, расположенных спереди на фартуке, предусмотрены для ручного управления станком при наладке и пуске. Ими можно независимо включать каждый из элементов автоматики.

В качестве датчиков обратной связи в схеме использованы контроллерные барабаны СД и СП, соответственно установленные на специальной гайке ходового винта и винте поперечной подачи суппорта. Контактные поверхности их разделены изоляционными пластинами. У барабана СП, контролирующего поперечный ход суппорта, слева 50 пластин, справа 5, что при шаге винта поперечной подачи 5 мм позволяет отсчитывать десятые и целые доли миллиметров. Барабан СД ходового винта, имеющий шаг 10 мм, снабжен слева 10 пластинами, справа одной. Поэтому отсчет продольного хода суппорта может производиться через каждые 1 или 10.им.

Программа, записанная на 14 дорожках перфорированной ленты, прочитывается в электроконтактной считывающей головке, металлический барабан БЛ которой получает шаговые повороты от импульсного двигателя ЭЛ с храповым механизмом. Щупы головки включены последовательно в электрические цепи соответствующих исполнительных элементов автоматики и контроллерных барабанов обратной связи.

Для срабатывания какого-либо механизма автоматики необходим контактный электрический импульс, который возникает при запада нии щупа считывающей головки БЛ в одно из отверстий перфоленты. После этого лента должна продвинуться на следующий шаг для подачи очередного импульсного сигнала. Такие шаговые перемещения осуществляются импульсным двигателем ЭЛ после каждого исполнения командного сигнала. С этой целью при срабатывании любого из электромагнитов ЭВ — ЭП или двигателя MP включается один из контактных включателей: ПК1, ПК2, ПКЗ или ПК4, которые, замыкая электрическую цепь электромагнита ЭЛ импульсного двигателя, заставляют его выполнить шаговый поворот барабана головки БЛ. Такой же шаговый поворот барабана БЛ происходит после исполнения путевого размерного сигнала, когда щупы контроллерного барабана и считывающей головки одновременно замкнут электрическую цепь электромагнита ЭЛ

В схеме предусмотрена, световая сигнализация: желтая лампа ЖЛ сигнализирует необходимость изменения режима резания, \ красная КЛ— завершение обработки, зеленые лампы ЗП и ЗД зажигаются в исходном положении салазок суппорта соответственно j началу работы. Все элементы автоматики, кроме двигателя MP поворота резцедержателя, подключены к электроцепи понижающего трансформатора TP 380/36 в.

На рис, 296 упрощенно показана часть вышерассмотренной схемы для управления продольными перемещениями суппорта. Механизм фартука получает вращение от ходового валика, от которого оно передается с помощью зубчатой передачи на вал L На этом валу свободно установлены зубчатые колеса Zlt Z3 и двусторонняя сцепная муфта М|. При переключениях муфты вращение от вала  к блоку* Б может передаваться через колеса Z\ — Z2 (левое вращение блока) или Zz — — Z$ (правое вращение). Блок Б соединен с неподвижным ходовым винтом II специальной гайкой. Следовательно, при изменении направления вращения блока суппорт соответственно будет перемещаться влево (рабочий ход) или вправо (холостой ход),

К блоку Б прикреплен контроллерный барабан СД, к которому прижаты щупы 4', Ь и общий контакт 6. Как ранее было отмечено, контактная поверхность барабана разделена изоляционными пластинами: слева десятью, справа одной. Поэтому за каждый оборот барабана будут совершаться соответственно 10 и 1 замыканий. При шаге ходового винта 10 мм замыкания будут происходить после перемещения суппорта ца каждые I и 10 мм, что соответствует цене малого и большого импульсов датчика обратной связи.

Муфта М| может занимать три фиксированных положения: левое — рабочий ход суппорта, среднее — стоп, правое — обратный (холостой) ход. Муфта переключается спаренными электромагнитами ЭВ, ЭС и ЭН. Каждое такое переключение сопровождается включением контактного включателя ПК1 цепи импульсного двигателя ЭЛ, который посредством храпового механизма производит шаговые повороты лентопротяжного барабана БЛ.

На рассматриваемом рисунке изображена только часть перфорированной ленты. На ее первых трех дорожках  записаны цикловые технологические команды (вперед, стоп, назад), а на последних двух — величина продольных перемещений суппорта натуральным кодом.

Допустим, надо переместить суппорт от исходного положения на 21 мм и остановить. Такая элементарная программа записана на ленте. Для этого включаем станок и нажимаем на кнопку КЛ. Импульсный двигатель ЭЛ повернет лентопротяжный барабан БЛ на шаг Когда под щупом 1 окажется отверстие, электромагнит ЭВ, перемещая муфту М| влево, включит рабочий ход суппорта. Одновременно замкнется контактный выключатель ПKL который заставит двигатель ЭЛ снова передвинуть ленту на шаг. В этом положении отверстие окажется под щупом 5. Когда суппорт пройдет расстояние 1 мм, замкнутся щупы 5—5'— опять произойдет перемещение ленты на шаг и отверстие окажется под щупом 4. Теперь следующее перемещение ленты на шаг произойдет после продвижения суппорта на 10 мм, когда замкнутся щупы 4—4*. Затем то же повторится еще через 10 мм хода суппорта, после чего лентопротяжный барабан снова повернется на шаг Отверстие окажется под щупом 2, который замкнет цепь электромагнита ЭС. Последний переместит муфту в среднее положение и остановит суппорт.

Завод «Красный пролетарий» приступил к выпуску токарного станка хЧодели 1К62ПУ с числовым программным управлением. В станке автоматизированы пуск, останов, реверс шпинделя и подача суппорта. Для этой цели на первом валу коробки скоростей установлена двусторонняя электромагнитная муфта, а перемещения суппорта в продольном и поперечном направлениях осуществляются ходовыми винтами, которые приводятся во вращение шаговыми двигателями с гидроусилителями крутящих моментов. Беззазорная передача движений суппорту обеспечивается шариковыми винтовыми парами, что позволило отказаться от элементов обратной связи. Установка чисел оборотов шпинделя производится вручную с помощью двух рукояток, выведенных на лицевую стенку передней бабкн.

Программа работы станка, записанная на 9 дорожках магнитной ленты унитарным кодом, прочитывается и усиливается в пульте управления, откуда она поступает в определенной последовательности к шаговЫхЧ двигателям, установленным соответственно в корпусе коробки подач и сзади каретки суппорта. Пульт управления и гидроагрегат питания гидроусилителей расположены автономно слева от станка. На суппорте предусмотрены два резцедержателя — передний и задний.