Файл: Маталин, А. А. Многооперационные станки.pdf

Рис. 123. Встройка зажимного устройства фирмы Berg

Величина крутящего момента, передаваемого редуктором, регу­ лируется с помощью четырех пружин 6. Усилие пружин устанав­ ливается поворотом кольца 8, на наружной поверхности которо­ го имеются деления. На внутренней поверхности кольца 8 име­ ются спиральные поверхности, в которые упираются толкатели 9, сжимающие пружины 6, прижима втулки 10 к эпициклическо­ му колесу 5. При возрастании нагрузки выше величины настрой­ ки пазы колеса 5 приподнимают втулки 10 и выключают элек­ трическую цепь двигателя.

§ 6. УСТРОЙСТВО МЕХАНИЗМА ОТСЧЕТА ВЕЛИЧИН ПЕРЕМЕЩЕНИИ РАБОЧИХ ОРГАНОВ МНОГООПЕРАЦИОННЫХ СТАНКОВ

В зависимости от принципа действия системы ЧПУ в стан­ ках получили распространение два различных способа контроля перемещений рабочих органов: 1) без обратной связи по поло­ жению рабочего органа; 2) с обратной связью.

Первый способ преимущественно распространен в станках нормальной точности, в которых применяются незамкнутые сис­ темы ЧПУ. В таких станках величина перемещения определяется особым приводом рабочего органа или элементом, который им

256

Рис. 125. Блок-схема незамкнутой системы ЧПУ с шаговы­ ми двигателями

управляет при отработке программы (рис. 125). В качестве та­ кого привода в станках с ЧПУ применяются шаговые двигатели. Связь шагового двигателя с рабочим органом осуществляется

тели, действующие, например, на гидроусилитель, установленный в кинематической цепи привода перемещения рабочего органа. Питание шагового двигателя производится от специального ге­ нератора импульсов. Управление частотой генератора, обуслов­ ливающей скорость вращения шагового двигателя, а также вклю­ чение и остановка двигателя производятся системой ЧПУ. Поло­ жение рабочего органа определяется системой ЧПУ косвенно, по количеству импульсов, поступивших от генератора к шагово­ му двигателю и в систему ЧПУ.

Величина дискреты отсчета в таких системах сравнительно мала и в некоторых конструкциях составляет 0,005 мм. Вместе с тем отсутствие обратной связи по положению рабочего органа не позволяет учитывать зазоры в кинематической цепи, ее нежесткость, а также износ, в результате чего общая точность пози­ ционирования рабочего органа находится в пределах 0,1 мм.

Для отсчета перемещения рабочих органов с более высокой точностью, при которой суммарная погрешность позиционирова­ ния не превышает 0,010—0,025 мм, применяются замкнутые си­ стемы управления. Эти системы осуществляют обратную связь по положению рабочего органа с системой ЧПУ, которая управ­ ляет приводом перемещения рабочего органа (рис. 126). В мно­ гооперационных станках с позиционной системой ЧПУ контроль положения рабочего органа может осуществляться только в по­ зициях, заданных программой. В станках с контурной или уни­ версальной системами ЧПУ си­

перечисленных типов конструктивно выполняется в двух мо­ дификациях — линейные и круговые датчики.

Индуктивные датчики преобразуют перемещение в напряже­ ние или ток. Питаются они переменным током промышленной частоты, а иногда и повышенной частоты. Основными элемента­ ми этих датчиков являются магнитопровод с изменяемым воз­ душным зазором и установленные на нем катушки индуктивно­ сти, в которых изменяется амплитуда тока в зависимости от из­ менения воздушного зазора.

Индукционные датчики работают при непрерывно изменяю­ щемся зазоре в магнитопроводе. В конструкции датчиков преду­ сматриваются две обмотки, одна из которых питается постоян­ ным током, создающим магнитное поле. Во второй обмотке вследствие непрерывно изменяющегося зазора в магнитопроводе индуктируется переменная э. д. с., пропорциональная положе­ нию рабочего органа.

Фазовые датчики преобразуют величину перемещения рабо­ чего органа в разность фаз переменного тока. В основном они состоят из двухили трехфазной обмотки, питающейся перемен­ ным током, и однофазной обмотки, в которой индуктируется ток, причем фаза последнего пропорциональна перемещению рабоче­ го органа.

Фотоэлектрические датчики используют изменение интенсив­ ности освещенности фотоэлемента в зависимости от положения рабочего органа. Они состоят из осветителя и системы шкал, преобразующих световой поток в ряд освещенных и затемнен­ ных участков, которые проектируются на фотоэлемент. В фото­ элементах возникает ток переменной амплитуды, пропорциональ­ ной положению рабочего органа.

Основными факторами, определяющими выбор типа датчика, являются: дискретность отсчета датчика или его разрешающая способность, точность измерения и скорость формирования ин­ формации о положении рабочего органа. Не менее важным яв­ ляется и конструктивная особенность датчика, обусловливающая надежность и долговечность его работы, а также технологические возможности его изготовления. Наибольшей точностью обладают индуктивные и фотоэлектрические датчики. Погрешности измере­ ния некоторых конструкций линейных датчиков такого типа не превышают 0,002 мм/м. Индукционные и фазовые датчики менее точны; обычно погрешность их измерения 0,01 мм/м.

Дискретность измерения наименьшая у фотоэлектрических датчиков. Линейные фотоэлектрические датчики фирмы Ferranti (Англия) обеспечивают отсчет перемещения с дискретностью 0,001 мм, а некоторые конструкции круговых фотоэлектрических датчиков позволяют отсчитывать 0,0001 оборота. Несколько большую величину дискретности имеют индукционные датчики положения (до 0,002 мм). Фазовые линейные датчики имеют дискретность в пределах 0,005—0,01 мм. Наибольшую разреша­

258

ющую способность среди дат­ чиков этого типа имеют индуктосины. Индуктивные датчики имеют сравнительно большую дискретность, которая в совре­ менных конструкциях ограни­ чена 1—5 мм.

По скорости формирования информации о положении ра­ бочего органа наиболее быст­ родействующими являются фа­ зовые и фотоэлектрические датчики. Менее быстродей­ ствующими являются индук­ ционные и индуктивные дат­ чики.

Применение того или иного типа датчика определяет струк­ туру управления. В многооперационных станках получили рас­ пространение два типа систем: счетные и аналоговые.

В счетных системах датчиком формируется информация о положении рабочего органа, равная или кратная одной дискре­ те отсчета. Эта информация преобразуется в импульс, который посылается в счетчик. Последний, накапливая импульсы, форми­ рует полную информацию о положении рабочего органа. Такая система достаточно проста по конструкции, однако для ее надеж­ ной работы необходимо предусмотреть в монтаже тщательную защиту от помех, которые могут восприниматься в каналах меж­ ду датчиком и счетчиком импульсов. Недостатком такой систе­ мы также является потеря информации о положении рабочего органа при выключении питания станка.

В аналоговой системе управления датчик непрерывно выдает информацию о положении рабочего органа. Эта информация выдается в виде напряжения или разности фаз. В отличие от счетной системы такая система не теряет информацию при вы­ ключении питания станка. Однако в ее конструкции требуется установка набора датчиков, что усложняет систему и увеличи­ вает габариты отсчетного устройства.

Фотоэлектрический датчик счетно-импульсной системы уп­ равления (рис. 127), примененный на многооперационном станке, состоит из неподвижной металлической штриховой меры 5 и под­ вижной головки, содержащей осветитель 7, фокусирующие устройства 3 и 6, решетку (шторку) 4 и два фотодиода 1 и 2. Штриховая мера 5 представляет собой шкалу, ширина штрихов которой равна промежутку между ними. В результате этого на штриховой мере образован ряд затемненных и блестящих зон. Ширина штриха или зоны составляет 0,02 мм. Решетка 4 имеет ряд прозрачных и светонепроницаемых участков, ширина кото­ рых равна ширине штрихов штриховой меры. Световой луч от

осветителя 7, пройдя через фокусирующее устройство 6 в решет­ ку 4, отражается от штриховой меры 5. Отраженный световой пучок фокусируется устройством 3 и попадает на фотодиоды 1 и 2. При перемещении меры 5 относительно решетки 4 сила све­ тового потока луча, отраженного на фотодиоде, изменяется, в ре­ зультате чего через фотодиоды протекает ток, изменяющийся по синусоидальному закону. Шаг синусоиды тока равен шагу штри­ ховой меры, т. е. сумме ширин штриха и блестящего участка. Фотодиоды 1 и 2 смещены относительно друг друга таким обра­ зом, что сила тока, протекающего в них в каждый момент вре­ мени, смещена по фазе на 90°. По разности фаз тока в обоих фотодиодах определяется направление перемещения головки датчика, а следовательно, и рабочего органа, к которому она прикреплена. Синусоидальный ток, протекающий в фотодиодах, с помощью электронного устройства преобразуется в прямо­ угольные импульсы с шагом 0,01 мм. Эти импульсы посылаются в счетчик, который, накапливая их, формирует информацию о по­ ложении рабочего органа.

В многооперационных станках более высокой точности, тре­ бующих отсчет с дискретностью до 0,0025 мм, нашла применение другая конструкция фотоэлектрического датчика, разработанного фирмой Ferranti (Англия). В этом датчике (рис. 128) использо­ вана стеклянная штриховая мера 3 с шагом штрихов, равным 0,005 мм, которая устанавливается на неподвижной части стан­ ка. На рабочем органе устанавливается головка датчика, содер­ жащая осветитель 4, решетку 5 со штрихами, имеющими такой же шаг, как и шаг делений штриховой меры, призму 6 и два фотоэлемента 1 и 2. Луч осветителя просвечивает меру и решет­ ку и с помощью призмы отражается на фотоэлементы. Штрихи решетки 5 наклонены относительно штрихов меры, вследствие чего за решеткой образуется ряд светлых и затемненных гори­ зонтальных полос («муар»). При перемещении головки относи-

Рис. 128. Линейный фотоэлектрический датчик фирмы Ferranti:

а — конструктивная схем а; б — схема получения «муара»

280

1 2

Рис. 129. Линейный индуктосин:

а — конструктивная с х е м а ; б — э л е к т р и ч е с к а я с х ем а

тельно штриховой меры затемненные и светлые полосы за решет­ кой перемещаются в направлении, перпендикулярном перемеще­ нию головки, в результате чего изменяется освещенность фото­ элементов / и 2. Изменение освещенности вызывает в фотоэле­ ментах синусоидальный ток с шагом синусоиды, равным шагу штрихов. С помощью электронного преобразователя синусои­ дальный ток преобразуется в прямоугольные импульсы с ’/г ша­ га штрихов меры, что и обеспечивает дискретность отсчета дат­ чика, равную 0,0025 мм. Как и в предыдущей системе, импульсы посылаются в счетчик, накапливающий информацию о положе­ нии рабочего органа.

Обе системы обладают большим быстродействием, что позво­ ляет осуществить контроль положения рабочего органа на высо­ ких скоростях его движения, величина которых составляет 5—8 м/мин. Однако применяемые в системе линейные фотоэлек­ трические датчики требуют тщательной защиты, что конструк­ тивно не всегда выполнимо. Возможное запыление шкал снижает уровень сигнала датчика и может привести к уменьшению на­ дежности системы. Для ликвидации этих недостатков в счетной системе управления могут быть применены фазовые датчики. Датчик такого типа, обладающий сравнительно малой величиной дискреты (до 0,01 мм), разработан фирмой Ferrand (США). Этот датчик получил название индуктосина и достаточно широко применяется в системах контроля перемещения рабочих органов станков. Такая система с линейным индуктосином применена на многооперационных станках фирмы Oliwetti (Италия).

Линейный индуктосин (рис. 129) представляет собой стек­ лянную линейку 1, установленную неподвижно, и взаимодейст­ вующую с ней головку 5, которая устанавливается с зазором 0,10—0,13 мм относительно линейки на неподвижном рабочем органе. На линейке и головке нанесены печатным способом об­ мотки 2, 3 и 4. Обмотки 3 и 4 питаются переменным напряжени­ ем высокой частоты (до 10 кГц), причем в обмотке 4 фаза на­ пряжения смещена относительно напряжения в обмотке 3 на 90° (обмотки 3 и 4 создают бегущее поле, взаимодействующее с об­ моткой 2). В обмотке 2, нанесенной на линейке, индуктируется переменное напряжение, фаза которого сдвинута относительно

261