Файл: Сергиевский, Л. В. Наладка, регулировка и испытание станков с программным управлением учебное пособие.pdf

Рис. 1. Незамкнутая си­ стема ЧПУ с импульсношаговым приводом (трех­ координатная)

мышленности, является импульсно-шаговая система с использованием привода от шаговых двигателей. Блоксхема такой системы приведена на рис. 1. Рассмотрим ра­ боту данной схемы. Программа обработки записана на магнитной ленте в унитарном коде. Каждый импульс кода соответствует перемещению рабочего органа станка (стол, пиноль, суппорт и т. п.) на один элементарный шаг. Для управления перемещением рабочих органов станка на магнитной лепте предусмотрены для каждого рабочего органа дорожки записи с импульсами двух полярностей, причем импульсы положительной полярности соответ­ ствуют движению рабочего органа в одну сторону, а отри­ цательной — в другую.

Сигналы, считываемые с магнитной ленты / магнитнбй головкой 2, усиливаются импульсными усилителями 3 и формируются в блоках формирования 4 в прямоугольные импульсы. Прямоугольные импульсы попадают на коль­ цевой распределитель-коммутатор 5 и распределяются, коммутируя обмотки шагового двигателя 6, который начинает вращаться. Вращаясь, шаговый двигатель при достаточной мощности может перемещать рабочий орган станка сам или с помощью усилителей моментов, связан­ ных с рабочими органами 5 через исполнительные устрой­ ства 7.

Блоки управления такой системы ЧПУ выполняются, как правило, на электронных или полупроводниковых элементах; частота следования сигналов по каналам си­ стемы и обмоткам шагового двигателя колеблется от 500 до 800 Гц (при двигателях старой конструкции), что соот­ ветствует скорости перемещения рабочих органов до

1м/мин.

Взамкнутой системе управления величина пути, на

которую перемещается рабочий орган станка, контроли­

9

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