Файл: Комаров, А. Ф. Наладка и эксплуатация электрооборудования металлорежущих станков.pdf

10. Элементы и устройства программного управления электроприводами металлорежущих станков

За последнее десятилетие значительное развитие полу­ чили системы автоматического управления приводами металлорежущих станков, работающие по заранее задан­ ной программе. Программа может быть задана различным образом. Например, в копировальных станках, применяе­ мых для обработки деталей с пространственно-сложными поверхностями (лопатки турбин, сложные штампы, ку­ лачки для различных автоматов), программа задается в виде шаблона или модели, изготовленных ручным спо­ собом. В процессе копирования по поверхности модели движется копировальный палец, форма которого точно соответствует режущему инструменту. Перемещение ко­ пировального пальца передается режущему инструменту, который точно повторяет эти перемещения.

В станках с цикловым управлением, применяемых для обработки различных ступенчатых поверхностей, канавок, внутренних и наружных рамок, программа за­ дается на штекерных панелях или с помощью блоков путевых выключателей, переставных кулачков, много­ позиционных барабанов. В этих стайках размеры контро­ лируются микровыключателями, по расставленным в необ­ ходимых точках пути упорам, закрепленным на подвиж­ ных органах станка.

Указанные выше способы задания программ при­ емлемы для крупносерийного производства, так как на переналадку копировальных станков и станков с цикловым управлением затрачивается много времени. В мелко­ серийном и единичном производстве наиболее широкое применение получили станки с числовым программным управлением.

Может возникнуть такой вопрос: если производство мелкосерийное и единичное, то стоит ли делать станки, оснащенные сложными устройствами, не проще ли сде­ лать по чертежу на обычном станке? Оказывается, что при изготовлении деталей достаточно сложной формы работа по программе экономит очень много времени, га­ рантируя при этом высокую точность при очень небольшом проценте брака.

Все дело в том, чтобы не вызывал затруднений самый процесс задания программы и чтобы устройства, на кото­

153

рых построена системма программного управления, были надежными в эксплуатации.

Система числового программного управления (СЧПУ) охватывает целый комплекс мероприятий от записи про­ граммы до получения готовой детали. Сущность число­ вого программного управления заключается в том, что величины перемещений рабочих органов станка опре­ деляются числами, которые фиксируются на программо­ носителе и вводятся в систему управления станком. Одно­ временно на программоноситель в определенной последо­ вательности наносят числа, дающие команды на начало

иокончания обработки детали, смену инструмента и т.д.

Вкачестве программоносителя с СЧПУ используют пер­ фокарту, перфоленту и магнитную ленту, цифровые счет­ чики и различные ключевые устройства.

Блок-схема СЧПУ (рис. 95) в общем случае состоит из блока подготовки и записи программы БЗП, дешифра­

в себя устройство подготовки программы и записи ее на программоноситель. Основой для составления программы служат технологические данные детали: ее размеры, материал, заданная точность обработки, необходимый инструмент, оснастка, величины рабочих подачи скорости резания.

Составляют программу ручным способом с последую­ щим переносом полученных данных на перфокарту или перфоленту, или с помощью вычислительных машин. В последнем случае в машину вводят данные чертежа и тех­ нологические требования и получают полную программу

Рис. 95. Блок-схема СЧПУ

154

чил из-за сложности. Некоторое применение получил двоичный код, в котором любое число может быть запи­ сано комбинацией двух цифр 0 и I, что очень удобно для

влено в двоичном коде следующим образом. Записывают число П в виде суммы последовательных степеней числа 2:

В этом коде число записывается в виде десятичного, а ка­ ждая цифра этого числа — в двоичном коде. На рис. 96 показана пятидорожечная телеграфная лента, на которой записано число 1369. Перед записью число представляют в виде 1369 = 1 X 103 + 3 - 102 + 6-101 + 9-10°.

На строке, соответствующей тысячам (103), пробивают на первой дорожке отверстие, затем на строке сотен (102) наносят в двоичном коде число 3, для чего пробивают отверстия на первой и второй дорожках (2° + 2х = 3), число десятков отмечают на строке 101 на второй и третьей дорожке (21 + 22 = 6) и, наконец, последнюю цифру 9 отмечают на шкале единиц на первой и четвертой дорож­ ках (2° + 23 = 9). При необходимости записать большее

155

число или число с десятыми, сотыми и т. д. используется другое количество строк.

Подготовленная программа поступает во вводное устрой­ ство, где считывается с помощью фотоэлектрических, контактных или пневматических устройств. Наибольшее распространение в современных СЧПУ получили фото­ электрические устройства (рис. 97). Они состоят из ленто­ протяжного механизма 4, осветителя 5 с оптической си­ стемой 6, фотоэлемента и усилителя. Полупроводнико­ вый фотоэлемент имеет металлический электрод 1, на который нанесен слой селена 2, покрытый сверху тонким полупрозрачным слоем золота 3 (слой золота является вторым электродом).

Принцип работы фотоэлемента основан на внутреннем фотоэффекте. Если свет от источника попадает на полу­ прозрачный слой, то под действием световой энергии электроны полупроводникового слоя станут полусвобод­ ными и переместятся в сторону положительного электрода. Обратному перемещению электронов препятствует раз­ ность потенциалов запорного слоя. Вследствие этого ме­ жду электродами 1—3 появляется э. д. с. Если электроды соединены с нагрузкой, то по ней потечет ток. Токи, полу­ чаемые в фотоэлементах, незначительны по величине, поэтому они предварительно усиливаются и затем пода­ ются на дешифратор.

В большинстве фотоэлектрических вводных устройств считывание программы осуществляется последовательно строка за строкой. Скорость считывания с помощью таких устройств составляет 5000 строк в секунду, в то время

156

Рис. 98. Запись и воспроизведение программы с маг­ нитной ленты

как скорость считывания электромеханических контакт­ ных вводных устройств не превышает 100—150 строк

в секунду.

Считанная вводным устройством закодированная про­ грамма поступает в дешифратор, где рассчитывается тра­ ектория движения центра резца и преобразуется в сиг­ налы управления станком. Обычно дешифратор выпол­ няет одновременно функции интерполятора, т. е. такого устройства, которое по опорным точкам траектории, за­ писанным в программе, рассчитывает промежуточные точки. Применение интерполирующих устройств позво­ ляет существенно уменьшить объем программы при обра­ ботке криволинейных контуров на станках с ЧПУ.

Интерполятор может работать или на один станок или на группу станков. В первом случае на вход исполнитель­ ного устройства сигналы поступают непосредственно с вы­ хода интерполятора, а во втором — предварительно за­ писывают расшифрованные сигналы на магнитную ленту, а затем на станке с помощью пульта управления воспро­ изводят запись.

Процесс записи программы на магнитную ленту и после­ дующее воспроизведение ее поясняет рис. 98. Запись про­ изводится следующим образом. Сигналы с выхода интер­ полятора подаются на вход усилителя, после чего посту­ пают на катушку записывающей магнитной головки 7. При поступлении сигналов магнитное поле в зазоре го­ ловки изменяется, изменяется и намагниченность ленты пропорционально величине входного сигнала. В програм­ мных станках широко применяют магнитную ленту тол­ щиной 60 мкм из ацетилцеллюлозы с нанесенным на нее

157

тонким слоем ферромагнитных частиц окиси железа, распределенных в немагнитной связующей среде.

Перед записывающей головкой (по ходу перемотки ленты с бобины 1 на бобину 3) установлена стирающая головка 9, по обмотке которой пропускают ток высокой частоты от генератора 12. Под действием магнитного поля стирающей головки лента 8 полностью размагничивается и старая запись стирается. Одновременно ток с генератора подается на записывающую головку, что необходимо для улучшения качества записи. Запись на магнитную ленту производится однополярными импульсами в унитарном коде, т. е. серией последовательных импульсов. Плот­ ность записи — не более пяти импульсов на 1 мм.

Для воспроизведения записи служит воспроизводящая головка 6, сигнал на выходе которой появляется при дви­ жении намагниченной ленты в воздушном зазоре головки. Так как амплитуда записанного сигнала невелика (6— 10 мВ), то напряжение, снимаемое с обмотки воспроизво­ дящей головки, поступает на усилитель 2. Так оно уси­ ливается до величины, достаточной для управления испол­ нительным механизмом. Для улучшения качества записи и воспроизведения лентопротяжный механизм имеет не­ сколько роликов (4; 5 и 10), предназначенных для стаби­ лизации скорости перемотки ленты.

В качестве исполнительных устройств, осуществляю­ щих непосредственное перемещение рабочих органов станка, используют двигатели постоянного тока, электро­ магнитные муфты, электромагниты постоянного и пере­ менного тока, асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, двухфазные асинхронные двигатели, шаговые двигатели с гидроусилителями и силовые шаго­ вые двигатели, не требующие гидроусилителей п работа­ ющие непосредственно на вал рабочего органа.

Фрезерные, токарные и некоторые другие станки, выпускаемые станкостроительными заводами, оснащаются системами ЧПУ с шаговым приводом. Основные показа­ тели СЧПУ с декодированной записью программы на магнитной ленте приведены в табл. 19, а с кодированной записью на перфоленте — в табл. 20. Устройства с деко­ дированной программой используют с импульсной или фазовой системой. Эти устройства проще, надежнее и де­ шевле устройств со встроенным интерполятором, несмотря на меньшие технологические возможности и большие эксплуатационные расходы на программирование. Их

158