Средства управления

Важной особенностью работы большей части технологическо­го оборудования является цикличность - многократное повторе­ние определенной последовательности действий, обеспечиваю­щих обработку детали с заданной точностью, производительнос­тью и себестоимостью. Например, токарная обработка сводится к следующему циклу: установка и закрепление заготовки, подвод инструмента, рабочий ход (собственно точение), отвод инстру­мента, удаление детали.

При ручном управлении технологическим оборудованием ра­бочий преобразует информацию чертежа детали в действия по уп­равлению рабочим циклом станка, используя свои опыт и знания о методах обработки, последовательности выполнения техноло­гических переходов, применяемых режимах обработки, особен­ностях станка и инструмента. При этом обеспечивается большая универсальность и высокая мобильность: простота перехода на обработку другой детали, учет рабочим изменений в чертеже и т. д. Производительность и качество обработки в этом случае определяются мастерством и работоспособностью рабочего, которые ограничены и весьма нестабильны, что является непреодолимой преградой на пути повышения производительности и обеспечения качества обработки.

При использовании систем автоматического управления рабочий цикл выполняется под управлением автомата по заранее разработанной и записанной на программоноситель программы (копир, кулачок, данные на магнитном диске и т.д.). Управляющая программа (УП) - это последовательность команд, обеспечивающих заданное функционирование рабочих органов станка для выполнения технологического процесса.

П ростейшими системами автоматического управления являются механические копировальные системы (рис. 3.53). В этих системах при обработке детали 1 плоский копир 2 через щуп 3 (толкатель) управляет перемещением поперечного суппорта 5 с режущим инструментом и обеспечивает требуемую поперечную подачу 5 при перемещении продольного суппорта 4 с подачей Sz. Система дополняется линейкой 8, перемещающейся вместе с продольным суппортом, на которой расположены путевые упоры 7, воздействующие в определенные моменты времени на переключатели 6. Упоры, проходя мимо неподвижных конечных переключателей, сигнализируют о завершении очередного этапа цикла, вызывают автоматический останов подачи, выполнение холостого хода и т. д.

Так как реальные щуп и инструмент имеют радиусы скругления, фактическая об­работка происходит по эквидистантам (рис. 3.54). Для обес­печения точности воспроизведения заданного профиля необходимо, чтобы радиусы скругления щупа RЩ и инст­румента RN (резца, фрезы) были равны и не превышали минимальный радиус скруг­ления профиля копира RK.

Эти системы конструктив­но просты и надежны, одна­ко при их работе возникают большие потери на холостые ходы для возврата копира в исходное положение перед началом нового цикла.

Если в качестве копиров взять кулачки, жестко закреп­ленные на общем валу, назы­ваемом распределительным, то при вращении вала кулач­ки могут управлять большим количеством различных рабочих ор­ганов с надежной синхронизацией всех движений цикла при об­работке детали (как рабочих, так и вспомогательных). При этом обеспечивается требуемая скорость перемещения рабочих орга­нов, заданный порядок переходов и цикличность процесса обра­ботки (1 цикл на 1 оборот вала).

По заданной программе управления из карты наладки рассчи­тывается форма кулачков; их взаимное расположение определяет­ся циклограммой.

На рис. 3.55 приведены эскизы дискового (а) и барабанного (б) рабочих кулачков, а также развертка барабанного кулачка (в). Перемещения рабочих органов задаются изменением радиусов ра­бочего дискового кулачка (см. рис. 3.55, а) или формой канавки барабанного кулачка (см. рис. 3.55, б), скорость перемещения оп­ределяется скоростью вращения распределительного вала и угла­ми а, (3,, RZ дискового кулачка, а также длиной L~.к,, L~„ LX.чZ бара­банного кулачка (LX.X, - подвод инструмента, а , LP - рабочий ход, (3~ , Lx.X2 - отвод инструмента, см. рис. 3.55, в).

Помимо рабочих кулачков используются командные кулачки (см. рис. 3.55, г), вызывающие переключение в нужный момент (момент прохождения упора 2 на командном кулачке 3 мимо неподвижного переключателя 1), например для изменения скорости вра­щения самого распределительного вала или шпинделя станка. Системы управления с распределительным валом относятся к системам разомкнутого типа, так как не используют данных о регулируемом объекте (нет цепи обратной связи). Вследствие вы­сокой сложности и стоимости расчета и изготовления кулачков распределительного вала применение этих систем экономически оправданно в массовом и крупносерийном, реже в серийном, про­изводстве. Серьезным недостатком механических копировальных систем, ограничивающим их применение, является быстрый из­нос копира из-за действия на него сил резания, передаваемых от резца к щупу через механику системы управления.

В следящих системах управления на основе электро-, гидро­или пневмопривода копир и щуп выступают только в виде задат­чика перемещения, а функцию рабочей подачи выполняет сило­вой следящий привод. Сила давления щупа на копир в этом случае невелика, что упрощает изготовление копира, уменьшает его из­

нос и продлевает срок служ­бът, а также повышает точ­ность обработки. Существу­ют следящие системы управ­лении как одномерной, так и многомерной (объемной) обработкой.

Для изготовления копира можно применять легко об­рабатываемые, в том числе синтетические материалы. Часто вместо копира ис­пользуют первую деталь, из­готовленную при управле­нии вручную.

Схема простейшей гид­равлической следящей копи­ровальной системы показа­

на на рис. 3.56. Щуп 7, связанный со следящим распределителем, скользит по поверхности копира 6, установленного вместе с за­готовкой 4 на столе 5, имеющем задающую подачу S,d„. В сред­нее окно корпуса распределителя насос подает масло под дав­лением Ро, а через верхнее и нижнее окна происходит слив масла. Следящая подача S~„ шпиндельной бабки 3 с фрезой обеспечи­вается следящим гидроцилиндром 2, поршень со штоком 1 ко­торого неподвижен (закреплен на колонне станка).

На горизонтальном участке копира, когда рассогласования между требуемым и реалъным положениями рабочего органа нет, плунжер находится в среднем положении. При этом закрыта пода­ча масла от насоса и закрыт слив масла из обеих полостей гидро­цилиндра, а следящая подача S~„= 0. При перемещении щупа вверх или вниз открывается подача масла под давлением соответствен­но в верхнюю или нижнюю полость гидроцилиндра, что вызыва­ет перемещение вверх или вниз цилиндра вместе с шпиндельной бабкой и корпусом распределителя до тех пор, пока плунжер рас­пределителя не окажется снова в нейтральном положении и не перекроет подачу масла под давлением в гидроцилиндр.

В этой системе реализован принцип управления с обратной связью, осуществляемой закреплением корпуса распределителя не­посредственно на шпиндельной бабке.

Развитием систем с распределительным валом являютси систе­мы циклового программного управления. Размерная информация (величина требуемых перемещений рабочих органов, моменты пе­реключения режимов работы) задается профилем копиров и по­ложениями путевых упоров на специальнътх линейках или бараба­нах, перемещающихся вместе с рабочим органом. Для каждой ко-

ординаты настраивают свою линейку. Логическая последователь­ность действий, содержание этапов цикла, условия завершения одного этапа и перехода к следующему заносятся в запоминаю­щее устройство.

Программа в запоминающем устройстве имеет циклицеский характер: по завершении выполнения последней команды (послед­кего этапа цикла) программа запускается заново. Первой коман дой программы является команда опроса состояния переключате­лей, сигнализирующих о готовкости оборудования к выполнению очередного цикла. Если оборудование готово (исправно, все узлы находятся на исходных позициях, заготовка установлена и т.д.), то нацинаетсп последовательное ныполнение команд программы, вызывающих перемещение рабочих органов, переключение режи­мов работы и т.д.

При перемещении рабочих органов срабатывают конечные пе­реключатели, сигналы об их состоянии поступают в логический блок, который определяет момент завершения выполнения дан­ной команды и переход к следующей. Команды программы содер­жат код команды (код логической операции) и коды операндов (номера переключателей, состояние которых анализируется ко­мандой).

Существует много способов хранения программы. Это может быть штекерная панель со штекерами или панель переключателей, положение которых определяет содержание команд, или устрой ство последовательного ввода кода очередной команды с перфо­ленты. Часто применяют устройство ддя предварительного последо­вательного ввода команд с клавиш в память на ферромагнитнътх сердечниках или полупроводниковую память на микросхемах.

В массовом и крупносерийном производстве экономически оправданным является жесткое программирование, когда команды заносятся в лостоянное запоминающее устройстно (ПЗУ) в виде спаянных электрических схем или микросхем памяти, работающик только на считывание. Устройство управления, логический блок или координатор - это электрическое или электронное устрой­ство, предтtазначенное для считывания в свой регистр (внутреннюю память) очередной команды ттрограммы, расшифровки кода команды, опроса состояния нужных переключателей, выполнения логических операций и выдачи по результатам выполнения опе­рации команд на реле, электромагнитные муфты и другие исполни­тельныс устройства, управляютцие работой оборудования.