Копирные системы

Системы с управлением при помощи упоров и концевых выключателей. В этих системах включения, остано­вы и переключения цепей привода рабочих органов оборудования произ­водятся при помощи упоров или концевых выключателей, установленных на неподвижных частях оборудования и срабатывающих под действием подвижных частей (суппорта, стола) в момент прихода их в заданное положение. Устанавливаются и регулируются упоры и концевые выключатели вручную при помощи универсальных измерительных средств: плиток, штихмасов и т. п.

Точность обработки при использовании упоров и концевых выключа­телей 0, 05—0, 10 мм.

Системы конструктивно просты, дешевы и являются эффективным средством автоматизации для траекторий рабочих органов, составлен­ных из небольшого числа (обычно не свыше 8—10) отрезков прямых. Системы нашли применение для автоматизации токарных, фрезерных и координатно-расточных станков.

Недостатком систем является большая трудоемкость точной уста­новки упоров и концевых выключателей на требуемый размер, превы­шающая примерно в 10 раз трудоемкость рассматриваемых в дальней­шем систем с (Переключателями.

Кулачковые системы. Управление всеми переключениями и перемещениями подвижных частей оборудования в кулачковых систе­мах осуществляется при помощи кулачков, установленных на распреде­лительном валу. Системы широко применяются в станках-автоматах, обеспечивая возможность обработки с высокой точностью сложных по конфигурации поверхностей.

Серьезным недостатком систем является высокая трудоемкость про­ектирования и изготовления кулачков, рабочая поверхность которых имеет сложную конфигурацию и должна быть изготовлена с высокой точностью. Поскольку кулачки воспринимают большие нагрузки (напри­мер усилия резания), сечение их выполняют массивным, а рабочую по­верхность упрочняют. Применение кулачковых систем экономически це­лесообразно лишь в условиях больших программ выпуска.

Копировальные системы применяются для автоматизации перемещения исполнительных механизмов оборудования по ступенчатой или криволинейной траектории. При этом всякого рода переключения обычно осуществляются вручную или при помощи дополнительных кон­цевых выключателей.

Различают механические копировальные системы и копировальные системы со следящим приводом.

Пример механического копирования при обработке на вертикально-фрезерном станке приведен на рис. 22. Заготовка / и копир 2 уста­новлены на общем столе с механической продольной подачей. Попереч­ная подача осуществляется за счет постоянного прижатия копира 2 гру­зом 3 к копировальному пальцу 4, жестко связанному с фрезой 5.

Механические копировальные системы просты конструктивно, но об­ладают двумя существенными недостатками.

1. Значительная трудоемкость копира, который воспринимает боль­шие нагрузки и изготовляется из прочных материалов большой тол­щины.

2. Ограниченный угол подъема профиля. Значительный рост сил трения в направляющих и между копиром и копировальным пальцем не позволяет обычным путем копировать профили с углом подъема бо­лее 45°.

Копировальные системы со следящим приводом являются по прин­ципу управления замкнутыми. На рис. 23 показана схема работы копировально-фрезерного станка со следящим приводом. Копир 1 и заго­товка 2 установлены на столе 3 и в процессе обработки получают по­стоянную продольную (так называемую задающую) подачу от двигате­ля 4. Направление вертикальной (следящей) подачи определяется им­пульсами, поступающими от копировальной головки 5 в усилительное устройство и далее к двигателю вертикальных подач 6, вызывающему вертикальное перемещение шпиндельной бабки 7 и установленных на ней копировальной головки и фрезы.

Наличие усилителя в системах со следящим приводом дает им ряд преимуществ по сравнению с механическими копировальными система­ми: небольшие давления на копир (80—250 г), позволяющие изготов­лять его с относительно небольшими затратами труда из легко обраба­тываемых материалов; возможность обработки крутых профилей с уг­лом подъема до 90°; более высокая точность и чистота поверхности.

В схеме, представленной на рис. 23, продольная подача в процес­се обработки остается неизменной, а управляемой является подача по одной (вертикальной) координате. Такие системы называются однокоординатными. Недостатком их является зависимость результирующей (по касательной к траектории) подачи от угла подъема профиля, что вызы­вает неравномерную нагрузку на инструмент. Кроме того, при помощи однокоординатных систем невозможна обработка замкнутых контуров по схеме рис. 23.

Рис. 22. Схема механического копирования:

1—заготовка; 2—копир; 3—груз; 4—копи­ровальный палец; 5—фреза

Рис. 23. Схема работы станка со следящим приводом:

1—копир; 2—заготовка; 3—стол; 4—дви­гатель задающей подачи; 5—копиро­вальная головка; 6—двигатель верти­кальных подач; 7—шпиндельная бабка; 8—фреза

В двухкоординатных системах управляются подачи по двум взаимно перпендикулярным осям, причем соотношение между подачами выбира­ется таким, чтобы движение инструмента по траектории было равно­мерным. Двухкоординатные системы позволяют обрабатывать профили с углом подъема до 90° и замкнутые контуры.

Для обработки сложных поверхностей применяются трех-, четырех-и пятикоординатные следящие системы.

В настоящее время нашли практическое применение несколько ти­пов следящего привода.

Электромеханические следящие копировальные системы имеют ко­пировальную головку 5 электроконтактного или индукционного типа (см. рис. 23). Подвижный щуп копировальной головки электрокон­тактного типа имеет две пары контактов. В процессе обработки на участках, где профиль копира идет на подъем, щуп, перемещаясь из ней­трального положения вверх, замыкает контакты, включающие двигатель вертикальной подачи. В результате этого шпиндельная бабка с фрезой и жестко связанный с ними корпус копировальной головки перемещают­ся вверх до тех пор, пока щуп головки не займет нейтральное положение, что вызывает размыкание контактов. На участках «спуска» профиля щуп перемещается из нейтрального положения вниз, что приводит к за­мыканию второй пары контактов и к включению подачи в направлении «вниз».

Недостатком систем электроконтактного типа является сравнитель­но большая инерция, вследствие чего точность и чистота обработки от­носительно низки.

Более совершенны бесконтактные электрические копировальные го­ловки. Они лишены недостатков, связанных с наличием контактов, и от­личаются высокой чувствительностью, плавностью работы и возмож­ностью вести обработку со значительными подачами. Недостатком их является необходимость большого усиления сигналов, что усложняет электрическую аппаратуру станка. Среди головок этого типа распро­странены индуктивные электрокопи­ровальные головки, одна из конст­рукций которых приведена на рис. 24. Отклонения копировального пальца 1 под действием копира 2 вы­зывают изменение воздушного зазо­ра между сердечниками 3—4 и яко­рем дифференциального трансфор­матора, вследствие чего изменяется напряжение на его выходе. Через усилительное устройство команда поступает на двигатель поперечных подач, вызывая соответствующее перемещение («на копир» или «от ко­пира») шпиндельной бабки.

Рис. 24. Схема индуктивной копи­ровальной головки:

1—копировальный палец; 2—копир; 3 и 4— сердечники дифференциального трансформатора

Гидравлические следящие копировальные системы получили широ­кое распространение в ряде моделей автоматов и полуавтоматов, а так­же в конструкциях копировальных приставок к универсальным металло­режущим станкам. Схема работы однокоординатной гидравлической ко­пировальной системы при об­точке фасонной поверхности представлена на рис. 25. В поперечном направлении суппорт 6 с резцом / переме­щается под давлением жидко­сти, поступающей в полости А или Б цилиндра 7. При нейтральном положении золотника 4, показанном на рис. 5.13, по­лости Л и Б не находятся под давлением, так как канал 8 пе­рекрыт золотником. В этом случае поперечная подача от­сутствует и резец обрабаты­вает цилиндрический участок поверхности. При попадании щупа 3 на уступ копира золот­ник перемещается вниз. При этом жидкость под давлением поступает в полость А золот­ника, вызывая перемещение суппорта «от изделия». Перемещение прекращается, когда золотник снова окажется в нейтральном положении относительно корпуса суп­порта.

Рис 25. Гидравлическая ко­пировальная система (принцип действия):

1—резец; 2—копир; 3—щуп; 4—золот­ник; 5—пружина; 6—суппорт; 7—ци­линдр; 8—отверстие для подвода жидкости под давлением

Аналогично совершается следящая подача в обратном направлении. Постоянный прижим щупа 3 к копиру обеспечивается пружиной 5.

Гидравлические копировальные системы отличаются малой инерци­онностью и позволяют осуществлять бесступенчатое регулирование по­дач станка. Вследствие этого достигается высокая точность размеров (0, 02—0, 05 мм) и чистота обработки порядка V6— V7. К тому же они значительно дешевле индукционных систем.

Недостатком гидравлических копировальных систем является неустойчивость в начальный период из-за повышенной вязкости не разогретого масла и сравнительно малая длина хода вследствие трудности из­готовления высокоточных деталей большой длины.

Оптические следящие копировальные системы позволяют копиро­вать с точно выполненного чертежа. В самолетостроении получил рас­пространение станок КФС-ЗЧ для фрезерования контуров плоских шаблонов по плазу. Стопку заготовок шаблонов и панель плаза закрепляют на двух неподвижных столах станка. Копировальная головка с фотовизиром и фрезерная головка установлены на общем портале, перемеще­ние которого в плоскости столов управляется фотовизиром (рис. 26). Изображение участка чертежа с линией 2 проходит через полый вал 6 синхронного двигателя 5 и через отверстие 8, эксцентрично расположен­ное во вращающейся диафрагме 7, попадает на фотоэлемент 9.

Рис. 26. Схема фотовизира станка КФС-ЗЧ:

1—чертеж; 2—линия чертежа; 3—светильник для подсвета чертежа; 4—объектив; 5—электрический синхронный двига­тель; 6—полый вал электродвигателя; 7—диафрагма; 8—отверстие диафрагмы; 9—фотоэлемент

Пара­метры оптической системы выбраны с таким расчетом, чтобы изображе­ние линии чертежа в плоскости диафрагмы 7 полностью перекрывало от­верстие 8 диафрагмы, вызывая полное периодическое затемнение фото­элемента 9. За один оборот диафрагмы фотоэлемент подвергается дей­ствию двух световых импульсов от верхнего и нижнего участков черте­жа (плаза), разделенных линией копируемого контура. Соотношения между длительностями этих импульсов, а также фазовое их смещение используются для выдачи управляющих команд в процессе слежения за линией чертежа.

Рассмотрим работу следящего устройства при копировании участка кривой, расположенной под углом а к оси Ох координатной системы столов станка. Подача копировальной головки всегда осуществляется вдоль оси 3 фотовизира (рис. 27). В идеальном случае ось 3 фотовизирной головки совпадает с изображением линии чертежа 2, и подача осуществляется по касательной к контуру чертежа (рис. 27, а).При пе­реходе копировальной головки на участок чертежа с другим углом на­клона (рис. 27, б) произойдет фазовое смещение световых импульсов на угол α и появится управляющий сигнал на поворот фотовизира во­круг своей оси в направлении, указанном стрелкой. Сигнал прекратится, как только ось фотовизира совпадет с линией чертежа.

Рис. 27. Характерные положения фотовизира относи­тельно линии чертежа:

1—траектория центра светового пятна вращающейся диафрагмы; 2—линия чертежа; 3—ось фотовизира

При смещении центра фотовизира относительно линии чертежа (рис. 27, в)изменяется соотношение длительности световых импульсов, что вызывает появление управляющего сигнала на устройстве коррекции подачи и перемещение фотовизирной головки в направлении стрелки А до тех пор, пока она не придет в положение, показанное на рис. 27, а.

Система обеспечивает точность копирования до ±0, 1 мм, чистоту поверхности V5 — V6 и скорость подачи до 600 мм/мин.

Недостатками оптических следящих копировальных систем явля­ются сложность их устройства и трудность воспроизведения контуров с острыми углами.

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ КОНТРОЛЯ

Автоматизация контрольных операций позволяет не только резко со­кратить их трудоемкость, измеряемую многими тысячами человеко-часов на одну машину, но и повысить точность изготовляемых деталей и на­дежность систем. Особенно эффективным является активный контроль, органически связанный с автоматизированным процессом обработки. В последнее время полу­чают все большее примене­ние так называемые само­настраивающиеся системы, которые при классификации по принципу управления со­ставляют отдельный класс наряду с разомкнутыми и замкнутыми системами.

Рис. 28. Структурная схема самонастраиваю­щейся системы:

1—программоноситель; 2 — считывающее устройство; 3 — самонастраивающееся устройство; 4—блок оперативной памяти; 5—усилитель; 6—двигатель приводарабочего органа; 7—стол; 8—заготовка; 9—измеритель-пре­образователь

Структурная схема са­монастраивающейся систе­мы приведена на рис. 28. В процессе изготовления первой детали информация, записанная на программоносителе 1, считывается устройством 2, проходит без изменения через само­настраивающееся устройство 3и оперативную память 4и после усили­теля 5 управляет двигателем 6 привода рабочего органа оборудования, например стола фрезерного станка. При этом обрабатывается заго­товка 8.Вследствие затупления инструмента, деформации станка, заго­товки и инструмента, а также других причин действительные размеры детали 8 будут отличаться от запрограммированных. Величина их фик­сируется измерителем-преобразователем 9. Результаты измерения пере­даются в самонастраивающееся устройство 3 и алгебраически сумми­руются с сигналами команды от считывающего устройства. Среднее значение их фиксируется в блоке оперативной памяти 4.