4.1. Системы с регулируемым приводом

главного движения

Техническая реализация систем ССР в станках с УЧПУ оп­ределяется спецификой их работы, характеризуемой полной автоматизацией технологического процесса обработки заготовки [92, 95, 96, 114]. Поэтому известные системы ССР для универ­сальных станков, например, описанные в работах [35, 36, 121–126] не могут быть применены для станков с УЧПУ, т.к. требуют ряд ручных операций при изготовлении детали.

Вся информация в УЧПУ представляется в дискретной фор­ме в виде двоичных кодов, радиус обработки при этом принимает дискретные значения R_N с шагом r₀. Несмотря на это, вследствие малого значения r₀ процессы в системах ССР, ра­ботающих в составе УЧПУ, можно считать непрерывными (см. § 3.1).

Анализ выпускаемых в настоящее время станков токарной группы [5] показывает, что больше половины из них имеют ре­гулируемый привод главного движения, позволяющий реализо­вать в этих cтанках системы ССР непрерывного типа. Наиболее перспективной системой этого типа для станков с УЧПУ, позво­ляющих отключать поперечную подачу на время пускового режи­ма, является ПДС система ССР с переменными параметрами в пусковом режиме (см. § 2.3, рис. 2.5). Функциональная схема этой системы изображена на рис, 4.1 [40,41] .

Система работает следующим образом. В начале обработки программы суппорт станка выводят в нулевую точку, относи­тельно которой программируются все перемещения режущего инструмента [95]. Поперечная Х₀ и продольная Z₀ координаты этой точки набраны на соответствующих переключателях пульта оператора А1, входящего в состав УЧПУ ACL1. Начало отработки программы задаётся сигналом "Пуск" в А1, который поступает на устройство ввода А2 и через элемент ИЛИ DW1 на счётчик радиуса обработки DS1. При этом э память А2 записываются коды Х₀, Z₀, а в счётчик DS1 код Х₀, поступивший на него через мультиплексор DD. Одновременно с устройства ввода А2 в ин­терполятор D вводится информация, необходимая для первого кадра (операции) обработки детали. Интерполятор формирует в кадре обработки траекторию движения режущего инструмента в виде число-импульсного кода, при поступлении которого с вы­ходов ±X, ±Z на приводы подач У происходит соответственно перемещение суппорта станка по поперечной (радиусу R) и про­дольной координатам станка. При движении к центру шпинделя формируются импульсы на выходах -X ,-Z , а от центра - на выходах +Х ,+Z интерполятора. Таким образом, на выходе ре­версивного счётчика DS1, счётные входы которого соединены, с соответствующими выходами -X и +X интерполятора D, присутствует всё время код поперечной

Рис. 4.1

координаты, т.е. код радиуса обработки.

При смене инструмента производится коррекция заданного поперечного перемещения на код L, равный разнице длины резца, по которому производилась настройка оборудования и устанавливаемого в данном кадре. В УЧПУ эта коррекция производится в А2.

В блоке определения текущего радиуса АЕ системы ССР перед началом обработки кадра код L алгебраически суммируется в сумматоре DW2 с кодом радиуса, достигнутым к концу предыдущего кадра и записанным в регистр DS2. С выхода сумматора DW2 откорректированный код радиуса обработки подаётся через мультиплексор DD, который сигналом НК коммутируется соответствующим образом на вход счётчика DS1, куда он и записывается по сигналу НК, поступающему DS1 через элемент ИЛИ DW1. При этом код счётчикаDS1 равен всё время радиусу обработки детали.

Установка заданного значения V₃ скорости резания в кадре обработки происходит в соответствии с алгоритмом работы ПДС системы ССР с различными значениями параметров в пусковом режиме (см. рис. 2.5 и § 2.3). По сигналу НК схема задержки DT формирует на своих выходах сигналы, которыми останавливаются подачи X и Z в приводах У. Переключается автоматический переключатель SА, так чтобы на привод главного движения АВ в качестве задающего сигнала проходил с А2 сигнал запрограммированной в данном кадре частоты вращения шпинделя. В самом приводе АВ устанавливается значение коэффициента передачи регулятора скорости резания К_pva. На выходе схемы задержки DT, соединённым со счётчиком DS4, формируется импульс длительностью Т_пп, равной максимальному времени переходного процесса в пусковом режиме. На время действия этого, импульса в счётчике DS4 фиксируется нулевое состояние. После окончания переходного процесса в системе устанавливаются заданные по программе частота вращения шпинделя и V₃.

Необходимо отметить, что в выпускаемых в настоящее время. УЧПУ, как правило, при задании режимов резания V₃ не программируется, а задаётся косвенным образом начальным радиусом обработки R₀ в данном кадре и частотой вращения шпинделя n_що. Поэтому заданную скорость резания V₃ необходимо определить в соответствии с известным выражением

(4.1)

или

(4.2)

где Т_ш0 - заданный (начальный) период вращения шпинделя.

При настройке на V₃ код R_N, поступающий с АE на арифметическое устройство ALC2 , преобразуется в нём с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) UZУ1 в напряжение U_R. Это напряжение сравнивается на компараторе ЕА с напряжением U_с формируемым на выходе ЦАП UZУ12. С помощью UZУ2 код: счётчика DS4 умножается на напряжение , пропор­циональное периоду вращения шпинделя Т_ш , т.е.

(4.3)

Напряжение формируется на выходе датчика периода BRC, состоящего из импульсного датчика вращения шпинделя и преобразователя периода следования импульсов в напряжение [57,62, 90].

По окончании переходного процесса в системе импульс, поступающий от DТ на вход DS4, заканчивается и DS4 переходит в режим счёта. Код счётчика DS4 начинает возрастать, т.к. на него непрерывно поступают импульсы постоянной частоты с выхода А2. При этом увеличивается напряжение U_C до момента U_C= U_R, в который срабатывает компаратор ЕА и останавливает работу счётчика DS4, фиксируя в нём достигнутый к этому времени код.

Таким образом, можно записать

(4.4)

Откуда получим

(4.5)

Из сравнения (4.5) и (4.2) видно, что код счётчика DS4 в момент выполнения равенства (4.4) пропорционален V₃. По сигналу EA схема DT переводится в состояние, обеспечивающее включение подач в У, установку в АВ требуемого значения K_pv и подачу на вход АВ через SA в качестве задающего сигнала выходного напряжения делителя U, пропорционального . В качестве делителя U в этом случае могут быть использованы устройства, описанные в [63,65] и рассмотренные в приложении 4.Введение дополнительной обратной связи по (см. рис. 2.5) производится в АВ.

Настройка по фактическому значению скорости резания, (угловой частоте вращения шпинделя), используемая в этой системе, позволяет более точно настроиться на их фактическое значение по сравнению с настройкой по сигналам задания. Это способствует снижению перерегулирований и колебательности при переходе к режиму ССР.

Рассмотренная система ССР (см. рис. 4.1) была изготовлена и в виде опытного образца прошла лабораторные испытания в комплекте с УЧПУ «Луч-2Т» и станком модели УТ16ФЗ. Результаты испытаний, приведённые в приложении 3, подтвердили ряд теоретических положений работы. В настоящее время модификация этой системы для токарного станка с регулируемым приводом главного движения и устройством числового программного управления подготовлена к внедрению в производство.

В том случае, когда не требуется высокого качества обработки, т.е. не предъявляются жёсткие требования к постоянству V, а важным является сокращение машинного времени, может быть использована более простая дискретная АПР система ССР. В отличие от рассмотренной выше, в этой системе в блоке АCL2 напряжение U_R перемножается с напряжением, пропорциональным , поступающим в АCL2 с тахогенератора привода глав­ного движения АВ. В качестве сигнала V₃ используется код задания угловой скорости шпинделя, формируемый в АВ и преобра­зованный в напряжение. Сигнал рассогласования между заданной и фактической скоростью резания определяется с помощью сум­мирующего усилителя и подаётся на вход АВ. Операция R-U₀ (см. рис. I.II) выполняется в системе аналогично операции коррекции на длину инструмента один раз перед началом отработки программы. Значение К_рv в этой системе находится в соответствии с (3.24), а шаг дискретизации r₀ определяется (3.23), имеющим в данном случае вид

с учетом того, что принимает минимальное значение при N=0, получаем

(4.6)

Из этого выражения видно, что, увеличивая , можно при заданной погрешности увеличить . Отсюда следует важный практический вывод – ограничение диапазона измерения R снизу позволяет уменьшить аппаратурный состав системы за счет увеличения при сохранении заданной ошибки по скорости резания.

Наибольшей простотой из всех систем ССР обладает АПР система для универсального токарного станка с потенциометрическим датчиком радиуса, функциональная схема которой приведена на рис. 4.2. Формирование в схеме напряжения V_oc , равного сигналу на выходе М3_0С (см. рис. I.II), т.е.

(4.7)

производится с помощью потенциометра , имеющего дополнительный вывод. На потенциометр с тахогенератора ВR. главного привода АВ подаётся напряжение, пропорциональное угловой скорости шпинделя станка, а движок R_Ru связан с механизмом перемещения Е суппорта станка. С помощью суммирующего устройства на операционном усилителе (ОУ) A1 определяется ошибка рассогласования, равная V₃-V_oc, и после усиления в К_pv раз на усилителе, выполненным на 0У А2, поступает на вход АВ.

Техническая реализация системы ССР с ИПР-2 регулятором может быть осуществлена при выполнении М3_0с (см. рис. 2.9) в виде потенциометрического датчика R , подключенного к тахогенератору привода главного движения. В этом случае Д3 является аналоговым устройством, например, время – импульсного типа [54,63,64], описанным в приложении 4, а звено с передаточной функцией W_pv(p)= K_pv/р реализуется по известным схемам [26] на операционном усилителе.

Рис. 4.2

Для увеличения надёжности работы системы в ней может также применяться и дискретный датчик R, состоящий из реверсивного счётчика, соединённого с выходами импульсного датчика вращения, механически связанного с ходовым винтом поперечной подачи. В этом случае в качестве ДЗ и М3_0с в системе используются множительно-делительные устройства с цифро – управляемыми сопротивлениями (см. приложение 4). Подобная система была изготовлена и в виде опытного образца прошла лабораторные и производственные испытания [43]. В настоящее время она подготовлена к внедрению в серию на универсальном токарном станке особо высокой точности модели 250ИТА. Внедрение системы запланировано на производственном объединении ИЖМАШ г. Устинова и будет осуществлено в двенадцатой пятилетке в количестве 40 штук с годовым экономическим эффектом 2,3 тысячи рублей на один станок.

Результаты испытаний этой системы подтвердили ряд основных теоретических положений работы.

Таким образом конкретное техническое исполнение системы ССР определяется в основном технологическим назначением станка, оснащаемого системой ССР, а также унификацией блоков системы и УЧПУ, наличием и возможностью использования датчиков периода или частоты вращения шпинделя станка.