СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ АВТОМАТАМИ НА БАЗЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОГРАММОНОСИТЕЛЕЙ

При современных темпах развития техники и быстро сменяю­щихся объектах производства проблема мобильности требует раз­решения противоречий между массовостью и быстросменностью, количеством и качеством. Для этого необходимо, чтобы оборудова-

ние обеспечивало большую гибкость (переналаживаемость) при высокой производительности. В наибольшей степени этим усло­виям удовлетворяет агрегатированное оборудование.

Агрегатирование — создание деревообрабатывающих станков путем сочетания нормализованных и стандартных узлов и деталей. Деревообрабатывающие станки, скомпонованные из нормализованных узлов (в первую очередь из агрегатных силовых головок), получили название агрегатных. Они в основном бывают многопозиционными.

Агрегатные станки выполняют с последовательным, параллель­ным или последовательно-параллельным агрегатированием.

К нормализованным узлам относят силовые головки, столы, приводы, гидро- и пневмопанели, суппорты, гидроцилиндры, пульты управления.

По степени механизации головки подразделяют на неподвиж­ные и с автоматической подачей в одном или нескольких направле­ниях. В качестве привода подачи используют механические, элек­трические, гидравлические, пневматические и комбинированные.

Комплекс силовых головок разработан институтом ВНИИДМаш и объясняет следующие группы нормализованных узлов: а) головки сверлильные пневматические пинольные АГ1-1, АГ1-2, АГ1-3; б) головки сверлильно-пазовальные пинольные АГ1-4; в) головки для пиления фрезерования на салазках АГ2-1, АГ2-2, АГ2-3; г) го­ловки на салазках с механизированной подачей суппорта сверлиль­ные АГ2-4А, АГ2-4, АГ2-5; для пиления и фрезерования АГ2-6, АГ2-7, АГ2-8; д) головки фрезерно-полировальные с качающимся шпинделем АГ4-1; АГ4-2, АГ2-3; е) головки вертикально-фрезерные АГ3-2, долбежные АГ5-1, цепнодолбежные АГ5-2 и др.

Нормализованные силовые головки обеспечены бесступенча­тым регулированием скорости подачи и системой автоматизации цикла.

Системы управления упорами.Освободить человека от выпол­нения функций ручного управления и большого числа вспомога­тельных работ возможно созданием механизмов и систем управле­ния. Для этих целей технологическое оборудование оснащается средствами автоматизации, которые обеспечивают выполнение стан­ком несложных программ обработки.

Способ задания программы определяет степень постоянства действия сигналов, уровень централизации.

В системе управления упорами программу задают, используя неподвижные упоры, воздействующие на конечные выключатели, которые при помощи электрических, гидравлических или пневма­тических сигналов передают команды соответствующим приводам исполнительных механизмов.

В автоматических линиях система упоров используется для путевого управления работой смежных агрегатов, для подачи ко­манд от одного агрегата к другому, для управления циклами си­ловых головок, рабочих столов, для систем блокировки и сигна­лизации.

Простота смены программы создает известную мобильность и технологическую гибкость системы управления. Рассмотрим ти­повой вариант управления на примере сверлильно-пазовальной силовой пинольной головки АГ1-3 (рис. 119).

Головка имеет электропривод шпинделя, пневмогидравличе-ский механизм подачи. Схема обеспечивает бесступенчатое регули­рование скорости и ускоренный обратный ход. Управление проис­ходит с помощью упоров 3, 4 и конечных выключателей SQ1 и SQ2.

Рис. 120. Копировальные устройства:

а — объемно-копировальный станок; б — функциональная схема следящей копировальной системы

Регулятор скорости состоит из заполненного маслом цилиндра 8, поршня 7, игольчатого дросселя 5, плунжера 9, головки 6. При рабочем ходе воздух из емкости 1 под давлением подается в верх­нюю полость пневмоцилиндра 2 и поршни 9, 7 перемещаются. Го­ловка 6 плотно прижата к торцу поршня 7, и масло вытесняется из одной полости в другую через дроссель 5, с помощью которого можно изменять скорость подачи рабочего хода.

Системы управления копирами. Копировальные системы обла­дают высокой мобильностью, перспективны и делятся на две основ­ные группы: 1) копир выполняет функцию управления перемеще­нием инструмента и функцию механизма подачи инструмента — силовые копировальные системы; 2) копир выполняет только функ­ции управления.

Рис. 121. Кинематическая схема полуавтомата СвСА:

/, 2, 3 — пуансоны; 4 — подача клея; 5, 7,8,9 — кулачки; 6, 11 — пружины; 10 — рас­пределительный вал; 12 — муфта; 13 — шкив; 14 — насос; 15 — электродвигатель

Копировальные системы первой группы конструктивно просты и выполняются с жесткой связью между копиром 1 и инструмен­том 2 (рис. 120, а), из-за небольших сил резания при обработке изделий из древесины применяются в деревообработке в основном в одношпиндельном и многошпиндельном исполнениях.

В машиностроении, наоборот, более широко применяют системы второй группы, где инструмент имеет силовой привод, управляе­мый следящей системой (рис. 120, б). Копировальная головка 4, получающая от щупа 5 сигналы рассогласования, преобразует их в командные импульсы 3 силовому следящему двигателю 2 с инстру­ментом 1. Задающая подача s₃ имеет постоянные направление и скорость. Направление и скорость следящей подачи зависят от профиля копира 6, имеющего угол подъема . Соотношение задаю­щей s₃ и следящей s_сл подач обеспечивает значение и направление

результирующей подачи s_peз рабочего инструмента относительно обрабатываемой детали также под углом .

В практике построения копировальных систем применяют гид­равлические системы, где копир воздействует на золотник, и фо­токопировальные системы, работающие по чертежу.

Системы управления распределительным валом.Если копиры-кулачки жестко расположить на одном валу, то при вращении вала с копирами все движения, входящие в цикл, будут макси­мально синхронизированы. Такие системы получили название си-

Рис. 122. Циклограмма работы полуавтомата СаСА:

1 — опускание башмака; 2 — опускание сверлильного шпинделя, = 47°; 3 — высвер­ливание сучка, =8°; 4 — выстой, = 18°; 5 — подъем, = 17°; 6 — опускание фре­зерного шпинделя, 18°; 7 — выфрезерование пробочки, =14°; 8 — опускание шпинделя и пробкодержателя, = 13°; 9 — подъем фрезерного шпинделя, =13°; 10 — выстой, = 6°; 11 — дополнительный прижим пробки толкателя, = 21°; 12 — подъем толкателя, = 14°; 13 — выстой механизма, = 55°.

стем управления распределительным валом. Они позволяют путем построения циклограмм заранее спроектировать и рассчитать ра­бочий цикл, обеспечив строгое выполнение заданного технологиче­ского процесса обработки. Такие системы получили широкое рас­пространение в автоматах различного технологического назначе­ния для крупносерийного и массового производства изделий. При­мером применения подобной системы может служить полуавтомат СвСА для высверливания и заделки сучков (рис. 121).

Последовательность работы задает распределительный вал. При включении кулачковой муфты станок переходит в автоматический режим, выполняя операции, предусмотренные циклом и характе­ризуемые циклограммой (рис. 122).

Применение этих систем позволяет автоматизировать рабочие холостые движения с максимальной синхронизацией, высокой на­дежностью, минимальным временем холостых ходов.

§ 60. СИСТЕМЫ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ

Системы циклового программного управления.Такие системы обеспечивают требуемые перемещения инструмента или детали при помощи соответствующей расстановки упоров, кулачков, копиров, а программоноситель содержит информацию для управления цик­лом (последовательность движения, поворотов, переключение по­дач, длительность пауз и др.). Цикловая система программного управления (рис. 123) состоит из устройства задания и ввода про­граммы 1, передаточно-преобразующего устройства 2, исполнитель-

Рис. 123. Блок-схема циклового программного управления

ных устройств 3, 4, 5, устройства контроля окончания этапов об­работки 6.

Устройство задания программы, как правило, выполняют в виде штекерной или кнопочной панели, а устройство поэтапного ввода программы — в виде шагового искателя, счетно-релейного блока, электронных контроллеров.

В качестве программоносителей систем циклового программ­ного управления используют перфокарты, накладываемые на ште­керные панели, на барабаны управления или электронные програм­моносители (контроллеры).

Системы с цикловым программным управлением благодаря не­высокой стоимости, простоте изготовления, небольшим эксплуата­ционным расходам получили широкое распространение в народ­ном хозяйстве и в деревообработке. В схемах Управления станками для раскроя плит широко применяют цикловые системы программ­ного управления.

Системы числового программного управления(ЧПУ). Эти си­стемы основаны на широком применении электроники и вычисли-

тельной техники и осуществляют автоматическое перемещение ис­полнительных органов станка по программе, заданной в цифровом виде согласно чертежу изготовляемой детали.

Программа может записываться специальным кодом в виде со­вокупности чисел на перфокартах, перфолентах, магнитных лен­тах, магнитных дисках без изготовления физических аналогов про­граммы обработки в виде кулачков, копиров и др. Применение ЧПУ позволяет повысить качество обработки, оптимизировать режимы, автоматизировать и централизовать подготовку программы на пред­приятия.

В зависимости от решаемых технологических задач системы числового программного управления делятся на три основных вида: системы позиционного программного управления, системы контурного программного управления и комбинированные (кон­турно-позиционные) .

Системы позиционного программного уп­равления (СППУ) обеспечивают перемещение рабочих орга­нов производственных машин (стола, инструмента, заготовки) из одного положения в другое с заданными координатами по тра­екториям, параллельным направляющим станка.

Системы числового программного управления подразделяются на разомкнутые и замкнутые. По методу представ­ления информации СППУ делятся на три группы: счетно-импульс­ные, кодовые и аналоговые.

Системы позиционные счетно-импульсного типа (рис. 124, а) характеризуются тем, что командная информация на перемещение задается в виде определенного числа импульсов, про­порционально которому рабочий орган перемещается относительно прежнего положения. В этих системах программируется не абсо­лютное значение параметра, а его приращение. В деревообработке эти системы рационально использовать для автоматизации вспомо­гательных перемещений в ленточнопильных, форматно-раскроеч­ных, сверлильно-присадочных станках и линиях повторной меха­нической обработки деталей.

С программоносителя (перфоленты, ручного ввода) информация поступает в задающее устройство 1 и счетчик-регистр 2, где хра­нится. На второй вход при наличии обратной связи поступают импульсы, которые сравниваются с командными, и при заполнении счетчика или при приближении равенства командных и обратных импульсов устройство совпадения 3 выдает упреждающий сигнал на переключатель 5, снижающий скорость двигателя 7, а при ра­венстве их — сигнал на его остановку при помощи контактора 6. Система подключена к источнику питания 4.

Позиционные системы к о д о в о г о типа, или системы совпадения, относят к системам с абсолютным отсчетом. Команда на останов двигателя 7 выдается (рис. 124, б) через пере­ключатель 5 и контактор 6 в момент совпадения кодовых комби­наций в устройстве 1 ввода программы, устройстве совпадения 9 и в датчике положения 10.

Кодовые системы, или системы совпадения получили широкое применение в металлообрабатывающих станках с ЧПУ, они пер­спективны для управления перемещениями рабочих органов дере­вообрабатывающих станков. Такие системы были применены в УкрНИИМОДе для настройки упора в механизме подачи сверлильно-пазовального автомата СвПА, настройка базовых и рабочих орга­нов автоматической линии брусковых деталей УкрНИИМОД-3 и тола рейсмусового станка.

Позиционные системы аналогового типа работают по принципу сравнения числовой командной информации, преобра­зованной в аналоговый вид, с информацией, поступающей от дат­чика обратной связи. Позиционная аналоговая система является системой с абсолютным отсчетом координат (рис. 124, б).

В аналоговой позиционной системе основным элементом яв­ляется цифроаналоговый преобразователь 11, который преобра­зует числа, поступающие из задающего устройства 1 (ток, линей­ное перемещение). Аналоговый сигнал поступает от преобразова­теля 11 и устройства обратной связи 8 (потенциометрические или фазовые датчики положения) в сравнивающее устройство 12 и да­лее к исполнительному органу 7. С использованием этих систем может быть реализовано позиционирование с автоматическим и ручным вводом программ.

Для большинства лесопильно-деревообрабатывающих станков применяют гидравлические позицион е р ы, пре­образующие цифровой сигнал на входе в перемещение штока. В позиционерах реализуется принцип суммирования номинальных длин хода поршней. Работа этих механизмов основана на том, что любое число можно представить в двоичной системе счисления как многочлен с основанием 2

где х₀, x₁ . . . , х_п — коэффициенты разрядов двоичного числа, которые могут принимать значения 0 или 1.

Гидравлические позиционеры разработаны во ВНИИДМаше с числом подвижных поршней 4, 5, 7 и предназначены для дискрет­ного перемещения пильных суппортов и направляющих кареток для продольной распиловки бревен и пиломатериалов.

Рассмотрим использование гидравлических позиционеров и си­стемы ЧПУ положением пил в бревнопильном станке Б2Ц (рис. 125, а). Исполнительными органами являются два одинако­вых симметрично установленных позиционера 1, 4, штоки которых связаны с пильными суппортами 2 и 3. Штоковые полости позицио­неров постоянно сообщаются с напорной магистралью гидросистемы. Каждый поршень всегда имеет два устойчивых положения. Ход штока каждого позиционера складывается из суммы ходов отдель­ных поршней. Управление выполнено с использованием двухпози-ционных золотников 5 с электромагнитами УА1—УА8. При вклю­чении электромагнитов с нечетными номерами (УА1, УА3, УА5, УА7) золотники открывают поступление рабочей жидкости в порш­невые полости обоих позиционеров, и пилы сближаются на наи­меньшее расстояние А_min = 80 мм. Все последующие положения пил получают комбинациями включения электромагнитов золотни­ков 5. При включении четных электромагнитов (УА2, УА4, УА6, УА8) поршневые полости соединяются со сливом, и штоки раздви­гают пилы. При четырех подвижных поршнях каждый из позицио­неров позволяет получить 2⁴ = 16 независимых положений выход­ного штока.

Расстояние между пилами задает оператор на пульте управле­ния кнопками SB1—SB10 (рис. 125, б). Положение пильных суп­портов формируется диодной матрицей на полупроводниковых дио­дах, к выходным шинам которой подключены реле КМ1—КМ8. Схема коммутаций разомкнутой системы рассмотрена в табл. 8.

Аналоговая система числового управления использована в опытном образце трехпильного обрезного станка ЦВД-7 с обратной связью на бесконтактном сельсине.

Системы контурного программного управ­ления реализуют непрерывное изменение траектории и скорости движения рабочего органа в функции какого-либо другого пара­метра (рис. 126). Для этих систем характерна функциональная за­висимость управляемого параметра у (координаты инструмента) от управляемого параметра х, т. е. у =f (х). Непрерывное поступ-

ление информации в систему управления обеспечивают интерпо-

ляторы.

Управляющий сигнал интерполятора в системах непрерывного управления представляет собой электрический импульс. Каждый импульс несет информацию об элементарном перемещении управ-

Рис. 125. Принципиальная гидравлическая схема управления положением пил в станке Б2Ц (а) и схема системы числового управления положением пил

в станке Б2Ц (б)

ляемой координаты. Суммирование этих перемещений соответст­вующих приращению управляемой координаты,— основная задача системы.

Перемещения в зависимости от способа преобразования ди­скретного управляющего сигнала в непрерывную величину делятся на три группы: шаговые, счетно-импульсные, фазовые.

Шаговые системы контурного управления (рис. 126, а) построены на использовании шагового двигателя 6, у которого поворот выходного вала 7 на фиксированный угол определяется числом электрических импульсов интерполятора, поданных через усилитель 3, делитель импульса 4, кодовый преобразователь 5. Программоноситель — магнитная лента 2. Промышленная система разомкнутого управления шаговым двигателем ПРС разработана ЭНИИМСом и широко применяется в отечественной промышлен­ности.

Счетно-импульсные системы (рис. 126, б) относятся к замкнутым. Программа задается на магнитной ленте. Импульсы от интерполятора 1 поступают на вход реверсивного счетчика 9 через схему синхронизации 8. На другой вход поступают импульсы от импульсного датчика обратной связи 12, жестко связанного с ис­полнительным двигателем 11 и формирующего импульс при каж­дом элементарном перемещении последнего. Импульсы сравни­ваются, и разность их поступает на дешифратор 10, который вы­рабатывает сигнал рассогласования е, пропорциональный разно­сти импульсов, имеющейся в каждый момент времени в реверсив­ном счетчике. Сигнал ошибки усиливается и поступает через уси­литель 3 на приводной двигатель 11, который сводит рассогласо­вание к нулю.

Контурные системы управления в деревообработке применяют на фрезерных, а также фрезерно-модельных станках некоторых видов.

Фазовые системы непрерывного контурного управления (рис. 126, в) характеризуются суммированием командных импуль­сов в электронно-фазовом преобразователе 14, который выдает сигнал в виде угла сдвига фазы переменного напряжения относи­тельно опорного сигнала 13. Сравнение сигналов, поступающих из

блока 14 и устройства контроля исполнения 12, выполняется в фа-зовом измерителе рассогласования 15, который выдает сигнал по-стоянного тока, пропорциональный ошибке системы . Сигналы усиливаются усилителем 3 и поступают на электрический или гид-авлический привод 11. Магнитная лента 2 может включаться двух точках до или после электронно-фазового преобразователя 14. Широкое применение нашли фазовые системы программного управ-

ления типа СУМ и СУП. В первом случае программоноситель -магнитная лента, во втором — перфолента. В качестве регулируе­мых приводов применяют электродвигатели постоянного тока с ти-ристорными преобразователями.