СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ КОПИРОВАЛЬНЫМ ТОКАРНЫМ СТАНКОМ С АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРОБКОЙ СКОРОСТЕЙ ПОДАЧ СТАНКА
AUTOMATIC CONTROL OVER PROFILING LATHE WITH LATHE FEED RATE AUTOMATIC GEAR-BOX

Изобретение относится к способам управления станками и может быть использовано во всех мехатронных устройствах независимо от типа привода, в том числе и в одноприводных устройствах с разветвленной системой управляемых координат.
Известен способ управления токарным станком с механическими регуляторами перемещения с помощью кулачков, например в токарно-револьверных станках, многошпиндельных токарных автоматах и полуавтоматах (Справочник металлиста. Т.5. - М.: Машиностроение, 1978. - с.431-453).
Недостатком такого способа является малая гибкость, связанная с трудоемкостью изготовления управляющих кулачков под каждую новую деталь. Кроме того, такие системы достаточно дороги, так как для изготовления управляющих кулачков требуется специальное оборудование.
Частично указанного недостатка лишен способ управления станками с помощью способа копирования с использованием систем слежения при перемещении щупа по листовому механическому копиру, повторяющего контур изготовляемой детали (Справочник металлиста. Т.5. - М.: Машиностроение, 1978. - с. 431-453).
Недостатками такого способа являются низкая точность и трудоемкость, а иногда и невозможность изготовления сложнопрофильных деталей, напрямую зависящие от точности изготовления самих копиров и доступности следящего щупа до некоторых поверхностей, например мелких канавок, переходов с малыми радиусами кривизны и другое.
Частично указанного недостатка лишен способ, включающий формирование и передачу управляющих команд от цифровой системы управления на шаговые двигатели станка (Патент RU 2245774 С2, 09.07.2002).
Недостатками такого способа являются его узкая специализация с точки зрения привязки именно к шаговым двигателям и высокая стоимость самих шаговых двигателей.
Частично указанного недостатка лишен способ автоматического управления копировальным токарным станком с разветвленной системой управляемых координат, являющийся прототипом, в котором профиль обрабатываемой детали представляется цифровой моделью в виде координат большого числа элементарных отрезков и вносится в память УЧПУ, затем в процессе обработки определяются отклонения реального положения рабочего органа станка от исходного теоретического профиля и, в зависимости от величины отклонения, направления подачи и угла наклона текущего элементарного отрезка профиля формируются управляющие сигналы, поступающие на электромагнитные муфты следящей подачи, и тем самым обеспечивают автоматическое слежение траектории движения рабочего органа за положением линии каждого элементарного отрезка (Интеллектуальные системы управления копировальных станков с асинхронным электроприводом. Малыгин В.И., Черепенин Ф.В., Сковпень С.М. и др. // Вестник СПб О АИН. - 2010. - №7. с. 272-283).
Недостатками такого способа являются невысокое качество обработанной поверхности и неточное воспроизведение геометрии детали.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение качества обработанной поверхности и геометрической точности детали.
Это достигается тем, что в интервалах работы следящей подачи вводят дополнительно широтно-импульсный режим регулирования скорости подачи, при котором первый форсирующий импульс генерируют длительностью, соизмеримой с постоянной времени электромагнитной муфты, а затем импульсы управления генерируют с постоянной частотой следования, выбираемой из условия непрерывности тока в обмотке электромагнитной муфты, и длительностью, зависимой от угла наклона отслеживаемого отрезка теоретического профиля поверхности обрабатываемой детали.
y(СП)
y(ВП)
п
ф
эм
эм
ф
zycr
zycr
и
шим
шим
шим
i
и
i
и
i
и
шим
шим
Суть предложенного способа поясняется фиг.1 и заключается в следующем. Система управления следящей подачей (СП) по оси Ζ формирует импульсное напряжение u, при этом ведущая подача (ВП) по оси X включена постоянно за счет подачи напряжения питания u=U=const. Первый форсирующий импульс имеет длительность τ≈τ, где τ - постоянная времени электромагнитной муфты. За время τ режущий инструмент начинает движение по оси Ζ и разгоняется до скорости примерно 0,5S, где S - скорость следящей подачи в установившемся режиме. После чего вступает в работу широтно-импульсный модулятор, который генерирует импульсы управления длительностью τ с постоянной частотой следования f=1/T, где T - период генерирования управляющих импульсов. При малых значениях угла наклона отрезка теоретического профиля α длительность τ также мала, при увеличении α длительность τвозрастает и при α≈45° становится максимальной τ≈T. При этом частота f выбирается такой, чтобы обеспечить режим непрерывного тока в обмотке электромагнитной муфты.
у(ЭМ)
cp
п
и
шим
cp.
i
Напряжение u, поступающее на электромагнитную муфту, вначале имеет максимальное значение, а затем спадает до среднего уровня U=γU, где γ=τ/Т - коэффициент заполнения импульса. При этом аналогично изменяются ток электромагнитной муфты управления и момент вращения М, передаваемый на выходной вал следящей подачи. Поэтому скорость следящей подачи будет уменьшаться пропорционально уменьшению UСледовательно, режущий инструмент будет перемещаться от точки 1 к точке 2 в заданной зоне слежения δ не под углом 45°, а под меньшим углом, близким к углу наклона α отслеживаемого отрезка ab теоретического профиля поверхности обрабатываемой детали.
Устройство, реализующее предлагаемый способ, представлено на фиг.2 и включает: главный электропривод 1; автоматическую коробку 2 скоростей подач и управления осями; блок 3 электромагнитных муфт ступенчатого изменения скоростей подач; блок 4 электромагнитных муфт управления горизонтальной осью X; блок 5 электромагнитных муфт управления вертикальной осью Ζ; цифровую систему управления 6; перемещающийся по оси X суппорт 7; перемещающуюся по оси Ζ каретку 8, на которой в резцедержателе 9 закреплен резец 10; датчик 11 линейного перемещения суппорта по оси Х; датчик 12 линейного перемещения ползуна по оси Ζ; обрабатываемую деталь 13; планшайбу 14.
Устройство работает следующим образом.
з
На планшайбу 14 устанавливают деталь 13, в резцедержателе 9 закрепляют резец 10. После этого в цифровую систему управления 6 вводят цифровую модель обрабатываемой детали 13, запускают главный электропривод 1 и в соответствии с технологическим процессом обработки детали задают скорость подачи S, глубину резания t и ширину зоны слежения δ. После подачи команды "ПУСК" в соответствии с управляющей программой начинается обработка детали по заданной цифровой моделью траектории. При этом цифровая система управления генерирует сигналы, которые поступают в блоки 4 и 5 электромагнитных муфт управления подачами по осям X и Ζ, и резец 10 перемещается в соответствии с заданной программой.
Информация с датчиков 11 и 12 линейных перемещений поступает в цифровую систему управления 6, которая выполняет необходимые расчеты и формирует управляющие сигналы.
Экспериментальная проверка предложенного способа автоматического управления произведена на токарно-карусельном копировальном станке модели 1525 с системой управления на базе УЧПУ NC-201M и преобразователями линейных перемещений ЛИР-8 с разрешающей способностью 1 мкм в качестве датчиков обратной связи. Как показали экспериментальные исследования, предложенный способ автоматического управления обеспечивает высокую точность и хорошее качество обработанной поверхности, а также расширяет функциональные возможности станка.