8. ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИМИ СТАНКАМИ

Использование в технике быстродействующих вычислительных машин создало широкие возможности применения вместо копировальных полуавтоматов для обработки деталей сложной формы, требующих изготовления модели изделия или специального чертежа, выполненного с высокой точностью, станков, управляемых с помощью перфокарт, перфолент или магнитных лент.

Применяемые в машиностроении сложные поверхности и кривые описываются известными уравнениями или могут быть апроксимированы по участкам плоскостями и прямыми линиями, или поверхностями и кривыми второго порядка. Это дает возможность сравнительно удобно программировать процесс определения координат точек кривой и поверхности на вычислительных машинах. Поскольку число точек, которыми должно задаваться положение рабочего инструмента при достаточно высокой точности обработки, получается исключительно большим, то на универсальных цифровых машинах вычисляют лишь сравнительно небольшое число опорных точек, которые обычно являются точками сопряжения кривых, описываемых разными уравнениями. Эти данные выдаются в виде первичной программы для последующей обработки на значительно более простых вычислительных машинах, осуществляющих интерполяцию между опорными точками и выполняющих некоторые другие операции (управление скоростью инструмента, учет его износа и т. д.). Использование машин подобного типа может быть двояким: либо с их помощью обрабатывают первичную программу в местном вычислительном бюро и записывают координаты всех точек кривых на магнитную ленту, у станка же находится только управляющее устройство, считывающее данные с ленты и преобразующее их в перемещение инструмента; либо интерполятор входит в состав управляющего устройства, расположенного у станка, и тогда станок управляется непосредственно от первичной программы.

Первый вариант при современном состоянии вычислительной техники более надежен, так как условия работы вычислительных машин непосредственно у станка гораздо тяжелее, чем в вычислительных бюро, но зато он требует гораздо большего количества ленты для записи информации. Второй вариант менее надежен, но требует гораздо меньшего объема информации.

Рассмотрим пример реализации первого варианта. При этом предполагаем, что вся информация записана на магнитную ленту в унитарном коде, т. е. в виде серии импульсов, причем реализация каждого из импульсов приводит к перемещению рабочего инструмента на определенную величину, называемую шагом. В современных

системах программного управления величина одного шага составляет 5 мкм в точных системах и доли миллиметра в менее точных.

Удобство хранения и транспортировки ленты и значительно большая простота процесса записи программы в сравнении с процессом изготовления шаблона для копировального станка, а также возможность получения исключительно высоких точностей составляют основные преимущества программного управления данного типа.

Рис. III. 17. Упрощенная схема двухкоординатной импульсно-фазовой системы программного управления фрезерного станка

На рис. III. 17 изображена упрощенная схема импульсно-фазовой системы программного управления по двум координатам трехкоординатным фрезерным станком. Обрабатываемую деталь 1 устанавливают на столе 2 станка. Перемещение стола в горизонтальной плоскости осуществляется от систем программного управления по двум осям: вдоль оси и по оси

Учитывая одинаковость систем программного управления по осям х и z, везде далее будем рассматривать систему подачи по оси х.

Перемещение фрезы 3 производится с помощью системы управления по вертикальной оси у.

Программа управления по координатам х и у записывается на трех дорожках магнитной ленты: на двух из них — требуемые

перемещения, на третьей — контрольные импульсы (для проверки правильности считывания числа записанных импульсов) [9]. Сигналы с ленты поступают в блок воспроизведения Б В, в который входят считывающие магнитные головки и предварительные усилители импульсов. Из БВ импульсы направляются в блоки формирования БФ через схему контроля К. Последняя выдает сигналы в случае пропуска импульсов по одной из координат. Блок формирования выявляет знак поступающих с магнитной ленты импульсов, по которому определяется направление движения электродвигателя. Далее эти импульсы поступают на вход импульсно-фазового преобразователя ИФП. На другой вход блока ИФП поступают импульсы от тактового генератора импульса Г. Последний питает также эталонный канал, частота в котором будет всегда точно равна частоте тактовых импульсов. Этот канал создает опорную частоту импульсов.

На выходах эталонного канала и импульсно-фазовых преобразователей сигналы преобразуются в синусоидальные напряжения, которые через расщепители фазы ФР и фазовые дискриминаторы ФД поступают в обмотки вращающихся трансформаторов связанных с ходовыми винтами 4, 5 подач станка.

Фазорасщепители предназначены для преобразования однофазного напряжения в двухфазное, которое необходимо для работы вращающегося трансформатора в режиме фазовращателя.

Обмотки статора питаются от фазорасщепителей; обмотки роторов подключены ко вторичным обмоткам фазовых дискриминаторов ФД.

В случае отсутствия сигналов на ленте от генератора Г проходит одинаковая частота как по цепи так и по цепи вследствие чего на выходе фазового дискриминатора ФД управляющее напряжение будет равно нулю. Если с ленты считываются положительные импульсы, то они, пройдя через в импульсно-фазовом преобразователе будут складываться с импульсами генератора Г. Вследствие этого на выходе произойдет увеличение частоты (частотная модуляция), а на выходе ФД появится управляющее напряжение, пропорциональное девиации частоты.

Отрицательные импульсы будут в ИФП вычитаться из импульсов генератора Г. Это даст отрицательную девиацию частоты на выходе ИФП и вызовет на выходе ФД появление управляющего напряжения обратной фазы. Напряжение на выходе фазового дискриминатора будет пропорционально частоте импульсов программы, а полярность его будет определяться знаком импульсов.

Управляющее напряжение с выхода ФД усиливается в управляющем устройстве УУ и подводится к электродвигателю соответствующей подачи который приводит во вращение ходовой винт подачи. Тахогенератор ТГ и корректирующее устройство КУ осуществляют коррекцию в системе управления. Электродвигатель будет вращать ходовой винт до тех пор, пока в результате поворота

ротора ВТ не произойдет компенсации фазового рассогласования между импульсами, поступающими в фазовый дискриминатор. Таким образом, ФД является элементом сравнения, выявляющим разность между заданным фазовым углом (числом записанных импульсов) и углом, пройденным фактически.

В некоторых системах программного управления фрезерными станками используются импульсные преобразующие устройства. Упрощенная схема системы управления по одной координате изображена на рис. 111.18. Как и в предыдущей схеме, программа, записанная на магнитной ленте 4, пропускается через считывающее устройство СУ.

Рис. III. 18. Упрощенная схема однокоординатной импульсной системы программного управления фрезерного станка

С выхода считывающего устройства сигналы поступают в блок формирования импульсов ФИ, который преобразует импульсы в прямоугольные.

Синхронизаторы С разделяют во времени импульсы прямых сигналов и от импульсов обратной связи Сигналы обратной связи, пропорциональные истинному перемещению стола фрезерного станка, в виде импульсов снимаются с преобразователя «вал — цифра» Этот сигнал также проходит через блок

При наличии рассогласования в числе задающих импульсов и и импульсов обратной связи на выходе реверсивного счетчика образуется сигнал разности Сигнал А и поступает в преобразователь «цифра — напряжение» где импульсный сигнал преобразуется в непрерывный . Знак непрерывного напряжения А и совпадает со знаком рассогласования

Напряжение , усиленное электронным и электромашинным

ЭМУ усилителями, поступает к электродвигателю приводящему во вращение через редуктор Р ходовой винт 5 подачи стола.

Электродвигатель будет вращать ходовой винт до тех пор, пока в результате поворота преобразователя ВУ число отработанных импульсов не станет равным числу заданных импульсов, т. е.

Для обеспечения устойчивости цифровой следящей системы фрезерного станка применена гибкая отрицательная обратная связь. В нее входят: тахогенератор вал которого связан с валом электродвигателя, и корректирующее устройство