Электрическое копирование

Механические
копировальные станки обладают рядом недостатков, к числу которых прежде
всего относится трудность изготовления шаблонов из стали большой
твердости. Кроме того механическое копирование требует передачи
значительных усилий, вызывающих упругие деформации копировального пальца
или ролика и звеньев, связывающих его с инструментом. Это уменьшает
точность обработки. Электрическое копирование позволяет использовать шаблоны из мягких, легко обрабатываемых материалов …

Механические копировальные станки обладают рядом недостатков, к числу которых прежде всего относится трудность изготовления шаблонов из стали большой твердости. Кроме того механическое копирование требует передачи значительных усилий, вызывающих упругие деформации копировального пальца или ролика и звеньев, связывающих его с инструментом. Это уменьшает точность обработки.

Электрическое копирование позволяет использовать шаблоны из мягких, легко обрабатываемых материалов (дерево, гипс, пластмассы, жесть, алюминий, картон). Шаблоном может служить и ранее обработанная деталь. Эту деталь обычно шлифуют, чтобы неровности обработки не повторялись на последующих деталях, изготовленных электрокопированием.

Принцип работы простейших электрокопировальных станков показан на рис. 1. На этой схеме шпинделем 3 с пальцевой фрезой 2 обрабатывается заготовка 1, фрезерный суппорт 4 посредством жесткой связи 5 соединен с копировальной головкой 6. Штифт 7 копировальной головки оканчивается копировальным пальцем 8, с насадкой, имеющей ту же форму, что и пальцевая фреза 2.

Опоры и направляющие штифта таковы, что боковые давления на копировальный палец преобразуются в осевые смещения штифта копировальной головки. Шаблон 9 расположен на столе 10, на котором установлена также и заготовка. Привод 11 непрерывно перемещает стол в направлении, указанном стрелкой. Такую подачу называют ведущей или задающей.

Рис. 1. Электрическое копирование на фрезерном станке

Рис. 2. Траектории копировального пальца

Другой привод 12 осуществляет перемещение копировальной и фрезерной головок в вертикальном направлении. Эту подачу называют следящей. Управление построено так, что при разомкнутом контакте 13 привод 12 приближает копировальный палец к шаблону. Когда контакт 13 замкнут, привод 12 отводит копировальный палец от шаблона. Когда контакт 13 разомкнут, начинается движение копировального пальца 8 вперед к шаблону 9.

При соприкосновении с шаблоном палец 8 копировальной головки подается назад, рычаг 14 поворачивается и контакт 13 замыкается. Копировальная головка начинает перемещаться назад. Копировальный палец 8 отводится от шаблона 9, и контакт 13 размыкается. Тогда копировальный палец снова приблизится к шаблону, причем вследствие непрерывности ведущей подачи шаблон сместится и копировальный палец коснется шаблона в другой точке.

В результате периодических подводов и отводов копировального пальца при непрерывной ведущей подаче копировальный палец описывает относительно шаблона огибающую его пилообразную траекторию (рис. 2, а). Такую же траекторию описывает относительно заготовки вращающаяся фреза 2, жестко связанная с копировальной головкой 6 (см. рис. 1).

В конце хода продольной подачи автоматически включается поперечная периодическая подача. Фреза и копировальный палец при этом смещаются в направлении, перпендикулярном к плоскости чертежа (рис. 2, б). Ведущая подача реверсируется, и копировальный палец й фреза начинают перемещаться в обратную сторону. При этом палец движется по новой образующей объемного шаблона, а фреза совершает новый проход криволинейной поверхности заготовки. Деталь обрабатывают в несколько проходов. Вначале производят черновую обработку. Потом по тому же шаблону выполняют чистовую обработку. Затем неровности сглаживают абразивным инструментом.

Аналогичным методом можно производить обработку тел вращения с криволинейными образующими или ступенчатой формы на токарных электрокопировальных станках. Копировальные устройства таких станков имеют только две подачи: ведущую (продольную) и следящую (поперечную). В процессе копирования изменяется только одна из двух взаимно перпендикулярных подач. Такое копирование называют однокоординатным. При однокоординатном копировании обработка уступов, параллельных направлению следящей подачи, невозможна.

Рис. 3. Трехпозиционная копировальная головка

Рис. 4. Индуктивная копировальная головка

Применение копировальной головки с двумя контактами (рис. 3), называемой трехпозиционной, позволяет управлять также и ведущей подачей, включая ее, когда оба контакта копировальной головки разомкнуты. Когда копировальный палец такой головки не соприкасается с поверхностью шаблона, контакт 1 замкнут под действием пружины 3. При этом палец перемещается к шаблону, а фреза — к детали. Ведущая подача отключена. При нажатии пальца на шаблон контакт 1 размыкается, перемещение пальца вперед прекращается, и начинается ведущая подача. В этом случае конец копировального пальца отходит от шаблона, контакт 1 вновь замыкается, и начинается новое перемещение копировального пальца к шаблону.

Такое чередование перемещений пальца к шаблону и вправо будет продолжаться до точки А — точки перегиба кривой шаблона. В этой точке продольная подача вследствие изменения направления наклона профиля приводит к возрастанию нажима на копировальный палец и замыканию контакта 2. При этом система управления обеспечит отвод копировальной головки, и палец отойдет от шаблона. Контакт 2 разомкнётся, и вновь включится продольная подача и т. д. Таким образом, при трехпозиционной копировальной головке обход контура происходит путем чередования продольных и поперечных перемещений. Копирование посредством трехпозиционной головки, при котором производится управление подачей по обеим координатам, называют двухкоординатным.

Частота вращения электродвигателей рассмотренных систем в процессе копирования не изменяется. Величину подачи устанавливают изменением кинематических цепей.

Копировальные головки включают в цепь низкого напряжения (обычно 12 В). Это обусловлено как малым расстоянием между контактами, так и стремлением уменьшить разрушение контактов вследствие искрения. Чувствительность копировальной головки и величина зазора между контактами определяются примененной рычажной системой и инерционностью привода подачи.

Дальнейшим этапом развития электрокопирования явились индуктивные копировальные головки. У такой головки (рис. 4) каждому положению копировального пальца соответствует положение якоря 1, помещенного между сердечниками 2 и 3. На средних стержнях этих сердечников помещены обмотки 4—7. Каждый сердечник с двумя обмотками образует трансформатор. Всю систему называют дифференциальным трансформатором.

Первичные обмотки 4 и 7 соединены последовательно и включены в сеть переменного тока; вторичные обмотки 5 и 6 включены навстречу одна другой, так что возникающие в них э. д. с. направлены в противоположные стороны. Когда якорь 1 находится в среднем положении, э. д. с. вторичных обмоток уравновешены. Приближение якоря к одному из сердечников приводит к тому, что магнитный поток в нем возрастает, а в другом сердечнике уменьшается. Возникающую при этом разность э. д. с. вторичных обмоток используют для бесступенчатого управления регулируемыми приводами подачи.

Двухпозиционные и трехпозиционные копировальные головки обычно управляют электромагнитными муфтами, которые включают, отключают и изменяют направление всех подач. Упрощенная принципиальная схема копировального устройства с трехпозиционной головкой представлена на рис. 5. Когда копировальный палец не касается шаблона, контакт 1 замкнут. При этом включены реле следящей подачи 1PC и обмотка РВП1 ведущей подачи. Когда включена электромагнитная муфта MB, происходит подача, вперед (на шаблон). Реле РВП имеет две обмотки РВП1 и РВП2 и срабатывает при включении одной из них. В данном случае включена обмотка РВП1 и контакт РВП разомкнут.

Когда копировальный палец нажмет на поверхность копира, контакт 1 разомкнётся и подача вперед прекратится. Кроме того, отключается обмотка РВП1, закрывается размыкающий контакт РВП, включается муфта МЛ и начинается подача влево (при включении муфты МП начинается подача вправо). Копировальный палец при этом смещается.

Если нажатие на копировальный палец уменьшится, то вновь замкнется контакт и копировальный палец будет подводиться к шаблону. Если профиль шаблона таков, что смещение вызывает увеличение нажатия на копировальный палец, то замыкается контакт 2, включается другое реле 2РС следящей подачи и обмотка РВП2 реле РВП. При этом включится муфта МН и начнется отвод копировального пальца от шаблона. Если переключатель П перевести в верхнее положение, то вместо подачи влево произойдет продольная подача вправо.

Электроконтактные копировальные головки и электромагнитные муфты применяют в копировальных устройствах универсальных станков. Погрешности копирования обычно лежат в пределах 0,05— 0,1 мм. Отечественные станки, специально предназначенные для электрокопировальных работ, имеют индуктивные копировальные головки и приводы подач, скорость которых регулируется автоматически.

Рис. 5. Схема электрокопировального токарного станка

Рис. 6. Подачи при электрокопировании

При использовании регулируемых приводов подач для обеспечения точного копирования, высокой производительности и чистоты поверхности необходимо, чтобы касательная к контуру подача s была по величине постоянной и не зависела от угла наклона профиля. Пусть контур, подлежащий копированию, представляет собой окружность (рис. 6):

где sx и sy — соответственно ведущая и следящая подачи, мм/мин.

Если вектор результирующей скорости подачи является касательным к контуру, то

Таким образом, для обеспечения наивысшей точности и производительности скорости продольной и поперечной подач должны быть переменными и взаимосвязанными.

Управление копированием посредством бесконтактных копировальных головок производится в функции смещения копировального пальца относительно его нейтрального положения. Так как при отсутствии смещения копировальный палец и фреза находятся в одинаковых положениях, то управление в функции смещения пальца является управлением по рассогласованию положений пальца и фрезы (пропорциональное управление).

Для повышения качества обработки, помимо управления по рассогласованию, вводят управление по скорости изменения рассогласования (по производной смещения по времени). При таком дифференциальном управлении система быстрее реагирует на всякое изменение наклона профиля копира, и точность обработки повышается.

Кроме управления в функции рассогласования и в функции его производной используют управление в функции интеграла рассогласования во времени (интегральное управление). В этом случае учитывается не только величина рассогласования, но и время, в течение которого оно имело место. Система при этом приобретает свойство при отсутствии каких-либо дополнительных команд, осуществлять перемещение в том же направлении, как и на предыдущем участке пути. Такое перемещение сходно с движением по инерции. Интегральное управление позволяет в случае неизменного наклона профиля производить бесступенчатое копирование при неизменном положении копировального пальца. При резких изменениях контура шаблона действие интегрального управления нейтрализуется действием дифференциального управления.

При комбинированном управлении в специальный электронный блок подается сумма трех напряжений, соответственно пропорциональных величине рассогласования, ее производной и ее интегралу по времени, и управление приводами подач ведется в функции всех этих трех величин. Погрешности обработки при этом могут быть снижены.

В станкостроении применяют различные гидрокопировальные устройства, устанавливаемые на универсальных и специализированных станках. Применяют устройства с нерегулируемыми и регулируемыми подачами, причем гидравлический привод позволяет просто обеспечить бесступенчатое регулирование подач в широком диапазоне.

Гидрокопировальные системы отличаются высоким быстродействием. Они могут обеспечить как однокоординатное, так и двухкоординатное копирование. По точности обработки гидрокопировальные системы успешно конкурируют с электрическими. На отечественных машиностроительных заводах в настоящее время работает большое число электрокопировальных и гидрокопировальных станков. Электрическое копирование позволяет осуществить обработку также и по заложенному в станок чертежу, который используют вместо копира.

10.12.2016 Без рубрики Нет комментариев