Во
многих случаях необходимо контролировать силы и моменты, действующие в
тех или иных частях станка. К механизмам, для которых требуется такого
рода контроль, в первую очередь относятся различные зажимные устройства,
например, электроключи, электрические гайковерты, электропатроны,
механизмы закрепления колонны у радиально-сверлильных станков, поперечин
у
продольно-строгальных и крупных карусельных станков и т. д. Один из простых методов контроля силы основан на использовании некоторого элемента, смещающегося под действием …

Во многих случаях необходимо контролировать силы и моменты, действующие в тех или иных частях станка. К механизмам, для которых требуется такого рода контроль, в первую очередь относятся различные зажимные устройства, например, электроключи, электрические гайковерты, электропатроны, механизмы закрепления колонны у радиально-сверлильных станков, поперечин у продольно-строгальных и крупных карусельных станков и т. д.

Один из простых методов контроля силы основан на использовании некоторого элемента, смещающегося под действием приложенной силы, сжимающего пружину и воздействующего на путевой переключатель. Примерная кинематическая схема одного из электропатронов с таким устройством приведена на рис. 1.

Электродвигатель 6 вращает червяк 7, приводящий в движение червячное колесо 3. С колесом 3 связана кулачковая муфта 4, вторая половина которой сидит на скользящей шпонке на валу 8. При включении электромагнита 5 муфта 4 включается, и вал 8 начинает вращаться. При этом вращается и кулачковая муфта 9, находящаяся во включенном состоянии, которая передает вращение гайке 10. Последняя сообщает тяге 11 поступательное движение. Это вызывает, в зависимости от направления вращения электродвигателя 6, сближение или расхождение кулачков 12.

При сжатии кулачками детали двигатель 6 передает гайке 10 все больший и больший момент. Муфта 9 имеет скошенные кулачки, и когда передаваемый ею момент достигнет определенного значения, подвижная половина муфты, сжимая пружину 2, отожмется влево. При этом сработает путевой переключатель 1, который вызовет отключение электродвигателя 6 от сети. Сила зажима заготовки определяется величиной предварительного сжатия пружины 2.

Рис. 1. Схема электропатрона

В рассматриваемых зажимных устройствах по мере увеличения силы зажима возрастает момент сопротивления на валу электродвигателя, а следовательно, и потребляемый им ток. Поэтому контроль силы в зажимных устройствах может быть основан также на использовании реле тока, катушка которого включается последовательно в цепь тока, потребляемого двигателем. Зажим прекращается, как только сила тока достигнет величины, соответствующей уставке реле тока и требуемой силе зажима.

На автоматических линиях применяют электроключ, в котором движение от электродвигателя к шпинделю передается через кинематическую цепь с однозубой муфтой, так, что шпиндель сразу начинает вращаться с полной частотой. При нажатии кнопки «Зажим» включается контактор зажима и двигатель начинает вращаться.

Реле максимального тока, катушка которого включена в цепь главного тока, при этом срабатывает и его размыкающий контакт открывается. Однако это размыкание никакого действия на схему не оказывает, так как в течение кратковременного процесса пуска электродвигателя кнопка нажата. Когда пуск законечен, ток электродвигателя уменьшается, реле РТ замыкает свой контакт и контактор КЗ переходит на самопитание через замыкающий контакт КЗ и размыкающий контакт РТ. По мере увеличения силы зажима сила тока электродвигателя возрастает и, когда сила зажима достигает требуемого значения, реле РТ срабатывает, отключая электродвигатель.

При нажиме на кнопку О («Отжим») двигатель включается на вращение в обратную сторону. При этом однозубая муфта включает ведомую часть кинематической цепи с толчком, преодолевающим за счет кинетической энергии движущихся частей электропривода силу трения, возросшую во время остановки кинематической цепи. Однако зажимные устройства, построенные по такой схеме, не обеспечивают стабильной силы зажима, а также регулирования этой силы в требуемых пределах.

Гайковерт не имеет этих недостатков (рис. 3). Асинхронный короткозамкнутый двигатель 1 через электромагнитную муфту 2 и редуктор 3 вращает торсион 4, передающий затем движение ключевой насадке 9. Торсион представляет собой пакет стальных пластин. При увеличении передаваемого момента торсион скручивается. При этом происходит поворот стальных колец 5 и 6 индукционного первичного преобразователя момента, жестко связанных с концами торсиона 4. Кольца 5 и 6 снабжены торцовыми зубцами, обращенными друг к другу.

При скручивании торсиона противостоящие зубцы колец смещаются друг относительно друга. Это приводит к изменению индуктивности катушки 8 преобразователя момента, вложенной в магнитопровод 7. При определенном изменении индуктивности катушки преобразователь подает сигнал на отключение электромагнитной муфты 2.

Рис. 2. Схема управления зажимным устройством

Рис. 3. Схема гайковерта

Обработку заготовок ведут со съемом стружки различных сечений. Поэтому в системе СПИД возникают различные силы, и элементы этой системы получают различные упругие деформации, приводящие к дополнительным погрешностям обработки. Упругие деформации элементов системы СПИД могут быть измерены и скомпенсированы автоматическими перемещениями обратного направления. Это приводит к повышению точности изготовления деталей. Автоматическую компенсацию упругих деформаций элементов системы СПИД называют автоматическим управлением упругими перемещениями или не совсем строго адаптивным управлением.

Автоматическая компенсация упругих перемещений системы СПИД быстро развивается. Помимо повышения точности обработки такое управление во многих случаях обеспечивает повышение производительности труда (в 2—6 раз) и обеспечивает высокую экономическую эффективность. Это объясняется возможностью обрабатывать многие детали за один проход. Кроме того, автоматическая компенсация упругих перемещений предотвращает поломки инструмента.

Размер А обработанной детали алгебраически или векторно складывается из размера Ау установки, размера Ас статической настройки и размера Ад динамической настройки:

Размер Ас представляет собой расстояние между режущими кромками инструмента и базами станка, устанавливаемое при отсутствии резания. Размер Ад устанавливается в зависимости от выбранных режимов обработки и жесткости системы СПИД. Для обеспечения постоянства размера А партии деталей можно компенсировать отклонение Ад размера динамической настройки путем внесения поправки А’с = — Ад в размер Ас статической настройки. Можно также автоматически компенсировать отклонения Ад размера динамической настройки путем внесения поправки А’д = — Ад. В отдельных случаях используют совместно оба способа управления.

Для управления упругими перемещениями применяют специально встраиваемые в размерные цепи упругие звенья, деформация которых воспринимается специальными электрическими преобразователями. В рассматриваемых системах наибольшее распространение получили индуктивные преобразователи. Чем ближе расположен преобразователь к режущему инструменту или обрабатываемой детали, тем большим быстродействием будет обладать система автоматического регулирования.

В ряде случаев можно измерять не отклонения, а вызывающую их силу, предварительно определив зависимость между этими факторами. В частности, можно контролировать момент на валу электродвигателя главного движения или судить о величине этого момента, измеряя ток, потребляемый двигателем. Однако удаление места контроля от зоны резания приводит к понижению точности и быстродействия системы автоматического регулирования.

Рис 4. Схема адаптивного управления при точении

В схеме управления размером статической настройки при точении (рис. 4) упругая деформация (отжатие) резца воспринимается преобразователем 1, напряжение которого передается на сравнивающее устройство 2 и далее через усилитель 3 на сравнивающее устройство 4, получающее также задающий сигнал. Устройство 4 через усилитель 5 подает напряжение на электродвигатель 6 поперечной подачи, который перемещает инструмент в направлении детали.

Одновременно перемещается движок потенциометра 7, контролирующего движение каретки суппорта. Напряжение потенциометра 7 подается на сравнивающее устройство 2. Когда перемещение полностью компенсирует отжатие резца, напряжение на выходе сравнивающего устройства 2 исчезает. При этом питание двигателя 6 прекращается. Применяя профильный потенциометр или перемещая его движок посредством кулачка, можно менять функциональную зависимость между отжатием резца и его перемещением.

Схема управления размером динамической настройки вертикально-фрезерного станка приведена на рис. 5. В этом станке задающее устройство 1 подает в сравнивающее устройство 2 напряжение, определяющее величину подачи. Величина напряжения определяется выбранным размером обработки по тарировочной кривой, связывающей силу резания и жесткость системы СПИД с размером динамической настройки. Далее через усилитель 3 это напряжение подается на электродвигатель 4 подачи стола.

Двигатель перемещает стол посредством ходового винта. При этом гайка ходового винта, упруго смещаясь под воздействием составляющей силы резания, изгибает плоскую пружину. Деформация этой пружины воспринимается преобразователем 5, напряжение которого через усилитель 6 передается в сравнивающее устройство 2, изменяя подачу так, что размер динамической настройки остается постоянным. В зависимости от величины и знака напряжения рассогласования, поступающего через усилитель 3 на регулируемый элек-родвигатель 4, возникает изменение подачи в ту или иную сторону.

Рис. 5. Схема адаптивного управления при фрезеровании

Подвод детали к инструменту производят с наибольшей скоростью. Чтобы при этом не сломался инструмент, величина подачи врезания задается в форме соответствующего дополнительного напряжения, вводимого в сравнивающее устройство 2 блоком 7.

Для сохранения размера динамической настройки можно также регулировать жесткость системы СПИД так, чтобы с возрастанием силы резания жесткость повышалась, а с уменьшением — понижалась. Для такого регулирования в систему СПИД вводят специальное звено с регулируемой жесткостью. Таким звеном может явиться пружина, жесткость которой можно регулировать посредством специального маломощного электродвигателя.

Сохранение размера динамической настройки можно также обеспечить путем изменения геометрии резания. Для этого при точении специальный маломощный электропривод, управляемый преобразователем, воспринимающим деформацию упругого элемента системы СПИД, поворачивает резец вокруг оси, проходящей через его вершину перпендикулярно к обрабатываемой поверхности. Автоматически поворачивая резец, стабилизируют силу резания и размер динамической настройки.