4.1. Системы управления при профильном шлифовании
Цикл профильного шлифования обычно включает следующие элементы: загрузка, базирование и закрепление детали, быстрый подвод шлифовального круга, черновая и чистовая обработка, быстрый отвод шлифовального круга, правка круга, компенсация его износа, раскрепление и снятие детали.
Автоматизированное выполнение всех этих элементов требует применения системы управления, т. е. системы, обеспечивающей перемещение всех узлов станка (его исполнительных органов) в соответствии с заданным технологическим процессом. Среди задач управления можно выделить две задачи: 1) установление траектории перемещения шлифовального круга относительно детали, необходимой для создания ее формы; 2) обеспечение заданных последовательности и скорости перемещения исполнительных органов станка (управление циклом обработки). Для управления операцией профильного шлифования наибольшее значение имеет решение первой заточки ввиду сложной формы обрабатываемой поверхности.
На оптических профилешлифовальных станках управление перемещением круга относительно детали осуществляют в результате контроля шлифуемого профиля и профиля чертежа и ручного перемещения салазок шлифовального круга. Такое управление перемещением исполнительных органов утомительно для рабочего, не позволяет автоматизировать процесс обработки.
В рассмотренных нами профилешлифовальных станках модели ЗП95, в станках для шлифования лопаток турбин модели ХШ6-01 применяют управление от копиров для создания необходимой траектории перемещения круга относительно детали, а также для создания траектории движения вершины алмазного карандаша относительно шлифовального круга (например, в зубошлифовальных станках, работающих по методу копирования) для правки кругов по эвольвенте. Управление от копиров позволяет значительно облегчить условия работы при выполнении операций профильного шлифования и автоматизировать процесс обработки. Существенными недостатками такого способа управления являются необходимость иметь сменные копиры для каждого типа изделий.
В зубошлифовальных станках, работающих методом обкатки, в резьбошлифовальных станках необходимого управления перемещением исполнительных органов станка достигают настройкой кинематических цепей. Сменными деталями при настройке являются зубчатые колеса, обкатные барабаны, делительные диски. Основным недостатком этого способа управления является большое число сменных элементов.
Основные способы управления циклом шлифования — управления по времени и по пути. Управление по времени производят при помощи кулачков, устанавливаемых на распределительном салу. Кулачки устанавливают под углом друг к другу и каждый из них в определенный момент времени воздействует на тот или иной исполнительный механизм станка. Если надо уменьшить нагрузки на кулачки, то каждый исполнительный механизм получает отдельный электро — или гидропривод, а систему управления выделяют в отдельное устройство, называемое кулачковым командоап — паратом. При управлении по времени кулачковый командоаппарат состоит из равномерно вращающегося вала с регулируемыми кулачками, которые через определенные промежутки времени нажимают на переключатели, вызывающие включение того или иного привода.
При управлении «по пути» в зависимости от положения одного из исполнительных органов включается движение другого. Сигналом для такого включения может служить замыкание или размыкание выключателей, вызывающих, в свою очередь, срабатывание реле и включение привода соответствующего исполнительного органа. Привод включают не сразу, а спустя определенное время или определенное число циклов движения другого исполнительного органа. Такое включение осуществляют путем использования реле времени или реле счета импульсов.
Так, в зубошлифовальных станках, работающих по методу копирования, делительные механизмы могут включаться после отсчета заданного числа двойных ходов стола.
В настоящее время в металлообработке (в профильном шлифовании, в частности) все большее распространение находят системы ЧПУ. Применение этих систем позволяет решать задачу управления траекторией перемещения механизмов станка и циклом обработки, т. е. последовательностью, размером и скоростью этих перемещений. При этом значительно расширяются технологические возможности станка и существенно упрощается его наладка. В станках с ЧПУ согласованное перемещение исполнительных органов осуществляют от индивидуального привода, в качестве которого используют шаговые электродвигатели или двигатели постоянного тока. Особенность их состоит в том, что каждому включению цепи питания соответствует поворот ротора двигателя на строго фиксированный угол. Режим работы двигателей определяет блок управления, которым является ЭВМ или микроЭВМ. Описание последовательности и согласования действия приводов исполнительных органов сообщается ЭВМ программой, под которой понимается совокупность предписаний, необходимых для выполнения технологического процесса. Программу записывают условным кодом на программоносителе в виде последовательности чисел. В качестве носителя программы используют перфорированные карты и ленты, магнитные ленты, диски, барабаны, панели управления с переключателями. Для записи чисел используют двоичную систему. Эта система основана на том, что любое число можно представить как сумму чисел, каждое из которых является степенью числа 2. Для записи любого числа в двоичной системе достаточно использовать два символа 0 и 1. При фиксации информации на программоноситель 0 указывает на отсутствие перфорации, намагничивания; 1 — наличие перфорации, намагничивания.
Блок управления имеет оперативное и внешнее запоминающие устройства (ОЗУ и ВЗУ). При наличии программного обеспечения ВЗУ содержит блоки стандартных программ. Такими программами могут быть задание траектории движения исполнительных органов по дуге окружности, отрезку прямой, эвольвенте; задание координат начала и окончания движений и др.; задание всех параметров, определяющих цикл обработки (черновой и чистовой припуски, черновые и чистовые подачи, число выхаживающих проходов, переход к правке круга, компенсация износа круга при правке). Это позволяет выполнять ряд операций профильного шлифования без подготовки специальных программ, использовать имеющиеся программы и настраивать станок при помощи переключателей, расположенных на пульте управления.
Блок-схема ЧПУ перемещением одного исполнительного органа показана на рис. 4.1. При считывании программы в блок управления поступают команды и импульсы, записанные на программоносителе с помощью информационных чисел. Для того чтобы получить требуемое перемещение исполнительного органа, блок управления посылает в цепь питания двигателя привода такое число импульсов, которое соответствует информационному числу. Поворачиваясь на заданный угол, ротор двигателя при помощи того или иного механизма (редуктора, винтовой передачи, гидравлического устройства) вызывает заданное перемещение на вели-
чину Sc исполнительного органа. Наряду с перемещениями исполнительному органу передаются записанные в программе команды начала и конца движений, прямого и обратного ходов, остановки и другие вспомогательные команды.
В качестве примера рассмотрим обработку профиля плоского кулачка на координатно-шлифовальном станке с ЧПУ. Заготовке кулачка передают движение круговой подачи с постоянной скоростью S3, а бабке шлифовального круга — следящую подачу в радиальном направлении со скоростью Sc (рис. 4.2). Требуемую следящую подачу рассчитывают по чертежу кулачка для опорных точек, т. е. точек, соответствующих равным промежуткам времени движения заготовки. Для каждой полученной величины следящей подачи определяют информационное число (число импульсов), которое записывается в программе. Серии импульсов, соответствующие каждой опорной точке, посылают через равные промежутки времени шаговому двигателю, и они обеспечивают требуемую следящую подачу. При ЧПУ управляющая программа при необходимости может быть в зависимости от результатов обработки скорректирована, а для перехода к обработке другой детали достаточно заменить программу, установив другой про — Sc граммоноситель, подобно тому, как меняют кассету в кассетном магнитофоне. Благодаря удобству переналадки, станки с ЧПУ являются основой гибких производственных станочных модулей (ГП-модулей), вклю-
Рис. 4.2. Схема обработки плоского кулачка на координатно-шлифовальном станке с ЧПУ: Sc и S, — следящая и заданная
подачи
чающих наряду со станком автоматизированное загрузочно-разгрузочное устройство, автоматическое устройство для закрепления детали или приспособления с деталью, накопитель для заготовок и обработанных деталей.
За годы двенадцатой пятилетки предполагается освоить выпуск 24 ГП-модулей шлифовальной группы. К ним относятся круглошлифовальные ГП-модули для обработки в патроне и центрах деталей диаметром до 200 и 280 мм Харьковского станкостроительного завода им. Косиора, плоскошлифовальный ГП-модуль Оршанского станкостроительного завода «Красный борец» с размерами стола 320 X 630 мм, шлицешлифовальный модуль Московского завода шлифовальных станков для обработки валов диаметром до 125 мм, длиной до 700 мм, автоматически переналаживаемый зубошлифовальный модуль с автоматическим вызовом управляющей программы этого же завода для обработки шестерен диаметром до 320 мм, с модулем до 6 мм.