Системы управления с распределительным валом

Системы управления с распределительным валом бывают кулачковыми, шариковыми и с командоаппаратами.

Система распределительного вала с кулачками. В этой системе (рис.1) на распределительный вал устанавливают кулачки, передающие не только сигнал исполнительному звену, но и непосредственно осуществляющие его привод. Кулачки распредели­тельного вала, необходимые для перемещения всех рабочих органов, обеспечивают строгую синхронность подачи сигналов.

Кулачки передают поступательное (рис.1,а) или карательное (рис.1,6) движение толкателям. Профиль кулачков состоит из цилиндрической поверхности, подъемов и спусков. При соприкосновении с цилиндрическим участком рычаг-толкатель не отклоняется от своей оси, а поэтому суппорт или другой рабочий орган не изменяет своего положения. На участках подъема и спуска рычаг отклоняется от предшествующего положения относительно оси и передает соответствующее движение рабочему органу. Профиль кулачков соответствует требуемой программе движения исполнительных звеньев. При проектировании кулачков следует выбирать такие формы и размеры отдельных участков профиля, чтобы время на выполнение холостых ходов было наименьшим. Форма профиля влияет на скорость и ускорение рабочего органа, а величина подъема и спуска — на размер его перемещения. Кулачки изго­товляют из закаляемых сталей. Профиль кулачков шлифуют для получения высокой точности и класса шероховатости, чтобы движение рабочих органов осуществлялось плавно, без толчков. Постоянный кон­такт кулачка с роликом рычага обеспечивается пру­жинами или грузами-противовесами. Кулачковая система обладает большим числом промежуточных и исполнительных механизмов (рычагов, секторов, реек, толкателей и т. п.). Поэтому на наладку авто­мата требуется значительное время. Кулачки нагружены большими силами и работают на трение, следовательно, необходима их регулярная смазка. Эта система разомкнутая, т. е. отсутствуют подналадчики, поэтому необходимо часто проверять форму и раз­меры обработанных деталей. Указанные недостатки системы приводят к тому, что наладчик может обслуживать от 2 до 6 таких автоматов.

К достоинствам системы относится ее надежность и возможность осуществления рабочего цикла любой сложности в заданное время.

Рисунок 1 – Кулачковая система: а – с поступательным движением толкателей;

б – с качательным движением толкателей

Применяются кулачковые системы в крупносерий­ном и массовом производстве. Для ускорения пере­наладки применяют механизмы, позволяющие изме­нять плечи рычагов, чтобы без замены кулачков изменить перемещение рабочих органов, либо заменяют блок кулачков с распределительным валом на зара­нее смонтированный распределительный вал с новы­ми кулачками. Система распределительного вала с шариковым пе­редаточным механизмом, изображена на рис.2.

Рисунок 2 – Шариковый промежуточный механизм

В калиброванную латунную трубку 3 загружают последовательно шарик 1 и промежуточные втулки 2, смазанные вязким маслом. На торце втулки закреп­ляется толкатель 4. Толкатель подводится к соответ­ствующему кулачку 5, закрепленному на распреде­лительном валу. Подъем и спуск кулачка передаются через цепочку шариков и втулок на толкатель 6 и исполнительный или рабочий орган станка 7, В отличие от рычагов шарики не усиливают сигнала датчика-кулачка. Контакт шариков, втулок и толкате­ля 4 с кулачком осуществляет пружина 8. Шарико­вый механизм конструктивно прост, надежен в экс­плуатации, позволяет передавать движение к рабо­чему органу наиболее удобным путем, с одним лишь требованием, чтобы наименьший радиус изгиба трубки был равен шести диаметрам шарика, обёспечивает точность перемещения 0,05—0,1 мм и передачу больших сил, почти не подвергается износу из-за обильной смазки, универсален.

Система распределительного вала с командоаппаратами. Она представляет собою распределительный вал с кулачками, передающими движение промежуточным звеньям в виде шарикового привода, золотников, клапанов либо контроллеров и барабанных командоаппаратов. Командоаппараты имеют, как правило, самостоятельный электропривод, но могут получать вращение от движущейся части станка. Каждый кулачок подает команды на определенную сборочную единицу автоматической линии или от­дельного автомата. Кулачки располагают на распре­делительном валу соответственно циклограмме ра­боты автомата или линии. В командоаппарате с шариковым передаточным механизмом (рис.3) элект­родвигатель через редуктор передает вращение двум распределительным валам со сменными блоками по девять кулачков. К кулачкам подводятся шариковые промежуточные механизмы, связанные с рабочими органами машины. Для выключения привода при пе­регрузке имеются предохранительная муфта и микро­переключатель. Переналадка командоаппарата про­должается около 10 мин путем замены блоков с кулачками.

Для осуществления сложных режимов управле­ния, когда имеется большое количество цепей, широ­кое, распространение получили командоаппарат с электрическими переключателями. Иногда такие командоаппараты называют контроллерами. Контрол­леры приводятся в движение специальными электро­двигателями либо получают вращение от движущейся части станка. На барабане (рис.4,а) имеются пазы, в которых размещаются кулачки для включе­ния или выключения соответствующих контактов KК электрических цепей исполнительных механизмов. Для включения цепей используют микровыключатели. Контроллеры применяют для управ­ления сложными автоматами и автоматическими ли­ниями. Для более простых технологических процес­сов применяют барабан из диэлектрика (рис.4,6), на котором закреплены медные пластины 2, соеди­ненные между собой по определенной схеме. Рядом с барабаном расположена рейка с пружинными контактами. При соприкосновении контакта 1 с пластиной 2 включается цепь, соответствующая определенному действию исполнительного механизма.

Рисунок 3 – Командоаппарат с шариковым передающим механизмом

Рисунок 4 – Контроллер: а – с барабанным командоаппаратом;

б – с барабаном из диэлектрика

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ С УПОРАМИ

В этой системе упоры являются программоносителями. Они могут перестанавливаться в пазах стола фрезерных, шлифовальных, агрегатных и других станков, на суппортах токарных станков, чтобы в определенном положении действовать на датчики, располагаемые на неподвижных частях станков. На рис.5 показана схема управления циклом работы фрезерного станка. Обработка детали совершает­ся за один оборот диска 1. В пазах диска закрепляется нужное число упоров 2. Каждый упор нажимает на рычаг 3 определенного конечного выключателя 4, передающего команду на переключение подачи с ускоренной на рабочую и, наоборот, на останов стола и шпинделя, раскрепление готовой детали и т.п.

Рисунок 5 – Управление с помощью упоров

Система проста, дешева, позволяет осуществлять бы­струю переналадку и дистанционное управление, но она разомкнутая, и синхронизация управления не­сколькими исполнительными органами затруднена. Систему целесообразно использовать при малом чи­сле управляемых рабочих органов, например при уп­равлении циклом работы агрегатных силовых столов, систем блокировки и сигнализации автоматических линий, а также при механизации и автоматизации фрезерных, сверлильных и других универсальных станков.

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ С КОПИРАМИ

Система автоматического управления с копирами—следящая система, в которой соответственно профилю и размерам копира-программоносителя происходит перемещение рабочего органа станка. Широко применяются механические, гидравлические, электромеханические, электрогидравлические, пневматические, пневмогидравлические следящие копиро­вальные системы.

В механических системах копир жестко связан с рабочим органом станка, чтобы кроме функции уп­равления рабочим органом осуществлять его переме­щение. В других системах копир выполняет только функцию управления, а подача осуществляется спе­циальным приводом. Точность изготовления копиров очень высокая. В первом случае копир воспринимает большие силы, а поэтому должен быть прочным, же­стким, износостойким. Копир изготовляют из качественных сталей, закаляют, шлифуют и прочно закреп­ляют на станке. Механизм подачи станка производит перемещение рабочего органа по одной координате, копир осуществляет подачу по второй, а иногда и по третьей координате. Из-за износа копи­ра точность обработки постепенно уменьшается. Во втором случае копиры не воспринимают больших на­грузок, и поэтому их изготовляют из пластмассы или стали без термообработки.

Копировальная система может встраиваться в станок или быть отдельным агрегатом. Из различных конструкций механических копирных систем рассмотрим одну конструк­цию (рис.6), корпус 2 которого закрепляется на место снятого со станка резцедержателя. Пиноль 1 устанавливают под углом 15°, чтобы создать возможность резцу обрабатывать ступени вала с торцами, перпендикулярными к оси. Пружина 5 обеспечивает непрерывный контакт щупа 3 с копиром 4. При движении суппорта по направлению к передней бабке резец обтачивает первую шейку. По окончании движения по первой ступени копира щуп вместе с пинолью и резцом перескаки­вает под действием пружины на вторую ступень, после чего происходит обтачивание второй шейки вала. Для возврата пиноли в исходное положение имеется эксцентрик 6, выводящий щуп из соприкосновения с копиром. Точность обработки по длине ±0,2 мм, по диаметру ±0,05 мм.

При выполнении щупа в виде ролика уменьшается трение и износ, но нельзя получать перпендикуляр­ности торцов у обрабатываемых ступеней. Заменяя копиры, можно обрабатывать конические, фасонные и ступенчатые валики с перепадом диаметров шеек до 5 мм и общим перепадом до 30 мм. Особенностью управления с помощью гидравлических копировальных систем является универсальность, возможность регулирования в большом диапазоне, малая продолжительность и удобство настрой­ки, малые управляющие силы и большие силы испол­нительного механизма, а также обеспечение точного соответствия обрабатываемой детали профилю копира.

Программоносителем служит копир, определяющий траекторию движения, датчик и промежуточные звенья — щуп гидрораспределителя и усиливающий гидрораспределитель, исполнительное звено — гидродвигатель. По количеству направлений суммарного движения рабочего органа различают гидравлические системы одно-, двух- и трехкоординатные.

В системах используются простые и дифференци­альные цилиндры с закрепленным штоком или ци­линдром. По количеству щелей, через которые пpoxoдит масло, следящие гидрораспределители делятся на одно-, двух- и четырехкромочные.

Рисунок 6 – Схема механической копирной системы

На рис.7,а показана схема однокоординатной следящей системы обеспечивающей поперечное перемещение резцедержателя с резцом в соответствии с профилем копира. Продольное движение обеспечи­вается механизмом подачи станка. При движении щупа 6 вверх под действием копира 7 масло через щель, образующуюся у кромки 1 гидрораспределителя 3, поступает в верхнюю полость цилиндра 5, заставляя цилиндр и резец подниматься вверх. При этом масло из нижней полости будет вытесняться, присоединяясь к потоку масла от насоса в гидрораспределителе 3. При опускании щупа по кривой копира масло от насоса поступает в нижнюю полость цилиндра 5, а из верхней сливается в бак через щель 2 у кромки. Когда щуп находится на горизонтальном участке копи­ра 7, щели 1 и 2 закрыты, и поперечное движение прекращается. Щуп и плунжер прижимаются к ко­пиру пружиной. Суппорт и корпус гидрораспределителя жестко связаны креплением 4. Если в какой-то кромке открыта щель, то система находится в неустойчивом состоянии. Рассогласование системы автоматического регулирования всегда вызывает перемещение, направленное на восстановление устойчивого состояния.

Чтобы обработать торец детали, находящийся под углом 90° к оси, необходимо гидросуппорт устанавливать под некоторым углом к оси детали. Чаще всего гидрокопировальные суппорты устанавливают под углом 45° к оси заготовки.

На рис.7,6 показана схема гидрокопировалыюго суппорта с однокромочным следящим гидрораспределителем. От шестеренчатого насоса 1 по трубопроводу с предохранительным клапаном масло поступает в цилиндр 2, связанный с резцедержателем Через отверстие в поршне масло поступает в нижнюю полость цилиндра и в гидрораспределитель 3, а затем на слив в бак. При опускании щупа 4 по копиру 5 под действием пружины опускается плунжер 6 и пе­рекрывает выход масла из нижней полости цилинд­ра 2. В нижней полости давление масла повышается, и цилиндр вместе с резцом опускается вниз к заго­товке. При подъеме щупа по копиру гидрораспределитель поднимается вверх, образуя проходное сечение, и масло из нижней полости цилиндра 2 свободно сливается в бак. Давление масла в нижней полости падает, и цилиндр с резцедержателем поднимается вверх. Корпус гидрораспределителя жестко соединен связью 7 с суппортом. Суппорт движется так же, как щуп гидрораспределителя, т. е. суппорт «следит» и следует за движением щупа по копиру.

Рисунок 7 – Схемы гидравлической следящей системы: а – с двухкромочным гидрораспределителем; б – с однокромочным гидрораспределителем

С помощью гидросуппортов обрабатывают ступенчатые и фасонные детали длиной до 900 мм при по­перечном ходе суппортов до 110 мм.

Системы с двухкоординатным следящим приводом характерны тем, что щуп, перемещающийся по копи­ру, управляет движением рабочего органа по двум координатам. Здесь при изменении поперечной по­дачи изменяется и продольная подача. Соотноше­ние между подачами соответствует выбранной зако­номерности.

В токарных гидрокопировальных полуавтоматах ряда моделей закономерность изменения подач имеет эллиптический характер и осуществляется стабили­затором скорости. Таким образом, результирующая подача не зависит от угла наклона копира. Гидросуппорт работает с заниженной подачей при обработке более пологих участков профиля. Поперечные подачи меньше про­дольных, что очень важно при обработке ступенчатых валов. Точность гидрокопировальных систем в пре­делах ±0,02 мм.

В электромеханических копирных системах исполь­зуются электроконтактные или индуктивные датчики, на которые действует копир. Датчики подают коман­ду на включение подачи, через промежуточное усили­вающее звено, на исполнительное (электромагнитные муфты или электродвигатели).

Бесконтактные индуктивные датчики позволяют работать с очень малым давлением щупа на копир, а потому с большой точностью движения инструмента соответственно профилю копира. В датчике две катушки с двойными обмотками, между которыми находится якорь, связанный со щупом. Первичные обмотки включены последователь­но и питаются переменным током, вторичные обмот­ки включены встречно. Когда якорь находится в сред­нем положении, результирующее напряжение на вы­ходе датчика равно нулю. Под действием щупа и пружины якорь отводится от среднего положения, вы­зывая появление сигнала определенной амплитуды и фазы. Сигнал усиливается и подается на исполни­тельный механизм.

Электрогидравлическая копирная система включает электрический датчик, на который действует копир, электрогидравлический преобразователь (соленоид и гидрораспределитель) и гидравлический исполнительный механизм. Часто применяют трехпозиционные датчики с вибрирующим контактом, закрепляемые на той части станка, которая совершает следящую подачу.

Используются также пневмоэлектрические и пневмогидравлические копирные системы, где пневматические датчики подают сигнал на преобразователь, а последний передает уже электрический или гидравлический сигнал на соответствующее исполнительное звено. Имеются станки, в которых вместо копиров используется точный чертеж детали, считываемый фотокопирным устройством. Однако изготовление прецизионных чертежей оказалось более сложным и трудоемким, чем изготовление копиров, и поэтому этот способ не получил распространения.

К недостаткам копирной системы следует отнести высокие стоимость и трудоемкость изготовления копиров и возможность автоматизации только рабочих ходов.