книги из ГПНТБ / Комаров, А. Ф. Наладка и эксплуатация электрооборудования металлорежущих станков

Рис. 107. Блок-схема электронного коммутатора и выходных усили­ телен

зуются в шеститактную систему импульсов, пригодную для управления шаговыми двигателями.

В настоящее время широкое распространение получили устройства импульсной СЧПУ «Контур-4МИ», пред­ назначенные для управления токарными, фрезерными и другими станками с шаговым приводом (рис. 106, 107, 108). Устройство «Контур-4МИ» состоит из блока пита­ ния БП, преобразующего напряжение сети в постоянные напряжения —25 В, —12 В и + 6 В, считывающего устрой­ ства УСМ с блоком регулировки скорости протяжки маг­ нитной ленты, блоков электронных коммутаторов БЭК и блоков выходных усилителей ВУ, блока технологиче­ ских команд БТК и блока автоматического управления

БАУ.

Рис. 108. Функциональная схема блока технологических команд и автоматики

170

Устройство работает следующим образом. При нажа­ тии на кнопку «Программа» (КН2) включается реле пуска программы РВ и замыкающим контактом включает реле Р1, которое становится на самопитание и включает веду­ щий двигатель УСМ. Начинается перемотка магнитной ленты в режиме воспроизведения программы. Другой контакт реле РВ размыкает входную цепь триггера ТГ2 блока ВАУ, при этом снимается сигнал запрета с входа электронных коммутаторов (элемент НЕ1, НЕ2 блока

БЭК).

При прохождении алюминиевой марки, наклеенной на магнитную ленту в начале записи программы, между источником света и фотодатчиком ФД (УСМ) с фотодатчнка снимается сигнал «Начало программы» и подается на вход ВАУ. В ВАУ он усиливается, формируется и по­ ступает на триггер ТГ1, установленный в исходное поло­ жение контактами реле РК (блока ВТК) и РВП1 (блока ВАУ). Реле РВП1 включается, включает реле РВП2 и отключает реле PC. Замыкающим контактом реле РВП2

сигналы поступают в блок электронного коммутатора БЭК, где преобразуются в прямоугольные импульсы амплиту­ дой 12 В и длительностью 200—300 мкс и поступают на элементы временной задержки ВЭ1, ВЭ2 и триггер приз­ нака направления ТГ1. Задержка импульсов необходима для того, чтобы импульсы с триггера ТГ1 могли прийти на вход счетчика раньше и подготовить его к работе в том или ином направлении.

Реверсивный счетчик состоит из четырех потенци­ ально-импульсных элементов ПИ1—ПИ4, трех тригге­ ров ТГЗ—ТГ5 и шести выходных ячеек И1—И6. В счет­ чике применена обратная связь, соединяющая выход триггера ТГ5 и вход триггера ТГ1 через элементы за­ прета НЕ5—НЕ6 с входом триггера ТГ4. Когда с триг­ гера ТГ5 на вход НЕ6 приходит сигнал «1», обратная связь работает. Благодаря этой обратной связи устра­ няются ненужные состояния выходов триггеров ТГЗ— ТГ5. Счетчик работает как суммирующий при поступле­ нии сигналов с дорожки «+» (прямой ход) и как вычи­ тающий при поступлении сигналов с дорожки «—» (об­ ратный ход). Если сигналы поступают с дорожки «+», то выходы триггеров ТГЗ— ТГ5 (а, бив) будут иметь состояния: 000, 001, 010, 011, 100, 111, 000 и т. д.

171

Импульсы с выходов ТГЗ—ТГ5 поступают затем на выходные элементы И1—И6, где преобразуются в шести­ тактную систему и подаются далее на выходной усили­ тель ВУ. В выходном усилителе импульсы преобразуются в трехтактную систему, причем длительность импульсов становится равной V2 периода и они сдвигаются друг

фаз шагового двигателя.

Устройство «Контур-4МИ» предусматривает возмож­ ность подачи на станок двух технологических команд и команды «Конец программы», которые записываются на 7—9 дорожках магнитной ленты. При воспроизведении сигналы технологических команд поступают на входы блока ВТК, где формируются, усиливаются и включают свои реле P I —P3 (замыкающий контакт реле Р1{ в цепи питания реле Р1—РЗ замыкается с небольшой выдержкой времени, определяемой емкостью конденсатора С/, после включения блока питания — 24 В). При прекращении действия сигналов технологических команд элементы НЕ1, НЕ2 и НЕЗ закрываются, реле PI—РЗ отключаются и производят необходимые переключения в электрической схеме станка.

Рассмотрим работу устройства при получении команды «Конец программы». При поступлении этой команды в блок БТП включается реле РЗ и его замыкающие контакты замыкаются. Загорается лампочка Л1\П и получает пи­ тание реле конца программы РКП. С небольшой выдерж­ кой времени (за счет конденсатора С4) включается реле РЛ, которое включает реле перемотки Р2 блока УСМ. Осуществляется автоматическая перемотка магнитной ленты. Лента останавливается или от кнопки «Стоп» или от сигнала фотодатчика «Начало программы». В ре­ жиме перемотки вновь на вход блока электронного ком­ мутатора подается сигнал запрета, сформированный эле­ ментами НЕ2 и НЕЗ и триггером ТГ2 блока БАУ.

Устройство «Контур-4МИ» позволяет работать на руч­ ном или автоматическом режиме. Автоматический режим протекает так, как описано выше. Ручной режим осуще­ ствляется с помощью генератора ручного управления, собранного по схеме мультивибратора. Генератор выра­ батывает импульсы частотой 3, 50, 100, 200, 500 и 800 Гц. Последняя частота используется для быстрых переме­ щений рабочих органов станка. Необходимые значения

172

подач стола, салазок и шпиндельной бабки станка выби­ раются переключателем «Частота», расположенным на пульте панели устройства. Сигналы с генератора подаются на вход НЕЗ блока БЭК и идут далее на обмотки шаго­ вого двигателя. Включение, отключение и перемотка магнитной ленты в режиме ручного управления осущест­ вляются с помощью кнопок управления.

Устройство «Контур-4МИ» имеет генераторы одиноч­ ных импульсов (триггер ТГ2 блока БЭК), с помощью которых осуществляются небольшие перемещения рабо­ чих органов. Для выполнения таких перемещений пере­ ключатель «Генератор—Одиночные импульсы «устана­ вливают в положение «Одиночные импульсы» и нажимают кнопку КН5. Наладку устройств программного упра­ вления ПРС/ЗК и «Контур-4МИ» выполняют по следую­ щей программе: внешний осмотр устройства; проверка; работы лентопротяжного механизма; работы усилителей по координатам; шаговых двигателей; работы устрой­ ства на ручном режиме; работы устройства совместно со станком по тест-программе; устройства совме т.ю со стан­ ком по реальной программе п изготовление опытной пар­ тии деталей.

При внешнем осмотре проверяют наличие всех узлов и блоков устройства, производят расконсервацию, очи­ стку от грязи, пыли и посторонних предметов устройств. Визуально или с помощью приборов проверяют целость монтажа блоков и междублочных соединений. Обнару­ женные при внешнем осмотре мелкие неисправности уст­ раняют немедленно.

Проверка лентопротяжного механизма и усилителей считывания состоит из проверки питающих напряжений и плавности перемещения магнитной ленты. Если имели место заедания ленты, проскальзывание ремня от привод­ ного двигателя, то регулируют лентопротяжный механизм согласно инструкции. Затем проверяют бгения роликов, ведущего вала и радиальное биение ведущего маховика с помощью индикатора биений. Цена деления индикатора не-должна превышать 0,01 мм. Измеренные таким обра­ зом величины биений должны быть не более 0,05 мм для ролика и вала и 0,08 мм для маховика. Если биения превышают указанные значения, то производят дополни­ тельную регулировку или заменяют ролики, вал или маховик на новые. Проверку усилителей по координатам выполняют аналогично проверке полупроводниковых уси­

173

Проверку работы устройства на ручном режиме вы­ полняют с помощью ключей управления по координатам и переключателя «Частота». Чаще всего эту проверку производят после наладки электрооборудования, уста­ новленного на станке. G помощью частотомера или осцил­ лографа измеряют частоты, вырабатываемые генератором импульсов, при этом измеренные значения частоты не должны отличаться от паспортных данных генератора. Затем, манипулируя ключами управления по координа­ там и переключателем «Частота», проверяют скорость перемещения подвижных органов станка.

Проверка устройства по тест-программе позволяет выявить неисправности, которые невозможно было об­ наружить на предыдущих этапах наладки. Тест-про­ грамма представляет собой записанные на магнитной ленте контрольные перемещения рабочих органов, по­ этому если фактические перемещения рабочих органов станка получились меньше записанных, это указывает на неправильную работу коммутатора, дефект шагового двигателя (неправильное включение обмоток) или дефект гидравлики.

Прежде чем проверять совместную работу устрой­ ства и станка по реальной программе и изготовлять опыт­ ную партию деталей, убеждаются в высоком качестве магнитной записи (с помощью пульта ПЗК или коорди­ натографа). После этого переключатель режима работы устанавливают в положение «Автоматический» и вклю­ чают лентопротяжный механизм. Во время обработки программы контролируют работу отдельных блоков с по­ мощью осциллографа или другого контрольно-измери­ тельного прибора. Если размеры детали соответствуют заданным, то наладку станка считают законченной и сдают станок в постоянную эксплуатацию.

В процессе первичной наладки, а также во время эксплуатации в устройствах ПРС-ЗК и «Контур-4МИ» возможны различные неисправности. Основные неи­ справности связаны, как правило, с нарушениями кон­ тактов внутри блоков за счет их окисления, обрывов, выходом из. строя транзисторов или других элементов блоков, отсутствием напряжения питания на одном или нескольких блоках. Обнаружение таких неисправностей не составляет большой трудности и выполняется при по-

174

мощи обычных измерительных приборов. Отыскание не­ исправностей облегчается наличием подобных блоков в

устройстве.

Так, если нет выхода на шаговый двигатель, то для определения неисправности достаточно на место его элек­ тронного коммутатора поставить коммутатор с другой координаты.

Если при этом появляется выход на первом шаговом двигателе, а на другом пропадает, т. е. неисправность в блоке электронного коммутатора. Таким же образом убеждаются в исправности блоков усилителей, шаговых двигателей. Если имеется несколько однотипных уст­ ройств, то для проверки используют годные блоки других устройств. Порядок нахождения конкретной неисправ­ ности в блоке зависит от принципиальной электрической схемы блока. В общем случае пользуются методом исклю­ чения, т. е. проверяют выходные напряжения на послед­ нем каскаде или субблоке при подаче на входы соответ­ ствующих сигналов, затем на предпоследнем и т. д., пока не обнаружат неисправность.

Что читать по этому разделу.

Брандт А. А., Ржевкин К. С. Техника монтажа и налаживания радиосхем, М., МГУ, 1965, 439 с. Маслов А. А. Электронные полупровод­ никовые приборы. М., «Энергия», 1967, 400 с. Ратмиров В. А. и др. Ша­ говый привод в станках с программным управлением. М., НИИМАШ, 1971, 124 с. Ратмиров В. А., Чурин И. Н., Шмутер С. Л. Повышение точности и производительности' станков с программным управлением.

М., «Машиностроение», 1970, 344 с. Рашкович М. П., Рашкович П. М., Шкловский Б. И. Индуктивные преобразователи для автоматизации металлорежущих станков. М., «Машиностроение», 1969, 151 с. Ре­ пьях А. Ф., Смирнов И. А. Электрооборудование и автоматизация металлорежущих станков. М., «Машиностроение», 1967, 216 с. Свириденко С. X. и др. Элементы автоматизации металлорежущих станков. М., «Машиностроение», 1964, 212 с. Ушаков Н. С., Кузнецов В. Л. Эксплуатация электрооборудования металлорежущих станков. М., «Машиностроение», 1968, 120 с. Харнзо.ченов Л! В. Электрооборудова­

ние и электроавтоматика металлорежущих станков, М., «Машино­ строение», 1964, 328 с.

УСИЛИТЕЛИ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Усилителем называется элемент системы автоматического регулирования, предназначенный для усиления неболь­ шого входного сигнала и получения на выходе тока, напряжения или мощности, достаточных для управления исполнительными механизмами. Широкое применение уси­ лителей в схемах автоматического управления приводами металлорежущих станков определяется тем, что они упро­ щают схемы автоматического управления, увеличивают точность работы систем регулирования скорости приво­ дов, обеспечивают требуемый уровень надежности.

Преобразователем называют устройство, функцио­ нальное назначение которого заключается в том, чтобы качественно менять какой-либо из параметров системы,

ляются усилителями и преобразователями, одновременно в зависимости от того с какой точки зрения их рассмат­ ривать. Фактически каждый из описанных в предыдущих разделах элементов электрических схем является усили­ телем и преобразователем одновременно. Но в дальней­ шем нас будут интересовать только такие устройства, в которых свойства усиления и преобразования исполь­ зуются в системах автоматизированного электропривода металлорежущих станков. При этом их целесообразно сравнивать по следующим признакам:

1. По энергетическому преобразованию: электричес­ кие (т. е. преобразующие электрическую энергию в элек­ трическую, изменяя при этом какие-либо параметры); электромеханические и механоэлектрические; электрогидравлические; гидромеханические и т. д.

2. По роду тока преобразующие: переменный ток в постоянный; постоянный ток в переменный; переменный ток в пульсирующий; постоянный ток в импульсный;

176

переменный ток одной частоты в переменный ток другой

тромашинные (ЭМУ); магнитные (МУ); электронные (ЭМУ); полупроводниковые (ППУ).

Всвою очередь, каждую из' этих групп можно разде­ лить на подгруппы, например, группа ППУ по типу основ­ ного прибора делится на подгруппы усилителей: тран­ зисторных, тиристорных, а подгруппа тиристорных по принципу управления на усилители с импульсным и фазовым управлением.

Вданном разделе усилители-преобразователи рассмот­ рены в соответствии с разделением на группы по техни­ ческому принципу преобразования и типу основного прибора.

1. Электромашинные усилители (ЭМУ)

Электромашинный усилитель (ЭМУ) представляет собой двухмашинный агрегат, состоящий из приводного двига­ теля и специального генератора постоянного тока. Уси­ ление в ЭМУ — двухкаскадное (рис. 109).

При подаче сигнала UBK на обмотку управления (ОУ) по ней потечет ток iy. Если генератор привести во враще­ ние, то в его якорной обмотке 1—2 будет наводиться электродвижущая сила а, направление которой опре­ деляется по правилу правой руки. Если щетки I—2 замкнуть накоротко, то по перемычке потечет ток Ух_2, значительно больший, чем ток iy. Ток / г_2 создаст ма­ гнитный поток Ф 2, который, в свою очередь, наведет э. д. с. в якорной обмотке. Если в плоскости, перпенди­ кулярной оси щеток 1—2, поставить щетки 3—4, то воз­

ный поток Ф3, направленный навстречу магнитному по­ току обмотки управления Фх. Для устранения размагни­ чивающего влияния потока Ф3 последовательно с на­ грузкой включают компенсационную обмотку, магнитный поток которой Фк направлен встречно Ф3. Реостат Кк служит для регулирования величины магнитного потока

Ф

4 К*

Компенсационная обмотка КО влияет на работу электромашинного усилителя, так как от величины степени компенсации (отношения магнитного потока обмотки ком-

177

пенсации к магнитному потоку рабочей обмотки якоря) зависит устойчивость работы ЭМУ и его характеристики.

На рис. ПО приведены внешние характеристики ЭМУ при различных степенях компенсации пк. При степени компенсации пк г> 1 ЭМУ перекомпенсирован, т. е. с уве­ личением тока якоря возрастает выходная э. д. с. В этом случае возможно самовозбуждение машины, т. е. выход­ ное напряжение на щетках ЭМУ может сомопроизвольно возрастать даже при отсутствии сигнала управления. При пк <5 1 ЭМУ недокомпенсирован и увеличение тока якоря приводит к снижению напряжения на выходе. Для обеспечения устойчивой работы системы автомати­ ческого регулирования с электромашинным усилителем

Существует несколько промышленных типов электромашинных усилителей, из которых в схемах автомати­ ческого управления приводами металлорежущих станков наиболее широко используют ЭМУ-3, ЭМУ-5, ЭМУ-12 и ЭМУ-25. В зависимости от типа приводного двигателя (постоянного тока или асинхронного с короткозамкнутым ротором) к его обозначению добавляются буквы П или А соответственно. Конструкции ЭМУ-3, ЭМУ-5, ЭМУ-12 аналогичны. Электромашинные усилители этих типов вы­ полнены в однокорпусиом исполнении вместе с привод­ ным двигателем. Станины ЭМУ и двигателя стальные,

178

стянутые друг с другом и с крышками стяжными шпиль­ ками. Сердечники якоря ЭМУ и ротора приводного дви­ гателя из электротехнической стали насажены непосред­ ственно на вал и стянуты нажимным стальным кольцом. Проворачиванию сердечника препятствуют продольные шпильки. Сердечники статора ЭМУ и главных' полюсов (пли статора в случае асинхронного привода) также наб­ раны из электротехнической стали и стянуты шпильками. Обмотка якоря усилителя двухслойная петлевая, а у приводного двигателя волновая (в случае асинхронного двигателя короткозамкнутая).

Коллекторы ЭМУ и приводного двигателя выполнены из медных пластин, изолированных миканитовыми про­ кладками. Коллекторные пластины собраны с помощью специальной втулки, нажимного конуса и гайки. Кол­ лектор зафиксирован продольной шпонкой для предот­ вращения проворачивания. Подшипниковые щиты из­ готовлены из алюминиевых сплавов и имеют ступицу со стальными втулками для встройки подшипников каче­ ния и фланцев. Передний щит имеет металлическую сетку в нижней части для притока воздуха. Вентилятор выпол­ нен из алюминиевого сплава.

ЭМУ применяют главным образом в схемах автомати­ ческого регулирования с обратными связями. Под обрат­ ными связями понимают дополнительную связь между выходной и входной величинами системы, необходимую для обеспечения качества регулирования. Различают обратные связи положительные и отрицательные, жесткие и гибкие. При положительной обратной связи увеличение или уменьшение выходной величины связано с одновре­ менным увеличением или уменьшением входного сигнала. При отрицательной обратной связи увеличение выходного сигнала приводит к уменьшению входного и наоборот. При жесткой обратной связи сигнал обратной связи пропор­ ционален выходному сигналу, при гибкой обратной связи сигнал обратной связи пропорционален скорости изме­ нения выходного сигнала. Гибкая обратная связь дей­ ствует в переходных режимах работы системы.

Наиболее широко распространены схемы автомати­ ческого регулирования с жесткими обратными связями по напряжению генератора, току, скорости, а также по току и напряжению одновременно.

На приведенной схеме, на рис. 111, а обратная связь является отрицательной, так как действие этого сигнала

179