книги из ГПНТБ / Сергиевский, Л. В. Наладка, регулировка и испытание станков с программным управлением учебное пособие

Рис. 99. Крепление магнитной головки:

а—до изменения кон­ струкции; б — после изменения конструк­ ции

в процессе эксплуатации может менять свое положение, что приводит к искажению и потере сигнала. Обычное крепление магнитной головки изображено на рис. 99, а. Простая и надежная конструкция крепления магнитной головки получается при установке ее на шлифовальную подложку (пластину) с жестким закреплением на плите лентопротяжного механизма так, как это изображено на рис. 99, б.

Для станков с ЧПУ находят применение главным об­ разом многоканальные (многодорожечные) магнитные го­ ловки, работающие с широкими магнитными лентами. Для станков с фазовой системой ЧПУ типа ФП-7, ФП-17, ПФП-5, 6М13-ГН1, ФП-9 и др. применена магнитная девятидорожечная головка типа ПФП-1 для магнитной ленты шириной 35 мм. Девятидорожечная головка имеет для рассматриваемых станков излишнее количество ка­ налов.

Основной трудностью изготовления таких магнитных головок является обеспечение идентичности отдельных каналов (головок), выполнение одинаковых рабочих ще­ лей и обеспечение требуемого уровня чувствительности. Для усреднения и увеличения сигнала, считываемого магнитной головкой, используют запись одного и того же сигнала на двух дорожках и последовательное включение обмоток двух головок. При настройке головки ПФП-1 в резонанс два таких канала развивают сигнал в 12— 15 мВ

При воспроизведении максимальный магнитный поток будет пронизывать сердечник магнитной головки, когда угол между записанной информацией и кромкой ленты

231

2

У

ОС

х

Рис. 100. Схемы соединения обмоток магнитной головки',

а — попарное симметричное; 6 — попарное

(если она была записана пераллельно кромке) 0 = 90°. Неправильная ориентация рабочего зазора считывающей головки по отношению к направлению движения ленты (если угол 0 Ф 90°) служит одной из причин уменьшения сигнала с магнитной ленты. При попарно-симметричном включении обмоток головок любое изменение этого угла будет еще в большей мере уменьшать сигнал, так как сум­ марная э. д. с. с обеих головок будет меньше, а если угло­ вое смещение создаст сдвиг между двумя дорожками на половину полуволны сигнала, то в этом случае магнит­ ные потоки будут наводить в обмотках противоположные по направлению э. д. с., а так как обмотки соединены последовательно, то при этом на выходе головки сигнал будет отсутствовать.

Для улучшения условий считывания и для уменьше­ ния влияния изменения угла может быть применена иная попарная схема соединения обмоток головок. Такая по­ парно-последовательная схема соединения изображена на рис. 100, б. Эта схема, помимо сокращения влияния пере­ косов и двухкратного увеличения уровня считываемого сигнала, дает также некоторое увеличение стабильности уровня этого сигнала за счет того, что случайные коле­ бания чувствительности ленты имеют большую неравно­ мерность в направлении ее движения, чем при считыва­ нии сигналов с двух дорожек одновременно [19].

232

Для фазовых систем ЧПУ с целью увеличения сигнала считывания с магнитной головки применяют настройку ее в резонанс, но вследствие того, что частота по упра­ вляющим каналам меняется в пределах 250 ± 3 9 Гц, к вопросу настройки в резонанс необходимо подходить осторожно. Если магнитная головка остро настроена в ре­ зонанс на частоту 250 Гц, то отклонение частоты на 40 Гц в сторону уменьшения или увеличения от 250 Гц дает уменьшение сигнала примерно в 2 раза. Поэтому резо­ нансную емкость необходимо подбирать в зависимости от индуктивности обмоток головок и возможных изменений частоты сигнала.

§ 3. И З М Е Н Е Н И Я Э Л Е К Т Р О Н Н Ы Х С Х Е М ,

П О В Ы Ш А Ю Щ И Е Н А Д Е Ж Н О С Т Ь

Повышения надежности систем ЧПУ при их эксплуата­ ции можно добиться как конструктивными, так и схем­ ными методами. Схемные методы объединяют мероприя­ тия по повышению надежности систем путем совершен­ ствования их принципиальных схем. Совершенствование электронных схем ведется по двум направлениям: 1) со­ здание более простых схем; 2) создание схем с широкими допусками на параметры элементов и внешние воздей­ ствия [13, 20, 27, 36].

Схемные методы повышения надежности относятся к числу важных и перспективных. Создание возможно более простых схем относится к числу наиболее трудных вопросов проектирования систем ЧПУ. Создать сложную систему значительно проще, чем выполняющую те же за­ дачи простую схему. Значение упрощения схем опреде­ ляется тем фактором, что одной из причин возникнове­ ния проблемы надежности является сложность современ­ ных систем ЧПУ. При этом следует, конечно, иметь в виду, что речь идет о рациональном уменьшении числа элемен­ тов системы без ущерба для ее характеристик.

Схемы с широкими допустимыми пределами измене­ ния параметров элементов и внешних воздействий обеспе­ чивают исправность системы даже при применении мало­ стабильных элементов, а также в разнообразных условиях эксплуатации. В процессе эксплуатации на электронные системы станков с ЧПУ действуют случайные нагрузки, которые приводят к изменениям параметров элементов системы, т. е. всегда имеется некоторая вероятность

233

появления значительных изменений параметров системы, элементов и их эксплуатационных нагрузок. Схемы с ши­ рокими допусками на параметры элементов и внешние нагрузки особенно важны в устройствах для переработки информации систем числового программного управления. В этих устройствах случайные колебания напряжения питания, входных сигналов (по частоте и амплитуде) или обратимые изменения параметров элементов при коле­ баниях температуры и влажности могут привести к трудно обнаруживаемым скрытым отказам, состоящим в потере импульсов, возникновению ложных сигналов или к изме­ нению по фазе сигналов управления. Для создания схем с широкими допусками на параметры элементов устрой­ ства и внешних нагрузок иногда целесообразно идти на увеличение числа элементов в системе и усложнение электронных схем.

Возможность осуществления таких схем можно пока­ зать на примерах, которые были выполнены на эксплуати­ руемых системах ЧПУ для повышения их надежности. При снятии осциллограмм с усилителя считывания в пуль­ тах управления типа ПРС-ЗК станка с ЧПУ было заме­ чено, что питающее напряжение входных цепей имеет низкую фильтрацию (рис. 101, а), причем при считыва­ нии информации с программоносителя пульсация напря­ жения приводила к внезапным отказам. Одновременно с этим было установлено, что усилитель-формирователь прямоугольных импульсов при колебаниях напряжения сети изменяет амплитуду сигнала и происходит сбой

S)

Рис. 101. Осциллограмма напряжения питания импульс­ ной системы ЧПУ:

а «я- до переделки блока питания; б^ после доработки блока

234

в системе управления приводом. Для устранения этих недостатков была изменена схема питания электронных цепей; сопротивления R2 с выхода фильтра— 12,5 В переставлено на вход и введен стабилизатор в цепи пи­ тания смещения усилителя-формирователя. Измененная схема источника питания приведена на рис. 102, а и б. После проведенных изменений в схеме источника пита­

ловки в станках импульсной системы обнаружено, что различные типы магнитных лент «отдают» различные уровни сигналов (табл. 11). Верхний предел этого си­ гнала составляет 6—7 мВ действующего значения на ча­ стоте 2500 Гц при осуществлении записи на участке новой ленты, не использованной для записи. При подключении различных магнитных головок к усилителям считывания, которые заменяются по мере износа в процесса эксплуа-

2 3 5

236

тации, сигнал, считанный с магнитной ленты, иногда может падать до 1,5—2,0 мВ. Это объясняется тем, что заменяемые головки имеют разброс по размерам рабочей щели и количеству витков обмотки головки. Коэффициент передачи в системе головка—магнитная лента соответст­ вует примерно 0,3. Одновременно с этим многоразо­ вая прогонка и длительное хранение магнитных лент также приводят к падению уровня сигнала. Причиной падения уровня является то, что магнитная лента теряет свои магнитные свойства от времени использования и износа. Надежность считывающих устройств может быть увеличена за счет чувствительности системы: увеличением коэффициента усиления усилителя считывания, увели­ чением сигнала на магнитной ленте, повышением коэф­ фициента передачи магнитная лента—магнитная головка или магнитная головка—усилитель.

При длительном хранении магнитных лент уровень сигнала с ленты падает в 2—2,5 раза, что неизбежно в условиях производства, так как обработка деталей связана с какой-то цикличностью и время хранения лент может колебаться от одного до нескольких месяцев. Одно­ временно со «старыми» магнитными лентами в производ­ стве используются и новые ленты разных типов с записан­ ными на них программами. В общем случае при длитель­ ном хранении магнитных лент, их износе и использовании различных типов лент величина считываемого с магнит­ ной ленты сигнала будет в пределах 2—7 мВ. Очевидно, что усилители, настроенные на чувствительность 6—7 мВ, не будут воспроизводить сигналы с уровнем 2 мВ и меньше, а если усилитель настроен на уровень 2 мВ, то при уровне сигнала 6 мВ усилитель оказывается не работоспособ­ ным, так как одновременно с увеличением основного сиг­ нала увеличивается и сигнал помехи, который при даль­ нейшем усилении достигает величины основного сигнала и система станка становится неработоспособной.

Для того чтобы устранить влияние разброса парамет­ ров магнитных головок и при этом увеличить коэффи­ циент передачи, можно ввести в первый каскад схемы уси­ лителя считывания эмиттерные повторители. При замене магнитных головок вследствие разброса обмоточных дан­ ных меняется сопротивление обмоток головок. При умень­ шении сопротивления головки первый каскад усилителя считывания нагружен малым внутренним сопротивлением головки, и коэффициент усиления усилителя будет меньше,

2 3 7

а следовательно, и сигнал, считываемый магнитной голов­ кой, изменится в сторону уменьшения. Замена входных цепей усилителя считывания на эмиттерные повторители позволяет согласовать вход усилителя считывания с выход­ ным сопротивлением магнитных головок. Так, например, для системы управления станками типа 6Н13-ГЭ2 с пуль­ тами ПРС-ЗК была произведена доработка схемы входных усилителей (рис. 103) с вводом в нее эмиттерных повто­ рителей. Изменение схемы позволило увеличить коэф­ фициент передачи до 0,7—0,8 и устранить влияние раз­ броса параметров магнитной головки. Одновременно с вво­ дом эмиттерных повторителей, во второй каскад усили­ теля считывания в коллекторную цепь транзистора было введено переменное сопротивление, с помощью которого можно осуществлять изменение коэффициента усиления усилителя считывания. Но такой путь не решает пол­ ностью этого вопроса. Ввод переменного сопротивления во второй каскад усилителя считывания позволяет наст­ раивать усилители под любой сигнал, считываемый с ма­ гнитной ленты. Настройку коэффициента усиления уси­ лителя может производить вручную специалист — на­ ладчик, измерительными приборами, а это при частой смене магнитных лент с различными уровнями записи сигна­ лов вызывает неудобство и большие затраты времени при эксплуатации систем с ЧПУ.

Считываемый сигнал с магнитной ленты изменяется примерно в 2—2,5 раза. Это обстоятельство делает необхо-

238

противление резистора в цепи обратной связи R4 шунти­ руется емкостью С2 и сопротивлением диода Д1. Обычно применяют кремниевый диод, так как он обладает боль­ шим сопротивлением на начальном участке своей вольтамперной характеристики. Глубокая отрицательная связь достигается путем включения резистора R4 с относи­ тельно большим сопротивлением (500—1000 Ом).

При подаче управляющего сигнала ыупр через диод Д1 протекает ток, определяемый сопротивлением резистора R5 и напряжением «упр. Вследствие этого снижается пря­ мое сопротивление диода Д1, т. е. диод переводится из режима запирания в режим пропускания, и уменьшается глубина обратной связи на транзисторе 77. Регулируя напряжение «упр, можно изменять прямое сопротивление диода Д1 и тем самым глубину обратной связи для поддер­ жания коэффициента усиления в требуемых пределах. Величину uynp (0,5—0,86) для регулирования коэффи­ циента усиления транзистора Т1 выбирают заранее, в за-

Вход

а—

Рис. 105. Принци­ пиальная схема

А Р У с изменением динамического со­ противления тран ­ зистора

2 3 9

висимости от типа применяемой магнитной ленты, срока ее хранения и длительности использования. Для каждой группы этих параметров устанавливается дискретное зна­ чение «упр. Значение «упр при переходе от одной магнит­ ной ленты к другой устанавливается оператором, работаю­ щим на станке с ЧПУ. Сопротивления R1 и R2 выбирают из условия определения рабочей точки транзистора 77. Величина емкости С2 зависит от типа диода Д1 и напря­ жения управления иупр и выбирается от 1 до 10 мкФ. Сопротивление R5 подбирается из условий ограничения тока, протекающего по диоду на начальном участке вольтамперной характеристики, и нупр. Для диодов типа Д 101— Д 105 сопротивление может быть от 40 до 100 кОм.

На рис. 105 приведена схема АРУ, в которой коэффи­ циент усиления изменяется в зависимости от амплитуды входного сигнала. Транзистор Т1 служит одним из кас­ кадов линейной части усилителя. В цепь его -эмиттера включен транзистор Т2, работающий как регулятор ди­ намического сопротивления. Величина этого сопроти­ вления зависит от амплитуды входного сигнала. Сигнал с выхода линейных каскадов усилителя считывания (ЛУ) подается на вход эмиттерного повторителя ТЗ, с выхода ко­ торого поступает на вход детектора, выполненного на дио­ дах Д1 и Д2. В зависимости от этого напряжения изме­ няется динамическое сопротивление транзистора Т2 и, в конечном итоге, коэффициент транзистора 77. На магнит­ ной ленте перед началом рабочей информации записывают серию управляющих импульсов. Постоянную времени инте­ грирующей цепи (R8 и С6) выбирают так, чтобы управля­ ющее напряжение, поступающее на вход транзистора Т2, обеспечивало поддержание требуемого коэффициента уси­ ления усилителя.

В гл. II указывалось, что недостатком усилителяограничителя в фазовой системе ЧПУ является то, что при изменении амплитуды входного сигнала изменяются фронты входного сигнала, что отрицательно влияет на работу последующих каскадов и, в частности, на работу статического триггера. Чтобы исключить возможность появления отказов в схеме фазового управления станком, можно изменить схему усилителя-ограничителя на схему триггера Шмитта (рис 106). Триггер Шмитта является ре­ генеративной схемой, которая скачком изменяет свое состояние, когда входной сигнал достигает определенной величины. Основное применение триггера Шмитта — это

240