книги из ГПНТБ / Чвертко А.И. Установки и станки для электродуговой сварки и наплавки

срабатывание соответствующих микропереключателей и включение привода соответствующей координаты.

Наиболее универсальными копировально-следящими си­ стемами для автоматического перемещения рабочего органа по сложным плоским траекториям являются двухкоординат­ ные системы с взаимозависимыми подачами по коорди­ натам. В металлообработке применяются различные си­ стемы такого типа: электрические с электроконтактными, ин­ дуктивными и емкостными датчиками, гидравлические с гидравлическими и электрическими датчиками и др. [7].

Системы такого типа при использовании их для автома­ тизации сварочных работ обеспечивают постоянную ско­ рость сварки при любом направлении вектора скорости сварки і>св относительно координатных осей установки или станка.

Впервые система такого типа применена в сварочном про­ изводстве Волгоградским научно-исследовательским ин­ ститутом технологии машиностроения (ВНИИТмаш) и Вол­ гоградским тракторным заводом. Они создали установку УНФ-1 для автоматической наплавки обрезных штампов (5]. Установка состоит из двухкоординатного исполнитель­ ного механизма, смонтированного на колонне радиально­ сверлильного станка, сварочной головки, пульта управле­ ния и аппаратного шкафа.

Автоматизация перемещения точки наплавки по заданной траектории осуществляется путем автоматического копи­ рования чертежа этой траектории, выполненного в мас­ штабе 1 : 2 .

Копировальный столик, на котором размещается копирчертеж, фотокопировальная головка и блоки фотокопиро­ вальной системы типа ФОС-4 размещены в аппаратном шкафу. В основу фотокопировальной системы положен фа­ зоимпульсный принцип, при котором информация о поло­ жении линии чертежа относительно оси фотокопироваль­ ной головки получается в виде величины фазового угла точки пересечения линии чертежа световой разверткой фото­ головки. Эта информация используется для выработки ве­ личины угла а наклона отрабатываемой траектории к ко­

по координатам таким образом, чтобы результирующая ско­ рость движения вдоль заданной траектории была прибли­ зительно постоянна.

460

Перемещение копировального столика относительно фо­ токопировальной головки осуществляется синхронно с пе­ ремещением наплавочной головки относительно изделия,

новке, возросла в 3 раза при использовании обычных флю­ сов и в 5—7 раз при использовании керамических флюсов. Точность копирования ±0,5 мм 15].

УСТАНОВКИ И СТАНКИ ДЛЯ СВАРКИ ШВОВ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ

И НАПЛАВКИ СЛОЖНЫХ КРОМОК И ПОВЕРХНОСТЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ СИСТЕМ ЦИФРОВОГО ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ

Одним из прогрессивных способов автоматизации про­ изводственных процессов является программное управле­ ние. В области сварочного производства программное управ­ ление начали применять сравнительно недавно. Внедрение его связано с определенными трудностями, обусловлен­ ными спецификой сварочного производства, технологии и техники сварки. Непосредственными объектами программно­ го управления могут быть: перемещение исполнительных элементов установок и станков, параметры режима техно­ логического процесса, смена инструмента или другого рабо­ чего органа, последовательность и длительность операций.

В сварке, как и в металлообработке, можно выделить два вида систем цифрового программного управления пере­ мещениями исполнительных элементов (узла, несущего из­ делие, и узла, несущего сварочный рабочий орган — сва­ рочную головку, мундштук, горелку):

1)системы программного управления положением, или позиционного программного управления (ЦПУП), дающие возможность управлять последовательными положениями изделия и (или) сварочного рабочего органа;

2)системы программного управления движением, или функционального (контурного, непрерывного) программно­ го управления (ЦПУФ), обеспечивающие одновременное согласованное перемещение изделия и (или) сварочного ра­ бочего органа в двух и более координатах таким образом,

чтобы перемещение точки сварки по изделию происходило по заданной траектории с заданной скоростью.

Позиционные и функциональные системы цифрового программного управления используются и для управления параметрами режима электродуговой сварки или наплавки. В случае управления режимами позиционные системы обес­ печивают лишь переключение исполнительного элемента с одного значения управляемого параметра на другое, а пере­ ходный процесс определяется динамическими свойствами исполнительного элемента, в то время как функциональные системы управляют значением данного параметра непре­ рывно, обеспечивая заданный закон его изменения с опре­ деленной степенью точности.

Позиционные системы проще функциональных, так как при позиционном управлении траектории и скорость пере­ мещения из любого предыдущего положения в последующее могут быть произвольными и не влияют на технологический процесс. Однако функциональные системы более универ­ сальны и могут быть применены для решения задач как функционального, так и позиционного управления.

В области электродуговой сварки позиционные системы уже частично применяются при автоматизации следующих операций: сварки электрозаклепками; приварки шпилек; сварки трубок с трубными досками или приварки большого количества круглых бобышек —для вывода сварочного рабо­ чего органа в зону сварки очередной трубки или привари­ ваемой бобышки; сварки нескольких прямолинейных швов в различных зонах изделия — для вывода изделия и сва­

перемещения сварочного мундштука в положение, соответ­ ствующее наложению очередного валика наплавленного ме­ талла и др.

Функциональные системы применяют для сварки швов сложной конфигурации и наплавки сложных кромок и по­ верхностей.

Системы ЦПУП могут быть разделены на четыре группы: счетно-импульсные, аналоговые, со схемами совпадения и программно-путевые [29]. Упрощенные функциональные схемы одной координаты каждой из этих систем приведены на рис. 108.

В счетно-импульсных системах (рис. 108, а) каждое по­ ложение исполнительных элементов, которое необходимо отработать, задается в виде приращений координат отно­ сительно предыдущего положения. Приращения координат

162

вводятся в счетчики координат в виде чисел, равных част­ ному от деления соответствующего приращения координаты на цену импульса системы. Когда привод координаты отра­ батывает заданное положение, датчик перемещения (им­ пульсный преобразователь) вырабатывает импульсы, ко­ личество которых пропорционально отработанному пере­ мещению. Движение прекращается тогда, когда с момента начала отработки число импульсов, поступавших от дат-

г

Рис. 108. Упрощенные функциональные схемы (одной координаты) позиционных систем цифрового программного управления:

a — с ч е т н о - н м п у л ь с н а я ; б — а н а л о г о в а я ; в — с о с х е м о й с о в п а д е н и я ; г — п р о ­ г р а м м н о - п у т е в а я ; / — б л о к в в о д а п р о г р а м м ы ; 2 — с ч е т ч и к ; 3 — с х е м а у п р а в ­ л е н и я п р и в о д о м ; 4 — п р и в о д ; 5 — к а р е т к а х ; 6 — д а т ч и к п е р е м е щ е н и я ; 7 — д а т ч и к п о л о ж е н и я ; 8 — д а т ч и к « у п о р а * х ; 9 — б л о $ « у п о р о в » ; 10 ц и ф р о - а н а л о г о в ы й п р е о б р а з о в а т е л ь ; 11 — с р а в н и в а ю щ е е у с т р о й с т в о ; 12 — с х ё м а с о в ­

п а д е н и я .

чика перемещения, станет равным величине заданного при­ ращения координаты, выраженной в количестве импульсов.

Достоинством такой системы является возможность по­ лучения практически любой точности отработки сравни­ тельно простьш путем, а недостатком— наличие счетчика, который содержит весьма большое число составных элемен­ тов, и необходимость защиты системы от импульсных помех.

В аналоговых системах (рис. 108, б) координаты каждого положения задаются в абсолютных величинах цифровым кодом. После ввода программы код преобразуется в физи­ ческий аналог, например в соответствующую величину задающего напряжения. В этих системах величина фактиче­ ского значения координат контролируется датчиками по­ ложения, в качестве которых чаще всего используют преци­ зионные потенциометры или различного вида индуктивные преобразователи. Очередное перемещение по данной коор.- динате выполняется до тех пор, пока величина сигнала

датчика положения не станет равной сигналу (напряжению), пропорциональному заданной координате.

Достоинством аналоговых систем является невосприим­ чивость к импульсным помехам и простота (при невысокой точности), а недостатком —существенное усложнение си­ стемы с увеличением точности и необходимость высокой точ­ ности датчиков положения.

Всистемах со схемами совпадения (рис. 108, в) коорди­ наты каждого программируемого положения задаются в абсолютных величинах от общего начала отсчета. Перемеще­ ния по каждой из координат происходят до тех пор, пока на выходе датчика положения не появится кодовая комбина­ ция, идентичная заданной.

Всистемах со схемами совпадения обычно применяют код Грея [29], исключающий появление ошибок на стыке любых соседних кодовых комбинаций.

Достоинством этих систем является простота схемы управления.

Впрограммно-путевых системах (рис. 108, а) програм­ мируется направление и скорость перемещения и код ком­ плекта упоров, в качестве которых могут быть использова­ ны наборы концевых мер, переставные жесткие упоры, «маг­ нитные упоры» (намагниченные участки ферромагнитного покрытия), отверстия в перфорированных носителях и т. п. Перемещение, включенное по команде от программоноси­ теля, выполняется до тех пор, пока перемещаемый элемент не достигнет соответствующего упора. После этого выпол­

няется технологическая операция, а затем— перемещение в следующую позицию и т. д.

Во всех позиционных системах при необходимости полу­ чить большие скорости отработки и обеспечить достаточную точность позиционирования применяют ступенчатое тор­ можение, т. е. при подходе к заданному положению скорость снижается (иногда в несколько этапов). Для повышения точности позиционирования аналоговые системы и системы со схемами совпадения делают многоканальными, т. е. состоящими из нескольких систем с разной точностью от­ счета. Диапазон каждого последующего (т. е. более точного) канала обычно равен разрешающей способности предыду­ щего.

Наиболее распространены следующие системы ЦПУФ: импульсно-шаговая, импульсно-следящая (цифровая сле­ дящая), импульсно-фазовая, фазовая и фазо-импульсная

164

[1, 14], упрощенные функциональные схемы которых при­ ведены на рис. 109.

Для импульсно-шаговой системы (рис. 109, а) программа перемещений имеет вид последовательности импульсов,чис­ ло которых пропорционально величине перемещения, а час­ тота следования — скорости этого перемещения. Програм­ ма в таком виде поступает непосредственно в систему отра­ ботки либо записывается на промежуточный программоно­ ситель, который во время отработки программы непрерывно протягивается через считывающее устройство.

Вкачестве такого программоносителя обычно исполь­ зуется ферромагнитная лента.

Вразличных вариантах системы для каждой координаты применяется запись двухполярными импульсами на одной дорожке либо запись однополярными импульсами на двух дорожках, либо запись определенным образом чередующих­ ся сигналов на трех дорожках. Иногда при двухдорожечной записи применяют перфорированную ленту.

При одно- и двухдорожечной записи импульсы после счи­ тывания, формирования и усиления подаются на один из двух входов электронного коммутатора в зависимости от знака перемещения, который определяется полярностью импульса или дорожкой, несущей импульсы. Коммутатор

через соответствующие усилители управляет подачей напря­ жения на обмотки шагового двигателя таким образом, что каждый импульс программы вызывает поворот ротора шаго­ вого двигателя на постоянный угол — шагср0 — в соответст­ вующем направлении. Трехдорожечная запись применяется при трехсекционном шаговом двигателе и позволяет вы­ нести коммутатор в систему подготовки программы, что существенно повышает надежность системы в целом и упро­ щает систему отработки, установленную в цехе у станка.

Преимущества импульсно-шаговой системы: отсутствие обратной связи и, как следствие этого, сравнительная прос­ тота системы, высокая устойчивость электромеханической части привода; простой вид программы — унитарный код, позволяющийприменять в качестве программоносителя не только ферромагнитную ленту, но и другие виды носителей. Недостатки: скорость отработки ограничена приемистостью шагового двигателя; движение имеет импульсный характер (особенно при низких частотах).

Для импульсно-следящей системы (рис. 109, б) програм­ ма перемещений имеет такой же вид, как и для импульсно-

165

д

Рис. 109. Упрощенные функциональные схемы (одной координаты) функ­ циональных систем цифрового программного управления:

а — и м п у л ь с н о - ш а г о в а я ; б — н м п у л ь с н о - с л е д я щ а я ; в — н м п у л ь с н о - ф а з о в а я е — ф а з о в а я ; д — ф а з о - п м п у л ь с н а я ; / — б л о к с ч и т ы в а н и я ; 2 — ф о р м и р о в а т е л ь ; 8 — к о м м у т а т о р ; 4 — п р е д у с и л и т е л ь ; 5 — в ы х о д н о й у с и л и т е л ь ; 6 — ш а г о в ы й

д в и г а т е л ь ; 7 — у с и л и т е л ь к р у т я щ е г о м о м е н т а ; 8 — к а р е т к а л*; 9 — с и н х р о н н - в а т о р ; 10 — р е в е р с и в н ы й с ч е т ч и к ; // — и з м е р и т е л ь ч а с т о т ы ; 12 — д е ш и ф р а т о р ; 13 у с и л и т е л ь ; 14 — с и л о в о й у с и л и т е л ь ; 15 — п р и в о д н о й д в и г а т е л ь ; 16 —

166

шаговой. Импульсы ± п (х) от программоносителя и ± « і (х) от импульсного датчика обратной связи по перемещению че­ рез синхронизаторы поступают на реверсивный счетчик.

пропорционального частоте /„ импульсов программы. Факти­ ческая мгновенная скорость перемещения является функци­ ей заданной скорости и рассогласования между заданным и фактическим положениями перемещаемой каретки.

Исполнительный двигатель — электродвигатель посто­ янного тока или гидродвигатель с регулируемой скоростью.

Преимущества импульсно-следящей системы: возмож­ ность получения высокой скорости отработки программы; плавность обработки; простой вид интерполированной про­ граммы — унитарный код.

Недостатки: значительная структурная и конструктив­ ная сложность, высокие требования к одному из основных блоков — реверсивному счетчику, работающему при час­ тоте, изменяющейся в пределах 0—2 fn.

Импульсно-фазовая система (рис. 109, в) отличается от импульсно-следящей тем, что через синхронизаторы, кроме импульсов программы ± п (х) и импульсов от датчика обрат­ ной связи ± п х (х), проходят импульсы N от отдельного ге­ нератора импульсов с частотой, значительно большей час­ тоты импульсов п и На выходе преобразователей полу­ чаются последовательности импульсов, сдвинутые друг от­ носительно друга по фазе на величину, пропорциональную п — пѵ В качестве фазового дискриминатора используется обычный триггер; с него снимается напряжение, пропор­ циональное числу п — пг.

Преимущества импульсно-фазовой системы (по сравне­ нию с импульсно-следящей): отсутствие реверсивного счет­ чика; преобразователи и фазовые дискриминаторы работают практически при неизменной частоте. Общие недостатки им-

д а т ч и к о б р а т н о й с в я з и ; 17 — д и с к р и м и н а т о р з н а к а ; 18 — г е н е р а т о р и м п у л ь с о в f N > fn \ 19 — и м п у л ь с н о - ф а з о в ы й п р е о б р а з о в а т е л ь ; 20 — ф а з о в ы й д и с к р и м и н а ­

т о р ( т р и г г е р ) ; 21 — и з м е р и т е л ь ч а с т о т ы ; 22 — у с и л и т е л ь с ч и т ы в а н и я ; 23 — ф а ­ з о в ы й д и с к р и м и н а т о р ; 24 — ф а з о р а с щ е п н т е л ь ; 25 — п о в о р о т н ы й т р а н с ф о р м а т о р ; 26 — т а х о г е н е р а т о р .

167

пульсных систем: невосполнимая потеря информации при пропуске импульсов и чувствительность к импульсным помехам. Этого недостатка лишены аналоговые системы: фа­ зовая и фазо-импульсная.

В фазовой системе (рис. 109, г) программа перемещений по каждой из координат представляет собой записанный на от­ дельной дорожке ферромагнитной ленты фазомодулированный синусоидальный сигнал at + ф (х). На этой же ленте на отдельной дорожке записывается опорный (эталонный) сигнал at, от которого отсчитываются фазовые углы ср сиг­ налов, управляющих перемещениями по координатам. При подготовке программы для фазовых систем унитарный код преобразуется в фазо-модулированный сигнал с помощью импульсно-фазового преобразователя.

При воспроизведении программы опорный сигнал at используется для питания поворотных трансформаторов обратной связи. Сигнал управления перемещением о)/-|- +Ф (х) поступает в фазовый дискриминатор, где он сравни­ вается с сигналом от поворотного трансформатора MZ-f-cpj (х). Напряжение на выходе фазового дискриминатора, пропор­ циональное фазовому рассогласованию ср — cpj между эти­ ми сигналами, усиливается и используется для управления перемещением каретки.

Для увеличения устойчивости системы вводят обратную связь по скорости отработки перемещения.

Преимущество фазовой системы — простота; недоста­ ток — наличие погрешностей отработки, связанных с влия­ нием амплитуды и формы записанных на программоносителе синусоидальных напряжений, а также качества лентопро­ тяжного механизма на величину сигнала, управляющего приводами.

Фазо-импульсная система (рис. 109, д) отличается от фазовой тем, что программа записывается в виде сдвига фаз между сериями импульсов. В связи с этим роль фазового дискриминатора в фазо-импульсной системе выполняет обычный триггер, а с выходов поворотных трансформаторов сигнал обратной связи поступает в фазовый дискриминатор через формирователь.

Для всех аналоговых систем запись программы представ­ ляет собой несколько более сложную задачу, чем для им­ пульсных систем. Требования к лентопротяжному механиз­ му в фазовых системах выше, чем в импульсных, особенно при высоких требованиях к точности отработки программы.

Подготовка программы для станков и установок с про­

168

граммным управлением представляет собой новый вид тех­ нологической подготовки производства. В каждом конкрет­ ном случае выбранный метод подготовки программы и вид программоносителя должны быть обоснованы как техни­ чески, так и экономически с тем, чтобы программа могла быть подготовлена и передана на производственный участок

воптимальный срок с наименьшими затратами. Подготовка программы для позиционных систем не пред­

ставляет большой сложности. Для программирования пере­ хода в очередную позицию достаточно по чертежу изделия определить приращения координат, которые необходимо отработать при переходе в эту позицию, или абсолютные значения координат этой позиции (в зависимости от типа системы). При большом числе программируемых позиций в качестве программоносителя обычно применяют перфолен­ ту, реже — массивы перфокарт, а при небольшом — одну (иногда специальную) перфокарту, перфодиск, штекерные панели (стационарные и сменные), блоки тумблеров и много­ позиционных переключателей. Считают [1], что в цеховых условиях ввод программы на перфоленте не обеспечивает достаточной надежности при большом количестве повтор­ ных считываний. Поэтому полагают перспективным [1] ис­ пользование в качестве запоминающего устройства мат­ рицы с магнитными сердечниками, в которую программа вводится с перфоленты один раз, после чего перфолента не

этом ввод программы в матрицу можно выполнять и вруч­ ную.

В позиционных системах ввод программы в схему отра­ ботки — прерывистый, покадровый. В одном кадре содер­ жится информация о величине перемещения, направлении этого перемещения, а также о параметрах режима техноло­ гического процесса и инструменте (рабочем органе) в оче­ редной позиции.

Отработка очередного кадра программы начинается после поступления команд об отработке программы предыдущего кадра и окончании технологического процесса в предыдущей позиции.

Подготовка программы для контурных систем представ­ ляет собой более сложную операцию. Большинство извест­ ных систем подготовки программы для металлообработки может быть сведено к схемам, представленным на рис. ПО.

169