m_th_i.v.belyantseva_2017

Рабочая жидкость к вышеупомянутым генераторам гидравлических импульсов подводится от насосной станции 20 по трубопроводу 21.

Рис. 1.5 Структурная кинематическая схема зубофрезерного станка для нарезания некруглых зубчатых колес с гидравлическими связями:

1 - инструмент; 2 - заготовка; 3 - гидравлический шаговый двигатель вращениязаготовки; 4 - генератор гидравлических импульсов ГШД 3; 5 - приводное зубчатое колесоГГИ 4,16; 6 - гидравлический шаговый двигатель дополнительного поворота заготовки;7 - конический дифференциал; 8 - червячная передача; 9 - генератор гидравлическихимпульсов ГШД 6; 10 - приводное зубчатое колесо ГГИ 9; 11 -ходовой винт вертикальнойподачи; 12 - гидравлический шаговый двигатель вертикальной подачи; 13 – генераторгидравлических импульсов ГШД 12; 14 - приводное зубчатое колесо ГГИ 13;15 - гидравлический шаговый двигатель радиальной подачи; 16 - генератор гидравлических импульсов ГШД 15;17 - кулачок; 18 - зубчатая рейка; 19 - ходовой винт радиальногоперемещения стола; 20 - насосная станция; 21 – трубопровод

20

Станок работает следующим образом. Вращение инструмента 1 осуществляется от электродвигателя М через звено настройки iV и связано с вращением заготовки цепью обката, включающей в себя гидравлический шаговый двигатель 3, управляемый генератором гидравлических импульсов 4, золотниковая втулка которого получает вращение посредством приводного зубчатого колеса 5 от шпинделя инструмента 1. А дифференциальное движение, необходимое для нарезания колес с косым зубом и обеспечивающее дополнительный поворот заготовки, осуществляется от гидравлического шагового двигателя 6, кинематически связанного с заготовкой через суммирующий механизм 7, посредством червячной передачи 8 и управляемого генератором гидравлических импульсов 9, золотниковая втулка которого получает вращение от приводного зубчатого колеса 10. Вертикальная подача инструмента осуществляется ходовым винтом 11, получающим вращение от гидравлического шагового двигателя 12, управляемого генератором гидравлических импульсов 13, золотниковая втулка которого вращается от приводного зубчатого колеса 14, а радиальное перемещение стола с заготовкой осуществляется от гидравлического шагового двигателя 15, управляемого генератором гидравлических импульсов 16, золотниковая втулка которого приводится во вращение приводным зубчатым колесом 5. Шаговый двигатель 15 кинематически связан со столом заготовки посредством механизма, преобразующего равномерное вращательное движение в неравномерное поступательное.

Хотя данная схема и решает проблему с протяженностью механических цепей, в ней не устраняется недостаток, присущий и схеме с механическим согласованием движений, а именно – большая длительность переналадки станка. Что, в свою очередь, повлекло возникновение зубофрезерных станков с электронными гитарами. Первыми среди таких станков были станки с электрическими шаговыми приводами.

1.5 СХЕМА СТАНКА С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ШАГОВЫМИ ПРИВОДАМИ

В [3, стр. 289] представлена схема зубофрезерного станка с электронной гитарой с шаговыми электроприводами, созданная ЭНИМСом совместно с Егорьевским заводом «Комсомолец». Рассмотрим принцип ее работы.

21

Принцип работы схемы зубофрезерного станка с шаговыми электроприводами:

При вращении фрезы 17 датчик импульсов 8, вследствие прохождения через него света от лампы 7 (через оптическую систему 6) и попадания света на фотодиод, выдает импульсы, которые, пройдя усилитель 12, попадают во вводное устройство.

Вводным устройством определяется соотношение импульсов на входе и выходе из него, то есть не что иное как передаточное отношение. Происходит это следующим образом: посредством сигналов от вводного устройства замыкаются соответствующие ключи в соответствующих регистрах, образующих электронную гитару (в данном случае она представляет собой линейный интерполятор, у которого функции генератора импульсов выполняет датчик импульсов), тем самым определяя, сколько импульсов на входе соответствуют 1 импульсу на одном выходе интерполятора и сколько – на другом.

Для цепи деления передаточное отношение определяет регистр деления 15, для цепи подачи – регистр подачи 16, для цепи коррекции (аналог цепи дифференциала) – регистр коррекции 14.

22

Рис. 1.6 Принципиальная схема зубофрезерного станка с шаговыми электроприводами:

1 – Делительная пара; 2 - гидроусилители; 3 - дифференциал; 4 - редуктор; 5 - ШД; 6 - лампа; 7 – оптическая система; 8 –датчик импульсов; 9 - фотодиод; 10 -коммутаторы; 11 -усреднители; 12 - усилитель; 13 – вводное устройство; 14 –регистр коррекции; 15 – регистр деления; 16 – регистр подачи; 17 –фреза.

На выходе из электронной гитары импульсы идут в неравномерной последовательности, что приводит к неравномерности обработки зубчатого колеса. Поэтому на каждом выходе электронной гитары стоит усреднитель 11, уменьшающий неравномерность во столько раз, какая у него емкость.

После усреднителя импульсы поступают на вход коммутаторов 10, где происходит усиление сигнала до воспринимаемого шаговыми двигателями и распределение импульсов по обмоткам фаз ШД, и далее на сами шаговые двигатели 5, которые в данной схеме исполняют роль задатчиков перемещения. Саму же нагрузку воспринимают гидроусилители 2, кинематически связанные непосредственно с соответствующими рабочими

23

органами. Суммирование двух движений для цепи деления происходит в дифференциале 3.

В [3, стр.290] ЭНИМСом же была предложена некоторая модернизация данной схемы, а именно замена используемой электронной гитары на другую (с внутренней обратной связью), которая позволила бы получить более универсальную формулу настройки. Однако при такой гитаре получается связанная настройка в случае одновременного отбора на два канала с различными передаточными отношениями (они должны быть кратны).

Рис. 3.2 Схема электронной гитары с внутренней обратной связью:

1 –Датчик; 2 - Фотодиод; 3 – динамический клапан; 4 - генератор; 5 – регистр обратнойсвязи; 6 - усреднитель; 7 – коммутатор; 8 –шаговый двигатель; 9 – гидроусилитель.

Главным узлом данной электронной гитары является счетчик импульсов, каждый разряд которого представляет собой еще один счетчик импульсов, работающий в коде 5-1-2-1, т.о. емкость каждого счетчика – 10 импульсов.

Схема работает следующим образом: при вращении входного вала на фотодиод 2 через датчик импульсов 1 попадает свет, в результате чего фотодиод выдает импульсы, который поступают на динамический клапан 3. Работу электронной гитары тактирует генератор импульсов 4 , с частотой импульсов на порядок больше максимальной частоты импульсов от датчика. Чтобы импульсы одновременно не поступили на вход динамического клапана 3, предусмотрен блок синхронизации (на схеме не показан).

24

Разрешение на прохождение импульса от генератора к счетчику выдается сигналом от фотодиода 2.

Передаточное отношение данной гитары определяется тем, с какого разряда счетчика импульсов будут сниматься сигналы. В случае, изображенном на схеме, передаточное отношение составляет 300, т.е. каждый 300-ый импульс, прошедший от генератора на счетчик, будет поступать на усреднитель. Первый справа счетчик импульсов отвечает за единичный разряд, счетчик посередине – за десятичный разряд и счетчик слева – за сотый разряд. Таким образом, схема может реализовать любое целочисленное значение передаточного отношения от 1 до 999, не считая того, что этот диапазон можно увеличить, изменяя емкость усреднителя. Ввод передаточного числа осуществляется вручную.

После усреднителя импульсы поступают на коммутатор 7, через него на шаговый двигатель 8. Шаговый двигатель задает перемещение гидроусилителю 9, который и осуществляет заданное перемещение рабочего органа.

Схема электрическими шаговыми приводами обладает и быстрой переналаживаемостью и малой накопленной протяженностью механических цепей, но имеет плохую динамику движения на малых скоростях (из-за дискретности вращения шагового двигателя). Поэтому понадобилось разработать схему, одинаково хорошо работающую и на больших и на малых скоростях. Была придумана схема с регулируемыми электроприводами.

1.6 СХЕМА СТАНКА С РЕГУЛИРУЕМЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

В [4, стр. 11] В.А. Ратмировым и П.М. Рашковичем рассматривается схема зубофрезерного танка с электронными гитарами с регулируемыми электроприводами.

Проанализируем ее работу на примере одной цепи согласования движений, приведенной там же.

25

Рис. 1.7 Принципиальная схема зубофрезерного станка с регулируемым электроприводом:

1 – Двигатель; 2 - Тахогенератор; 3 – Фреза; 4 – электронная гитара; 5 – оптический измерительный преобразователь; 6 – делительная пара;

Частота импульсов от оптических измерительных преобразователей на выходах блоков 4 пропорциональна угловой скорости вращения валов 1 и 2. Далее импульсы поступают на входы счетчиков импульсов 5, которые в данном случае используются в качестве делителей частоты, коэффициент деления которых задается соответственно блоками 6 и 7. Частоты сигналов с выходов счетчиков сравниваются фазовым дискриминатором 8, который выдает сигнал пропорциональный рассогласованию (тем самым осуществляется коррекция скорости вращения и тонкая настройка частоты вращения ведомого вала), далее этот сигнал преобразуется из цифрового в аналоговый в блоке 9 и поступает на один из входов сумматора 11. Куда также на другие входы поступают сигналы от тахогенератора 13 (который осуществляет дублирующую коррекцию скорости вращения ведомого вала) и блока задания подачи 10 – преобразователя частоты импульсов в напряжение, через него проходит сигнал, грубо задающий частоту вращения ведомого вала.

26

Рис. 1.8 Принципиальная схема цепи согласования движения зубофрезерного станка с регулируемым электроприводом:

1 –Ведущий вал; 2 – Ведомый вал; 3 – оптический измерительный преобразователь; 4 – электронный блок измерительного преобразователя; 5 – счетчик импульсов; 6 – блок задания коэффициента А; 7 – блок задания коэффициента Б; 8 – фазовый дискриминатор; 9 – цифро-аналоговый преобразователь; 10 – блок задания подачи; 11 – суммирующий блок; 12 – усилитель мощности; 13 – тахогенератор; 14 – двигатель;

Если частота вращения ведущего вала – n об/мин, то частота вращения ведомого вала будет равна n*Б/ A об/мин. Передаточное отношение такой электронной гитары ограничивается только емкостью счетчиков импульсов.

1.7 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СХЕМ СТАНКОВ И НАПРАВЛЕНИЯ ИХ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

Проведем сравнительный анализ характеристик имеющихся принципиальных схем зубофрезерных станков между собой по основным показателям, отличающим их. Каждой принципиальной схеме по каждому параметру будем присуждать сравнительные баллы (не оценки) от 1 балла до 5, где больший балл соответствует лучшему значению данного параметра. Сравнительный анализ будем проводить по следующим показателям:

27

Стоимость – относительная стоимость оборудования при использовании данной принципиальной схемы.

Надежность – характеризует свойство станка обеспечивать бесперебойный выпуск изделий заданного качества, в заданном количестве в течение срока службы и при надлежащих условиях эксплуатации.

Быстрота переналадки – показывает, как быстро станок может быть перенастроен на выпуск изделия другого типоразмера.

Точность настройки – характеризует точность настройки гитар (механических или электронных) на заданное передаточное отношения.

Кинематическая точность – характеризует точность согласования перемещений рабочих органов станка.

КПД– коэффициент полезного действия, характеризует потери мощности.

Помехоустойчивость – характеризует способность станка работать безошибочно под воздействием внешних возмущающих факторов.

Обоснование выставленных баллов:

- Стоимость

Присуждение баллов по данному параметру основывалось на анализе цен на станки ведущих марок мира, который показал, что: самые дешевые станки – механические, на следующем месте – гидравлические, за ними следуют станки с электрическим шаговым приводом, а самые дорогие – с регулируемым электроприводом. Но существует тенденция к снижению стоимости электрооборудования, по мере совершенствования технологии его производства.

- Надежность

При присуждении баллов в данной категории мы придерживались следующего принципа – чем схема сложнее и чем больше в ней элементов, тем она менее надежна. Такое суждение приемлемо только в том случае, если элементы схемы соединяются последовательно – т.е. в нашем случае данный критерий оценки надежности вполне корректен.

28

-Быстрота переналадки

Врассмотренных механических и гидравлических схемах переналадка осуществляется вручную оператором станка, и, что очевидно, занимает не так уж мало времени. В двух других схемах переналадка заключается в изменении передаточного отношения электронной гитары, которое может осуществляться как УЧПУ, так и самим оператором вручную. В схеме с электрическим ШП, чтобы осуществить переналадку, необходимо сомкнуть (разомкнуть) соответствующие ключи, а в схеме с регулируемым электроприводом – подать на счетчики импульсов соответствующий код, который так же замыкает ключи, изменяя соответствующие коэффициенты.

-Кинематическая точность

Станки с механическими кинематическими цепями, вследствие упругих деформаций, а также износа зубчатых передач оказались самыми неточными.

Гидравлические станки точнее механических, поскольку здесь сокращена длина механических кинематических цепей, а гидравлические цепи практически никаких неточностей не привносят, но ГШП имеет плохую динамику перемещений, хотя дискретность и сглаживается демпфированием гидравликой.

В схеме с электрическими ШП длина механических кинематических цепей сведена к минимуму, но ШП имеет плохую динамику, поскольку вращение выходного вала происходит дискретно, а демпфирование происходит только в гидроусилителе, а потому и не имеет такого эффекта, как в ГШП.

Схема с регулируемыми электроприводами наиболее точна, так как помимо преимуществ схемы с ШП, здесь также осуществляется коррекция скорости вращения ведомого вала и отсутствует дискретность перемещения.

-Точность настройки

Вмеханической и гидравлической схемах используются гитары сменных колес, а потому эти схемы обладают самой плохой точностью настройки из рассматриваемых.

Всхемах с ЭШП и регулируемым электроприводом электронные гитары могут быть настроены на любое передаточное отношение, но в схеме

сЭШП настройка электронной гитары для цепи деления и вертикальной

29