m_th_i.v.belyantseva_2017

Рис. 4.1 Принципиальная схема зубофрезерного станка с шаговыми электроприводами с автоматизированным радиальным врезанием.

1,3-счетчик импульсов; 2-ключевая схема;4,11-сумматор; 5,10,12-ключ; 7,16,17-шаговый привод; 8,21-датчик импульсов; 9,18,19-делитель частоты; 13-заготовка; 14,15программируемый делитель частоты; 20-фреза;

80

Принцип работы схемы

Наладка электронных гитар заключается в подаче сигналов y, w на программируемые делители частоты 14,15, задающих коэффициенты деления последних, которые и есть передаточные отношение гитар. При вращении фрезы 20 датчик импульсов 21 выдает последовательность импульсов определенной частоты, поступающую на программируемый делитель частоты 14 (для цепи окружной подачи заготовки), где она преобразуется определенным образом, так что на выходе делителя появляется измененная по частоте последовательность импульсов. Далее получившаяся последовательность поступает на делитель частоты 19, уменьшающий ее неравномерность, отрицательно влияющую на качество обработки. После делителя импульсы поступают на шаговый привод 16, приводя его в движение, который, в свою очередь, вращает стол с заготовкой 13.

Принцип работы схемы автоматизированного радиального врезания Наладка радиального врезания

На счетчик импульсов 1 подается сигналК, соответствующий количеству оборотов обрабатываемого зубчатого колеса, за которое фреза осуществит полное врезание в заготовку. Также в ключевую схему 2 подается сигнал Х, соответствующий величине радиального врезания на 1 оборот заготовки.

Работа схемы радиального врезания

При включении схемы подается импульсный сигнал ПУСК, пропускающий сигнал Х на счетчик импульсов 3 , все выходы данного счетчика подключены к сумматору 4, который соединен с элементом И 5 (ключом), на второй ход которого подключен генератор импульсов ГИ 6. Генератор импульсов 6 выдает импульсы, проходящие через ключ 5 и поступающие на шаговый привод ШП 7. Шаговый привод 7 при поступлении на него импульсов начинает вращаться, осуществляя радиальное врезание. Одновременно с этим импульсы, идущие на шаговый привод 7, поступают в счетчик импульсов 3, уменьшая заданное в нем число на один. Так будет до тех пор, пока число импульсов, заданное сигналом Х, в счетчике импульсов не будет отработано полностью, тогда на всех выходах счетчика импульсов 3 будут ноли (это значит, что отработана величина радиального врезания на один оборот заготовки), следовательно, на выходе сумматора 4 будет ноль, следовательно, импульсы от генератора импульсов 6 не будут проходить через ключ 5.

При вращении заготовки 13 от датчика импульсов 8 поступают импульсы на делитель частоты ДЧ 9, который за один оборот заготовки

81

пропускает всего один импульс (т.е. коэффициент деления делителя частоты равен дискретности датчика импульсов). Этот импульс, проходя через ключ 10, уменьшает число К, заданное в счетчике импульсов 1, на один. Все входы данного счетчика подключены к сумматору 11, который подключен к ключу

12.На второй вход ключа 12 также поступает импульс от ДЧ 9, и если на момент поступления импульса в счетчике импульсов 1 не ноль, проходит дальше на ключевую схему 2, пропуская сигнал Х на счетчик импульсов 3, т.е. заново задавая величину радиального врезания на один оборот заготовки

13.Так будет происходитьК оборотов заготовки, через К оборотов число в счетчике импульсов 1 будет равно нолю, следовательно на выходах счетчика

1и выходе сумматора 11 будет также нолю. Что не позволит проходить импульсам от делителя частоты 9.

Таким образом за цикл обработки одного зубчатого венца мы осуществляем радиальное врезание на величинуК*Х мм.

Приведенная схема обеспечивает либо высокую точность согласования движений, но тогда не обеспечивает высокое качество обработанной поверхности, т.к. при высокой точности настройки остается малое передаточное отношение для делителей частоты 18 и 19 (усреднителей). И, наоборот, при высоком качестве нельзя обеспечить высокую точность настройки. И даже использование датчиков высокой дискретности не решает эту проблему.

Поэтому была поставлена задача разработать схему, сохраняющую как можно больше преимуществ рассмотренной и устраняющую вышеназванный недостаток.

4.2 СХЕМА ЗУБОФРЕЗЕРНОГО СТАНКА С ДЕЛИТЕЛЯМИ НА СЧЕТЧИКАХ ИМПУЛЬСОВ С МЕХАНИЧЕСКОЙ ЦЕПЬЮ ДИФФЕРЕНЦИАЛА, ЕЕ УСТРОЙСТВО И РАБОТА

Точность согласования движений было решено повысить введением дополнительной цепи – цепи дифференциала, реализованной электрически. Рассмотрим вариант с механическим суммированием движений.

82

Рис. 4.2 Принципиальная схема зубофрезерного станка с делителями на двоичных счетчиках импульсов с механической цепью дифференциала

1-фреза; 2,10-датчик импульсов; 3,4,5-программируемый делитель частоты на двоичных счетчиках импульсов; 6,7,9-шаговый электропривод; 8- сумматор движений (дифференциал); 11-схема автоматизированного радиального врезания;

83

Принцип работы схемы с электрическими шаговыми приводами с механическим суммированием движений:

Наладка схемы заключается в подаче на соответствующие делители частоты импульсов сигналы Y,W1,W2, задающие им необходимые коэффициенты деления, а значит передаточное отношение электронной гитары (наладку схемы автоматизированного врезания не рассматриваем, т.к. она приведена выше).

Поскольку повышается точность согласования только в цепи окружной подачи заготовки, рассмотрим принцип работы на примере этой цепи.

При вращении фрезы 1 датчик импульсов 2 выдает последовательность импульсов определенной частоты. Эта последовательность поступает на программируемые делители частоты 4 и 5. Эти делители уменьшают частоту поступающих в них последовательностей во столько раз, сколько составляет их передаточное отношение. Далее измененные по частоте последовательности следуют на шаговые электроприводы 6 и 7, задавая их вращение. Шаговые электроприводы кинематически соединены с дифференциалом 8, который осуществляет суммирование движений этих двух приводов. Получившееся движение передается на стол с заготовкой.

Введение дополнительной цепи позволило повысить точность согласования движений или сохранить прежнюю точность при использовании дат чиков импульсов с меньшей дискретностью отсчета. Но введение дополнительного шагового привода и специального суммирующего механизма – дифференциала, привело к удорожанию схемы и усложнению компоновки, что и ограничило использование данного метода повышения точности только цепью окружной подачи заготовки. К тому же дифференциал привносит дополнительную кинематическую погрешность.

Все это привело к необходимости разработки схемы, устраняющей эти недостатки, но обладающей, по крайней мере, такой же высокой точностью согласования движений.

4.3 СХЕМА ЗУБОФРЕЗЕРНОГО СТАНКА С ДЕЛИТЕЛЯМИ НА СЧЕТЧИКАХ ИМПУЛЬСОВ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СУММИРОВАНИЕМ СИГНАЛОВ, ЕЕ УСТРОЙСТВО И РАБОТА

В схеме, рассматриваемой здесь, механическое суммирование движений заменено электрическим суммированием сигналов, задающих движение. Эта замена позволила повысить точность согласования не только в цепи окружной подачи заготовки, но и в цепи вертикальной подачи.

84

Наладка схемы заключается в подаче на соответствующие делители частоты импульсов сигналы Y1,Y2,W1,W2, задающие им необходимые коэффициенты деления, а значит передаточное отношение электронной гитары (наладку схемы автоматизированного врезания не рассматриваем, т.к. она приведена выше).

85

Рис. 4.3 Принципиальная схема зубофрезерного станка с делителями на двоичных счетчиках импульсов с электрическим суммированием сигналов

1-фреза; 2-датчик импульсов; 3-программируемый делитель частоты на двоичных счетчиках импульсов; 4-блок синхронизации; 5-сумматор; 6- делитель частоты; 7-шаговый электропривод; 8-схема автоматизированного радиального врезания;

Работу схемы объясним на примере цепи окружной подачи заготовки. При включении фрезы 1 импульсы от датчика импульсов 2 начинают поступать на программируемые делители частоты 3. Программируемые делители частоты пропускают соответственно каждый W1-ый или W2-ой импульс. Чтобы импульсы от разных делителей частоты не пришли на сумматор 5 одновременно, предусмотрен блок синхронизации 4, который разделяет по времени одновременно поступившие на его входы импульсы.

Принцип работы схемы зубофрезерного станка с делителями на двоичных счетчиках импульсов с электрическим суммированием сигналов

Импульсы, прошедшие блок синхронизации приходят на входы сумматора 5, где происходит объединение двух последовательностей импульсов от двух соответствующих программируемых делителей частоты. На выходе сумматора импульсы будут идти крайне неравномерно, что отрицательно влияет на качество обработки, поэтому после сумматора импульсы поступают на делитель частоты 6 , выполняющий роль усреднителя, также построенном на двоичном счетчике импульсов. После усреднителя импульсы следуют на шаговый электропривод. Причем расчет необходимых передаточных отношений электронной гитары следует вести, учитывая коэффициент деления усреднителя.

Наибольшая неравномерность последовательности импульсов на выходе сумматора 5 будет при одновременном поступлении импульсов от программируемых делителей частоты 3 на его входы. Тогда неравномерность будет составлять:

1

Где: f1 - частота импульсов от программируемого делителя частоты, настроенного на наименьший (из двух) коэффициент деления;

86

fГИБС- частота импульсов генератора импульсов, использующегося в блоке синхронизации 4, поскольку fГИБС>>f1 – справедливо считать, что в вышеприведенной формуле 1/ fГИБС можно принять равным нолю (fГИБС может составлять до 3000000000Гц).

Неравномерность на выходе усреднителя будет в к раз меньше, чем на выходе из сумматора (к – коэффициент деления усреднителя). Таким образом, при к=1000 неравномерность импульсов будет составлять 0,1%.

Задаваясь допустимой неравномерностью можно определить необходимый коэффициент деления усреднителя, который тем больше, чем равномернее должна быть последовательность импульсов. Но большое передаточное отношение усреднителя можно обеспечить только при большой частоте импульсов от датчика импульсов 2, а это возможно только при использовании датчиков с большой дискретностью, что приводит к определенному удорожанию схемы. Но если учесть, что из схемы исключен дифференциал и дополнительный шаговый электропривод, а значит и их обслуживание, применение такой принципиальной схемы при построении зубофрезерных станков целесообразнее, т.к. обеспечивается большая кинематическая точность, точность настройки – т.е. точность обработки, при меньших затратах.

В рассмотренной схеме повышение точности согласования было осуществлено, что уже отмечалось, как в цепи окружной подачи заготовки, так и в цепи вертикальной подачи.

Таким образом, нами были проанализированы недостатки имеющихся принципиальных схем зубофрезерных станков с шаговыми электроприводами и предложены решения по устранению проанализированных недостатков. Но поскольку шаговый электропривод не всегда отвечает требованиям качества обработки, вследствие плохой динамики, логично было бы предложить и усовершенствования схемы с регулируемым электроприводом.

87

ГЛАВА 5: СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СХЕМ ЗУБОФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ С РЕГУЛИРУЕМЫМИ ПРИВОДАМИ

Схемы с регулируемым электроприводом помимо хорошей динамики имеют и хорошую помехоустойчивость, а обратная связь обеспечивает более точное соответствие имеющейся скорости вращения заданной, а значит, эти станки такой схемы позволяют обрабатывать зубчатые колеса с высокими требованиями по точности и качеству.

5.1 РАЗРАБОТКА СХЕМЫ С АВТОМАТИЗИРОВАННЫМ РАДИАЛЬНЫМ ВРЕЗАНИЕМ

По аналогии с предложенным выше усовершенствованием схемы с электрическим шаговым приводом рассмотрим улучшение схемы с регулируемым электроприводом. В частности, разработаем схему с автоматизированным радиальным врезанием.

Принцип работы схемы с регулируемым электроприводом и с автоматизированным радиальным врезанием:

В приведенной схеме все движения формообразования также согласуются с главным движением – вращением фрезы.

Наладка схемы на выпуск другого вида зубчатых колес заключается в подаче сигналов y1,w1, задающих необходимое передаточное отношение, на входы программируемых делителей частоты 15 и 21, сигналов k,xp, определяющих работу схемы автоматизированного радиального врезания.

Далее, после включения, при вращении фрезы 13 импульсы от датчика импульсов 14 с определенной частотой будут поступать на программируемый делитель частоты 15 (рассматриваем цепь окружной подачи заготовки), где поступающая частота импульсов будет делиться на заданное передаточное число. После этого полученная частота импульсов поступает на вход преобразователя частоты импульсов в напряжение 16, который в зависимости от входной частоты выдает определенный уровень напряжения. Получившееся напряжение через сумматор напряжений 19 поступает на двигатель 20, который кинематически соединен со столом с заготовкой.

При вращении стола датчик импульсов 8 в зависимости от скорости будет выдавать определенную частоту импульсов. Эта частота, поступая на триггер-дискриминатор 17, будет сравниваться с частотой импульсов на выходе программируемого делителя частоты 15. Триггер-дискриминатор

88

выдает разные по уровню и знаку напряжения в зависимости от величины рассогласования поступающих на него двух частот импульсов. Если есть рассогласование, тогда напряжение от триггера поступает, проходя через фильтр 18 (для сглаживания скачков напряжения), на сумматор 19, где, либо увеличивает задающее скорость вращения стола напряжение, либо уменьшает его. Так будет происходить, пока заданной скорости вращения, определяемой частотой импульсов от программируемого делителя частоты, не будет соответствовать имеющаяся скорость вращения, которая определяет частоту импульсов от датчика 8.

89