Таким образом, дифференциальная сельсинная передача рабо­тает как следящая система с обратной связью.

Сельсинные передачи применяются в системах цифрового управ­ления фрезерными и координатно-расточными станками.

Приводы подач в станках с ЧПУ применяются трех типов: регулируемый, следящий и шаговый. Системы управления приводом делятся на замкнутые (с обратной связью от датчика) и разомкнутые (без датчика, с шаговым двигателем).

Приводы подач со ступенчатым регулированием (рис. 111, а) применяются в прямоугольных и позиционных системах. Трехфаз­

ный двигатель переменного тока М соединен с ходовым винтом одной из координат станка через электромагнитную муфту ЭМ2, которая включается от системы числового управления СЧУ. При повороте ходового винта датчик измерительного устройства Д дает соот­ветствующее количество импульсов. В зависимости от величины остатка пе­ремещения, определяемо­го дешифраторами ДШ1 и ДШ2, включается элек­тромагнитная муфта быс­трого хода ЭМ2 или мед­ленной подачи ЭМ1. При достижении заданного перемещения дается ко­манда на торможение му­фты ЭМ2, диск которой при этом прижимается к корпусу. Схема имеет двухступенчатый привод и количество сигналов, поступающих от системы числового управления, зависит от количества сту­пеней привода.

Бесступенчато-регули­руемый привод (рис. 111, б) действует анало­гично, но не имеет элект­ромагнитных муфт. СЧУ подает сигналы мощному преобразователю П, кото­рый подает определенное напряжение на электро­двигатель М, регулируя его скорость и подачу ра­бочего органа. При этом функция системы управ­ления состоит в изменении направления вращения двигателя, его скорости и

выдачи команды на торможение после перемещения. Привод при­меняется в позиционных и прямоугольных системах. Следящий при­вод отличается от регулируемого тем, что на двигатель подачи по­ступает напряжение, зависящее от заданной скорости подачи и рас­согласования задаваемой СЧУ величиной перемещения и фактиче­ски отработанного перемещения, измеренного датчиком обратной связи. Привод применяется также и в контурных (непрерывных) системах.

Современный следящий привод обеспечивает большой диапазон регулирования (до 1000), высокие скорости подачи (до 5— 10 м/мин) и хорошие динамические характеристики (время разго­на и торможения и величину рассогласования). Недостатком явля­ется сложность системы управления с применением мощного ти-ристорного преобразователя.

Электрогидравлический шаговый привод (рис. 111, в) применя­ется для привода подач станков с ЧПУ при небольших перемеще­ниях исполнительных механизмов (до Ц5 м). Схема шагового при­вода состоит из системы числового управления СЧУ, шагового элек­тродвигателя ШД, гидравлического усилителя моментов ГУМ и шарикового винта.

Гидроусилитель моментов необходим потому, что шаговые дви­гатели маломощны для перемещения исполнительных механизмов станка. Гидроусилитель крутящих моментов обеспечивает синхрон­ное вращение входного и выходного валов с увеличением крутя­щего момента на выходе по сравнению с крутящим моментом на вхо­де за счет использования энергии масляного потока, подводимого к усилителю. Входной вал можно вращать с постоянной или пере­менной скоростью, а также периодически поворачивать на любой угол.

Шаговый электрический двигатель (рис. 111,а) имеет статор с четным числом полюсов. Ширина полюсов и проме­жутков между ними одинакова. По длине статора полюса разделе­ны на три равные секции, снабженные отдельными обмотками с не­зависимым питанием.

При этом каждая смежная пара полюсов данной секции имеет различную полярность.

Ротор шагового двигателя имеет число полюсов, равное числу полюсов статора, и также разделенные на три секции, но сдвину­тые взаимно на 7з и ²/з межполюсного расстояния.

Если последовательно подводить напряжение к обмоткам толь­ко первой, второй и третьей секций статора, тогда ротор под дей­ствием возникающего магнитного поля будет поворачиваться на 7з, ²/з и ³/₃ шагового расстояния, т. е. при 20 полюсах статора и ротора на 6°, 12° и 18°, а при 30 полюсах — на 4°, 8° и 12°; шаговое

360 360

расстояние соответственно равно ———– и — .

^F * 20-3 30-3

Если в перемычку моста вместо сравнивающего устройства УС включить гальванометр и, регулируя задающий потенциометр, ус­тановить стрелку гальванометра на нуль, то при последующем пе­ремещении рабочего органа и ползушки потенциометра в ту или* иную сторону нарушится равновесие моста и величина перемеще­ния рабочего органа (или величина разбаланса) будет определять­ся по показаниям гальванометра.

Потенциометрические датчики применяются в системах управ­ления токарными, токарно-карусельными и координатно-расточны-ми станками в комбинации с индуктивными датчиками.

Системы серводействия и слежения. Сельсинная передача. Уси­лие, необходимое для перемещения инструмента относительно за­готовки, может достигать в металлорежущих станках нескольких тысяч килограммов. В системах с механическим управлением уси­лия управления в этом случае оказываются равными рабочему уси­лию (например, в больших копировально-фрезерных станках).

Принцип серводействия позволяет управлять рабочими мощнос­тями в сотни и тысячи раз большими, чем мощность управляющего сигнала.

Сельсин (рис. ПО, а) по внешнему виду напоминает электродви­гатель малых размеров с трехфазными обмотками на статоре, рас­положенными под углом 120°, и однофазной двухполюсной обмот­кой на роторе.

Сельсинная передача состоит из двух сельсинов, у которых об­мотки статоров и роторов соответственно соединены между собой, и обмотки роторов подключены параллельно к источнику перемен­ного тока. К роторам сельсинов напряжение подводится с помощью укрепленных на роторе медных колец и прижатых к ним непо­движных металлических щеток. Переменное напряжение, подведен­ное к обмоткам ротора, создает переменное магнитное поле, кото­рое, пересекая обмотки статора, вызывает в них электродвижущую силу и переменный ток. При этом, если направление тока в обмот­ках одного сельсина сверху вниз, то в обмотках другого ■— снизу вверх и наоборот.

Магнитные поля, дополнительно возникающие в обоих стато­рах, действуют также навстречу друг другу, а магнитные поля ро­торов — в одинаковом направлении. Следовательно, магнитные по­ля ротора и статора в сельсине-приемнике имеют одинаковое на­правление, а в сельсине-датчике противоположное.

Если ротор датчика повернуть на определенную величину, тог­да на такую же величину повернется суммарное магнитное поле статора приемника. Следовательно, сельсин-датчик работает как генератор, а сельсин-приемник — как электродвигатель.

Однако такая сельсинная передача может работать только на холостом ходу, так как при значительных нагрузках возникает большая погрешность в передаче. Для обеспечения синхронного вращения роторов сельсинов при значительных моментах сопротив­ления применяется принцип серводействия, которым обладает сель»син-приемник дифференци­ального действия.

Дифференциальный сель­син (рис. ПО, б), применя­емый для целей автоматиче­ского управления, генериру­ет напряжение, пропорцио­нальное разности угловых положений ведущего и ве­домого звеньев передачи, которое после усиления ис­пользуется для управления исполнительным двигателем. Обратная связь осуществля­ется путем передачи враще­ния от ведомого вала к ро­тору дифференциального сельсина.

Принцип серводействия в данном случае состоит в том, что только ничтожная доля мощности, передава­емой ведомому валу, исполь­зуется для поворота ротора дифференциального сельси­на.

При совпадении положе­ний ротора датчика и ведо­мого вала (рассогласование равно нулю) напряжение, управляющее двигателем приводу (напряжение, гене­рируемое в роторе дифференциального сельсина), также равно нулю.

Между винтом и гайкой имеется зазор 0,2 мм и для повышения чувствительности полугайки смещены относительно витков винта на половину шага, т. е. на толщину витка резьбы, благодаря чему создается дифференциальность индуктивной системы, так как при смещении полугаек вместе со столом относительно винта выступы его резьбы отдаляются от выступов одной полугайки и приближа­ются к выступам другой полугайки, изменяя индуктивность кату­шек и ток в цепи гальваномет­ра И.

При среднем осевом положе­нии витков полугаек относитель­но витков винта система нахо­дится в равновесном состоянии и ток в цепи гальванометра равен нулю. При этом датчик подает импульс поляризованному реле РП, управляющему движением стола через электродвигатель 1М подачи стола. При достижении нулевого положения, соответст­вующего заданной координате, датчик подает на электродвига­тель 1М команду «стоп».

Оптический датчик (рис 108) имеет две стеклянные плас­тинки— неподвижную линейку 1 и движок 2 с нанесенными на них рисками. Линейка и движок осве­щаются с одной стороны лампой 4, и лучи света, проходя через пластинки, воспринимаются фото­элементом 3.

Толщина рисок на линейке и движке равна величине проме­жутка между рисками, поэтому при перемещении движка 2 отно­сительно линейки 1 освещенность фотоэлемента изменяется от ми­нимальной величины, когда риски движка закрывают промежутки между рисками на линейке до максимальной, когда риски на движ­ке и на линейке совпадают. При этом фототок на выходе фотоэле­мента изменяется по синусоидальному закону.

Если соединить линейку со станиной, а движок со столом и на­нести на линейке и движке 250 линий на 1 мм, тогда изменение ос­вещенности фотоэлемента от минимальной до максимальной вели­чины будет соответствовать перемещению рабочего органа на 2 мкм.

Чтобы определить направление перемещения рабочего органа, необходимо установить два движка так, чтобы риски одного из них совпадали с рисками линейки, в то время как риски другого движ­ка совпадают с прозрачными участками линейки. Тогда в зависи­мости от направления движения стола впереди будет двигаться один

из движков и фазовый сдвиг сигналов на выходе фотоэлементов даст возможность автоматически различать направления переме­щения.

В связи с трудностью строго параллельной установки рисок на движке и линейке применяют умышленный перекос рисок так, что­бы каждая из рисок движка перекрывалась с двумя-тремя рисками

линейки. В результате при перемещении движка впра­во или влево образуются го­ризонтальные темные и свет­лые полосы, которые дви­жутся вверх или вниз то за­темняя, то освещая фото­элемент. Установив за движ­ком два фотоэлемента так, чтобы один был освещен, а другой в это время затемнен, .получают тот же эффект, что и при установке двух движков и линейки с парал­лельными линиями.

Оптические датчики при­меняются в системах управ­ления фрезерными станка­ми для непрерывного изме­рения перемещений с отсче­том мелкими шагами и пре­образованием непрерывного перемещения суппорта в со­вокупность дискретных элек­трических импульсов.

Потенциомет ри че-ский датчик (рис. 109) используется для одноот-счетной системы управления модулированием напряже­ния и измерения перемещений рабочего органа.

Задающий датчик ЗП и датчик обратной связи ПОС, явля­ющиеся потенциометрами (неподвижные стержни, на которые на­мотана проволока с большим омическим сопротивлением), соеди­нены в мостовую электрическую схему, в диагонали которой вклю­чено сравнивающее устройство УС в виде магнитного реле.

Величина перемещения рабочего органа, записанная на программоносителе, считывается и преобразуется в напряжение на задающем потенциометре U_3M, величина которого сравнивается с напряжением на потенциометре обратной связи (7_П0С, следящем за изменением напряжения на задающем потенциометре, т. е. за пе­ремещением рабочего органа станка. Если (7_ЗП— и_иосф0, то систе­ма находится в неравновесном состоянии и сравнивающее устрой­ство УС включает привод ИМ рабочего органа РО по часовой или? против часовой стрелки, в зависимости от знака U_3U—U_Uoc- Переме­щение рабочего органа и ползушки А происходит вперед или назад, до тех пор, пока U_3n=U_noc и система придет в равновесное состоя­ние, при этом сравнивающее устройство УС обесточится и выклю­чит привод движения рабочего органа.

Схема релейного устройства командоаппара’та с поляризован­ным реле показана на рис. 105, б. Командоаппарат состоит из ма­газина сопротивлений (два одинаковых участка п—г₇ и г/—г₇‘), группы промежуточных реле Pi—Р₇, потенциометра Л подвижно­го контакта 3 и поляризованного реле с усилителем 2, Сопротивле­ние секций подобрано так, что они пропорциональны числам, кото­рые в двоичной системе счисления выражаются в определенном разряде (1, 10, 100 и т. д.). Сумма сопротивлений Г1 + Г2+’з+”4+ + …г₇ равна сопротивлению потенциометра на всей его длине (/=127 мм). Отдельные сопротивления включаются и выключают­ся с помощью промежуточных реле Pi—Р₇, цепь обмотки которых замыкается через отверстия перфокарт.

Если программа предусматривает перемещение суппорта на ве­личину /i=43 мм, где 43 = 32+8+2+1, тогда реле включают сек­ции сопротивлений г₆, г₄, г₂, г_ь а г₇, г₅, г₃ отключают, и ток от точ­ки d пойдет в обход секций г₇, г₅, и г₃, напряжение в точке Ь стано­вится равным напряжению в точке а потенциометра; сопротивление потенциометра на участке /₂=127—43 = 84, где 84 = 64+16+4, что соответствует сумме величин сопротивлений г/, г₅‘, г₃‘.

Пока подвижной контакт 3 перемещается к точке а, напряже­ние в точке f будет меньше напряжения в точке Ь и движение суп­порта будет продолжаться. При достижении подвижных контак­том точки а напряжение в точках Ь и / сравняются и поляризован­ное реле отключит двигатель.

Система промежуточных реле представляет собой запоминаю­щее устройство, которое удерживает зафиксированные данные (/i = 43 мм) до поступления новой информации.

Схема командного устройства с магнитной записью (рис. 105, в) действует следующим образом. Пусть необходимо записать программу, состоящую из периодических включений электродви­гателя 8 для вращения рабочего органа станка.

Для записи программы нажимают кнопку / и’держат ее до тех пор, пока двигатель 8 отключится. Количество включений, время работы двигателя и интервалы между включениями определяются программой. При нажатии кнопки 1 одновременно с двигателем 8 включается и генератор 2 звуковой частоты, ток от которого посту­пает в записывающую головку 3, по которой протягивается магнит­ная лента 4. При работе двигателя и генератора на ленте образу­ются магнитные штрихи. Если включить воспроизводящую головку, то при перемещении ленты в сердечнике головки будут воспро­изводиться записанные сигналы, которые в виде тока, усиленного усилителем 5, поступают в реле 6 и включают пускатель 7 и, сле­довательно, двигатель 8. Пускатель будет находиться под током до тех пор, пока на ленте не кончится магнитная запись, после чего возбуждение тока в головке прекратится и двигатель 8 отключится.

Индуктивный датчик (рис. 106, а) состоит из стержня /, сердечника 2 и регистрирующего прибора 3. Стержень 1 выполня­ется из магнитного материала с точными размерами выступов и впадин (порядка 3 мкм) и соединяется со станиной станка. Ш-об-разный сердечник, выполненный с такой же степенью точности, имеет две встречные обмотки, питающиеся от вторичной обмотки

входного трансформатора. При совпадении оси сердечника с осью выступа стержня стрелка прибора, включенного по мостовой схе­ме, занимает нулевое положение благодаря равенству индуктив­ных сопротивлений левой и правой частей датчика. Если сердечник смещается вправо или влево, то симметрия нарушается и стрелка прибора отклоняется в ту или иную сторону на величину, пропор­циональную величине смещения сердечника. Датчик позволяет от-

считывать по показаниям прибора расстояния от нуля до величи­ны шага выступов с точностью до 3 мкм. При перемещении на один шаг стрелка прибора возвращается в нулевое положение.

При использовании индуктивных датчиков такого типа необхо­димо иметь две системы отсчета: одну для отсчета целых шагов и вторую для отсчета точных перемещений в пределах одного шага.

Индуктивные датчики применяются в системах управления ко-ординатно-расточными станками.

Винтовой индуктивный датчик (рис. 106, б) состоит из винта подачи / и двух полугаек д\ и д₂ с катушками L\ и L₂, включенными в потенциометрическую дифференциальную схему (рис. 107).

Число 418 изобразится в двоичном коде по первым сомножителям 110.100.010, а 54 как 110.110.

Перенос изображения числа на перфоленту начинают справа налево, располагая перфорации от нижних строчек к верхним (или наоборот). На рис. 102, б показано изображение чисел 418 и 54 в двоичной системе счисления.

На перфолентах имеются также дорожки, на которых распола­гаются отверстия для подачи сигналов управления.

Магнитные ленты с нанесенным слоем ферромагнитной эмуль­сии используют в качестве программоносителя при осуществлении магнитной записи. Пленку протягивают с определенной скоростью через звукозаписывающую головку (рис. 103, а), состоящую из двух полуколец /, образующих сердечник с электромагнитными катушками 2. При пропускании переменного тока через обмотку катушек в рабочем зазоре сердечника (0,01—0,02 мм) возникает переменное магнитное поле, которое оставляет на движущейся магнитной ленте 3 поперечные магнитные штрихи. При протяги­вании ленты с записью программы через звуковоспроизводящую головку магнитные штрихи, перемещаясь в зазоре, создают в нем переменный магнитный поток, который возбуждает в катушках электродвижущую силу и при определенных условиях ток воспро­изводящей головки будет точно таким, как первичный ток за­писи.

Запись программы на кинопленке 1 (рис. 103, б) состоит в на­несении непрозрачных штрихов 2, которые изменяют освещение фо­тоэлементов 3 и, следовательно, величину фототока. Каждому штриху соответствует определенная величина перемещения рабо­чего органа, и длина пройденного пути исчисляется количеством штрихов, умноженному на величину импульса (0,01—0,02 мм), а скорость — частотой импульсов (шагом штрихов). На пленке рас­полагается несколько дорожек: / — для продольного движения стола, // — для поперечного дви­жения стоек, III— для вспомога­тельных команд и др.

Считывающие, командные и отсчетные устройства. На рис. 104 показаны различные способы счи­тывания программ, записанных на перфокарте или перфоленте.

Щетка 2 (рис. 104, а) касает­ся контактного барабана 1 и за­мыкает соответствующую элект­рическую цепь, когда против нее находится отверстие в перфори­рованной ленте 3. Для уменьше­ния износа ленты применяют ша­говое перемещение с прижимани­ем щетки или щупа к ленте толь­ко в период ее останова.

При прохождении отверстия в перфорированной ленте 2 (рис. 104, б) над штифтом 4 последний, под действием пружины 3, запа­дает в отверстие ленты, замыкая контакты 5, которые включают соответствующую электрическую цепь, питающую электромагнит 1, который поворачивает рычаг 6 и штифт 4 опускается вниз, сжимая пружину 3 и размыкая контакты 5.

При прохождении отверстия в перфорированной ленте 3 (рис. 104, в) над фотодатчиком 4 луч света из осветителя 1 через линзу 2 падает на фотоэлемент, в результате чего включается соответ­ствующая электрическая цепь.

Когда отверстие в трубке 3 (рис. 104, г) располагается под от­верстием в перфорированной ленте 2, воздух из камеры / подается под определенным давлением в соответствующую пневматическую систему.

Командные устройства преобразовывают полученные сигналы программы в командные импульсы, непосредственно управляющие исполнительными механизмами, а также сочетают в себе и элемен­ты следящего привода (сравнивающих устройств), образуя систему обратной связи.

К числу схем командных устройств, применяемых в станкостро­ении, относятся анкерные, релейные, индуктивные, оптические и с магнитной записью. Схема электромеханического анкерного ко­мандного устройства (рис. 105, с) работает следующим образом.

При включении электромагнита 5 анкер 3 занимает положение, по­казанное на рисунке. При наличии электрического импульса в элек­тромагните 4 тяга 6 переместится вправо, анкер повернется вокруг оси О и левый рычаг анкера освободит колесб 2, а правый войдет в зацепление с ним, позволяя колесу повернуться на некоторый угол, так как вал 1 жестко связан с колесом 2. Подавая попере­менные импульсы в электромагниты 4 и 5, осуществляют периоди­ческий поворот вала / и перемещение рабочего органа на опреде­ленную длину.