Приводы станков с программным управлением

В.А.Лещенко

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СЛЕДЯЩИЕ

ПРИВОДЫ СТАНКОВ С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

 

 

МОСКВА ²Машиностроение² 1975
6П4.6.08

Л54

УДК 621.9.62-82

 

Рецензент инж. А. Н. Липатов

 

Лещенко В. А.

Л54   Гидравлические следящие приводы станков с про­граммным управлением. М. «Машиностроение», 1975.

288 с., с ил.

В книге изложены принципы действия н построения схем гидравличе­ских следящих приводов; показаны основные узлы гидравлических следя­щих приводов, их статические н динамические характеристики; рассмот­рены вопросы повышения точности и устойчивости приводов, особенности формирования структуры электрогидравлнческих следящих приводов объемно-дроссельного регулирования.

Книга предназначена для инженерно-технических работников, занятых а области создания и эксплуатации станков с программным управлением.

31303-140

Виктор Андреевич Лещенко

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СЛЕДЯЩИЕ

ПРИВОДЫ СТАНКОВ С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Редакторы издательства В. В. Глебова. А. И. Коновалов

Технический редактор Л. А. Макарова. Корректор О. £. Мишина

Художественный редактор В. В. Лебедев

Переплет художника А, Я. Михайлова

Сдано в набор 24/VII 1974 г. Подписано к печати 14/1 1975 г. Т-00419 Формат 60 X 90'/ц. Бумага типографская.N* 1. Усл. печ. л. 18.0. Уч.-изд. л. 19,9. Тираж 10000 экз. Заказ 1919. Цена 1 р. 54 к. Отпечатано с применением новой технологии изготовления текстовых диапозитивов электрографическим способом для офсетной печати

Издательство «Машиностроение». 107885. Москва. Б-7Й,

1-й Басманный пер., дом 3

Экспериментальная тип. ВНИИ полиграфии

Госкомиздата Совета Министров СССР

Москва, К-51, Цветной бульвар, 30 1

31303-140

Издательство «Машиностроение», 1975 г. 038(01)-75

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ................. 5

Глава I. Принцип действия гидравлического следящего привода.. 7

1. Принцип действия простейшего гидравлического следя­щего привода с копировальным управлением... 7

2. Погрешность воспроизведения, нечувствительность и устойчивость привода. Основные понятия.... 9

3. Принцип действия электрогидравлического следящего привода с копировальным управлением..... И

4. Принцип действия гидравлического следящего привода с ЧПУ.............. 17

5. Классификация гидравлических следящих приводов. 24

Глава II. Построение схем гидравлических следящих приводов дрос­сельного регулирования с копировальным управлением.. 27

6. Однокоординатные однокаскадные приводы.... 27

7. Однокоординатные многокаскадные приводы... 42

8. Многокоординатные приводы. Масштабное копирование 44

Глава III. Построение схем гидравлических следящих-приводов с ЧПУ 51

9. Приводы дроссельного регулирования с аналоговыми системами ЧПУ........... 51

10. Приводы объемного регулирования с фазовой системой ЧПУ.............. 59

11. Приводы дроссельного регулирования с импульсной сис­темой ЧПУ............ 67

12. Приводы дроссельного регулирования релейного управ­ления с кодовой системой ЧПУ....... 73

13. Копировальные приводы дроссельного регулирования с системами ЧПУ........... 76

Глава IV. Золотниковые элементы управления в гидравлических сле­дящих приводах............ 82

14. Основные виды статических и динамических характерис­тик гидропривода и его элементов...... 82

15. Однокаскадные золотниковые гидравлические усилите­ли. Конструкция и основные характеристики... 87

16. Конструкции электрогидравлических преобразовате­лей — усилителей, построенных на основе однокаскад-ных золотниковых гидроусилителей. Электрогидравличе­ские усилители момента.........122

17. Двухкаскадные золотниковые гидроусилители...130

ВВЕДЕНИЕ

Начало промышленного применения следящего привода в станках относится к 1940—1950 гг. В этот период на основе сле­дящего привода были разработаны автоматизированные копиро­вальные станки, которые по сравнению с обычным универсаль­ным оборудованием позволили значительно снизить трудоемкость изготовления деталей. К этому времени относится также разра­ботка основ теории гидравлических следящих приводов в соче­тании с копировальными системами управления.

Применение следящих приводов значительно расширилось в 1950—1960 гг. в связи с появлением станков с числовым про­граммным управлением (ЧПУ). При переходе от копировального к числовому программному управлению в системе управления изменился программоноситель (шаблон заменила магнитная лен­та пли перфолента) и вид устройств, преобразующих заданную программу во входные сигналы управления следящим приводом.

Количество внедренных в промышленность СССР и США-станков с ЧПУ начало быстро возрастать начиная с 1958— 1960 гг., причем они получили широкое распространение практи­чески во всех отраслях машиностроения. Применение станков с ЧПУ дало значительный экономический эффект и позволило высвободить большое количество универсального оборудования. Эффективность станков с ЧПУ по отечественным и зарубежным данным характеризуется следующим: рост производительно­сти— на 200—600%; количество заменяемых универсальных станков 3—8; повышение времени резания в общем времени обработки до 50—80% (универсальные 15—35%); сокращение сроков подготовки производства и технологической оснастки; уменьшение брака; обеспечение взаимозаменяемости.

Опыт использования станков с ЧПУ в промышленности пока­зал, что рациональная область их применения расширяется при усложнении характера обработки: повышении точности, ухуд­шении условий обрабатываемости и т. п. Важным аспектом эф­фективности использования станков с ЧПУ является сокраще­ние потребности в высококвалифицированных станочниках — универсалах.

Применение оборудования с ЧПУ позволяет по-новому орга­низовать производство. Можно выделить три основных направ­ления научной организации труда при внедрении станков и оборудования с ЧПУ—привлечение инженерного состава к непо­средственному процессу изготовления деталей на станке, коренное изменение характера многостаночного обслуживания, осуществление управления цехом станков с ЧПУ от одного пуль­та и обеспечение круглосуточного использования оборудования при работе обслуживающего персонала главным образом в одну, наиболее продуктивную смену на основе создания автоматиче­ских линий из станков с ЧПУ и т. п. Числовое программное управление, элементом которого является следящий привод, ста­ло универсальным средством автоматизации станков и оборудо­вания широкого применения. В результате этого следящий привод из специального устройства относительно немногочисленных [копировальных станков превратился в настоящее время в универсальное, средство приведения в движение рабочих органов станков и оборудования. Можно ожидать, что следящий привод, станет доминирующим приводом станков и оборудования.

Из известных следящих приводов (электрического, гидравли­ческого, пневматического) в отечественных копировальных станках с числовым программным управлением наиболее широкое применение нашел гидравлический привод (термин «гидравли­ческий привод» включает понятие привода с исполнительным гидродвигателем, который может иметь различные средства уп­равления: механические, электрические, пневматические и др.).

Гидропривод обладает малой инерционностью подвижных частей, что обеспечивает его высокое быстродействие и дает возможность быстро реверсировать и тормозить станок. Кроме того, привод имеет небольшие массу и габаритные размеры (в 3—10 раз меньше электропривода); обеспечивает плавный ход рабочих органов машин, особенно при использовании сило­вых гидроцилиндров; отличается долговечностью механизмов вследствие самосмазываемости; имеет простую и надежную конструкцию гидромеханических устройств, позволяющую про­извести его отладку или устранить неисправности, возникающие в процессе эксплуатации. Подобно тому, как переход от шабло­на к числовой программе кардинально изменил структуру систе­мы управления, переход от следящего копировального к следя­щему приводу с числовым программным управлением повлек из­менение структуры привода, связанной с введением преобразо­вателей видов энергий, новых внутренних связей, новых конст­руктивных решений и т. п. При общем принципиальном подобии работы следящего привода в условиях копировального и число­вого программного управления изменились методы выбора ос­новных параметров, расчета оптимальных условий работы и т. п.

В связи с новыми требованиями к следящим гидроприводам металлообрабатывающих станков в данной работе особое вни­мание уделяется средствам повышения точности, быстродействия, экономичности приводов и надежности их работы, а также созданию прямых безредукторных приводов подач.

ГЛАВА I.

Управлением

В комбинированных электрогидравлических приводах соче­тается электрическое управление с гидравлическими исполни­тельными механизмами. В результате такого сочетания облег­чается дистанционность управления, что особенно удобно в крупных станках, введение дополнительных корректирующих устройств, улучшающих работу следящего привода, что обычно необходимо выполнять для получения требуемых характеристик привода и т. п.

Схема простейшего электрргидравлического следящего приво­да с копировальным управлением приведена на рис. 4. Привод показан при использовании его на фрезерном станке. Щуп 3 ки­нематически связан с якорем 2 индуктивного датчика 1, а четы-рехщелевой золотник 13, подающий жидкость в полости гидро­цилиндра 10, с электромеханическим преобразователем 15. Электрическая связь между индуктивным датчиком и электро­механическим преобразователем осуществляется через фазочув-ствительный выпрямитель ФВ и усилитель постоянного тока У [42].

 

 

Рис. 4. Схема простейшего электрогидравлического следящего привода с ко­пировальным управлением

Вследствие подключения катушек 9 к источнику 5 переменно­го тока между корпусом и якорем индуктивного датчика цирку­лируют магнитные потоки m₁ и т₂ (обозначены штриховыми стрелками), которые индуктируют в катушках 21 э.д.с.₁ и э.д.с.₂, сдвинутые по фазе на 180°. При равных зазорах (h₁ = h₂) между якорем и корпусом магнитные потоки m₁ и т₂ и э.д.с.₁ и э.д.с.₂, так­же равны между собой, в результате чего на входе и выходе ФВ напряжения будут равны нулю. Когда щуп смещается, например, ниже среднего положения, зазор h₁ между якорем 2 и корпусом 22 становится меньше зазора h₂.

Вследствие повышения магнитной проницаемости в зазоре h₁ и уменьшения ее в зазоре h₂ происходит соответствующий рост магнитного потока m₁ и индуктируемой э.д.с.₁, а также уменьше­ние магнитного потока т₂ и э.д.с.₂ относительно среднего положе­ния. Разность э.д.с.₁ и э.д.с.₂ подается (после усиления) на вход ФВ, на выходе которого образуется пропорциональное этой раз­ности напряжение управления постоянного тока (сигнал управле­ния) U_у. Знак его определяется в результате сопоставления фа­зы переменного тока на входе в ФВ с фазой опорного напряже­ния, подводимого по линии 19, и изменяется в зависимости от направления отклонения якоря 2 от среднего положения.

Пружины 16 электромеханического преобразователя стремят­ся установить сердечник 17 в среднее положение, при котором зазоры H₁ и H₂ между сердечником и торцами корпуса равны. При дифференциальной схеме включения катушек 18 преобразо­вателя 15 и сигнале управления U_у = 0 напряжения и токи на обе­их катушках 18 равны и составляют половину напряжения пита­ния усилителя У. Вследствие этого магнитные потоки M₁, M₂ и встречные силы, действующие по зазорам H₁ и H₂ между сердеч­ником и корпусом, будут также равны (при симметричной кон­струкции), а сердечник и золотник 14 будут занимать среднее положение.

При появлении сигнала управления U_y, возникающего от сме­щения щупа 3 и якоря 2, например, ниже среднего положения, напряжение в нижней катушке 18 будет возрастать пропорцио­нально U_y, а в верхней катушке 18 соответственно уменьшаться, в результате чего пропорционально изменятся магнитные потоки M₁, M₂ и возникнет электромагнитная сила, стремящаяся смес­тить вниз сердечник преобразователя. Вследствие действия пру­жин 16 это смещение будет пропорциональным величине электро­магнитной силы, а значит величине смещения якоря индуктивного датчика. При смещении щупа и якоря выше среднего положе­ния описанный выше процесс повторяется, причем сигнал управ­ления U_y меняет знак и соответственно электромагнитная сила действует на сердечник преобразователя в противоположном ра­нее указанному направлению — вверх. Таким образом, золотник 14, жестко соединенный с сердечником, повторяет в определенном масштабе перемещения якоря и щупа индуктивного датчика. Масштаб повторения зависит от параметров элементов, находя­щихся в цепи между щупом и золотником.

Схема золотника и питающей его насосной установки анало­гичны показанным на рис. 1.

Поэтому, с учетом описанного выше порядка работы цепи щуп — золотник, когда щуп не касается контура шаблона 4 и под действием пружины 20 смещается в крайнее нижнее на рис. 4 положение, такое же перемещение осуществляет золотник 14. В результате, в полости А, трубопроводе 11 и полости Г устанав­ливается низкое давление, а в полостях Б и В и трубопроводе 12 — высокое. Вследствие этого поршень и шток вместе с верти­кальной кареткой 8, индуктивным датчиком и режущим инстру­ментом перемещается вниз. В процессе перемещения щуп 3 упрется в шаблон 4, но каретка будет еще некоторое время дви­гаться под действием вертикальной подачи. При этом зазор h₁ будет постепенно увеличиваться, а зазор h₂ уменьшаться; соот­ветственно будет уменьшаться величина сигнала управления U_y, а значит разность магнитных сил, действующих на сердечник электромеханического преобразователя и смещение золотника 14 от среднего положения. Наконец, наступит момент, когда вели­чины зазоров h₁ и h₂ и соответственно проходные сечения всех щелей золотника сравняются и разность давлений в полостях Б и А, а также В и Г станет недостаточной для продолжения движения поршня гидроцилиндра, и вертикальная подача прекра­тится. Если столу 6 сообщить задающую подачу, то будет так же, как в простейшем приводе, показанном на рис.1, осуществляться обвод контура шаблона и его воспроизведение на заготов­ке 7.

Следовательно, принцип действия и структура построения электрогидравлических следящих приводов аналогичны приво­дам с механическим управлением и отличаются только средства­ми передачи команд от задающего устройства к золотнику, управляющему работой гидродвигателя. Так, если в следящем приводе (см. рис. 1) щуп с помощью механической передачи не­посредственно воздействовал на управляющий золотник, то в электрогидравлическом следящем приводе (см. рис. 4) меха­нические перемещения щупа преобразуются в электрические сиг­налы индуктивного датчика, которые усиливаются и преобра­зуются электромеханическим преобразователем в перемещения, сообщаемые управляющему золотнику. Таким образом, механи­ческая передача в этом случае заменена цепочкой преобразова­телей, выполняющих ее функции.

Структурная схема электрогидравлического следящего приво­да с копировальным управлением показана на рис. 5. В этой схе­ме дополнительно вводятся следующие понятия.

Гидроусилитель ГУ — гидравлическое устройство управления, в котором производится усиление мощности входного сигнала за счет энергии внешнего гидравлического источника питания.

Рис. 5. Структурная схема электрогидравлического следящего привода с копировальным управлением

Электромеханический преобразователь ЭМП — устройство, преобразующее электрические входные команды в соответствую­щие им выходные механические перемещения.

Электрогидравлический преобразователь — устройство, пре­образующее электрические входные команды в соответствующие им перемещения золотника, создающие расход рабочей жидкости во внешней цепи; обычно состоит из электромеханического пре­образователя и гидроусилителя. Функции сравнивающего уст­ройства СУ   в схеме на рис.5 выполняет индуктивный датчик, причем вырабатываемый им сигнал рассогласования X₁ усили­вается усилителем У.

Рис. 9. Структурная схема гидравлического следящего привода с числовым программным управлением

Рис. 10. Отличие профиля изделия от теоретического контура при обработке на станке с ЧПУ

Произведенный анализ показывает, что рассмотренные выше положения относительно образования погрешности воспроизведе­ния, нечувствительности и устойчивости гидравлического следя­щего привода с копировальным управлением, действительны так­же для привода с числовым программным управлением. В по­следнем случае погрешность воспроизведения определяется отличием детали от теоретического контура, определенного чис­ловой программой, а не от профиля шаблона.

Отличительной особенностью приводов с числовым программ­ным управлением является то, что задающее и следящее переме­щения (скорости) сосредоточены у них в каждой координате, в то время, как в однокоординатных приводах с копировальным управлением эти перемещения разнесены на две различные коор­динаты: задающую и следящую (рис. I и 4). В результате кар­тина распределения погрешностей на изделии относительно тео­ретического контура при числовом программном управлении бу­дет отличаться от показанной на рис. 2.

Действительно, при обработке участка ВС контура (рис. 10) центр фрезы по вертикальной координате у может смещаться от теоретического положения О_1т, заданного числовой програм­мой, на величину h_нyнечувствительности привода по координа­те у, а по продольной координате х — на величину h_υx скорост­ной (точнее — суммарной: скоростной и нагрузочной) погрешно­сти привода по координате х. В результате центр фрезы будет фактически располагаться в точке О_1ф, а на детали оста­нется припуск величиной  нечувствительности привода по координате у. При обработке наклонного участка DE контура центр фрезы по координате у может смещаться от теоретическо­го положения О_2т на величину h_υу, скоростной погрешности при­вода У и по координате х — на величину h_υx скоростной по­грешности привода X. В результате фактическое положение цен­тра фрезы будет в точке О_2ф. Если приводы по координатам х и X выбраны таким образом, что при равных скоростях погрешно­сти у них также равны, причем размер погрешности изменяется пропорционально величине скорости, то смещение центра фрезы О_2ф будет направлено по касательной к обрабатываемой поверх­ности и контур детали будет точно совпадать с теоретическим контуром. Таким образом, в результате существования погреш­ности воспроизведения в приводах пропорционального управле­ния фактическое положение инструмента будет как бы отставать от теоретического, задаваемого числовой программой, смещаясь приблизительно по касательной к контуру в теоретически обра­батываемой точке, а погрешность обработки будет тем больше, чем меньше радиус контура и больше несоответствие между по­грешностью и скоростью приводов по координатам, участвующим в обработке детали.

Общая картина отклонения контура детали от теоретического контура будет характеризоваться заштрихованным участком, показанным на рис. 10. Несмотря на возможные значительные величины погрешностей воспроизведения по каждой из коорди­нат, обработанная деталь может весьма близко совпадать с тео­ретическим контуром, заданным числовой программой.

Применительно к приводу с фазовой системой ЧПУ устанав­ливается следующая терминология.

Цена оборота фазы — величина перемещения в сантиметрах (миллиметрах) рабочего органа машины, соответствующая обо­роту фазы измерительного устройства в обратной связи привода по перемещению на угол 2π.

Количество импульсов в одном обороте фазы — количество импульсов унитарного кода системы ЧПУ, соответствующих обо­роту фазы измерительного устройства в обратной связи привода по перемещению на угол 2π.

Цена импульса — размер перемещения в см (мм) рабочего органа машины, соответствующий одному импульсу унитарного кода системы ЧПУ.

Г Л А В А II.

СЛЕДЯЩИХ ПРИВОДОВ

ДРОССЕЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

С КОПИРОВАЛЬНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Рис 13. Схемы однокоординатных гидравлических следящих приводов с однощелевым управляющим золотником

Если столу 10 сообщить задающую продольную подачу υ_з, то шаблон при повышающемся профиле переместит щуп и золот­ник через положение равновесия вверх (по схеме), пока проход­ное сечение щели h и количество масла, проходящего через нее из верхней полости, не возрастет до такой величины, что сила, действующая на поршень со стороны нижней, штоковой полости цилиндра, станет больше таковой со стороны верхней полости и избыточная сила, направленная вверх, станет достаточной для преодоления сопротивления подачи. При этом вертикальная ка­ретка начнет перемещаться вверх в соответствии с контуром шаблона.

Соответственно, при понижающемся профиле шаблона, золот­ник под действием пружины 5 смещается ниже положения рав­новесия, пока проходное сечение щели Л не уменьшится, а давле­ние в верхней полости цилиндра не возрастет до такой величины, что сила, действующая на поршень со стороны верхней полости цилиндра, станет больше таковой со стороны нижней полости и под действием избыточной силы, направленной вниз, вертикаль­ные салазки начнут перемещаться вниз в соответствии с крутиз­ной контура шаблона. Таким образом, привод с управляющим золотником, имеющим одну рабочую щель в схеме с дросселем, соединяющим две полости цилиндра, работает аналогично при­воду с двухщелевым золотником. Диаметр d штока силового ци­линдра выбирается так же, как и в приводе с двухщелевым зо­лотником. Обычно соотношение рабочих площадей в штоковой и поршневой полостях составляет 1:2..

Привод с однощелевым золотником и дросселем, соединяю­щим две полости цилиндра, уступает приводам с четырех- и двухщелевыми управляющими золотниками по точности копирова­ния, возможности варьирования схемы. Недостатком привода является ограниченность скорости слежения вследствие неболь­шой пропускной способности постоянного дросселя 7, установ­ленного в магистрали между полостями цилиндра.

В схеме следящего привода с однощелевым золотником, приведенной на рис. 13, б, постоянный дроссель отсутствует. Управление перемещениями поршня силового цилиндра осуще­ствляется путем изменения ширины щели h между кромками золотника и окна в корпусе, при котором регулируется давление в нижней полости Г силового цилиндра. Клапан 14 в этом при­воде является предохранительным и настраивается на наиболь­шее допустимое давление. Верхняя полость цилиндра соединяет­ся с дренажем, а сила, действующая на поршень в направлении вниз, создается вследствие несбалансированного веса каретки /5, смонтированной на вертикальных направляющих.

В схеме приведенной на рис. 13, в, постоянная сила, дейст­вующая на поршень в направлении вниз, создается в результате присоединения верхней полости цилиндра к нагнетательной магистрали специального насоса 19, давление в которой устанав­ливается отдельным переливным клапаном 18.

При подводе щупа к шаблону или перемещении щупа по снижающемуся участку контура шаблона золотник под действи­ем пружины смещается относительно корпуса ниже положения равновесия, в результате чего проходное сечение щели h возра­стает, облегчается слив масла, подаваемого насосом 20 по трубопроводам 16 и 17 в нижнюю полость цилиндра и к корпусу зо­лотника, давление в нижней полости цилиндра при этом умень­шается. Образуется избыточная сила, действующая на поршень вниз. Эта сила преодолевает сопротивление подачи и осущест­вляет перемещение поршня, штока и каретки вниз. Наличие жесткой обратной связи, осуществляемой закреплением корпуса золотника на вертикальной каретке, обеспечивает воспроизведе­ние контура копира на обрабатываемой заготовке.

Следящие приводы, построенные по схемам, показанным на рис. 13, б, в, просты по конструкции.

Однако такие приводы дают пониженную точность копирова­ния, которая зависит также от вязкости (температуры) масла и его утечки в насосе.

В приводе, схема которого показана на рис. 13, г, применяе­мом в копировальных устройствах фирмы «Магдебург», давление в поршневой полости цилиндра дифференциального дейст­вия определяется подпорным клапаном 21, который отрегулиро­ван на давление, значительно меньшее, чем предохранительный клапан 22.

Подпорный клапан установлен в сливной магистрали, идущей от поршневой полости цилиндра и рабочей щели h золотника, управляющей давлением в штоковой полости силового цилин­дра дифференциального действия. При смещении щупа вниз и увеличении проходного сечения щели h давление масла, пода­ваемого насосом, падает и в предельном случае может снизиться до давления подпорного клапана. При этом вследствие разности площадей поршень, шток и каретка будут перемещаться вниз (по схеме). Наоборот, при смещении щупа вверх и уменьшении про­ходного сечения щели золотника давление масла, подаваемого насосом, возрастает до предельного, определяемого настройкой предохранительного клапана, и давление в штоковой полости цилиндра превышает давление в поршневой полости настоль­ко, что поршень и каретка будут перемещаться вверх. Воспроиз­ведение контура шаблона на обрабатываемой заготовке в этом случае, как и в предыдущих, обеспечивается вследствие наличия обратной связи.

 

 

Рис. 14. Изменение скорости копирования при различных видах скорости задания

На базе четырех-, двух- и однощелевых дроссельных золотни­ков теоретически можно построить кроме рассмотренных боль­шое количество других схем следящих приводов, которые приве­дены в работе [48].

Характерной особенностью всех рассмотренных однокоординатных следящих приводов, с постоянной скоростью задания является зависимость величины скорости копирования — геомет­рической суммы задающей υ₃ и следящей υ_с скоростей oт крутиз­ны профиля шаблона. На рис. 14, а линия 1 характеризует изме­нение скорости копирования υ_к(перемещение конца вектора скорости копирования) при постоянной скорости задания υ₃ для различных углов β (см. рис. 1) наклона профиля шаблона. Как следует из графика, скорость копирования определится из выра­жения

Таким образом, при угле наклона профиля β = 45° скорость копирования возрастает в 1,4 раза, а при β = 60° в 2 раза по сравнению со скоростью копирования на участках, параллель­ных скорости задания (β = 0).

Поэтому однокоординатные следящие приводы с постоянной скоростью задания обычно применяются при угле р наклона про­филя шаблона не более 45°.

При необходимости обвода с помощью однокоординатного следящего привода шаблона с углами наклона профиля более 45° применяется переменная скорость задания, изменяемая ступенчато или бесступенчато.

Ступенчатое изменение скорости задания осуществляется обычно от двух- или четырехскоростного электродвигателя или от электродвигателя постоянного тока с бесступенчатым измене­нием оборотов.

График изменения скорости копирования при четырех ступе­нях задающей скорости показан на рис. 14, б (прямые 2); β₁, β₂ и βз— углы наклона профиля шаблона, при которых следует производить переключение скорости задания, определяются исхо­дя из наибольшей допускаемой скорости копирования υ_кmax. Изменение величины скорости задания позволяет значительно повысить крутизну копируемого контура. Наибольший угол на­клона профиля β₄ в этом случае также не может достигать 90,° он обычно составляет 75—80°.

Для получения постоянной величины скорости копирования и возможности воспроизведения профилей с углами подъема до 90° применяются однокоординатные следящие приводы с автомати­чески регулируемой задающей подачей.

Схема следящего привода с автоматическим регулированием задающей скорости специальным регулятором разработана Б. Л. Коробочкиным [13].

 

 

Рис. 15, Схема однокоординатного следящего привода с автоматическим гулированием задающей скорости

В этом приводе (рис. 15) вертикальное следящее перемеще­ние рабочего органа, несущего инструмент Д осуществляет ци­линдр 2, который управляется четырехщелевым золотником 3, В силовой магистрали 4, соединяющей крайние щели золотника, установлен дроссель 7 для регулирования скорости слежения. Золотник 3 выполнен таким образом, что в среднем положении все четыре рабочие щели его имеют нулевое открытие, т. е. кром­ки плунжера золотника и окон в корпусе совпадают. Продольное задающее перемещение стола 11 осуществляет цилиндр 10, у ко­торого при перемещении стола слева направо (на схеме) левая полость соединена с нагнетательной магистралью насоса 9, а пра­вая, через автоматический регулятор скорости 5 и дроссель 8 ре­гулирования скорости задания, с баком. Регулятор скорости имеет плунжер, на нижний конец которого действует пружина 6. Верхний конец плунжера регулятора имеет ступенчатую форму, причем на центральную часть его меньшего диаметра в полости / действует давление, которое устанавливается перед дросселем 7 скорости слежения, а на кольцевую часть в полости // дейст­вует давление, которое устанавливается перед дросселем 8 ско­рости задания. Так как пружина регулятора уравновешивает си­лы, действующие на ступенчатый плунжер, то при некоторых допущениях, приближенно можно полагать, что сумма сил, развиваемых в полостях І и ІІ постоянна и определяется силой пру­жины последнего:

                               (4)

где р_с — давление перед дросселем 7 скорости слежения; р₃ — давление перед дросселем 8 скорости задания; f ₁и f ₂ — площади ступенчатого плунжера соответственно в полостях / и // регуля­тора; R— сила пружины 6 регулятора.

При обводе какого-либо профиля вытесняемое из цилиндров 2 и 10 скорости слежения и скорости задания масло проходит че­рез дроссели 7 и 8.

Для дросселей типа диафрагмы квадратичный закон истече­ния определяется соотношением

                        (5)

где S_др — площадь проходного сечения дросселя; _др — коэффи­циент расхода; р — плотность; р _др — перепад давления на дрос­селе.

Давление р_с и р₃ перед дросселями и в полостях / и // регуля­тора будут пропорциональны приблизительно квадратам расхо­дов в них масла, т. е.

                            (6)

где Q_c, Q₃ — расходы соответственно через дроссели 7 и 8 регу­лирования следящей и задающей скоростей; S_c, S₃ — площади проходных сечений дросселей 7 и 8; _с, _з — коэффициенты расходов в дросселях 7 и 8.

При

где υ_с, υ ₃ — соответственно скорости слежения и задания; F_c, F₃ — площади поршней соответствующих цилиндров, совместное решение уравнений (4) и (6) дает

                                  (7)

где

          (8)

наибольшие величины скоростей слежения и задания при обводе контуров с углом β наклона соответственно 90° и 0° (см. рис. 1).

Рис. 16. Схема вибрационного доводочного пресса модели ГДП-16

При равенстве наибольших скоростей слежения и задания, которое достигается выбором соответствующих размеров площа­дей дросселей, плунжеров и цилиндров, соотношение (7) приоб­ретает вид

                        (9)

Таким образом, в результате действия регулятора сумма ква­дратов скоростей слежения и задания может быть постоянной (кривая на рис. 14, в), а следовательно, будет постоянной ско­рость копирования независимо от угла наклона копируемого профиля. Может быть получен эллиптический закон изменения скорости копирования. Величина скорости копирования опреде­ляется проходными сечениями дросселей 7 и 8. Исследования, выполненные Б. Л. Коробочкиным, показали, что параметры ре­гулятора скорости задания существенно влияют на работу при­вода скорости слежения [13].

Рассмотренный следящий привод применяется в токарно-копировальных полуавтоматах, выпускаемых московским станко­строительным заводом им. С. Орджоникидзе и др. Применяются также другие типы следящих приводов с автоматической регу­лировкой скорости задания.

Рассмотренные гидравлические приводы при исключительной простоте конструкции позволяют осуществить широкие технологические возможности оснащенного ими оборудования, в ряде случаев практически недоступные для приводов других видов (электрических, пневматических). Примером может служить ги­дропривод вибрационного доводочного пресса модели ГДП-16, построенный на основе однокаскадного гидравлического копи­ровального следящего привода и разработанный А. И. Махряевым.

Гидромеханическая часть пресса состоит (рис. 16) из стани­ны 1, рабочего цилиндра 18, закрепленного в станине, вибрато­ра 5, корпус которого закреплен на рабочем цилиндре, и рычага обратной связи 14. Рабочий цилиндр имеет поршень 17 с двумя штоками. На нижнем силовом штоке закрепляется верхняя часть инструмента 3 (боек). Нижняя часть инструмента 2 (нако­вальня) крепится в станине /. Верхний шток упирается через промежуточный плунжер 16 в рычаг обратной связи 14, который имеет опору 13, устанавливаемую или перемещаемую в верти­кальном направлении винтом 15 {задающим устройством). Виб­ратор 5 включает четырехщелевой золотник 6, верхняя часть ко­торого упирается в рычаг обратной связи 14 и несет грузы 12, подпружиненные пружинами //.

Пресс работает следующим образом. В исходном положении рычаг обратной связи 14 винтом 15 отведен в крайнее верхнее положение. При этом поршень 17 также занимает крайнее верх­нее положение, упираясь