1.2. Аналоговые системы автоматического управления.

В аналоговых системах управления информация чертежа детали материализуется в программоносителе в виде кулачка, копира, расставленных определенным образом упорах, действующих на путевые переключатели и др.

Однако программоноситель – аналог чертежа детали снижает гибкость, т.к. увеличивается время и стоимость переналадки. Аналоговые системы характерны для крупносерийного и массового производства при изготовлении стабильной по времени номенклатуры деталей.

Рис. 1.3

Аналоговые системы управления делятся на замкнутые и незамкнутые, среди последних выделяются системы со специальным приводом.

Рассмотрим системы замкнутого типа. Простейшая система такого типа воспроизводит управление суппортами токарного станка (рис.1.3). В данном случае программоносителями величин перемещения является путевые переключатели SQ и упоры, расставленные при наладке станка. Схема управления станком может быть электрической, гидравлической, пневматической и т.д. Положение упоров соответствует перемещению инструмента, т.е. требуемым размерам детали. Таким образом, положение упоров дает исходный (первый) поток информации. В конце хода продольного суппорта 1, например, влево (условно в направлении вперед) упор воздействует на путевой переключатель SQ1В, который выключает двигатель ЭМ1 продольного суппорта и включает двигатель ЭМ2 поперечного суппорта 2. Поперечный суппорт перемещается (условно в направлении назад) до тех пор, пока его упор не воздействует на путевой переключатель SQ2Н прекращения поперечного перемещения и т. д. Упоры определяют информацию о фактическом положении исполнительного устройства при их воздействии на различные датчики (преобразователи). Таким образом, обеспечивается второй (обратный) поток информации. В таких системах информация о перемещениях вводится на основе пробных обработок путем коррекции на их основе положения программоносителей (упоров). Замкнутые системы работают также не только с управлением по пути (контроль пути), но и с контролем времени по времени (“выхаживание” при шлифовании без принудительной подачи круга), скорости и других факторов.

Рис. 1.4

Аналоговые системы замкнутого типа конструктивно просты, дешевы и надежны, но имеют свои недостатки. В них отсутствует непрерывная кинематическая связь между перемещающимися узлами станка, что исключает возможность обработки сложных поверхностей. Замкнутые системы управления с контролем по пути применяют при обработке деталей по прямоугольным циклам вдоль осей прямоугольных координат поочередно, и они применяются в агрегатных станках и автоматических линиях. Повышение качества обработки достигается снижением скорости перемещающегося узла при подходе к точке останова, снижением кинетической энергии движущихся масс и сокращением пути по инерции. Разработка цикла работы ведется с помощью циклограмм, на которых по времени указываются изменения состояния системы управления. Управлением циклом часто централизовано и сосредотачивается в командоаппарате, который кинематически связывают с исполнительными узлами для контроля пути (перемещения).

Аналоговые системы управления незамкнутого типа имеют один поток информации. В таких системах со специальным приводом обеспечивается дозированные перемещения исполнительного узла, например, храповым механизмом (рис.1.4). С помощью храпового колеса и собачки можно перемещать рабочий орган станка на определенную величину. Управляющий сигнал (импульс) подается на электромагнит, перемещающий шток с собачкой на определенную величину, регулируемую заслонкой. Количество импульсов на электромагнит определяет величину перемещения с достаточной точностью без второго потока информации. Аналогичная система управления с приводом через мальтийский механизм используется при повороте револьверной головки.

Рис. 1.5

Система управления от кулачков, вращающихся непрерывно или периодически (рис.1.5), обеспечивает дозированное перемещение револьверного суппорта и возврат его в исходное положение. За один оборот кулачка револьверный суппорт совершает один цикл движений. Изменяя профиль кулачка, можно получить любой закон изменения пути и скорости движения узла в течение цикла и повторять его произвольное число раз. За цикл привод осуществляет перемещения, определенные профилем кулачка. Профиль кулачка должен учитывать динамические свойства механизма передачи движения и исключить заклинивание толкателя при угле наклона профиля, близкой к углу трения толкателя и кулачка. Кулачки обычно управляются одним распределительным валом (РВ), что позволяет точно синхронизировать движение нескольких исполнительных узлов, обеспечивая нужную кинематическую связь для получения необходимой траектории движения формообразования. За один оборот распределительного вала обеспечивается полный цикл обработки детали. Кулачок является тяговым механизмом (частью привода) и одновременно программоносителем.

Система управления с РВ очень надежны, имеют жесткую конструкцию и обеспечивают высокую точность повторения размеров.

Копировальные системы могут быть в виде как замкнутых, так и незамкнутых систем управления. Копировальные системы управления ускоренного действия (без усилителя) аналогична кулачковым системам, имеют один поток информации и программоноситель похож на кулачок, развернутый на плоскость. Отличие заключается в синхронизации движения рабочих органов.

Рис. 1.6

Принципиальная схема копировальной системы управления приведена на рис.1.6. Продольные и поперечные салазки перемещаются по двум координатам одним общим приводом продольных салазок. Движение от привода (координата х) называют ведущим, а поперечное движении салазок (координата у) является следствием перемещения щупа по копиру и называется следящим движением. Такую простую схему применяют редко из-за повышенного износа копира и щупа. Кроме того, в таких системах ведущая и следящая подачи независимы, что приводит к различной подаче вдоль контура, что влияет на качество обработки.

Указанных недостатков лишены гидравлические копировальные системы, в которых постоянство результирующей подачи вдоль контура обработки достигают настройкой дросселей. Управление по рассогласованию положения щупа следящего устройства и инструмента называют пропорциональным управлением. Применяют управление по скорости изменения рассогласования (производной смещение щупа по времени). Такое управление называют дифференциальным. Такая система быстрее реагирует на изменение профиля копира, а точность обработки увеличивается.

Копировальные системы достаточно сложны, копиры дороги и их изготовление трудоемко. При обработке сложных деталей с криволинейным профилем в условиях серийного производства они вытесняются системами с числовым программным управлением.