Виды гидрокопировальных приводов

Следящий ГП обычно включает гидравлический усилитель или гидрораспределитель, гидродвигатель, обратную связь по регулируе­мому параметру и систему гидропитания. Характерным признаком следящего ГП является наличие отрицательной обратной связи по ре­гулируемым параметрам, к которым относятся положение объекта уп­равления или его производные (скорость, ускорение).

Рассмотрим работу однокоординатного следящего привода, которым оснащен токарный гидрокопировальный станок (рис.6.22а). Продоль­ные салазки 5 перемещаются по направляющим станины 4 от электри­ческого или ГП (не показан). Поперечный копировальный суппорт 6 движется по направляющим продольных салазок, которые располага­ются под углом β к оси вращения 9 (оси шпинделя станка). Угол β со­ставляет 45° или 60°.

Рис.6.22. Схема работы гидрокопировального суппорта с однокоординатным приводом

На копировальном суппорте смонтирован резцедержатель 7 с зак­репленным резцом 8. Шаблон 1 неподвижно закреплен на  станине

Перемещение копировального суппорта 6 осуществляется гидравли­ческим следящим приводом, аналогичным рассмотренному на рис.6.2.

Управляющее воздействие на золотник РДР осуществляется через щуп 2, который поджат пружиной 3, более сильной, чем пружина золот­ника. При обработке продольные салазки 5 движутся влево с постоян­ной скоростью v_z (задающая подача). Наконечник щупа2 поджимается к шаблону 1 и перемещается по его контуру. Ось поворота щупа закреп­лена на копировальном суппорте и при движении наконечника по шаб­лону в поперечном направлении щуп поворачивается вокруг оси в ту или другую сторону и перемещает золотник РДР. Суппорт 6 перемеща­ется в следящем режиме и отрабатывает заданные перемещения.

В результате сложения продольного и поперечного движений вер­шина резца 8 воспроизводит движение наконечника щупа 2, и на заго­товке обрабатываются поверхности 1…5, обозначенные на рис.6.22, и повторяющие в продольном сечении профиль шаблона. При обработ­ке цилиндрических участков 1, 3 и 5 наконечник щупа, а значит и резец, не перемещаются в поперечном направлении. Поэтому подача v резца вдоль обрабатываемой поверхности (по касательной к профилю) бу­дет равна скорости задающей подачи v1 = v3 = v5 = v_z.

Этим объясняется наклонное расположение копировального суп­порта, которое ограничивает возможности обработки на спадающих участках профиля заготовки. Поэтому наряду с простыми системами с постоянной задающей подачей в токарных гидрокопировальных стан­ках используются более сложные системы с зависимой задающей пода­чей. В этих системах задающая подача автоматически снижается при увеличении следящей подачи и наоборот. Скорость результирующей подачи при этом можно поддерживать постоянной.

Рассмотрим работу однокоординатного следящего ГП в копиро-вально-фрезерном станке (рис.6.23). Следящее движение выполняет шпиндельная бабка 5 с фрезой 4. Заготовку 3 и шаблон (копир) 7 зак­репляют на столе 2, который перемещается в продольном направлении со скоростью задающей подачи по направляющим салазок 1. Шпин­дельная бабка отслеживает вертикальное перемещение наконечника щупа 6, и фреза повторяет на заготовке профиль шаблона в данном продольном сечении. После окончания рабочего хода салазки 1 смещаются в поперечном направлении по направляющим основания 8 на небольшую величину. Далее включается обратное движение стола и обрабатывается профиль в соседнем продольном сечении. При такой обработке пространственная фигура разбивается на ряд плоских сече­ний, которые обрабатывают последовательно.

Рис.6.23. Схема однокоординатного следящего гидропривода копировально-фрезерного станка

В станках фрезерной группы используются также более сложные двухкоординатные следящие приводы, в которых обеспечивается пере­мещение РО в следящем режиме одновременно по двум координатам, причем управление выполняется от одного щупа. С увеличением ско­рости слежения увеличивается скоростная погрешность. Для преодо­ления нагрузок, действующих на РО, необходимо создать перепад дав­лений в полостях гидродвигателя, т.е. также дополнительно сдвигать Рис.6.23. Схема однокоординатного следящего гидропривода копировально-фрезерного станка золотник относительно корпуса, что создаст дополнительную погреш­ность при слежении. В копировальных станках погрешность слежения приводит к отклонению профиля обработанной детали от профиля шаблона, т.е. к погрешности копирования.

Для повышения точности обработки следует повышать чувстви­тельность привода. 

Однако увеличение чувствительности ГП приводит к тому, что выходное его звено вместе с РО начинает перебегать положение равно­весия и совершать колебания около этого положения. Эти колебания могут превратиться в незатухающие с увеличивающейся амплитудой. Такой привод называют неустойчивым. Обработка на станке при по­тере приводом устойчивости становится невозможной.

Следящие ГП можно подразделить на ряд видов.

Однокоординатный следящий привод с недифференциальным цилинд­ром и четырехкромочным золотником рассмотрен в предыдущем изло­жении.

Однокоординатный следящий привод с дифференциальным цилинд­ром и однокромочным золотником (рис.6.24а). Площадь поршня 5 ис­полнительного двигателя в полости В в два раза больше, чем в полос­ти А. Цилиндр этого двигателя соединен с элементом станка, соверша­ющим ведущее движение, а шток поршня присоединен к копироваль­ному суппорту 6. В поршне выполнено отверстие а, которое связывает полости А и В цилиндра. Корпус следящего золотника 2 соединен с ко­пировальным суппортом, а плунжер 3 связан со щупом.

Когда щуп следящего золотника не контактирует с копиром 1, плунжер 3 занимает крайнее нижнее положение, при котором проход рабочей среды на слив закрыт. Насос нагнетает жидкость в штоковую полость А цилиндра 4. Так как полости А и В связаны между собой, а выход из полости В закрыт, то в них возникает одинаковое давление. Из-за разности площадей поршня с разных его сторон, копировальный суппорт начинает движение на изделие. Это продолжается до тех пор, пока щуп следящего золотника, встретив копир, не переместится вверх. Тогда открывается проход жидкости из полости В в бак. Давле­ние в этой полости понижается, так как отверстие а имеет небольшой диаметр. Если проходное отверстие в следящем золотнике имеет такой размер, что давление в полости В становится равным половине давле­ния в полости А, то подачи копировального суппорта не происходит, и это положение соответствует продольному точению цилиндрической поверхности. При дальнейшем смещении плунжера под действием ко­пира давление в полости В падает и становится меньше давления в по­лости А, и копировальный суппорт получает следящую подачу от изделия.

 

Рис.6.24. Виды гидрокопировальных приводов

По аналогичному принципу работает система, показанная на рис.6.24б. Следящий золотник расположен внутри штока поршня ис­полнительного двигателя 3. Когда щуп 8не контактируется с копиром 7, плунжер 2 золотника отжат пружиной влево, и доступ жидкости из по­лости А в полость В через каналы 4 и 5 закрыт, – поршень 6 перемещает­ся вправо и щуп приближается к копиру. Под действием копира щуп, по­ворачиваясь, смещает плунжер 2 относительно штока 1 вправо. Это приводит к открытию прохода жидкости из полости А в полость В. Ког­да давление жидкости в полости В станет равным половине давления в полости А, наступает равновесие – движение поршня прекращается.

При дальнейшем воздействии копира на щуп плунжер смещается еще больше, давление в полости В превышает половину давления в по­лости А, и поршень начинает перемещение влево.

Однокоординатная система с недифференциальным цилиндром и однокромочным золотником (рис.6.24в). В этой системе применен од­носторонний исполнительный двигатель. Рабочая следящая подача осуществляется в вертикальном направлении снизу вверх, а обратное холостое перемещение происходит под действием веса стола. Масло от насоса поступает одновременно и к двигателю, и к золотнику. Пока щуп золотника не контактирует с копиром, плунжер находится в край­нем верхнем положении и проход жидкости через золотник закрыт. Происходит вертикальная подача стола вверх. Когда щуп войдет в соприкосновение с копиром, плунжер опустится вниз и откроет проход жидкости в бак. Проходная щель увеличивается и достигает размера, при котором вся жидкость, подаваемая насосом при таком давлении, сливается в бак, - следящая подача прекращается и стол сохраняет дос­тигнутое положение. Дальнейшее увеличение размера щели вызывает падение давления, и стол под действием собственного веса опускается.

Недостаток односторонних двигателей - возможность возникно­вения силы резания, значительно превосходящей вес стола. В таких случаях нужно создать противодаление. Для этого цилиндр может быть выполнен двухполостным, и во вторую полость масло подается под небольшим давлением от дополнительно встроенного насоса.

Однокоординатная система с дифференциальным цилиндром и двух-кромочным золотником (рис.6.24г). В этом случае отверстия в поршне 5 нет и связь между полостями А и В цилиндра 4 отсутствует. Насос подает масло в золотник 2 и полость А. Пока щуп золотника не контак­тирует с копиром 1, плунжер 3 занимает крайнее нижнее положение, при котором открыт проход жидкости от насоса к полости В; масло поступает одновременно в обе полости, и из-за разности площадей поршня в них суппорт подается на изделие. Под воздействием копира плунжер движется вверх и может занять положение, при котором про­ход в полость В закрыт, поэтому следящая подача отсутствует. При последующем воздействии копира на плунжер 3 в том же направлении полость В соединяется со сливом. В результате суппорт перемещается от изделия.

Однокоординатные системы с зависимой скоростью ведущего дви­жения. Величина подачи представляет результирующую геометричес­кого сложения скоростей ведущей и следящей подач. Чтобы обеспе­чить постоянство подачи при разных углах копира, а также для обра­ботки профилей с общим углом до 180°,используется зависимая веду­щая подача. Скорость ведущего движения устройств этого типа нахо­дится в обратной зависимости от скорости следящего: с увеличением последней уменьшается, а с понижением - растет.

Копировальные устройства этого типа (рис.6.25) оснащены двумя поршневыми двигателями с косой шайбой 6 – для ведущего и 5 – для следящего движения. Масло от насосов подается одновременно к трем элементам: к двигателю ведущей подачи 6, к распределительному зо­лотнику ичерез демпфирующее отверстие2к следящему золотнику 1.

Когда плунжер 4 распределительного золотника занимает среднее положение, доступ масла к двигателю следящего движения блокиро­ван, и ведущее движение осуществляется с максимальной скоростью. По мере смещения плунжера от среднего положения влево или вправо открывается доступ масла в двигатель следящего движения. Скорость последнего будет возрастать в зависимости от смещения. Одновремен­но с этим постепенно падает скорость ведущего движения. Это обус­ловлено тем, что пропускное сечение в золотнике для выхода масла от соответствующего двигателя в бак постепенно сокращается.

Когда плунжер достигает одного из крайних положений, выход масла на слив от двигателя ведущей подачи полностью прекращается, и имеет место только следящая подача. Положение плунжера распре­делительного золотника зависит от давления масла на его торец. Вели­чина этого давления определяется положением плунжера следящего золотника.

Рис.6.25. Копировальное устройство

В другом гидрокопировальном устройстве с зависимой подачей (рис.6.26) масло от насоса подается одновременно в следящий золот­ник 4 и через реверсивный золотник 2 – к двигателю 10 ведущей пода­чи. Когда нет давления на щуп, пружина (на рисунке не показана) отж­имает плунжер следящего золотника вниз, и масло из трубопровода 3 поступает в полость À двигателя следящей подачи. Это заставляет ко­пир 8 переместиться к щупу 7 следящего золотника. Полость Â в этот период соединена с баком через шариковый клапан 5. Ведущая подача Рис.6.25. Копировальное устройство отсутствует, так как выход масла от двигателя 10 через золотник 2, редукционный клапан 1, дроссель 12 и трубопровод 9 на слив в бак зак­рыт плунжером распределительного золотника.

Рис.6.26. Копировальное устройство с зависимой подачей

Под воздействием копира щуп 7 немного отклоняется. Поэтому плунжер следящего золотника приподнимается настолько, что откры­вает доступ масла из трубопровода 11 в трубопровод 9. Начинается ве­дущая подача, которая сочетается с продолжающейся следящей пода­чей на изделие. Чем больше поднимается плунжер, тем больше проход масла на слив, тем больше скорость ведущего движения и одновремен­но тем меньше проход масла в полость А и скорость следящего движе­ния. Когда плунжер достигает среднего (нейтрального) положения, доступ жидкости в полость А двигателя 6 блокируется. Поэтому следящее движение отсутствует, и осуществляется только ведущая по­дача. Если на поверхности копира есть наклонные выступы, то это зас­тавляет щуп золотника отклонится еще больше. В этом случае плунжер распределительного золотника займет положение, при котором масло из трубопровода будет направлено в полость В двигателя 6. Следящее движение тогда будет совершаться в направлении от изделия. Чем больше скорость этого движения, тем меньше ведущая подача.

Система с вибрирующими золотниками. При особо повышенных требованиях к точности работы следящих систем, а также для увеличе­ния чувствительности копирования используются золотники с вибри­рованием. Вибраторы подразделяются на механические, электричес­кие и магнитные. В механических вибраторах вибрация создается с помощью вращающегося эксцентрика или кулачка; в электрических – колебательная система состоит из двух электромагнитов, притягиваю­щих поочередно упругую пластинку; в магнитных—по электромагни­ту пропускается ток, вызывающий колебательное движение якоря.

На рис.6.27 приведена конструкция вибрирующего золотника. Щуп 9 имеет возможность осевых и угловых движений, передаваемых посредством шаровой головки и рычага 2 к плунжеру 1 следящего зо­лотника. Когда щуп не контактирует с копиром, плунжер 1 пружи­ной 10 фиксируется в верхнем (соответственно рисунку) положении. Проход масла через золотник 1 закрыт, и следящая подача происходит на изделие. Воздействием копира на щуп плунжер 1 опускается. По мере его опускания канал а открывается все больше и больше. Тем самым открывается проход масла из цилиндра через каналы а и б в бак. Скорость следящей подачи на изделие уменьшается. При среднем по­ложении плунжера эта подача прекращается полностью. При дальней­шем перемещении плунжера 1 от среднего положения вниз изменяется направление следящей подачи. При этом режущий инструмент отхо­дит от изделия.

Рис.6.27. Копировальное устройство с вибрирующим золотником

Ось 2а рычага 2 фиксирована в рычаге 5, на правом конце которо­го установлен ролик 6, находящийся в постоянном контакте с кула­ком 7. Он получает вращательное движение от электродвигателя 8 че­рез две пары зубчатых передач. Включение электродвигателя вызыва­ет колебательное движение рычага 5 вокруг своей оси 4, а, следователь­но, и вибрирование плунжера 1 (до 30 колебаний в секунду с длиной хода до 1,2 мм). При значительных осевых смещениях щупа замыкает­ся контакт микропереключателя 3, и работа станка останавливается.

Двухкоординатные системы. Такие системы обладают значитель­но более сложным устройством, чем однокоординатные. Они исполь­зуются только в случаях, когда угол профиля превышает 180°. В такой системе (рис.6.28а) применены два насоса: 19 - высокого давления и 20 - низкого давления. Первый предназначен для подачи масла к двигате­лям продольной 15 и поперечной 13 подач. Второй служит только для управления положением распределительных золотников. Для этого масло от насоса 20 подается через демпферные отверствия к двум па­рам 1 и 2 следящих золотников. В зависимости от положения щупа 4, на который действует копир 3 (рис.6.28б), изменяется положение плунже­ров следящих золотников, и проход масла через них на слив меняется. В результате этого меняется давление в полостях 5,16 и 8,12. Это изме­нит положение плунжеров 11 и 17 распределительных золотников для сохранения равновесия между силами давления жидкости в указанных полостях и силами, развиваемыми плоскими пружинами 6 и 9. Величи­на сил последних устанавливается путем изменения жесткости пружин за счет перемещения колодок 7 и 10.

Прижим щупа 4 к копиру 3 обеспечивается за счет давления плун­жеров 21 (рис.6.28а и б). Величина подачи определяется жесткостью пружин 6 и 9, а ее направление—последовательностью соединения сле­дящих золотников 1 и 2 с плунжерами 21.

Клапаны 14, 18 обеспечивают постоянство перепада давления в сливных щелях соответствующих золотников