Лекция № 12 В кулачковой системе управления

Тема: Системы и средства автоматического управления станками и линиями.

План:

В настоящее время существует несколько систем автомати­ческого управления. Все их можно разделить на централизован­ные, децентрализованные и смешанные.

1. Централизованные (независимые) системы — системы, при которых весь цикл осуществляется независимо от фактического хода технологического процесса и работы отдельных элементов установки. В этих системах действия всех механизмов заранее запрограммированы по времени в определенной последователь­ности и управление ими осуществляется с одного места. Поэтому такие системы являются системами с программным управлением. К ним относятся: кулачковые, системы с командоаппаратами, системы с быстросменными программо­носителями и др.

2. Децентрализованные (зависимые) системы — системы, при которых каждая последующая технологическая операция начи­нается только по окончании предыдущей и механизмы включаются специальными датчиками, срабатывающими ь зависимости от хода технологического процесса. Поскольку в общем случае датчики осуществляю! контроль по пути прохождения изделия во время автоматического цикла его изготовления, эти системы носят название «путевой контроль».

3. Смешанные системы — системы, содержащие в себе эле­менты как централизованных, так и децентрализованных систем.

В кулачковой системе управления движение исполнительным механизмам сообщается кулачками, насаженными па распреде­лительный вал, который совершает один оборот за время авто­матического цикла, и, таким образом, все операции совершаются строго в заданной последовательности всегда в определенное время после начала цикла. Движение от кулачков передается через толкатели и другие промежуточные звенья. Система отли­чается относ тельной простотой и надежностью и широко применяется в сварочных машинах, в частности для контактной сты­ковой сварки. Недостатки системы — сложность изготовления профильных кулачков, а также трудность, а иногда и невозмож­ность изменения программы.

Система управления с командоаппаратами отличается от кулач­ковой тем, что кулачковый распределительный вал заменен командоаппаратом, состоящим из барабана и одного или несколь­ких дисков, закрепленных на общем вращающемся валу; на дисках или барабане находятся кулачки, переключающие располо­женные вокруг дисков путевые переключатели. Эти переключатели могут быть как электрическими, гак и гидравлическими или пнев­матическими. Таким образом, командоаппараты являются универсальными средствами управления для всех механизмов с лю­бым видом привода.

На рис. 160. а изображена схема командоаппарата с электропереключателями. Электродвигатель 1 через шестеренчатые пе­редачи 2 и 4 и червячный редуктор 3 вращает вал 5, на котором укреплен барабан 6. В кольцевых проточках барабана закреплены кулачки 7, которые при вращении барабана в нужный момент замыкают расположенные против них контакты переключате­лей 5, включающие соответствующие механизмы.

На рис. 160, б изображена схема управления с помощью командоаппарата автоматической установки из нескольких ра­бочих механизмов. Эта система более сложна, чем система с рас­пределительным валом, но более удобна, так как кулачки на командоаппарате, не имеющие непосредственного контакта с ис­полнительными механизмами, могут быть при необходимости изменения программы легко переставлены в другом порядке. Примером применения системы является станок-автомат для сборки и сварки пустотелых стальных шаров (стр. 249).

Копировальные системы управления применяют для обеспе­чения движения рабочего органа по заданной траектории. В си­стемах с механическим силовым копированием основным эле­ментом служит коп ирный ролик, связанный с рабочим органом. Эта система наиболее проста и широко применяется в сварочном производстве для направления электрода по шву, причем рель копира выполняет обычно само свариваемое изделие. Такая система применена в тележке для сварки криволинейных швов балок, изображенной на рис. 101. Другим примером применения копирных роликов может быть их установка на сварочном тракторе для сварки стыковых швов с разделкой кромок (рис. 161).

Копирные ролики 7, укрепленные на консоли 2, движутся впереди шва по его разделке или по направляющей стенке (или кромке) изделия, расположенной параллельно шву. Так как при переходе через прихватки ролик может соскочить со стыка, обычно ставят два или три ролика. Подобные устройства приме­няют и для направления движения подвесных сварочных головок. Такими роликами оборудовано большинство серийно выпускае­мых сварочных автоматов.

На рис. 162 приведен электромеханический копир, состоящий из роликов 1 и электроконтактов 2. Копир, кроме направления электрода по шву, обеспечивает стабилизацию вылета электрода. При изменении уровня свариваемой поверхности и катящегося по ней ролика 1 замыкаются контакты 2, включающие привод вертикального перемещения головки. Подобная связь копирного ролика с исполнительным органом характерна для следящих систем, включающихся только в случае необходимости — при рассогласовании, т. е. при отклонении какого-либо параметра (на рис. 162 — вылета электрода) на недопустимую величину.

Для направления электрода по шву применяют также следя­щие системы электромагнитные и фотоэлектрические. Элек­тромагнитная (индуктивная) система основана на зависимости индуктивного сопротивления катушки электро­магнита от ее расположения относительно зазора в стыке.

На блок-схеме (рис. 163) датчик представляет собой Ш-образный магнитный сердечник, на среднем стержне которого имеется катушка, подключенная к источнику питания, а на крайних стержнях — две измерительные катушки, включенные в мосто­вую схему.

Датчик закреплен на сварочной головке и дви­жется над стыком впереди нее. При симметричном положении датчика над осью стыка система уравновешена и никаких сигна­лов в усилитель не поступает. При смещении датчика со стыка в боковых катушках возникают различные электродвижущие силы. Результирующая э. д с. через усилитель включает электродвигатель корректирующего механизма, который сдвигает электрод в необходимое положение над осью стыка. Точность слежения этой системы составляет ± 1,5—2 мм.

Фотоэлектрические следящие системы основаны на воздействии отраженного светового луча на фото­сопротивление. Световой луч при этом отражается от вспомога­тельной риски или линии, наносимой на изделие параллельно свариваемому стыку. Необходимость дополнительной операции, связанной с нанесением этой линии, является существенным недо­статком этой системы, но она может быть применена для швов без разделки кромок и других, когда непосредственное слежение за швом невозможно. Кроме того, эта система не чувствительна к качеству подготовки собираемых кромок, точность системы ±1,5 мм.

Следует заметить, что широкое внедрение следящих систем в производство сдерживается их недостаточной надежностью и необходимость ю усовершенствования.

В производственных условиях направление движения элек­трода по шву может обеспечиваться не только копирными роли­ками и автоматическими следящими системами, но и ручной кор­ректировкой. При этом сварщик должен контролировать пра­вильность движения. При сварке под флюсом визуальное наблю­дение за направлением движения электрода сопряжено с извест­ными трудностями, так как дуга закрыта и отклонение электрода от стыка может быть не замечено сварщиком.

Для повышения качества сварки и улучшения контроля за направлением движения электрода применяют светоука­затели. Светоуказатель (рис. 164) состоит из разборной трубки 1 в верхней части которой находится низковольтная лампа 2, а в нижней — линза 4. Трубка закреплена на державке 3. Световое пятно, образуемое лучом на изделии, направляется на стык перед электродом и указывает направление движения сва­рочного аппарата, к которому прикреплен светоуказатель. Рез­кость светового пятна регулируется перемещением нижней части трубки вдоль оси светоуказателя.

В системах управления с быстросменными программоносите­лями в качестве последних используют чаще всего перфоленты, перфокарты, магнитные ленты. На перфоленте программа запи­сывается в виде отверстий, расположенных вдоль лепты на не­скольких рядах (дорожках) в определенном порядке. Выпол­нение команд, записанных программой на ленте, осуществляется с помощью считывающего устройства.

Перфолента 1 (рис. 165, а) протягивается над планкой 2 с отверстиями, под которыми расположены фотоэлементы 3. Над планкой находятся лампы 4. При совпадении отверстия в перфоленте с отверстием в планке луч света воздействует на фотоэлемент, который через промежуточное реле замыкает соот­ветствующие электрические цени, управляющие исполнительными механизмами.

В системах с магнитной лентой (рис. 165, 6) лента 6 с маг­нитной записью протягивается мимо магнитной головки 5. Возни­кающие при этом в головке электрические сигналы управляют исполнительными механизмами.

Все необходимые движения исполнительных органов могут быть выражены в числах и в таком виде с помощью специального кода записаны на программоноситель — это характерно для установок с числовым программным управле­нием — ЧПУ.

Как видим, системы с быстросменными «программоносителями в отличие от жестких систем с распределительным валом и командоаппаратом являются гибкими и потому наиболее удобными при необходимости переналадки оборудования в условиях с часто меняющейся программой. Благодаря этому такие системы полу­чают широкое распространение в машиностроении. Недостаток их — необходимость установки большого количества аппаратуры и меньшая надежность в эксплуатации.

Принцип действия децентрализованной системы с путевыми переключателями (конечными выключателями) показан на рис. 166, а. Работа очередного механизма установки начинается только при определенном положении предыдущего. Так, меха­низм II включается в работу при наезде упора 1 на путевой пе­реключатель КВ1. В свою очередь, при заданном положении механизма II его упор включит в работу с помощью переклю­чателя КВ2 механизм III и т. д.

Путевые переключатели — наиболее распространенные эле­менты децентрализованной системы управления, включающие в нужный момент различные исполнительные механизмы. До последнего времени в промышленности в основном применялись путевые переключатели с контактами (рис. 166, б). В корпусе 2 закреплены размыкающие 5 и замыкающие 4 контакты. Там же имеется шток 1, па котором укреплены планки 3 с подвижными контактами, расположенными против размыкающих и замыкаю­щих неподвижных контактов корпуса. При нажиме подвижной части механизма (упора) на шток планки с подвижными контак­тами перемещаются вниз, размыкая размыкающие верхние кон­такты и замыкая замыкающие нижние контакты. При отходе упора шток под действием пружины 6 возвращается в первона­чальное положение.

В настоящее время все большее распространение получают бесконтактные (индуктивные) путевые переключатели — щеле­вые БВК (рис. 167, а) и плоские КВП (рис. 167, б). Благодаря отсутствию контактов и механических элементов эти переклю­чатели обладают повышенной надежностью, долговечностью, быстродействием по сравнению с обычными контактными выклю­чателями. Переключатели БВК срабатывают при введении в щель алюминиевой пластины, а переключатель КВП — при появле­нии над рабочей плоскостью стальной пластины.

Электрические путевые переключатели применяют и при централизованной системе управления — в качестве датчиков, воспринимающих команды от командоаппарата, а также для контроля работы отдельных механизмов.

Управление гидравлическими и пневматическими механизмами может осуществляться с помощью электрических путевых переклю­чателей, воздействующих на гидро- и пневмораспределители с элек­трическим управлением, или непосредственно с помощью гидро- и пневмораспределителей. В первом случае электрические путевые переключатели при срабатывании замыкают цепь управления гидро- и пневмораспределителей, которые включают в работу соот­ветствующие исполнительные механизмы. Во втором случае вместо электрических конечных переключателей устанавливают гидро- и пневмораспределители с механическим управлением, срабатываю­щие непосредственно от движущихся упоров на рабочих частях машины. Электрическое управление осуществляется с помощью электромагнитов.

На рис. 168, а показана схема пневмораспределителя клапан­ною типа с электроуправлением. При прохождении тока по ка­тушке 1 в нее втягивается сердечник 2 и открывается клапан 3.

На рис. 168, б показан гидрораспределитель золотникового типа с механическим управлением. Внутри корпуса 9 находится золот­ник 4. В исходном положении золотник поднят пружиной 7. При этом масло, поступающее от насоса через канал 10, проходит через кольцевую проточку золотника и канал 5 к гидроцилиндру. Отра­ботанное масло поступает от гидроцилиндра по каналу 6 и прохо­дит на слив через отверстие 5. При нажатии упора на конец зо­лотника 4 последний опускается. При этом канал 10 соединяется с каналом 6, а канал 5 через отверстие 11 — с отверстием 8, в результате чего направление потока масла меняется. Аналогично устроены и пневмораспределители с механическим управлением.

Сравнивая различные системы управления, видим, что при централизованной системе каждый механизм включается строго в опре­деленное время и весь технологический процесс протекает по задан­ному графику исходя из циклограммы процесса. Каждая операция осуществляется как бы независимо от остальных операций. Про­должительность цикла остается постоянной в соответствии с задан­ной программой и не меняется за все время работы установки. При нарушении режима или неисправности какого-либо механизма на одной из операций механизмы, выполняющие следующую операцию, все равно начнут свои действия в заданное время, а по­скольку фронт работ для них не подготовлен, то следующая опера­ция или не может быть осуществлена или осуществится некачест­венно. В результате произойдет расстройство работы установки, могущее вызвать самые различные нежелательные последствия — от выдачи бракованной или недоделанной продукции до поломки механизмов и аварии всей установки.

Так, например, при отказе зажимных устройств на сборочной операции на место сварки поступит несобранное изделие, а если оно в процессе изготовления должно поворачиваться, то отдельные детали при повороте могут упасть, вызвав поломку механизмов или несчастный случай. При перерыве или нарушении процесса сварки изделие будет не сварено или сварено с дефектами. Поэтому центра­лизованная система в чистом виде может быть осуществлена только в тех случаях, когда практически нет опасений в нарушении ра­боты всех элементов установки, а также когда весь технологиче­ский процесс может быть осуществлен на строго постоянных ре­жимах, без малейших отклонений от расчетных.

При децентрализованной системе все смежные операции свя­заны между собой и, как правило, каждая следующая операция (на одном изделии) начинается только по окончании предыдущей и получении соответствующей команды Таким образом, задержка одной из операций вызовет только задержку следующей, но поря­док технологического процесса при этом не нарушится и цикл про­должится. При отказе же любого элемента оборудования произой­дет остановка станка или линии, предотвращающая аварийную си­туацию. Совершенно очевидно, что продолжительность цикла в этом случае не остается постоянной, а увеличится на время за­держки.

Следовательно, децентрализованная система обладает значи­тельно большей гибкостью, чем централизованная. Это особенно важно в условиях сборочно-сварочного производства, где нормаль­ный ход технологического процесса зависит от многих перемен­ных факторов, в частности: отклонений формы и размеров загото­вок, колебаний параметров сварочного тока, величины сварочных деформаций и т. д.

К недостаткам децентрализованной системы следует отнести значительное увеличение количества аппаратуры управления (всевозможных датчиков, усилителей, реле и т. д.). На каждой операции требуется установка минимум одного датчика, а иногда и нескольких. Увеличение количества аппаратуры ведет к увели­чению неисправностей при работе (так называемых отказов), а, следовательно, и поломок и уменьшению эксплуатационной на­дежности. Грубо говоря, надежность работы любой автоматической системы обратно пропорциональна количеству аппаратуры и ее сложности. При централизованной системе количество аппаратуры сведено к минимуму. Кроме того, продолжительность цикла при децентрализованной системе увеличивается, так как между окончанием предыдущей и началом следующей операции проходит неко­торое время, необходимое для срабатывания датчиков передающей и воспринимающей аппаратуры. Наконец, сама продолжитель­ность цикла при децентрализованной системе остается непостоянной с силу возможности изменения времени отдельных операции. Следовательно, несмотря на удобство децентрализованной системы, централизованная система (программирование) — более прогрес­сивная.

На практике часто применяют смешанные системы управления, в которых имеются элементы обеих систем — и программирование, и путевой контроль. Во многих случаях управление от непрерывно вращающегося командоаппарата дублируется различными блоки­ровками, осуществляемыми путевыми датчиками на отдельных операциях. При этом очередная операция может начаться только при получении двух команд от командоаппарата и от датчика, сигнализирующего об успешном окончании предыдущей операции. Иногда устанавливают несколько датчиков, сигнализирующих не только об окончании операции, но и о качестве ее выполнения, а также о приведении в правильное положение различных меха­низмов.

Такие смешанные системы наиболее гибки и удобны в эксплуа­тации, так как сохраняют преимущества централизованной си­стемы на значительной час^ти цикла, устраняя ее недостатки в уяз­вимых местах. При этом достигается наибольшая надежность и ста­бильность работы оборудования, и в то же время возможность из­менения продолжительности цикла сводится к минимуму, и сама продолжительность увеличивается весьма незначительно. Также к минимуму сводится и количество дополнительных элементов управления, которые устанавливают только на некоторых опера­циях

Централизованную систему применяют большей частью в авто­матических стайках, в частности в станке для сварки цилиндров гидроамортизаторов и в станке для сборки и сварки пустотелых шаров (стр. 249). В автоматических сборочно-сварочных линиях находят применение или децентрализованная, или смешанная си­стемы. Так, в линии отопительных радиаторов (стр. 270) применена децентрализованная система, а в линии автомобильных колес (стр. 266) — смешанная

Вопросы для самопроверки:

Литература:

Базовая:

1. А.Д. Гитлевич, Механизация и автоматизация сварочного производства, М., Машиностроение, 1979г. – стр.290.

Вспомогательная:

1. С.А. Куркин, Сварные конструкции, М., Высшая школа, 1991г. – стр.398;

2.М.С. Львов, Автоматика и автоматизация сварочных процессов, М., Машиностроение, 1982г. – стр.302;

3.В.А. Тимченко, А.А. Сухомлин, Роботизация сварочного производства, К., Техника, 1989г. – стр.175;

4.Г. Герден, Сварочные работы, М., Машиностроение, 1988г. – стр.288;

Методические указания к выполнению практических работ по дисциплине «Технологическое оборудование.