Скорость движения рабочих органов станка

В процессе обработки резанием на станках с ЧПУ заготовка и инструмент совершают определенные движения, которые делятся на основные и вспомогательные. Основные движения в свою очередь делятся на главное и движение подачи.

Главное движение — вращательное, обеспечивает необходимую скорость резания, сообщается рабочим органам станка, несущим инструмент (сверлильные и фрезерные станки) или обрабатываемую заготовку (токарные станки). Движение подачи дает возможность вести процесс резания по всему участку обрабатываемой поверхности. Подача обеспечивается движением рабочих органов станка, несущих инструмент или заготовку, либо тех и других одновременно.

К вспомогательным движениям относятся ускоренный подвод и отвод, поиск и смена инструмента, а также другие движения.

Скорость резания v определяется частотой вращения шпинделя. Зависимость между ними имеет вид n = 1000 u/(πd), где d. — диаметр вращающегося инструмента или диаметр обрабатываемой поверхности вращающейся заготовки.

Регулирование частоты вращения шпинделя станков, оснащенных микропроцессорными системами ЧПУ, осуществляется, как правило, бесступенчато. Для этого используются электродвигатели постоянного тока с тиристорным управлением. Для расширения диапазона частот вращения шпинделя на некоторых станках устанавливаются коробки скоростей, чаще двухступенчатые.

Скорость подачи задается минутной подачей SМ или подачей на оборот S0. Для операций точения, фрезерования, сверления, зенкерования и развертывания Sм = S0n, где n — частота вращения детали или инструмента. При фрезеровании S0 = SzZф, где Sz — подача на зуб фрезы; Zф — число зубьев фрезы.

Скорость резания и подачу определяют по нормативным данным.

Вспомогательные перемещения производятся в режиме быстрого хода со скоростью 10 м/мин или на максимально возможной рабочей скорости подачи.

Осуществляется подача комплектными высокомоментными двигателями постоянного тока через передачу винт — гайка качения. Характер движения рабочих органов станка при реализации заданной скорости подачи определяется конструктивными особенностями станка и системой ЧПУ.

Микропроцессорные системы ЧПУ по принципу управления, как правило, относятся к универсальным, т. е. в них совмещается позиционное и непрерывное управление.

При позиционном управлении участок траектории задается координатами начальной и конечной точек. Причем схемы и режимы позиционирования из начальной точки в конечную определяются требованиями к точности отработки координат.

Когда требования к точности позиционирования невысокие, команда на останов рабочего органа выдается по сигналу датчика положения, который срабатывает в момент прохождения заданной координаты на скорости быстрого хода. «Разброс» пути при таком способе позиционирования велик. Для его уменьшения по сигналу дополнительного датчика положения перед остановом исполнительного органа осуществляется переход на доводочную «ползучую» скорость. Однако из-за относительно большого расстояния между точкой начала торможения и конечной точкой позиционирования (это расстояние определяется конструкцией датчиков и их расположением на станке) движение с этой скоростью характеризуется большой продолжительностью. Поэтому для сокращения времени на позиционирование вводится многоступенчатое торможение.

Диаграмма изменения скорости подачи при позиционном управлении. Предполагается, что рабочий орган станка требуется переместить в точку 7.

На участке пути 0—1 рабочий орган станка разгоняется до заданной в кадре скорости подачи. С этой скоростью он проходит участок 1—2. В точке 2 пути дается команда на торможение.

Если торможение одноступенчатое, переход на доводочную скорость подачи о5д может произойти в любой точке в пределах «разброса» пути l1 (например, в точке 4). С этой доводочной скоростью рабочий орган пройдет остальной путь (участок 4-7).

При двухступенчатом торможении сначала скорость подачи рабочего органа снижается до промежуточной usп. Этот переход может произойти в любой точке в пределах разброса пути l2 (например, в точке 3). В результате участок пути 3—5 будет пройден рабочим органом на промежуточной скорости. В точке 5 дается команда на второе торможение рабочего органа. Оно осуществляется в пределах разброса пути l3. Тогда на доводочной скорости рабочий орган пройдет участок 6—7. В точке 7, которая является конечной точкой позиционирования, дается команда на его останов. Однако вследствие инерции останов произойдет в точке 8 в пределах разброса пути l4. Участок пути 7—8 представляет собой ошибку позиционирования и называется выбегом. Для уменьшения выбега применяются различные схемы движения, среди них — перебег и возврат в заданную позицию.

При непрерывном управлении в УП задается контурная скорость подачи, которая раскладывается системой управления на составляющие по осям координат. Если рабочих органов несколько, для каждого из них задается своя контурная скорость.

При реализации заданной в УП контурной скорости на каждом из участков траектории осуществляется разгон или торможение (разгон производится в начале участка, а торможение — в конце). Их необходимость зависит от контурной скорости на следующем участке траектории. В любом случае тормозной путь определяется из условия возможности торможения до полного останова независимо от скорости подачи на следующем участке. Если длина участка контура меньше суммарного пути разгона и торможения, разгон производится только до скорости подачи, с которой возможно торможение на этом участке до полного останова.

Несмотря на постоянство контурной скорости, торможение вводится при резком изменении направления движения инструмента, что связано с динамическими ошибками при отработке траектории. Например, при обходе прямых углов динамические ошибки могут возникнуть вследствие того, что один рабочий орган резко останавливается, а другой начинает движение.

График изменения скорости подачи инструмента при его движении по траектории (рис. 4. 29) приведен на рис. 4. 30. На участке О-1' производится разгон до скорости подач быстрого хода usб. к, быстрый ход и торможение до скорости подачи на следующем участке. Участки 1—4' инструмент проходит на заданной контурной скорости подачи usk. На участке 4'—5' вследствие резкого изменения составляющих скорости подачи (точка 5) вводится торможение с последующим разгоном до Usк на участке 5' — 6'. Последний участок 6' — 7' имеет небольшую протяженность. Поэтому скорость подачи быстрого хода здесь достигает только некоторого промежуточного значения Usп после чего производится торможение до полного останова.

На прямолинейных участках траектории скорость движения центра инструмента по эквидистанте Usц совпадает с расчетной контурной скоростью UsК- На криволинейных участках UsК определяется с учетом радиусов обрабатываемого контура Rк и инструмента Rи:

В приведенной зависимости знак «плюс» соответствует обработке выпуклого участка контура, а «минус» — вогнутого.