ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАМЫШИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) ВОЛГОГРАДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
КАФЕДРА «ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ»
ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ
ГИДРОКОПИРОВАЛЬНЫХ
СЛЕДЯЩИХ СИСТЕМ
методические указания к лабораторной работе
РПК «Политехник»
Волгоград
2004
УДК 658.52.01.56(07)
И 39
Изучение работы гидрокопировальных следящих систем: методические указания к лабораторной работе / Сост. , ; Волгоград. гос. техн. ун-т. – Волгоград, 2004. – 15 с.
Рассматриваются вопросы изучения принципа действия различных типов гидрокопировальных следящих систем, которые используются при работе токарных копировальных полуавтоматов.
Предназначены для студентов направления 552900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств».
Илл. 4. Библиогр.: 9 назв.
Рецензент
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Волгоградского государственного технического университета
© Волгоградский
государственный
технический
университет, 2004
Содержание
Введение……………………………………………………………..………...4
1. Цель работы………………………………………………………….……..5
2. Содержание работы……………..…...………………………………........5
3. Оборудование и материалы……………………………………….............5
4. Системы управления с копирами..…………………………………….....5
5. Гидравлические следящие копировальные системы….………………...7
6. Виды гидрокопировальных следящих систем……..……………………8
7. Содержание отчета………………………………...……………………..13
8. Контрольные вопросы………………………………………....................14
9. Список литературы..……………………………………..………………14
Введение
Машиностроительная промышленность является основой развития всех отраслей народного хозяйства. Поэтому необходимо уделять большое внимание производительности и качеству работы предприятий машиностроительной отрасли, что зависит, прежде всего, от уровня механизации и автоматизации технологических процессов машиностроения.
Одним из направлений в области повышения производительности производственных процессов машиностроения является автоматизация операций механической обработки и сборки путём применения автоматических транспортно-загрузочных устройств. Например, многие токарные полуавтоматы, бесцентрво-шлифовальные станки установкой на них загрузочно-разгрузочных автоматических устройств могут быть превращены в автоматы.
В связи с этим студентам необходимо более подробно изучать на лабораторных занятиях часть теоретического материала по гидрокопировальным системам. Методические указания на данную тематику предназначены в помощь студентам, но в свою очередь, не смогут в полной мере заменить литературу, которая прилагается в виде списка.
1. Цель работы
Закрепление и углубление теоретических знаний по конструктивным особенностям и принципу работы различных видов гидрокопировальных следящих систем. Продолжительность работы 2 часа.
2. Содержание работы
1. Ознакомиться с конструкциями гидрокопировальных следящих систем.
2. Изучить принципы работы различных видов гидрокопировальных следящих систем.
3. Выполнить эскизы гидрокопировальных следящих систем.
4. Сделать вывод о проделанной работе.
3. Оборудование и материалы
Плакат по токарным копировальным станкам, токарный гидрокопировальный станок модели 1М713П.
4. Системы управления с копирами
Автоматизация цикла работы различных станков производится с применением системы управления с копирными программами, использующими различные следящие системы.
Наибольшее применение на станках получили следующие следящие копировальные системы: 1) гидравлические; 2) электромеханические; 3) электрогидравлические; 4) пневмогидравлические.
По количеству следящих движений копировальные системы подразделяются на: 1) однокоординатные с независимой скоростью ведущего движения; 2) однокоординатные с зависимой скоростью ведущего движения; 3) многокоординатные.
В следящей системе управления сигнал, вырабатываемый копировально-измерительным прибором, воздействуя на регулируемый привод рабочего органа станка, производит требуемые перемещения этого органа. В настоящее время в качестве привода применяются механический привод с электромагнитными муфтами, регулируемый электропривод, регулируемый гидропривод.
Для получения траектории движения вершины режущего инструмента в виде плавной кривой необходимо обеспечить соответствующую функциональную связь между скоростями подач Sз и Sс по осям x и y (рис. 1а).
Подача Sз является задающей, а подача Sс следящей. Соотношение между скоростями подач Sз и Sс должно быть таким, чтобы вектор результирующей скорости подачи Sр был касательным к траектории движения:
Sс = Sз*tgθ
При неизменной величине задающей подачи требуемая функциональная зависимость достигается изменением величины следящей подачи в соответствии с сигналом, вырабатываемым копировальным прибором. В этом случае величина результирующей подачи изменяется при изменении угла θ:
Sр = Sз/cosθ
Величина результирующей подачи в основном зависит от технологических требований, предъявляемых к обрабатываемой детали. Поэтому при наладке станка для обработки детали задающая подача должна быть такой, чтобы максимальная величина результирующей подачи, получающейся при максимальных значениях угла θ, не была бы больше допустимой.

Рис. 1. Плавная кривая пути движения режущего инструмента
со скоростями подач Sз и Sc. направленными по осям y и x.
При увеличении угла θ результирующая подача быстро увеличивается, что ограничивает возможность обрабатывать профиль детали с большим углом подъема.
В настоящее время на станках сигнал, вырабатываемый копировальным прибором, применяют для управления следящей и задающей подачами. Величину задающей и следящей подач регулируют так, что величина результирующей подачи устанавливается постоянной (рисунок 1 б):
Sз = Sр*cosθ; Sс = Sр*sinθ
Чтобы траектория движения режущего инструмента получилась плавной, необходимо обеспечить непрерывный сигнал управления, вырабатываемый копировальным прибором. Например, непрерывный сигнал может быть получен при использовании прибора с дифференциальным трансформатором и других типов приборов.
Системы управления, обеспечивающие изменение следящей и задающей подач, называют двухкоординатными следящими системами.
Следящие гидроприводы машин компонуются с управлением от шаблонов (копировальные станки) или с программным управлением из гидроузлов, изготовляемых на специализированных заводах. В ЭНИИМС разработаны конструкции таких гидроузлов. К ним относятся электрогидравлические следящие золотники модели Г68-1 и гидроусилители крутящего момента модели МГ18-1.
Электрогидравлические следящие золотники осуществляют непрерывное регулирование в станках с программным управлением и в копировальных станках. В гидроусилителях крутящего момента сигналы передаются к шаговому электродвигателю, поворачивающему следящий золотник-кран, управляющий гидромотором. Практика эксплуатации различных станков, оснащенных гидравлическими следящими устройствами, доказала большую надежность гидравлических устройств.
В ЭНИИМС разработаны следящие золотники, устойчиво работающие и управляемые непосредственно от копира. Они обеспечивают точность копирования ±0,02 мм при ощупывающем усилии 1 - 1,5. Эти следящие золотники применяют в копировальных суппортах для токарной обработки и в копировальных приспособлениях для поперечно и продольно-строгальных станков.
Недостатком следящих систем с дросселирующим золотником является значительный нагрев рабочей жидкости, что ограничивает область применения их по мощности, равной не более 3 кВт. Для машин с большей мощностью следящего гидропривода рационально применение гидросистем с регулируемым насосом.
Любая следящая копировальная система может состоять из отдельного узла, пристраиваемого к станку, и быть встроена в соответствующий станок.
Применение копировальных систем в станках сокращает время на наладку станка и управление движениями рабочих органов станка и повышает производительность труда рабочего.
5. Гидравлические следящие копировальные системы
Эти системы представляют собой системы автоматического регулирования. В гидравлических следящих копировальных системах исполнительными органами, производящими перемещение рабочих органов станка, являются гидроцилиндры. Управление работой гидроцилиндров осуществляется гидравлическим датчиком. В гидравлических копировальных системах действительное перемещение суппорта с резцом при обтачивании детали непрерывно сравнивается с заданной программой обработки и при отклонении движения суппорта от заданной программы дается сигнал об его устранении.
Гидравлическая следящая копировальная система для привода суппортов токарных станков дана на (рисунок 2). Она состоит из: программоносителя (П), которым является копир при копировании профиля или командный механизм, задающий движение при копировании движений; насоса для подачи масла в исполнительный механизм гидроцилиндра (Н); рабочего органа (И); суппорта станка (П); щупа (Щ), изготовленного в виде распределительного золотника, направляющего последовательно масло в одну из полостей гидроцилиндра Н в зависимости от направления перемещения плунжера золотника программоносителем (копиром); обратной связи (О), жестко связывающей суппорт станка с золотником или его щупом.


Рис. 2. Блок-схема гидравлической следящей системы
для привода суппорта токарного станка.
В гидравлической следящей системе с обратной связью при смещении золотника-щупа его корпус перекрывает проходное сечение для подачи масла в гидроцилиндр, если суппорт с резцом переместится на величину смещения золотника-щупа.
Во время непрерывного смещения золотника-щупа образуется такое проходное сечение, что суппорт с резцом перемещается со скоростью, равной скорости смещения золотника-щупа. При этом гидравлическая следящая система стремится сохранить расстояние между наконечником щупа и вершиной резца в направлении перемещения суппорта неизменным в случае небольшой силы давления на наконечнике щупа, скользящего по профилю копира.
Гидравлические следящие копировальные системы могут работать без усилителей мощности сигналов и обладают значительным быстродействием.
6. Виды гидрокопировальных следящих систем
Однокоординатная следящая система с дифференциальным цилиндром и однокромочным золотником (рисунок 3а). В этой системе масло под давлением подается насосом в меньшую — штоковую полость А гидроцилиндра 4. В поршне 5 гидроцилиндра имеется отверстие 8, через которое масло из полости А поступает в полость В. Когда выход масла из полости В закрыт, то в полостях А и В устанавливается одинаковое давление масла.
Площадь поршня 5, на которую давит масло в бесштоковой полости В гидроцилиндра 4 в два раза больше, чем в штоковой полости А, поэтому копировальный суппорт с инструментом перемещается к обрабатываемой детали до того момента, пока щуп следящего золотника, упершись в копир 1, начнет перемещаться вверх. Когда щуп следящего золотника не упирается в копир 1, плунжер 3, находясь в нижнем положении, закрывает отверстие для слива масла из полости В в бак. Перемещаясь вверх, плунжер 3 открывает проходное отверстие в корпусе 2 золотника, и масло из верхней полости В гидроцилиндра по трубопроводу поступит в корпус 2 следящего золотника и далее через нижнее отверстие в корпусе сливается в бак. Давление в полости В понижается, так как в поршне просверлено отверстие 8 небольшого диаметра и масло медленно перетекает из одной полости в другую. При соответствующем диаметре отверстия для пропуска масла в корпусе 2 следящего золотника можно в полости В гидроцилиндра получить давление в два раза меньше, чем в полости А. В этом случае поршень 5 со штоком перемещаться не будет. В случае неподвижного поршня 5 суппорт 6 с резцом обрабатывает цилиндрическую поверхность детали только с продольной подачей.

Рис. 3. Схемы различных видов однокоординатных
гидрокопировальных систем.
При последующем перемещении по профилю копира щуп, нажимая на плунжер 3, перемещает его в корпусе 2 следящего золотника. Когда плунжер 3, поднимаясь вверх, полностью откроет проходное отверстие, слив масла из полости В в бак усилится и давление в полости В уменьшится, а в полости А увеличится и поршень 5 со штоком и суппортом перемещается в поперечном направлении вверх от обрабатываемого вала.
Гидроцилиндр 4 связан с механизмом станка, выполняющим основное движение, поршень 5 через шток соединен с копировальным суппортом 6, корпус 2 следящего золотника жестко соединен кронштейном 7 с копировальным суппортом 6,и перемещается вместе с ним.
Однокоординатная система с дифференциальным цилиндром и двухкромочным золотником. Системы с дифференциальным цилиндром применяются двух типов: с одно - и двухкромочным золотниками. На рис. 3б дана схема гидрокопировальной следящей однокоординатной системы с дифференциальным гидроцилиндром и двухкромочным золотником. На схеме гидроцилиндр 4 неподвижен, а перемещается поршень 5 со штоком 7, жестко связанным с гидросуппортом 6 станка. Насос под определенным давлением подает масло по трубопроводу в корпус 2 золотника и в штоковую полость А гидроцилиндра 4. В этой системе отверстия в поршне 5 нет и поэтому масло переливаться из полости А в полость В гидроцилиндра 4 не может. Пока щуп, связанный с плунжером 5 золотника, не касается профиля копира 1, плунжер 3 занимает в корпусе 2 золотника нижнее положение. В этом положении плунжер 3 пропускает масло из корпуса 2 золотника по трубопроводу 8 в полость В гидроцилиндра 4. Следовательно, в этот момент масло поступает от насоса одновременно в обе полости А и В гидроцилиндра.
Площадь поршня 5, на которую давит масло в бесштоковой полости В, в два раза больше, чем в штоковой полости А, поэтому поршень 5 со штоком и суппортом 6 перемещается вниз к обрабатываемой детали. Под давлением щупа, скользящего по копиру 1, плунжер 3 в случае перемещения вверх может занять такое положение, при котором подача масла из корпуса 2 золотника по трубопроводу 8 в полость В гидроцилиндра прекратится; при этом следящей поперечной подачи не будет. Во время дальнейшего перемещения плунжера 3 вверх под действием щупа, скользящего по копиру 1, масло из полости В гидроцилиндра 4 по трубопроводу 8 перемещается в корпус 2 золотника, а из корпуса — на слив в бак. При этом давление в полости В понизится и гидросуппорт 6 со штоком 7 и поршнем 5 переместится от обрабатываемой детали вверх. Следовательно, при движении плунжера 3 вверх или вниз под действием щупа, перемещающегося по профилю копира 1, происходит перекрытие выпускного или впускного отверстия в корпусе 2 золотника, вследствие этого масло по трубопроводу 8 подается в полость В, или выпускается из полости В на слив в бак. При этом за счет изменений давлений в полостях А и В гидроцилиндра 4 и происходит перемещение поршня 5 со штоком 7 и суппортом 6 в двух направлениях по вертикали к детали или от нее.
Однокоординатная система с недифференциальным цилиндром и однокромочным золотником (рисунок 3в). В этой системе применяется гидроцилиндр 4 одностороннего действия. При подаче масла в полость В гидроцилиндра 4 шток 3 перемещается вверх и осуществляется вертикальная следящая рабочая подача суппорта с резцом.
От насоса масло под давлением поступает одновременно в полость В гидроцилиндра 4 и в корпус 2 следящего золотника. При отсутствии контакта между щупом 5 золотника и копиром 6 плунжер 1 под действием пружины находится в верхнем положении, закрывает отверстие, и масло не может проходить через корпус 2 золотника. В этот момент масло, поступающее в полость В, давит на шток 3 и перемещает его с суппортом станка с поперечной подачей вверх.
При соприкосновении щупа 5 с копиром 6 плунжер 1 золотника под действием щупа переместится вниз и откроет отверстие в корпусе для слива масла в бак. Во время дальнейшего опускания плунжера 1 вниз отверстие в корпусе для слива масла полностью откроется и все масло, подаваемое насосом в корпус 2 золотника, сливается по трубопроводу в бак. При таком положении плунжера 1 в корпусе золотника не происходит вертикальной подачи рабочего органа станка, который находится в требуемом положении. Вследствие слива масла из золотника в бак давление масла в полости В гидроцилиндра 4 уменьшится, шток 3 под действием веса суппорта станка переместится вниз и деталь резцом не обрабатывается.
Гидравлические следящие копировальные системы с недифференциальным гидроцилиндром обеспечивают высокую точность копирования и имеют большую жесткость, но изготовление этих систем сложнее и стоит дороже. Они применяются на станках при чистовой обработке деталей.
Гидравлические следящие копировальные системы с дифференциальным гидроцилиндром, хотя и обеспечивают меньшую точность, но проще в изготовлении и стоят дешевле. Они применяются на станках при черновой обработке деталей.
Гидравлические следящие копировальные системы в зависимости от их назначения бывают одно-, двух - и многокоординатные.
На станках с применением однокоординатных гидравлических следящих копировальных систем автоматическое перемещение суппортов станка производится только в одном направлении, а второе заданное перемещение суппорта осуществляется другим механизмом его. Определенное сочетание двух движений суппорта станка позволяет обработать поверхности детали с заданной формой и точностью.
Однокоординатные следящие копировальные системы применяются на токарных станках. При обработке на токарном станке ступенчатого валика поперечная подача суппорта станка с резцом осуществляется однокоординатной гидравлической следящей системой, а продольная подача суппорта с резцом - самоходом станка. Сочетание двух подач обеспечивает обработку поверхностей шеек ступенчатого валика.
Двухкоординатные гидравлические следящие копировальные системы. В конструкцию двухкоординатной следящей системы входят два гидравлических цилиндра с золотниками, синусный распределитель, измерительное устройство и механизм для автоматического управления положением синусного распределителя. Двухкоординатные следящие системы применяются в металлорежущих станках, где требуется, чтобы обе подачи - продольная и поперечная - автоматически управлялись копирами и соответствующими механизмами. Двухкоординатные следящие системы, применяемые на станках, изготовляются различных конструкций. По сравнению с однокоординатными двухкоординатные системы имеют более сложное устройство и применяются для обработки фасонных поверхностей с утлом подъема профиля до ±90°; подача рабочего органа станка с режущим инструментом должна производиться по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Двухкоординатные следящие системы применяются на фрезерных станках, токарно-копировальных полуавтоматах и т. д.
Рассмотрим схему гидравлической следящей системы двухкоординатного копирования с автоматическим регулированием скорости продольной подачи (рисунок 4), применяемой на токарно-копировальных полуавтоматах модели 1722–1732. Применение этой системы обеспечивает постоянную результирующую подачу суппорта 11 с резцом, так как при изменении поперечной копирной подачи происходит автоматическое изменение скорости его продольной подачи.
Щуп 9 гидравлического золотника, скользя по профилю шаблона 10, нажимает на золотник 8 и перемещает его в соответствии с профилем шаблона. При перемещении золотник 8 открывает одно из отверстий в корпусе 7 золотника, через которое масло, качаемое насосом 12, подается в одну из полостей гидроцилиндра 4 поперечной подачи копировального суппорта 11 с резцом. Шток 5 гидроцилиндра 4 перемещается в том направлении, в котором движется щуп 9 с золотником 8. При подаче масла в верхнюю полость гидроцилиндра масло из его нижней полости вытесняется и, пройдя через корпус 7 и трубопровод, сливается через дроссель 13 в бак.

Рис. 4. Схема следящей гидравлической двухкоординатной
копировальной системы.
Корпус 7 золотника 8 жестко соединен через угольник 6 и шток 5 с суппортом, который перемещается до тех пор, пока не закроется проходное сечение между золотником 8 и корпусом 7, по которому масло поступает в одну из полостей гидроцилиндра 4 поперечного перемещения копировального суппорта 11. Следовательно, перемещение суппорта и щупа 9 взаимосвязаны.
Шток 3 гидроцилиндра 2 связан с кареткой суппорта 11 и при обтачивании детали перемещает ее к передней бабке станка. При перемещении в гидроцилиндре 2 штока 3 с поршнем влево масло насосом 12 подается в правую полость гидроцилиндра. Из левой полости гидроцилиндра 2 масло выжимается и, пройдя через автоматический регулятор 1 и дроссель 14 продольной подачи, сливается в бак. Автоматический регулятор 1 является двухступенчатым золотником. На ступени золотника большего диаметра есть лыски для дросселирования масла, а на торец ступени золотника меньшего диаметра давит масло, вытекающее из левой полости гидроцилиндра 2.
Соотношения и величины скоростей движения копировального суппорта 11 в поперечном и продольном направлениях устанавливаются дросселями 13 и 14, включенными в систему. При обтачивании фасонной или конусной поверхности золотник автоматического регулятора 1 устанавливается в положение, соответствующее такому соотношению скоростей продольной и поперечной подач, которое обеспечивает постоянство регулирующей подачи, направленной по касательной к профилю обрабатываемой детали. Постоянство результирующей подачи обеспечивается тем, что с увеличением поперечной подачи давление масла перед дросселем 13 повысится и передастся на золотник автоматического регулятора 1, и золотник переместится вниз. При этом происходит уменьшение проходного сечения между лысками золотника и корпусом автоматического регулятора 1, поэтому скорость продольной подачи каретки уменьшается.
Применение двухкоординатной гидравлической следящей системы с автоматическим регулированием скорости продольной подачи позволяет получить различные соотношения величин скоростей продольной и поперечной подач суппорта 11 с резцом.
С помощью данной следящей системы можно обтачивать по копиру с одного или нескольких проходов цилиндрические и торцовые поверхности ступенчатых деталей при установке суппорта с резцом перпендикулярно к оси центров станка.
При обработке многих ступенчатых деталей токарно-копировальные полуавтоматы модели 1712–1722 по производительности не уступают многорезцовым станкам.
7. Содержание отчета.
В отчете необходимо представить цель и содержание работы, эскизы различных видов гидрокопировальных следящих систем, а также выводы о проделанной работе.
8. Контрольные вопросы.
1. Классификация следящих копировальных систем.
2. Кривая пути движения режущего инструмента.
3. Что такое задающая, следящая и результирующая подача.
4. Устройство гидравлической следящей системы.
5. Однокоординатная следящая система с дифференциальным цилиндром и однокромочным золотником.
6. Однокоординатная система с дифференциальным цилиндром и двухкромочным золотником.
7. Однокоординатная система с недифференциальным цилиндром и однокромочным золотником.
8. Двухкоординатная гидравлическая следящая копировальная система.
9. Преимущества и недостатки различных видов гидравлических следящих копировальных систем.
9. Список литературы.
1. Средства автоматизации механической обработки. Справочное пособие. и др. М.: Машгиз, 1962 г., 496 с.
2. Гжиров обработки на станках с ЧПУ. Л.: Машиностроение, 1995 г., 588 с.
3. Основы автоматизации производства. Под ред. М.: Машиностроение, 1995 г., 312с.
4. Металлорежущие системы машиностроительных производств. Под ред. М.: Высшая школа, 1988 г., 464 с.
5. , и др. Автоматизация процессов в машиностроении М.: Высшая школа, 1973 г., 456 с.
6. Дащенко процессов в машиностроении М.: Высшая школа, 1991 г., 480 с.
7. , Сечкарев по проектированию автоматических линий. М.: Изд-во «Наука», 1966 г, 287 с.
8. Автоматы и автоматические линии. Часть II. Системы управления и целевые механизмы. Под. ред. М.: Высшая школа, 1976 г., 336 с.
9. , , Шапарев типовых производственных процессов и установок. М.: Энергоавтомиздат, 19с.
10. Станочное оборудование автоматизированного производства. В 2-х томах. Под. ред. М.: Изд-во «Станкин», 1993 г.
11. Малов и автоматизация универсальных металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1969 г., 520 с.
12. Металлорежущие станки. Том II. Под ред. М.: Машиностроение, 1965 г., 628 с.
13. Гибкие сборочные системы. Под ред. М.: Машиностроение, 1988 г., 400 с.
14. Гибкие производственные системы сборки. Под ред. Л.: Машиностроение, 1989 г., 349 с.
15. Староверов автоматизации производства М.: Машиностроение, 1989 г., 312 с.
Отений,
Александр Николаевич Зайцев
ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ
ГИДРОКОПИРОВАЛЬНЫХ СЛЕДЯЩИХ СИСТЕМ
методические указанияк лабораторной работе
Издано в редакции авторов
Темплан 2004 г., поз. № 000.
№ 000 от 01.01.2001.
Подписано в печать г.
Формат стандартный 60×84 1/16. Бумага потребительская.
Уч.-изд. л. 1,0. Усл. авт. л. 0.81.
Тираж 100 экз. Заказ
Волгоградский государственный технический университет.
400131 Волгоград, просп. им. , 28.
РПК «Политехник»
Волгоградского государственного технического университета
400131 Волгоград, ул. Советская, 35.


