В Советском Союзе в станкостроении применяли системы управления от перфорированных лент или карточек. Такие системы управления называются программными. Они являются разновидностью систем настройки станков для автоматического выполнения заданного цикла движений. Все автоматы и полуавтоматы с распределительными валами, командоаппаратами, следящей системой или другим органом, дающим команды, могут считаться станками с программным управлением. Действительно, распределительный вал с набором кулачков является программным устройством. В такой же мере к этой группе могут быть причислены и копировальные станки. В них чертеж, шаблон или модель и являются «программой» работы копировального станка по заданному циклу. Все автоматизированные системы работают по предварительно установленной программе, но в новых системах с перфорированными задающими устройствами цикл необходимых движений может настраиваться при минимальных затратах времени на наладку.
Для этой цели на станке вводятся специальные узлы: переключатели размеров, командоаппараты, датчики, цепи совпадений и др.; их настройка почти не вызывает простоя оборудования. Большинство моделей токарных станков с программным управлением характеризуется способностью осуществлять заданный цикл движений по задающей программе, изготовленной вне станка. Благодаря этому токарные станки с программным управлением особенно выгодны при автоматизации процессов обработки единичных и мелкосерийных деталей.
«Программами» автоматов и полуавтоматов могут служить перфорированные ленты и карточки, бесконечные цепи с упорами, электроконтроллеры, электромагнитные ленты или другие устройства, которые позволяют давать воспринимающим механизмам необходимые команды для управления разными движениями узлов станка. Программы в виде перфорированных задающих устройств применялись главным образом для автоматизации станков общего назначения токарного и револьверного типа (см. Токарные станки с перфолентами и перфокартами), но использовались также в карусельных станках и многошпиндельных полуавтоматах и автоматах.
Программные устройства этого типа имеют два исполнения:
- с непрерывным перемещением перфорированной ленты с настраиваемой для выполнения данного цикла скоростью; этот вариант представляет собой систему централизованного временного управления, так как требуется точная синхронизация между скоростью перемещения программной ленты и продолжительностью срабатывания и выполнения команд;
- периодическим перемещением ленты, происходящим каждый раз только после исполнения предыдущей команды. Этот вариант представляет систему централизованного путевого управления.
Для оценки области применения перфорированных программ в токарных станках необходимо определить количество команд (равное количеству строчек по ширине ленты), которое потребуется для выполнения наиболее характерных циклов. Наиболее типичен такой набор команд: 1) поперечный суппорт, 2) вперед, 3) назад, 4) быстро, 5) медленно (рабочая подача), 6) отсчет десятков миллиметров, 7) отсчет миллиметров, 8) отсчет сотых долей миллиметров, 9) выдержка в рабочем положении.
Если продольный суппорт работает только тогда, когда поперечный не работает (стоит) и наоборот, необходимо добавить следующие команды: 1) продольный суппорт, 2) продольное перемещение (при условии, что поперечное и продольное перемещения не совмещаются).
Таким образом, для несовмещающейся работы двух суппортов на токарном станке необходимо иметь по крайней мере 12 команд и столько же воспринимающих органов.
Нетрудно подсчитать, для того, чтобы работали независимые суппорты токарных станков в количестве двух штук необходимо иметь не менее 25 строчек или столбцов. Если же в течение цикла приходится изменять также скорость вращения шпинделя, это число возрастает до 30. Путем усложнения настройки и перфорации число воспринимающих органов можно уменьшить примерно в два раза.
Копировальные станки по продолжительности настройки на цикл дают по сравнению с универсальными станками выигрыш во времени в 20-30%, а токарные станки с программным управлением при тех же небольших партиях деталей экономят еще больше времени. Упрощенная схема управления станков от перфорированной ленты показана на рис. 2, см. Автоматизация циклов токарных станков.
Приведена электрическая схема программного устройства, разработанного для токарного станка в Московском станкоинструментальном институте. Управление основано на периодически перемещающейся перфокарте (рис. 1, а). От электромагнита ЭЛ через храповой механизм барабан БЛ передвигает ленту на один шаг. При наладке и пуске станка электромагнит ЭЛ срабатывает от кнопки КЛ. Во время работы электромагнит ЭЛ включается от путевых выключателей ПК1,..., ПК4, замыкающих цепь после срабатывания исполнительных электромагнитов ЭВ. ЭС, ЭН, ..., а также от контроллерных барабанов СП и СД, закрепленных на конце ходового винта СД и винта поперечного суппорта СП. Исполнительные магниты имеют следующее назначение: ЭВ - ходовой валик «Вперед»; ЭС - ходовой валик «Стоп»; ЭН - ходовой валик «Назад»; ЭБ включает муфту быстрого подвода и отвода резца; ЭМ включает муфту рабочей подачи; ЭП включает поперечный суппорт; ЭД включает продольный суппорт; ЭР - реле - включает электродвигатель поворота автоматического резцедержателя МР. В зависимости от цикла и величины движений на ленте пробиваются отверстия, которые подают команды исполнительным электромагнитам.
Рис. 1. Системы программных устройств: а - электрическая - Мосстанкина (Л. А. Глейзер) с перфорированной лентой, б - с отсчетными дисками, в - магнитная головка для записи программы, г - скелетная схема; 1 - магнитная лента, 2 - воспроизводящие головки, 3 - каналы управления, подающие импульсы, 4 - электронное устройство, 5 - усилители, 6 и 11 - сельсины, 7 - электродвигатель продольной подачи каретки 8, 9 - суппорт, выполняющий поперечную подачу от электродвигателя 10, 12 - электродвигатели главного движения и вспомогательных устройств
К программным системам автоматизации могут быть отнесены также электромеханические схемы с отсчетными устройствами, называемые иногда автоматизаторами. Впервые они были разработаны Л. М. Кауфманом в Московском станкоинструментальном институте и осуществлены на токарно-винторезных станках завода «Красный пролетарий».
Электромеханические схемы с отсчетными устройствами представляют собой системы, задающие величину пути. Принцип их действия основан на осуществлении заданного перемещения рабочего узла путем предварительно настроенного отсчета-цифровой величины. В кинематическую цепь привода рабочего узла включается несколько дисков, последовательно связанных между собой передаточными отношениями в десятичной системе. Поворотные кольца дисков имеют кулачок. Они устанавливаются по заданному размеру обработки таким образом, чтобы при выполнении его кулачки через взаимодействующие контакты подали импульс на выключение движения. Однако, так как в устройстве имеется несколько дисков разной размерности, то импульс вызывает команду только в том случае; когда он подается всеми дисками одновременно.
Принципиальная схема одного из таких устройств показана на рис. 1, б. Суппорт 1 получает перемещение от электродвигателя через винт 2. Диски 4 и 5, включенные в цепь привода суппорта, отсчитывают перемещения: диск 4-1 мм за один оборот (одно деление = 0,01 мм), диск 5-100 мм (одно деление = 1 мм). Следовательно, при заданной величине хода суппорта диск 5 настраивается на величины больше 1 мм, а диск 4 - на величины меньше 1 мм. Точность настройки зависит от градуировки дисков. Кулачок 6 диска 4 при нажиме на контакт 3 не подает импульса до тех пор, пока не будут отсчитаны целые миллиметры диском 5, в результате чего не будет подана предварительная команда.
В системах с отсчетными устройствами приходится определять для заданных условий необходимое число дисков и шкалу градуировки. Каждый диск имеет обычно 100 делений, а количество дисков выбирают, исходя из максимальной величины и требуемой точности перемещения. Чем больше максимальная величина хода и чем выше необходимая точность, тем большее количество оборотов в течение цикла имеет последний (наименьшей размерности) отсчетный диск. Например, в схеме по рис. 1, б для осуществления хода в 248,3 мм диск 5 повернется на два полных оборота и на 48 делений шкалы, а диск 4 должен будет сделать 248 полных оборотов и повернуться еще на 30 делений. Для станков средних размеров достаточно двух дисков такой же размерности, как принято в схеме по рис. 1, б.
Значительное количество станков с программным управлением использует в качестве задающего элемента магнитную ленту. Запись программы на магнитную ленту производится следующим образом. Двухслойная магнитная лента 1 (рис. 1, в - нижний слой нейтральный, верхний ферромагнитный) перемещается мимо записывающей головки 2 и намагничивается при пропускании через катушки переменного тока. Записывающие головки являются электромагнитными, через катушки которых пропускается ток, изменяемый тем или другим способом. Магнитная запись обладает большой стойкостью и не меняется под влиянием времени или температуры.
Вместо магнитной ленты могут применяться также металлические или пластмассовые цилиндры, на поверхность которых нанесен ферромагнитный слой.
Такая лента, помещенная в программное устройство, перемещаясь мимо воспроизводящей головки с катушками, будет возбуждать в них такой же ток, какой был пропущен через катушки записывающей головки.
На ленте обычно записывают необходимые движения при изготовлении первой детали с ручным управлением, чтобы впоследствии управлять циклом станка автоматически с помощью воспроизводящей головки.
Скелетная (представляющая только основные узлы и аппараты) схема управления от записи на магнитную ленту показана на рис. 1, г.
Продольная и поперечная подачи имеют свой индивидуальный электродвигатель, сельсин и канал управления, а третий канал предназначен для привода главного движения и вспомогательных движений.
При воспроизведении сигналы, получаемые от магнитной ленты, поступают в электронное устройство, где они сравниваются с сигналами, полученными от сельсинов, которые регистрируют действительное положение суппортов. На выходе электронного устройства возникает ток, напряжение которого зависит от разности сигналов, полученных от ленты и от сельсинов. Это напряжение подается в обмотку возбуждения электродвигателей, приводящих в движение каретку и суппорт.
Сельсин представляет собой электрическую машину с однофазной первичной обмоткой (обмотка возбуждения) и трехфазной вторичной обмоткой (обмотка синхронизации). Сельсинная синхронная передача является самосинхронизирующейся, т. е. она служит для передачи на расстояние по результатам измерения угла и вращения.
Сельсинная система применяется также для дистанционного управления маломощными механизмами.
