В. А. Игнатов,

В. Б. Ровенский, R Т. Орлова

ЭЛЕКТРО'
ОБОРУДОВАНИЕ
СОВРЕМЕННЫХ
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ
СТАНКОВ
И ОБРАБАТЫВАЮЩИХ
КОМПЛЕКСОВ

Допущено

Государственным комитетом СССР
по народному образованию в качестве
учебника для профессионально-
технических училищ

й

Москва
«Высшая школа» 1991
СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие . ... \........................................................ 3

Введение .................................................................  4

1.	Общие сведения об электрификации станков............................... 6

1.1.	Назначение и состав электрооборудования............................ 6

1.2.	Понятие об электроснабжении предприятия, цеха и рабочего места
станочника ............................................................. 9

2.	Электрические двигатели............................................... 14

2.1.	Основные требования	к	станочным электродвигателям............... 14

2.2.	Особенности применения электродвигателей для приводов станков 15

3.	Электроприводы станков................................................ 26

3.1.	Назначение и основные	характеристики электроприводов............. 26

3.2.	Требования к электроприводам станков с ЧПУ.....................  .	30

3.3.	Особенности электроприводов станков с ЧПУ......................... 31

4.	Автоматическое управление станками и обрабатывающими комплексами 35

4.1.	Основные понятия.................................................. 35

4.2.	Особенности элементов и аппаратов автоматического управления стан-
ками .................................................................. 36

4.3.	Виды программного управления...................................... 45

4.4.	Цикловая	система	программного	управления......................... 46

4.5.	Числовая	система	программного	управления ..........	48

4.6.	Микропроцессорное управление...................................... 52

4.7.	Классификация систем и устройств ЧПУ.............................. 55

5.	Электрооборудование металлорежущих станков............................ 58

5.1.	Электрические схемы станков....................................... 58

5.2.	Особенности	электрооборудования токарных станков и автоматов ...	60

5.3.	Особенности	электрооборудования фрезерных станков . ............. 64

5.4.	Особенности	электрооборудования координатно-расточных	станков . .	66

5.5.	Особенности	электрооборудования шлифовальных станков	.....	68

5.6.	Особенности	электрооборудования агрегатных станков........... 70

6.	Электрооборудование металлообрабатывающих комплексов .......	72

6.1.	Электрооборудование автоматических линий.......................... 72

6.2.	Особенности электрооборудования гибких производственных систем 78

6.3.	Электрооборудование транспортных, загрузочно-разгрузочных устройств
и промышленных роботов...............................................   81

6.4.	Пульты управления................................................. 87

6.5.	Монтаж, размещение и эксплуатация электрооборудования автоматиче-
ских линий и ГПС....................................................... 90

7.	Пути экономии электрической энергии при работе на станках, АЛ и ГПС 94

Список рекомендуемой литературы........................................... 95
ББК 34.630.2
ю&х______________

УДК 621.71.9

Рецензенты: инж. В. П. Новокрещенов; канд. техн, наук А. В. Пальцев

Игнатов В. А. и др.

И 26 Электрооборудование современных металлорежущих станков
и обрабатывающих комплексов: Учеб, для ПТУ/В. А. Игнатов,
В. Б. Ровенский, Р. Т. Орлова. — М.: Высш, шк., 1991. — 96 с.:
ил.

ISBN 5-06-001881-4

Приведены сведения об автоматизированном электроприводе, различных двига-
телях,. аппаратуре релейно-контактного и бесконтактного управления, защиты и
автоматики станков; рассмотрены вопросы программного управления станками от
ЭВМ; даны сведения о монтаже, наладке и экспл^ур^дии^различного электрообору-
дования, а также о мерах безопасности прд.-егсГ'дбслуживании.

Учебник может быть испдп мйигЗТГ д дут црюф^Ежтнального обучения рабочих на

производстве.

Ъ i i	д 7 С > I

2202070000(4307000000)— 169
И----------------------------

052(01)—91

9252 6*

ББК 34.630.2
6П4.6.08

Учебное издание	_. я

Абст.

Л НТО" л Л—»

Игнатов Виктор Александрович, Ровенский Владимир Борисович,
Орлова Раиса Терентьевна

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
И ОБРАБАТЫВАЮЩИХ КОМПЛЕКСОВ

Редактор Г. А. Сильвестрович. Младший редактор О. В. Каткова. Художник В. Н. Хо-
мяков. Художественный редактор Л. К. Громова. Технический редактор Л. Ф. Попова.
Корректор Р. К. Косинова

ИБ № 8930

Изд. № М-404. Сдано в набор 12.06.90. Подп. в печать 22.01.91. Формат 60Х901/16-
Бум. тип. No 1. Гарнитура Таймс. Печать офсетная. Объем 6,0 усл.-печ. л. 6,25
•усл. кр.-отт. 6,47 уч.-изд. л. Тираж 38 000 экз. Зак. 1117. Цена 45 коп.

Издательство «Высшая школа», 101430, Москва, ГСП-4, Неглинная ул., д. 29/14.

Ярославский полиграфкомбинат Госкомпечати СССР. 150049, Ярославль, ул. Свободы, 97.

ISBN 5-06-001881-4	©В- а. Игнатов, В. Б. Ровенский, Р. Т. Орлова, 1991
ПРЕДИСЛОВИЕ

Научно-технический прогресс, являющийся главным
рычагом интенсификации народного хозяйства и ускоре-
ния социально-экономического развития страны, происхо-
дит при все более широком использовании электрической
энергии во всех отраслях современного производства.
Поэтому при подготовке рабочих неэлектрических спе-
циальностей необходимо достаточно подробное изучение
теоретических и практических вопросов, связанных с
эксплуатацией различных 'электроустановок.

Учащиеся профессионально-технических училищ таких
профессий, как токари, фрезеровщики, операторы и налад-
чики автоматов, автоматических линий, станков с число-
вым программным управлением, изучают не только устрой-
ство и работу конкретных станков, но и их электрообору-
дование, так как без знаний в области электропривода,
аппаратуры управления и других элементов электрообору-
дования невозможно квалифицированное обслуживание
станков.

Сведения по электроприводу, электродвигателям, аппа-
ратуре управления, электрической защите и автоматике
довольно полно отражены в выпущенной учебной литера-
туре. Однако прогресс в развитии станков, в особенности
станков с ЧПУ и гибких производственных модулей,
связанных в основном с развитием их систем управления,
в том числе и управления с помощью ЭВМ и микропро-
цессоров, приводит к тому, что эти сведения быстро
устаревают. Поэтому в настоящем пособии сделана попыт-
ка рассмотреть особенности электрооборудования совре-
менных станков в объеме, достаточном для изучения
конкретного технологического оборудования в рамках
предмета «Специальная технология».

Авторы
ВВЕДЕНИЕ

С момента создания и эксплуатации первых металлорежущих
станков до самых совершенных обрабатывающих комплексов одной
из важнейших задач является повышение качества и объема выпус-
каемой продукции, производимой этим оборудованием в единицу вре-
мени. Решение этих задач немыслимо без использования электриче-
ского и электронного оборудования различного вида. Это оборудова-
ние является важнейшей и неотъемлемой частью всех станков и ком-
плексов, определяющей их нормальную бесперебойную работу и
взаимодействие отдельных механизмов, а также их частичную или
полную автоматизацию. Невысокая степень электрификации обычных
и универсальных станков объяснялась малым уровнем их автоматиче-
ского управления. На смену этим станкам пришли полуавтома-
тические (полуавтоматы) и автоматические (автома-
ты) станки, обладающие широкими технологическими возмож-
ностями. В этих станках автоматизированы все главные и вспомога-
тельные движения, связанные с обработкой деталей, загрузкой заго-
товок и выгрузкой обработанных изделий. Во многих станках-
автоматах применяется полностью или частично автоматизированный
контроль размеров обрабатываемых деталей и параметров обработки.
По производительности один станок-автомат заменяет 20—30 уни-
версальных станков.

Основным резервом роста производительности оборудования яв-
ляется сокращение как основного времени обработки на станке, так
и вспомогательного времени. Использовать этот резерв позволяют
станки с числовым программным управлением
(ЧПУ). Станки с ЧПУ по сравнению с универсальными станками
повышают производительность в 1,5—5 раз.

Помимо роста производительности на станках с ЧПУ значительно
повышается качество обработки, так как улучшается точность по-
зиционирования и регулирования, исключается влияние ошибок опе-
ратора в результате автоматизации позиционирования, имеется воз-
можность выбора скорости и подач, выбора и установки инстру-
мента, ьконтроля размеров и параметров обработки, т. е. многие
функции в станках с ЧПУ выполняет система управления — основ-
ной элемент программного управления станком. Из-за длительности
обработки сложных заготовок оператор, обслуживающий станок с
ЧПУ, большую часть времени свободен, поэтому он может обслужи-
вать не один, а несколько станков. Этому способствует также приме-
нение промышленных роботов — автоматических манипу-
ляторов с программным управлением, предназначенных для выпол-
нения в производственном процессе двигательных и управляющих
функций, заменяющих аналогичные функции человека. Единица
автоматического оборудования, оснащенная станком с ЧПУ, про-
мышленным роботом, устройствами подачи и замены инструментов,
удаления отходов, измерений и диагностирования, способная функ-
ционировать в автономном режиме, носит название гибкого
производственного модуля. Группа станков, в том числе
и станков с ЧПУ, связанных промышленными роботами и транспор-
терами в единую систему, выполняющих последовательно единый
технологический процесс обработки деталей, называется автома-
тической линией.

Очень высокая степень автоматизации достигается в автоматизи-
рованных роторных и роторно-конвейерных линиях, в которых тран-
спортное движение предметов обработки происходит непрерывно и
одновременно с процессом самой обработки.

Задачи автоматизированного управления производством, подго-
товкой производства и технологического процесса на уровне завода
реализуются гибкими произ в,о дственными система-
ми (ГПС). ГПС состоит из гибких производственных модулей на
базе станков с ЧПУ, промышленных роботов и автоматизированных
систем управления технологическими процессами.

Применение ГПС в металлообработке по сравнению с участками
из универсальных стайков обеспечивает снижение трудоемкости об-
работки более чем в 5 раз при трехкратном сокращении численности
обслуживающего персонала. Примерно в 2 раза при этом сокраща-
ются сроки и стоимость подготовки производства. Успех использо-
вания ГПС будет в значительной мере определяться развитием вы-
числительной техники, повышением надежности станков и систем
управления, введением автоматического контроля точности обработки
и состояния инструмента, развитием средств диагностики и методов
контроля за состоянием оборудования, решением вопросов дальней-
шего совершенствования систем транспортирования деталей и ин-
струмента, оснастки и стружки. Требуется также решить задачи бо-
лее полного применения промышленных роботов для автоматизации
процессов установки, снятия и транспортирования деталей и инстру-
ментов, контроля качества обработки и других вспомогательных
операций.

Следующим шагом автоматизации производства будет создание
полностью автоматизированных цехов и заводов, в которых под
управлением центральной ЭВМ будут объединены не только метал-
лорежущие станки, промышленные роботы, но и транспортная сис-
тема и склады. Поставляемые на такой завод полуфабрикаты посту-
пают на автоматизированный склад. По мере необходимости они
вывозятся со склада на транспортных тележках без обслуживающего
персонала к гибким производственным модулям. В обрабатывающих
модулях автоматически осуществляется загрузка и разгрузка с по-
мощью промышленных роботов. Обработанные заготовки снова на
транспортных тележках без обслуживающего персонала поступают
на склад деталей, откуда по мере необходимости подаются на уча-
сток сборки. Все эти работы, находящиеся под контролем централь-
ной ЭВМ, могут проводиться в три смены при минимальном числе
операторов.
1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СТАНКОВ

1.1.	НАЗНАЧЕНИЕ И СОСТАВ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

Электрооборудование станков и автоматических линий предназна-
чено для привода агрегатов и механизмов, автоматического управле-
ния ими, контроля состояния, технической диагностики и сигнали-
зации. От четкости работы электрооборудования в конечном счете
зависит производительность и надежность станков, автоматов, авто-
матических линий и гибких производственных систем.

На рис. 1.1 приведена функциональная схема электрооборудова-
ния современного станка с ЧПУ. В состав электрооборудования
входят электроприводы главного движения /, подач 2, вспомогатель-
ные 3, служащие для создания вращательного и поступательного
движения механизмов, датчики технологических параметров 4 и
обратных связей 5 электропривода, преобразующие параметры элек-
троприводов в пропорциональные им электрические сигналы.

Электрический привод включает электрическую часть
(электродвигатель и электрические устройства управления), а также
механическую часть для передачи движения рабочим органам стан-
ков.

Электроавтоматика станка 6 может выполняться либо релейно-
контактной, либо (с целью повышения надежности и расширения
функциональных возможностей) с помощью бесконтактных устройств
I и элементов на базе программируемых контроллеров.

Коммутирующая аппаратура 7 (контакторы, магнит-
ные пускатели) обеспечивает автоматическое включение и отключе-
ние силовых цепей электроприводов в зависимости от программы
управления.

Устройства диагностики и контроля 8 служат
для контроля и индикации основных рабочих режимов, а также
для защиты станка в аварийном режиме. Автоматические контроли-
рующие устройства измеряют геометрические размеры обрабатывае-
мых деталей и выдают команды на продолжение или окончание
обработки. Для управления станками в различных режимах и контро-
ля состояний их механизмов служат пульты управления 9.
. Для электрической связи между отдельными аппаратами и узлами
применяют различные кабели и монтажные элементы, в том числе
соединительные разъемы.

Необходимо отметить, что в составе электрооборудования кон-
кретных станков некоторые компоненты, изображенные на схеме,
могут отсутствовать.

В зависимости от назначения все электрические элементы, вхо-
дящие в состав электрооборудования станков, подразделяются на
Рис. 1.1. Функциональная схема электрооборудования станков с ЧПУ:

1 — электропривод главного движения, 2 — электроприводы подачи, 3 — вспомога-
тельные электроприводы, 4 — датчики технологических параметров, 5 — датчики
обратных связей электроприводов, 6 — электроавтоматика станка, 7 — коммутирующая
аппаратура, 8 — устройство электрической блокировки, диагностики и контроля,

9 — пульт управления станком (в том числе и пульты ЧПУ)

командные (кнопки, путевые выключатели, датчики и др.), логичен
ские (реле, логические элементы, программируемые контроллеры
и т. д.), исполнительные (контакторы, электрические магниты и муф-
ты, исполнительные двигатели), источники питания и преобразова-
тели напряжений (выпрямители, инверторы), защитные (предохра-
нители, автоматические выключатели, тепловые реле).

Эти электрические элементы характеризуются родом питающего
тока, типом управляемых цепей (силовые или цепи управления),
наличием или отсутствием подвижных частей (контактные или бес-
контактные), длительностью работы под нагрузкой (кратковремен-
ный, повторно-кратковременный, продолжительный режимы), быстро-
действием, допустимой частотой срабатывания, номинальными напря-
жением, током и мощностью, местом установки.

В современных станках для питания электрических цепей управ-
ления используется либо постоянный ток напряжением 24 В, либо
переменный напряжением НОВ. Аппараты переменного тока облада-
ют повышенной надежностью контактирования, уменьшенным пот-
реблением тока, однако они более ‘громоздкие, что в свою очередь
увеличивает объем электрошкафов и ниш, в которые они устанавли-
ваются. Аппараты постоянного тока характеризуются лучшими усло-
виями коммутации и более высокой степенью электробезопасности.

При существующей тенденции к оснащению станков бесконтакт-
ными элементами управления электрооборудование содержит все еще
большое количество релейно-контактных аппаратов. К их числу
относятся автоматические выключатели (автоматы) для защиты
электрических цепей от токов короткого замыкания, тепловые и
температурные реле для защиты от перегрузок, контакторы и магнит-
ные пускатели для дистанционного управления двигателями, раз-
личные кнопки, выключатели и переключатели, а также контактные
путевые выключатели, применяемые для контроля передвижения
рабочих органов станков. Перечисленные релейно-контактные аппа-
раты являются традиционными для станкостроения и подробно рас?
смотрены в учебной и специальной литературе.

Недостатком всей релейно-контактной аппаратуры является невы-
сокая надежность и быстродействие, снижающие безотказность
работы станков и автоматических линий. Поэтому в настоящее время
в системах управления все более широкое применение находят бес-
контактные электрические аппараты коммута-
ции. В них нет механических контактов, а для переключения
электрического тока служит элемент, сопротивление которого плавно
или скачкообразно изменяется в широких пределах. Существенным
достоинством таких аппаратов (по сравнению с контактными) явля-
ется отсутствие в процессе переключений электрической дуги, при
образовании которой может произойти сваривание соединяемых
контактов.

К числу таких бесконтакных электрических аппаратов относятся
магнитоуправляемые контакты, или, как чаще называют, герконы
(герметичные контакты). В отличие от обычных реле, у которых
контакты находятся в воздушной среде, что приводит к их загрязне-
нию и окислению, в герконах рабочей средой является инертный газ
или вакуум,

К достоинствам герконовых реле относятся: высокая механиче-
ская износостойкость, быстродействие, надежные коммутации и сте-
пень защиты контактов от влияния внешней среды, относительно
малые размеры и небольшая потребляемая мощность. По своим тех-
ническим свойствам они занимают промежуточное положение между
электромеханическими контактными и полупроводниковыми бескон-
тактными реле.
Для создания современных и перспективных систем автоматиче-
ского управления требуется все большее количество электронных
устройств самого различного назначения; особенно это относится к
системам числового и программного управления станками. Устрой-
ства ЧПУ содержат в себе сотни тысяч, а иногда и миллионы элект-
ронных элементов, которые должны обладать высокой надежностью,
экономичностью и иметь малые габаритные размеры. Полупроводни-
ковые дискретные элементы (диоды, триоды и т. д.) уже не удовлет-
воряют полностью этим требованиям. В настоящее время разрабо-
таны принципиально новые виды электронных схем — это пленочные
и полупроводниковые интегральные микросхемы, способные полно-
стью выполнять какую-либо функцию, для реализации которой рань-
ше требовалось большое количество элементов. При этом каждый
элемент интегральной микросхемы теряет свои индивидуальные
функции и интегральная схема рассматривается как «функциональ-
ный» блок (например, усилитель прстоянного тока).

Система управления современного станка включает большое
количество функциональных блоков. При поиске неисправности опе-
ратор определяет поврежденную функциональную схему, а не отдель-
ный элемент (как ранее), и после этого вынимает или отпаивает
неисправный блок,, а на его место устанавливает аналогичный стан-
дартный блок; таким образом система быстро возвращается в рабочее
состояние.

Конечно, технология изготовления таких интегральных микро-
схем довольно сложна; стоимость интегральной схемы выше стоимо-
сти отдельного транзистора или другого полупроводникового при-
бора. Однако если рассматривать стоимость, приходящуюся на одну
функцию схемы, то оказывается, что для интегральных схем она
существенно ниже. Итак, переход на интегральную элементную базу
позволил значительно снизить габариты и стоимость систем управле-
ния при повышении надежности и ремонтоспособности.

В современных металлорежущих станках используется не раз-
розненное, а унифицированное комплектное электрооборудование,
позволяющее снизить трудоемкость его изготовления, сократить сро-
ки наладки и ввода станка в эксплуатацию, повысить надежность и
удобство обслуживания станков, снизить время ремонта, а также
уменьшить габаритные показатели всего электрооборудования.

1.2.	ПОНЯТИЯ ОБ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИИ ПРЕДПРИЯТИЯ,
ЦЕХА И РАБОЧЕГО МЕСТА СТАНОЧНИКА

Промышленными предприятиями потребляется более 70 % выра-
батываемой в стране электроэнергии. В зависимости от рода потреб-
ляемого тока все приемники электроэнергии могут быть трехфазного
тока напряжением до 1000 В, частотой 50 Гц; трехфазного тока
напряжением свыше 1000 В, частотой 50 Гц, однофазного тока
напряжением до 1000 В, частотой 50 Гц, переменного тока час-
тотой, отличной от 50 Гц, и приемники постоянного тока.

Металлорежущие станки и другое обрабатывающее оборудование
в основном рассчитаны на трехфазный ток . напряжением до 1000 В,
частотой 50 Гц. Однако для питания электрооборудования отдельных
узлов (сборочных единиц) и элементов может использоваться
однофазный переменный ток частотой, отличной от 50 Гц, и по-
стоянный ток, которые получают при преобразовании трехфазного
переменного тока с помощью специальных устройств, чаще всего
электронных. В зависимости от нагрузки электроприемники могут
работать в различных режимах. В режиме с продолжительно неиз-
менной или мало изменяющейся ‘нагрузкой электрическое обору-
дование сможет нормально функционировать длительное время без
превышения допустимой температуры. В таком режиме работают,
например, электронасосы, электродвигатели компрессоров, гидро- и
пневмоприводов станков. В режиме кратковременной нагрузки тем-
пература электроаппаратов не достигает установившегося значения
и за период их остановки они полностью успевают охладиться.
Примером являются электродвигатели вспомогательных приводов
станков для быстрого перемещения суппортов.

Наиболее значительной группой являются электроприемники,
работающие в режиме повторно-кратковременной нагрузки. В этом
режиме рабочие периоды оборудования чередуются с периодами
отключения, и электроприемники могут работать с допустимой для
них относительной продолжительностью включения значительное
время. При этом их перегрев не превышает допустимого предела.
Примером являются электродвигатели главного привода и приводов
подач станков.

По надежности работы электроприемники подразделяются на три
категории:

1	— приемники, перерыв в электроснабжении которых может
повлечь за собой опасность для жизни людей или значительный
материальный ущерб, связанный с повреждением оборудования, мас-
совым браком продукции или длительным расстройством технологи-
ческого процесса;

2	— приемники, перерыв в электроснабжении которых связан с
недовыпуском продукции, простоем людей и оборудования;

3	— приемники, не относящиеся к 1 -й и 2-й категориям.

По надежности электроснабжения станки относятся, как правило,
ко 2-й категории, однако имеется ряд станков и особенно гибких
производственных систем, когда перерыв в питании недопустим из-за
возможной порчи дорогостоящих деталей и получения травм обслу-
живающего персонала. Поэтому такое оборудование должно иметь не
менее двух независимых источников питания.

Стремление повысить производительность современного металло-
обрабатывающего оборудования обусловливает высокие требования
к отклонениям частоты и напряжения, а также к коэффициенту
несинусоидальности этого напряжения.

Отклонение частоты даже в допустимых пределах влияет на
надежность работы электроприемников. Как известно, асинхронные и
синхронные электродвигатели с постоянным моментом на валу изме-
няют свою частоту вращения в зависимости от частоты сети, что
может привести к ухудшению качества обработки. Еще более значи-
тельное влияние на работу электродвигателей приводов станков
оказывает отклонение напряжения питающей сети. При этом откло-
нении изменяются пусковой и вращающий моменты, скольжение,
коэффициент полезного действия, коэффициент мощности и пуско-
вой ток, что, в свою очередь, снижает производительность станков.
Существенное влияние оказывает отклонение напряжения на срок
службы электродвигателей. Так, например, при отклонении напря-,
жения на 10 % срок службы сокращается вдвое и поэтому, согласно
ГОСТ, в условиях нормальной работы приемников электроэнергии
отклонения напряжений от номинального значения не должны пре-
вышать —5 4- 4-10 %.

При работе силовых трансформаторов, двигателей и преобразова-
телей в питающей сети часто возникают несинусоидальные токи, про-
текание которых по элементам электроснабжения вызывает допол-
нительные потери электроэнергии. В ряде случаев несинусоидальные
токи приводят к сокращению срока службы силовых кабелей, увели-
чению затрат на их обслуживание и ремонт.

Электроснабжение предприятия осуществляется от трансформа-
торных подстанций, служащих для преобразования и распределения
электрической энергии. Они состоят из трансформаторов, распреде-
лительных устройств и устройств управления. Если предприятие
имеет несколько энергоемких цехов, расположенных на большой тер-
ритории, электроснабжение осуществляется от нескольких цеховых
трансформаторных подстанций, что значительно снижает расходы на
сооружение кабельных линий и уменьшает потери электрической
энергии в них. Цеховые трансформаторные подстанции могут раз-
мещаться как внутри, так и вне цеха. Для передачи электрической
энергии от цеховых трансформаторных подстанций к станкам исполь-
зуются электрические сети — совокупность воздушных и кабельных
линий одного напряжения. Цеховые электрические сети состоят из
изолированных проводов, укрепленных на изоляторах или заложен-
ных в тонкостенные стальные трубы. Сечение проводов и кабелей
зависит от допустимого нагрева, определяемого величиной электри-
ческой нагрузки. Чрезмерный нагрев опасен для изоляции и кон-
тактных соединений и может привести к пожару и взрыву.

Прием и распределение электрической энергии осуществляются
силовыми распределительными щитами, комплектуемыми из отдель-
ных панелей.

Условия передачи электроэнергии значительно улучшаются при
использовании трехфазных цепей, позволяющих существенно умень-
шить сечение проводов, а следовательно, и расход цветных металлов.

На рис. 1.2 показана часть промышленного предприятия с элек-
трической сетью и электрооборудованием.

Электропитание осуществляется от понижающей подстанции 11
кабелем, проложенным к кабельному колодцу 9 в канале 70, а затем
к щиту 7 по траншее 8. В одном помещении установлены двигатель-
генератор 7, трансформатор 2 и выпрямитель 5, питающийся по ли-
нии 5. В другом помещении установлены станки 14—20 и трансфор-
матор 21 для понижения напряжения питания. С наружной стороны
здания проходит контур с заземлителем 6, а внутри — сеть защит-
ного заземления 4,

Электроэнергия к станкам подводится обычно стандартного на-
пряжения трехфазного переменного тока 220/380 В.

Для сетей местного и ремонтного освещения в помещениях с
повышенной опасностью применяется напряжение 36 В, а в особо
опасных помещениях — напряжение 12 В.

Рис. 1.2. План части здания промышленного предприятия с разме-
щением в нем электрооборудования и электрической сети:

1 — двигатель-генератор; 2, 21 — трансформаторы, 3 — выпрямитель, 4 —
сеть защитного заземления, 5 — линия питания, 6 — контур с заземлителем,
7 — распределительный щит, 8 — кабельная траншея, 9 — кабельный коло-
дец, 10 — кабельный канал, 11 — понижающая подстанция, 12 — линия
питания, 13 — трубы для прокладки проводки, 14—20 — станки с электро-
оборудованием, 22 — линия низкого напряжения (36 В)

Электрооборудование металлорежущих станков и линий размеща-
ется в электрошкафах и электронишах, служащих для защиты элек-
троаппаратов от брызг масла, охлаждающей жидкости и металличе-
ской пыли. Это особенно важно при применении аппаратов автома-
тики и электронных устройств. Герметичность шкафов достигается
установкой в их дверцах уплотняющих прокладок.

Для защиты обслуживающего персонала от прикосновения к то-
коведущим частям электрооборудования, находящимся в шкафу, он
снабжен блокировочным усройством, отключающим напряжение на
станке при открывании дверцы электрошкафа.
При размещении электрооборудования в электрошкафах придер-
живаются особого порядка расположения аппаратов (рис. 1.3).
Например, вводные выключатели устанавливают обычно в верхнем
правом углу; запрещается располагать какую-либо аппаратуру над
ними. Особое внимание уделяется тщательной защите от случайного
прикосновения к верхним зажимам вводного выключателя. В верхней
части панели располагают также понижающие трансформаторы и

резисторы. Предохранители разме-
щают обычно все вместе, с разбив-
кой на группы потребителей элек-
троэнергии. Ниже трансформато-
ров и предохранителей располага-
ют силовую аппаратуру (контакто-
ры, магнитные пускатели). В сред-
ней или левой части панели уста-
навливают аппаратуру цепей управ-
ления (электромагнитные реле,
реле времени, электронные усили-
тели) . Для размещения электриче-
ских аппаратов автоматики и элек-
тронных приборов, применяемых в
электроприводе, предназначены
панели управления, изготовляемые
из изоляционного (гетинакс, тек-
столит) или проводящего (сталь)
материала.

На боковых стенках и дверцах
электрошкафов устанавливают
только аппараты ручного управле-
ния, сигнализации и измеритель-
ные приборы. Электрические сое-
динения внутри шкафов осуществ-
ляются с помощью жгутов. Элек-
трошкаф и панели управления об-

Рис. 1.3. Пример расположения элемен-
тов и блоков управления в электро-
шкафу:

1 — автоматические выключатели, 2 — бло-
ки плавких предохранителей, 3 — зажим-
ники, 4 — реле, 5 — тиристорные преобра-
зователи, 6 — низковольтные трансформа-
торы, 7 — дроссели, 8 — конечный выключа-
тель блокировки дверей, 9 — выключатель
блокировки дверей. 10 — блок силовых
трансформаторов, 11 — тепловые реле, 12 —
магнитные пускатели

разуют станцию управления: от-
дельно стоящую, пристроенную
или встроенную. Выбор того или
иного ее расположения объясня-
ется удобством доступа к электро-
аппаратам во время ремонта и об-
служивания, а также внешним эс-
тетическим видом станка. При
встроенной станции управления
электрооборудование размещается,

в электронише станка, она имеет хороший внешний вид без увеличе-
ния габаритных размеров. Однако при этом ухудшается доступ к ап-

паратам во время ремонта, а также увеличивается опасность попада-
ния на электрооборудование стружки, пыли, масла и эмульсии.
2.	ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ДВИГАТЕЛИ

2.1.	ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАНОЧНЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМ

Электрический двигатель — электромеханический пре-
образователь электрической энергии постоянного или переменного
тока в механическую энергию.

К станочным электродвигателям предъявляются высокие технико-
экономические требования, такие, -как значительный к.п.д. и надеж-
ность, минимальный момент инерции, широкий диапазон регулиро-
вания, высокая равномерность частоты вращения, большая перегру-
зочная способность, жесткость механических характеристик, низкий
уровень шумов и вибраций, невысокая металлоемкость на единицу
мощности, сравнительно малая масса и пониженная стоимость.

Энергетические характеристики электродвигателей улучшаются
вследствие совершенствования конструкций и применения высоко-
качественных электротехнических материалов, а их динамические
характеристики — в результате уменьшения массы вращающихся
частей двигателя или увеличения отношения длины сердечника ротора
к его диаметру.

Отечественная электротехническая промышленность выпускает
электрические двигатели единых серий, что позволяет изготовлять
их на различных заводах по единой технической документации на
основе современной технологии.

Основным исполнением единых серий электрических двигателей
постоянного и переменного тока являются двигатели общего назна-
чения, которые могут применяться в различных отраслях народного
хозяйства, в том числе и в станкостроении. Выпускаются также и
специальные серии двигателей, предназначенные для использования
в определенных условиях.

В настоящее время электротехнические заводы нашей страны
изготовляют двигатели постоянного тока единой серии 2П, асинхрон-
ные двигатели единых серий 4А и АИ, синхронные электродвигатели
серии СД-2 и др. Двигатели этих серий обладают высокими технико-
экономическими показателями и по своим характеристикам не
уступают двигателям, выпускаемым ведущими зарубежными фир-
мами.

Двигатели постоянного тока и асинхронные электродвигатели
вышеперечисленных единых серий широко используются в станко-
строении. Двигатели приводов узлов и механизмов станков должны
иметь вращающий момент, равный или незначительно превышающий
момент сопротивления механизма при всех режимах работы; частоту
вращения двигателя и диапазон ее регулирования, соответствующий
скорости перемещения станка; конструктивно двигатель должен легко
сопрягаться с узлом станка и быть надежно защищен от внешних
воздействий, включая возможность попадания в него смазочно-
охлаждающих жидкостей.

Правильность выбора того или иного электродвигателя определя-
ется отсутствием его перегрева выше допустимой температуры и
наличием необходимого вращающего момента при заданной частоте
вращения для приведения узла или механизма в движение.

Электродвигатели привода главного движе-
ния должны работать при максимальной мощности на любой за-
данной частоте вращения шпинделя. Однако большие вращающиеся
массы, превышающие момент инерции самого двигателя главного
привода, создают трудности при значительных изменениях инерцион-
ных моментов нагрузки.

Для выбора оптимальных режимов резания и производительности
обработки двигатели главного привода должны иметь максимальный
вращающий момент, от которого зависит стабильность нагрузки и
возможность кратковременной перегрузки во всем диапазоне регули-
рования привода.

Для двигателей приводов подач основными требо-
ваниями, повышающими качество, точность и производительность
обработки, являются независимость частоты вращения от вращаю-
щего момента и момента сопротивления, возможность создания
больших ускорений, очень широкий диапазон регулирования частоты
вращения при высокой равномерности, особенно при малых частотах.

Вышеперечисленным требованиям удовлетворяют специальные
двигатели постоянного тока — высокомоментные (например, серии
ПБВ), малоинерционные серии ПТГ, а также шаговые электродви-
гатели серии ШД.

К двигателям, используемым во вспомога-
тельных приводах (например, электронасосах), предъявля-
ются дополнительные требования, связанные с простотой конструк-
ции, дешевизной и надежностью. В качестве таких двигателей приме-
няют в основном трехфазные асинхронные двигатели с коротко-
замкнутым ротором серии 4А.

При эксплуатации станочных электродвигателей необходимо сле-
дить за их чистотой, в особенности обмоток и коллектора (у дви-
гателей постоянного тока), они не должны быть загрязнены как с
внешней, так и с внутренней стороны, в них не должна попадать
влага, пыль, масло.

2.2.	ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
ДЛЯ ПРИВОДОВ СТАНКОВ

В приводах главного движения и приводах подач большинства
станков наибольшее применение получили электродвигатели
постоянного тока, изменяющие частоту вращения при вы-
соком быстродействии и обладающие большой перегрузочной способ-
ностью. Характерной особенностью этих двигателей является нали-
чие коллекторного узла, отчего их часто называют коллектор-
ными. Назначение коллектора — изменение направления тока в
проводниках обмотки якоря (ротора) при их переходе из зоны
магнитного полюса одной полярности в зону полюса другой поляр-
ности, т. е. для создания постоянного (направленного в одну
сторону) вращающегося электромагнитного момента.
Конструкция электродвигателя постоянного тока общепромыш-
ленного назначения показана на рис. 2.1.

Главные полюсы статора состоят из сердечников 4 и обмоток
главного полюса 3.

Чаще всего сердечники набирют (шихтуют) из листов электро-
технической стали. Якорь двигателя состоит из сердечника 5, об-
мотки 2, коллектора с щеткодержателем б и вала. Сердечник якоря

Рис. 2.1. Двигатель постоянного тока общепромышленного назначения:

1 — вентилятор, 2 — обмотка якоря, 3— обмотка главного полюса, 4 — сердечник
главного полюса, 5 — сердечник якоря, 6 — коллектор

также набирается из листов электротехнической стали, покрытых
перед сборкой изолирующим лаком для уменьшения вихревых токов,
возникающих в результате перемагничивания. В пазы якоря уло-
жена обмотка, состоящая из секций, концы которой припаиваются к
пластинам коллектора. Для охлаждения двигателя служит вентиля-
тор, закрепленный на валу. Положение якоря фиксируется подшип-
никовыми щитами с подшипниками качения или скольжения. Под-
вижный электрический контакт с внешней электрической цепью
осуществляется с помощью графитовых щеток. Щетки располага-
ются в щеткодержателе и прижимаются к коллектору пружинами.

Создание магнитного поля в двигателе постоянного тока называ-
ется его возбуждением. В зависимости от способа возбужде-
ния, различают:

двигатели с независимым возбуждением, у которых обмотка воз-
буждения подключена к постороннему источнику тока и электрически
не соединена с обмоткой якоря;
двигатели с параллельным возбуждением (шунтовые), у которых
обмотка возбуждения подключена к одному источнику питания па-
раллельно с обмоткой якоря;

двигатели с последовательным возбуждением (сериесные), у
которых обмотка возбуждения подключена последовательно с обмот-
кой якоря;

двигатели со смешанным возбуждением (компаундные), у кото-
рых имеется и последовательная и параллельная обмотки возбуж-
дения;

двигатели с возбуждением от постоянных магнитов.

Электротехническая промышленность для станкостроения выпус-
кает электродвигатели постоянного тока единой серии 2П с независи-
мым, параллельным или смешанным возбуждением. Большой диапа-
зон мощностей (0,37—200 кВт) и частот вращения (750—
3000 об/мин) двигателей этой серии, а также широкий диапазон
регулирования частоты вращения делают их незаменимыми в автома-
тизированных электроприводах главного движения и подач.

Электродвигатели единой серии 2П изготовляют на номинальные
напряжения НО, 220, 340, 440 В и частоты вращения 750, 1000, 1500,
2200 и 3000 об/мин. По конструктивным признакам, по роду защиты
и охлаждения различают защитное, защищенное и закрытое испол-
нения, двигатели с самовентиляцией, с независимой вентиляцией,
с естественным охлаждением, с обдувом от постоянного вентилятора.
Выпускаются также двигатели со встроенными тахогенераторами.
Конструктивное исполнение, наличие или отсутствие тахогенератора,
охлаждение, габаритные размеры и климатическое исполнение ука-
зываются в обозначении двигателя. Например, 2ПФ160ЕГУ4 —
электродвигатель постоянного тока единой серии 2П, защищенного
исполнения с независимой вентиляцией от постороннего вентилятора
(Ф), с высотой оси вращения 160 мм, второй длины (L), с тахогенера-
тором (Г), климатическое исполнение — У, категория размеще-
ния — 4.

Благодаря созданию новых магнитных материалов (таких, как
магниты типа «альнико», самарийкобальтовые магниты, ферриты,
редкоземельные магниты), обладающих отличными магнитными
характеристиками, все более широкое применение получают двига-
тели постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов.
В настоящее время только высокая стоимость магнитных материа-
лов препятствует вытеснению ими двигателей с электромагнитным
возбуждением.

Для приводов подач станков помимо двигателей традиционного
исполнения используют малоинерционные и высокомоментные дви-
гатели постоянного тока. ;

В малоинерционных двигателях значительное бы-
стродействие достигается в результате снижения момента инерции
якоря путем уменьшения его массы или создания нетрадиционной
торцевой конструкции с дисковым якорем. Якорь таких двигателей
выполняется в виде диска из гетинакса, на обеих сторонах которого
размещена обмотка в виде печатного монтажа. Малоинерционный
Рис. 2.2. Малоинерционный торцевой
двигатель постоянного тока:

1 — корпус, 2 — статор ' с постоянными
магнитами, 3,5 — электромагнитные коль-
ца, 4 — щеткодержатель, 6 — якорь с пе-
чатной обмоткой

двигатель серии ПЯ с печатной обмоткой (рис. 2.2) изготовляют в
закрытом фланцевом исполнении с естественным охлаждением и с
возбуждением от постоянных магнитов. Наличие намагниченного яко-
ря исключает изменение магнитного потока, а значит, и колебания
вращающего момента и частоты вращения, что особенно важно при
работе на малых частотах вращения. Недостатком малоинерционных
двигателей в связи с небольшой
массой якоря и незначительным
•временем их нагрева является не-
допустимость длительной работы
с моментом нагрузки, превышаю-
щим номинальный. Как и двигатели
серии 2П, малоинерционные двига-
тели соединяются с ходовым вин-
том станка промежуточной меха-
нической передачей.

Высокомоментные
двигатели	постоян-

ного тока с возбуждением от
постоянных магнитов имеют низ-
кую номинальную частоту враще-
ния. Низкие номинальные частоты
вращения позволяют устанавли-
вать их в станки и механизмы без
промежуточных редукторов, что
существенно упрощает конструк-
цию приводов и дает возможность
приблизить источник движения к
исполнительному органу станка.
Номинальная частота вращения
высокомоментных двигателей со-
ставляет обычно 1000 об/мин.
Высокомоментный двигатель мо-

Обычно высокомоментные дви-
гатели выпускают со встроенными
электромагнитным тормозом, та-
хогенератором и датчиком положения. На рис. 2.3 показан пример
компоновки такого двигателя. Тормоз 4 служит для предотвращения
аварий в случае отключения напряжения питания сети, а также
для быстрого торможения подвижных узлов станка. Тахогенератор 5
является датчиком скорости двигателя в системе обратной связи
его управления. Для обратной связи при управлении двигателем
служит также и датчик положения 6, выдающий электрический
сигнал, пропорциональный углу поворота вала двигателя. Такая
встроенная конструкция позволяет не только снизить габаритные
размеры привода, но и в результате упрощения связей повысить
точность позиционирования. .	,

жет работать значительное время
при больших перегрузках.
В свою очередь, наличие постоянных магнитов позволяет умень-
шить габаритные размеры системы возбуждения и самого двигателя
и улучшить его энергетические и динамические характеристики.
Таким образом, эффект от применения высокомагнитных двига-
телей в станках складывается из повышения производительности
станка и упрощения его кинематической схемы. Повышение же
производительности двигателя достигается в результате увеличения

Рис. 2.3. Высокомоментный двигатель постоянного тока:

1 — корпус, 2 — постоянные магниты, 3 — якорь, 4 — электромагнитный тормоз,
5 — тахогенератор, 6 — датчик положения (резольвер), 7 — механическая передача,
8 — соединительная муфта

скорости быстрых перемещений, большого диапазона регулирова-
ния скорости и малой его инерционности.

Отечественной промышленностью для работы в электроприводах
станков выпускают высокомоментные двигателя серий ПВБ, ПВ и
ДК, отличающиеся формой и материалом постоянных магнитов и
якоря. Эти отличия вызваны стремлением снизить диаметр якоря и
соответственно момент его инерции. Наличие встроенных устройств,
а также степень их защиты и габаритные размеры указываются в
условном обозначении типа двигателя. Например, ПБВ160ЬСУЗ —
двигатель постоянного тока (П), закрытого исполнения (Б); высоко-
моментный с возбуждением от постоянных магнитов (В), с высотой
оси вращения 160 мм, второй длины (L), со встроенным тахогене-
ратором (G), климатическим исполнением и категорией размеще-
ния УЗ.

Важнейшим достоинством всех рассмотренных двигателей по-
стоянного тока является возможность плавного регулирования их
частоты вращения в широких пределах.

В электроприводах с двигателями постоянного тока это регули-
рование чаще всего осуществляется следующими способами: изме-
нением напряжения в цепи якоря, импульсным питанием якорной
цепи, изменением основного магнитного потока.

При первом способе регулирования цепь якоря двигателя по-
стоянного тока с независимым возбуждением подключается к источ-
нику питания с регулируемым напряжением (генераторы постоян-
ного тока, тиристорные и транзисторные преобразователи). Частота
вращения при этом изменяется прямо пропорционально этому на-
пряжению. Такое регулирование позволяет изменять частоту вра-
щения двигателя в сторону понижения от номинального значения, так
как напряжение на якоре свыше номинального недопустимо. Обмотка
возбуждения при этом питается от другого источника напряжения.
В случае необходимости изменения направления вращения двигателя
(реверсирования) изменяют направление тока возбуждения путем
переключения полярности напряжения на обмотке возбуждения.

Для регулирования частоты вращения импульсным питанием яко-
ря его цепь периодически прерывается. Во время замыкания цепи
якоря к его обмотке подводится напряжение и появляется ток.
При размыкании этой цепи ток резко убывает. Таким образом,
к обмотке якоря подводится некоторое среднее напряжение, зави-
сящее от частоты прерывания тока. Соответственно среднему напря-
жению изменяется и частота вращения.

В двигателях с электромагнитным возбуждением частота враще-
ния регулируется третьим способом — изменением основного магнит-
ного потока. При уменьшении тока в обмотке возбуждения умень-
шается магнитный поток и возрастает частота вращения. Так как
токи возбуждения невелики, этот способ регулирования является
довольно экономичным. В отличие от предыдущих способов он
позволяет регулировать частоту вращения в сторону увеличения от
номинального значения.

Для расширения диапазона регулирования частоты вращения как
в сторону повышения, так и в сторону понижения от номинального
значения в двигателях постоянного тока с электромагнитным воз-
буждением применяют одновременное регулирование частоты враще-
ния изменением токов якоря и обмотки возбуждения. Такое регули-
рование называется двухзонным.

Асинхронные электродвигатели с короткозамкну-
тым ротором являются наиболее распространенными двигателями
переменного тока. В приводах различных узлов в основном исполь-
зуют трехфазные асинхронные электродвигатели, подключаемые к
трехфазной сети переменного тока. Проходящий по обмоткам ста-
тора ток создает вращающееся магнитное поле. Магнитное поле, вра-
щаясь вокруг ротора и пересекая проводники его обмотки, наводит
в них электродвижущие силы, под действием которых в обмотках
ротора возникает ток. При взаимодействии тока ротора с вращаю-
щимся магнитным полем статора появляются силы, заставляющие
ротор двигаться вслед за магнитными полем. Создающийся вра-
щающий электромагнитный момент пропорционален магнитному по-
току поля статора и току ротора.

Индуцируемая в обмотке ротора э.д.с. и частота ее изменения
зависят от скорости пересечения вращающим полем проводника об-
мотки ротора, т. е. от разности частоты вращения поля и0 и ротора ир.
Чем больше разность (лг0 —ир), тем большая индуцируется э.д.с. и
тем выше ее частота изменения. Следовательно, необходимым усло-
вием для возникновения в асинхронном двигателе вращающего
момента является неравенство (асинхронность) частот вращения и0 и
ир Именно поэтому двигатель и называется асинхронным (несин-
хронным). Относительная разность частот вращения поля и ротора
характеризуется коэффициентом скольжения S = (nG — пр) /щ .

Для асинхронных двигателей нормального исполнения при номи-
нальном режиме скольжение должно составлять 0,01—0,1. С появле-
нием нагрузки на валу двигателя оно повышается, что вызывает
увеличение тока в обмотке ротора, а следовательно, и электромаг-
нитного момента. Чем ниже величина скольжения, тем экономичнее
работает двигатель. Вращающееся поле, создающееся обмоткой
статора, может быть двухполюсным, четырехполюсным и т. д. Число
пар полюсов вращающегося поля определяется при этом устройством
обмотки статора. При одной и той же частоте тока в обмотке статора
многополюсное поле будет вращатьея медленнее, пропорционально
числу пар полюсов, что часто используется при ступенчатом регу-
лировании частоты вращения.

Важными эксплуатационными характеристиками асинхронных
электродвигателей, работающих в приводах главного движения
станков, являются перегрузочная способность и кратность пускового
момента.

Перегрузочной способностью Км называют отношение максималь-
ного момента Мтах, развиваемого двигателем, к номинальному /Ин.
Это отношение составляет обычно Км = Мтах/Мн = 1,8 4- 2,5. Мо-
мент, развиваемый двигателем при пуске (пр= 0), называется пус-
ковым моментом.

Отношение пускового момента к номинальному называют крат-
ностью пускового момента = Мп^к/Мц. Кратность пускового
момента составляет 1,1 —1,8.

Чем выше перегрузочная способность Км, тем выше способность
двигателя к перегрузкам. Больший пусковой момент Кп соответ-
ствует двигателям со значительным моментом нагрузки на валу.

Пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором со-
провождается скачком тока от нуля до тока значительной величины,
называемого пусковым током. Пусковой ток может достигать десяти-
кратного значения номинального тока двигателя. Пуск двигателей
небольшой мощности осуществляется непосредственным включением
их в сеть под нагрузкой. К числу таких двигателей относятся и
двигатели приводов металлорежущих станков. Для мощных двига-
телей применяют специальные меры по уменьшению величины пус-
кового тока, например пуск двигателя вхолостую с последующим
включением нагрузки, переключение обмотки статора со «звезды» на
«треугольник» и др. В некоторых механизмах иногда требуется плав-
ный разгон двигателя. В этом случае наиболее эффективен пуск с
помощью тиристорного блока управления, позволяющего плавно уве-
личивать частоту питающего напряжения.

Частота вращения асинхронных двигателей с короткозамкнутым
ротором может регулироваться изменением числа пар полюсов
обмотки статора и изменением частоты и напряжения на зажимах
двигателя. Первый способ позволяет довольно просто осуществить
лишь ступенчатое регулирование, причем чем больше число пар
полюсов обмотки, тем ниже частота вращения. При втором способе
достигается плавность регулирования в широком диапазоне, но тре-
буются специальные сложные и дорогостоящие электронные системы
управления.

Рис. 2.4. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором единой се-
рии 4А:

/ — передний щит, 2 — вал, 3 — шпонка, 4 — кольцевая установочная пружина, 5 —
подшипник, 6 — крыльчатка, 7 — короткозамыкающее кольцо, S — лобовая часть об-
мотки статора, 9— станина, 10 — сердечник статора, 77 — сердечник ротора, 72 —
кожух вентилятора, 13 — задний щит, 14 — вентилятор

На станках применяют в основном общепромышленные асинхрон-
ные двигатели единых серий 4А и АН (рис. 2.4).

Диапазон мощности выпускаемых двигателей единых серий пол-
ностью обеспечивает все потребности станкостроения. В состав этих
серий входят асинхронные двигатели специального исполнения: с
повышенным пусковым моментом; со встроенным электромагнитным
тормозом; повышенной точности по установочным размерам.

В маркировке асинхронного двигателя указывается его конструк-
тивное исполнение, материал станины и подшипниковых щитов,
высота оси вращения, установочные размеры по длине корпуса, число
полюсов и климатическое исполнение. Например, 4А80А2УЗ —
асинхронный электродвигатель единой четвертой серии (4А) закры-
того исполнения (А), с высотой оси вращения 80 мм, сердечник —
двухполюсный (2) исполнение для умеренного климата (УЗ).
Во многих станках для подачи масла и охлаждающих жидкостей
широко применяются электронасосы серий П и ПА, объединяющие в
едином корпусе центробежный насос и нерегулируемый приводной
асинхронный двигатель. Мощность и соответственно габаритные раз-
меры электронасосов зависят от количества жидкости, подаваемой
в единицу времени. Обычно их мощность составляет 0,1—0,6 кВт.

К асинхронным электродвигателям относятся также широко

Рис. 2.5. Электрошпиндель:

1 — вал, 2 — ротор, 3 — подшипники, 4 — отверстие для подвода воздуха, 5 — трубка, 6 —
воздушная камера, 7, 8, 9 — воздушные каналы, 10 — штуцер, 11— подпятник, 12 — канал
отработанного воздуха

используемые в шлифовальных станках электрошпиндели. Элек-
трошпиндель представляет собой встроенный асинхронный
электродвигатель, на валу которого без промежуточных передач
закреплен шлифовальный круг. Частота вращения электрошпинделей
составляет 13 000—14 000 об/мин и выше. Столь высокая частота
вращения достигается путем питания статорной обмотки токами
высокой частоты. Поэтому электрошпиндели управляются специаль-
ными устройствами, преобразующими токи промышленной частоты
(чаще всего 50 Гц) в токи высокой частоты (до 1000—2000 Гц).

Одним из наиболее важных узлов, ограничивающих допустимую
частоту вращения шпинделя, являются опоры, в которых он враща-
ется. В настоящее время применяют опоры трех видов: шариковые,
воздушные и гидравлические. Наименьшими потерями и наибольшей
долговечностью обладают электрошпиндели на воздушных опорах.
На рис. 2.5 изображен разрез такого электрошпинделя.

Вал 1 встроенного электродвигателя вращается в подшипниках 3
с воздушной смазкой. Между торцем вала и подпятником 11 созда-
ется воздушная подушка. Подшипники 3, состоящие из латунных
вставок и графитовых вкладышей, вклеены в передний и задний
щиты корпуса электрошпинделя. Через штуцер 10 и каналы 9, 7 воз-
дух подается в камеру 6, откуда поступает в смазываемый зазор
между вращающейся и неподвижной поверхностями. К переднему
подшипнику воздух подводится через трубку 5 и отверстие 4, Отра-
ботанный воздух отводится по каналу 12, Перед пуском электро-
шпинделя в него подают воздух, который образует между шпинделем
и вкладышами воздушные подушки. Эти подушки устраняют трение
и уменьшают износ подшипников при пуске, создают плавность вра-
щения шпинделя.

В качестве преобразователей частоты для питания высокоскорост-
ных двигателей электрошпинделей применяют как электромашинные
(серии ГИС), так и электронные статические преобразователи час-
тоты.

В связи с прогрессом в области создания электронных преобра-
зователей частоты асинхронные электродвигатели находят приме-
нение не только в главных приводах, но и благодаря возможности
плавного регулирования их частоты вращения в широких пределах
в приводах подач современных металлорежущих станков.

Синхронные электродвигатели являются также
двигателями переменного тока. Отличием этих двигателей от рас-
смотренных выше асинхронных является равенство частоты враще-
ния .магнитного поля статора и частоты вращения ротора. Статор
конструктивно не отличается от статора асинхронного двигателя, а
ротор представляет собой электромагнит постоянного тока. Синхрон-
ные электродвигатели общепромышленных серий изготовляют с
электромагнитным ротором; для подвода тока в цепь ротора требу-
ются щетки и контактные кольца, что заметно снижает эксплуата-
ционную надежность этих машин. Существенным недостатком
синхронных двигателей является также отсутствие у них начального
пускового момента (из-за инерционности ротора, не развивающего
при пуске частоту вращения, равную частоте вращения поля). Для
получения пускового момента в специальных пазах полюсных нако-
нечников ротора располагают обмотку, называемую пусковой. В прин-
ципе эта обмотка подобна короткозамкнутой обмотке ротора асин-
хронного двигателя и создает при пуске асинхронный момент. При
пР — па ротор попадает «в такт» с вращающимся магнитным полем
и начинает синхронно с ним вращаться. Этим и объясняется назва-
ние двигателя — синхронный.

Пуск синхронного двигателя может быть также осуществлен при
плавно увеличивающейся частоте питающего напряжения от нуля до
номинального значения с помощью тиристорных преобразователей.

Если синхронный двигатель перегрузить так, что его частота
вращения заметно понизится, ротор «выйдет» из синхронизма и
остановится. Синхронные двигатели применяют обычно в тех меха-
низмах и устройствах, где необходимо весьма точно поддерживать
постоянство частоты вращения. Хотя по сравнению с асинхронными
двигателями они имеют более высокие коэффициент мощности
(cos ф) и перегрузочную способность, но из-за сложности конструк-
ции, трудности запуска и высокой стоимости синхронные двигатели
переменного тока применяют в станкостроении весьма ограничено.

К числу синхронных относятся бесколлекторные с и н-
хронные электродвигатели, или, как их ранее называли,
вентильные двигатели. Такие двигатели обладают всеми
положительными качествами коллекторных двигателей постоянного
тока и, кроме того, отличаются более высокой надежностью, долго-
вечностью, легкостью в обслуживании, высокой частотой вращения,
большой перегрузочной способностью, низким уровнем шума, умень-
шением момента инерции ротора и лучшей теплопередачей в обмотке,
расположенной на статоре.

Рис. 2.6. Шаговый двигатель:
	1 — секции статора, 2 — зубчатый ротор

Вентильный двигатель оснащен коммутатором (преобразователем
частоты), управляемым в функции положения ротора. На статоре
такого двигателя располагается трехфазная обмотка переменного
тока, а ротор (якорь) является возбудителем. Действие коммутатора
в вентильном двигателе аналогично функции щеточно-коллекторного
узла машин постоянного тока. Он служит для распределения по-
стоянного тока и преобразования его в переменный. Коммутатор
присоединяется к выводам статора. Последовательность переклю-
чения тока статора определяется датчиком положения ротора.

В приводах подач применяют многофазные и многополюсные
синхронные шаговые двигатели. В отличие от обычных
синхронных двигателей их роторы не имеют пусковой коротко-
замкнутой обмотки, что объясняется частотным пуском. Кроме того,
шаговые двигатели имеют меньшие, чем у обычных синхронных дви-
гателей, диаметры роторов и рассчитаны на большие электромаг-
нитные нагрузки.

Принцип действия шагового двигателя (рис. 2.6) основан на -
дискретном изменении магнитного поля в воздушном зазоре по-
средством импульсного возбуждения обмоток. На внутренней поверх-
ности статора 1 шагового двигателя расположены прямоугольные
полюсы. Вдоль оси статора полюсы разделены на секции, каждая
из которых имеет отдельную обмотку с выводами. Обмотки выпол-
йены таким образом, что каждая смежная пара полюсов секции
различается полярностью. В роторе 2 столько же полюсов, что и на
статоре. Его полюсы также разделены на столько же секций, как и у
статора, однако каждая из них смещена по окружности. И если
полюсы первой секции ротора расположены точно против полюсов
статора, то полюсы второй секции ротора оказываются смещенными
относительно полюсов статора. При подведении к первой обмотке
статора постоянного напряжения ротор не повернется, так как он
установлен в положение максимального магнитного сопротивления.
Если повернуть ротор на некоторый угол, а затем отпустить, то он
вновь вернется в первоначальное положение. При включении второй
обмотки секции статора ротор повернется в направлении меньшего
магнитного сопротивления. Но как только полюсы второй секции
ротора совпадут с полюсами статора, ротор остановится.

При отключении обмотки первой секции и включении п-й
обмотки ротор, стремясь занять положение минимального магнит-
ного сопротивления, будет поворачиваться на шаг, определяемый
числом полюсов и схемой управления. Для изменения направления
вращения такого двигателя необходимо изменить порядок включения
обмоток статора.

Последовательность управляющих импульсов определяет ступен-
чатый характер изменения напряжения на фазах двигателя и дис-
кретное вращение поля в воздушном зазоре. При этом вращение
ротора будет состоять из отдельных поворотов (шагов) на опреде-
ленный угол.

Питание шаговых двигателей осуществляется от транзисторных
и тиристорных преобразователей напряжения.

Шаговые двигатели довольно широко применяют в приводах по-
дач малых и средних станков. Хотя они и уступают высокомомент-
ным двигателям по к.п.д. и погрешности позиционирования при из-
менении нагрузки на валу, однако они более просты, имеют меньшую
стоимость и более высокую надежность. Кроме того, шаговый дви-
гатель очень удобен при большом количестве управляемых коор-
динат.

Применение шагового двигателя является целесообразным в
приводах механизмов непрерывного движения в том случае, если
управляющий сигнал задан в виде последовательности импульсов,
что соответствует числовому программному управлению станками.

3.	ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ СТАНКОВ

3.1.	НАЗНАЧЕНИЕ
И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

Электропривод — электромеханическое устройство, кото-
рое осуществляет движение рабочих органов станков и управление их
движением.

В зависимости от типа обработки на металлорежущих станках
возможны различные виды движения. Например, при токарной обра-
ботке происходит вращательное движение заготовки и поступатель-
ное движение инструмента, при сверлении — вращательное и посту-
пательное движения инструмента, при фрезеровании — вращательное
движение инструмента и поступательное движение заготовки, при
шлифовании — вращательное и поступательное движения инстру-
мента и вращательное и поступательное движения заготовки и т. д.
Перечисленные виды движений являются основными, или рабочими.
Они обеспечиваются либо главным приводом, либо при-
водом подач.

Кроме основных движений в любом станке создается ряд движе-
ний, связанных с подводом инструмента к заготовке и обратно, с
наладкой оборудования и автоматическим контролем в процессе
работы. Электроприводы, осуществляющие эти виды движений, носят
название вспомогательных приводов.

В зависимости от передачи энергии от электросети к рабочим
органам станков приводы подразделяются на групповые, одиночные
и многодвигательные.

Групповой привод представляет собой систему, при которой один
двигатель с помощью различных механических передач приводит в
движение группу рабочих механизмов и машин. В настоящее время
ввиду низкой экономичности и неудобства распределения энергии
групповой привод в станках практически не применяется.

Более экономичным является одиночный привод, в этом случае
каждый станок снабжен отдельным двигателем. Примером одиноч-
ного привода в металлорежущих станках является одношпиндельный
сверлильный станок, в котором двигатель и механическая часть при-
вода представляют собой единое целое.

В многодвигательном приводе основные и вспомогательные дви-
жения рабочих органов станка осуществляются отдельными электро-
двигателями, что значительно упрощает кинематическую схему стан-
ка. Такой привод применяется почти во всех современных металло-
режущих станках.

В конструкциях большинства станков при использовании много-
двигательного привода оказалось возможным исключить громоздкие
коробки передач. При этом движение рабочих органов регулируется
изменением частоты вращения двигателя, т. е. управление ими ста-
новится не механическим, а электрическим, что приводит к повыше-
нию экономичности, точности и плавности регулирования.

Управление приводами может осуществляться вручную и автомати-
чески. Соответственно различают неавтоматизированный и автома-
тизированный электроприводы. Ручное управление, выполняется с
помощью простейших коммутационных аппаратов, на которые воз-
действует оператор. Автоматическое управление осуществляется без
непосредственного участия человека. Оно особенно необходимо в
приводах сложных станков, где возможны частые пуски, а также
требуется быстрая регулировка скорости их узлов. При автоматиче-
ском управлении вспомогательными приводами автоматизируются с
помощью кнопок, переключателей и регуляторов не только основ-
ные, но и вспомогательные операции (зажим и разжим заготовки,
перемещение суппорта и т.д.). В результате снижается время на про-
ведение этих операций и повышается производительность станка.

В механизмах станков могут быть применены различные виды
приводов: механический, гидравлический, пневматический и элек-
трический.

Механический привод является очень громоздким и не имеет
плавности регулирования; он создает повышенный шум, усложняет и
утяжеляет конструкцию станка,• затрудняет его сборку, ремонт и
обслуживание. Однако при использовании механического привода
во всем диапазоне регулирования сохраняется постоянная мощность.
Поэтому механический привод до настоящего времени применяется в
механизмах главного движения станков с ЧПУ.

Гидравлический привод регулирует движение рабочих органов
станка в широком диапазоне, создает поступательное движение в
механизмах подач (без преобразования вращательного движения),
обладает высоким быстродействием и достаточно малыми габарит-
ными размерами двигателя. Однако гидростанция, необходимая для
гидропривода, имеет большие габаритные размеры, создает повышен-
ный шум. Кроме того, гидроприводы имеют ограниченные мощности
и моменты; в них возможно появление утечки жидкостей, поэтому
за ними необходим тщательный уход. В результате указанных недо-
статков гидроприводы в станках с ЧПУ вытесняются электроприво-
дами более простыми в изготовлении и обслуживании.

Пневматический привод, преобразующий энергию сжатого воз-
духа в механическую, применяется только в механизмах с малыми
усилиями, главным образом в роботах.

Широкий диапазон, высокая точность регулирования и быстро-
действие отличают электрический привод от других видов. Он техно-
логичен в изготовлении, имеет достаточно простую конструкцию и
надежен в эксплуатации.

К числу важных технических характеристик электропривода
относятся: диапазон регулирования частоты вращения механизмов
станка; число ступеней вращения механизмов в данном диапазоне
регулирования; постоянство частоты вращения механизмов при изме-
нении нагрузки.

Диапазон частоты вращения механйзмов станка — отношение
максимальной частоты вращения к минимальной — должен опреде-
ляться в зависимости от обрабатываемого металла, качества режу-
щего инструмента, размеров деталей и других факторов. Диапазон
регулирования частоты выражается отношением ее максимального
значения к минимальному, например 2:1, 10:1, 100:1. Для различных
механизмов требуются различные диапазоны регулирования: в приво-
дах главного движения он составляет от 4:1 до 100:1, в приводах
подач универсальных станков — 1000:1 и выше.

В электроприводах обычно применяется плавное регулирование
частоты вращения механизмов, а мношступенчатое только в том
случае, когда трудно осуществить широкодиапазонное плавное регу-
лирование.
В процессе обработки изделий необходимо поддерживать посто-
янство скорости резания и подачи. Отклонение от выбранной скоро-
сти вызывает ухудшение качества обработки и снижение производи-
тельности. Причинами возможного изменения скорости могут яв-

ляться изменения нагрузки и напряжения сети, нагрев привода при
длительной работе и др. Электропривод должен поддерживать при-
мерное постоянство частоты вращения механизмов при воздействии
этих факторов.

В зависимости от назна-
чения привода регулирование
определяется различными
параметрами. Например, при
регулировании главным при-
водом его мощность должна
оставаться по возможности
постоянной во всем диапазо-
не регулирования (Р = const),
так как силовое резание про-
водится при малых оборотах
шпинделя, а чистовая обра-
ботка — с малыми усилиями
при больших частотах вра-
щения. В то же время приво-
ды подач регулируют переме-
щение узлов станка при по-

Рис. 3.1. Зависимость предельной мощности Р
и предельного вращающего момента М на
валу двигателя от частоты вращения:

Рном, А^ном, «ном — номинальные мощность, момент,
частота вращения

стоянном моменте (М — const). Диапазон регулирования при этом
получается очень широким, так как в станках с ЧПУ минимальная
подача определяется точностью управления и только при обработке
приводом каждой дискреты может достигаться высокое качество
обработки. Кроме того, приводы подач должны иметь высокие
скорости быстрого хода и высокое быстродействие при разгоне,
торможении и сбросе нагрузки.

На рис. 3.1 представлены зависимости мощности Р и момента 'М

на валу двигателя привода от частоты вращения при постоянных
мощности и моменте.

Вспомогательные приводы не участвуют в процессе резания,
поэтому силы резания не оказывают на них никакого влияния.
В этих приводах не требуется широкого диапазона регулирования,
не всегда необходимо высокое быстродействие, но они должны обла-
дать в большинстве случаев плавным разгоном и торможением.

Для правильного выбора электропривода необходимо учитывать
механические характеристики приводимых в движение механизмов —
зависимости момента их сопротивления от частоты вращения и
нагрузочную диаграмму — зависимость мощности или момента на
рабочем валу от времени,

Все рассмотренные электроприводы обеспечивают высокую произ-
водительность станков при условии снижения времени пуска, тормо-
жения или реверса. Число возможных пусков, торможений и ревер-
сов в час ограничивается для каждого вида привода.
3.2.	ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОПРИВОДАМ СТАНКОВ С ЧПУ

Высокие качество и производительность обработки на станках
с ЧПУ, обусловленные возможностью использования современного
режущего инструмента, получением необходимой точности и чистоты
обрабатываемых поверхностей, а также повторяемости размеров де-
талей в партии, целиком определяются электроприводом этих
станков.

При всем многообразии стайков требования, предъявляемые к
их приводам, обусловливаются главным образом не тем, к какой
группе относится станок, а для какого движения предназначен
привод: главного движения, подачи или вспомогательного перемеще-
ния, так как именно от этого фактора зависит мощность и момент,
способ регулирования скорости, диапазоны регулирования, необхо-
димая плавность регулирования, динамические и механические ха-
рактеристики их приводов.

Расширение технологических возможностей станков и в первую
очередь многоцелевых (обрабатывающих центров) позволяет прово-
дить на одном станке различные технологические операции: фрезе-
рование, сверление или растачивание.

Однако в связи с этими усовершенствованиями станков услож-
няется конструкция их электроприводов.

Для повышения производительности станков потребовалось уве-
личить мощность, скорости привода главного движения и приводов
подач, максимальные рабочие подачи, снизить время разгона и тор-
можения, время позиционирования приводов подач и вспомогатель-
ных перемещений и время ориентации шпинделя.

С увеличением скорости быстрых перемещений и снижением ско-
рости установочных перемещений значительно увеличился диапазон
регулирования. При этом максимальная рабочая подача современных
многоцелевых станков может составлять 30—50 % от скорости быст-
рых перемещений.

Скорость быстрых перемещений зависит от характеристик меха-
нической части привода, возможностей системы ЧПУ (в частности,
от максимальной частоты сигнала управления приводом, от системы
ЧПУ), дискретности управления, максимальной скорости вращения
приводного электродвигателя, коэффициента редукции передачи от
двигателя к механизму и других ограничений, связанных с систе-
мой ЧПУ.

Удовлетворение требования снижения шероховатости и повыше-
ния точности при обработке и позиционировании привело к ужесто-
чению таких параметров электроприводов, как погрешности в устано-
вившихся и переходных режимах при различных возмущениях, диа-
пазон регулирования, равномерность движения, особенно при малых
скоростях, быстродействие при изменении нагрузки и реверсе.

Повторяемость размеров деталей в обрабатываемой партии и
высокая точность позиционирования могут быть достигнуты при на-
личии стабильного привода, обеспечивающего высокую равномер-
ность перемещения механизмов станка.
Очень важным требованием к электроприводам станков с ЧПУ,
особенно при их работе в автоматизированном производстве, явля-
ется их высокая надежность как в отношении сохранения своих
параметров, так и безаварийности и ремонтопригодности. Повыше-
нию надежности работы электроприводов в значительной степени
способствуют тщательный монтаж электрооборудования, своевремен-
ное проведение профилактических мероприятий и установка необ-
ходимой системы диагностики, позволяющей быстро определять и
устранять неисправности.

Стабильность позиционирования и обработки в значительной сте-
пени зависит от стабильности приводов подач и, в первую очередь,
датчиков положения и системы ЧПУ.

3.3.	ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ СТАНКОВ С ЧПУ

Станки с ЧПУ характеризуются применением раздельных регу-
лируемых приводов практически для всех основных механизмов —
главного движения, подач поворотных и наклонных столов, инстру-
ментальных магазинов и т. п. Механическая часть всех приводов
предельно упрощена, в результате чего уменьшились габаритные раз-
меры механических передач, повысились коэффициенты полезного
действия, снизились шум и вибрация, а также увеличились макси-
мальные скорости всех механизмов.

Приводы главного движения станков с ЧПУ имеют расширенный
диапазон регулирования, что дает возможность проводить обработку
с оптимальными режимами независимо от диаметра заготовки и ма-
териала режущего инструмента.

В настоящее время в станках с ЧПУ применяют различные
электроприводы в зависимости от необходимой мощности: при мощ-
ности свыше 10—20 кВт — широкорегулируемый электропривод с
двигателем постоянного тока, тиристорным управляемым выпрями-
телем с двух- или трехступенчатой коробкой скоростей, при мень-
шей мощности — электропривод с асинхронным двигателем, тран-
зисторным широтно-импульсным преобразователем и двухступенча-
той коробкой скоростей или широкорегулируемый электропривод с
мотор-шпинделем переменного тока, представляющий собой электро-
механическое устройство, объединяющее электродвигатель и шпин-
дель станка.

Приводы подач станков с ЧПУ должны обеспечивать более широ-
кий диапазон регулирования частоты вращения, чем главный привод.

Наибольшее распространение получили электроприводы подач
постоянного тока с высокомоментными двигателями, устанавливае-
мые непосредственно на ходовой винт, что позволяет частично или
полностью исключить коробку передач.

По сравнению с общепромышленными электродвигателями вы-
сокомоментные двигатели обеспечивают быстродействие обработки в
результате большого отношения вращающего момента к моменту
инерции. Однако при наличии коллектора и щеток в двигателе не-
обходимы периодические проверки и тщательное обслуживание элек-
тропривода. Этот существенный недостаток высокомоментных дви-
гателей обусловил замену приводов постоянного тока приводами
переменного тока в основном с синхронными^ (вентильными) элек-
тродвигателями с возбуждением от постоянных магнитов. Такие
электроприводы имеют компактную конструкцию, создают высокие
ускорения, определяемые небольшим моментом инерции якоря и
независимостью максимального момента от скорости, а также имеют
высокую надежность.

Рис. 3.2. Структурная схема электропривода постоянного
тока

В состав электропривода постоянного тока (рис. 3.2) входят:
электродвигатель постоянного токаМ, датчик ско-
рости ДС (обычно встраивается в электродвигатель), силовой трех-
фазный трансформатор Тр для согласования напряжения сети с на-
пряжением питания электродвигателя, задатчик скорости ЗС, полупро-
водниковый преобразователь, датчик тока ДТ с шунтом Rn!.

Полупроводниковый преобразователь включает в себя тиристор-
ный управляемый выпрямитель ТУ В для преобразования перемен-
ного напряжения в регулируемое постоянное, блок управления ти-
ристорами БУТ, выдающий сигнал управления, зависящий от сигна-
лов регуляторов тока РТ и скорости PC, автоматический выключа-
тель АВ, отключающий привод от сети в аварийном режиме.

В соответствии с этой схемой двигатель М получает питание от
тиристорного выпрямителя. На одном валу с двигателем установлен
тахогенератор, сигнал которого пропорционален угловой частоте
вращения двигателя. Регулятор скорости PC сравнивает этот сигнал
с сигналом от задатчика скорости ЗС и выдает в случае несовпадения
этих скоростей сигнал на блок управления тиристорами БУТ. Кроме
регулирования скорости в системе с помощью датчика ДТ и регу-
лятора тока контролируется и регулируется ток, потребляемый
двигателем. Сигнал с регулятора тока РТ также воздействует на
блок управления тиристорами БУТ управляемого выпрямителя ТУ В.
Задающим сигналом для регулятора тока при этом является сигнал
от регулятора скорости PC.
При питании нескольких приводов от одного силового трансфор-
матора с целью исключения их взаимного влияния, а также для
сглаживания пульсаций тока якоря двигателя в состав электропри-
вода часто включаются дроссели Р (которые часто называются реак-
торами) .

В общем случае состав электропривода постоянного тока меняет-
ся в зависимости от конкретного типа привода, его назначения и,
главным образом, станка, где он устанавливается.

Для расширения диапазона регулирования в механизмах подач
станков возможно применять электроприводы с датчиками положе-
ния (вращающимися трансформаторами, резольверами, индуктоси-
нами и др.), которые обычно встраиваются в двигатель постоянного
тока. При этом усложняется схема привода, так как в цепь регулиро-
вания вводится устройство для обработки сигналов этих датчиков.

Следящий привод постоянного тока представляет собой автомати-
ческую систему, с помощью которой* исполнительный орган с опреде-
ленной точностью отрабатывает движение рабочего механизма стан-
ка в соответствии с заранее заданной программой. Такие приводы
создаются на базе типовых регулируемых электроприводов систем
ЧПУ, датчиков положения и коротких механических передач.

Отечественная промышленность выпускает электроприводы посто-
янного тока разнообразных серий, устанавливаемые на станках с
ЧПУ. К их числу относятся приводы механизмов подач: серии
ЭТБ — для плавного регулирования частоты вращения двигателя
постоянного тока мощностью до 11 кВт; серии ЭТЗИ — для регу-
лирования двигателей мощностью до 2 кВт; серии ЭПУ — для ра-
боты с высокомоментными двигателями; серии ЭШИР и ЭШИМ
(с транзисторным широтно-импульсным преобразователем) — для
высокоточных станков и роботов.

Кроме указанных серий для отечественных станков применяют
зарубежные электроприводы, такие, как серии КЕМРОН (Болга-
рия), МЕЗОМАТИК (Чехословакия), INP (Польша) и другие, в
том числе приводы фирм Японии и ФРГ.

В электроприводе переменного тока, все более широко исполь-
зуемом в станках с ЧПУ для плавного регулирования частоты вра-
щения асинхронных двигателей, также применяют полупроводни-
ковые тиристорные преобразователи. Упрощенная схема такого
электропривода показана на рис. 3.3. Она состоит из тиристорного
управляемого выпрямителя У В, автономного инвертора тока АИТ,
преобразующего постоянный ток выпрямителя в переменный ток
регулируемой частоты, который питает асинхронный двигатель М со
встроенным датчиком скорости ДС. Задатчик скорости ЗС опреде-
ляет частоту инвертора тока. С помощью регулятора тока РТ регули-
руется выпрямленный ток путем воздействия через блок управления
выпрямителем БУ В.

Сигналы от регулятора скорости PC поступают также на блок
управления инвертором БУИ, изменяющим частоту его выходного
напряжения, а соответственно и частоту вращения асинхронного
двигателя. Основными элементами инвертора тока являются бескон-
тактные ключи, в качестве которых используются тиристоры; они
предназначены для переключения электрических цепей. Частота
переменного тока на выходе инвертора зависит от частоты включе-
ния и отключения тиристоров, что, в свою очередь, определяется
сигналом блока управления БУИ. Периодическое запирание тиристо-
ров осуществляется коммутирующими конденсаторами С.

Для питания асинхронных двигателей трехфазным током регу-

Рис. 3.3. Структурная схема электропривода переменного тока

лируемой амплитуды и частоты промышленность выпускает не-
сколько серий электроприводов переменного тока, например РАЗ-
МЕР 2М-5-2, РАЗМЕР 2М-5-3, ЭПА и др., которые все более широко
используются в станках как для механизмов главного движения, так
и для механизмов подач.

К вспомогательным приводам предъявляются минимальные тре-
бования, связанные с исполнением простейших операций цикла
обработки. В качестве этих приводов используют в основном нере-
гулируемые приводы переменного тока с асинхронными двигателями.

В настоящее время в отечественном и зарубежном станкострое-
нии очень широко применяют метод компоновки машин и механиз-
мов из стандартных, типовых, взаимозаменяемых узлов и блоков,
что относится и к конструкции электроприводов металлорежущих
станков. В связи с этим регулируемые электроприводы постоянного
и переменного тока унифицируются по конструкции, схемам преоб-
разователей и по применению стандартных электронных блоков.
Комплектным электроприводом при одной и той же механической
конструкции станка можно задавать различные режимы его работы и
степени его автоматизации. Вместе с тем при такой унификации
электроприводов повышается качество станка, уменьшается его
стоимость.
4.	АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ СТАНКАМИ
И ОБРАБАТЫВАЮЩИМИ КОМПЛЕКСАМИ

4.1.	ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Автоматизацией (в широком смысле этого слова) называ-
ется применение методов и средств автоматики, охватывающих тео-
рию и принцип построения систем управления станком, группой стан-
ков, цехом или производством, без непосредственного управления
человеком или при его минимальном участии.

Автоматизация имеет своей задачей не только разгрузить челове-
ка, но и обеспечить работу станка с такой скоростью, точностью и
надежностью, которые человек не может осуществить.

В зависимости от выполняемых функций различают следующие
виды автоматизации станков: управление, сигнализация, блокировка,
контроль, защита и регулирование#

Управление представляет собой совокупность воздействий,
выполняемых на основании полученной информации с целью поддер-
жания или улучшения функционирования станка в соответствии с
заданной программой. Различают автоматическое (станок-автомат)
и полуавтоматическое (полуавтомат) управление. При автоматиче-
ском управлении команды станку или промышленному роботу пода-
ются специальными электрическими устройствами. Эти устройства
работают либо по заданной программе, либо в зависимости от конт-
ролируемых параметров, при отклонении которых требуется подача
управляемых команд. При полуавтоматическом управлении те же
функции выполняются с помощью электрических аппаратов при уча-
стии оператора.

Сигнализация — извещение обслуживающего персонала
световыми или звуковыми сигналами о состоянии станка или авто-
матической линии и об отклонении рабочих параметров от заданных.

Блокировка — электрическая взаимосвязь отдельных меха-
низмов станка или линии в процессе их эксплуатации, предназначен-
ная для их безопасной работы.

Контроль — автоматическое получение и обработка информа-
ции о состоянии станка, размерах обрабатываемых деталей с целью
создания управляющих воздействий.

Защита (автоматическая) — прекращение процесса обработки
на станке при возникновении ненормальных режимов.

Регулирование (автоматическое) — поддержание в опре-
деленных пределах того или иного параметра или процесса обра-
ботки по заранее заданной программе.

Управление электроприводами станков обычно заключается в
пуске, регулировании частоты вращения, торможении, реверсирова-
нии, а также поддержании режима работы привода в соответствии
с требованиями технологического процесса.

Автоматическое управление в станках может осуществляться в
функции скорости, тока, времени и пути. При управлении в функции
угловой скорости требуется измерить этот параметр и в зависимости
от его значения воздействовать на соответствующий аппарат. Угло-
вую скорость (частоту вращения) можно измерять электрическим
путем с помощью датчика скорости — обычно тахогенератора, соеди-
ненного с валом двигателя.

Для автоматического управления в функции тока используют
различные реле, включаемые в цепь управляемого объекта. Достоин-
ство такого управления заключается в том, что переключения реле
производятся при заданных значениях тока и не зависят от колеба-
ний напряжения сети.

Последовательность работы отдельных узлов или механизмов
удобно автоматически согласовывать в функции времени. Характер-
ным механизмом, управляемым в функции времени, является, напри-
мер, конвейер автоматической линии. Время перед очередным пере-
мещением такого конвейера, обусловленное продолжительностью обра-
ботки или сборки, отсчитывается реле времени.

Наиболее часто в металлорежущих станках и автоматических
линиях встречается автоматическое управление в функции положе-
ния (пути) одного узла механизма относительно другого. Одним из
характерных примеров автоматизации в функции пути является
последовательное перемещение узла станка в заданное по программе
положение. Основными аппаратами управления в этом случае служат
путевые (конечные) выключатели.

В системах управления станками и обрабатывающими комплек-
сами используют релейно-контактные и бесконтактные аппараты,
электронные полупроводниковые усилители и преобразователи, дат-
чики, логические элементы, элементы цифровой и аналоговой вычис-
лительной техники, микроЭВМ и микропроцессоры. Выбор систем и
аппаратов определяется требованиями к станку и теми функциями,
которые он должен выполнять.

4.2.	ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ И АППАРАТОВ
АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ

В станках разного уровня автоматизации используют различную
элементную базу, предназначенную для коммутации, управления, ре-
гулирования и защиты электрических цепей и машин, а также для
контроля и регулирования технологических процессов металло-
обработки.

Широко распространенными элементами в системах управления
станками являются путевые (конечные) выключатели для коммута-
ции электрических цепей управления и автоматики, устанавливаемые
в определенных точках пути контролируемого объекта. Например,
путевые выключатели размещают в суппортах станков, где они огра-
ничивают их ход, подавая в конце контролируемого перемещения
сигнал на отключение двигателя привода подачи.

В станках с ЧПУ для контроля положения их перемещающихся
узлов широко применяют бесконтактные путевые выключатели; они
обладают рядом достоинств: отсутствием механического взаимодей-
ствия, высоким быстродействием, частотой переключений; они не
чувствительны к механическим воздействиям и могут работать при
больших скоростях перемещений.

Бесконтактные путевые выключатели отличаются геометрической
формой (щелевые и торцевые), расположением чувствительного эле-
мента, шириной щели или расстоянием от управляющей пластины до
чувствительного элемента.

Принцип управления бесконтактным выключателем заключается
в экранировании магнитного поля постоянного магнита выключателя
управляющим элементом (пластиной), размещенным на подвижном
узле станка.

На рис. 4.1 показан общий вид щелевого путевого выключателя.

Рис. 4.1. Бесконтактный
щелевой путевой выключа-
тель

Рис. 4.2. Бесконтактный торце-
вой выключатель

При внесении металлической пластины в щель экранируется чув-
ствительный элемент — катушка, включенная в цепь электронного
генератора, выдающего сигнал управления. Преимуществом щелевых
выключателей является независимость положений срабатывания и
возврата от небольших вибраций станка. К числу их недостатков
можно отнести сравнительно большие габаритные размеры. Меньшие
размеры имеют торцевые выключатели (рис. 4.2). Такой выключа-
тель срабатывает при перемещении управляющей пластины перпен-
дикулярно оси выключателя или параллельно его торцу. Он состоит
из чувствительного элемента, электронного генератора и выходного
усилителя. Чувствительный элемент — катушка колебательного кон-
тура включена в цепь электронного генератора. При подводе к ка-
тушке металлической пластины в ней возбуждаются вихревые
токи, ведущие к срыву автоколебаний, который фиксируется блоком,
формирующим сигналы двух уровней напряжения: «1» (U = 24 В) и
«О» (U = 2,4 В). В необходимых случаях для уменьшения места, зани-
маемого выключателем на станке, устанавливают лишь чувствитель-
ный элемент, а электронный генератор с усилителем помещают в
электрошкаф.

Величина рабочего зазора или ширины щели выключателя опре-
деляет его погрешность, которая зависит также и от материала уп-
равляющей пластины. К числу недостатков бесконтактных путевых
Рис. 4.3. Бесконтактный
логический элемент управ-
ления серии «Логика»

выключателей можно отнести относительно большую погрешность
срабатывания, необходимость применения дополнительных усилите-
лей слабых сигналов и сложность устранения наводок и помех,
снижающих чувствительность выключателей.

Большинство систем управления строится на основе логических
элементов управления, которые формируют сигналы на выходе лишь
при определенном сочетании сигналов на входе. Зависимость выход-
ного сигнала от комбинации входных сигналов называется логиче-
ской функцией.

В основу логических элементов заложены
наиболее часто встречаемые в схемах логи-
ческие связи, реализующие соответствующие
логические функции. К их числу относятся
функции И (сигнал на выходе есть только
при наличии сигналов на всех входах), ИЛИ
(сигнал на выходе есть при наличии сигнала
хотя бы на одном входе), НЕ (на выходе
есть сигнал только при отсутствии сигнала
на входе). Простейшими устройствами, ис-
полняющими эти логические функции, явля-
ются различные релейно-контактные аппара-
ты, точность работы которых заключается
в . механическом перемещении подвижных
контактов. Например, электромагнитные реле
с нормально замкнутым и нормально разомк-
нутым контактами, обеспечивающими нали-

чие двоичного сигнала: «О» соответствует разомкнутому, а «1» —
замкнутому состоянию контакта.

Наиболее совершенными дискретными аппаратами, реализую-
щими различные логические функции, являются бесконтактные полу-
проводниковые логические элементы. Бесконтактные логические эле-
менты управления серии «Логика», изображенные на рис. 4.3, исполь-
зуются в цепях управления, измерения и защиты электроприводов
станков и автоматических линий. Бесконтактные логические элемен-
ты позволяют создавать более совершенные схемы управления с
улучшенными эксплуатационными характеристиками при значительно
большей надежности. Тем не менее в системах управления не всегда
можно применять только бесконтактные логические элементы. Так
как в системе управления имеются различные командные и исполни-
тельные аппараты, то помимо логических элементов в ее состав вхо-
дят различные функциональные элементы, к которым относятся пре-
образователи импульсов, элементы задержки времени, а также
выходные элементы — гальванические развязки и полупроводнико-
вые ключи-усилители. В качестве гальванических развязок между це-
пями логических и функциональных элементов, с одной стороны, и
сильноточными электрическими цепями исполнительных устройств с
другой, применяют герконовые и обычные реле, а также
различные оптронные устройства. Характерным при-
знаком оптрона является наличие в нем оптической связи в тракте
передачи сигнала. Это позволяет достичь максимальной развязки
между его входом и выходом, что обеспечивает высокую степень
помехоустойчивости системы управления. Оптрон состоит из источ-
ника света и фотоприемника, которые заливаются либо эпоксидной
смолой, либо специальным оргстеклом, выполняющим роль защитной
среды и световода. Принципиальная схема оптрона и его внешний
вид показаны на рис. 4.4. Источник света и фотоприемник могут
использоваться также и в качестве фотореле для выдачи управляю-
щих сигналов при изменении освещенности, например для выдачи

Рис. 4.4. Оптрон:

а — принципиальная схема, б — внешний вид

команд о положении отдельных подвижных частей станков, кон-
троле наличия или отсутствия деталей, фотоблокировки опасного
пространства и т. д. Фотореле, кроме осветителя с фокусирующей
системой и фотоприемника содержит прерыватель света. В станках
обычно используют фотореле серии РФ, которые являются аналогами
бесконтактных путевых щелевых выключателей.

Все системы автоматического управления имеют датчики — пер-
вичные преобразователи контролируемого параметра одного вида в
параметр другого вида, удобный для воздействия на органы управ-
ления.

Для получения сигнала обратной связи о величине фактического
перемещения или положения объекта при управлении в функции
пути применяют системы путевого контроля, состоящие из одного
или нескольких датчиков, измерительной схемы и схемы формирова-
ния выходного сигнала. Датчики в такой системе контроля преобра-
зуют перемещение или положение объекта в изменение различных
физических параметров, которые, в свою очередь, с помощью изме-
рительной схемы преобразуются в выходной электрический сигнал.

По виду физического параметра эти датчики подразделяются на
омические, индуктивные, емкостные и фотоэлектрические. В оми-
ческих датчиках перемещения преобразуются в изменения омическо-
го сопротивления, в индуктивных — в изменения магнитных харак-
теристик, в емкостных — в изменения емкости и в фотоэлектриче-
ских — в изменения светового потока.

В зависимости от характера изменения физического параметра
во время работы датчики путевого контроля подразделяются на
абсолютные, в которых каждому значению перемещения соответ-
ствует единственное значение физического параметра, и циклические
с многократно и периодически повторяющимися изменениями физи-
ческого параметра.

Основными требованиями, предъявляемыми к датчикам путевого
контроля, являются: широкий диапазон, линейная зависимость
выходного параметра от входного, высокие чувствительность, пере-
грузочная способность, быстродействие, стабильность характеристик
во времени, минимальное влияние внешних факторов.

Рис. 4.5. Фотоэлектрический датчик линейного переме-
щения:

1 — осветитель, 2 — линза, 3 — шкала, 4 — фотодиоды, 5 —
съемник

Высокую точность, необходимую для станков с ЧПУ, и значитель-
ные диапазоны контролируемых перемещений не всегда возможно
получить по показаниям датчиков абсолютного действия. Поэтому в
современных станках все большее применение находят циклические
датчики. Они преобразуют перемещения рабочих органов станка в
импульсный сигнал, что особенно удобно для управления станков
от систем ЧПУ и ЭВМ. Основой циклических датчиков является точно
изготовленная шкала, относительно которой перемещается их чув-
ствительный элемент, в результате чего периодически изменяется
какой-либо физический параметр. К циклическим датчикам относят-
ся фотоэлектрические и индукционные датчики перемещения.

Фотоэлектрические датчики имеют весьма высокую точность конт-
роля перемещения и легко согласуются с импульсными системами
ЧПУ. С помощью таких датчиков получают информацию не только о
величине перемещения, определяемой числом импульсов, но и его
направлении. На рис. 4.5 показан фотоэлектрический датчик линей-
ного перемещения, главными элементами которого является шкала
3 и съемник 5, представляющие собой системы чередующихся с оп-
ределенным шагом прозрачных и непрозрачных полос (растров). При
движении шкалы меняется световой поток, проходящий через оба
растра, и соответственно меняется величина тока на выходе фото-
диодов 4, Растры расположены в два сектора, сдвинутые друг отно-
сительно друга на 1/4 шага штрихов. Напротив каждого сектора
обычно располагается два фотодиода, формирующие два электриче-
ских сигнала, сдвинутых по фазе на 90°, что обеспечивает точность
показаний датчика. Усиленные сигналы с помощью электронного
устройства преобразуются в импульсный сигнал.

Выгодно отличаются

от фотоэлектрических
индуктивные датчики
перемещения, в них
отсутствует источник
света, они более устой-
чивы к механическим
воздействиям. По хара-
ктеру работы они под-
разделяются на враща-
ющиеся трансформа-
торы (резольверы) и
индуктосины.

Резольвер представ-
ляет собой небольшую
индукционную электри-

Рис. 4.6. Устройство резольвера:

1 — корпус, 2 — статор, 3 — ротор, 4 — щеточно-кон-
тактный узел, 5 — крышки, 6 — подшипники, 7 — вал

ческую машину, пред-

назначенную для преобразования угла поворота ротора в пропорцио-
нальный электрический сигнал. Он имеет на статоре две обмотки,
сдвинутые в пространстве на 90 эл. град, и питаемые переменным
током со сдвигом фаз 90°, как у асинхронного двигателя.

Принцип работы резольвера (рис. 4.6) основан на том, что при
повороте его ротора взаимная индуктивность между обмотками ста-
тора и ротора изменяется в определенной функциональной зависи-
мости от угла поворота. При этом фаза э.д.с., наводимой в обмотке
ротора круговым магнитным потоком, строго следует этой зависимо-
сти; таким образом вращающийся трансформатор-резольвер может
служить датчиком положения. Обычно ротор поворачивается посред-
ством редукторного механизму высокой точности, который либо
встраивается в корпус машины, либо изготовляется отдельно, а затем
соединяется с валом резольвера. При работе резольвера с высоко-

моментным двигателем он может встраиваться непосредственно в
двигатель. Резольверы обладают высокой точностью, их разрешаю-
щая способность может достигать единиц угловых минут.

Индуктосины (рис. 4.7) могут применяться для контроля как
линейных, так и угловых перемещений. Их основными элементами
являются печатные обмотки статора и ротора, выполненные весьма
точно с помощью фотолитографии. Статорная обмотка питается
переменным током, при этом в обмотке ротора (ползуна) индуциру-
ется электродвижущая сила, величина которой определяется его про-
странственным положением относительно статора (неподвижной ли-
нейки). Высокая разрешающая способность (единицы угловых се-
кунд) обусловливается электрической редукцией, т. е. возможностью
выполнить ползун с большим числом (от нескольких десятков до ста
и более) полюсов.

Благодаря высокой точности и надежности поворотные и линей-
ные индуктосины наряду с резольверами являются наиболее рас-
пространенными датчиками положения в станках с ЧПУ.

Особое место в системах автоматического управления электро-
приводами занимают датчики скорости — тахогенераторы, преобра-
зующие механическое перемещение (вращение вала) в электриче-
ский сигнал. Важным параметром тахогенератора является выходная
характеристика — зависимость выходного напряжения от частоты
вращения вала: чем выше линейность этой характеристики, тем точ-
нее выявляется эта зависимость. Тахогенераторы могут быть как
переменного, так и постоянного тока.

Тахогенераторы постоянного тока — это небольшие генераторы
постоянного тока с независимым возбуждением или с возбуждением
от постоянных магнитов. Конструктивно они не отличаются от обыч-
ных машин постоянного тока малой мощности. Ввиду того что при
постоянной величине тока возбуждения магнитный поток не зависит
от нагрузки, выходная э.д.с. такого генератора прямо пропорциональ-
на частоте вращения.

В отличие от тахогенератора постоянного тока асинхронные та-
хогенераторы являются бесконтактными и поэтому более надежны
в эксплуатации. По конструкции такие тахогенераторы не отличаются
от асинхронных исполнительных двигателей.

Основные требования к тахогенераторам — это высокая линей-
ность и стабильность выходной характеристики, малый момент
инерции ротора, малая величина момента сопротивления и незначи-
тельные габаритные размеры и масса. Обычно тахогенераторы так
же, как и датчики положения, встраиваются непосредственно в кор-
пус контролируемого двигателя.

Для автоматического управления гидравлическими и пневматиче-
скими механизмами, а также в схемах механического торможения
электродвигателей применяют электромагниты. Принцип их действия
заключается во взаимодействии магнитного поля, создаваемого
катушкой с током, и подвижного якоря.

Важной характеристикой электромагнита является механическая
(тяговая) характеристика, представляющая собой зависимость уси-
лия, развиваемого электромагнитом, от положения якоря. По мере
втягивания якоря сила тяги возрастает и в конце хода обычно в
1,5—3 раза превышает силу тяги в начале хода. Наибольшее допу-
скаемое данным электромагнитом значение хода якоря и соответ-
ствующая ей сила тяги называются номинальными значениями хода
и силы тяги электромагнита. Электромагниты часто применяют и в
различных вибротранспортерах для создания вибраций. В станко-
строении используют электромагниты нескольких серий: МИС с но-
минальным усилием тяги 10 — 84 Н и ходом 5—25 мм; МТ с номи-
нальным усилием тяги 10—60 Н и ходом 10—15 мм, а также длин-
ноходовые электромагниты ЭД с номинальным усилием тяги 4—
250 Н и ходом 10—40 мм.

Для автоматического переключения кинематических цепей, на-
пример в коробках скоростей и подач, а также для пуска и тормо-
жения электропривода широкое распространение получили много-
дисковые электромагнитные муфты.

Электромагнитная муфта сцепления состоит из корпуса с разме-
щенной внутри него катушкой, пакета фрикционных дисков и на-
жимного диска.

При подаче напряжения на катушку возникает магнитное поле,
которое, замыкаясь через фрикционные диски, создает усилие, при-
тягивающее нажимной диск к корпусу, и фрикционные диски
сцепляются. После отключения катушки нажимной диск под действием
пружинящих фрикционов отталкивается и валы механизмов рас-
цепляются.

Фрикционные диски могут быть вынесены за пределы магнитной
системы муфты, при этом якорь расположен перед фрикционными
дисками и весь магнитный поток замыкается через него.

Преимуществом муфт с вынесенными дисками является возмож-
ность изготовлять диски из немагнитных материалов с большим
коэффициентом трения.

При работе электромагнитной муфты с асинхронным двигателем
момент, передаваемый муфтой, должен быть несколько больше макси-
мального момента электродвигателя, иначе при перегрузке двигателя
муфта будет проскальзывать, перегреется и выйдет из строя.

Кроме электромагнитных муфт сцепления получили распростра-
нение муфты скольжения и порошковые муфты. Работа первых ана-
логична принципу действия асинхронных двигателей, у вторых соеди-
нение осуществляется с увеличением вязкости смесей, заполняющих
зазор между дисками при возрастании магнитного потока. Как пра-
вило, в качестве смесей используют железные порошки.

Электромагнитные муфты скольжения обладают рядом недостат-
ков: низким к.п.д. при малых скоростях, незначительным переда-
ваемым моментом, низкой надежностью при резком изменении на-
грузки. Порошковые муфты также имеют недостаточную эксплуа-
тационную надежность.

Производительность обработки деталей на станках существенно
зависит от времени,, затрачиваемого на закрепление и установку в
рабочее положение обрабатываемой детали и инструмента. Сокраще-
ние времени на эти операции достигается быстродействующими
электромеханическими и электромагнитными зажимными механиз-
мами и усройствами. Особенно они необходимы для автоматических
линий станков с ЧПУ, где с применением зажимных устройств не
только увеличивается производительность, но и улучшается точ-
ность обработки.

Для закрепления заготовок в приспособлении станка, а также для
фиксации подвижных узлов на направляющих предназначены элек-
тромеханические зажимные устройства. Они состоят из электродви-
гателя, понижающего редуктора, самотормозящей передачи и эле-
ментов приспособления, непосредственно воздействующих на закреп-
ляемую деталь или механизмы при зажиме. В большинстве случаев
в качестве привода зажимов используют асинхронный двигатель с
короткозамкнутым ротором.

По сравнению с другими видами зажимных устройств (гидрав-
лическими, пневматическими и др.) электромеханические зажимные
устройства обладают существенными преимуществами: отсутствием
ограничений по величине максимальных усилий, высоким быстро-
действием, простотой автоматизации и дистанционного управления.

Электромеханическое зажимное устройство имеет дистанционное
управление, которое осуществляет контроль усилия зажима и взаим-
ную блокировку устройства с двигателями приводов главного дви-
жения, подачи и вспомогательных перемещений.

Дистанционное управление зажимным устройством производится
либо автоматически, либо оператором со специального вспомога-
тельного пульта. В зависимости от системы ограничения усилия
зажима приводной двигатель отключается либо по окончании опреде-
ленного времени с помощью реле времени, либо путевым выключа-
телем, срабатывающим от кулачка, связанного с зажимным меха-
низмом. Однако чаще всего приводной двигатель отключается с
помощью реле тока, так как ток двигателя зависит от нагрузки, и по
его значению можно судить о степени зажима.

Разновидностью электромеханических зажимных усройств явля-
ются электромеханические ключи, служащие для зажима деталей в
рабочих ячейках многопозиционных станков и в приспособлениях-
спутниках автоматических линий. Каждая ячейка станка или каждое
приспособление-спутник комплектуется своими наборами самотор-
мозящих элементов. Система управления электромагнитного ключа
производит включение и отключение двигателя по сигналу датчика,
защиту привода от перегрузок, сигнализирует об окончании зажима и
контролирует исходное положение ключа.
4.3.	ВИДЫ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ

Управление станками, при котором команды о размерах деталей
и режимах обработки записываются условным кодом, вводимым в
автоматические системы перемещения механизмов станка, называ-
ется программным. При этом достигается частичная или пол-
ная автоматизация сложнейших процессов управления. Станки с про-
граммным управленйем в результате быстрой переналадки с успехом
используются в серийном производстве; они имеют высокую произ-
водительность и отличаются точностью обработки. При автоматиче-
ском программном управлении станками вся информация, содер-
жащаяся в технической документации, должна преобразовываться в
форму, понятную для системы управления. Этот процесс преобразо-
вания называется программированием. Результаты про-
граммирования об обработке деталей фиксируются на программо-
носителях.

В зависимости от степени автоматизации управления и от вида
программоносителя различают следующие системы программного
управления: электрическое копирование, фотоэлектронное, цикловое,
числовое управление.

В станках с электрическим копированием информация о размерах
и форме детали заключается в заранее изготовленном шаблоне,
который и является в данном случае программоносителем. Шаблоны
изготовляют из легкообрабатываемых материалов, вплоть до дерева
и картона, это упрощает их изготовление и повышает точность об-
работки деталей с пространственно сложными поверхностями. В про-
цессе электрического копирования осуществляется ведущая подача
стола и следящая подача копировальной и режущей головок. Погреш-
ность копирования 0,05—0,1 мм. Электрическое копирование чаще
всего применяется в фрезерных и токарных станках. Оно может
использоваться при обработке деталей по заложенному в станок
чертежу.

В фотоэлектронной системе управления информация сохраня-
ется в виде геометрического образа траектории движения и графи-
ческих символов вспомогательных команд. Программоносителем та-
кой системы управления является чертеж детали. Получение необ-
ходимых данных для автоматического прослеживания линий и пере-
дача информации с чертежа в устройство управления подачей режу-
щего инструмента производятся с помощью фотоголовок — фото-
электрических преобразователей геометрической информации в элек-
трический сигнал. Недостатком фотоэлектронной системы управле-
ния является необходимость изготовления чертежа с очень высокой
точностью, что ограничивает точность обработки деталей. Более
высокую точность и производительность имеют станки с цикловым
и числовым программным управлением (ЦПУ и ЧПУ).

В цикловой системе управления в заданной последовательности
запрограммированы все виды перемещений и других действий, необ-
ходимых для технологического цикла обработки деталей. Циклом
работы станка в этом случае называется совокупность всех движе-
ний, необходимых для обработки деталей, выполняемых в опреде-
ленной последовательности. Величины перемещений при этом не
программируют, а устанавливают вручную посредством передвиже-
ния различных упоров. Программоносителями в таких системах
управления являются штепсельные, кнопочные и прочие коммута-
торы, в которых программа действия станка задается набором
переключений в соответствии с технологическим циклом обработки,
а также кулачковые командоаппараты и программные контроллеры.
Для цикловых систем управления *не требуется квалифицированного
обслуживающего персонала, но переналадка упоров занимает доволь-
но продолжительное время, поэтому такие системы выгодно исполь-
зовать в средне- и крупносерийном производстве, где сравнительно
редко производят переналадку.

В числовой системе управления применяют программоносители,
рассчитанные на долговременное хранение записанной на них ин-
формации. К ним относятся перфоленты, магнитные ленты и диски,
на которых в закодированном виде записана вся программа обра-
ботки изделий, задающая станку геометрическую (перемещения по
всем координатам) и технологическую (режимы обработки, выбор
инструмента и др.) информацию. Информация может быть сохра-
нена и затем повторена независимо от срока ее хранения. Имея
набор (библиотеку) таких программ, можно обрабатывать большую
номенклатуру изделий при незначительном времени переналадки
станка.

4.4.	ЦИКЛОВАЯ СИСТЕМА ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ

Цикловые системы программного управления являются наиболее
простыми, дешевыми и надежными, однако по сравнению с систе-
мами ЧПУ обладают меньшими технологическими возможностями.
Например, в некоторых станках с цикловой системой управления
режимы резания не программируют, а изменяют вручную, часто
отсутствует и автоматическая смена инструмента.

Функциональная схема цикловой системы управления (УЦПУ)
__________|	_________представлена на рис. 4.8. В нее

Рис. 4.8. Схема системы циклового про-
граммного управления:

/ — блок задания программы, 2 — блок управ-
ления циклом станка, 3 — исполнительный эле-
мент (привод), 4 — рабочий орган (суппорт
и др.), 5 — датчик положения, 6 — блок пре-
• образования сигналов контроля, 7 — блок по-
этапного ввода

входят программатор циклов,
состоящий из блоков задания и
поэтапного ввода программы, и
схемы силовой электроавтома-
тики, которая содержит схему
управления циклом работы
станка и схему преобразования
сигналов контроля. Электроав-
томатика согласует действия
программатора циклов с испол-
нительными элементами станка
и датчиками в цепи обратной
связи, усиливает и размножает
команды, выполняет логические
операции. Сигналы из блока управления циклом станка поступают на
него и с их помощью выполняются команды для приводов и рабо-
чих органов. Датчики контролируют окончание отработки получен-
ных команд и дают команды на переключение следующего этапа
программы. Чаще всего окончания этапа программы фиксируют
путевые переключатели, состоящие из блока переключателей и блока
упоров. На рис. 4.9 показана панель упоров 1 с кулачками 2, рас-
ставленными в соответствии с чертежом обрабатываемой детали и
воздействующими на путевые переключатели во время перемещений

Рис. 4.9. Панель упоров системы ЦПУ:

1 — панель упоров, 2 — кулачки

подвижных органов станка. При срабатывании путевого переключа-
теля выдается команда на изменение траектории движения или
режима резания. Вместо механических упоров и контактных путе-
вых переключателей могут применяться магнитные «упоры» —
магнитные риски и бесконтактные датчики положений, повышающие
надежность системы управления.

В настоящее время в станках с цикловой системой управления в
качестве программаторов наиболее широко используют програм-
мируемые командоаппараты — управляющие логические
машины последовательного действия, созданные на базе вычисли-
тельной техники и релейно-бесконтактной автоматики. Они надежны
и долговечны, имеют малые габаритные размеры и быстро меняют
программу в зависимости от конкретной обработки. С помощью
программируемых командоаппаратов выполняются различные релей-
ные функции, логические операции, функции времени и счета, накоп-
ление и сравнение информации, обмен информацией между станком
и оператором, обработка и формирование аналоговых сигналов и
различные вычислительные операции. Переход от обычной релейной
автоматики к программируемым командоаппаратам объясняется воз-
можностью создания модульных стандартизованных и унифициро-
ванных узлов, изменения алгоритма работы станков без перемон-
тажа, автоматического контроля и диагностики, повышением надеж-
ности работы электрооборудования и снижением его габаритных раз-
меров. Командоаппараты могут управлять станком, промышленным
роботом, гибким производственным модулем, автоматической линией,
автоматизированным складом и т. д.

Программируемый командоаппарат (рис. 4.10) состоит из цент-
рального процессора, постоянного запоминающего устройства, моду-
лей ввода — вывода, коммутатора ввода — вывода и пульта програм-
мирования. Модули ввода формируют сигналы, поступающие от раз-
личных реле, датчиков и путевых переключателей, причем сигналы
эти имеют два уровня — ДА и НЕТ. Модули вывода подают команды

«Включение» или «Выключение»

О
§

Рис. 4.10. Программируемый
командоаппарат

о
в

на исполнительные органы станков
(контакторы, пускатели, электро-
магнитные муфты и тормоза). Ло-
гические задачи управления ре-
шаются центральным процессором
с запоминающим устройством, ко-
торый по заранее заданному алго-
ритму обрабатывает сигналы, по-
ступающие на модули ввода. Ком-
мутатор поочередно опрашивает
входные и выходные модули, под-
ключая их к процессору. В за-
висимости от числа входов — вы-
ходов различают программируе-
мые командоаппараты трех уров-

ней: I — число входов и выходов до 64; II — до 256 и III — до 1024.
Малогабаритные программируемые командоаппараты первого уровня
используют для управления сравнительно простым оборудованием
(универсальными станками, транспортерами и т. д.); второго уров-
ня — для управления гибкими модулями станков с ЧПУ, промышлен-
ными роботами и т. д.; третьего уровня — в сложном обору-
довании гибких производственных систем и автоматических
линий.

Конструктивно программируемые командоаппараты выполняют в
виде отдельных унифицированных модулей, которые встраиваются в
электрониши или электрошкафы станков.

Модули процессора, блока питания, ввода — вывода соединяются
между собой кабелями. Ввод программы в память процессора выпол-
няется с помощью переносного пульта управления, например дис-
плея, на экране которого отображается текущее состояние управ-
ляемого оборудования.

В сложных системах (например, ГПС) программируемый коман-
доаппарат может встраиваться и в устройства числового программного
управления.

4.5.	ЧИСЛОВАЯ СИСТЕМА ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ

Числовая система программного управления является специали-
зированным вычислительным устройством, предназначенным для
управления приводами станков и исполнительными механизмами,
механизмами выбора и коррекции положения режущих инстру-
ментов.
Основными элементами числового программного управления явля-
ются устройство считывания информации с программоносителя,
интерполятор, автоматизированные электроприводы главного дви-
жения, подач и вспомогательных перемещений станка. С помощью
этих устройств создается возможность управления всеми перемеще-
ниями инструмента и обрабатываемой детали.

Схема системы числового программного управления показана
на рис. 4.11.

Информация о размерах детали с устройства ввода подается в
устройство обработки программ 2,

сигнал с которого поступает в
устройство управления приводом
5. Датчик контроля 5 фиксирует
положение узла механизма, при-
водимого в движение приводом 4,
и через блок связи корректирует
его перемещение. В свою очередь*
технологическая информация, так-
же записанная на программоноси-
теле, поступает с устройства ввода
в блок технологических команд 7,
а затем на исполнительные меха-
низмы 8, участвующие в техноло-
гическом цикле обработки.

Устройство считывания инфор-
мации представляет собой опти-

Рис. 4.11. Схема системы числового
программного управления:

1 — устройство ввода программы, 2 — уст-
ройство считывания и обработки програм-
мы, 3 — устройство управления приводом,
4 — привод, 5 — датчик контроля, 6 — блок
связи, 7 — блок технологических команд,
8 — исполнительный механизм

ческое или магнитное вводное устройство Z, построенное чаще

всего на принципах фотоэлектрического «просвечивания» програм-
моносителя. Так как информация на перфоленте (программоно-
сителе) записывается в закодированном виде — путем пробивки
соответствующим образом расположенных отверстий, то при пере-
мещении ленты относительно осветителя и фотоэлемента на выходе

последнего появляются электрические сигналы, которые затем уси-
ливаются и запоминаются специальными устройствами.

Для записи и считывания информации с программоносителя типа
«магнитная лента» применяют вводные устройства, оснащенные
магнитными головками, представляющими собой магнитопровод с
зазором. При подаче тока в обмотку, размещенную на этом магнито-

проводе, в зазоре создается магнитное поле, намагничивающее про-
ходящую в этом зазоре магнитную ленту. Так происходит запись
информации. При ее считывании магнитная лента скользит по по-
верхности головки в зоне зазора, образуя в магнитопроводе пере-
менный магнитный поток, изменение которого приводит к появлению
в обмотке головки импульсов тока в соответствии с записанной про-
граммой.

Информация, записанная в кодированном виде на программоно-
сителе, преобразуется в последовательность командных импульсов с
помощью интерполяторов.

Интерполятор является вычислительным устройством, ко-
торое по координатам начальной и конечной точек участка контура
обработки рассчитывает координаты промежуточных точек внутри
этого участка.

В состав интерполятора входит блок задания перемещения и
блок задания скорости.

Блок задания перемещений формирует импульсы управления при-
водами в зависимости от того, задано или нет на программоносителе
соответствующее числовое значение перемещения по определенной
координате управляющей программы. В результате этого на выходах
интерполятора по всем координатам появляются командные им-
пульсы, количество которых соответствует числовой информации,
заданной на программоносителе. Эти импульсы направляются в уст-
ройства управления приводами и отрабатываются ими.

Блок задания скорости посылает в интерполятор импульсы, ко-
торые превращаются в нем в импульс перемещения по каждой из
координат. Каждому шагу перемещений соответствует один выра-
ботанный импульс. В блоке задания скорости частота импульсов
определяется записанной на программоносителе программой. Зада-
ние скорости зависит от выбранных технологических режимов.
На .холостом ходе станка скорость должна быть максимальной,
поэтому диапазон рабочих скоростей подач должен быть значи-
тельным.

В настоящее время современные системы числового программного
управления строят подобно цифровой вычислительной машине, где
все операции производятся последовательно с помощью специаль-
ного арифметического устройства. Такие системы являются более
универсальными, так как они приспособлены для решения самых
разнообразных и сложных задач.

Наибольшее распространение получают мини- и микроЭВМ,
отличающиеся малыми габаритными размерами, более простой схе-
мой арифметического устройства, высоким быстродействием и на-
дежностью. ЭВМ могут применяться не только для управления от-
дельными станками, но и для группового управления целыми произ-
водственными участками.

Создание участков группового управления направлено на сущест-
венное повышение эффективности систем ЧПУ. Такой участок со-
стоит из не связанных между собой, работающих по разным про-
граммам, но объединенных общим центральным устройством управ-
ления станков с ЧПУ. Эффективность участка обусловливается сни-
жением в 3—4 раза стоимости оборудования ЧПУ, отнесенной к одно-
му станку, по сравнению с автономным управлением. Однако замена
автономного управления групповым экономически оправдана лишь при
определенном числе работающих станков: фрезерных — свыше 10 шт.,
токарных — свыше 20 шт., сверлильных — свыше 36 и т. д.

Для автоматизации мелкосерийного производства создаются и
автоматические переналаживаемые линии станков, работающих в
едином технологическом цикле, с управлением от ЭВМ. Станки, вхо-
дящие в состав таких линий, весьма разнообразны: фрезерные,
токарные, расточные и универсальные. На автоматических линиях,
работающих по заданной программе, можно одновременно обраба-
тывать детали нескольких наименований. При этом наряду с мак-
симальной загрузкой станков удается сократить время на вспомога-
тельные, транспортные и загрузочные операции, что значительно
повышает производительность оборудования.

При работе на станках с ЧПУ большое внимание уделяется авто-
матическому контролю обрабатываемых на них деталей, что дает
возможность снизить трудоемкость измерений и получить информа-
цию о погрешностях обработки на станке.

Автоматический контроль может производиться как на специаль-
ных измерительных машинах, так и непосредственно на станках.
Во втором случае значительно экономится время, так как исключа-
ется транспортировка деталей к измерительному устройству, но при
этом снижается точность измерений. При контроле на станке измери-
тельная программа вместе с программой обработки вводится в сис-
тему ЧПУ. После обработки детали в шпиндель вместо режущего
инструмента (например, фрезы) автоматически устанавливается
измерительная головка, воспроизводящая заданную измерительную
программу. Наконечник измерительной головки подводится (ощу-
пывает) к детали, и выходные сигналы фиксируются в системе ЧПУ,
что позволяет в дальнейшем оценить погрешность обработки и скор-
ректировать программу резания.

Одной из важнейших задач эксплуатации станков с ЧПУ является
подготовка управляющих программ, заключающаяся в нанесении на
программоноситель команд, которые необходимы для обработки
деталей. В дальнейшем эти команды автоматически считываются и
выполняются системой управления и самим станком.

Составление управляющей программы, которая может быть при-
годна для числового управления, проходит несколько этапов:

изготовление чертежа и технологической карты; при этом необ-
ходимо выбирать такие режимы, при которых наиболее полно реали-
зуются преимущества станков с ЧПУ;

составление таблицы с описанием контура обрабатываемой детали
(размеры детали) по данным чертежа и составление таблицы тех-
нологических команд (частота вращения, подача) в соответствии с
технологической картой;

расчет траекторий перемещения инструмента.

После того как все необходимые координаты траектории пере-
мещения инструментов определены (что представляет собой очень
сложный и трудоемкий вычислительный процесс), полученная управ-
ляющая программа кодируется на специальных бланках. Чтобы при-
ступить к кодированию, необходимо ознакомиться с кодами команд,
которые приводятся в инструкции к данному станку. После заполне-
ния блоков выполняют перфорацию этой программы с помощью
специальных аппаратов — перфораторов.

Кодирование информации является крайне утомительной работой.
Для освобождения программистов от нее в настоящее время все
более широко используют автоматизированное программирование,
при котором электронно-вычислительная машина (ЭВМ) сама рас-
считывает траектории движений инструментов и выбирает режимы
резания. Чтобы передать ЭВМ задачу, которую раньше вручную ре-
шал программист, необходимо сначала выработать алгоритм — сово-
купность однозначных предписаний о последовательности действий
при решении конкретной задачи.

Управляющая программа выдается на перфоленту или магнитные
диски, вводимые в систему ЧПУ. Кроме программоносителей ЭВМ
выдает также распечатку этой программы на бумаге, по которой в
необходимых случаях можно произвести ее проверку и корректи-
ровку, а также получить информацию для наладчика о настройке
станка, связанной с выбором режимов, набором инструментов и т. д.

4.6.	МИКРОПРОЦЕССОРНОЕ УПРАВЛЕНИЕ

Все более возрастающие требования к точности электропривода
привели к использованию микропроцессоров, принцип действия кото-
рых основан на цифровых интегральных микросхемах со степенью
интеграции сотни тысяч электронных компонентов. Такие микросхе-
мы носят название больших интегральных схем (БИС).

Микропроцессором называется функционально закон-
ченное устройство цифровой обработки информации, осуществляе-
мой по заранее заданной программе, и выполненное на основе
специально разработанных БИС. По назначению он близок к процес-
сору ЭВМ, однако обладает ввиду малых размеров меньшими функ-
циональными возможностями. Размеры однокристального микропро-
цессора (5Х 5X0,2 мм) не превосходят размеров обычных БИС.
Особенностью микропроцессорного управления является главенст-
вующая роль программного обеспечения, а не его аппаратных средств.
Это неограниченно расширяет функциональные возможности управ-
ляемого электропривода, так как позволяет заменить громоздкие
устройства традиционной электромеханической автоматики с жестки-
ми логическими связями легкоперестраиваемыми малогабаритными
программируемыми устройствами. Функции, которые реализуются
микропроцессором, определяются его управляющей частью и задают-
ся определенным набором команд, записываемых заранее в запоми-
нающих устройствах.

Микропроцессоры различаются разрядностью чисел, обрабаты-
ваемых одной командой, числом регистров, разрядностью числовых
и управляющих шин для связи с другими элементами и составом
самих команд.

Основными узлами микропроцессора являются арифметическо-
логическое устройство, регистры и устройство управления, объеди-
няемые информационными шинами.

Арифметическо-логическое устройство выполняет все арифмети-
ческие и логические операции (типа И, ИЛИ, НЕ и др.). Устройство
управления формирует внутренние команды микропроцессора при
поступлении команд из внешней памяти. Оно вырабатывает серию
микроприказов, которые подаются на арифметическо-логическое уст-
ройство и другие элементы микропроцессора. Регистр предназначен
для запоминания информации и простейших преобразований: сброса
(установка в нуль), временного хранения, приема и передачи инфор-
мации из других устройств, сдвига на нужное число разрядов, пораз-
рядного сложения и др.

Для управления станками с помощью микропроцессора необхо-
димо также наличие периферийных устройств, объединяемых вместе
с арифметическо-логическим устройством и устройством управления
под названием «микропроцессорная система». На рис. 4.12 приведена
схема такой системы.

Рис. 4.12. Схема микропроцессорной системы

Запоминающее устройство программы ЗУП предназначено для
хранения команд, составляющих программу работы микропроцес-
сора МП. Запоминающее устройство данных ЗУД используется для
хранения данных, предназначенных для обработки микропроцес-
сором.

Устройство ввода —- вывода УВВ служит для ввода данных в
запоминающее устройство данных и их вывода к внешним устрой-
ствам.

Для управления микропроцессором обычно используется 78
команд, поступающих из запоминающих и логических устройств. Эти
команды управляют операциями ввода — вывода, логическими и
арифметическими операциями в заданном коде, операциями загрузки
и хранения в накопители памяти.

Для микропроцессорных систем управления разрабатываются
специальные датчики обратной связи.

Так как микропроцессор обрабатывает цифровую информацию, то
сигналы управления, получаемые от датчиков, задают в виде импуль-
сов. Чаще всего применяют кодовые и импульсные датчики механи-
ческих параметров электропривода. При использовании же аналого-
вых датчиков для согласования их с микропроцессором необходимы
быстродействующие аналого-цифровые преобразователи.

Микропроцессоры могут управлять электроприводами главного
движения и подач, имеющими в своем составе любой тип исполни-
тельного электродвигателя.

Применение микропроцессора в регулируемых приводах постоян-
б)

Рис. 4.13. Структурные схемы микро-
процессорного управления аналоговым
приводом постоянного тока:
а — с аналоговыми датчиками обратной
связи, б — с цифровыми датчиками обрат-
ной связи

кого и переменного тока позволяет улучшить их характеристики:
повысить точность регулирования частоты вращения, снизить ошибки
положения подвижных органов и время переходных процессов. Пу-
тем перепрограммирования можно быстро перестроить регуляторы
на заданный параметр управления.

При использовании микропроцессоров в регулируемом приводе
необходимо выбирать алгоритм функционирования привода в целом
независимо от схемы его построения, типа микропроцессора и метода
построения аппаратной части привода, зависящей от способа пред-
ставления аналого-цифровой ин-
формации.

Главной частью простейшей
структурной схемы микропроцес-
сорного управления приводом
(рис. 4.13, а) является цепь
цифрового регулирования. Микро-
процессор МП выполняет функции
задания скорости и через цифро-
аналоговый преобразователь ЦАП
подает сигнал на электропривод
ЭП. При такой простой схеме
используют и аналоговые датчики
обратной связи. В более сложной
схеме управления (рис. 4.13, б)
микропроцессор вырабатывает по-
следовательность импульсов, кото-
рые после усиления воздействуют

на тиристорный блок управления. В этой схеме применяют цифро-
вые датчики обратной связи ЦД, сигналы которых непосредственно
подаются на микропроцессор. Существуют и такие сложные схемы
управления, в которых используют аналого-цифровые и цифроанало-
говые преобразователи как в прямом тракте управления, так и в цепи
обратной связи.

Микропроцессоры широко применяют и для управления регу-
лируемыми приводами переменного тока. В этом случае в функции
микропроцессора входит не только пуск и остановка двигателя при-
вода, но и изменение времени пуска и торможения, определение
неисправности в системе управления, подача команд на включение
токоограничивающих сопротивлений. Наибольшей простотой и эко-
номичностью, как было отмечено выше, отличается способ регулиро-
вания частоты вращения асинхронного двигателя путем изменения
частоты питающего напряжения.

На рис. 4.14 показана структурная схема такого управления с
помощью микропроцессора. Тиристорный преобразователь частоты
состоит из управляемого тиристорного выпрямителя У В, фильтра Ф
и инвертора И, Управление инвертором и выпрямителем осуществля-
ется схемой управления СУ, с помощью которой изменяется напря-
жение и частота на обмотках статора трехфазного асинхронного
двигателя М. Для этого в цепь обратной связи поступают сигналы,
получаемые от датчиков скорости ДС, тока ДТ и напряжения ДН.
Эти сигналы обрабатываются системой регулирования, в результате
чего в микропроцессоре МП формируется управляющее воздействие.
Применение микропроцессоров позволяет совершенствовать и по-
лучать новые системы управления электроприводом, не имеющие
прототипов ни в аналоговом, ни в дискретном электроприводах с
аппаратной системой. Это особенно важно при создании сложных
систем, реализация которых из-за очень большого числа элементов

Рис. 4.14. Структурная схема микропроцессорного управ-
ления приводом переменного тока

и громоздкости алгоритма управления аппаратными средствами не-
целесообразна.

С применением микропроцессорных систем не только заметно
повышается надежность регулируемого электропривода, но и упроща-
ется его ремонт, обслуживание, снабжение запасными элементами.
Микропроцессоры могут многократно использоваться при замене
электромеханической части привода и при переходе на совсем иной
тип привода; для этого необходима разработка новых программ.

4.7.	КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ И УСТРОЙСТВ ЧПУ

В зависимости от назначения системы ЧПУ подразделяются на
позиционные, прямоугольные, контурные и комбинированные.

В позиционных системах рабочие органы автомати-
чески устанавливаются в позицию, определенную программой управ-
ления, без обработки в процессе их перемещения. Так как траекто-
рия обработки при перемещении с одной позиции на другую не зада-
ется, время перемещения должно быть минимальным. Такие системы
применяют в основном при управлении сверлильными и расточными
станками.

В прямоугольных системах рабочие органы переме-
щаются по программе поочередно вдоль осей координат на заданные
расстояния. В большинстве станков применяют прямоугольные коор-
динаты, поэтому и система носит название прямоугольной. Эти сис-
темы применяют в фрезерных, токарных и шлифовальных станках.

В контурных системах для получения необходимого
контура обработки рабочий орган автоматически перемещается по
произвольной траектории со скоростью, заданной программой управ-
ления. Эти системы также применяют в токарных и фрезерных
станках.

Система программного управления в принятых обозначениях
станков с ЧПУ определяется добавлением следующих индексов:
Ф1 — станки с цифровой индикацией положения рабочих органов и
ручным вводом данных; Ф2 — станки с позиционными системами
ЧПУ, ФЗ — контурными и Ф4 — со смешанными системами про-
граммного управления.

В зависимости от числа потоков информации , системы ЧПУ
подразделяются на незамкнутые, замкнутые и адаптивные.

Незамкнутые системы характеризуются одним пото-
ком информации, направленным от блока управления к исполнитель-
ному механизму. В этих системах отсутствует информация о факти-
ческом положении механизма, что снижает точность управления,
станком.

• Замкнутые системы работают по двум потокам инфор-
мации — задающей и информации обратной связи, содержащей дан-
ные о фактической скорости перемещения узлов, их положения и
другие сведения о протекании процесса обработки.

Наиболее сложной и точной системой числового управления стан-
ками является адаптивная, при которой процесс обработки
автоматически приспосабливается к изменяющимся условиям.
Такие системы часто называют самонастраивающимися, или само-
приспосабливающимися. В этих системах так же, как и в замкнутых,
используются два потока информации плюс еще один поток о воз-
можных изменениях, возникающих в процессе обработки; к числу
такой информации относятся износ инструмента, изменение сил ре-
зания, трения и т. д.

Устройство ЧПУ состоит из электронного блока и электрического
канала связи с механизмами управляемого станка. Оно имеет панель
управления, с которой осуществляются выбор режима управления,
корректировка и отладка программы, контроль и другие операции.
Устройство пульта зависит от системы программирования. В соответ-
ствии с международной классификацией системы ЧПУ по уровню
своих технических возможностей делятся на следующие классы:

NC — система с покадровым чтением программоносителя на про-
тяжении цикла обработки заготовки;

SNC — система с однократным чтением программоносителя
перед обработкой партии одинаковых заготовок;

CNC — система с встроенной мини-ЭВМ (в том числе и микропро-
цессором) ;

DNC — система прямого числового управления группами станков
от одной ЭВМ;

HNC — система с ручным набором данных на пульте управления.

В настоящее время наиболее широко распространены станки,
оснащенные системами ЧПУ классов NC и SNC с ограниченным
числом информационных каналов.

В системе NC после включения станка читается первый и второй
кадры программы. Затем станок начинает выполнять команды пер-
вого кадра, а информация второго остается в запоминающем уст-
ройстве. После выполнения команд первого кадра станок выполняет
команды второго кадра, а третий кадр в этот момент считывается и
запоминается и т. д. Недостатком такой системы является необходи-
мость для обработки каждой заготовки читать все кадры программы,

Рис. 4.15. Структурная схема системы ЧПУ класса CNC

что в условиях частых сбоев при считывании сможет привести к
браку продукции.

Система SNC отличается от предыдущей увеличенным объемом
памяти. В этой системе прочитываются и запоминаются все кадры
программы и информация считывается только один раз перед обра-
боткой партии заготовок. В результате резко снижается вероятность
сбоев, а следовательно, сокращается и брак. К числу систем классов
NC и SNC принадлежат отечественные устройства ЧПУ «Контур-
2ПТ» и Н-22, применяемые для токарных станков, НЗЗ — для фре-
зерных станков, «Размер 2М», ПЗЗ — для координатно-расточных

Рис. 4.16. Общий вид дисплейного
блока УЧПУ «Электроника НЦ-80»
(исполнение I):

1 — кассета внешней памяти, 2 — экран
дисплея, 3 — кнопки «меню», 4 — кноп-
ка режимов, 5 — цифровая клавиатура

станков.

Системы числового управления классов CNC, DNC и HNC с
встроенными мини- и микроЭВМ обладают большими возможнос-
тями, в частности в них сочетаются функции управления станком
и решение задач подготовки управляющих программ; они могут из-
менять и корректировать не только управляющие программы на изде-
лия, но и программы функционирования самих систем с учетом осо-
бенностей данного станка. На рис. 4.15 показана схема системы ЧПУ
класса CNC. С помощью такой си-
стемы можно в режиме диалога
редактировать программы и выводить
нужную информацию на экран дис-
плея. Устройства ЧПУ с мини-ЭВМ
«Электроника НЦ-31» («Электрони-
ка НЦ-80») (рис. 4.16) применяются
для управления различными метал-
лорежущими станками. На базе вы-
числительной машины «Электроника-
60» созданы устройства ЧПУ типа
2М43, 2С85, 2С42, 2Р22, 2Р32.

В функции систем класса DNC
входит управление от центральной
ЭВМ гибкой производственной си-
стемой, включающей автоматизиро-
ванный склад, транспорт, промыш-
ленные роботы и станки.

В системе ЧПУ класса HNC с ручным вводом программ в элек-
тронную память программа легко и быстро набирается с помощью
клавиш на пульте. В такой системе отсутствует ряд блоков, на-
пример вводное устройство передачи данных с перфоленты и др.,
что снижает ее стоимость по сравнению с системами класса CNC в
2—3 раза.

5.	ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

5.1.	ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ СТАНКОВ

Работа современного металлообрабатывающего оборудования, в
особенности станков с ЧПУ и гибких производственных систем на
базе ЭВМ немыслима без создания схем нового электрооборудования
со значительно улучшенными показателями.

В соответствии с Единой системой конструкторской документа-
ции схемы электрооборудования станков подразделяются на:
структурные, определяющие основные части электрооборудования,
их состав и взаимосвязь;

функциональные, разъясняющие определенные электрические
процессы, протекающие в отдельных узлах или во всем электрообо-
рудовании станка;

принципиальные, определяющие полный состав элементов и свя-
зей между ними и, как правило, дающие детальное представление о
принципах работы электрооборудования;

соединения (монтажные), показывающие, как и с помощью чего
соединяются составные части электрооборудования и элементы, а
также места их присоединения и ввода;

подключения, показывающие внешние электрические связи;

Рис. 5.1. Принципиальная электрическая схема силового электрообо-
рудования станка:

Ml — двигатель привода шпинделя, М2 — двигатель транспортера стружки,
М3 — двигатель насоса охлаждения, М4 — двигатель ускоренного переме-
щения, М5 — двигатель привода подач

расположения, определяющие относительное расположение сос-
тавных частей электрооборудования, а также проводов, жгутов и
кабелей.

Все электрические схемы выполняются без соблюдения масштаба
и действительного расположения отдельных элементов.

В состав основной технической документации станков чаще всего
включаются принципиальные электрические схемы и схемы располо-
жения электрооборудования.

На принципиальной схеме изображаются все элемен-
ты электрооборудования для осуществления и контроля заданных
процессов. Обычно силовые цепи размещают слева и выделяют жир-
ными линиями, а цепи управления — справа и выделяют более тон-
кими линиями. При составлении схемы полагают, что электрообору-
дование находится в отключенном положении. Элементы, входящие
в состав электрооборудования, показывают условно, и каждый из них
имеет свое позиционное обозначение, составленное из букв (напри-
мер, электродвигатель—М) и порядкового номера (Ml, М2,...).
Пример выполнения электрической принципиальной схемы силового
электрооборудования станка приведен на рис. 5.1.

На схемах расположения элементы и устройства,
относящиеся к электрооборудованию, изображаются в масштабе, а
соединительные провода и кабели — упрощенно одной линией.

Схемы расположения электрооборудования выполняются как для
станций и пультов управления, электрошкафов, так и для станков и
их отдельных механизмов. На рис. 5.2 показан пример выполнения
схемы расположения элементов* электрооборудования на панели
станции управления. На схе-

Рис. 5.2. Схема расположения элементов
электрооборудования на панели станции уп-

равления

ме указывают размеры пане-
ли, ориентировочные рас-
стояния между элементами,
их габаритные размеры, на-
значение которых объясня-
ется их позиционным обо-
значением.

Необходимо отметить,
что чтение схем современ-
ного электрооборудования
станков довольно затрудни-
тельно. Это связано с тем,
что в них наряду с тради-
ционными электромеханиче-
скими устройствами (элек-
тродвигателями. пускателя-
ми, контакторами, реле
и т. д.) имеются сложные
средства автоматики, вычи-
слительной техники и другая
микроэлектронная аппарату-
ра, содержащая в себе огро-
мное количество элементов.

Хотя электрооборудова-
ние различных групп станков
имеет много общего — элек-
троприводы, защита, блоки-
ровки, системы управления

и др., оно различается сво-

ими особенностями для разных станков, которые рассмотрены

ниже.

5.2.	ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
ТОКАРНЫХ СТАНКОВ И АВТОМАТОВ

В парке современного металлорежущего оборудования группа
токарных станков является самой значительной. Особенность стан-
ков этой группы заключается в главном вращательном движении об-
рабатываемых деталей и поступательном движении режущего инстру-
мента.
Наиболее универсальными и распространенными станками токар-
ной группы являются токарно-винторезные, служащие
для обработки деталей и изделий, ограниченных поверхностями вра-
щения.

Главный привод этих станков служит для передачи вращатель-
ного движения детали и для выполнения ряда операций (например,
нарезания правой или левой резьбы); он должен быть обязательно
реверсивным. Кроме того, он должен регулировать в заданном диа-
пазоне частоту вращения при плавном вращении шпинделя.

Всем перечисленным требованиям вполне удовлетворяет электро-
привод переменного тока с асинхронным двигателем. Примером стан-
ков с односкоростным асинхронным двигателем в приводе главного
движения является широко распространенный токарно-винторезный
станок 16К20. В этом станке привод подачи осуществляется с по-
мощью кинематических связей от главного привода, поэтому шпин-
дель является источником как главного движения, так и подачи.

В схему токарно-винторезного станка введены защитные блокиров-
ки для отключения электрооборудования при открывании дверей
электрошкафа и кожуха сменных шестерен коробки скоростей. Для
осмотра и выполнения наладочных работ под напряжением при
открытых дверях электрошкафа в нем установлен деблокирующий
переключатель. При выполнении работ с открытыми дверьми электро-
шкафа включается индикатор напряжения, который мигающим све-
том предупреждает о возможной опасности.

Оснащение станков 16К20 выносными системами программного
управления позволило создать на их базе токарные станки с ЧПУ —
станок 16К20ФЗ. Токарные станки с ЧПУ отличаются высокой сте-
пенью автоматизации, причем по программе отрабатывается не толь-
ко информация о размерах детали, но и различные технологические
команды, например: изменение частот вращения шпинделя, измене-
ние величин рабочих подач и вспомогательных перемещений, смены
инструмента, включение и отключение механизмов стружкоудаления,
охлаждения и др. Главный привод станков с ЧПУ остается либо
таким же, как и у станка 16К20, либо используется многоскоростной
асинхронный двигатель. В таких приводах значительно упрощается
коробка скоростей и уменьшаются габаритные размеры по сравнению
с приводом от односкоростного двигателя. С помощью электриче-
ского управления автоматически переключается скорость без оста-
новки движения; частота вращения шпинделя регулируется переклю-
чателем числа пар полюсов или с помощью электромагнитных
муфт.

В качестве главного привода станков с ЧПУ применяется также
и регулируемый привод постоянного тока. Для автоматического
перемещения режущего инструмента в соответствии с заданной про-
граммой станок с ЧПУ оснащен самостоятельным регулируемым
приводом подачи с высокомоментным двигателем постоянного тока
или шаговым электродвигателем. Помимо главного привода и приво-
дов подач в станке установлено несколько вспомогательных нерегу-
лируемых приводов, служащих для приведения в действие систем
смазки, охлаждения, зажима — разжима, поворота резцедержателя.
Они выполняются на базе асинхронных двигателей с короткозамкну-
тым ротором. С помощью таких двигателей резцедержатель с не-
сколькими режущими инструментами по заданной программе повора-
чивается и фиксируется в необходимой позиции, контролируемой
путевыми выключателями. Включение и отключение вспомогательных
электроприводов могут осуществляться либо с пульта управления,
либо системой ЧПУ в соответствии с заданной программой.

Рис. 5.3. Расположение основного электрооборудования на токарном
станке 16К20ФЗ:

1 — устройство ЧПУ, 2 — электрошкаф, 3,4 — пульты управления, 5 — гидро-
станция с электронасосом, 6 — место расположения двигателя главного при-
вода и автоматической коробки скоростей

Блокировочные устройства в электросхеме токарного станка с
ЧПУ не позволяют включать двигатели главного привода и резцедер-
жателя одновременно в прямом и обратном направлениях, запре-
щают одновременное включение нескольких электромагнитных
муфт при смене скоростей, ограничивают перемещение каретки и
суппорта в крайних положениях.

Общий вид станка с ЧПУ 16К20ФЗ и расположение электрообо-
рудования на нем приведены на рис. 5.3.

Оснащение токарного станка 16К20 устройством ЧПУ на базе
микроЭВМ «Электроника НЦ» позволило создать токарный станок с
оперативной системой управления — станок 16К20Т1. Системой
управления с помощью клавиатуры обеспечивается ввод, отладка и
редактирование программ непосредственно на станке. Программа
вводится оператором с чертежа, а ее выполнение контролируется
с помощью цифровой индикации на экране дисплея. Главное дви-
жение в станке 16К20Т1 осуществляется таким же приводом, что и
в станке 16К20ФЗ. При этом на валу установлены две электромаг-
нитные муфты, служащие для переключения в двух диапазонах ско-
ростей — по 12 частот вращения в каждом диапазоне. Приводами
подач в продольном и поперечном направлениях являются регули-
руемые приводы постоянного тока с оптическими датчиками поло-
жения в цепи обратной связи.

Особое место среди станков токарной группы занимают токар-
ные многошпиндельные автоматы и полуавто-
маты. Они обладают широкими технологическими возможностями.
В станках-автоматах автоматизированы и главные и вспомогательные
движения, связанные с обработкой деталей, загрузкой заготовок и
выгрузкой (транспортированием) обработанных изделий. Во многих
токарных автоматах полностью автоматизирован контроль готовых
изделий.

В станках-полуавтоматах автоматизированы только движения
технологического цикла обработки деталей. Электрооборудование
автоматов и полуавтоматов не только управляет включением и
отключением шпинделей, фиксацией стола, но и контролирует вы-
полнение этих команд. Основными* элементами управления являются
электромагниты включения и отключения шпинделей электропривода
главного движения. Для пуска шпинделей подается команда от
путевого выключателя, срабатывающего при установке стола в пря-
мое положение. При этом электромагнит включает шпиндели.

Отличием электрооборудования токарных многошпиндельных
автоматов от полуавтоматов является наличие автоматических загру-
зочных и разгрузочных устройств, оснащенных в большинстве слу-
чаев электроприводами переменного тока с асинхронными двига-
телями.

Все механизмы токарных автоматов, за исключением главного
привода, получают движение от кулачков распределительного вала.
За один его оборот происходит полный комплекс движений всех
механизмов автомата.

Электродвигатели токарных автоматов включаются магнитными
пускателями дистанционно с пультов управления станка. Коробка
передач токарного автомата состоит из набора электромагнитных
фрикционных муфт, включаемых либо вручную с пультов управления
станка, либо по заданной программе от программируемого контрол-
лера. На пультах управления станка расположены также элементы
ручного управления, выключатели, переключатели и кнопочные
станции.

Вводной выключатель, подающий напряжение на токарный авто-
мат, установлен в электрошкафу. В электрошкафу имеются также
вспомогательные элементы управления — трансформаторы для пита-
ния цепей управления, освещения и сигнализации. Сигнальные лам-
пы, установленные на сигнальной панели элекрошкафа и пультах,
информируют о подаче напряжения в цепи управления, включении
электромуфт вращения распределительного вала, об отсутствии смаз-
ки, давления в гидросистемах, о вращении двигателя транспортера
и т. д.

На приборной панели автомата расположены электроизмеритель-
ные приборы: амперметр, указывающий степень загрузки электро-
двигателя шпинделей, вольтметр для контроля напряжений на элек-
тромагнитных муфтах и электроимпульсный счетчик для отсчета
числа автоматических циклов работы станка. Так как счетчик при
наладочном вращении распределительного вала не включается, то по
его показаниям можно судить о количестве обработанных на станке
деталей.

5.3.	ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ

В зависимости от числа степеней свободы перемещений стола
различают консольно-фрезерные (три движения — продольное, по-
перечное и вертикальное), бесконсольно-фрезерные (два движения —
продольное и поперечное), продольно-фрезерные (одно движение —
продольное) и карусельно-фрезерные (одно движение — круговая
рабочая подача) станки. Все эти станки имеют одинаковый главный
привод, обеспечивающий вращательное движение шпинделя, и раз-
личные приводы подачи.

Главный привод фрезерных станков оснащается асинхронным
двигателем с короткозамкнутым ротором с автоматическими короб-
ками скоростей. Для получения высокой частоты вращения шпинделя
в фрезерных станках применяют регулируемый привод постоянного
тока. При этом необходимая частота вращения задается многопози-
ционными переключателями тиристорного преобразователя.

Приводы подач выполняются в простых станках непосредственно
от двигателя главного привода, в станках с ЧПУ в качестве приводов
применяют регулируемые приводы постоянного тока и приводы
с шаговыми двигателями. Рабочие скорости подач и установочные
перемещения столов, салазок и консолей фрезерных станков зада-
ются либо механически посредством переключения блоков зубчатых
колес, либо электрически изменением тока, питающего электродвига-
тель. Быстрое перемещение передается от электродвигателя, минуя
коробку подач.

На фрезерных станках устанавливают также вспомогательные
приводы с асинхронными двигателями для приведения в действие
конвейера уборки стружки, гидростанции, насосов охлаждения и
смазки, вентиляторов. Все асинхронные двигатели защищены от пе-
регрузок тепловыми реле, а их силовые цепи — от коротких замыка-
ний автоматическими выключателями и плавкими предохраните-
лями. Во фрезерных станках блокировочные устройства должны
создавать защиту главного привода и приводов подач. Главный при-
вод не должен включаться при отсутствии смазки, при незажатом ин-
струменте, при неоконченном переключении диапазонов скоростей;
приводы подач должны отключаться при повороте стола, зажатых
тормозах и незакрепленном режущем инструменте. Число управляе-
мых координат во фрезерных станках с ЧПУ, как правило, три, а
в станках, имеющих фрезерные поворотные головки и поворотные
столы, их может быть четыре или даже пять.

Устройство числового программного управления выдает команды
скоростей шпинделя, номера инструмента и целый ряд вспомогатель-
ных технологических команд. Нужный номер инструмента может на-
бираться с помощью электрических переключателей на пульте станка.
Для поиска номера инструмента используется схема совпадений,
собранная из контактов реле, срабатывающих от датчиков считы-
вающего устройства. По окончании поиска нужного инструмента
включаются электромагниты, с помощью которых происходит захват
ручки инструмента в шпинделе, вытягивание ненужного и фиксация
выбранного инструмента.

На пульте станка имеется лампа мигающей сигнализации, сви-
детельствующая о невозможности работы станка (нет давления гид-
равлики, температура масла выше нормы, не работает система смаз-
ки, нажаты конечные выключатели ограничения перемещения в лю-
бом направлении, перегреты электродвигатели приводов подач, нет
разрешения устройства ЧПУ на работу приводов).

Для получения сложной пространственной формы деталей широ-
ко применяют автоматизированные, фрезерные станки для объемной
обработки. Они созданы на базе копировально-фрезерных станков
и оснащены системами программного управления, позволившими
значительно повысить точность обработки изделий и производитель-
ность, а также расширить технологические возможности этих
станков.

Основу комплекса электрооборудования таких станков состав-
ляют следящие системы, с помощью которых инструмент может од-
новременно перемещаться по двум или трем координатам в зависимо-
сти от выбранного режима работы. В состав электрооборудования
входят главный привод (вращение фрезы), электроприводы подач и
вспомогательных узлов и механизмов, дополнительные устройства
автоматизации управления станком, системы сигнализации и защиты,
а также местное освещение станка.

В автоматизированных фрезерных станках в качестве привода
главного движения вращения фрезы могут применяться электропри-
воды как переменного, так и постоянного тока. В связи с тем что
при обработке изделий на этих станках режим работы главного
привода изменяется относительно редко, чаще применяют простые
и дешевые приводы переменного тока с асинхронными двигателями.
Частота вращения фрезы выбирается при этом коробкой скоростей
и переключением с помощью контакторов числа пар полюсов двига-
теля.

Характерной особенностью автоматизированных копировально-
фрезерных станков является возможность относительного перемеще-
ния фрезы и изделия по заданной программе. Программа задается с
помощью установленного на станок копира (модели) требуемого
профиля, а в станках с ЧПУ — с помощью программоносителя. По-
лученная информация о траектории движения поступает в блок уп-
равления слежением, формирующий сигналы управления приводами
подач по координатам перемещения. В результате управления дви-
гателями приводов подач фреза перемещается относительно изде-
лия в соответствии с заданной программой. Копировально-фрезерный
станок защищен от поломок закрепляемыми на нем микропереклю-
чателями, отключающими все подачи станка при нажатии на аварий-
ный стержень.

Величина периодической подачи в копировально-фрезерных стан-
ках задается специальными датчиками, соединенными с валом редук-
тора. Такие датчики при повороте его вращающейся части на один
оборот выдают определенное число импульсов синусоидальной фор-
мы, причем цена каждого импульса постоянна. Величина перемеще-
ний устанавливается переключателем на пульте станка и учитывается
его электросхемой как заданное число импульсов. Электронный
счетчик суммирует импульсы, поступающие от датчика периодиче-
ской подачи. При совпадении заданного и полученного числа импуль-
сов вырабатывается сигнал на остановку подвижного узла.

Копировально-фрезерные станки имеют комплекс вспомогатель-
ных приводов. В этих приводах используются асинхронные двигатели
с короткозамкнутым ротором. Пуск и останов этих двигателей осу-
ществляется с помощью соответствующих контакторов и блокировок.

Электрооборудование копировально-фрезерных станков распола-
гается на их механизмах и узлах, в шкафу управления и на фунда-
менте. В шкафу управления размещаются электронные узлы следя-
щих систем, электромагнитные реле, схемы управления, панели с
силовыми контактами, аппаратурой защиты и питания. Все машин-
ные агрегаты и насосные станции находятся на фундаменте станка.
Станки управляются с выносных или встроенных пультов.

Особенностью обработки изделий на копировально-фрезерных
станках является изменяющаяся ширина фрезерования, вследствие
чего фреза работает с переменной нагрузкой. Для защиты фрезы от
перегрузок во время работы такие станки оснащаются блоком огра-
ничения нагрузки. Этот блок вырабатывает сигнал, пропорциональ-
f ный активной мощности, потребляемой двигателем главного привода.
Сигнал поступает в схему управления приводами подач, в результате
чего при повышенных нагрузках уменьшается скорость движения
фрезы.

5.4.	ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
КООРДИНАТНО-РАСТОЧНЫХ СТАНКОВ

Необходимость обработки самых разнообразных деталей раз-
личными инструментами — цилиндрическими, концевыми и фасон-
ными фрезами, расточными резцами, зенкерами, развертками, свер-
лами — приводит к постепенному стиранию граней между станками
*фрезерной и расточной групп. Особенность координатно-расточных
станков заключается в точности расположения базовых поверхно-
стей и перемещений в заданных координатах. Так как на точность
станка заметное влияние могут оказать тепловые и вибрационные
факторы, его оборудование должно обладать улучшенными вибра-
ционными и шумовыми характеристиками. В прецизионных станках
вибрирующее электрооборудование по возможности вообще выно-
сится из корпуса станка. Для контроля перемещений рабочих орга-
нов станка применяют дорогостоящие высокоточные механические,
оптико-механические, оптические, оптико-электронные или электри-
ческие измерительные системы.

Высокая цена механических узлов станка для обработки дета-
лей оправдывает их оснащение сложными и дорогими регулируемыми
приводами подач, которые при высоком быстродействии должны со-
хранять постоянство скорости подачи стола и салазок при различных
скоростях шпинделя. В качестве главного привода координатно-рас-
точных станков чаще всего применяют электропривод переменного
тока с асинхронным двигателем и электромагнитными муфтами
включения. Для плавного ввода зубчатых колес коробки скоростей
в зацепление при переключении скоростей используют автоматичес-
кий проворот ведущих зубчатых колес, заключающийся в чере-
дующем реверсировании асинхронного двигателя. Точная остановка
шпинделя производится торможением двигателя путем включения
электромагнитных муфт. Приводы стола и салазок работают незави-
симо друг от друга, одновременно перемещаясь по двум координа-
там. Если стол и салазки зафиксированы зажимным устройством,
то до начала движения должен обязательно произойти их отжим.
Приводы подач могут задавать в координатно-расточных станках как
ускоренный, так и замедленный ход механизмов.

Для всех подвижных узлов станка, кроме радиального суппорта,
предусматривается режим быстрых перемещений, для чего исполь-
зуют реле, которое подает на преобразователь привода подач макси-
мальный задающий сигнал, не зависящий от положения рукоятки
задатчика скорости. Частота вращения двигателя при этом быстро
увеличивается до 3000 об/мин. В то же время для выполнения
доводочных операций на станке, для которых требуется управление
весьма малыми перемещениями подвижных механизмов, служат
специальные тахогенераторы, установленные на этих механизмах.
Напряжение с тахогенераторов используется в качестве задающего
сигнала, поступающего на преобразователь привода подачи. На-
правление и скорость доводочных перемещений определяются
направлением и частотой вращения ротора тахогенератора, при
этом ротор управляется вручную.

Для остановки поворотного станка в нужном положении (0, 90,
180 или 270°) применяют систему точного останова. При повороте
стола на выбранный угол в соответствии с четырехпозиционным
переключателем положения поочередно включаются путевые выклю-
чатели. Положение стола при этом фиксируется датчиком, сигнал
которого в нужное время поступает на вход привода подачи.

Как в приводах подачи, так и в главном электроприводе уста-
новлены элементы защиты и блокировки. Например, включение
подачи возможно только при вращении главного двигателя и исправ-
ности электромагнитной муфты вращения шпинделя. С помощью
реле автоматически отключается подача при остановке главного
привода, а при включенной подаче отключается система движения
поворотного стола. Крайние положения всех подвижных узлов ог-
раничиваются путевыми выключателями. В станках предусмотрена
также защита от случайного появления напряжения на выходе преоб-
разователя приводов при отсутствии сигналов на их входе. Для этого
на выходе преобразователей установлено реле, срабатывающее
при появлении напряжения, если узлы находятся в неподвижном
состоянии, и включающее расцепитель вводного автомата.

Для повышения производительности и точности станков, связан-
ных с ростом степени их автоматизации, увеличения частоты вра-
щения привода главного движения и скорости подач, координатно-
расточные станки дополнительно оснащают механизмами точного
отсчета перемещений и устройствами активного контроля.

5.5.	ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
ШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКОВ

Шлифовальные станки занимают особое место среди металлооб-
рабатывающих станков, что связано с высокой точностью обработки
деталей, в том числе и деталей из труднообрабатываемых материа-
лов. В зависимости от вида шлифования и формы обрабатываемой
поверхности шлифовальные станки подразделяются на плоскошлифо-
вальные, круглошлифовальные, безцентрошлифовальные, внутри-
шлифоваьные, а также специальные. Несмотря на столь большое
многообразие типов шлифовальных станков, для них характерно
следующее: они обладают простыми кинематическими цепями; часто
отдельные рабочие органы связаны механически между собой, в
результате чего заметно упрощается конструкция станка и электро-
привод максимально приближается к рабочему органу, что повышает,
в свою очередь, точность обработки; особенностью шлифовальных
станков является и высокая частота вращения привода главного
движения, а также возможность его автоматического и дистанцион-
ного управления и регулирования.

Двигатели постоянного тока в главном приводе шлифовальных
станков применяют редко, в основном в тяжелых станках с ЧПУ,
так как они имеют большие размеры, значительные вибрации, их
коллектор необходимо периодически зачищать, в результате чего они
намного быстрее выходят из строя. Поэтому главный привод совре-
менных шлифовальных станков выполняется либо от отдельного
двигателя, соединенного ременной передачей со шпинделем, либо от
встроенного непосредственно в шлифовальную бабку и соединенного
со шпинделем шлифовального круга. Электропривод с отдельным
асинхронным двигателем является наиболее простым и надежным.
Однако чтобы повысить частоту вращения шпинделя (свыше
3000 об/мин), необходимо применять сложные повышающие редук-
торы, заметно усложняющие привод и делающие его менее точным и
надежным.

Наиболее перспективным, экономичным и надежным главным
приводом шлифовальных станков является регулируемый электро-
Привод с электрошпинделем. Для преобразования частоты вращения
высокоскоростных электрошпинделей применяют электронные ста-
тические преобразователи частоты.

Общими недостатками электромашинных преобразователей явля-
ются сложность поддержания их выходного напряжения постоянным,
большая инерционность преобразования, повышенный уровень шума
и значительные габаритные размеры. Электронные статические пре-
образователи частоты, в состав которых не входят вращающиеся
машинные агрегаты, могут одновременно автоматически регулировать
амплитуду напряжения переменного тока и его частоту.

При использовании электрошпинделей возрастают вибрации стан-
ка, передаваемые от электродвигателя, а это, в свою очередь, сни-
жает точность обработки. Поэтому для привода прецизионных шли-
фовальных станков чаще применяют отдельные электродвигатели.

Вращение, продольное и поперечное перемещения изделий в шли-
фовальных станках осуществляются регулируемыми электроприво-
дами как переменного, так и постоянного тока. Все же вспомогатель-
ные механизмы (электронасосы охлаждающей жидкости и смазки,
гидронасосы, приспособления для шлифовки центров) приводятся в
движение асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором.

Особенностью плоскошлифовальных станков является использо-
вание в них электромагнитных плит и столов, предназначенных для
жесткой фиксации на них обрабатываемых деталей. Внутри сталь-
ного корпуса такой плиты расположены сердечники с катушками, по
которым пропускается электрический ток, и поперечные немагнит-
ные прокладки. Изделия, помещаемые на столе, притягиваются к
столу при протекании тока через катушки. Деталь закрепляется
только в том случае, если она перекрывает немагнитную прокладку,
т. е. располагается на двух разноименных полюсах. Для повышения
надежности электромагнитных плит в шлифовальных станках
используют плиты с постоянными магнитами, тем самым устраня-
ется срыв деталей со стола при внезапном отключении электро-
снабжения.

В шлифовальных станках установлены элементы блокировки и
защиты. Например, двигатель привода шлифовальной бабки не за-
пускается при отключенной муфте механизма вертикальной подачи,
а подъем каретки шлифовальной бабки ограничен своим путевым
выключателем. При аварийном отключении тока в цепи катушки маг-
нитной плиты срабатывает специальное реле, которое обесточивает
контактор двигателя гидроагрегата, и движение стола прекращается.

Важное место в шлифовальных станках занимает автоматизация
основных и вспомогательных операций, позволяющая проводить весь
цикл обработки без участия рабочего.

К электрическим средствам автоматизации шлифовальных стан-
ков относятся устройства правки шлифовального круга, контроля
смазки подшипников, контроля нагрузки электродвигателя, подсчета
готовых деталей, компенсации износа кругов и др. Например, как
только размер шлифуемой детали из-за износа круга выйдет за
пределы допустимого, в устройстве компенсации износа замыкаются
электрические контакты и автоподналадчик продвигает круг на
величину его износа.

В современных круглошлифовальных станках для сокращения
непроизводительных затрат на подвод шлифовального круга к детали
устанавливают специальные электрические устройства, с помощью
которых увеличивается скорость подвода круга к детали. В момент
соприкосновения шлифовального круга с деталью заметно увеличи-
вается нагрузка электродвигателя и соответственно его потребляе-
мый ток. При этом срабатывает токовое реле, подающее команду
на привод подачи.

Получение высокой точности обработки и качества поверхности
возможно только при наличии точного контроля размеров. Напри-
мер, в круглошлифовальных станках с ЧПУ измерительная система
должна контролировать диаметр детали с погрешностью до 10“5 м.

В шлифовальных станках с ЧПУ из-за большого количества тех-
нологической информации, содержащейся в программе, нецелесо-
образно применять перфоленту в качестве программоносителя. Взаи-
мосвязь между оператором и системой ЧПУ шлифовальных станков
в большинстве случаев осуществляется в диалоговом режиме с
помощью дисплеев. В некоторых случаях возможен дистанционный
ввод программ от собственной ЭВМ.

В настоящее время наметилась тенденция к созданию много-
целевых шлифовальных станков для обработки в патроне с одного
устднова внутренних и внешних поверхностей сложных заготовок.
Такие станки могут иметь несколько шпинделей и могут входить
в гибкие производственные системы. В этом случае станок обяза-
тельно должен быть снабжен автоматической сменой инструмента.

5.6.	ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ

Агрегатными станками называются станки, изготов-
ляемые из кинематически не связанных стандартных узлов. В отличие
от обработки деталей на универсальных станках, где операции ве-
дутся последовательно, на агрегатных станках совмещается одновре-
менное выполнение нескольких различных видов обработки: фрезе-
рование, сверление, развертывание, нарезание резьбы и т. п.

Особенностью агрегатных станков является то, что детали могут
обрабатываться за несколько переходов, причем поверхности обра-
ботки могут находиться в различных плоскостях. Агрегатные станки
компонуются по различным схемам. Они могут быть горизонталь-
ными, вертикальными, вертикально-горизонтальными, с круговым
движением.

Важнейшим узлом агрегатного станка является силовая головка,
предназначенная для вращения рабочих шпинделей и продольной
подачи инструмента. В зависимости от количества приводов разли-
чают самодействующие и несамодействующие силовые головки.
В первых имеется встроенный привод для вращательного движения
и движения подачи инструмента. У вторых имеется только привод
вращения шпинделей. В качестве приводов силовых головок обычно
используют гидро- и пневмопривод, хотя часто применяют и электро-
механические силовые головки. На рис. 5.4 представлена электро-
* механическая самодействующая силовая головка и ее электрообору-
дование. От главного электродвигателя Ml через вал и зубчатые
колеса движение передается шпиндельной коробке. С этого же вала
через червячную передачу движение передается на другой вал с
двумя электромагнитными муфтами 7 и 2, обеспечивающими раз-
личные скорости рабочей подачи с помощью ходового винта 5. При ра-
бочей подаче привод ходового винта затормаживается электромаг-
нитным тормозом 4. Головка может перемещаться и ускоренно, для
чего служит реверсивный двигатель М2,

Технологические возможности агрегатных станков значительно

Рис. 5.4. Электромеханическая самодействующая силовая головка:

а — схема, б — общий вид; Ml, М2 — электродвигатели, 1,2 — электромагнит-
ные муфты, 3 — ходовой винт, 4 — электромагнитный тормоз

расширяются с применением в них силовых одно- и многошпин-
дельных столов. Устанавливаемые на них бабки и коробки исполь-
зуются для фрезерных, расточных и сверлильных работ.

Электромеханический силовой стол (рис. 5.5) состоит из соб-
ственно силового стола 2 и электропривода подачи 7. Для управ-
ления движением стола служит блок упоров управления с контак-
тами и бесконтактными датчиками положения 5, располагаемыми
справа и слева от силового стола. Вращение винту перемещения сто-
ла передается от асинхронного электродвигателя через редуктор
привода подачи. Привод подачи имеет два электродвигателя, из
которых один (меньшей мощности) служит для рабочей подачи, а
другой — для ускоренных вспомогательных перемещений.
3	2

Рис. 5.5. Электромеханический силовой
стол:

1 — привод подачи, 2 — силовой стол, 5*—
блок упоров управления и датчики положения
стола

Для автоматического свер-
ления, зенкерования, растачи-
вания, развертывания, фрезеро-
вания в заготовках типа кор-
пусов, плит и панелей широко
используют многоцелевые агре-
гатные станки с ЧПУ. Эти
станки могут иметь от одной

до трех силовых головок, кото-
рые перемещаются от устрой-
ства ЧПУ по двум или трем

координатам. Устройство ЧПУ обеспечивает работу станка в пол-

ностью автоматическом режиме, в том числе управляет сменой
инструмента и выбором режимов резания. Для переналадки станка
на обработку различных заготовок заменяют управляющую про-
грамму, а иногда и приспособления для установки заготовок.

6.	ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩИХ
КОМПЛЕКСОВ

6.1.	ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ

Автоматической линией называется группа станков,
связанных транспортерами в единую систему и выполняющих после-
довательно весь процесс обработки деталей. Применение таких ли-
ний позволяет значительно повысить производительность труда, каче-
ство выпускаемой продукции, а также заметно снизить ее себестои-
мость. В состав автоматических линий в зависимости от их назначе-
ния входят технологические агрегаты, транспортные средства, кан-
тователи, накопители, фиксирующие и зажимные устройства, устрой-
ства загрузки и разгрузки деталей, системы контроля и сигнализации.

В качестве технологического оборудования широко применяют
универсальные металлорежущие станки общего применения, специа-
лизированные станки, а также силовые электромеханические и гид-
рофицированные агрегатные головки. Число входящих в линию стан-
ков может достигать 80—90. При этом значительно усложняется
управление автоматической линией.

В автоматических линиях обязательно четкое взаимодействие
всех механизмов в требуемой последовательности. Определенные
условия, при которых возможна работа как механизмов, так и всей
автоматической линии, создаются блокировочными устройствами.
Блокировочные устройства контролируют положение механизмов
станков.

Работа всех механизмов и агрегатов автоматической линии за-
висит от системы управления, которая задает последовательность
технологических циклов и режимов обработки. Как правило, в
электрооборудовании автоматических линий применяют те же элек-
тродвигатели, электрические аппараты и приборы, что и в металлоре-
жущих станках: асинхронные двигатели с короткозамкнутым
ротором, двигатели постоянного тока, магнитные пускатели, элек-
тромагниты и реле, путевые выключатели, кнопочные станции и т. д.

Электрические схемы оборудования автоматических линий выпол-
няют по тем же правилам, с такими же условными обозначениями,
что и схемы электрооборудования металлорежущих станков. Из-за
сложности этих схем для механизмов и аппаратов автоматических
линий установлены единые позиционные обозначения. Прочитав в
схеме позиционное обозначение механизма, можно легко определить
его назначение и место установки. С этой целью позиционные обо-
значения аппаратов, установленных на станках линии, имеют номер
станка. Если станок оснащен двумя головками — правой и левой,
то аппараты, установленные на левой головке, обозначаются нечет-
ными позициями, а на правой — четными.

Система управления линией включает в себя как централизо-
ванную систему, так и системы управления отдельными механизмами.
С помощью централизованной системы управления выбираются ре-
жимы работы линии, последовательность технологического цикла,
контролируется выполнение команд, наличие смазки, давление жид-
кости и другие операции.

Системы управления отдельными механизмами осуществляют
заданный цикл и требуемые технологические режимы обработки на
станках.

В зависимости от входящих в автоматическую линию станков и
транспортных средств различают автоматические линии с жесткими
и гибкими транспортными связями. Линии, в которых работа тран-
спортеров строго зависит от работы станков, т. е. существует чет-
кое взаимодействие всех входящих в состав линии механизмов в
определенной последовательности, являются линиями с жест-
кими транспортными связями. В отличие от них в
линиях с гибкими транспортными связями дета-
ли передаются от одного станка на другой транспортером, работа
которого не зависит от цикла работы станка.

По способу электрического управления работой автоматических
линий различают управление в функции пути, времени, нагрузки и
скорости. Наиболее рациональным и широко распространенным спо-
собом управления является управление в функции пути. При таком
управлении команда на последующее действие подается только тог-
да, когда завершится предыдущее, т. е. движение каждого механизма
определяется положением смежных механизмов. При управлении в
функции пути на станках автоматических линий применяют различ-
ные путевые выключатели и переключатели.

Управление в функции времени, нагрузки и скорости чаще при-
меняют для вспомогательных операций: зачистки без подачи ин-
струмента, зажима и разжима деталей, торможения механизмов
и др.

С помощью программируемых командоаппаратов, устанавливае-
мых в системах управления автоматическими линиями, можно
выделять командные позиции, обеспечивать жесткую последователь-
ность движений всех механизмов, выдавать команды и контролиро-
вать их выполнение. Однако такие командоаппараты могут вносить
в работу автоматической линии дополнительные собственные непо-
ладки, снижая тем самым ее надежность и безотказность. Поэтому
в автоматических линиях с жесткими связями применяют системы
управления как с командоаппаратами, так и без них. Обычно коман-
доаппараты используют при простых циклах работы.

Иногда в автоматических линиях с жесткими транспортными
связями управление проводится не централизованно от единого ко-
мандного органа, а с выделением автономного управления входящих
в линию станков. В этом случае каждый станок может полностью
выполнять определенную технологическую операцию в независимом
наладочном режиме. При автономном управлении возможно вмеша-
тельство оператора в работу отдельных агрегатов, что позволяет
значительно снизить простои оборудования, так как неисправный
или переналаживаемый станок может быть отключен без остановки
всей линии. Для отключения какого-либо агрегата служат в схеме
управления специальные кнопки, переключатели и блокировочные
устройства. К числу линий с автономным управлением относятся
автоматические линии, предназначенные для обработки тел вращения
(поршней, шестерен, валов и др.).

Действие всех механизмов линии обусловлено командами, по-
ступающими от станков к транспортным средствам и обратно. От
станков поступают команды о переключении станков на автоматиче-
ский режим, о нахождении механизмов в исходных положениях, об
окончании работы станков и др. Команды, получаемые станками от
транспортеров, свидетельствуют о режиме их работы, об окончании
цикла перемещения и т. д. Все команды выполняются с помощью
реле, контакты которых включаются в электрические цепи механиз-
мов автоматической линии. В необходимых случаях отдельные
станки с помощью переключателей могут быть отключены и будут
управляться кнопками, расположенными на пульте управления стан-
ка. Тем самым они не будут воздействрвать на работу других меха-
низмов и станков автоматической линии.

Отличительной особенностью автоматических линий с гибкими
транспортными связями является независимая работа станков и
транспортных устройств, которая может выполняться при наличии
межоперационного задела деталей. Работа станков в таких линиях
независима и разновременна. Обычно на каждой рабочей позиции
имеются управляемые устройства зажима и разжима деталей,
транспортер и накопитель. В качестве транспортных средств в линиях
с гибкими связями применяют наклонные лотки, вибрационные,
цепные и другие транспортеры, выполняющие кроме транспортиро-
вания функцию промежуточных накопителей. Электрические схемы
автоматических линий с гибкими связями содержат большое количе-
ство блокировок, связывающих их работу с работой станков, вспомо-
гательных и транспортных устройств. Для этого в схему станка вво-
дят контакты аппаратов, установленных на других агрегатах. В свою
очередь, каждый станок имеет реле, выдающие команды на другое
оборудование (транспортеры, накопители и т. д.).
Технологический процесс обработки деталей на автоматических
линиях невозможен без значительного числа контрольных операций.
К ним относится контроль: . размеров и допустимых отклонений,
наличия или отсутствия деталей, состояния режущего инструмента,
положения механизмов линии, возможных неисправностей и т. д.
В зависимости от выполняемых функций электрический контроль
делится на оперативный, технологический и схемный.

К оперативному контролю относится контроль: ис-
ходных положений механизмов, начала и конца цикла обработки,
постоянно включенных электродвигателей, фиксации и расфиксации
деталей на позициях, наличия давления в гидро- и пневмосистемах.

Технологический контроль включает в себя конт-
роль размеров обрабатываемых деталей, поломки или износа инстру-
мента. Выходные цепи устройств технологического контроля выдают
команды на останов или переключение отдельных агрегатов или всей
линии.

Схемный контроль позволяет выявлять возможные не-
исправности и повреждения электрических цепей. К нему относится
контроль наличия напряжения, повреждения изоляции, неправиль-
ности срабатывания контактных и других электрических аппаратов.

Оперативный, технологический и схемный контроль проводится
различными приборами и устройствами.

При оперативном контроле наличие деталей на исходных пози-
циях автоматической линии определяется контактными и бескон-
тактными преобразователями. С помощью различных фотореле воз-
можно контролировать не только наличие и отсутствие деталей, но и
производить их подсчет. Путевыми выключателями и переключате-
лями контролируют исходное положение и работу механизмов, фик-
сируют крайние положения подвижных узлов, необходимые для
управления в функции пути.

Выполнение заданного цикла обработки осуществляется с по-
мощью реле, которое ставится на самопитание и тем самым запоми-
нает, что механизм находится в крайнем положении, т. е. проведен
полный цикл обработки. При этом выдается команда на разрешение
следующего цикла. Реле контроля цикла включается, в свою оче-
редь, при срабатывании командных аппаратов, выдающих управляю-
щий сигнал после окончания последней операции цикла. В качестве
командных аппаратов для контроля положения механизмов также
применяют конечные выключатели. Реле давления и максимального
тока служат для контроля работы ключей зажима и разжима де-
талей.

К технологическому контролю относится активный контроль раз-
меров деталей. Применение средств активного контроля позволяет
без увеличения количества оборудования и производственной пло-
щади увеличить производительность труда и повысить точность обра-
ботки деталей на линиях. Средства активного контроля разделяются
на две группы: визуальные и автоматические.

При использовании визуальных средств оператор по показаниям
сигнальных ламп и шкал отсчетных приборов выполняет необходи-
мне операции по управлению линией: изменяет режимы, прекращает
обработку и т. д.

Автоматические средства при достижении определенных размеров
сами выдают в цепи управления соответствующие команды.

Большой объем технологических операций, совершаемых в авто-
матических линиях, определяет значительное число режущих ин-
струментов. Поломка режущего инструмента может привести к браку
всей партии обрабатываемых деталей. Оператор не в состоянии сле-
дить за всеми инструментами, поэтому в автоматических линиях
эту работу выполняют электрические устройства контроля состоя-
ния режущего инструмента. Эти устройства дают возможность
проверять целостность и местонахождение поломки.

Все контролирующие устройства выдают необходимую информа-
цию в систему управления и одновременно подключают различные
устройства сигнализации. Поэтому контроль и сигнализация пред-
ставляют собой единую систему, следящую за состоянием узлов и
агрегатов автоматической линии.

Выбор сигнализации зависит от особенностей линии, от числа
механизмов, входящих в нее, и сложности взаимосвязи между
этими механизмами. По назначению электрическую сигнализацию
подразделяют на аварийную, оповещаемую и поисковую.

Аварийная сигнализация служит для контроля ава-
рийных состояний, при возникновении которых автоматически вы-
ключаются соответствущие элементы схемы. При этом обычно вклю-
чается сигнальная, чаще всего с мигающим светом лампа.

Для контроля исходного положения и работы механизмов служит
оповещающая световая сигнализация, совмещен-
>ная с мнемонической схемой, представляющей собой упрощенный
контур автоматической линии, отражающий только входящие в ее
состав механизмы и место их установки с помощью отдельных мне-
монических символов. При неисправности какого-либо механизма
зажигается аварийная лампа на этой схеме.

В сложных автоматических линиях, где имеется возможность
продолжения цикла при любом промежуточном состоянии ее меха-
низмов, применяется световая сигнализация, совмещенная с развер-
нутой циклограммой линии — диаграммой, отражающей все переме-
щения транспортных и силовых механизмов автоматической линии.
В этом случае циклограмма работы механизмов располагается на
панели центрального пульта управления. Сигнальные лампы загора-
ются только в том случае, если выполнены все движения и поданы
все необходимые команды. Это дает возможность оператору опре-
делять место повреждения.

На пульте управления располагаются также сигнальные лампы
смены инструмента, смазки, наличия давления в гидросистемах и
аварийного состояния.

Электрооборудование автоматических линий содержит огромное
количество электрических аппаратов, в том числе и релейно-кон-
тактных. При выходе их из строя значительное время тратится не
на их замену, а на поиск в них неисправности. Для облегчения
поиска возможных неисправностей и сокращения времени простоя
применяют поисковую сигнализацию. При наличии не-
исправности искателем повреждений замыкаются контакты, подсое-
диненные к соответствующим контактам электрических аппаратов, и
в месте обнаружения источника неисправности сигнальная лампа
включится на полное напряжение.

В автоматических линиях длина электрических проводов дости-
гает нескольких километров. Нарушение их изоляции приводит к
замыканиям, нарушающим нормальную работу, а в некоторых слу-
чаях к аварийному состоянию линии. Качество и нарушение изоля-
ции контролируются лишь при профилактическом осмотре оборудо-
вания. Эта проверка трудоемка и ведется нерегулярно, поэтому
опасность замыканий остается.

Для облегчения поиска места замыкания на «землю» электриче-
ская схема управления делится на секции, подключаемые к сети
через собственные автоматические выключатели, которые служат для
защиты цепей управления от перегрузок и коротких замыканий.

Для предотвращения выхода из строя электрооборудования и
снижения времени простоев применяют устройства защиты. Они не
должны срабатывать при всплесках тока в переходных режимах
(включение, выключение, торможение и т. д.). Ложные срабатыва-
ния приводят к неоправданному простою механизмов.

Аппаратами защиты силовых цепей автоматических линий слу-
жат автоматы и тепловые реле. Последние находят более широкое
применение вследствие своей простоты и дешевизны. Однако они
нуждаются в дополнительной защите от коротких замыканий. Для
защиты от токов коротких замыканий используют плавкие предо-
хранители и автоматические выключатели (автоматы). Автоматиче-
ские выключатели имеют целый ряд преимуществ, связанных с ма-
лым временем повторного включения и возможностью защиты как
от токов короткого замыкания, так и от перегрузок, в результате
чего отпадает необходимость в использовании тепловых реле. Иногда
цепи нескольких двигателей защищают с помощью одного аппарата.

Для предотвращения самоходов при исчезновении и повторном
появлении напряжения питания в электрических схемах управления
применяют нулевую защиту. Для этого в исходном положении меха-
низмов устанавливают реле нулевой защиты, которое при исчезно-
вении напряжения отключается и включается лишь при нахождении
механизмов в исходных положениях. Эти реле своими контактами
подготавливают цепи к автоматической работе. При срабатывании
аппаратов нулевой защиты электропривод сразу же отключается
от сети. Остановка главного привода станка во время резания может
привести к браку и поломке самого станка. Причем стоимость вы-
шедших из строя изделий и инструмента может значительно пре-
вышать стоимость электродвигателя привода. Система защиты стро-
ится так, что при срабатывании аппаратов защиты от перегрузки
двигателя подается световой сигнал, а двигатель должен продолжать
работать до окончания обработки детали и отвода подвижного узла
в исходное положение.
6.2.	ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
ГИБКИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ

Сокращение сроков освоения новой продукции при условии сохра-
нения высокой производительности достигается при устройстве гиб-
ких автоматизированных линий, в состав которых входят специа-
лизированные и специальные станки с ЧПУ, транспортно-загрузоч-
ные устройства и управляющая вычислительная система. Эти линии
являются одним из видов гибких производственных систем (ГПС).
Гибкие автоматизированные линии в отличие от обычных автомати-
ческих линий могут довольно быстро переналаживаться на обра-
ботку новых деталей, так как они оснащены программируемыми
рабочими органами и главным образом станками с ЧПУ.

В состав ГПС помимо станков с ЧПУ, промышленных роботов и
транспортных систем входят накопители заготовок и инструмента,
устройства загрузки — выгрузки изделий, устройства замены техно-
логической оснастки, удаления отходов, автоматического контроля
и диагностирования, управляемые с помощью центральной и пери-
ферийных ЭВМ.

Типовой ячейкой ГПС является гибкий производствен-
ный модуль (ГПМ), построенный на базе основного технологи-
ческого оборудования с программным управлением, включая про-
мышленные роботы, а также автоматизированную систему управле-
ния технологическими процессами. Гибкие модули обладают большой
автономией и легко встраиваются в различные гибкие производствен-
ные системы и автоматизированные линии. Устройства управления
ГПМ должны хранить программы, осуществлять контроль за ис-
пользованием и качеством инструмента, а также контрольно-изме-
рительные операции.

Схема управления гибкой производственной системой имеет верх-
ний и нижний уровни управления. Верхний уровень, состоящий из
серийных ЭВМ, служит для подготовки, контроля, хранения управ-
ляющих программ, формирования сопроводительных документов, а
также учета и централизованного управления (центральная ЭВМ).
Нижний уровень управления связан непосредственно со станками,
роботами и транспортными системами. Заготовки, детали, инстру-
мент и технологическая оснастка в ГПС хранятся на автоматизиро-
ванных складах. Автоматизированный склад представляет собой
многорядную и многоярусную конструкцию, размеры ячеек которой
соответствуют размерам приспособлений-спутников, в которых уста-
новлены детали. В нижнем ярусе склад имеет роликовые конвейеры,
на которые с помощью штабелеров, снабженных механизмами пере-
мещения вдоль стеллажей, устанавливаются или снимаются приспо-
собления-спутники с деталями. Подъемные конвейеры служат для
перемещения деталей на верхние ярусы. В основном используют
привод конвейеров с асинхронным двигателем.

При работе в автоматическом режиме механизмы перемещения и
подъема имеют числовое управление, а механизм управления шта-
белеров — цикловое. Система управления штабелером содержит блок
управления, датчики положения (путевые выключатели и переклю-
чатели) и устройство задания адреса, которое может быть клавиш-
ным или дисплейным. Так как число ячеек хранения, как правило,
значительное, то система управления нуждается в средствах хране-
ния информации о размещении деталей и наличии свободных ячеек.
Управлять автоматизированным складом вручную практически не-
возможно — для этой цели используют ЭВМ.

Существенное значение для рациональной организации эксплуата-
ции ГПС, состоящей из станков с ЧПУ, имеет автоматизация конт-
рольно-измерительных и регулировочных операций до начала, во
время и после обработки. Такой контроль способствует бесперебой-
ной работе оборудования, предотвращению или резкому снижению
брака и высокому качеству готовой продукции. Для контроля при-
меняют специальные стационарные и переносные устройства с кон-
тактными механическими, оптическими, электрическими, индукцион-
ными и другими датчиками, связанными с системой ЧПУ и способ-
ными в случае необходимости корректировать положение режущего
инструмента. Для измерения размеров точных деталей вне станка
широко используют координатно-измерительные машины, входящие
в комплект ГПС и управляемые от центральной ЭВМ. На точность
изготовляемых деталей большое влияние оказывает состояние режу-
щего инструмента, контролируемое различными способами, в том
числе и электрическими. Так, например, во время обработки пара-
метры процесса резания, зависящие от износа инструмента, могут
контролироваться по изменению силы тока, питающего электродви-
гатель, или мощности привода главного движения. Автоматическое
измерение размеров инструмента, а также определение его поломки
осуществляют специальные датчики, как и в автоматических линиях.

В состав станков, роботов и другого оборудования ГПС входят
системы автоматического диагностирования их технического состоя-
ния, в результате чего предотвращаются или сокращаются их про-
стои из-за неисправностей. Для диагностирования используют спе-
циальные датчики или датчики систем управления. Информация,
полученная с этих датчиков, обрабатывается либо специальной, либо
центральной ЭВМ. В случае выявления несоответствия контроли-
руемых параметров по заданной программе проводится анализ,
выявляются причины и принимаются необходимые решения. Авто-
матическая система диагностирования особенно важна для ГПС,
работающей в режиме ограниченного вмешательства персонала —
наиболее перспективного в будущем пргоизводства.

В качестве примера такого- производства на рис. 6.1 приведено
схематичное изображение цеха-автомата и расположение его основ-
ного электрооборудования.
1

Рис 6.1. Расположение электрооборудования в цехе-автомате (ГПС).

1 - автоматизированный склад, 2 - электропривод крана-штабелера, 3 - электропривод кон-
вейера, 4 — электрифицированная тележка
; 6.3. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ТРАНСПОРТНЫХ,
ЗАГРУЗОЧНО-РАЗГРУЗОЧНЫХ УСТРОЙСТВ
И ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ

К электрооборудованию транспортных устройств автоматических
линий предъявляется ряд требований, связанных с тем, что движение
транспортных средств должно блокироваться по положению смеж-
ных механизмов; транспортеры, на которых не происходит обработка
деталей, должны получать команду на движение от наличия детали
в начале обработки и на остановку при снятии ее с транспортера в
конце движения; они должны иметь независимые ввод питания
электроэнергией и собственный привод; для исключения возмож-
ного заклинивания деталей в механизмах транспортных устройств
должен обеспечиваться реверс их привода.

Транспортные устройства приводятся в действие от индивидуаль-
ных гидравлических или электрических приводов. С помощью гид-
равлического привода достигается высокая плавность движения и
точность остановки детали в конце пути. Электрический привод
хотя и не обладает такой плавностью, но он более дешевый и про-
стой в эксплуатации и поэтому находит весьма широкое применение.
Особенностями электроприводов транспортных устройств автоматиче-
ских линий являются продолжительная работа, относительно ред-
кие пуски, редкое изменение направления вращения, связь между
отдельными приводами и их взаимная блокировка. В качестве дви-
гателей в этих приводах используют в основном асинхронные дви-
гатели с фазным или короткозамкнутым ротором.

В автоматических линиях с гибкими связями, где станки или
участки станков работают самостоятельно, в качестве транспортных
средств применяют подъемники, наклонные лотки, цепные и вибро-
транспортеры. В цепных транспортерах перемещение осуществляется
движением цепи с укрепленными на ней «собачками». Такие тран-
спортеры оснащаются электрическим приводом с асинхронным
двигателем.

Изделия в зону обработки и от станка к станку часто подаются
вибролотками и вибротранспортерами. Их привод представляет со-
бой электромагнитный вибратор, состоящий из магнита и якоря,
величина зазора между которыми определяет скорость транспорти-
рования. Работа этих транспортных средств не зависит от положе-
ния соседних агрегатов. Пуск и останов в данном случае осуще-
ствляются только от наличия деталей на загрузочной позиции. Авто-
номное управление транспортеров в автоматических линиях с гиб-
кими связями значительно упрощает их обслуживание, улучшает
технику безопасности, уменьшает количество блокировок.

Для подачи изделий типа колец, фланцев и т. д. в ориентирован-
ном положении применяют элеваторные бункера. В них совмещены
функции загрузки и транспортирования по вертикали, что позволяет
обходиться без дополнительных подъемников. Привод транспортера
в данном случае электрический, управляемый командами от системы
управления автоматической линии.
Для изменения положения деталей в пространстве с целью даль-
нейшей обработки их плоскостей служат поворотные устройства:
поворотные столы для перемещения деталей по вертикальной оси и
поворотные барабаны (кантователи) для поворота деталей по гори-
зонтальной оси. Привод этих устройств осуществляется чаще всего
от гидроцилиндров, управляемых электромагнитами, включаемыми и
отключаемыми по командам от систем управления автоматической
линии. Механические средства поворота и ориентирования деталей
не всегда производительны, особенно для деталей сложной формы.
В этом случае находит применение бесконтактное ориентирование
магнитным или электрическим полем. Под воздействием этих полей
металлические детали, уложенные в таре,, разворачиваются вдоль
силовых линий поля.

Некоторый межоперационный задел между участками и станками
создается в наклонных склизах. При остановке станка склиз может
заполниться до отказа, что приведет к его поломке. В этом случае
необходимо автоматически остановить предыдущий станок. Для
этого используют низковольтные контакты, замыкаемые изделиями.

Для осуществления технологического процесса в гибких произ-
водственных системах в автоматическом и автоматизированном ре-
жиме также применяют транспорт, функционально связанный с ос-
новным оборудованием. Он служит для перемещения заготовок,
обработанных изделий, инструмента, сменных агрегатов, узлов и др.
В состав транспортной системы ГПС могут входить и устройства для
подачи охлаждающих жидкостей, сбора и удаления стружки. В каче-
стве транспорта при этом широко применяют перечисленные выше
устройства.

Особенностью транспортной системы ГПС являются электриче-
ские самоходные тележки, предназначенные для перемещения гру-
зов от складов к станкам и обратно, а также между станками согла-
сно технологическому процессу обработки. Достоинством таких
управляемых тележек является простота трасс, повышающая гиб-
кость производства, и освобождение производственных площадей от
стационарных транспортных средств, что значительно облегчает до-
ступ к оборудованию. В состав самоходной электрифицированной
тележки (рис. 6.2) входит платформа с приводами постоянного тока,
направляющие устройства, система слежения за движением по задан-
ному маршруту, устройство путевого контроля, пульт управления,
системы связи с ЭВМ и сигнализации, аккумуляторные батареи.
Иногда тележки комплектуются промышленными роботами, служа-
щими для захвата и укладки деталей. Такие тележки называют
электроробокарами. Электропитание тележек, в том числе
и питание приводов постоянного тока, осуществляется от аккуму-
ляторных батарей, которые рассчитаны на 10—15 ч непрерывной
работы и при необходимости могут автоматически подзаряжаться.
Маршрут перемещения тележек задается системой наведения —
индукционной или оптической.

В индукционной системе маршрут определяется
замкнутым проводником, заложенным в пазах пола. По проводнику
пропускают ток низкой частоты, в результате вокруг него создается
магнитное поле, пронизывающее катушки индуктивности, располо-
женные на дне тележки. Электронное устройство рулевого управле-
ния сравнивает напряженность магнитного поля двух симметричных
катушек. При наличии сигнала рассогласования (отклонения от
маршрута) вырабатывается командный сигнал, управляющий элек-
троприводом ручного управления, и направление тележки изменяется.

В оптической системе наведения маршрут прокладыва-
ется с помощью светоотражающих полос фольги, наклеенных на по-

верхность пола. Снизу те-
лежки устанавливается ос-
ветитель, освещающий
фольгу, и два фотоприем-
ника, на которые попадает
отраженный от фольги
свет. Сигнал с фотоприем-
ников служит для управле-
ния приводного двигателя.
В настоящее время ведут-
ся работы по созданию
тележек без укладки про-
водников и наклейки фоль-
ги на пол. В этом случае
тележка будет управлять-
ся с помощью радиоволн
или лазерного луча.

Для остановки тележ-
ки и регулирования ее
движения в местах раз-

Рис. 6.2. Электрифицированная тележка:

1 — место расположения приводного электродвигате-
ля, 2 — аппаратура управления и сигнализации, 3 —
пульт, 4 — шкаф аккумуляторных батарей

ветвления или при появле-
нии неожиданных препят-
ствий устанавливают фо-
тоэлектрические датчики и
электрические блокировки.
Связь тележек с цент-

ральной системой управления осуществляется либо по радио, либо
также с помощью фотоэлектрических устройств. Тележка может ра-
ботать в автономном режиме, если оператор набирает на пульте

программу перемещения и остановок тележки.

Загрузка и разгрузка технологического оборудования среди
вспомогательных операций занимают важное место, поскольку
автоматизация этих операций во многом определяет возможность
полной автоматизации всего процесса обработки деталей на автома-
тические линии. Загрузочно-разгрузочные устройства ориентируют и
перемещают заготовки, устанавливают их для обработки и выгружают
после окончания операции, освобождая рабочего от утомительного,

монотонного и непроизводительного труда.

Загрузочно-разгрузочные устройства, применяемые в автоматиче-
ских линиях, бывают как встроенного, так и автономного испол-
нения. Загрузочно-разгрузочные устройства встроенного исполнения
обладают хорошей повторяемостью действий. Кроме того, они не за-
нимают площадь у станка. Загрузочно-разгрузочные устройства
общего назначения не имеют ограниченной связи с каким-либо
определенным станком. Каждое из устройств может быть пристроено
к любому станку и выполнять функции не только загрузки и раз-
грузки, но и транспортирования. Автономные устройства снабжа-
ются индивидуальным, чаще всего электрическим приводом. Для
удобства переналадки станков загрузочно-разгрузочные устройства
делают отодвижными, откиднымц или поворотными. Автоматизации
поддаются следующие операции загрузки и разгрузки: захватывание
детали и транспортирование в зону обработки, установка ее в меха-
низм и закрепление, открепление изделия, его снятие и транспорти-
рование из зоны обработки.

По способу сосредоточения запаса деталей в емкости загрузочно-
разгрузочные устройства делятся на магазинные, штабельные и бун-
керные. При использовании магазинных и штабельных устройств
изделия сосредотачиваются в ориентированном, а бункерных —
в неориентированном виде, навалом. Загрузочное устройство обычно
содержит емкость, захват, накопитель, отсекатель, питатель, сбра-
сыватель и привод (чаще всего электрический).

более сложными загрузочно-разгрузочными устройствами явля-
ются автооператоры, либо встраиваемые в станки, либо выполненные
в виде автономных механизмов.

Автооператоры предназначены для штучных заготовок; они осу-
ществляют подачу ориентированных заготовок из накопителя на
загрузочную позицию и их фиксацию. В отличие от бункеров и
магазинов автооператоры не только загружают станок заготовками,
но и удаляют их после обработки.

Наибольший экономический эффект принадлежит различным
промышленным манипуляторам и роботам, позволяющим значитель-
но уменьшить время на операции загрузки-разгрузки и тем самым
увеличить объем выпуска продукции.

Большее количество степеней свободы имеют манипуляторы,
которые оснащаются различными системами программного управле-
ния. По признаку несущего грузоподъемного органа манипуляторы
делятся на мостовые — портальные, консольные и стреловые. Траек-
тория движения захватов и их режим меняются в соответствии с
заданной программой. Конструкция захватов, в свою очередь, опре-
деляется формой захватываемых изделий.

Применение промышленных роботов позволяет решить вопрос
развития комплексной автоматизации производства и быстрой его
переналадки. Промышленные роботы — автоматические
машины, представляющие собой совокупность манипулятора и про-
граммируемого устройства управления. В составе гибких производ-
ственных модулей и систем промышленные роботы осуществляют
различные погрузочно-разгрузочные, транспортно-складские работы,
контрольно-измерительные операции. Двигательные функции робота
выполняет исполнительное устройство, в которое входит манипуля-
тор и устройство передвижения. Манипулятор содержит приводы,
исполнительные и передаточные механизмы, причем каждая степень
подвижности имеет свой приводной двигатель.

Промышленные роботы оснащаются электрическими, пневмати-
ческими и гидравлическими приводами. Чаще это приводы постоян-
ного тока или шаговые электроприводы. Электроприводы промыш-
ленных роботов должны обеспечивать постоянную частоту вращения
двигателя при изменении нагрузки, поддерживать постоянный мо-
мент на его валу, способствовать снижению времени регулирования и
получению высоких точностей отработки. Обычно промышленные
роботы оснащаются

комплектными электро-
приводами с электро-
магнитными тормозами
для фиксации положе-
ния их валов при слу-
чайных перерывах в
электроснабжении. Об-
щий вид промышленно-
го робота с электриче-
ским приводом приведен
на рис. 6.3.

Рис. 6.3. Промышленный робот с электрическим	Рис. 6.4. Захватные устрой-

приводом и электромагнитными захватами	ства с электромеханическим

приводом:

1 — губки хвата, 2 — передача
винт — гайка. 3 — зубчатая пе-
редача

Роботы, обслуживающие группу станков, оснащены широкодиа-
пазонными захватными устройствами. Наиболее распространены
механические захватные устройства с пневмо- и гидроприводами.
Значительно реже применяют захватные устройства с электроме-
ханическим приводом (рис. 6.4), содержащим электродвигатель,
зубчатую передачу и передачу винт — гайка, а также магнитные
захватные устройства с постоянными магнитами или элекромаг-
нитами. Они обладают высоким быстродействием и точностью
позиционирования, однако пригодны только для намагничивающихся
деталей (рис. 6.5).

Для формирования и выдачи управляющих команд исполнитель-
ному устройству робота в соответствии с заданной программой слу-
жит устройство управления. В его состав входят пульт управления,
запоминающее устройство, вычислительное устройство и блок управ-

ления приводами.

Промышленные роботы имеют программное (цикловое или чис-
ловое) или адаптивное (самонастраивающиеся роботы) управление.

Сбор и передача в устройство управления данных о состоянии
окружающей среды и функционировании механизмов проводится
информационной системой, состоящей из датчиков обратной связи

Рис. 6.5. Магнитное захватное устрой-
ство с постоянными магнитами

различного назначения. Рука мани-
пулятора снабжена датчиками по-
ложения, перемещения, ориента-
ции захвата, усилия, скорости и
ускорения отдельных звеньев.

Для сбора информации о поло-
жении и перемещении звеньев ро-
бота применяют различные первич-
ные преобразователи: механичес-
кие, реостатные, тензорезисторные,
индукционные, пьезоэлектриче-
ские, оптические, ультразвуковые

и др. Конечное положение под-
вижных звеньев, не требующих
наличия обратной связи на привод,

может фиксироваться с помощью
механических стопоров или путевых выключателей. В процессе
сбора информации о положении руки промышленного робота и
объекта заметную роль играет «осязание». Чувствительный осяза-
тельный элемент представляет собой матрицу графитовых ячеек,
расположенных на эластичной подложке, так как графит обладает
свойствами изменять свое сопротивление от величины приложенного
давления. Ячейки объединяются сетью проводников таким образом,
что давление каждой отдельной ячейки может быть измерено.

Для расширения зоны осязательного восприятия робот может
быть снабжен раздвижными зондами с вертикальной, горизонталь-
ной и осевой чувствительностью. Определение положения предмета
на «руке» робота проводится с помощью датчиков напряжений и
массы. На внутренней стороне «руки» размещается до 30, на внеш-
ней — 10—12 групп датчиков. Датчики массы устанавливаются на
запястье «руки» робота.

Отклонение захвата от вертикали во взаимно перпендикулярных
направлениях может фиксироваться с помощью пьезо- и тензодат-
чиков, однако эти чувствительные элементы обладают рядом недо-
статков: слишком большой жесткостью, недостаточной чувствитель-
ностью и значительной постоянной времени. С целью устранения

указанных недостатков при измерении сил и приводимых к силе
параметров может быть использован способ преобразования, заклю-
чающийся в том, что на чувствительные места механизма робота
наносится силоизмерительный датчик, который представляет собой
слой пластмассы определенной толщины. Сопротивление этого слоя,
измеряемое двумя заделанными в толщину материала контактами,
изменяется в зависимости от приложенной к датчику силы, причем
это изменение считывается электронным опросным устройством и
преобразуется в цифровую форму.

Важным достоинством датчиков осязания является возможность
определения твердости предметов, что необходимо при захвате
хрупких объектов. Для контроля проскальзывания на «пальцах» раз-
мещаются выключатель, полупроводниковый датчик давления и дат-
чик обнаружения скольжения. Выходное напряжение датчика разби-
вается на несколько ступеней, при этом в начале «пальцы» робота
сдавливают предмет с силой, соответствующей низшей ступени,
затем при появлении сигнала проскальзывания сдавливающая сила
увеличивается на следующую ступень, и так далее до прекращения
сигнала проскальзывания.

«Пальцы» робота, оборудованные датчиками осязания, могут
хорошо удерживать предмет. При загрузке предмет удерживается
после того, как будет определена сдавливающая сила, т. е. важным
условием является плотное соприкосновение датчика давления с
предметами.

Управление поиском деталей может осуществляться методом
непрерывного обнаружения с помощью пневмо-, светолокационных и
ультразвуковых датчиков близости. При этом удается повысить
точность поиска и сократить его время.

Светолокационные датчики предназначаются для сигнализации
приближения захвата к предмету на расстояние 2—3 см. Кроме
того, для получения информации о наличии предмета внутри захвата
на внутренней поверхности «пальцев» размещаются фотодатчики,
просвечивающие межпальцевые пространства.

Ультразвуковые датчики наряду с простыми функциями
сигнализации о приближении к предмету дают возможность следить
за перемещающимся объектом. Принцип работы ультразвуковых
датчиков также заключается в локации пространства вблизи захвата.
Датчик контролирует время между посылкой и приемом ультра-
звукового импульса. Их диапазон измерения расстояний довольно
велик — от 10 до 300 мм.

Промышленные роботы могут управляться от автономных, комп-
лексных и многоуровневых систем управления. Автономные системы
применяют только для управления самого робота. В составе гибкого
производственного модуля робот управляется от комплексной сис-
темы управления. В случае использования роботов в гибких произ-
водственных системах, управляемых от центральной ЭВМ, приме-
няют многоуровневые системы управления.

6.4.	ПУЛЬТЫ УПРАВЛЕНИЯ

Пульты управления служат для управления станками, автомати-
ческими линиями и ГПС, а также для визуального наблюдения и
контроля за состоянием их механизмов в процессе работы.
Расположение пультов управления зависит от объема необходи-
мой информации, оно должно быть рациональным для оператора.
Необходимый объем информации определяется, в свою очередь,
условиями удобства обслуживания станка, сложностью технологиче-
ского процесса обработки, необходимостью оперативного вмешатель-
ства в этот процесс и вероятностью возникновений аварийных
ситуаций. Основными требованиями, предъявляемыми к пультам
управления современных станков, являются простота управления,
возможность быстрого поиска неисправности и, конечно, эстетический

вид.

Рис. 6.6. Общий вид пульта при-
строенной конструкции

Обычно электрические элементы
на пультах управления располагают
вертикальными и горизонтальными
рядами при оптимальном расстоянии
между ними, причем элементы объе-
диняются в группы органов информа-
ции и управления, относящиеся к
определенным функциональным уз-
лам станка. Их расположение дикту-
ется логической последовательностью
выполнения операций управления.
Элементы управления и информации,
которые используются наиболее час-
то, располагают в местах лучшего дос-
тупа и обзора.

В зависимости от конструкции и
места расположения различают пуль-
ты встроенные, пристроенные и вы-
носные.

Для установки встроенных пуль-
тов в станке предусматривается ниша,
размер которой должен соответство-
вать габаритным размерам панели.

Пристроенный пульт устанавли-

вают рядом со станком с его раз-
меры зависят от назначения и места установки (рис. 6.6). При
модернизации станка или вводе его в состав ГПС такой пульт может
быть легко заменен на новый.

Выносные пульты имеют большие габаритные размеры; они не
могут быть встроены и даже пристроены к станку. Их прикрепляют
к станку с помощью специальных консолей или кронштейнов,
позволяющих поворачивать их на необходимый угол.

В зависимости от вида управления автоматической линией при-
меняют пульты различных типов. Центральные пульты предназна-.
чены для общего централизованного управления. С помощью кнопок
переключают режимы работы, а с помощью системы сигнализации
контролируют работу отдельных механизмов. Если при установке
центральных пультов затрудняется обслуживание автоматической ли-
нии, то применяют оперативные пульты. С таких пультов задается
цикл работы, производится аварийный останов линии. Наладочные
пульты предназначены для выполнения наладочных операций на
отдельных механизмах автоматической линии. Их обычно устанавли-
вают непосредственно на механизме или рядом с ним, чтобы был
удобный доступ и хорошая видимость зоны обработки.

Пульты-табло предназначены для сигнализации и наблюдения
за положением механизмов. Их помещают чаще всего в центре авто-
матической линии, чтобы их было хорошо видно оператору, где бы
он ни находился.

Пульты подключаются к электрооборудованию проводами, уло-
женными в металлические трубы.

В пультах управления современных станков очень широко при-
меняют цифровые электросветовые индикаторы, регистрирующие и
воспроизводящие информацию о различных параметрах технологиче-
ского процесса. По форме представления необходимой информации
электросветовые индикаторы подразделяются на светосигнальные
(наличию сигнала соответствует свечение индикатора), цветосигналь-
ные (каждому сигналу соответствуют различные цвета свечений),
знаковые (каждому сигналу соответствует свой символ) и экранные
(совокупности сигналов соответствует определенное изображение
на экране).

Электросветовые и знаковые индикаторы могут быть электро-
вакуумными, газоразрядными и полупроводниковыми. Электрова-
куумные индикаторы состоят из размещенных в стеклянном баллоне
катода и анода. Анод выполняется в виде изолированных друг от
друга металлических полосок, покрытых светящимся люминофором.
При подаче напряжения на эти пластины они светятся зеленым све-
чением, создавая образ той или иной цифры. Принцип действия газо-
разрядных индикаторов заключается в свечении газа (обычно неона)
при его разряде. В этих приборах роль анода выполняет металли-
ческая сетка, а катоды изготовляются в виде десяти цифр. При
подаче на катод отрицательного напряжения загорается та или иная
цифра. Более надежными и экономичными электросветовыми инди-
каторами являются полупроводниковые, представляющие собой
стеклянную подложку, покрытую проводящим слоем и люминофо-
ром, на которые через слой диэлектрика нанесены непрозрачные
электроды, выполненные в форме высвечиваемых знаков. При по-
даче напряжения происходит свечение люминофора.

Для оперативного обмена информацией между оператором и сис-
темой ЧПУ все более широко применяют экранные пульты (дисплеи),
осуществляющие с помощью клавиатуры ввод и вывод цифровой и
алфавитной информации на электронно-лучевую трубку'. При этом
значительно упрощается общение оператора с вычислительным
комплексом, так как отпадает необходимость в набивке перфокарт
или перфолент. Экранный пульт с размером экрана от 100Х 100 до
500X500 мм может обеспечить ввод и вывод до 4000 знаков. Эти
Дисплеи входят в состав большинства современных систем числового
программного управления станками.
6.5.	МОНТАЖ, РАЗМЕЩЕНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИИ И ГПС

Автоматические линии, гибкие производственные системы так же,
как и отдельные станки, компонуются в основном комплектным уни-
фицированным электрооборудованием, что позволяет, в свою очередь,
унифицировать и сложные системы управления. От тщательности
монтажа всех узлов и элементов электрооборудования зависит
надежность и бесперебойность ‘производства. В значительной сте-
пени монтаж электрооборудования облегчается при его секциониро-
вании в соответствии с секционированием принципиальных электри-
ческих схем. В этом случае для каждого отдельного механизма
выполняется панель управления, а все остальное электрооборудова-
ние размещается непосредственно нд механизме. При секциониро-
вании каждый механизм и станок имеют автономное управление и
может осуществляться его быстрая переналадка. Наиболее высокой
степенью автономности обладают универсальные станки, встраивае-
мые в автоматические линии с гибкими транспортными связями.

Рациональное размещение электроаппаратуры на технологическом
оборудовании облегчает ее эксплуатацию, позволяет быстро нахо-
дить и устранять неисправности, в результате этого повышается
производительность обработки.

Для устранения опасности проникновения в электрооборудование
влаги, эмульсии и стружки его размещают в герметизированных
шкафах и коробах. Наиболее часто применяют унифицированные
одно- и многосекционные электрошкафы пыле- и влагонепроницаемо-
го исполнения. Для избежания попадания масла и эмульсии в
электрошкафы и ниши входы в них выполняют обычно снизу, а не
сверху.

При размещении электрооборудования стараются отделять сла-
боточные электроаппараты от силовых, лучше всего располагать
слаботочные аппараты в отдельных шкафах.

Элементы электронных устройств систем управления обычно
объединяют в отдельные блоки, помещают их в электрошкафы и
соединяют с остальной аппаратурой штепсельными разъемами.

Электроаппараты, установленные на транспортных и разгрузочно-
загрузочных устройствах, объединяются в самостоятельные блоки,
к которым подводятся питающие провода от шкафа управления или
близстоящего станка.

При соединении отдельных механизмов линии с электрошкафами
в большинстве случаев применяют верхнюю разводку соединитель-
ных проводов. Такая разводка предохраняет провода от попадания в
них влаги, масла, стружки, а также позволяет быстро заменять те
из них, которые вышли из строя. При верхних разводках прокла-
дываемые провода подсоединяются к отдельным механизмам и агре-
гатам через распределительные коробки, в которых монтируются
наборы зажимов.

Электрооборудование, установленное на неподвижных узлах
механизмов автоматической линии, соединяется проводами, проло-
женными в стальных водогазопроводных трубах или металлорукавах.
При большом числе электрических аппаратов на механизмах линий
вместо труб и металлорукавов применяются плоские короба неболь-
ших сечений, что обеспечивает повышение качества и надежности
соединений, а также улучшает внешний вид самой линии.

В некоторых случаях верхняя разводка является неприемлемой,
так как она может мешать работе цеховых транспортных средств.
Тогда применяют прокладку проводов в газовых трубах, уложенных
на некоторой глубине от уровня пола. Такая разводка не искажает

Рис. 6.7. Расположение электрооборудования на автоматической линии:
1 — главный электрошкаф, 2 — короб верхней разводки, 3 — электропривод насосной
станции, 4 — станки, 5 — наладочные пульты, 6 — электрошкафы станков, 7 — пульты
управления станками, 8 — центральный пульт управления, 9 — электропривод тран-
спортера, 10 — электропроводка в металлических трубах

внешнего вида автоматических линий и дешевле прокладки в верх-
них коробах. Однако замена проводов при этом очень затрудни-
тельна.

На рис. 6.7 показано расположение электрооборудования на
автоматической линии. Панели управления станками и сами станки
установлены рядом. Электрооборудование, расположенное на под-
вижных и неподвижных узлах, соединяется, как правило, гибкими
проводами в эластичной защитной оболочке (металлорукаве), шлан-
гом или многожильным кабелем. Различают несколько способов
исполнения шланговой электропроводки: свободная (рис. 6.8, а),
блочная (рис. 6.8, б) и гусеничная (рис. 6.8, в). Выбор того или
иного способа исполнения зависит от длины и направления переме-
щений подвижной части станков.

Для облегчения монтажных работ, а также ускорения нахожде-
ния неисправных аппаратов и их замены все электрооборудование,
7. ПУТИ ЭКОНОМИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
ПРИ РАБОТЕ НА СТАНКАХ, АЛ И ГПС

Экономия электрической энергии, затрачиваемой на выполнение
технологического процесса производства, определяется сопоставле-
нием ее фактического расхода с расходом, предусмотренным дей-
ствующими нормами. Эти нормы основаны на учете передовой тех-
нологии и затрат электрической энергии на единицу продукции.
С целью снижения расхода электроэнергии необходимо в автомати-
ческих линиях и ГПС устанавливать станки и агрегаты одинаковой
производительности, что позволяет осуществлять их работу в опти-
мальном режиме. Нормальная эксплуатация станков, их своевре-
менный ремонт, смазка трущихся частей способствуют снижению
механических потерь, а значит, и экономии электроэнергии. Профи-
лактические испытания станков с измерением мощности потребле-
ния электрической энергии двигателями их электроприводов позво-
ляют своевременно выявить механические дефекты и устранить их,
что также приводит к экономии электроэнергии. Значительная эконо-
мия электрической энергии достигается обеспечением высокого коэф-
фициента нагрузки электрооборудования путем лучшего использо-
вания станков. Так, например, если нагрузка двигателей составляет
менее 70 % номинальной мощности, необходимо заменять их на
менее мощные. Если межоперационное время станка или механизма
превышает 10 с, целесообразно применить автоматические ограни-
чители холостого хода, либо отключающие электродвигатели от сети,
либо значительно снижающие их ток холостого хода.

Известно, что чем выше коэффициент мощности cos Ф, тем
больше полезная активная мощность при тех же значениях напря-
жения и тока. При высоких значениях коэффициента мощности
снижается полный ток в цепи, что позволяет включать в сеть допол-
нительную нагрузку без увеличения мощности трансформаторной
подстанции.

Основными причинами низкого коэффициента мощности является
недоиспользование мощности механизмов станков и другого техноло-
гического оборудования, завышение установленной мощности элек-
тродвигателей и трансформаторов, а также их работа на холостом
ходу.

Эффективность производства, так же как и повышение качества
выпускаемой продукции, определяется качеством электрического ос-
вещения, так как электропотребление осветительных усройств может
достигать значительной величины от общего расхода электроэнергии.
Поэтому поддержание номинального напряжения, применение совре-
менных светильников, обладающих высокими к.п.д. и отражательной
способностью, а также содержание их в надлежащей чистоте позво-
ляют также существенно снизить расход электроэнергии.
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Брук И. В., Черпаков Б. И. Гибкие механообрабатывающие производ-
ственные системы. М.: Высшая школа, 1987.

Вораксо Л. С., Родионов А. С. Основы проектирования электрооборудо-
вания станков. — М.: Машиностроение, 1984.

Косовский В. Л., Козырев Ю. Г., К о в ш о в А. Н. и др. Программное
управление станками и промышленными роботами. — М.: Высшая школа, 1986.

Локтева С. Е. Станки с программным управлением и промышленные робо-
ты. — М.: Машиностроение, 1986.

Минскер Э. И., К а п н и к М. Ш. Графическое оформление и чтение схем
электрооборудования станков. — М.: Машиностроение, 1982.

Чернов Н. Н. Металлорежущие станки. — М.: Машиностроение, 1988.