Гидравлические следящие приводы
Станки, оборудованные гидроприводом следящего типа, получили название гидрокопировальных. Такие гидрокопировальные системы относятся к классу систем с автоматическим управлением. Это означает, что фактическое перемещение рабочего органа (инструмента или заготовки) постоянно сопоставляется с введенной программой, а при появлении несогласованности автоматически формируется управляющий сигнал для его коррекции.
Принцип работы гидрокопировальной системы
Принцип функционирования гидрокопировальной системы изображен на рис. ZSK.26.1. Если щуп 3 золотника 4 занимает нейтральное положение, как это схематично изображено на схеме, то поток рабочей жидкости в цилиндр 1 следящей подачи перекрыт. В этом режиме суппорт с инструментом 1 выполняет лишь ведущее движение (продольная подача).
При взаимодействии щупа с выступом копира 2 золотник смещается назад (по стрелке а), что приводит к нарушению согласованности между положением резца и щупа. Так как суппорт 6 ещё не совершил поперечного смещения, открывается канал подачи жидкости в полость Б цилиндра 1. Под действием давления суппорт вместе с инструментом перемещается по направлению стрелки а до восстановления точного совпадения траектории движения с формой копира.
Аналогично осуществляется следящее перемещение и в противоположную сторону. В этом случае за счёт действия пружины 5 плунжер золотника 4 смещается из среднего положения вверх (против стрелки а), что происходит тогда, когда вместо выступа на копире 2 встречается впадина.
Рис. ZSK.26.1. Гидравлическая копировальная система
Следящие золотники
В гидрокопировальных системах наиболее распространены одноплунжерные золотники. Их конструкция обычно включает корпус, плунжер и щуп (см. рис. ZSK.26.1). Поток рабочей жидкости регулируется через щель, которая формируется между поверхностью плунжера и корпусом.
Работа золотника определяется его конструктивным исполнением и может производиться с открытыми или перекрытыми щелями. В первом случае золотник обеспечивает равновесное состояние системы за счёт полного перекрытия подачи жидкости в цилиндр исполнительного двигателя.
При отклонении плунжера от среднего положения в сторону происходит соединение трубопровода нагнетания с одной из рабочих полостей цилиндра, что вызывает движение поршня в соответствующем направлении. Отклонение плунжера в противоположную сторону обеспечивает подачу жидкости в другую часть цилиндра, и, соответственно, поршень перемещается в противоположном направлении.
Золотники с открытой щелью
Рис. ZSK.26.2. Золотники с открытой щелью
Золотники второго типа отличаются тем, что их рабочая щель всегда остаётся открытой (см. рис. ZSK.26.2). Управление в этом случае осуществляется не за счёт полного перекрытия потока, а посредством изменения величины проходного сечения. Диапазон изменения открытия или перекрытия щели, как правило, находится в пределах 0,1…0,15 мм.
Такие устройства, регулирующие направление подачи жидкости в нужную полость цилиндра двигателя, получили название дроссельно-реверсивных золотников. Вместе с ними в гидрокопировальных механизмах применяют и дроссельные золотники. Их принципиальное отличие заключается в том, что они не распределяют рабочую жидкость напрямую, а управляют потоками, воздействующими на силовой распределительный золотник привода.
В системах, где требуется более высокая точность и чувствительность, используют многоплунжерные следящие золотники (рис. ZSK.26.3). Конструктивно щуп закрепляется на конце рычага 7. Противоположный конец рычага снабжён штифтом 6, который давит на поворотную плиту 5. С другой стороны плита контактирует со штифтом 8. В корпусе такого золотника размещены четыре плунжера (1, 2, 3 и 4). При вращении плиты по часовой стрелке плунжеры 1 и 4 поднимаются под действием пружин, а плунжеры 2 и 3, наоборот, опускаются. Вследствие этого проходные сечения плунжеров 1 и 4 увеличиваются, а у плунжеров 2 и 3 — уменьшаются. Это вызывает рост давления в канале 9 и одновременное снижение давления в канале 10. В рабочем цилиндре увеличивается давление в правой полости и падает в левой, что приводит к смещению поршня влево.
Если же плита 5 поворачивается против часовой стрелки, ситуация меняется на противоположную: размеры щелей у плунжеров 2 и 3 возрастают, а у плунжеров 1 и 4 уменьшаются. В результате давление увеличивается уже в левой полости цилиндра, а в правой — падает. Это вызывает движение поршня вправо, то есть происходит его обратный ход.
Рис. ZSK.26.3. Многоплунжерные следящие золотники
Формирование рабочей подачи (РО) станка определяется результирующей скоростью, которая получается как векторная сумма ведущей и следящей подач. При этом величина результирующей подачи всегда изменяется неравномерно, поскольку при постоянной ведущей подаче и фиксированном направлении следящей её величина зависит от угла ρ между касательной к профилю детали и направлением ведущего перемещения.
Ориентации следящей подачи
На практике в гидрокопировальных системах применяются три основных ориентации следящей подачи:
- Перпендикулярно ведущей подаче. Используется ограниченно — только при условии, что угол ρ не превышает ±30°.
- Под углом 45° к ведущей подаче.
- Под углом 60° к ведущей подаче.
Графическая зависимость между отношением результирующей подачи к ведущей для вариантов 2 и 3 представлена на рис. ZSK.26.4 (кривые 1 и 2).
При обработке цилиндрических поверхностей (ρ = 0) следящая подача отсутствует, и результирующая подача равна ведущей.
При увеличении угла ρ, если следящая подача направлена от обрабатываемого изделия, результирующая уменьшается, достигает минимума, а затем снова растёт, принимая максимум при ρ = 90°. В этом положении при 45°-ной следящей подаче её значение совпадает с величиной ведущей подачи, а при 60°-ной становится почти вдвое больше.
Если же следящая подача ориентирована в сторону изделия, то максимально допустимый угол составляет ρ = –30° для варианта с направлением 45° и ρ = –45° для варианта с направлением 60°.
Таким образом, выбор угла следящей подачи определяется характером обрабатываемой поверхности и требованиями к точности процесса.
Демпфирующие устройства
Для обеспечения стабильного функционирования гидрокопировальных систем, особенно при высоких скоростях слежения (свыше 800 мм/мин), применяются демпфирующие устройства, создающие сопротивление пропорционально скорости перемещения рабочего органа. Использование демпфирования позволяет снижать колебания, повышать точность обработки и надёжность работы копировальных механизмов.
На практике реализуются несколько основных методов демпфирования:
- Создание утечек между полостями цилиндра
В поршне выполняется сквозное отверстие или обе рабочие полости соединяются трубопроводом с дросселем.
Такой подход перераспределяет поток жидкости, создавая тормозное сопротивление и смягчая движение рабочего органа. - Введение гидравлического сопротивления в конструкцию следящего золотника
На плунжере золотника формируется участок увеличенного диаметра, размещаемый в соответствующей выточке корпуса.
Образуются сообщающиеся полости, соединённые трубопроводом с регулируемым дросселем.
Это решение дозировано ограничивает поток жидкости, обеспечивая плавность работы системы. - Использование дросселей в трубопроводах между золотником и гидродвигателем
В линиях, соединяющих следящий золотник с цилиндром, устанавливаются дросселирующие элементы.
Эффективно для систем с недифференциальными цилиндрами, так как скорость движения жидкости через дроссель напрямую связана с перемещением рабочего органа.
Выбор конкретного способа демпфирования определяется конструкцией гидропривода и требуемыми параметрами устойчивости системы, позволяя оптимизировать точность и надёжность работы гидрокопировального механизма.
Рис. ZSK.26.4. Зависимость между отношением результирующей подачи к ведущей