Каждый станок состоит из исполнительных устройств, которые, взаимодействуя, выполняют или способствуют выполнению той работы, для которой предназначен данный станок, а именно операции, заданной технологией обработки изделия.

По назначению, характеристикам и принципам работы, а значит и по управлению можно выделить следующие группы исполнительных устройств:

1) Формообразующие устройства. Рабочие органы станка связаны с формообразованием изделий и процессами позиционирования, т. е. передвигают заготовку (или инструмент) по программируемым координатам во время обработки или перед обработкой. Они образуют либо простые движения (вращательные или поступательные), либо при их совместной работе, сложные движения, как результат суммирования простых движений. К этой же группе частично относятся некоторые движения манипулирования, а именно те, которые обеспечивают поиск объекта при смене режущего инструмента или заготовки. Отличительным свойством данной группы является то, что траекторию и путь движения можно изменять в зависимости от вводимой программы.

2) Манипулирующие устройства. Эти устройства предназначены для выполнения постоянных команд, связанных с автоматическим циклом работы оборудования. Они изменяют режимы резания, направления и скорости перемещения механизмов станка, инструмента, управляют охлаждением, сменяют режущий инструмент или заготовку, закрепляют их, транспортируют и складируют и т. п. Такие устройства имеют чаще всего неизменяемую (стационарную) систему управления, однако момент ввода в действие и последовательность их работы могут быть различными. Цикл их работы определяется программой обработки.

3) Вспомогательные (исполнительные устройства). Эти устройства предназначены для обслуживания процесса обработки, например, обеспечивают автоматическую уборку отходов, смазывание станка, отсос тумана и пыли, работу гидро- и пневмо-системы станка и др. Обычно они имеют автономную систему управления.

Наиболее важными и сложными по своему управлению являются первая и частично вторая группы устройств. Характерным для них является управление траекторией движения, длиной пути и командами сложных циклов.

Стандартный (постоянный) цикл связан с работой определенного инструмента и выбранной операцией обработки (например, сверление, нарезание резьбы метчиком и др.); обычно он является составной частью общего цикла работы оборудования. Цикл работы зависит от составленной заранее схемы взаимодействия управляющей аппаратуры.

Системы управления отдельными циклами можно разделить на две группы: системы нечислового и числового программного управления.

К первой группе относятся: а) системы путевого управления; б) кулачковые системы;  в) системы управления от копиров.

а) Системы путевого управления (СПУ) применяют при автоматизации прямолинейных движений инструмента (пли другого органа) с постоянной скоростью. Длина пути задается здесь соответствующей расстановкой упоров на барабанах, линейках или на самом станке (его направляющих). Упоры могут выполнять функцию ограничителя перемещения (называются жесткими упорами). Для исключения поломок в цепи привода устанавливают звенья, реагирующие на превышение крутящего момента или давления (воздуха, жидкости). В качестве предохранительных звеньев в электромеханических системах применяют предохранительные муфты, а в гидравличе­ских и пневматических — предохранительные клапаны. Упоры могут быть также переключателями соответствующей аппаратуры управления приводов.

На рис. 2.3 приведена схема системы управления с такими переключателями. При достижении рабочим органом 1 заданного положения упоры 6 действуют либо на управляющие элементы 5 (на золотники, клапаны гидравлических, пневматических приводов или на кулачковую муфту электромеханического привода, разрывая кинематическую цепь), либо на переключающие устройства приводов через блок управления или непосредственно на них.

В данном примере упоры расставлены на барабане таким образом, чтобы обеспечить получение требуемого профиля заготовки (участки профиля I –V). На станках токарной, фрезерной, расточной, сверлильной групп упоры расставляются на продольных или поперечных направляющих станка.

В качестве переключаемых механизмов широко применяют электрические конечные выключатели и микропереключатели контактного и бесконтактного действия. Говоря о путевых системах, следует отметить следующее, Точность работы этих систем часто недостаточна. Только в наиболее совершенных системах, оснащенных устройствами для снижения скорости при подходе к упору, точность находится в пределах 0,01…0,06 мм, а в обычных — 0,1 мм и ниже. Учитывая, что жесткие упоры воспринимают ударные усилия, связанные с инерционностью движущихся масс, они подвержены интенсивному износу и разрушению, и указанная выше точность сравнительно быстро теряется. К тому же, системы с упорами имеют низкую мобильность, позволяют

автоматизировать лишь небольшое количество мерных перемещений и не пригодны для функционального управления. Достоинством этих систем является сравнительная конструктивная простота и невысокая стоимость. В силу этих качеств системы управления с упорами нашли применение при автоматизации токарных, револьверных и фрезерных станков и других технологических машин в условиях крупносерийного производства.

б) Системы управления от кулачков. В кулачковых системах управления (рис. 2.4) в качестве программоносителя используются модели-аналоги обработки в виде заранее запрограммированных профилей кулачков 1.

Суммирование или синхронизация движений происходят за счет установки и закрепления кулачков на общем распределительном валу (РВ). При вращении этого вала движения от рабочих профилей кулачков барабанного и дискового типа через рычаг и толкатель 2 передаются на исполнительные устройства 3, осуществляющие сложное формообразование (в данном случае продольное движение заготовки и поперечное — резца).

Кулачковые системы, являющиеся простейшими по схеме автоматики контурными системами (со сложным движением), относят к незамкнутым системам управления механического типа из-за отсутствия активного потока информации о фактическом местонахождении исполнительных устройств (потока обратной связи).

За один оборот распределительного вала совершается полный цикл обработки. Изменяя профиль кулачков, можно получить любой закон изменения пути движения рабочих органов. Однако профиль должен учитывать как динамические свойства механизма передачи движения, так и возможное заклинивание толкателя (угол наклона профиля ограничивается углом трения толкателя и кулачка). Значительные силы трения в зоне контакта толкателя с кулачком, а также в опорах рычажного механизма, снижают к. п. д. механизма и приводят к его интенсивному износу. Учитываются также ограничения по скорости вращения кулачка. Кулачок обеспечивает строго дозированные прямое и возвратное перемещения, являясь одновременно программоносителем и тяговым механизмом (частью привода). Он осуществляет не только управление перемещением, но выполняет некоторые цикловые команды. Профилирование (программирование) кулачков ведут по заранее разработанным циклограммам обработки деталей.

В зависимости от типа применяемых кулачков различают системы: с цилиндрическими (рис. 2.5, а), плоскими (рис. 2.5, б), дисковыми (рис. 2.5, в) торцо­выми кулачками (рис. 2.4, г). Кулачки могут быть открытыми (рис. 2.5, в) и закрытыми (рис. 2.3, д).

Рис. 2.5. Системы с кулачками: а – с цилиндрическим; б – плоским; в – дисковым открытым; г – торцовым; д – дисковым закрытым

Дисковые кулачки применяют в небольших станках с малой массой суппорта, где нужны небольшие ходы, во избежание сильных ударов, происходящих при отводе рабочего органа. В станках большой мощности, для реализации значительных переме­щений рабочих органов, наиболее удобны цилиндрические кулачки.

Профиль у открытых кулачков сделать проще, но для замыкания механизма толкатель необходимо поджимать к кулачку пружиной или массой груза. Это снижает КПД и быстродействие механизма, поэтому открытые кулачки применяют в сравнительно тихоходных устройствах или при небольших передаваемых усилиях, где усилия перемещения невелики.

Благодаря жесткой связи между кулачком и толкателем в кулачковых системах воз-можно осуществление движения по любому закону. Закон движения выбирают в зависимости от требований технологического процесса либо величины инерционных сил.

Для рабочих ходов металлорежущих станков наиболее характерно равномерное дви­жение с постоянной скоростью. Этому закону соответствует на дисковом кулачке логарифмическая спираль, на торцевом кулачке — винтовая линия, на плоском прямолинейно движущемся кулачке — наклонная прямая. Логарифмическая спираль — единственная кривая, имеющая постоянный угол подъема, а, следовательно, обеспечивающая движение толкателя с постоянной скоростью. Однако изготовление кулачков с логарифмической кривой затруднительно, поэтому чаще применяют кулачки с архимедовой спиралью.

Основной недостаток всех кулачковых механизмов заключается в кулачках; в их интенсивном износе и потере точности, которые возникают в связи с совмещением функций силового механизма и функций управления; в трудности изготовления и корректирования профиля кулачков. К тому же кулачковые механизмы обеспечивают сравнительно небольшие ходы перемещения (до 200…300 мм).

в) Системы управления по копирам (или копировальные системы) применяют для автоматического управления скоростью и перемещением рабочего органа, находящегося длительное время в работе. В этих системах управления задающую информацию несет копир. Системы получили распространение в металлорежущем оборудовании для обработки ступенчатых и фасонных поверхностей. В копировальных системах управления задающая информация зафиксирована в профиле копира (рис. 2.6). Копир можно рассматривать как кулачок, развернутый на плоскость.

Рассмотрим принцип работы такой системы. Вместо распределительного вала применен крестовый суппорт, обеспечивающий синхронизацию ведущего движения (S_вед) от гидроцилиндра 1 (при движении продольной каретки 2) со следящим движением (S_сл) щупа 3, получаемым от копира 4 (движение поперечной каретки 5). Резец 6 совершает одновременное (суммарное) движение в продольном и поперечном направлениях. В этой системе программоносителем является профиль копира, а траектории простых движений резца определяются направляющими сyппортa (внутренним источником информации станка). В копировальных системах управления отсутствует активный поток информации о фактическом положении исполнительного устройства (обратная связь), поэтому их относят к системам управления разомкнутого типа.

Общими недостатками всех копировальных систем управления являются: необ-ходимость точно изготовлять и устанавливать копир; трудность автоматизации изготовления копира; невозможность автоматизации установки копира; невысокая точность за­дания закона движения профилем копира; недостаточная мобильность. Область применения копировальных систем — среднесерийное и крупносерийное производ-ство.