| Предыдущая глава |
↓ Содержание ↓
↑ Свернуть ↑
| Следующая глава |
Так что мы все чаще стали применять пневматические зажимы — даже на станках с ручным управлением. А заодно развивали и математический аппарат пневмопривода. В это время было еще мало книг по его расчетам. Так, на русском языке какие-то попытки сделал Н.А.Бухарин в книге "Основы проектирования механизмов автоматического управления автомобилем.", опубликованной в 1941 году — там он пытался вывести уравнения расчета времени срабатывания пневмоприводов в автомобилях — тормоз, открытие-закрытие дверей и тому подобное. Причем делал он это методами численного интегрирования — трудоемким способом для ручных вычислений зато очень подходящим для нас, вооруженных вычислительными машинами. Наши конструктора, правда, нашли там несколько ошибок, неточностей и упрощений, связанных с неправильным учетом трения, а также неполным рассмотрением вопросов движения поршня — но период распространения волны давления и период наполнения он там рассмотрел, так что наши сказали "Фигня, дополним" — и начали активно развивать данное направление. Причем отсутствие точных расчетов нас не тормозило — как и в других направлениях, мы создавали первые устройства на основе эмпирических прикидок, чуть ли не на глазок — работает, и ладно, а что отвалится — подварим. Это позволяло нам начинать пользоваться плодами новых технологий почти сразу, пусть и в небольших объемах, и уж параллельно мы докручивали и теорию, и практику.
Так вот — стал пневмопривод использоваться и в исследованиях по станкам ЧПУ. Причем зимой сорок третьего, когда меди еще не хватало, электромагниты для управления золотниками мотали даже из стальной проволоки, согласовывая ее сопротивление с усилителями. А то и вообще делали два золотника — первый — управляющий — переключался с помощью совсем уж маломощного электромагнита, и этот мелкий золотник управлял переключениями второго — силового — золотника, который уже управлял исполнительным механизмом. Схема громоздкая, но "на попробовать" сойдет. Тем более что как раз к началу сорок третьего конструктора массово дозрели до станков с программным управлением, благо все было готово — сами конструктора, наличие множества приводов, опыт работы с командоаппаратами. Не хватало самой малости — возможности измерять расстояния и загонять их в управляющую машину.
Для начала попробовали переводить сигналы потенциометров в цифру. Точность по сравнению с механическими командоаппаратами повысилась, но не сильно. Препятствием к ее дальнейшему наращиванию был сам механический контакт — тут и трение, и его площадь, уменьшавшие распознавание малых перемещений. Ну, это еще можно было решить рычажной системой, когда малые перемещения с ее помощью превращаются в сравнительно большие, приводящие к изменениям сопротивления, которые заметны для электроники. Но в дополнение к этому мешала неравномерность сопротивления самого реостата по его длине — пусть и в пределах единиц процентов, но для малых расстояний это было существенно. А если захотим измерять дистанции в метр, полтора — соответственно, тут потребуется длинный реостат, который будет сложнее защитить от охлаждающей жидкости, про его точность я уж молчу. Но для начала мы ограничились длиной обрабатываемых деталей до двадцати сантиметров — таких деталей был вагон и маленькая тележка. Так что если сможем хотя бы их обработку организовать на ЧПУ — это будет большой плюс.
Но с потенциометрами оказалось слишком много проблем. Самая явная — износ, который накладывает ограничение по количеству измеренных перемещений. Далее — температурный коэффициент сопротивления — сопротивление меняется в зависимости от температуры. Это надо будет учитывать. Сам контакт может вносить дополнительное сопротивление — от загрязнения, окисления — надо следить за его чистотой. Ну и наконец сопротивление имеет некоторую зернистость — так, для полосковых сопротивлений она определяется зерном материала, которая составляет как минимум одну десятую микрометра. Для витых реостатов все еще хуже — у них разрешающая способность равна диаметру проволоки, при этом еще возникает резкая смена значений при переходе контакта с витка на виток — контакт сдвинулся, встал на двух проволоках — сопротивление изменилось на длину окружности витка. В принципе, можно сделать хоть микронную проволоку, но она быстро изотрется, а если подвижный контакт сделать мягким — он будет пружинить, то есть дергаться — плавность измерений совсем пропадет. Самый лучший вариант — использовать длинную проволоку — тут и отсутствие зернистости, и витков — только она должна иметь высокое сопротивление и быть механически прочной — тут уж больше всего подходят сплавы типа нихрома. Но и с ним не хорошо — проволока диаметром 0,2 миллиметра имеет сопротивление всего 0,35 Ом на сантиметр длины, и шумы электронной схемы могут просто задавить такие небольшое изменение сопротивления. С сопротивлениями кругом — вилы. А так хотелось ...
ГЛАВА 16.
Тут-то я и подкинул идейку считать импульсы — по аналогии с колесиками на компьютерных мышках — в них были проделаны щели, через которые то проходил, то не проходил свет от светодиодов — схема считала количество импульсов и таким образом вычисляла проходимое расстояние. Попробовали. Точность повысилась до десятой доли миллиметра — сотни микрон — этого было достаточно для девяноста процентов всех обрабатываемых поверхностей, что потенциально избавит от ручного управления станками на большинстве операций. Но, раз мы взялись за решение этой проблемы, нам хотелось довести точности до микронных допусков. А для этого требовалось вообще избавиться от механических элементов в системе измерений, а то сейчас колесико с прорезями каталось по длинной зубчатой рейке, да к тому же для повышения разрешающей способности его подключили через мультипликатор — сами-то размеры колесиков и реек были небольшими, как в часах, но, раз есть механический контакт, он будет изнашиваться, тем более что мультипликатор был очень нагруженной частью.
К счастью, такие приборы у нас уже были — дифракционные решетки. Когда по ним перемещается световое пятно, решетка разлагает его на полосы, которые также двигаются — вот и появляются импульсы, которые можно считать. Ну а считать мы уже умели. И, так как точность разложения зависела от шага решетки, то ею можно было управлять, создавая решетки с разным шагом — то есть мы могли управлять и нужной точностью измерений. А если ее не хватит либо решетки получатся слишком трудоемкими — ставим две решетки, которые последовательно разлагают световое пятно и затем получающиеся из него полосы. Дело в шляпе.
Класс ! Точность измерений возросла до единиц микрон. Это если двигать решетки вручную, при неработающем станке. Когда же началось точение, аппаратура повела себя как взбесившийся заяц — постоянные включения-переключения привода каретки вперед-назад, причем неравномерно — то проедет вперед, а назад не стронется, то наоборот — отскочит на пару миллиметров — поверхность получалась даже хуже, чем с первоначальным вариантом — с механическими контактами. Вырубили станок, проверили схему, привод — ничего подозрительного. Снова включили, получили "зайца" и снова выключили. Сели думать.
Вибрации ! Резание создавало вибрации, которые передавались на решетку и она гоняла импульсы туда-сюда, причем интенсивными пакетами — дернет вперед — пошли импульсы одного направления, дернет назад — другого. Причем импульсы бегали настолько быстро, что часть импульсов пакета проскакивала мимо схемы — она просто не успевала их отработать, так как шел перенос от предыдущего импульса, и новый попадал между тактами, поэтому измеренное передвижение получалось небольшим, меньше чем фактический сдвиг от вибрации. А от других пакетов все импульсы успевали отработаться, так как толчок от вибрации был медленнее — и вот каретка отъезжала на большее расстояние.
Ну, "дребезг клавиш" был для меня не пустым звуком. Ввели соответствующую схему — поставили стандартную схему на триггерах и RC-цепочке. Н-н-ну-у-у-у ... да-а-а-а, количество импульсов снизилось, хотя что-то все-равно порой проскакивало мимо кассы. В общем — импульсы из-за вибрации — все-таки не дребезг — они и в самом деле показывают положение инструмента. Вот только надо их как-то фильтровать — считать, но не использовать. В итоге пока поставили обычный сдвиговый регистр — в нем не было переноса разрядов, поэтому он работал гораздо быстрее счетчика и успевал отработать все имупльсы. А уже его выход поступал на счетчик. То есть счетчик теперь считал импульсы не непосредственно от решетки, а от сдвигового регистра — последний как бы делил количество импульсов на количество своих разрядов — скажем, работает в нем четыре разряда — и частота тиков будет в четыре раза меньше. Это снижало точность измерений в те же четыре раза.
Но иногда и этого не хватало. Вроде бы начнешь работу — четырех разрядов достаточно, а поработаешь — и снова начинается дребезг, приходится увеличивать количество разрядов — вначале просто перепаивали проводники, потом поставили штырьковые перемычки и меняли разрядность их переставлением, потом тупо добавили регистр, в котором задавалась маска для нужного разряда — чтобы управлять программно, хотя необходимость переключения пока отслеживали вручную. В итоге недели через три кто-то заметил, что меньше разрядов требуется на новом резце, а когда он поработает — количество разрядов требуется увеличить.
— Ха ! — сказали наши разработчики — Так это из-за изношенности резца ! Он притупляется, точение начинает идти хуже — вот и возрастают вибрации !!!
— Ну молодцы. И как это отслеживать автоматически ?
В итоге пришли к следующему. Нам ведь известно, куда движется станок. И если поступают импульсы обратного значения — значит, это вибрация. Вот и стали считать такие импульсы — как только они начинали "зашкаливать" за текущую разрядность сдвигового регистра — программа просто увеличивала количество его разрядов — так-то его разрядность была уже восемь бит, а с какого конкретно бита брать сигнал переноса и зацикливания — за это отвечал отдельный регистр-маска. Заодно мы научились программным способом отслеживать износ инструмента -подизносился — и уменьшаем подачу, а то и сигнализируем оператору, что пора менять резец.
А в конце мая сорок третьего я как-то зашел к ЧПУшникам — а у них на станке какой-то короб длиной десять сантиметров.
— Что это ?
— Оптическая линейка ! — а сами сияют от радости.
Оказалось, к ним как-то зашли микроэлектронщики чтобы пошушукаться насчет автоматического управления перемещением исполнительных органов — благо и у тех и других такого хватало с избытком, да и общались плотно, так как станочникам постоянно требовались дополнительные элементы для блока управления станком, вот они и бегали к электронщикам, ну а те мало того что предоставляли нужные микросхемы, так еще и помогали составлять принципиальные схемы узлов, а потом их отлаживать. Так что контакт был плотным. Вот и дообщались до того, что электронщики сделали закрашенную стеклянную полосу, но с прорезями. Вдоль нее ездила каретка со стеклянной пластиной, тоже с прорезями, но короткая. Прорези то оказывались друг напротив друга, то нет — соответственно, просвет то возникал, то пропадал. И через эту систему прорезей то проходил то не проходил свет от ламп, который ловился фотоэлементами. Ну понятно — они развернули "колесико мышки" в длинную планку.
— А в чем выгода ?
— Так пропадает колесико ! Отсутствует механическая передача, соответственно, нет люфта, износа — каретка просто ездит вдоль планки.
— Ну и как ?
— Да отлично ! Правда, мы кое-что усовершенствовали.
А усовершенствования заключались в добавлении второй решетки и дифференцирующих схем. Прорези решеток были сдвинуты на половину Пи, с них снимали четыре прямоугольных сигнала, три из которых сдвинуты на половину Пи, с их фронтов — нарастающего и убывающего — получали дифференцированные короткие сигналы, и через схему совпадения получали импульсы и направление движения.
Первая простенькая схема выдавала разрешение в половину шага растра, то есть при шаге в сто микрометров — одну десятую миллиметра — получали точность измерений в пятьдесят микрометров — уже в два раза лучше, чем со старым колесиком. Так дополнительным усложнением схемы совпадения сигналов точность была повышена сначала до четверти шага решетки, а потом и до восьмой части, так что вскоре эта же линейка с шагом в сто микрометров выдавала точность уже 12,5 микрометра. А этого достаточно уже для 95% всех поверхностей обработки, а по ряду деталей — и для 100%.
Так, точность изготовления валов "пляшет" от так называемой единицы допуска — кубического корня из диаметра вала, но в микрометрах. Например, для вала диаметром восемь миллиметров единица допуска равна двум (кубический корень из восьми), но микрометрам, а для вала диаметром 27 миллиметров — три микрометра. И уже для каждого класса точности принимается определенное количество этих единиц. Например, для первого класса количество единиц допуска — не более 3,5, то есть для вала диаметром 8 миллиметров максимальное отклонение для первого класса — 2 х 3,5 = 7 микрометров, а для вала диаметром 27 миллиметров — 3 х 3,5 = 11,5 микрометров. Для второго класса точности количество единиц уже 4,8 — то есть для наших валов максимальное отклонение от диаметра будет уже 2 х 4,8 = 9,6 и 3 х 4,8 = 14,4 микрометра соответственно. Класс 2а требует 7,5 единиц, 3 — 15, 3а — 30 — и так далее до 9го класса, у которого уже 475 единиц — то есть для вала диаметром 8 миллиметров допустимое отклонение в таком классе будет 2 х 475 = 950 микрометров — почти миллиметр. Вряд ли, конечно, конструктор назначит такой допуск для такого сравнительно тонкого вала — но как знать.
Причем микроэлектронщики твердо обещали станочникам сделать планки с шагом уже в пятьдесят микрометров — а это точность измерений уже 6,3 микрона. И начали подумывать — как бы делать планки с шагом в двадцать микрон, что даст точность 2,5 микрона. Правда, пока все эти планки были короткими, всего пять сантиметров, то есть подходили для небольших измерений — либо поперечного хода суппорта, либо небольших продольных ходов. Впрочем, этого было достаточно для многих ответственных деталей — тех же пуансонов для выдавливания гильз, да и многих других деталей, требовавших повышенной точности — мы пока решили сосредоточиться на станках для таких небольших изделий, а для более габаритных использовать эти планки с растром только для измерения поперечных перемещений, а для продольных — датчики перемещения на колесиках — для большинства деталей диаметр обработки гораздо важнее чем длины — допуски совершенно различны.
И это я говорю только про прямое измерение линейных перемещений, а если такие датчики совместить с винтовыми подачами, точность еще больше увеличивается. Например, для винта диаметром два сантиметра длина витка грубо говоря два-пи-эр = 6,28 сантиметра. Которые мы можем измерять с точностью 2,5 микрона (если электронщики все-таки выдадут растры с шагом в двадцать микрометров, в чем я не сомневался). То есть на один виток придется 25 000 единиц измерения (62,8 миллиметра делить на 2,5 микрона). Соответственно, при шаге винтовой поверхности в 1 миллиметр мы на каждом обороте получим эти 25 000 измерений, то есть продольное перемещение можем измерять с точностью 1 / 25 000 = 40 нанометров (ха-ха). Да там вибрации и тепловые деформации могут быть больше этой величины ! И этого с учетом резерва на погрешности измерений более чем достаточно для измерений с точностью, скажем, в 200 нанометров. Ну или с учетом погрешности изготовления резьбы — пусть даже полмикрона. Собственно, электронщики активно пользовались резьбовыми приводами для повышения точности измерений и без растровых решеток, да и металлообработка массово применяла микрОметры на винтовом ходу — а по другому ловить микроны и не получится.
| Предыдущая глава |
↓ Содержание ↓
↑ Свернуть ↑
| Следующая глава |
