Система управления металлорежущим станком

 

ОПИСАНИE

ИЗОБРЕТЕНИЯ

- К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

«и1000157 фе т

/ ч (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 290681 (21) 3310945/25-08 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 280283 . Бюллетень ¹ 8

Р )М К з

В 23 В 25/06

Государственный комитет

СССР по делам изОбретений и открытий (53) УДК621.91 (088. 8 ) Дата опубликования описания 280283 ее че е,»», °:..., ь;

В.A. Остафьев, Г.С. Тымчкк е В.В. Шевченко е

«Д,. * е

Киевский ордена Ленина политехнический инститДТ им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54 ) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИМ СТАНКОМ

Изобретение относится к автома тическому управлению и может быть использовано в систамах управления процессом механической обработки металлов на металлорежущих станках.

Известна система адаптивного управления процессом резания, содержащая датчик вибраций, первый фильтр, настроенный на пропускание частоты составляющей внешних колебаний, второй фильтр, настроенный на пропускание частоты собственных колебаний два

- типовых детектора, трн пороговых выключателя, элементы И и ИЛИ, сравнивающий элемент и блок передачи сигнала (1) .

Известна также система автоматического управления токарным станком, содержащая датчик усилия резания, датчик температуры, функциональный преобразователь, интегратор, звено .сравнения, датчик числа оборотов и установочное звено (2) .

Недостатками этих систем управления являются конструктивная сложность и низкая скорость получения информации вследствие применения только электронных элементов.

Известна также система адаптивного управления металлорежущими станками, состоящая из когерентногб опти- ческого процессора, содержащего лазер,- расширитель пучка излучения, ди- афрагму, систему зеркал,акустооптический модулятор, цилиндрическую

Фурье-линзу, приемное устройство, и электронной систеьи формирования команд управления, содержащей датчик вибраций инструмента, который выполнен в виде световых карандашей, а также усилитель и фильтр, причем пос- ледний подключен к входу когерентного оптического процессора, к выходу которого подключена ЭВМ, имеющая управляющие выходы для подключения к приводу подач станка (Э .

Недостатками этой системы являются низкая эффективность обработки деталей на металлорежущих станках, а также низкие надежность и быстродействие. ,цель изобретения — повышение эф-. фективности обработки деталей на кеталлорежущих станках, а также повы25 шение надежности и быстродействия всей. системы управления в целок.

Поставленная цель достигаетс. тем, что в когерентный оптический процессор введены управляемый пространственный транспарант, расположен1000157

10 ный в задней фекальной плоскости

Фурье-линзы, а также прибор зарядовой связи, расположенный на двойном фокусном расстоянии от Фурье-линзы и соединенный с цифроаналоговым преобразователем, а в электронной системе формирования команд управления выходы датчиков термо-ЭДС пары инструмент — деталь, составляющих сил резания и мощности привода главного движения станка соединены с соответI ствующими усилителями и фильтрами, выходы которых соединены через цифроаналоговый преобразователь с ЭВМ, а также к входу когерентного оптического процессора, причем к выходу 15 последне гс последователь но подключены цифроаналоговый преобразователь, ЭВМ и устройство связи с объектом, выходы которого параллельно подключены к управляемому пространственному транспаранту и к устройству непосредственного измерения величины износа инструмента, состоящего из лазера, оптической системы, диафрагмы, блока фотоприемников, содержащего два фотодиода и маску, а также два усилите— ля, вычитающего устройства, причем выходы измерительного устройства соединены через цифроаналоговый преобразователь с ЭВМ.

На фиг. 1 показана система адап- ЗО тивнс го управления, общий вид; на фи г. 2 — блок фотопри емни ков.

Система состоит из когерентного оптического процессора 1 и электронЪI ной системы 2 формирования команд управления приводами металлорежущего станка. Когерентный оптический процессор 1 содержит лазер 3, расширитель 4 пучка излучения, диафрагму

5, блок 6 акустооптических модулято- 40 ров света,. Установленных в передней фокальной плоскости цилиндрической

Фурье-линзы 7, управляемый пространственный транспорант 8, расположенный в задней фокальной плоскости 45

Фурье-ли нзы 7, при бор 9 з арядовой связи, установленный на двойном фокусном расстоянии от Фурье-линзы 7.

Электронная система 2 формирования команд управления содержит датчики

10-12 составляющих сил резания, датчик 13 термо-ЭДС пары инструмент деталь, да.тчик 14 вибраций инструмента и да.тчик 15 мощности привода главного движения станка. Выходы датчиков 10-15 подключены через соответствующие усилители 16 и фильтры

17 к входу когерентного оптического процессора 1, к выходу которого последовательно подключены цифроаналоговый преобразователь 18,ЭВМ 19 и устрой- ство 20 св;..зи с объектом,к которому параллельно одключены управляемый прост ранственньй транспарант 8 и уcòðoéство 21 непосредственного измерения износа инструмента. Устройство 21 состоит из лазера 22, оптических систем 23 и 24, диафрагмы 25, инструмента 26, блока 27 фотоприемников, содержащего два фотодиода 28 и 29, маску 30, а также два усилителя 31 и 32, и вычитающего устройства 33, выходы и з мери тел ь но го у стр ой с т в а соединены через цифроаналоговый преобразователь с ЭВМ.

Устройство 20 связи с объектом УСО) представляет собой комплект блоков преобразования сигналов, в состав которых входят аналого-цифровые преобразователи, цифроаналоговые преобразователи, демодуляторы, преобразователи гидравлических и пневматических сигналов в цифровые электрические си гналы.

Управляющий транспарант 8 пред— ставляет собой реверсивный носитель оптических изображений, выполненный на базе фототермопластической пластины, стирание изображений с которой выпол няется электрическим напряжением.

Такие фототермопластические транспаранты работают следующим образом.

Приложив определенное напряжение через электроды к пластине, на нее проецируют изображение, которое фиксируется на ней. Путем повышения напряжения до определенной величины это изображение можно стереть и записать новое. Таким образом, процесс записи и стирания изображений выполняется электрическим напряжением по командам с ЭВМ через УСО 20.

Фильтрация изображения транспарантом 8 выполняется следующим образом.

На транспарант 8 записывается изображение, которое в дальнейшем является операционным сигналом, фильтрующим любое другое изображение, проецируемое на фототранспарант 8, моделируя световой поток, формирующий текущее иэображение.

Система. адаптивного управления металлорежущими станками работает следующим образом.

С датчиков. 10-12, составляющих сил резания, 13 термо-ЭДС пары инструмент — деталь, 14 вибраций инструмента, 15 мощности привода главного движения станка снимаются электрические сигналы, которые усиливаются в соответствующих усилителях 16 и поступают в соответствующие фильтры 17, с первых выходов которых снимаются постоянные составляющие электрических сигналов и подаются через цифроаналоговый преобразователь 18 в

ЭВМ 19.

На основании постоянных составляющих в ЭВМ 19 формируются команды на изменения скорости резания и скорости подачи. Переменные составляющие электрических сигналов снимают1000157

Формула изобретения

60 ся вторых выходов фильтров и подаются на соответствующие входы акустооптических модуляторов б, каждый из которых образует дифракционное поле, определяемое формой поступающего на него электрического сигнала.

По команде с ЭВМ 19 через устройство

20 связи с объектом осуществляется включение лазера 3 и управляемого пространственного транспаранта 8, при этом лазерный луч, проходя систему линз 4, расширяется и диафрагмой 5 выделяется его центральная равномерная по мощности часть. В акустооптическом модуляторе 6 осуществляется преобразование временных электрических сигналов, поступающих с блока 17 фильтров в пространственный оптический сигнал, Фурье.-образ (амплитудно-фазовый спектр ) которого формируется Фурье-линзой 7 в плоскос-go ти расположения управляемого пространственного транспаранта 8, выполняю-. щего функции пространственно-оптического фильтра. В процессе дальнейшей обработки детали на станке электри- 25 ческие сигналы с датчиков 10-15 непрерывно поступают на соответствующие входы блока 6 акустооптических модуляторов, где преобразуются в пространственные оптические сигналы, соответствующие Фурье-образы которых формируются в плоскости расположения управляемого пространственного транспаранта 8, а на приборе с зарядовой связью формируются взаимокорреляцион- 5 ные функции k „(PK) текущих сигналов в процессе резания от датчиков вибраций, термо-ЭДС, сил резания, мощнос-, ги главного привода движения станка р соответствующими сигналами, записанными на фототранспаранте 8 в момент включения станка. Значения корреля-ционной функции поканально считываются прибором 9 зарядовой связи,преобразуются в электрические сигналы и через цифроаналоговый преобразователь 45

18 поступают на вход ЭВМ 19, которая формирует корректирующие команды на изменения скорости резания и подачи так, чтобы скорость износа инструмента поддерживалась постоянной. В мо- 50 мент, когда величина износа достигает критического значения ЭВМ 19 через устройство 20 связи с объектом, осуществляет прекращение процесса обработки и вывод инструмента в измерительную позицию устройства 21, тогда устройство 20 связи с объектом дает команду на включение лазера 22. Пучок излучения лазера 22 расширяется оптической системой из линз 23 и 24 и фокусируется в плоскости расположения фотоприемников 27. На пути распространения пучка между линзой

24 и блоком 27 фотоприемников расположена диафрагма 25, перекрывающая половину пучка. Для измерения величины износа. режущий инструмент 26 подводится к диафрагме 25, при этом плоскость расположения инструмента жестко фиксируется упорами так, чтобы между режущей кромкой инструмента и диафрагмой образовалась узкая щель. Согласно дифракционной теории распространения когерентного монохроматического излучения в плоскости расположения фотоприемником 27 формируется дифракция расположения этой щели, которая представляет собой че,редующиеся максимумы и минимумы освещенности 1фиг. 2 ). Блок фотоприемников 27 содержит два фотодиода 28 и 29, расположенные за маской 30, в которой имеются два точечных отверстия перед фотоприемниками. При этом расстояние между отверстиями маски таково, что через первое отверстие попадает на фотоприемник световой поток плюс первого минимума, а на второй — минус первого максимума дифракционного изображения. Выходные электрические сигналы фотодиодов 28, 29 усиливаются усилителями 31 и 32 и поступают на вход блока вычитающего устройства 33, с выхода которого сигнал рассогласования поступает через цифроаналоговый преобразователь

18 на вход ЭВМ 19. При увеличении величины износа инструмента 26 ширина щели между инструментом 26 и диафрагмой 25 увеличивается, а расстояние между дифракционными максимумами уменьшается, что регистрируется устройством 21, с выхода которого электрические.сигналы поступают через цифроаналоговый преобразователь 18 на вход ЭВМ 19.

Система адаптивного управления металлорежущими станками позволяет повысить быстродействие в 1,5-1,8 раза, осуществить стабилизацию сил ре;зания, вибраций системы СПИД и темпе- ратуры в зоне резания, что дает воз-, можность повысить точность обработки в 1,5-1,6 раза, а также получить наиболее стабильныЕ и благоприятные характеристики качества поверхностного слоя детали. Система также позволяет осуществить непосредственное измерение величины износа режущего инструмента при прекращении процесса обработки и выводе инструмента в измерительную позицию.

Система управления металлорежущим станком, содержащая когерентный оптический процессор, включающий лазер, расширитель, диафрагму, акустооптический модулятор, Фурье-линзу и электронную систему формирования команд управления, включающую датчики виб1000157 раций инструмента, термо-ЭДС пары инструмент — деталь, составляющих сил резания и мощности привода главноге движения станка, а также усилитель и ЭВМ с цифроаналоговым преобразователем, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности обработки, надежности и быстродействия, в когерентный оптический процессор введены управляемый пространственный транспарант, расположен- 1О ный в задней фокальной плоскости

Фурье-линзы, и прибор зарядовой связи, расположенный на двойном фокусном расстоянии от Фурье-линзы и соединенный с цифроаналоговым преобра- 15 эователем, а в электронной системе формирования команд выходы указанных датчиков параллельно соединены через соответствующие усилители и фильтры с цифроаналоговым преобразовате- 7О лем и акустооптическим модулятором, причЕм к выходу ЭВМ подключено введенное в систему устройство связи с объектом, выходы которого параллельно подключены к управляемому пространственному транспаранту, оп-. тическому процессору и к введенному в систему устройству измерения износа инструмента, состоящего из последовательно расположенных лазера, оптической системы и блока фотоприемников, содержащего маску с двумя отверстиями, за которыми расположены два фотодиода, соединенные через усилители с вычитающим устройством, выход которого подключен к входу цифроаналогового преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 527261, кл. В 23 В 25/06, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР Р 650782, кл. В 23 Q 15/00, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2796269/24, кл.В 23 Q 15/00, 1979.

1000157

Составитель В. Влодавский

Редактор Н. Кешеля Техред Т.Маточка Корректор Ю. Макаренко

Заказ 1229/9 Тираж 1104 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4