Устройство для управления ультразвуковой установкой

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ УЛЬТРАЗВ ОВОЙ УСТАНОВКОЙ, содержащее последовательно соединенные эадгоощий генератор независимого возбуждения , усилитель, формирователь импульсов , инвертор, выходной трансформатор , акустический преобразователь, жестко связанный с неподвижным рабочим инструментом через концентратор, соединенный с акустическим датчиком, подвижньай рабочий инструмент, установленный на ползуне, а также последовательно соединенные фазовращатель. формирователь импульсов, силовой вы прямитель с регулируемым напряжением выход которого подключен на второй вход инвертора, отличающеес я тем, что, с целью поддержания оптимального режима работы, оно снабжено последовательно соединенными датчиком усилия, установленным между ползуном и подвижным инструментом, усилителем, выпрямителем, схемой сравнения, выход которой подключен ко входу управления частотой задающего генератора независимого возбуждения , а также механически соединенным с ползуном датчиком скорости, последовательно соединенным с дополнитель i ными усилителем,выпрямителем второй схемой сравнения ,выход которой подклю (Л чен на вход суьчматора , выход которого соединен через усилитель со входом фазовращателя,при этом выход акустического датчика подключен к введенным в устройство и последовательно соединенным выпрямителю, интегратору, вычитающей схеме, выход которой подклю D чен на второй вход сумматора. N0 30 Й 1

СО)03 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(Ю В 23 15 00

0GYQAPCTBEHHbN k0MHTET CCCP йд ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

° ;. .;«,, 1,-,,". : И

H АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3310684/25-08 (22) 26. 06.81 (46) 15.07.83 Бюл. 9 26 ,, (72) Э.В.Широков и Н.A.ÊHòoâ (71) Экспериментальный научно-исследовательский институт кузнечно-прессового машиностроения (53) 621.9.048 (088.8) (56) 1. Генератор ультразвуковой

УЗГ2-4М. Паспорт БТЗ. 119003-01ТУ.

И. 1978 ° (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ УСТАНОВКОЙ, содержащее последовательно соединенные задающий генератор независимого возбуждения, усилитель, формирователь импульсов, иивертор, выходной трансформатор, акустический преобразователь, жестко связанный с неподвижным рабочим инструментом через концентратор, соединенный с акустическим датчиком, подвижный рабочий инструмент, установленный на ползуне, а также последовательно соединенные фазовращатель, формирователь импульсов, силовой выпрямитель с регулируемым напряжением, выход которого подключен на второй вход инвертора, о т л и ч а ю щ е е— с я тем, что, с целью поддержания оптимального режима работы, оно снабжено последовательно соединенными датчиком усилия, установленным между ползуном и подвижным инструментом, усилителем, выпрямителем, схемой сравнения, выход которой подключен ко входу управления частотой задакхцего генератора независимого возбуждения, а также механически соединенным с ползуном датчиком скорости, последовательно соединенным с дополнитель ными усилителем,выпрямителем второй Я схемой сравнения, выход которой подклк. чен на вход суь матора, выход которого соединен через усилитель со входом фаэовращателя,при этом выход акусти- С ческого датчика подключен к введенным в устройство и последовательно соеди- Я ненным выпрямителю, интегратору, вычитающей схеме, выход которой подклю чен на второй вхоц сумматора.

1028472

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано в машиностроении, в частности, в ультразвуковых технологических установках для обработки металлов.

Известно устройство для ультразвуковой обработки с генератором с автоматической подстройкой частоты, содержащее последовательно соединенные задающий генератор независимого возбуждения, усилитель, формирователь 10 импульсов, инвертор, выходной транс(форматор, акустический преобразователь, жестко связанный с неподвижным рабочим инструментом через концентратор, соединенный с акустическим дат- 15 чиком, подвижный рабочий инструмент, установленный на полэуне, технологическую среду, а также последовательно соединенные фазовращатель, формирователь импульсов, силовой выпрями- 20 тель с регулируемым напряжением, выход которого подключен на второй вход инвертора jlj.

Недостатком известного устройства является чувствительность к величине усилия обработки, определяемого, главным образом, сопротнвлением деформированию технологической среды. Изменение усилия приводит к расстройке резонансной частоты акустического преобразователя но отношению к частоте задающего генератора, а следова-. тельно, к уменьшению амплитуды колебаний рабочего инструмента и к снижению производительности обработки. Изменение скорости обработки приводит к изменению воздействия ультразвука на технологическую среду. Эффектив ность воздействия ультразвука на технологическую среду зависит, в основном, от количества энергии, приходя" 40 щейся на единицу объема среды. С увеличением скорости обработки уменьшается удельная акустическая энергия, передаваемая технологической среде,поэтому в известном устройстве,чувстви.45 тельном к изменению величины скорости, качество иэделий изменяется в зависимости оТ величины скорости из-за различного количества энергии, передаваемой рабочим инструментом устройст-50 ва технологической среде. Вследствие изменения количества ультразвуковой энергии, передаваемой рабочим инструментом устройства технологической среде, при изменении скорости обработки, усилие обработки отличается от номинального, т.е. может быть больше или меньше номинального значения.

При величине усилия меньше номинального значения изделие недопрессовано, следовательно, качество его ухудшает 0 ся. При величине усилия номинального значения расходуется излишнее количество ультразвуковой энергии, могут появиться трещины в иэделии или даже его разрушение, так как в извест- g5 ном устройстве не поддерживается оптимальный режим работы.

Цель изобретения — подцержание оптимального режима работы устройства при изменяющихся усилии и скорости об работки.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено последователь но соединенными датчиком усилия, установленным между ползуном и подвижным инструментом, усилителем, выпрямителем, схемой сравнения, выход которой подключен ко входу управления частотой задающего генератора независимого возбуждения, а также механи1 чески соединенным с цолэуном датчиком скорости, последовательно соединенным с дополнительными усилителем, выпрямителем, второй схемой сравнения, выход которой подключен на вход сумматора, выход которого соединен со входом усилителя, а его выход— со входом фазовращателя, при этом выход связанного с концентратором акустического датчика подключен к последовательно соединечным выпрямителю, интегратору, вычитающей схеме, выход которой подключен на второй вход сумматора.

На чертеже изображена блок-схема устройства для. управления ультразвуковой установкой.

Устройство содержит последовательно соединенные задающий генератор 1 независимого возбуждения, усилитель

2, формирователь 3 импульсов, инвертор 4,. выходной трансформатор 5, акустический преобразователь 6, жестко связанный с неподвижным рабочим инструментом 7 через концентратор 8,. соединенный с акустическим датчиком

9, подвижный рабочий инструмент 10, установленный на ползуне 11, технологическую среду 12, последовательно соединенные датчик усилия 13, установленный между ползуном ll и подвижным инструментом 10, усилитель 14, выпрямитель 15, схему сравнения 16, выход которой-подключен ко входу управления частотой задающего генератора 1 независимого возбуждения, а также механичесхи соединенный с ползуном 11 датчик скорости 17, последовательно соединенный с дополнительными усилителем 18, выпрямителем 19, схемой сравнения 20, выход которой подключен на вход сумматора 21, выход которого соединен со входом усилителя 22, а его выход — со входом фазовращателя 23, подключенным своим выходом на вход формирователя импульсов 24, выход которого соединен со входом илового выпрямителя 25 с регулируемым напряжением, на второй вход которого подключено переменное напряжение сети (UO), а выход силоного выпрямителя соединен со вторым входом инвертора 4, при этом связан1,02847 2 ный с концентратором 8 акустический датчик 9 подключен к последовательно. соединенным выпрямителю 26, интегратору 27, вычитающей схеме 28, выход которой подключен на второй вход сумматора 21.

Устройство работает следующим образом.

Эадающий генератор 1 независимого возбуждения генерирует сигнал с частотой, соответствующей резонансной частоте акустического преобразователя 6. Этот сигнал усиливается до нужной величины усилителем 2, формируется формирователем 3 импульсов и подается на инвертор 4 для его воэбужде- 15 ния. Импульсные колебания, возникающие при этом с помощью выходного трансформатора 5, иидуктивности и емкости (не показаны иа чертеже) преоб разуются в синусиодальные колебания 20 и подаются .на преобразователь 6.

Ультразвуковые колебания, возникающие при этом в преобразователе 6, возбуждают в акустическом датчике электрический сигнал. Акустический датчик 9 установлен на нерабочем тор" це концентратора 8, который усиливает и передает ультразвуковые механические колебания неподвижному рабочему инструменту 7, а через него техно- ЗО логической среде 12 (например, металлической заготовке). При сообщении технологической среде 12 усилия от ползуна 11 пресса через датчик усилия 13 и подвижный инструмент 10 технологическая среда 12 деформируется в.неподвижном рабочем инструменте 7 (например, матрице) .

Возбуждаемый в датчике усилия 13 выходной сигнал, пропорциональный величине усилия, усиливается усилите- 4О лем 14, выпрямляется выпрямителем 15 и поступает. на вход схемы сравнения

16, на второй вход которой поступает опорный сигнал с задающего генератора 1. 45

При равенстве величины опорного сигнала задающего генератора 1 и величины сигнала, поступающего с выпрямителя 15, сигнал на выходе схемы сравнения 16 равен. нулю. Это происхо- 5() дит в том случае, если резонансная. частота преобразователя 6 равна частоте задающего генератора 1.

При деформировании технологической среды 12 иа датчик усилия 13 пе 55 редается усилие от ползуна ll, а также усилие реакции от неподвижного рабочего инструмента 7 через технологическую среду 12 и подвижный инструмент 10. Под действием усилия неподвижный рабочий инструмент 7, концент-ОО ратор 8 и акустический преобразователь 6 изменяет частоту собственных колебаний. Пройорционально изменению собственной частоты колебаний преобразователя 6, концентратора 8 и не- 65 подвижного рабочего инструмента 7 изменяется сигнал на выходе датчика усилия 13, который через усилитель 14, выпрямитель 15 подается на вход схемы сравнения 16: На выходе схемы сравнения 16 появляется сигнал рассогласования, иэменякщий частоту задакщего генератора 1 на величину изменения собственной частоты преобразователя

6. От. задающего генератора 1 на вход схемы сравнения 16 поступает сигнал рассогласования, и сигнал на выходе сравнения 16 снова становится равным нулю. При непрерывном изменении усилия прессования непрерывно изменяется сигнал на выходе датчика усилия

13 и непрерывно подстраивается часто. та задающего генератора 1 к собствен. ной частоте преобразователя б.

Добротность датчика усилия 13 выбирается больше добротности преобразователя 6, поэтому скорость изменения сигнала датчика усилия 13, про,порционального усилию прессования, выше или равна скорости изменения частоты собственных колебаний преобразователя 6, и частота колебаний задающего генератора 1 успевает достраи-.» ваться к иэменякицейся в процессе прессования частоте колебаний преобразова-, теля 6. В результате повышается точность подстройки частоты задающего генератора 1 к частоте преобразователя б с концентратором 8 и рабочим инструментом 7 при иэменякицемся усилии прессования. При этом повышается точность поддержания необходимой величины амплитуды механических колебаний рабочего инструмента 7 и, следовательно, оптимального режима работы устройства в целом.

Сигнал с выхода акустического датчика 9 через выпрямитель 26, интегратор 27, вычитакхцую схему 28 поступает на вход сумматора 21, на второй вход которого поступает сигнал от датчика скорости 17 через усилитель

18, выпрямитель 19 и схему сравнения 20. С выхода сумматора 21 сигнал через усилитель 22, фазовращатель 23, формирователь импульсов 24 поступает на вход силового выпрямителя 25 с фаэоимпульсным регулированием выпрямленного напряжения. На второй вход выпрямителя 25 подается переменное напряжение сети. Выпрямленное напряжение с выхода силового выпрямителя

25 подается на инвертор 4 и может регулироваться по величине, изменяя тем самым мощность устройства .и, следовательно,амплитуду механических ко" лебаний неподвижного рабочего инструмента 7.

При увеличении нагрузки на неподвижный рабочий инструмент 7 в процес.се реформирования технологической среды 12 уменьшается амплитуда механических колебаний инструмента 7, а,.1028472 итель 22, фазовращатель 23, формирователь импульсов 24 поступает на вход силового выпрямителя 25, который изменяет величину выпрямленного напряжения, подаваемого на инвертор 4.

При уменьшении скорости прессования выпрямленное напряжение силового выпрямителя 25 уменьшаетчя, а при увеличении скорости прессования выпрямленное напряжение увеличивается, что вызывает соответственно уменьшение или увеличение мощности инвертора 4, при этом амплитуда механических коле баний преобразователя б при изменении скорости прессования поддерживается постоянной.

Введение датчика усилия 13 и датчика скорости 17 обработки повышает эффективность устройства за счет более точного регулирования амплитуды механических колебаний неподвижного рабочего инструмента 7 при изменяющихся усилии и скорости обработки, что снижает энергосиловые затраты устройства, вызываемые отклонением частоты собственных колебаний преобразователя б с концентратором 8 и неподвижного рабочего инструмента 7 от резонансной, в процессе обработки позволяет поддерживать оптимальный режим работы Устройства в результате чего повышается качество изделий. также сигнал акустического датчика 9, -л сигнал на выходе вычитающей схемы 28 увеличивается, что приводит к увеличению напряжения на выходе силового выпрямителя 25. При этом увеличивает" ся мощность инвертора 4 и преобразователя 6, следовательно увеличивается амплитуда механических колебаний неподвижного инструмента 7.

Для определения объема технологической среды должно расходоваться on- 10 тимальное количество ультразвуковой энергии с целью получения качественно. го изделия.

При изменении скорости прессования количество ультразвуковой энергии, поглощаемой технологической сре" дой, изменяется н поэтому ухудшается качество иэделия. Для сохранения качества изделия при изменении скорости прессования необходимо обеспечить о постоянство поглощения ультразвуковой энергии технологической средой

12, что достигается введением датчи" ка скорости 17. При изменении скорости прессования изменяется сигнал дат-25 ,чика скорости 17, который через уси литель 18,яыПрямнтель 19 подается на вход схемы сравнения 20.С .выхода схемы.сравнения 20.сигнал,пропорциональ",. ный величине изменения. скорости прес. сования, подается на .второй вход сумматора 21,с выхода которого через усиВНИИПИ Заказ 4859/11 Тираж 760 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óèrîðoä,óë.Ïðîåêòíàÿ,4