Устройство для автоматического управления шлифовальным станком

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ШЛИФОВАЛЬНЫМ СТАНКОМ, содержащее датчик оборотов детали, датчик .мощности шлифования, выходом подключенный к первому входу блока преобразования спектра, первый интегратор, выход которого соединен с приводом скорости детали , и последовательно соединенные :блок задания, блок Сравнения и запоминающий блок,-отличаюц ее с я тем, что, с целью устранения дефектов шлифования, в н-его введены датчик скорости детали, датчик длинй дуги контакта, арифметический блок, последовательно соединенные логический блок, первый коммутатор, второй интегратор и привод поперечной подачи, а также последовательно соединенные генератор импульсов .и второй коммутатор и последовательно соединенные блок задания начальной CKOpocTji детсши и третий коммутатор, выходом соединенный с пер .вым входом первого ин1егратора, второй вход которого через первый коммутатор подключен к выходу згшоминающего блока, вторым входом соединенного с выходом второго коммутатора и с вторым входом блока преобразования спектра, выход которого подключен к первому входу арифметического блока, вторым .входом соединенного с выходом датчика длины дуги контакта, третьим входом - с выходом датчика скорости детали, а выходом - с вторым входом блока сравнения, выход которого подключен к первому входу логичес (Л кого блока, вторым входом соединенного с выходом датчика мсяцности шлифования , а выходом - с Вторыми входами второго и третьего коммутаторов, причем выход.датчика оборотов детали соединен ; с третьим входом второго коммутатора. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что логический блок содержит дискриминатор нуля и пЬследовательно соединенные сд ограничитель сигнала, элемент И, со ел элемент НЕ и триггер, вторым входом подключенный к выходу ограничителя сигнала, а выходом - к выходу Jib :блока, вход ограничителя сигнала соединен с первыа 1 входом блока, втоСД рой вход которого через дискриминатор нуля подключен к второму входу элемента И,

COOS СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5g G 05 В 19/00

ОПИСАНИЕ 8306PETEHQR

Й АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3006000/18-24 (22) 09.09.80 (46) 07.12 ° 83. Вюл. 9 45 (72) A.В.Якимов, В.П.Ларшин, В.А.Якимов, Ю.П.Русавский и Г.И.Колокольцев (71) Одесский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт и Одесский завод прецизионных .станков им. ХХУ съезда КПСС (53) 62-503.55(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 511185, кл. В 23 Q 15/00, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2832928/25-08, кл. В 23 Q, 15/00, 1980 (прототип). (54)(57) 1. УСТРОИСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ШЛИФОВАЛЬНЬИ

СТАНКОМ, содержацее датчик оборотов детали, датчик .мощности шлифования, выходом подключенный к первому входу блока преобразования спектра, первый интегратор, выход которого соединен с приводом скорости детали, и последовательно соединенные

I блок задания, блок равнения и запоминаюций блок, о т л и ч а ю ц ее с я тем, что, с целью устранения дефектов шлифования, в него введены датчик скорости детали, датчик длины дуги контакта, арифметический блок, последовательно соединенные логический блок, первый коммутатор, второй интегратор и привод поперечной подачи, а также последовательно соединенные генератор импульсов ,и второй коммутатор и последователь„„SU„„1059545 А но соединенные блок задания началь- ной скорости детали и третий коммутатор, выходом соединенный с первым входом первого инТегратора, второй вход которого через первый коммутатор подключен к выходу запоминающего блока, вторым входом соединенного с выходом второго комму. татора и с вторым входом блока преобразования спектра, выход которого подключен к первому входу арифметического блока, вторым вхо.дом соединенного с выходом датчика длины дуги контакта, третьим входом - с выходом датчика скорости детали, а выходом — с вторым входом блока сравнения, выход которого подключен к.первому входу логического блока, вторым входом соединенного с выходом датчика мощности шлифования, а выходом - с вторыми входаьи второго и третьего коммутаторов, причем выход датчика оборотов детали соединен;с третьим входом вто-рого коммутатора.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю ц е е с я тем, что логический блок содержит дискриминатор нуля и последовательно соединенные ограничитель сигнала, элемент И, элемент НЕ и триггер, вторым входом подключенный к выходу ограничи:теля сигнала, а выходом - к выходу блока, вход ограничителя сигнала соединен с первым входом блока, второй вход которого через дискриминатор нуля подключен к второму входу элемента И.

1059545

10

Изобретение относится к станкостроению и может быть применено при разработке шлифовальных станков с автоматическим и адаптивным управлением режимами резания, например для реэьбошлифовальных станков.

Известны устройства для.автомати ческого регулирования величины подачи на металлорежущегл станке, обес печивающие стабилизацию преобразованных значений силового параметра резания. Это устройство содержит последовательно соединенные блок задания, датчик силового параметра резания, схему сравнения и включенный на вход привода рабочего органа станка интегральный регулятор, соединенный с выходом схемы сравнения по основному каналу и через нелинейный элемент j1) .

Недостатком указанного устройства, является низкая устойчивость и точность. автоматиЧеского регулирования, что вызвано динамической сложностью системы, содержащей болЬшое число звеньев при непрерывном преобразовании и регулировании среднего значения сигнала. Кроме того, стабилизация силового параметра резания не обеспечивает устранения шлифовочных прижогов, поскольку последние определяются совместным действием силового и временного фактора. Это приводит с одной стороны к запаздыванию регулирующего воздействия при колебаниях величины силового параметра, с другой — к появлению шлифовочных прижогов и микротрещин при изменении скорости детали, определяющей время контакта круга с обрабатываемой поверхностью.

Наиболее близким по технической сущности н предлагаемому устройству является устройство для автоматического регулирования подачи на металлорежущем станке, содержащее датчик оборотов детали, последовательно соединенные датчик мощности шлифования и блок преобразования спектра, последовательно включенные блок задания, схему сравнения и запоминающее устройство, а также последовательно включенные первый интегратор

:и привод скорости детали (2) .

Недостатком данного устройства является воэможность появления шлифовочных дефектов, возникающих в результате того, что по мере уменьшения скорости обрабатываемой детали (эа счет этого поддерживается постоянство мощности шлифования) увеличивается время теплового воздействия на обрабатываемую поверхность.

В результате возрастают контактные температуры, приводящие к образованию шлифовочных дефектов (прижогоа и микротрещин) ..Цель изобретения — устранение дефектов шлифования.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для автоматического управления шлифовальным станком, содержащее датчик оборотов детали, датчик мощНости шлифования, выходом подключенный к первому входу блока преобразования спектра, первый интегратор, выход которого соединен с приводом скорости детали и последовательно соединенные блок задания, блок сравнения и запоминающий блок, введены датчик скорости детали, датчик длины дуги контакта, арифметический блок, последовательно соединенные логический блок, первый коммутатор, второй интегратор и привод поперечной подачи, а также последовательно соединенные генератор импульсов и второй коммутатор, и последовательно соединенные блок задания начальной скорости детали и третий комму1 татор, выходом соединенный с первым входом первого интегратора, второй вход которого через первый коммутатор подключен к выходу запоминающего блока, вторым входом соединенного с выходом второго коммутатора и с вторым входом блока преобразования спектра, выход которого подключен к первому входу арифметического блока, вторым входом соединенного с выходом датчика длины дуги контакта,третьим входом — с выходом датчика скорости детали, а выходомс вторым входом блока сравнения, выход которого подключен к первому входу логического блока, вторым входом соединенного с выходом датчика мощности шлифования, а выходом — с вторыми входами второго и третьего коммутаторов, причем выход датчика оборотов детали соединен с третьим входом второго коммутатора.

Логический блок содержит дискриминатор нуля и последовательно соединенные ограничитель сигнала, элемент И, элемент НЕ и триггер, вторым входом подключенный к выходу ограничителя сигнала, а выходом — к выходу блока, вход ограничителя сигнала соединен с первым входом блока, второй вход которого через дискриминатор нуля подключен к вто„рому входу элемента И.

Известно, что отношение мощности шлифования к произведению скорости детали на длину дуги контакта круга с изделием в сечении, перпендикулярном скорости детали, характеризует удельную поверхностную работУ шлифования (количество тепловой энергии, выделяющееся на единице площади обрабатываемой поверхности) и, следовательно, это отношение учиты15

1059545

Логическое устройство 12 (фиг.2) содержит дискриминатор 20 нуля, последовательно соединенные ограничитель 21 сигнала, элемент И 22, элемент HE 23 и триггер 24. Второй вход триггера 24 соединен с выходом 0 ограничитнля 21 сигнала, Выход дискриминатора 20 нуля соединен с вторым входом элемента.И 22. Вход ограничителя 21 сигнала соединен с первым входом логического устройства 12, Второй вход логического устройства 12 соединен с входом дискриминатора нуля 20, а выход подключен к выходу триггера 24.

Арифметический блок 11 фиг. 3) содержит последовательно соединенные 60 блок 25 умножения и блок 26 деления. Блок 3 преобразования спектра может быть выполнен в виде следующей Схемы, Генератор 27, цифро-аналоговый 28 преобразователь и посвает время теплового воздействия.

Для плоского шлифования перифери ей круга на станках с прямоугольным столом и горизонтальным шпинделем с поперечной подачей длиной дуги контакта и скоростью детали являются соответственно вертикальная, поперечная и -продольная подачи; для круглого наружного и внутреннено шлифования продольными проходами периферией круга — подача на вреэание, продольная подача и скорость вращения детали; для резьбошлифования — подача на врезание, ширина режущего контура круга в сечении перпендикулярном скорости вращения детали и скорость вращения детали, На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для автоматического управления шлифовальным станком; на фиг. 2 — блок-схема логического устройства; на фиг. 3 — блок-схема арифметического блока; на фиг. 4 схема блока преобразования спектра; на фиг. 5 — временная диаграмма сигналов.

Устройство для автоматического управления шлифовальным станком содержит датчик 1 оборотов детали, последовательно соединенные датчик

2 мощности шлифования и блок 3 преобразования спектра, блок 4 задания, блок 5 сравнения, запоминающий блок б, первый интегратор 7, привод скорости детали 8, датчик 9 скорости детали, датчик 10 длины дуги контакта, арифметический блок

11, логический блок 12, первый коммутатор 13, второй интегратор

14, привод 15 поперечной подачи, генератор 16 импульсов, второй коммутатор 17, блок 18 задания начальной скорости. детали, третий коммутатор 19..

40 ледовательно соединенные нуль-оргай (29, элемент И 30 и реверсивный счетчик 31.

Датчик 2 мощности шлифования с аналоговым выхоцом представляет собой устройство, включающее в себя преобразователь активной мощности электродвигателя привода шлифовального круга и схему вычета мощности холостого хода. Таким образом, с выхода датчика 2 мощности шлифования поступает сигнал в виде аналогового напряжения, пропорционального разности между мощностью, потребляемой электродвигателем привода шлифовального круга в режиме работы, и мощностью холостого хода этого электродвигателя.

Датчик 9 скорости детали представляет собой, например, тахогенератор, установленный на валу. электродвигателя привода скорости детали и имеющий аналого-цифровой преобразователь на выходе. Таким образом, выходным сигналом датчика 9 скорости детали является цифровой код.

Датчик 10 длины дуги контакта содержит последовательно соединенные датчик глубины шлифования (поперечной подачи), блок нелинейности и аналого-цифровой преобразователь.

Характеристика блока нелинейности при шлифовании, например резьбы полукруглого профиля, описывается уравнением

à — 2r агссов

Ф где . — длина дуги контакта, мм; г — радиус профиля круга, мм; поперечная подача на врезание, мм.

Ограничитель 21 сигнала. представляет собой устройство, формирующее сигнал логической единицы из непрерывно изменяющегося напряжения на выходе датчика 2 мощности шлифования ° В качестве этого устройства может быть использован триггер

Шмидта.

Дискриминатор 20 нуля представля" ет собой устройство, формирующее на выходе сигнал логической единицы при появлении нулевого напряжения на входе.

Интеграторы 7 и 14 представляют собой реверсивные счетчики импульсов с преобразователями кода в напряжение.

При подаче питания на схему устройства триггер 24 в логическом блоке 12 устанавливается таким образом, что сигнал с его выхода, поступающий на коммутаторы 13, 17 и 19 переключает их в положение, при котором выход генератора 6

1059545

5 а

ЗО

W

Lv (2) 65 импульсов через коммутатор 17 подключается к вторым входам блока 3 преобразования спектра и запоминающего блока б| выход запоиинающего блока б через коммутатор 13 подключается к входу интегратора 14, а выход блока 18 задания начальной скорости детали через коммутатор

19 подклчюается к перво.<у входу интегратора 7.

Устройство для автоматического управления шлифовальным станком, например резьбошлифовальным, при . обработке резьбы ходовых винтов работает следуюц|им образом. ри включении станка на рабочий ход срабатывает кулачковый механизм поперечной подачи. В результате отрабатывается поперечное перемещение (например„ одинаковое на каждый проход круга) шлифовальной бабки, гарантирующее надежное касание круга с деталью в рабочей зоне. При касаиии круга с деталью в арифметическое устройство 11 цо сигналу от генератора 1б.импульсов . поступают.с выхода датчика 2 мощности (фиг. 5 ц) через блок преобразования спектра 3 измеренные значения мощности шлифования. При этом на второй и третий входы арифметического блока 11 поступают сигналы от датчика 10 длины дуги контакта и датчика 9 скорости детали 9.

На выходе арифметического блока

11 формируется сигнал (фиг. 5,Ь ), где величина регулируемого параметра W = Р/Lv представлена в виде аналоговой величины, эквивалентной цифровому коду на выходе арифметического блока 11), пропорциональный фактической величине удельной поверхности работы шлифования, определяемой в соответствии с выражением где P — - мощность шлифования, Вт; — длина дуги контакта, мм;

v — скорость детали, м/с.

Этот сигнал сравнивается в схеме 5 сравнения с сигналом, пропорциональным допустимому уровню удельной поверхностной работы шлифования (фиг. 5,5) поступающим из блока 4 задания. Сигнал рассогласования фиксируется в запоминающем блоке б на время, равное периоду следования импульсов T (ôèã.5,6) от генератора 1б импульсов и через коммутатор 13 поступает на вход интегратора 14, Выходной сигнал интегратора 14 в виде, например, напряжения постоянного тока (фиг.5,e) подается на обмотку электродвига. теля привода 15 поперечной подачи.

Это приводит к увеличению поперечной подачи на величину, пропорциональную выходному сигналу интегратора 14. При этом на выходе интегратора 7 (фиг. 5, ) выходной сигнал, пропорциональный окружной скорости детали, не изменяется.

Таким образом, увеличение поперечной подачи осуцествляется (участок A на фиг. 5) при неизменной окружной скорости детали, величина которого задается блоком 18 задания начальной скорости.

Работа устройства по описанному циклу продолжается до появления на выходе блока 5 сравнения сигнала ошибки, равного нулю. В результате на выходе дискриминатора 20 нуля появляется положительный потенциал, который поступает на вто.— рой вход элемента И 22, При этом на второй вход триггера 24 и первый вход элемента И 22 подается через ограничитель 21 сигнала разрешающий потенциал от датчика 2 мощности

Триггер 24 изменяет состояние на противоположное под воздействием сигнала с выхода логического элемен . та НЕ 23(Триггер 24 типа RS изменяет свое, состояние при появлении на установочных входах нулевого потенциала), Сигнал с выхода триггера 24 вы.зывает переключение коммутаторов

13„ 17 и 19 (фиг. 5,2) в противоположные состояния.

В результате выход датчика 1 обо:ротов детали через коммутатор 17 подключается к вторым входам блока преобразования спектра 3 и запомиющего блока б. Коммутатор 13 переключает выход запоминающего блока б

40 на первый вход интегратора 7. При этом коммутатор 19 отключает выход блока "-адания начальной скорости детали 18 от первого входа интегратора 7 .

45 В дальнейшем работа устройства не отличается от описанной выше за исключением того, что сигнал рассогласования с выхода блока 5 сравнения через запоминающий блок б и коммутатор 13 поступает на вход интегратора 7 (а не интегратора 14) и вызывает изменение скорости детали. При этом электродвигатель привода 15 поперечной подачи обесточен, поскольку сигнал на выходе интегра, тора 14 отсутствует.

По мере продолжительности обработки участок Б на фиг. 5) шлифовальныи круг затупляется. Это приводит к увеличению измеренных значений моцности шлифования и, как следствие, к возрастанию величины удельной поверхностной работы шлифования (фиг. 3 о 6, участок 1-2) .

При этом сигнал рассогласования на

1059545 выходе блока 5 сравнения увеличивается. Получившееся превышение суммируется в интеграторе 7 с предыдущим значением, содержащимся там.

Изменение выходного сигнала интег-. ратора 7 происходит с интервалами времени, кратными периоду Т следова ния импульсов от датчика 1 оборотов

-детали через каждый оборот детали.

Это приводит к соответствующему увеличению скорости вращения детали таким образом, чтобы отношение (2, определяющее удельную поверхностную работу шлифования, поддерживалось на заданном уровне.

Использование новых элементов датчика скорости детали, датчика длины дуги контакта, арифметического н логического блоков, .первого, второго и третьего коммутаторов, генератора импульсов, блока задания начальной скорости детали, второго интегратора и привода поперечной подачи, а также связей между ними выгодно отличает предлагаемое.

16 устройство от укаэанного прототипа, поскольку позволяет устранить дефекты шлифования, вызванные изменением режущих свойств шлифовальных кругов.

1059545 вниипи заказ 9840/52

Тираж 874 Подписное

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