Устройство для определения момента касания режущего инструмента с обрабатываемой деталью

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОМЕНТА КАСАНИЯ РЕЖУ11ЩГО ИНСТРУМЕНТА С ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ДЕТАЛЬЮ, содержащее задатчик частоты, попклю енный выходом к информационному входу первого ключа и входу блока управления частотой, соединенного выходом с входом инвертора напряжения, снабженного мостом обратных диодов, формирователь длительности фазового сдвига, включенный между шиной звена постоянного.тока и общей точкой катодной группы диодов и связанный выходом с управляющим входом первого ключа, подключенного выходом к входам интегратора и второго ключа, соединенного управляющим входом с выходом первого одновибратора, а Е-„ ходсм - с выходом интегратора и с входом третьего ключа, подключенного управляющим входом к входу первого одновибратора и к выходу второго одновибратора. ч выходом - к входу элемента памяти, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, в него вве дены дифференциатор, компаратор, первый, второй и третий элементы И-НЕ, первый, второй и третий нульорганы , элемент И и датчик напряжения двигателя, подключенный выходами к входам первого, второго и S третьего нуль-органов, соединенных выходами с первыми входами соответственно первого, BTopioro и третьего элементов И-НЕ, подключенных выходами к первому входу элемента И, связанного вторым входом с выходом формирователя длительности фазового сдвига, а выходом - с входом второго одновибратора, причем вторые входы первого, второго и .третьего 00 элементов И-НЕ подключены к выходам соответственно второго, третьего и 9д Ф первого нуль-органов, а выход элемента памяти через дифференциатор к входу компаратора.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) О 1) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3650497/24-24 (22) 06.10.83 (46) 07.04.85.. Бюл. № 13 (72) Ю.Н. Петренко, Г.И.Гульков и А.М. Василевский (71) Белорусский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт (53) 621.396(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 569442, кл. В 24 В 49/00.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 3352835/24,кл.Н 02 М 1/08, 1981 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

МОМЕНТА КАСАНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА С ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ДЕТАЛЬЮ, содержащее задатчик частоты, подключенный выходом к информационному входу первого ключа и входу блока управ- ления частотой, соединенного выходом с входом инвертора напряжения, снабженного мостом обратных диодов, формирователь длительности фазового сдвига, включенный между шиной звена постоянного. тока и общей точкой катодной группы диодов и связанный выходом с управляющим входом первого ключа, подключенного выходом к входам интегратора и второго ключа, соединенного управляющим входом

4(5ц В 24 В 49/10 9 05 В 23/02 с выходом первого одновибратора, а в.р:одсм -- с выходом интегратора и с входом третьего ключа, подключенного управляющим входом к входу первого оцновибратора и к выходу втор го одновибратора. а выходом — к входу элемента памяти, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, в него введены дифференциатор, компаратор, первый, второй и третий элементы

И-НЕ, первый,. второй и третий нульорганы, элемент И и датчик напряжения двигателя, подключенный выходами к входам первого, второго и третьего нуль-органов, соединенных выходами с первыми входами соответст. венно первого, второго и третьего элементов И-НЕ, подключенных выходами к первому входу элемента И, связанного вторым входом с выходом формирователя длительности фазового сдвига, а выходом — с входом второго одновибратора, причем вторые входы первого, второго и,третьего элементов И-НЕ подключены к выходам соответственно второго, третьего и первого нуль-органов, а выход элемента памяти через дифференциатор— .к входу компаратора.

1148769

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для исполь зования на металлорежущих станках в качестве устройства для опреде-, ления момента касания режущего 5 инструмента с обрабатываемой деталью.

Известно устройство определения момента касания инструмента с деталью, содержащее генератор механи- f0 ческих колебаний, вибродатчик, усилитель, подключенный выходом к входу командоаппарата. Генератор возбуждает механические колебания в плоскости, перпендикулярной к плоскости 15 обработки с частотой, лежащей вне спектра частот колебаний станка.

Вибродатчик фиксирует колебания в плоскости, параллельной плоскости обработки, возникающие в момент ка- щ сания шлифовального круга с деталт-

i )

Недостатками данного устройства являются значительная мощность генератора механических колебаний для 25 тяжелых металпорежущих станков, сложность конструктивного исполнения и размещения, наладки и обслуживания . генератора механических колебаний и вибродатчика. 30

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее задатчик частоты, подключенный выходом к информационному входу первого ключа и входу блока управления частотой, соединенного выходом с входом инвертора напряжения, снабженного мостом обратных диодов, формирователь длительности фазового сдвига, включенный между шиной звена постоянного „ тока и общей точкой катодной группы диодов и связанный с управляющим входом первого ключа, интегратор, второй ключ, два одновибратора, третий ключ, элемент памяти.

Теоретические и экспериментальные исследование тока асинхронного двигателя при питании от инвертора напряжения показывают, что при незначительной нагрузке (которая наиболее характерна для работы двигателя главного движения металлорежущих станков на холостом ходу перед моментом касания) кривая тока двигателя в пре делах полупериода несколько раз про- 55 ходит через ноль (2) .

При такой форме тока возникает неопределенность в определении фазового сдвига между током и напряжением

В этом случае формирователь длительности фазового сдвига сформирует подряд два импульса. Устройство в, таком режиме теряет свою работоспособность и не может быть использовано в качестве первичного датчика в устройстве определения момента касания режущего инструмента с обрабатываемой деталью.

Цель изобретения — расширение фун ециональных возможностей устройства путем формирования импульса в момент касания режущего инструмента с обрабатываемой деталью.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство определения момента касания режущего инструмента с обрабатываемой деталью, содержащее задатчик частоты, подключенный выходом к информационному входу первого ключа и входу блока управ ления частотой, соединенного выходом с входом инвертора напряжения, снаб-женного мостом обратных диодов, формирователь длительности фазового сдвига, включенный между шиной звена постоянного тока и общей точкой катодной группы диодов и связанный выходом с управляющим входом первого ключа, подключенного выходом к входам интегратора и второго ключа, соединенного управляющим входом с а выходом первого одновибратора, а выходом — с выходом интегратора и с входом третьего ключа, подключенного управляющим входом к входу»

1 первого одновибратора и к выходу второго одновибратора, а восходом к входу элемента памяти, введены дифференциатор, компаратор, первый второй и третий элементы И-НЕ, первый второй и третий нуль-органы, элемент, И и датчик напряжения двигателя, под" ключенный выходами к входам первого, второго и третьего нуль-органов, сое диненных выходами с первыми входами соответственно первого, второго и третьего элементов И-НЕ, подключенных выходами к первому входу эле мента И, связанного вторым входом" с выходом формирователя длительности фазового сдвига, а выходом — с входом второго одновибратора, причем вторые входы первого, второго и третьего элементов И-НЕ подключены к выходам соответственно второго, третьего и первого нуль-органов, 1148769

30 а выход элемента памяти через дифференциатор †. к входу копаратора.

На фиг. 1 дана функциональная схема устройства, на фиг. 2 — кривые тока двигателя при различной нагруз ке на валу, на фиг. 3 — временная диаграмма работы устройства.

Качественный анализ кривых 1 — 3 тока двигателя (фиг. 2), которые построены при различной нагрузке на валу, показывает, что в режиме работы двигателя, который характеризуется кривой 2, за угол сдвига между током и напряжением целесообразно принять сумму .r=3««Y

Это объясняется тем, что при изме» нении нагрузки на валу двигателя в процессе врезания режущего инструмента в обрабатываемую деталь, будет изменяться как угол,, так и угол/

Поэтому их сумма будет более чувствительным параметром к изменению нагрузки в сРавнении с углами,и

Отметим, что показатель чувствительности является одним из важнейших для устройств определения момен. та касания. Введение в устройство датчика напряжения двигателя, трех нуль-органов и трех логических элементов И-НЕ позволяет получить после» довательность прямоугольных импульсов с длительностью Т/6 и периодом повторения Т/3, где Т вЂ” период тока статора двигателя. Введение логичес- кого элемента И позволяет осуществить управление преобразователем фазовоI

ro сдвига в напряжение в соответст1 вии со следующим алгоритом: если ток двигателя имеет форму аналогичную кривой 1 или 3, фазовый сдвиг определяется углом, который и преобразуется в напряжение, если ток двигателя имеет форму аналогичную кривой

2, фазовый сдвиг определяется суммой углов, которая и преобразуется в напряжение. Введение дифференциатора и компаратора позволяет получить сигнал, фиксирующий момент касания режущего инструмента с обрабатываемой деталью.

Ф

На Фиг 2 0 — фазное напряжение двигателя, q — фазный ток двигателя, Р— мощность нагрузки на валу SS двигателя, Р— номинальная мощность двигателя, Т вЂ” период тока статора двигателя. На фиг. Зад,U>,U| — напряжение на первом, втором и третьем выходах датчика напряжения соответственно, U,U 1,01- напряжение на выходе первого, второго и третьего нуль-органа, соответственно, — напряжение на выходе элементов И-НЕ, 0 — выходное напряжение формирователя длительности фазового сдвига, — напряжение на выходе интегтатора, lj — напряжение на выходе элемента И", 0 - напряжение на выходе первого одновибратора Оу — напряжение на выходе второго одновибратора, U> — напряжение на выходе элемента памяти.

Устройство содержит управляющий выпрямитель 1, 4 С-фильтр 2, мост обратных диодов 3, инвертор 4 напряжения, датчик 5 напряжения, асинхронный двигатель 6, блок 7 управления частотой, задатчик 8 частоты, первый ключ 9, формирователь 10 длительности фа.свого сдвига, интегратор 11. второй ключ 12, первый одновибратор

13, второй одновибратор 14, третий. ключ 15, элемент 16 памяти, дифференциатор 17, компаратор 18, первый; второй и третий нуль-органы 19-21, первый, второй и третий элементы И-ИЕ

22-24, элемент И 25.

В качестве датчика 5 напряжения может быть использован трехфазный трансформатор напряжения. В качест" ве ключей 9, 12 и 15 мо1 ут быть использованы транзисторы КП103. Формирователь 10 длительности фазового сдвига может быть реализован, например, в виде шунта, подключенного через оптопару к входу нуль-органа. Нуль-органы 19-21, интегратор

11, дифференциатор 17, компаратор 18 могут быть выполнены на основе операционных усилителей. Логические. элементы И-HE 22-24 и элемент И 25 могут быть выполнены на основе дискретных микросхем серии К511.

Элемент 16 памяти может быть реализован, например, в виде конденсатора.

Устройство работает следующим образом.

Расмотрим работу устройства для случая, когда ток двигателя аналогичен кривой 2 (Фиг.2).

Во время работы иннертора 4 на асинхронный двигатель 6 на первом, втором и третьем выходах датчика

5 напряжения присутствует напряжение Ц, 0 „ U которое преоб1148?69 разуется нуль-органами 19-21 в прямоугольные импульсы 01, tlг, lip . Ha выходе элементов И-НЕ 22-24 формируется напряжение 0 .

В цепи формирователя 10 длитель- 5 ности фазового сдвига протекают по-! парно однополярные импульсы тока 1у с периодом Т/3. Причем, первый из пары импульсов по длительности меньше Т/6, второй начинается в момент 10 времени t c Т/б и оканчивается в момент времени t > Т/6. В зависи- .. мости от нагрузки на валу двигателя длительность импульсов может быть разной, но их положение относитель- 15 но момента времени Т/6 измениться не может. Время Ь1,протекания первого из пары импульса тока и время 1г протекания второго из пары импульса тока в цепи формироватепя 10 равно 20 времени, в течение которого ток и напр ение двигателя 6 противоположны по знаку. Угол (= f Ф g можно определить

I3 = 1 (1 г (1) гдето= 2Ч f — угловая частота напряже. ния инвертора, 1 — частота напряжения инвертора. Импульс логического "О" 0у, возникающий на выходе що формирователя 10 при протекании через него импульса тока <, поступает на управляющий вход ключа 9 и на второй вход элемента И 25. Ключ 9 открывается и остается в таком состоянии в течение времени 651 действия импульса. В результате этого интегратор 11 подключается к выходу задатчика 8 частоты. Начинается интегрирование напряжения задания 4О частоты tJ . Сигнал на выходе интегратора 11, Ltd

tl„= ) Utdt, (2) " о где Тц — постоянная времени интегра- <> тора (задающий генератор) блока управ ления частотой имеет линейную характеристику, т.е.

Ца -К% Ф где К вЂ” коэффициент пропорциональ- М ности между частотой f и напряжением задания частоты 0 . Учуем, что при работе инвертора 4 на определенной частоте 1 постоянно.-: Тогда (2) можно записать 55 т.е., максимальное напряжение за период интегрирования 1 интегратора 11 определяется углом »1 . По истечении времени Й1 ключ 9 размыкается и интегратор 11 отключается от напряжения Uf . Состояние осталь" ных элементов схемы не меняется . До появления в цепи формирователя )О второго из пары импульсов тока 1g интегратор 11 сохраняет накопленный

I уровень напряжения О 1 . Появление в цепи формирователя 10 второго из пары импульсов тока (у вызывает возникновение на его выходе импульса логического О", который поступает на управляющий вход ключа 9 и на второй вход логического элемента

И 25. Ключ 9 открывается и остается в таком состоянии в течение времени

htg действия импульса, а интегратор

11 интегрирует напряжение задания частоты 0g . Учитывая, что на выходе интегратора перед началом данного интегрирования было напряжение, определяемое {3), можно записать г u =

11 опРеДелЯетсЯ Углом = /1 г. По истечении времени .2 ключ 9 размыкается и интегратор 11 отключается от напряжения Of . На выходе элемента И 25 появляется сигнал логической

"1 . Это приводит к появлению на выходе одновибратора 14 кратковременного импульса логического "0, которым замыкается ключ 15 и тем самым ячейка 16 памяти подключается к выходу интегратора 11. В течение действия этого импульса происходит переда» ча информации с интегратора 11 в элемент. 16 памяти, после чего ключ

15 размыкается и отключает элемент

16 памяти от выхода интегратора 11.

По окончании импульса одновибратора

14 на выходе одновибратора 13 появляется кратковременно импульс логического "О", поступающий на управляющий вход ключа 1.2. Ключ 12 замыE кается и интегратор обнуляется ° При вреэании режущего инструмента в обрабатываемую деталь возрастает наФ грузка на валу двигателя, что приводит к уменьшению угла у . В результате этого напряжение на выходе ячейки 16 памяти уменьшается. Момент

1148769 уменьшения напряжения в ячейке 16 памяти фиксируется дифференциатором

17, на выходе которого появляется импульс, приводящий к срабатыванию компаратора 18 и появлению на его выходе импульса прямоугольной формы.:

Появление на выходе компаратора 18 импульса свидетельствует о касании режу-щего инструмента обрабатываемой детали.

Использование предлагаемого изобретения позволяет исключить неопре- деленность в определении фазового сдвига между током и напряжением на холостом ходу двигателя, что позволило использовать его для определения момента касания режущего инструмента с обрабатываемой де- талью.

1l 48769

1148769

ИНИИПЯ Заказ 1796/30 Тираж 769 Поддысаое

Фиииеа ППП "Патент", r.Óçãoðîä, ул.Проектик, 4