Устройство для останова шпинделя в заданном положении

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСТАНОВА ШПИНДЕЛЯ В ЗАДАННОМ ПОЛОЖЕНИИ, содержащее блок задания скорости шпинделя , выход которого соединен с первым двухпозиционным переключателем, имеющш привод подвижного контакта, соединенный с входом блока управленцяскоростью шпинделя, другой вход которого соединен с выходом датчика скорости шпинделя, датчик положения . шпинделя, образованный подвижной частью, установленной на шшшде:ю, и неподвижной частью, выход которого соединен с входом блока управления положением шпинделя, а выход последнего соединен с первьм двухпозиционным переключателем, и блок задания рабочего режима, выход которого соединен с приводом подвижного контакта первого двухпозиционного переключателя , отличающее тем, что, с целью повышения точности управления , .блок управления положением шпинделя содержит делительную схему, триггер, синтезатор сигнала, усилитель , дополнительный двухпозиционный переключатель с приводом подвижного контакта, источник постоянного напряжения и схему генерирования сигнала совпадения, причем выход датчика положения соединен с входом делительной схемы, один из выходов которой соединен с вьшодом запуска триггера, а другой - с выводом сброса триггера f выход триггера соединен с одним входом синтезатора сигнала, другие входы которого соединены с выходом датчика положения шпинделя и с ирточником постоянного напряжения, один (Л выход синтезатора сигнала подключен соответственно к неподвижньм контактам дополнительного двухпозиционнрго переключателя через усилитель и непосредственно , а другой - к входу блока задания режимов, подвижный контакт дополнительного двухпозиционноЭ ) го переклю.чателя соединен с неподвиж ным контактом первого двухпозиционсо f ного переключателя, один вход citeMbi генерирования сигнала совпадения соединен с выходом датчика скорости шпинделя, а второй - с блоком задания рабочего, режима, при этом выход схемы генерирования сигнала совпадения связан с приводом,подвижного кон такта дополнительного двухпозиционного ;переклю.чателя и блоком управления скоростью Ш1шнделя.

СО}ОЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(51) В 23 Q 5/20

OnHGAHHE H3OEPETEHHR и

Н llATEHTY

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2994159/25-08 (22) 09. 10. 80 (31) 130153/79 (32) 09. 10. 79 (33) Япония (46) 30. 06 ° 85. Бюл. У 24 (72) Есинори Козаи и Есики Фудзиока (Япония) (71) Фудзицу Фанук Лимитед (Япония) (53) 621. 92 (088. 8) (56) 1. .Патент СССР В 724081, кл. В 23 Q 5/20, онублик. 25.03.80. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСТАНОВА

ШПИНДЕЛЯ В ЗАДАННОМ ПОЛОЖЕНИИ, содержащее блок задания скорости шпинделя, выход которого соединен с пер. вым двухпозиционным переключателем, имеющим привод подвижного контакта, соединенный с входом блока управле-нщь скоростью шпинделя, другой вход которого соединен с выходом датчика скорости шпинделя, датчик положения, шпинделя, образованный подвижной . частью, установленной иа шпинделе, и неподвижной частью, выход которого соединен с входом блока управления положением шпинделя, а выход последнего соединен с нервым двухпозиционным переключателем, и блок задания рабочего .режима, выход которого соединен с приводом подвижного контакта первого двухпозициоиного переключателя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности уп„„SU„„1165226 А равления, .блок управления положением шпинделя содержит делительную схему, триггер, синтезатор сигнала, усилитель, дополнительньй двухпоэиционный переключатель с приводом подвижного контакта, источник постоянного напря. жения и схему генерирования сигнала совпадения, причем выход датчика goложения соединен с входом делительной схемы, один Hs выходов которой соединен с выводом запуска триггера, а другой — с выводом сброса триггера выход триггера соединен с одним входом синтезатора сигнала, другие вхо" ды которого соединены с выходом дат. чика положения шпинделя и с источником постоянного напряжения, один выход синтезатора сигнала подключен соответственно к неподвижным контактам дополнительного двухпозицнонного переключателя через усилитель и непосредственно, а другой — к входу блока задания режимов, подвижный кон. такт дополнительного двухпозиционного переключателя соединен с неподвиж. ным контактом первого двухпоэиционного переключателя, один вход схемы генерирования сигнала совпадения соединен с выходом датчика скорости шпинделя, а второй - с блоком задания рабочего режима, при этом выход схемы генерирования сигнала совпадения связан с приводом, подвижного кон такта дополнительного двухпозиционного переключателя и блоком управления скоростью шпинделя.

11652

Изобретение относится к области станкостроения, а именно к устройству для останова шпинделя в заданном положении.

Известна система управления шпинделем для регулирования скорости вращения шпинделя и останова его в заданном положении, содержащая датчик скорости шпинделя, цифроаналоговый преобразователь, з адатчик скорости, блок

10 сравнения, блок регулирования скорости шпинделя, синхронизатор, содержащий импульсный датчик положения шпинделя, блок, управления положением шпинделя с цифровым задатчиком, двухпозиционный переключатель и сумматор (1) .

Однако эта система управления не!

5 обеспечивает высокой Точности останова шпинделя в заданном положении.

Цель изобретения — повышение точности останова шпинделя в заданном положении.

Указанная цель достигается тем, 20 что в устройстве для останова шпинде

25 ля в заданном положении, содержащем

Яюк задания скорости шпинделя, выход которого соединен с первым двухпозиционным переключателем, имеющим тью шпинделя, другой вход которого соединен с выходом датчика скорости шпинделя, датчик положения шпинделя, образованный подвижной частью, установленной на шпинделе, и неподвижной частью, выход.котороro соединен с входом блока управления положением шпинделя, а выход последнего соединен с первым двухпозиционным переключателем, и блок задания рабочего режима, выход которого соединен с приводом подвижного контакта первого двухпозиционного переключателя, блок управления положением шпинделя содержит делительную схему, триггер, синтезатор

45 сигнала, усилитель, дополнительный двухпозиционный переключатель с приводом подвижного контакта, источники постоянного напряжения и схему генерирования сигнала совпадения, причем выход датчика положения соединен с входом делительной схемы, один из выходов которой соединен с выводом запуска, триггера, а другой - с выводом сброса триггера выход триггера соединен с одним входом синтезатора, другие входы которого соединены с выходом датчика положения шпинделя

55 привод подвижного контакта, соединенный с входом блока управления скорос-gp

26 2 и с источником постоянного напряже= ния, один выход синтезатора сигнала подключен соответственно к неподвижным контактам дополнительного двухпозиционного переключателя через усилитель и непосредственно, а другой — к входу блока задания режимов, подвижный контакт дополнительного двухпозиционного переключателя соединен с неподвижным контактом первого двухпоз иционно го переключателя, один вход схемы генерирования сигнала совпадения соединен с выходом датчика скорости шпинделя, а второй с блоком задания рабочего режима, при этом выход схемы генерирования сигнала совпадения связан с приводом подвижно го контакта дополнительно ro двухпозиционного переключателя и блоком управления скоростью шпинделя.

На фиг. 1 показано устройство для останова шпинделя в заданном положении; на фиг. 2-3 — формы сигналов на выходе из датчика положения шпинделя; на фиг. 4 — форма сигналов в блоке управления положением шпинделя; на фиг. 5 — форма сигналов в уст. ройстве на фиг. 1; на фиг. 6 — расположение деталей устройства при регулировании положений шпинделя; на фиг. 7 — зависимость между напряжением позиционного отклонения и углом позиционного отклонения при переключении коэффициента усиления.

Устройство содержит блок 1 задания скорости шпинделя 2, вырабатывающий сигнал заданной скорости CV блок 3 задания рабочего режима, вырабатывающий сигнал заданной ориентации СРС . Блок 4 управления скоростью шпинделя содержит сумматор 5, фазокомпенсирующую схему 6, схему 7 преобразования напряжения в фазу и тиристорную схему 8. Сумматор 5 однозначен для выдачи разностного напряжения между сигналом заданной ско— рости С I и сигналом действительной скорости AV двигателя. Фазокомпенсирующая схема 6 осуществляет фазовую компенсацию в сервосистеме посредством опережения или замедления фазы, Схема 7 преобразования напряжения в фазу управляет углом зажигания каждого тиристора в тиристорной схеме 8- в соответствии с отклонением между заданной скоростью CV и действительной скоростью . Тиристорная схема 8, состоящая из ря3 1165 да тиристоров, действует в соответствии с регулируемыми углами зажигания тиристоров для изменения напряжения, приложенного к двигателю 9 постоянного тока, осуществляя тем 5 самым регулирование скорости вращения двигателя. Датчик 10 скорости двигателя служит для получения напряжения, пропорционального скорости двигателя. Режущий инструмент 11 установлен на шпиндельном механизме 12, а шпиндель 2 соединен с двигателем

9 постоянного тока через ремень (или шестерни) 13. Датчик 14 положения шпинделя образован подвижной частью

15, установленной на шпинделе, и неподвижной частью 16. Неподвижная часть 16 датчика 14 положения шпинделя служит для создания сигнала обнаружения 006 (на фиг. 2). Величина сигнала обнаружения EDG равна нулю вольт в случае, когда подвижная часть

15 датчика противостоит неподвижной части 16 датчика, и имеет положительные и отрицательные участки при нахождении подвижной части 15 по какуюлибо сторону от неподвижной части 16 датчика, причем полярность сигнала зависит от конкретной стороны (фиг.3)

Подвижная часть 15 датчика установ- 30 лена на шпинделе 2 в угловом полая внии, соответствующем определенной точке, которая должна остановиться у заданного положения. Неподвижная часть 16 датчика установлена в таком положении, которое соответствует заданному.

Первый двухпозиционный переключатель 17 (фиг. 1) снабжен приводом подвижного контакта для перемещения 4О его из одного положения в другое посредством сигнала задания ориентации

СРС от блока 3 задания режимов.

В,состав блока 18 управления положением шпинделя входит схема 19 гене-45 рирования сигнала совпадения INPOS в случае, когда действительная скорость

AV падает до нуля, а сигнал задания ориентации СРС равен "1", усилитель

20 для усиления сигнала позиционного у}. отклонения R PD, дополнительный двух-, позиционный переключатель 21 с приводом подвижного контакта, делительная схема 22, триггер 23, синтезатор 24 сигнала и источник 25 постоянного ыа- пряжения. Делительная схема 22 служит для восприятия напряжения обнаруже- . ния Ю5 от датчика 14 положения шпин226 4 деля и постоянных напряжения +V>, -V> и предназначена для сравнения величины напряжения обнаружения PD с уровнями напряжений +Vp, -Vp. Делительная схема 22 служит для выработки импульса Р при превышении напряжением обнаружения PDG напряжения +Vf, и импульса Р при уменьшении напряжения обнаружения Ю б ниже напряжения -Vp.

Кроме того, делительная схема 22 слу. жит для подачи импульсов Рд, Рв на соответствующие выводы запуска и сброса триггера 23, который запускается импульсом Р< и сбрасывается на ноль импульсом Р . Триггер 23 служит для выработки сигнала ГР5 (фиг. 4).

Синтезатор 24 сигнала служит для восприятия постоянного напряжения V с от источника 25 постоянного напряжения и напряжения обнаружения РЭ5 и приспособлен для выдачи сигнала P3$ в случае, когда на входе триггера сигнал F F5 равен "1", и постоянного напряжения V, когда сигнал F85 равен "0". Итак, результирующий выходной сигнал синтезатора 24 сигнала является сигналом позиционного отклонения R PD (фиг. 4) .

Устройство для останова шпинделя в заданном положении работает следую щим образом.

При вращении шпинделя (первый двухпозиционный переключатель 17 соединен, как показано на фиг. 1,. с сумматором 5) на выходе сумматора возникает разностное напряжение между сигналом заданной скорости СМ и сигналом действительной скорости 4М . !

|Это разностное напряжение прикладывается через фазокомпенсирующую схему 6 к схеме 7 преобразования напряжения в фазу. Схема 7 преобразования напряжения в фазу управляет углами зажигания тиристоров в тиристорной схеме 8 в соответствии. с величиной и полярностью разностного напряжения, меняя тем самым приложенное к двигателю 9 постоянного тока напряжение таким образом, что действительная скорость двигателя AЧ приводится в совпадение с заданной скоростью CV;

Действие системы продолжается аналогично, в результате двигатель 9 постоянного тока вращается с заданной скоростью. Блок 4 управления скоростью, двигателя 9- постоянного тока, датчик 10 скорости образуют систему,1165226 управления скоростью с обратной связью.

При завершении механической обработки детали и при необходимости смены инструмента от блока 3 задания рабочего режима поступает сигнал задания ориентации CPC в момент времени (фиг. 5). В результате сигнал заданной скорости CY от блока 1 задания скорости шпинделя 2 умень- !0 шится до нуля, действительная скорость шпинделя А3 Начнет падать (фиг. 5). Тогда в какой-либо заданный момент времени, например t когда действительная скорость:Д достигает некоторого значения V блок

3 задания рабочего режима переключит первый двухпозиционный переключатель

17 в другое положение, вызывая тем самым работу системы управления по- 20 ложением с обратной связью.

На выходе сумматора 5 будет разностное напряжение между сигналом позиционного отклонения g РБ и сигналом действительной скорости Й !, скорость 25 двигателя 9 постоянного тока будет ре гулиро в ать с я до умен ьшен ия р аз н о с тного напряжения до нуля примерно таким же образом, что был описан в связи с контуром управления по скорости. 30

На фиг. 5 заштрихована та часть сигнала позиционного отклонения R PD, что поступает на сумматор 5 с момента времени t1. Напряжение сигнала позиционного отклонения 5 Р3начинает гадать3 одновременно с действительной скоростью A 7, когда подвижная часть 15 датчика 14 положения шпинделя 2 приближается к неподвижной части 16 датчика. Хотя в момент времени t подвиж- 40 ная часть 15 противостоит неподвижной части 16, ввиду значительного момента инерции двигателя 9 подвижная часть

15 проходит чуть за пределы неподвижной части 16, которая располагается 45 в заданном положении останова. В этот момент времени напряжение сигнала позиционного отклонения R93 отрицательно, в результате направление вра. щения двигателя 9 меняется и подвиж- gp ная часть 15 датчика 14 положения шпинделя 2 возвращается к положению против неподвижной части 16. Подвижная часть 15 встает неподвижно в положение против неподвижной части у

16 датчика, тем самым завершается операция управления по останову шпинделя в заданном положении.

Когда двигатель 9 останавливается, схема 19 генерирования сигнала совпадения обнаруживает, что сигнал дей. ствительной скорости AV упал до нуля вольт. Как только это произойдет, схема 19 генерирует сигнал совпадения положения INPOS, переключает дополнительный двухпозиционный переключатель 2! для увеличения коэффици ента усиления фазокомпенсирующей схемы 6. Именно эта операция увеличивает коэффициент усиления контура управления по положению.

Операция управления ориентацией начинается при вращении шпинделя и заканчивается при нахождении шпинделя в неподвижном состоянии. Управление ориентацией шпинделя в случае,когда он неподвюкен, выполняется почти так же, как и после момента времени t< (фиг.5). А именно, если при генерации сигнала заданной ориентации CPC ориентация шпинделя 2 совпадает с той, что изображена на фиг.6, то шпиндель поворачивается в направлении стрелки и переходит в состоя-. ние неподвижности, когда подвижная часть 15 противостоит неподвижной части 16.

На фиг. 7 представлена зависимость между напряжением сигнала позиционного отклонения RPD и углом позиционного отклонения в системе управления положением . Непрерывной линией изображен случай малого коэффициента усиления, пунктирной линией — большого коэффициента усиления, т.е. чем больше коэффициент усиления, тем больше величина напряжения сигнала Ц99 и, следовательно, больше ток (вращающий момент) якоря двигателя 9 постоянного тока. В результате повышается жесткость, с которой шпиндель удерживается в состоянии неподвижности.

Данное устройство обеспечивает точную остановку шпинделя в заданном положении без применения механического тормоза и вращение шпинделя точно с заданной скоростью. Посредством уменьшения коэффициента усиления во время вращения шпинделя поддерживается стабильность и увеличения коэффициента усиления при нахождении шпинделя в неподвижном состоянии обеспечивается жесткость. Поэтому неподвижный шпиндель не проявляет тенденции к повороту поддействием внешней силы или эксцентричной нагрузки.

4 165226

1165226

1165226

Составитель В.Майоров

Редактор О. Колесников Техред З.палий Корректор В. Вутяга

Закаэ 4201/57 Тираж 838 Нодписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

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