Устройство для управления металлорежущими станками

 

Изобретение касается управления металлорежущими станками. Цель изобретения - повыиение точности регули рования. Устройство содержит цепь регулирования силового параметра процесса резания и дополнительную цепь регулирования, обеспечивающую уменьшение колебаний регулируемого параметра вследствие кратковременных уменьшений нагрузки на режущий инструмент при обработке, например, прерывистых поверхностей. 4 ил. СЛ С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (!1) А3 (51)4 В 23 15 0

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ л

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3913819/3) -08 (22) 18.06.85 (46) 23.03,87. Бюл. 1(11 (71) Уфимский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе (72) В.Ц.Зориктуев, Ш.Г.Исаев, А.Д.Никин, В.Ф.Орлов и А.П.АлександРоВ (53) 621.91 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1(511185, кл. В 23 g 15/00„ 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ИЕТАЛЛОРЕЖУЩИИИ СТАНКАИИ (57) Изобретение касается управления металлорежущими станками. Цель изобретения — повьш ение точности регулирования. Устройство содержит цепь регулирования силового параметра процесса резания и дополнительную цепь регулирования, обеспечивающую уменьшение колебаний регулируемого параметра вследствие кратковременных уменьшений нагрузки на режущий инструмент при обработке, например, прерывистых поверхностей. 4 ил.

1298046

Изобретение относится к управлению металлорежущими станками и может быть использовано для регулирования температурно-силовых параметров процесса резания на токарных, фрезерных. 5 шлифовальных и других типах металлорежущих станков.

Целью изобретения является повышение точности регулирования за счет уменьшения влияния колебании нагруз10 ки на систему регулирования.

На фиг.l изображена блок-схема устройства; на фиг.2 — электрическая схема первого компаратора; на фиг.3электрическая схема второго компа15 ратора; на фиг.4 — циклограмма работы устройства при обработке с переменной в течение одного оборота шпинделя нагрузкой.

Устройство для управления металлорежущими станками содержит источник

l опорного сигнала, блок 2 сравнения, ключ 3, корректирующее устройство 4, привод 5 рабочего органа сигнала, датчик 6 регулируемого параметра, блок 7 деления, пиковый детектор 8, первый компаратор 9, второй компаратор 10, логический элемент ИЛИ 11, и задатчик 12 регулируемого параметра, причем источник 1 опорного сигна30 ла, блок 2 сравнения, клич 3, корректирующее устройство 4 и привод 5 рабочего .органа станка соединены последовательно, выход привода 5 рабочего органа станка соединен с входом объекта 13 управления, с выходом которого соединен вход датчика 6 регулируемого параметра, последовательно соединенный с блоком 7 деления, второй вход которого сое40 динен с. выходом задагчика 12 регулируемого параметра, а выход — с вторым входом блока 2 сравнения, первым входом компаратора 9 и входом пикового детектора 8, выход которо45 го соединен с вторым входом первого компаратора 9. Выход блока 2 сравнения соединен с входом второго компаратора 1О, выход которого соединен с первым входом логического элемента ИЛИ 11, второй вход которого соединен выходом первого компаратора 9, а выход — с управляющим входом ключа 3.

Первый и второй компараторы 9 и

10 могут быть выполнены, например, на основе серийных микроинтегральных компараторов

Схема первого компаратора 9 (фиг.2) выполнена на основе микроинтегрального компаратора 14 и содержит входной делитель напряжения U выполненный на базе потенциометра 15 и включенного последовательно с потенциометром 15 источника 16 опорного напряжения, служашего для обеспечения установки сигнала логической "1" при нулевых сигналах на вхопах первого компаратора 9 (11 =- U = 0) °, Выходмикроинтегрального компаратора 14, являющийся выходом компаратора 9, соединен с первым входом логического элемента ИЛИ 11.

Схема второго компаратора 10 (фиг.3) выполнена на основе микроинтегрального компаратора 17, инвертируищий вход 18 которого соединен с выходом блока 2 сравнения, неинвертирующий вход — с общей точкой схемы, а выход — с вторым входом логического элемента ИЛИ 11.

Устройство работает следующим образом.

Во время холостого хода металлорежущего станка процесс резания отсутствует и значение Ut регулируемого параметра, а следовательно, и выходные сигналы U, U и Ба соответственно датчика 6 регулируемого параметра, блока 7 деления и пикового детектора Я равны нулино.

Компаратор 9 настроен таким образом, что сигнал на его выходе при- нимает значение логической "1 в случае, когда и сигнал логического "0", когда

П Ми (2) где сс с 1 — коэффициент передачи, делителя напряжения на втором входе компаратора 9.

При регулировании силовых параметров процесса резания оптимальное значение лС = 0,95, при этом погрешность стабилизации максимального за оборот значения силового параметра в установившемся режиме не превышает

2,5Х при любой возможной на практике форме изменения нагрузки, например, вследствие колебания припуска за время одного оборота шпинделя. При регулировании температуры резания и небольших амплитудах ее колебания (меньших 10-20Е заданного значения) 1298046

50

20

30 (3) 66 И) 3 целесообразно среднее за оборот шпинделя значение температуры под - держивать равным заданному, а при амплитудах колебаний температуры,, больших 207. заданного среднее за оборот шпинделя значение необходимо

: уменьшать относительно заданного, что обеспечивается выбором с6 = 0,8-0,85.

Если первый компаратор 9 выполнен по схеме, изображенной на фиг.2, то коэффициент Ы устанавливается потенциометром 15 ° Напряжение Б„ источника 16 опорного напряжения, включенного последовательно с потенциометром 15, обеспечивает установку сигнала логической "I" при U = U =

= О. Абсолютное значение U на порядок меньше значений сигнала на выходе блока 7 деления в процессе резания и на порог срабатывания компаратора 9 практического влияния не оказывает.

Выходной сигнал датчика 6 регулируеМого параметра определяется выражением о где К вЂ” коэффициент передачи датчика 6 регулируемого параметра.

Выходной сигнал U блока 7 деления определяется выражением

Ключ 3 устроен так, что при сигнале логической "1" на его управляющем входе он замкнут, а при сигнале логического "0" разомкнут.

До начала процесса резания (при нулевых значениях U, U8 и U > на участке 19-20 на фиг.4) сигнал U с выхода блока 2 сравнения, равный сигналу U,, поступает на информационный вход ключа 3. При U = U = 0 на выходе первого компаратора 9, а следовательно, и на выходе элемента ИЛИ 1! устанавливается сигнал логической "1", которым ключ 3 замыкается, замыкая тем самьм контур регулирования. При отсутствии процесса резания и замкнутом контуре регулирования сигнал U4 на выходе корректирующего устройства 4 будет возрастать до своего максимального значения, увеличивая тем самым скорость П привода 5 рабочего органа станка. Сигнал U может быть ограничен на некотором уровне с тем, чтобы скорость U рабочего органа станка не превышала определенного значения.

С началом процесса резания значение регулируемого параметра U, становится больше нуля, а следовательно, сигналы U6 и U7 становятся также больше нуля.

/ где К, 50

55 (5) U U -U

7 ° коэффициент передачи задатчика 12 регулируемого параметра; заданное значение регулируемого параметра;

U(K

К7= — — — коэффициент передачи блока 7 деления;

U — выходной сигнал источника

1 опорного сигнала.

Сигнал на выходе блока 2 сравнения определяется выражением

При U > 0 на выходе второго компаратора 10 формируется сигнал логического "0", а при U и 0 - сигнал логической "1". Из выражений (4) и (5) следует, что условие U < 0 выполняется при U U,, à U > 0 при У, < U »Ä >>.

Постоянная времени пикового детектора 8 при его заряде приблизительно на три порядка меньше, чем постоянная времени при его разряде, Поэтому выходной сигнал U пиковоВ го детектора 8 фактически повторяет сигнал U при возрастании последнего и фактически хранит максимальное значение сигнала U при его уменьшении, разряжаясь медленно в течение десятков секунд.

При возрастании сигнала U выпол7 няется условие

U8 - ec !!а (6) и на выходе первого компаратора 9 сохраняется сигнал логической "1" °

Ключ 3 замкнут.

В качестве корректирующего устройства 4 используется интегральное или пропорционально-интегральное звено.

Поэтому напряжение U< на его выходе и скорость U привода 5 рабочего органа станка изменяются, когда значение сигнала U> на входе коррек5 12 тирующего устройства 4 не равно нулю.

В случае обработки с равномерной в течение одного оборота шпинделя нагрузкой или незначительными ее колебаниями, при которых амплитуда колебаний регулируемого параметра

1Эма 3м амплитудное значение регулируемого значения регулируемого параметра, условие (1} будет всегда выполняться и на выходах первого компаратора

9 и логического элемента ИЛИ ll будут сформированы сигналы логической и ключ 3 будет замкнут. Устройство при этом функционирует как обыч ная система стабилизации, поддерживая среднее за оборот шпинделя значе ние регулируемого параметра U на заданном уровне.

Если из-за резкого уменьшения нагрузки значение регулируемого параметра уменьшится и будет иметь место неравенство (2), то на время пока выполняется это неравенство, сигнал 1)< на выходе компаратора 9 будет иметь уровень логического "0".

Если при этом 111 + 11,, то значение сигнала U< ) О и, следовательно, сигнал U, на выходе компаратора 10 будет иметь уровень логического "0".

В результате на выходе элемента

ИЛИ ll также установится уровень логического "0" Ключ 3 размыкается, сигнал IJ становится равным нулю и изменение сигнала на выходе корректирующего устройства 4 прекращается до тех пор, пока сигнал U8 не уменьшится из-за разряда пикового детектора 8 до значения

l U (--- U

8 д 7

При этом на выходе первого компаратора 9 и логического элемента

ИЛИ 11 устанавлйвается сигнал логической "1". Ключ 3 замыкается, и устройство функционирует как система стабилизации.

По окончании процесса резания (фиг.4) выполняется условие неравенства (2) и изменение сигнала У прекращается так же, как и при резком уменьшении нагрузки. После того, как пиковый детектор 8 разрядится до значения !J < (не показано) .близкого к нулю, на выходе первого компаратора

9 появляется сигнал логической "1", такой же сигнал устанавливается на

98046 б!

О !

4Q

55 выходе логического элемента ИЛИ 1 1 .

Ключ 3 замыкается, сигнал U = U поступает на вход корректирующего устройства 4, которое увеличит свой выходной сигнал до максимального уровня. При этом соответственно возрастает и скорость Г привода 5 рабочего органа станка.

Работа устройства в случае обработки с неравномерной в течение одного оборота шпинделя нагрузкой, при которой B отдельные моменты времени выполняются условия неравенства (2), иллюстрируется циклограммой, изображенной на фиг.4. Здесь изображен случай, когда неравномерность нагрузки вызвана радиальным биением заготовки при точении. При этом переменная составляющая регулируемого параметра U,> близка к синусоиде с периодом, равным:периоду вращения шпинделя станка.

На участке 19-20 (фиг.4) изображено изменение регулируемого параметра U и выходных сигналов блоков устройства при врезании инструмента a . заготовку. Брезание происходит в момент превышения значением U

Моменты времени с 20-го по 49-й (фиг.4) относится к управляемому процессу обработки.

В отрезки времени, в которые одновременно выполняются условия нераUi, (U (0) H Uz > aC, «з участки 20-21, 24-25, 29-30, 33-34, 3-44, 47-48 на фиг.4), сигналы U на выходе первого компаратора 9 и на выходе второго компаратора !0, а следовательно, и U на выходе логического элемента. ИЛИ 11 устанавливаются на уровне логической "1".

Ключ 3 замкнут и сигнал U>, равный отрицательному сигналу U, поступает на вход корректирующего устройства 4. Ключ 3 замкнут и в отрезки времени, в которые выполняются услов..я неравенств U<> > U > (U< (О) и

U a k Us участки (21-22 23-24) поскольку несмотря на то, что на выходе первого компаратора 9 устанавливается сигнал логического "0", на выходе логического элемента ИЛИ 11 устанавливается сигнал логической

"1", так как на выходе второго компаратора 10 устанавливается сигнал логической "1 . В эти отрезки времени происходит уменьшение сигнала

1298046

U 4 и, следовательно, скорости U привода 5 рабочего органа станка и значения регулируемого параметра.

В отрезки времени, в которые одновременно выполняются условия 5

Б„= П,> (U 0) и 07 с U< (участки 22-23, 25-26, 27.-28, 31-32, 35-36, 37-38, 39-40, 4.1-42, 45-46, 48-49 на фиг.4), на выходах компараторов

9 и 10, а также на выходе логического элемента ИЛИ 11 устанавливаются сигналы логического "0" ключ 3 разомкнут и изменений сигнала Uz на выходе корректирующего устройства 4

15 в эти отрезки времени не происходит.

В отрезки времени, в которые одновременно выполняются условия неравенств U<> U, (U< > О) и Uz а < 11 (участки 19-20, 26-27, 36-37, 38-39, 40-41 и правее точки 49 на фиг.4), несмотря на то, что сигнал Бю на выходе компаратора 10 установлен на уровне логического "0", сигнал U« на выходе логического элемента установлен на уровне логической "1", так как на таком же уровне установлен сигнал U> на выходе компаратора

9 ° Ключ 3 разомкнут и сигнал U равный положительному сигналу Б поступает на вход корректирующего устройства 4, которое увеличивает свой выходной сигнал U до максимального уровня. При этом соответственно возрастает и скорость Б привода .5 рабочего органа станка.

Алгоритм работы устройства сво= дится к тому, чтобы в установившемся режиме среднее за оборот шпинделя значение сигнала на входе корректи40 рующего устройства было равно О.

При этом, если значение коэффициента М, близко к 1, то в установившемся режиме максимальное за оборот шпинделя значение регулируемого параметра будет стремиться к заданному

45 (U, „О > 15,> ) . Поэтому при регулировании силовых параметров, когда необходимо максимальное за оборот шпинделя значение регулируемого параметра поддерживать равным заданному, оптимальное значение 4, = 0,95.

При регулировании температуры резания и колебаниях нагрузки в течение одного оборота шпинделя, при которых амплитуда колебаний температуры. резания не превышает 20Х ее амплитудного значения, среднее за оборот шпинделя значение температуры необходимо поддерживать равным заданному. Если же амплитуда колебаний температуры превышает 207. амплитудного значения, то среднее за оборот шпинцеля значение температуры необходимо уменьшить относительно заданного. Это обеспечивается, если коэффициент М = 0,8-0,85.

В случае обработки с прямоугольной формой изменения нагрузки в течение одного оборота шпинделя (например, прерывистое резание) устройство в соответствии с приведенным описанием его работы будет стабилизировать максимальное за оборот шпинделя значение регулируем го параметра на заданно:.. уровне при любом отношении времени рез;:вия к времени одного оборота шпинделя.

Формула и з о б р е т е н и я

Устройство для управления металлорежущими станками, содержащее источник опорного сигнала, соединенный с блоком сравнения, задатчик регулируемого параметра, последовательно соединенные датчик регулируемогт параметра, блок деления, подключенный к блоку сравнения, и последовательно соединенные корректирующее устройство и привод рабочего органа станка, причем выход задатчика регулируемого параметра соединен с вторым входом блока деления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности регулирования, в него введены ключ, первый и второй компараторы, логический элемент ИЛИ и пиковый детектор, причем вход пикового детектора и первый вход первого компаратора соединены с выходом блока деления, выход пикового детектора соединен с вторым входом первого компаратора, первый вход логического элемента ИЛИ соединен с выходом первого компаратора, второй вход — с выходом второго компаратора, а выход — с управляющим входом ключа, вход второго компаратора и информационный вход ключа соединены .с выходом блока сравнения, а выход ключа — с входом корректирующего устройства.

1 298046

1298046

19 20 Z М, .З Я ЮЛЯ Я 37ЭВ39 Я/1 У Ì17

21 Л Я 789Л 33>5 Ю4996 М

Фиг Ф

Составитель В.Алексеенко

Редактор С.Пекарь Техред Н,Глущенко Корректор С. leKMap

Заказ SS1/16 Тираж 787 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная, 4