Самонастраивающаяся система программного управления

 

Изобретение относится к области программного управления металлорежущим оборудованием с автоматическим регулированием скоростей подач в зависимости от величины нагрузки на режущий инструмент и может быть применено на станках с программным управлением , работающих от магнитной ленты. Целью изобретения является расширение диапазона автоматического регулирования скоростей подач станка. Система . содержит блок управления, приводы подач , датчик нагрузки, элемент сравнения, датчик нагрузки, блок управления копированием, привод подач копировального устройства, шаблон, щуп копировального датчика, датчики перемещений .- При увеличении нагрузки на режущий инструмент скорость подач станка понижается, а при уменьшении нагрузки - увеличивается, что приводит к стабилизации нагрузки на режущий инструмент. 2 з.п.ф-лы, 7 ил. с (Л со о INO Ю .4

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„Л0„„1302240 А 1 (др y G 05 В 19/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3782169/24-24 (22) 18.08.84 (46) 07.04.87. Бюл. ¹ 13 (72) Б.С. Рачков (53) 621.503.55(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 8.11208, кл. G 05 В 19/39, 1978 °

Авторское свидетельство СССР

N 842714, кл. С 05 В 19/16, 1979. (54) САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА ПРО-, ГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области программного управления металлорежущим оборудованием с автоматическим регулированием скоростей подач в зависимости от величины нагрузки на режущий инструмент и может быть применено на станках с программным управлением, работающих от магнитной ленты.

1 елью изобретения является расширение диапазона автоматического регулирования скоростей подач станка. Система . содержит блок управления, приводы подач, датчик нагрузки, элемент сравне ния, датчик нагрузки, блок управления копированием, привод подач копировального устройства, шаблон, щуп копировального датчика, датчики перемещений.. При увеличении нагрузки на режущий инструмент скорость подач станка понижается, а при уменьшении нагрузки — увеличивается, что приводит к стабилизации нагрузки на режущий инструмент. 2 з.п.ф-лы, 7 ил.

1 13022

Изобретение относится к области программного управления металлорежущим оборудованием с автоматическим регулированием скоростей подач в зависимости от величины нагрузки на режущий инструмент и может быть применено на станках с программным управлением, работающих от магнитной ленTbl °

Целью изобретения является расши-. рение диапазона регулирования скоростей подач станка.

На фиг.1 представлена схема самонастраивающейся системы программного управления; на фиг.2 — структурная схема одного из каналов управления блока управления, на фиг.3 — структурная схема блока управления копированием, на фиг.4 — структурная схема устройства для записи программы на магнитную ленту и ее воспроизведения, на фиг.5 — задатчик нагрузки, на фиг.б — задатчик скорости копирования, на фиг,7 — структурная схема копировального датчика.

Самонастраивающаяся система программного управления содержит блок 1 управления, приводы 2 подач станка 3, на столе которого установлена деталь

4, обрабатываемая режущим инструментом 5, воздействующим на датчик 6 нагрузки, элемент 7 сравнения, задатчик 8 нагрузки, блок 9 управления копированием, привод 10 подач копировального устройства 11, на столе ко35 торого установлен шаблон 12 обрабатываемой детали 4, с которым контактирует щуп 13 копировального датчика 14, датчик 15 перемещений по Х и У координатам, выход 16 датчика 15 перемещений (<фиг.1) .

Каждый канал управления блока 1 управления содержит первый усилитель

17, фазовый дискриминатор 18, второй усилитель 19, третий усилитель 20 (фиг.2) .

Блок 9 управления копированием содержит усилители 21 и 22, фазовые дискриминаторы 23 и 24, усилители

25 и 26, усилители 27 и 28, фазосдвигающий элемент 29, выход усилителя

30, задатчик 31 скорости копирования (фиг.3). Блок 1 управления содержит каналы 32 и 33 управления по Х и У координатам (фиг.1).

Привод 2 подач (фиг.1) содержит соответственно для кахСпой координаты тиристорные преобразователи 34 и 35, 40 2 двигатели 36 и 37, редукторы 38 и 39 датчики 40 и 41 обратной связи. Устройство 42 для записи программы на магнитную ленту и ее воспроизведения (фиг.4) содержит соответственно для координат Х и У усилители 43 и 44 записи, усилители 45 и 46 считывания, переключатель 47 режимов, магнитную головку 48. Лентопротяжный механизм

49 служит для перемещения магнитной ленты 50. Задатчик 8 нагрузки (фиг .5) состоит из переменного резистора 51, на ось 52 которого установлена ручка

53, поворотом которой устанавливается по шкале 54 предельно допустимая нагрузка на режущий инструмент 5, соответствующая определенному напряжению на выходе 55.

Задатчик 31 скорости копирования (фиг.б) состоит иэ переменного резистора 56, на ось 57 которого установлена ручка 58, поворотом которой устанавливается по шкале 59 необходимая скорость копирования, соответствующая определенному напряжению на выходе 6().

Привод подач копировального устройства (фиг.1) содержит последовательно соединенные соответственно для координат Х и У тиристорные преобразователи 61 и 62, двигатели 63 и 64, редукторы 65 и 66.

Копировальный датчик 14 (фиг.7) состоит из копировального прибора 67, соединенного с усилителем 68 копировального прибора 11.

С ходовыми винтами продольной и поперечной подач копировального устройства 11 соединены датчики 15 перемещений, которые состоят из датчика 69 перемещения координаты Х и датчика 70 перемещения координаты У (фиг. 1) .

В копировальный прибор 67 вставляется сменный щуп 13, диаметр которого должен соответствовать диаметру режущего инструмента 5 ° Копировальный прибор 67 имеет цилиндрическую форму.

Внутри прибора 67 установлены крестообразно четыре индуктивных датчика для получения с копировального прибора 67 двух сигналов в функции

sin u cos угла отклонения копировального щупа 13 по отношению к какой-либо координатной оси. Якоря датчиков и копировальный щуп 13 подвешены на мембране к корпусу прибора 67 °

При отклонении копировального щупа

3 13022

13 от вертикали происходит деформация мембраны и изменение воздушных зазоров и, следовательно, индуктивностей датчиков. Для уменьшения погрешностей от трения при обходе контура копиро5 вальный щуп 13 вращается в подшипниках качения.

В копировальном приборе 67 первичные обмотки диаметрально расположенных катушек соединены последователь- 10 но-согласованно, а вторичные обмотки этих катушек соединены последовательно-встречно, вследствие чего величина и полярность сигналов, приходящих на усилитель 68 копировального прибора, 15 зависят от величины и направления отклонения копировального щупа 13.

Перед обработкой первой детали 4 оператор системы выполняет следующие операции: на столе станка 3 устанавли20 вает деталь 4, в шпиндель станка 3 устанавливает режущий инструмент 5, задатчиком 8 нагрузки устанавливает допустимое усилие нагрузки на режущий инструмент согласно технологии 25 на обработку детали 4; на столе копировального устройства 11 устанавливает шаблон 12 обрабатываемой детали 4; в шпиндель копировального датчика 14 устанавливает щуп 13, диаметр30 которого равен диаметру режущего инструмента 5, устанавливает рабочие органы станка 3 и копировального устройства 11 в исходное (нулевое) положение, при этом расстояние режущего 35 инструмента 5 от контура детали 4 и расстоянии щупа 13 от контура шаблона 12 должны быть одинаковыми, включает лентопротяжный механизм 49 устройства 42 на запись, включает враще-40 ние режущего инструмента 5," вручную подводит щуп 13 к контуру шаблона 12, при этом датчики перемещений начинают вращаться и выдавать управляющую . информацию на блок 1 управления и 45 на устройство 42.

Режущий инструмент 5 подходит к контуру детали 4. При нажатии щупа

13 на контур шаблона 12 включается автоматический обход контура шаблона

12 щупом 13. Задатчиком 31 скорости копировайия устанавливается начальная скорость копирования, указанная в технологии обработки детали 4. Датчики

15 перемещений выдают управляющую информацию, которая через блок 1 управления поступает на привод 2 подач, который перемещает рабочие органы

4 станка 3, повторяющие перемещения рабочих органов копировального устройства 11. Параллельно управляющая информация с датчиков 15 перемещений поступает на выход 16 для записи на магнитную ленту 50. Обработка детали 4 началась.

Во время обработки детали 4 могут быть три режима работы. Первый режим — припуск детали 4 номинальный.

При этом скорость обработки детали 4 соответствует скорости копирования контура шаблона 12, которая установлена задатчиком 31 скорости копирования.

Второй режим — припуск детали 4 увеличился, т.е. стал больше номинального, при этом увеличивается нагрузка на режущий инструмент 5. Это изменение воспринимает датчик 6 нагрузки и через элемент 7 сравнения и суммирующий усилитель 30 уменьшает соответственно выходное напряжение усилителя 30, а это приводит к изменению выходного напряжения усилителей 25 и 26, что соответственно снижает скорость копирования.

Снижение скорости копирования вызывает уменьшение скорости вращения датчиков 15 перемещений, а следовательно, снижается частота управляющих сигналов на входе блока 1 управления. Снижение частоты управляющих сигналов уменьшает скорость привода

2 подач и соответственно уменьшается скорость обработки детали 4. Скорость обработки снижается до тех пор, пока нагрузка на режущий инструмент не станет номинальной.

Третий режим — припуск детали 4 уменьшился,, т.е. стал меньше номинального. При этом уменьшается нагрузка на режущий инструмент 5. Это изменение воспринимает датчик 6 нагрузки, который через элемент 7 сравнения и суммирующий усилитель 30 увеличивает скорость копирования, а следовательно, и скорость обработки детали 4.

Таким образом, в процессе обработки детали 4 в первую очередь изменяется нагрузка на режущий инструмент 5. 3адание на задатчике 8 нагрузки остается постоянным на все время обработки детали 4 и изменяется только при смене детали 4 и режущего инструмента 5.

После окончания обработки перв ой детали 4 лентопротяжный механизм 49 останавливается, магнитная лента 50 перематывается назад, переключатель

Увеличение амплитуды вызывает увеличение скорости обхода (копирования), а уменьшение — уменьшение ско-. рости обхода. Изменение амплитуды сигнала на выходе усилителя 30 вызывает изменение амплитуды сигналов на первых входах фазовых дискриминаторов

23 и 24. Изменение входных сигналов вызывает изменение выходных сигналов фазовых дискриминаторов 23 и 24, а следовательно, изменение скорости привода 10 подач, т.е. изменение скорости обхода щупом 13 контура шаблона

12. Таким образом, изменение амплитуды входного сигнала усилителя 30 посредством поворота ручки 58 эадатчика

13022

47 режимов становится в положение

"Воспроизведение" и станок 3 может обрабабатывать следующие детали 4 по программе, записанной на магнитную ленту 50.

Блок 1 управления работает следующим образом.

На вход усилителя 17 поступает синусоидальный сигнал с одного из датчиков 15 перемещений и усиливается 10 до сигнала прямоугольной формы со скважностью два. На вход усилителя

19 поступает синусоидальный сигнал с датчика 40 обратной связи и усиливается до сигнала прямоугольной формы 15 со скважностью два. Сигналы прямо- ° угольной формы с усилителей 17 и 19 подаются на соответствующие входы фазового дискриминатора 18. Выходной сигнал фазового дискриминатора 20

18 представляет собой сигнал постоянного тока, амплИтуда и полярность которого зависят от сдвига фаз входных напряжений, т.е. от сигналов с одного из датчиков 15 перемещений и датчика 40 обратной связи.

Усилитель 20 является усилителем постоянного тока, служащим для усиления выходного сигнала фазового дискриминатора 18. Величина сдвига фаэ 30 определяет скорость вращения привода 2 подач, а направление сдвига фаз определяет направление вращения привода 2 подач..

Обратная связь с привода подач 2 осуществляется по фазе управляющего сигнала.

На первый вход фазового дискриминатора 18 с усилителя 17 поступает рабочий сигнал U sin(At+%). Фаза ра-, 40 бочего сигнала определяет закон изменений управляемой координаты.

На второй вход фазового дискримина тора t8 поступает через усилитель 19 сигнал обратной связи icos(mt+ M ), 45 где М - фаза сигнала обратной связи. ,В результате сравнения этих сигналов на выходе фазового pHcKpHMHHGTOps 18 получается сигнал, постоянная составляющая Е которого пропорциональна

U sin(Y- q ).

Это напряжение является сигналом ошибки следящего привода 2 подач.

Далее этот сигнал усиливается усилителем 20 мощности и через тиристорный преобразователь 34 подается на двигатель 36, который стремится установить управляемую координату в такое поло40 6 жение, при котором сигнал ошибки равеиили близок к нулю.

Блок 9 управления копированием работает следующим образом. Усилители 21,22,27 и 28 предназначены для преобразования синусондальных сигна- . лов, поступающих на их входы, и сигналов прямоугольной формы .со скважностью два, которые поступают на соответствующие входы фазовых дискриминаторов 23 и 24. Усилители 25.и 26 постоянного тока служат для усиления выходных сигналов соответствующих фазовых дискриминаторов 23 и 24. Фаэосдвигающий элемент 29 предназначен для формирования двух синусоидальных сигналов, сдвинутых один относительно другого на 90 из одного синусоидального сигнала, поступающего с выхода усилителя 30. Усилитель 30 является суммирующим и предназначен для суммирования сигналов эадатчика 31 скорости копирования и сигнала с элемента

7 сравнения.

Задатчиком 31 скорости копирования устанавливается начальная скорость обхода контура шаблона 12. При йзменении нагрузки на режущий инструмент

5 изменяется сигнал с элемента 7 сравнения. При увеличении нагрузки сигнал на выходе усилителя 30 умень.шается и соответственно уменьшается скорость обхода контура шаблона 12, при уменьшении нагрузки скорость об- хода увеличивается.

Задатчик 31 скорости копирования выполняет функцию ручного регулятора скорости при автоматическом обходе щупом 13 контура шаблона 12, изменяя амппитуду синусоидального сигнала поворотом ручки 58 на первом входе усилителя 30.

7 13022

31 скорости копирования вызывает изменение копирования. Направление скорости копирования задает копировальный датчик 14. В зависимости от величины отклонения щупа 13 от своей вертикаль-5 ной оси копировальный датчик 14 выдает два сигнала, изменяющиеся в функциях синуса и косинуса. Один сигнал управляет продольной подачей, а другой - поперечной подачей копироваль- 10

f ного устройства 11 через привод подач 10.

Сигналы от копировального датчика

14 поступают через усилители 21 и

22 на вторые входы фазовых дискрими- 15 наторов 23 и 24.

Изменение входных сигналов и функциях синуса и косинуса вызывает изменение выходных напряжений постоян- ного тока фазовых дискриминаторов 20

23 и 24: на одном — по закону синуса, а на другом — по закону косинуса, а следовательно, и перемещение координат копировального устройства 11 по этим законам. В результате вектор скорости обхода контура направлен всегда по касательной к этому контуру, что и требуется для автоматического обхода контура.

Таким образом, сигнал с задатчика 30

31 скорости копирования определяет скорость обхода контура, а сигналы с копировального датчика 14 определяют направление вектора скорости обхода контура. 35

Все перечисленное относится к работе копировального устройства 11 без участия сигнала с элемента 7 сравнения, который проходит на вто40 рой вход усилителя 30. Воздействие этого сигнала на работу копировального устройства 11 следующее. При обработке детали 4 изменяется нагрузка на режущий инструмент 5 вследствие переменного припуска на обработку.

Изменение нагрузки воспринимает датчик 6 нагрузки и преобразует ее в электрический сигнал, .пропорциональный величине нагрузки. Этот сигнал подается на первый вход элемента 7 сравнения, на второй вход которого подается сигнал с задатчика 8 нагрузки. Задатчик 8 нагрузки задает диапазон изменения сигнала с датчика 6

55 нагрузки, ограничивая его по величине.

Диапазон изменения сигнала нагрузки зависит от стойкости режущего инструмента 5. Величина диапазона ука40 8 зывается в технологии на обработку детали 4.

Таким образом, величина выходного сигнала элемента 7 сравнения пропорциональна величине нагрузки на режущий инструмент 5, но ограничена по амплитуде задатчиком 8 нагрузки.

Поступая на вход усилителя 30, этот сигнал суммируется с сигналом задатчика 31 скорости копирования таким образом, что увеличение сигнала вызывает уменьшение выходного сигнала усилителя 30, а уменьшение сигнала вызывает увеличение выходного сигнала. Задатчик 31 скорости копирования задает конкретный постоянный уровень скорости, относительно которого сигнал нагрузки автоматически производит изменение скорости копирования в зависимости от нагрузки на режущий инструмент 5 ° Изменение скорости ко пирования вызывает посредством дат чиков 15 перемещения, блока 1 управления и привода 2 подач изменение скоростей подач станка 3 таким образом, что при увеличении нагрузки на режущий инструмент 5 скорость подач станка 3 понижается, а при уменьшении нагрузки — увеличивается, что приводит к стабилизации нагрузки на режущий инструмент 5.

Копировальное устройство 11 вместе с датчиками 15 перемещений, приводом подач 10, блоком 9 управления копированием, элементом 7 сравнения и saдатчиком 8 нагрузки представляет отдельное устройство, которое располагается рядом со станком 3 и подключается к нему посредством электрического разъема. Через разъем соединяются выход датчиков 15 перемещений и выход датчика 6 нагрузки.

В качестве копировального устройства 11 может быть использовано известное копировальное устройство фрезерного станка. Копировальное устройство 11 имеет рабочий стол, по направляющим которого могут перемещаться продольная и поперечная каретки. Продольная каретка обеспечивает перемещение по координате Х. На продольной каретке смонтирована поперечная каретка, которая обеспечивает перемещение по координате У.

На поперечной каретке установлен копировальный датчик 14 со щупом 13, ось которых перпендикулярна поверхности стола. Продольная и поперечная

9 . 13022 каретки подняты над рабочей поверхностью стола, на который устанавливается шаблон 12.

Каретки приводятся в движение че реэ передачи винт-гайка приводом 10 подач. После обработки первой детали

4 разъем отключается и станок 3 продоЛжает обработку следующих деталей

4 в режиме "Воспроизведение" как обычный станок с программным управле-10 нием, с той лишь разницей, что программа, записанная на магнитную ленту

50 при обработке первой детали 4, содержит информацию об изменениях скоростей подач станка 3 при изменениях нагрузки на режущий инструмент 5.

При этом необходимо иметь ввиду, что эта программа пригодна для обра1 ботки последующих деталей 4 при условии индентичности заготовок обрабаты- о ваемой партии деталей 4.

В качестве датчиков обратной связи и датчиков перемещений используются вращающиеся трансформаторы типа

BTN-18. В качестве копировального датчика 14 может быть использован известный копировальный датчик фрезерного станка РФП-2.

В качестве устройства для записи программы на магнитную ленту и ее: воспроизведения применено известное устройство для записи и воспроизведения для фрезерного станка РФП-2.

В качестве блока 1 управления может быть использован известный двухкоординатный пульт программного управления фрезерного станка РФП-2.

Применение предлагаемой системы позволяет получить оптимальные режимы резания, что приводит к расширению диапазона регулирования скорости подач станка, к сокращению времени обработки детали и увеличению срока работы режущего инструмента.

Формула изобретения

40 10 ч а ю щ а я с я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования скоростей подач станка, введены копи-, ровальное устройство, содержащее копировальный датчик, а также привод подач копировального устройства, блок управления копированием, Датчики перемещения по Х и Y координатам, переключатель режимов усилители сигналов заj писи и считывания соответственно- Х и 7 координат, входы которых через первые механически связанные переключающие контакты переключателя режимов соединены с магнитной головкой, а выходы усилителей сигналов записи и считывания Х и Y координаты через втоpbfe механически связанные переключающие контакты переключателя режимов подключены к выходам датчиков .перемещения и первым входам соответствующих координат блока управления, к вторым входам координат Я и Y блока управления соединены выходы датчиков обратной связи координат Х и Y выход элемента сравнения подключен к первому входу блока управления копированием, к вторым входам которого подключены выходы копировального датчика, а к выходам блока управления копированием соответствующие входы привода подач копировального устройства.

2. Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что блок управления содержит каналы управления по Х и Y координатам, каждый из которых со- держит три усилителя и фазовый дискриминатор, первый и второй входы которого соединены через первый и второй усилители соответственно с первым и вторым входами соответствующей координаты блока управления, выход фазового дискриминатора через третий усилитель подключены к выходу соответствующей координаты блока управления.

1.Самонастраивающаяся система программного управления, содержащая датчики обратной связи Х и Y координат, привод подач станка, датчик нагрузки, задатчик нагрузки, элемент сравнения, лентопротяжный механизм с приводом и магнитной головкой и блок управления, входы элемента срав- 55 кения соединены с датчиком нагрузки и задатчиком нагрузки, выходы блока управления подключены к соответствующим входам привода подач, о т л и3. Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что блок управления копированием содержит каналы управ- ления по Х и Y координатам, каждый из которых содержит три усилителя и фазовый дискриминатор, а также задатчик скорости копирования, сумми| рующий усилитель и фазосдвигающий элемент, первый и второй входы сум-. мирующего элемента соединены с первым входом блока и с выходом задатчика скорости копирования, входы которого подключены к общей шине и к исиг. пе

Фиг. 2 точнику опорного напряжения, выход суммирующего усилителя соединен с входом фазосдвигающего элемента, вы,ходы которого подключены к входам первых усилителей каналов управления, выход каждого первого усилителя соединен с первым входом соответственно

02240 12 .,фазового дискриминатора, второй вход которого через второй усилитель подключен к соответствующему второму входу блока, а выход соответствующего фазового дискриминатора через третий усилитель соединен с соответствующим выходом блока. ! °

1302240

1302240

Составитель А. Исправникова

Техред Л. Сердюкова Корректор N. Пожо

Редактор Л. Гратилло

Заказ 1215/46 Тираж 864

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

Подписное

1 13035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5 »

Производственно- полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4