Система экстремального регулирования амплитуды вибраций на металлорежущем станке с выдвижным шпинделем

 

Изобретение может быть использовано при управлении процессами черновой и получистовой обработки на фрезерно-расточньпс станках с выдвижным шпинделем. Цель изобретения - повышение надежности работы, быстродействия и расширение области применения системы. Цель достигается путем учета ограничений на скорость подачи и обороты шпинделя, формирования плавного изменения скорости резания, исключения рыскания системы около режима с заданной амплитудой вибраций за счет синхронизации работы системы с биениями инструмента , формирования управляющих сигналов и сигналов, пропорциональных амплитуде вибраций, с учетом величины вьщвижения шпинделя. Для этого в систему, содержащую контур стабилизации силового параметра, задатчик допустимой амплитуды вибраций, два запоминающих устройства, блок формирования цикла поиска, переключатель, два элемента сравнения, регулятор оборотов шпинделя, датчик экстремума , пороговый элемент, элемент И, введены блок ограничения оборотов шпинделя, амплитудный детектор, блок формирования стробирующих сигналов, преобразователь сигнала датчика экстремума , датчик выдвижения шпинделя и фильтр нижних частот. 1 з.п. ф-лы, 4. ил.

СОЮЗ СОВЕТСИИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (59 4 С 05 В 13 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЬИЬЛИЫЕЫА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3844331/24-24 (22) 1?.01.85 (46) 15.11.87. Бюл. У 42 (71) Особое конструкторское бюро станкостроения (72) А.Э.Бархан и К.И.Палк (53) 62-. 50(088.8) (56) Бонч-Бруевич А.М., Быков В.Л., Чинаев П.И. Бесконтактные элементы . самонастраивающихся систем. — М.:

Машиностроение, 1968, с. 15.

Авторское свидетельство СССР

У 815715, кл. G 05 В 13/02 1980. (54) СИСТЕМА ЭКСТРЕМАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ АМПЛИТУДЫ ВИБРАЦИЙ НА МЕТАЛ-.

ЛОРЕЖУЩЕМ СТАНКЕ С ВЫДВИЖНЫМ ШПИНДЕJIEM (57) Изобретение может быть использовано при управлении процессами черновой и получистовой обработки на фрезерно-расточных станках с выдвижным шпинделем. Цель изобретения — повышение надежности работы, быстродействия и расширение области применения системы. Цель достигается путем учета ограничений на скорость подачи и обороты шпинделя, формирования плавного изменения скорости резания, исключения "рыскания" системы около режима с заданной амплитудой вибраций за счет синхронизации работы системы с биениями инструмента, формирования управляющих сигналов и сигналов, пропорциональных амплитуде вибраций, с учетом величины выдвижения шпинделя, Для этого в систему, содержащую контур стабилизации силового параметра, задатчик:допустимой амплитуды вибраций, два запоминающих устройства, блок формирования цикла поиска, переключатель, два элемента сравнения, регулятор оборотов шпинделя, датчик экстремума, пороговый элемент, элемент И, введены блок ограничения оборотов шпинделя, амплитудный детектор, блок формирования стробирующих сигналов, преобразователь сигнала датчика экстремума, датчик выдвижения шпинделя и фильтр нижних частот. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1 13524

Изобретение относится к автоматике, в частности к автоматическому управлению и регулированию, а именно к системам экстремального регулиро5 вания, и может быть применено в адаптивном управлении металлорежущими ,станками.

Цель изобретения — повышение надежности работы и быстродействия и 10 расширение области применения системы, На фиг. 1 приведена функциональная схема системы экстремального регулирования амплитуды вибраций на металлорежущем станке с выдвижным 15 шпинделем; на фиг. 2 — фукнциональная схема преобразователя сигналов датчика экстремума; на фиг. 3 — функциональйая схема блока формирования стробирующих сигналов; на фиг. 4 — 20 функциональная схема блока формирования цикла поиска командного генератора.

Система содержит задатчик 1 скорости,с помощью которого задается

25 скорость резания, задатчик 2 силового параметра, элемент 3 сравнения, регулятор 4 подачи, .привод 5 подачи, объект 6 регулирования, привод 7 главного движения, блок 8 ограничения ЗО подачи, датчик 9 экстремума, датчик .10 силового параметра, задатчик 11 допустимого уровня вибраций, второй элемент 12 сравнения, переключатель

13, фильтр 14 низких частот, пороговый элемент 15, элемент И 16, блок

17 формирования цикла поиска, третий элемент 18 сравнения, первое 19 и второе 20 запоминающие устройства, регулятор 21 оборотов шпинделя, сумматор 22, блок 23 ограничения оборотов шпинделя, датчик 24 выдвижения шпинделей, преобразователь 25, амплитудный детектор 26 и блок 27 формирования стробирующих сигналов.

Блоки 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 10 и22 образуют контур 28 стабилизации сило-.. вого параметра резания.

Преобразователь 25 включает в себя последовательно соединенные управляемый паласовой фильтр 29 и уси-. литель 30 с регулируемым коэффициентом усиления.

Блок 27 состоит из последовательно соединенных детектора 31, фильтра

32 нижних частот и компаратора 33 задания уровня. На второй вход компаратора 33 подается заданный уровень напряжения. Выход компаратора 33 подключен к первому входу тактируемого формирователя 34. Выход формирователя 34 подключен к входу триггера

35 и входу элемента ИЛИ 36. Второй вход элемечта 36 связан с выходом элемента И 37. Первый вход элемента

37 связан с выходом триггера 35. Первый. второй и третий выходы генератора 38 импульсов подключены соответственно к второму входу формирователя 34, S-входу триггера 35 и второму входу элемента И.

Первые входы узлов 39 и 40 выборки-хранения соединены. Выходы узлов

39 и 40 подключены саотве ственно к первому и второму входам компаратора 41. Выход компаратора 4" через формирователь 42 связан с R-входом

RS-триггера 43 и первьп1 входом элемента ИЗИ 44. Второй вход элемента

44 соединен с выходам элемента И 45.

Выход триггера 43 подключен к первому входу элемента И. Четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой выходы генератора 38 подключены соответственно к вторым входам узлов 39 и

40, третьему входу компаратара 41, S-входу триггера 43 и второму входу элемента И.

Блок 17 включает в себя генератор

46 импульсов, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ-.

НЕ 47, Второй вход элемента 47 связан с выходом RS-триггера 48. Выход элемента 47 соединен с входом рас реде.— лителя 49 импульсов. Первые два выхода распределителя 49 подключены к второму входу переключателя 33.

Третий выход распределителя 49 подключен к первому входу элемента 18.

R-вход RS-триггера 50 связан с первым выходом распределителя 49 и первым входом элемента ИЛИ 5 1. Выход триггера 50 подключен к второму входу элемента 16. Четвертый выход распределителя 49 подсоединен к Я-входу триггера 50 и второму входу элемента

ИЛИ 5 1. Выход триггера 48 подключен к второму входу элемента 47 и S-входу

RS-триггера 52; Выход триггера 52 подключен к первому входу элемента

ИЛИ-НЕ 53. Выход элемента ИЛИ 5 1 подключен к R-входу триггера 52 и второму входу элемента ИЛИ-НЕ 53.

Выход элемента 53 подсоединен к Sвходу триггера 48.

Регулятор 4 и блок 8 обеспечивают управление скоростью перемещения пNNtl L = К„

3 13524 рабочего органа станка в режиме пропорционально-интегрального (ПИ) регулирования с учетом ограничения на максимальную скорость перемещения узла (Б „ ), которая в первую оче редь, определяется стойкостью резца и возможностями самого привода подачи. . На соответствующие входы блока 8 с пульта системы или из блока памя- 1g ти УЧПУ через ЦАП подаются значения предельно допустимой скорости подачи на зуб (S „,), причем число зубьев (Z) инструмента соответствует технологической программе обработки дета- 15 ли, с входа привода 7 — сигнал о числе оборотов шпинделя (n), а с датчика 24 — сигнал о величине выдвижения шпинделя (К ). где L — величина выдвижения шпинделя, 20

С увеличением длины консольной части шпиндельного узла величина максимально допустимой скорости подачи снижается, что обеспечивается введе-.. нием сигнала с датчика выдвижения 25 шпинделя. Снижение допустимой скорости подачи определяется ограничением по виброустойчивости станка. С увеличением консольной части шпиндельного узла снижается жесткость, собст- ЗО венная частота и демпфирование системы станок — инструмент — деталь, точнее наиболее слабого ее звена — шпиндельного устройства.

Величина максимально допустимой скорости перемещения узла вычисляется по формуле: ммакс а макс <

z. ìîêñ <

Регулятор 21 управляет скоростью вращения шпинделя в режиме ПИ-регулирования в соответствии с сигналом управления, который приходит от элемента 18. Управление в этом режиме осуществляется в те моменты, когда поступает сигнал "разрешение" с элемента 16 ° При снижении амплитуды вибраций ниже величины А по сигналу от элемента 16 закорачивается регулятор и сигнал с регулятора благодаря выходному фильтру плавно возвращается к нулю, На соответствующие входы блока 23 с пульта системы или из блока памяти через подаются значения предельно допустимых значений оборотов шпикпе53 4 (и„„„, пмакс ) в соответствии с технологической программой обработки детали (т.е. материала заготовки, резца и условий резания), с задатчика

1 поступает заданная величина оборотов шпинделя (n ), а с датчика 24— напряжение, пропорциональное выдвижению шпинделя (К„ ). Величина минимально допустимого числа оборотов шпинделя с учетом выдвижения шпиндельного узла определяется по формуле:

Система работает следующим образом.

После того, как инструмент соприкоснулся с деталью и началось резание, может возникнуть вибрация, фиксируемая датчиком 9. В момент t< амплитуда вибраций анализируется, так как она больше А, система совершает пробное изменение скОрости резания по ПИ-закону до момента t . В момент tz анализируется амплитуда вибраций и сравнивается с амплитудой вибраций, измеренной в момент

Если 5 А = А (t ) — А (t, ) ) О, то осуществляется инвертирование выходного сигнала регулятора 21 по апериодическому закону, благодаря чему избегают ударов по резцу. Таким образом, на интервале <- д система совершает движение в противоположном от минимума направлении. Изменив направление движения на интервале система анализирует амплитуду вибраций в момент t и в соответствии с входным сигналом изменяет число оборотов шпинделя. Сравнив амплитуды вибраций в моменты.t и H сt: аА =

= A(t<) — A(t ) «cà О, система продолжает движение к минимуму амплитуд вибраций в том же направлении.

В момент t амплитуда вибраций станови ся мейьше порогового значения и элемент 16 снимает сигнал "Разрешение движения системы к минимуму" с регулятора 21. Таким образом, в системе устанавливается необходимая скорость резания, которая обеспечивает заданную амплитуду вибраций. В момент t, если амплитуда вибраций меньше заданной величины Аа, элемент

15 через элемент 16 подает команду на регулятор 21, которая обеспечивает плавный возврат скорости резания к заданному значению. В случае превы5 3 шения заданного уровня амплитуды вибраций А, процесс поиска экстремума повторяется.

При настройке системы (учитывая инерционность резания) есть возможность анализировать амплитуды вибраций не на последовательных пиках огибающей, а через m интервалов,т.е. пропускать m максимальных амплитуд

-и сравнивать А; с А;, Блок 23 осуществляет учет ограничений по максимальному и минимальному числам ограничений (условия обра-. ботки, соответствующий материал, выбранный резец) с учетом выдвижения шпинделя.

Контур 28 стабилизации силового параметра резания (например-, мощности резания или крутящего момента на шпинделе) поддерживает соответствующий силовой параметр на заданном уровне (исходя из условия технологии обработки). В момент врезания инструмента в обрабатываемую деталь на выходе датчика 10 появляется сигнал, который на элементе 3 сравнивается с сигналом, вырабатываемым задатчиком

2. В соответствии с результатом сравнения этих сигналов регулятор 4 изменяет подачу для поддержания заданной величины силового параметра (М ), В блоке 8 ограничения подачи учитывается изменение числа оборотов шпинделя и выдвижение шпиндельного узла, а также технологические.возможности обработки.

Формула изобретения

1. Система экстремального регулирования амплитуды вибраций на металлорежущем станке с выдвижным шпинделем, содержащая задатчик скорости, последовательно соединенные задатчик силового параметра, элемент сравнения, регулятор подачи и привод подачи, подключенный выходом к первому входу объекта регулирования, второй вход которого соединен с выходом привода главного движения, вход которого соединен с первым входом блока ограничения подачи, подключенного выходом к управляющему входу регулятора подачи, первый выход объекта регулирования соединен с входом датчика экстремума, второй выход объекта ре-. гулирования через датчик силового параметра соединен с вторым входом

52453

55 элемента сравнения, выход задатчика допустимого уровня вибраций соединен через второй элемент сравнения с входами переключателя и фильтра низких частот, подключенного выходом через пороговый элемент к первому входу элемента И, второй вход переключателя соед -..;ен с первым выходом блока формирования цикла поиска, второй выход которого соединен с первым входом третьего элемента сравнения, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго запоминающих уст-. ройств, третий выход блока формирования цикла поиска подключен к второму входу элемента И, выход которого соединен с первым входом регулятора оборотов шпинделя, подключенного вторым входом к выходу третьего элемента сравнения, а первый и второй выходы переключателя соединены соответственно с входами первого и второго запоминающих устройств, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью говышения надежности работы, быстродействия и расширения области применения системы, в нее введены сумматор, блок ограничения оборотов шпинделя, последовательно соединенные датчик выдвижения шпинделя, преобразователь, амплитудный детектор и блок формирования стробирующих сигналов, причем вход датчика выдвижения шпинделя соединен с третьим выходом объекта регулирования, второй вход преобразователя соединен с выходом датчика экстремума, а выход— с вторым входом блока формирования стробирующих сигналов, первый вход которого подключен к второму входу второго элемента сравнения, первый выход блока формирования стробирую щих сигналов подключен к входу блока формирования цикла поиска, а второй выход — к второму входу амплитудного. детектора, выход регулятора оборотов шпинделя соединен с первым входом блока ограничения оборотов шпинделя, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами задатчика скорости и датчика выдвижения шпинделя, выход блока ограничения оборотов шпинделя подключен через сумматор к входу привода главного движения, второй вход сумматора соединен с выходом задатчика скорости, а второй вход блока ограничения пода7 1352453

8 чи — с выходом датчика выдвижения образователя является первый вход о шпинделя. управляемого полосового фильтра, 2. Система по п, 1, о т л и ч а — второй вход которого соединен с втою щ а я с я тем, что преобраэователь рым входом усилителя -с регулируемым содержит последовательно соединенные коэффициентом усиления и вторым вхо5 управляемый полосовой фильтр и уси- дом преобраэо:дателя, выходом которого литель с регулируемым коэффициентом являетая выход усилителя с регулируеусиления, причем первым входом пре- мым коэффициентом усиления.

1352453

«17

Составитель П.Кудрявцев

Техред А.Кравчук Корректор Г.Решетник

Редактор Л.Пчолинская

Тираж 863 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5565/47

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