Устройство для управления металлорежущими станками
Изобретение относится к управлению металлорежущими станками, в частности к управлению по величине температуры резания, и может быть использовано для автоматического управления при одновременной обработке несколькими инструментами. Цель изобретения - повышение надежности и быстродействия за счет исключения многоканальных блоков и повышения коэффициента усиления контура регулирования . Устройство содержит естественные термопары типа резец - деталь, блок задатчиков термо-ЭДС, блок сравнения , компаратор, блок коррекции, ключ, привод, задатчик скорости привода . Сигнальные входы блока управляемых усилителей соединены с выходами естественных термопар типа резец - деталь, управляющие входы - с выходами задатчиков термо-ЭДС, а выходы - с входами блока выделения максиму 1а. К выходу блока вьщеления максимума подключены первые входы блока сравнения , и компаратора, вторые входы которых соединены с источником опорного напряжения, выход блока сравнения соединен с входом блока коррекции , а выход компаратора - с управляющим входом ключа. 3 ил. о $ (Л
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (5ö 4 В 23 15/06
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4079273/31-08 .(22) 23.06.86 (46) 07.01.88. Бюл. Ф 1 (71) Уфимский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) В,Ц. Зориктуев, Ш.Г. Исаев, А.Д. Никин, А.И. Ильин и В.Ф. Гилин (53) 621.941(088.8) (56) Патент Великобритании к 1211868, кл. С 3 R 1970.
Авторское свидетельство СССР
У 996172, кл. В 23 q 15/06, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЦИМИ СТАНКАМИ (57) Изобретение относится к управлению металлорежущими станками, в частности к управлению по величине температуры резания, и может быть использовано для автоматического управления при одновременной обработке несколькими инструментами. Цель изобЛ0„„1364438 А1 ретения — повышение надежности и быстродействия за счет исключения многоканальных блоков и повышения коэффициента усиления контура регулирования. Устройство содержит естественные термопары типа резец — деталь, блок задатчиков термо-ЭДС, блок сравнения, компаратор, блок коррекции, ключ, привод, задатчик скорости привода. Сигнальные входы блока управляемых усилителей соединены с выходами естественных термопар типа резец— деталь, управляющие входы — с выходами задатчиков термо-ЭДС, а выходыс входами блока выделения максимума.
К выходу блока выделения максимума подключены первые входы блока сравнения и компаратора, вторые входы которых соединены с источником опорного напряжения, выход блока сравнения соединен с входом блока коррекции, а выход компаратора — с управляющим входом ключа. 3 ил.
1364438
Изобретение относится к управлению металлорежущими станками, в частности к управлению по величине температуры резания, и может быть использовано для автоматического управления при одновременной обработке несколькими инструментами.
Цель изобретения — повышение надежности и быстродействия за счет исключения многоканальных блоков и повышения коэффициента усиления контура регулирования.
На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 — функциональ- ная схема блока управляемых усилителей; на фиг. 3 — функциональная схема блока выделения максимума.
Устройство содержит блок 1 управляемых усилителей сигнала термоЭДС, сигнальные входы которого подключены к соответствующим режущим инструментам 2 и обрабатываемой детали 3, управляющие входы — к выходам блока 4 задатчиков термо-ЭДС, а выходы — к входам блока 5 выделения максимума, к выходу которого подключены первые входы блока 6 сравнения и компаратора 7, вторые входы которых соединены с выходами источника 8 опорного напряжения, Выход блока 6 сравнения соединен с входом блока 9 коррекции, а выход компаратора 7 — с управляющим входом ключа 10.
Выход блока 9 коррекции соединен с первым входом ключа 10, второй вход которого соединен с выходом задатчика 11 скорости привода, а выход — с входом привода 12, выход которого соединен с объектом 13 управления (шпинделем 14 станка, в котором закреплена обрабатываемая деталь 3).
Блок 1 управляемых усилителей (фиг. 2) содержит дифференциальные усилители 15, выходы которых соединены с входами усилителей с переменным коэффициентом усиления, выполненных в виде цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) 16, включенных в цепь обратной связи операционных усилителей 17. Выходы усилителей 17 являются выходами блока 1 управляемых усилителей, Устройство работает следующим образом.
До начала процесса резания, когда ни один из режущих инструментов не вошел в контакт с обрабатываемой деталью 3, термо-ЭДС естественных тери переходит в состояние логической
1Г "1" при условии (2) где Uö — сигнал источника опорного
20 напряжения;
U у. дкс- сигнал на выходе блока выделения максимума.
Величина коэффициента р обычно принимается равной 0,5-0,7. Ключ 10
25 работает таким образом, что при сигнале логического "0" на его управляющем входе он находится в положении II и скорость привода 12 определяется сигналом на выходе задат30 чика 11 скорости привода.
В случае начала процесса резания хотя бы одним режущим инструментом
2 на выходе соответствующего i-го канала блока 1 управляемых усилиЗ5 телей появляется сигнал, отличный от нуля.
При электрической схеме включения
ЦАП 16, приведенной на фиг. 3, выходной сигнал усилителя 17 определя40 ется выражением
Unl
Vi ЮП
31 (3) — постоянный коэффициент — термо-ЭДС i-й естественной термопары типа резец деталь;
U . .— выходной сигнал i-го ка3i нала блока 4 задатчиков
50 термо-ЭДС.
Если выполняется условие (2), на выходе компаратора 7 появляется сигнал логической " 1", ключ 10 переходит в положение I и включает контур
55 регулирования термо-ЭДС естественных термопар типа резец"- деталь.
В процессе резания на выходах блока 1 управляемых усилителей могу1 быть различные уровни сигналов U>, мопар типа резец — деталь равны нулю, сигналы на выходе блока 1 управляемых усилителей, а следовательно и сигнал на входе блока 5 выделения максимума также равны нулю. В этом случае сигнал на выходе компаратора
7 равен логическому "0", так как он находится в этом состоянии при ус10 ловии з
1364438 на выходе блока 5 выделения макси- кнутого мума появляется сигнал, равный мак- де: симальному входному сигналу U = который подается на первый К вход блока 6 сравнения. Сигнал с выхода блока 6 сравнения, равный где К„,. (5) р Кп Кs Кпр»
1 с 1 о 0.1 с (4) 10
UÓi К УУ (6) ф1 3<
К „ — коэффициент передачи объекта 1 управления.
Термо-ЭДС на выходе i-й естественйой термопары типа резец - деталь может быть представлена в. виде степенной зависимости
E Ñ и
В 4B (7) где п в, — частота вращения привода;
Х и С вЂ” постоянные коэффициенты.
В условиях равновесия замкнутого контура регулирования передаточные функции объектов 13 управления и блока 1 управляемых усилителей можно
I записать следукпцим образом к
pEi пав,о Е в1
К = (— -) ХС вЂ” — — = Х вЂ” — — (8)
1 Р дп о пав,о п
4в. о
Пу Кчч (9)
UA„U31
Учитывая, что (10} (11) Е. =Е
i Ь
Квз E3, е где Е . — термо-ЭДС i-й естественной
31
45 термопары типа резец — деталь;
К Б — коэффициент передачи блока
4 задатчиков термо-ЭДС, подставляем выражения (8) и (9) в ра50 венство (5):
Kчч
К К „х р и и Ав 0 КГЪЕЬ1
К УУ
= КХк — - — —— и п4B КBB (12) Из выражения (12) следует, что коэффициент усиления разомкнутого контура не зависит от заданного значения уставки термо-ЭДС. подается на вход блока 9 коорекции и далее — на привод 12, в результате происходит стабилизация на заданном уровне термо-ЭДС более нагруженного инструмента. Термо-ЭДС остальных инструментов в это время меньше или равна заданному значению.
В процессе обработки детали из-за изменения диаметра обрабатываемой поверхности, припуска, подачи, а также выхода отдельных инструментов из процесса резания и вступления других, более нагруженных по температурным условиям, за счет блока 5 выделения максимума происходит ав-, 25 томатическое переключение на канал наиболее нагруженного инструмента.
Окончание процесса обработки детали и выхода последнего инструмента из зоны резания приводит к формиро- З0 ванию на выходе компаратора 7 уровня логического "0", ключ 10 переходит в положение II и скорость привода 12 определяется сигналом на выходе задатчика 11 скорости привода.
Для обеспечения устойчивости замкнутого контура регулирования синтез передаточной функции блока коррекции выполняют исходя из максимально возможного коэффициента усиления разом- 40 кнутого контура, что приводит к снижению быстродействия устройства при коэффициентах, меньших максимального.
Для повышения быстродействия устройства уменьшают диапазон изменения коэффициента усиления разомкнутого контура, не изменяя его верхнего предельного значения, Уменьшение диапазона изменения в и раз приводит, к повышению в и раз быстродействия устройства.
Коэффициент усиления разомкнутого контура регулирования устройства опре= деляется произведением коэффициентов передачи отдельных блоков. Поскольку кроме объекта 13 управления и блока 1 управляемых усилителей все остальные блоки имеют постоянные коэффициенты передачи, коэффициент усиления разомконтура можно записать в ви— коэффициент, равный произведению постоянных коэффициентов передачи отдельнык. блоков устройства;
- .коэффициент усиления блока
1 управляемых усилителей, равный
13
Таким образом, включение блока 1 управляемых усилителей позволяет уменьшить диапазон изменения коэффициен-. та усиления разомкнутого контура, и, тем самым, повысить быстродействие устройства в 2-3 раза (так как максимальный диапазон изменения уставки термо-ЭДС равен 3).
Формула изобретения
Устройство для управления металлорежущими станками, содержащее естественные термопары типа резец — де-. таль, соединенные с блоком усилителей, задатчики термо-ЗДС, задатчик скорости, связанный посредством ключа с приводом вращения шпинделя, блок сравнения, блок коррекции и компара" .. тор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, 64438 что, с целью повышения надежности и быстродействия, устройство снабжено блоком выделения максимума, входы ко5 торого соединены с выходом блока усилителей, выполненных управляемыми, сигнальные входы которых соединены. с выходами естественных термопар типа резец — деталь, а управляющие входы — с выходами задатчиков термо-ЭДС, причем входы блока сравнения связаны с выходом блока выделения максимума и введенным источником опорного напряжения, а выход — с блоком коррекции, который посредством ключа связан с приводом вращения шпинделя, входы компаратора соединены с источником опорного напряжения и с выходом, блока выделения максимума, а выход —, с управляющим входом ключа.
1364438
