Устройство управления процессом резания

 

Изобретение относится к области станкостроения и может быть использовано в гибких производственных системах металлообрабатывающей промышленности . Цель изобретения - повышение надежности работы устройства за счет учета характеристик сигналов динамической подсистемы обрабатываемой заготовки. Устройство содержит два канала регистрации виброакустической эмиссии динамических подсистем режущего инструмента и обрабатываемой детали , состоящие из преобразователя, предусилителя, полосовых фильтров, переключателя каналов, балансного модулятора, усилителя мощности, подключенных к электрическим выходам модифицированного интерферометра Маха- Цендера. Интерферометр состоит из лазера , расширителя светового пучка, в обоих плечах интерферометра установлены акустооптические модуляторы, которые представляют собой устройства ввода электрических сигналов и Фурьеобъективы. Выходной светоделительный куб интерферометра имеет фотохромные покрытия граней с коэффициентом пропускания: входных граней - логарифмическим , выходной грани - антилогарифмическим . За выходной гранью расположены Фурье-объектив, масштабирующий объектив, од}юкоордина.тный фотоприемный элемент на основе приемника с зарядовой связью, информационный выход которого через блок управления и питания и аналогоцифроиой преобразователь соединен с блоком вычисления управляющих воздействий ,, Два выхода этого блока через цифроаналоговьш преобразователь подключены к исполнительным механизмам, регулирующим скорость главного движения и скорость подачи металлорежущего станка в процессе резания. Устройство определяет спектрально-корреляционные характеристики сигналов вибрации динамических подсистем инструмента и детали,на основании которых регистрируют предельные состояния процесса резания - момент врезания инструмента в заготовку, момент защемления вращающегося режущего инструмента в заготовке во избежание поломки ин- CTpiTvieHTa, достижение критического износа инструмента. Оптическая система интерферометра Маха-Цендера обрабатьшает электрический сигнал в масштабе реального времени для форми - рования управляющих команд на изменение режимов резания. 13 ил. i СЛ оо 1Г 00 СЛ 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО!.(ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (!!! (s(! 4 В 2 3 В 2 5 / 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4148612/31-08 (22) 18.11.86 (46) 07,05.88. Вюл. (» 17 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) В.Л,Заковоротный, Т.P.Клочко, В.А.Остафьев и Г.С.Тымчик (53) 62 1.941 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР !(» 1122430, кл. В 23 В 25/06, 1983. (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

РЕЗАНИЯ (57) Изобретение относится к области станкостроения и может быть использовано в гибких производственных системах металлообрабатывающей промышленности. Цель изобретения — повышение надежности работы устройства за счет учета характеристик сигналов динамической подсистемы обрабатываемой заготовки. Устройство содержит два канала регистрации виброакустической эмиссии динамических подсистем режущего инструмента и обрабатываемой детали, состоящие из преобразователя, предусилителя, полосовых фильтров, переключателя каналов, балансного модулятора, усилителя мощности, подключенных к электрическим выходам модифицированнîro интерферометра МахаЦендера. Интерферометр состоит иэ лазера, расширителя светового пучка, в обоих плечах интерферометра установлены акустооптические модуляторы, которые представляют собой устройства ввода электрических сигналов и Фурьеобъективы. Выходной светоделительный куб интерферометра имеет фотохромные покрытия граней с коэффициентом пропускания: входных граней — логарифмическим, выходной грани — антилогарифмическим. За выходной гранью расположены Фурье-объектив, масштабирующий объектив, однокоординатный фотоприемный элемент на основе прис»»»»»»ка с зарядово»» связью, информационный вь»ход которого через блок управления и питания и аналого-цифровой преобразователь соединен с блоком вычисления управляющих воздействий, Два выхода этого блока через цифроаналоговый преобразователь подключены к исполнительным механизмам, регулирующим скорость главного движения и скорость подачи металлорежу щего станка в процессе резания. Устройство определяет спектрально-корреляционные характеристики сигналов вибрации динамических подсистем ин струмента и детали, на основании которых регистрируют предельные состояния процесса резания — момент врезания инструмента в заготовку, момент эащемления вращающегося режущего инструмента в заготовке во избежание поломки ин" струмента, достижение критического износа инструмента. Оптическая система интерферометра Маха-Цендера обрабатъ»вает электрический сигнал в масштабе реального времени для формирования управляющих команд на изменение режимов резания. 13 ил.

13935 управ;н ния однокоорд»натным приемником с зарядовой связью, на фиг. 7 блок †схе алгоритма ввода видеосигнала в блок вы»»с kc »»я управляющих

25 воздействии, на ф3kã. 8 — функциЬнальная схема блока вычисления управляющих воздействий, на фиг. 9 — временные диаграммы ввода Видеосигнала на вход блока вычисления управляющих

30 воздействий, на фиг. 10 — блок-схема алгоритма управления исполнительными механизмами станка, на фиг.11 — электрическая принципиальная схема цифроаналогового преобра зов ателя на фиг, 12 — шпиндельный узел металло35 режущего станка; на фиг. 13 — временная диаграмма управления исполнительными механизмами.

Устройство управления процессом

40 резания (фиг. 1) содержит два канала измерения виброакустической эмиссии динамических подсистем режущего инструмента и обрабатываемой детали.

Каналы содержат преобразователи 1 и

2, в которых в качестве чувствительных элементов использованы сферически вогнутые пластины из пьезоэлект45 рического материала. Преобразователи

1 и 2 ус тановле ны на об раб а тыв аемой детали 3 и шпинделе 4 с закрепленным

50 в нем режущим инструментом 5 соответственно. Выходы преобразователей 1 и

2 чере з предварительные усилители 6

7 подключены к блокам полосовых фильтров 8.1,...,8,N и 9.1,...,9.N соответственно. В качестве иолосовых фильтров можно использовать, например, фильтры 298ФН21, 298Ф82 1. Выхо55

Изобретение от»ос»тся к станкостроению и может быть ис»ользовано в гибких производственных системах металлообрабатывающей промышленности.

Цель изобретения — »овьш ение надежности работы устройства управления процессом резания за счет учета характеристик сигналов динамической подсистемы обрабатываемой заготовки.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства управления процессом резания; на фиг. 2 — условное графическое изображение коммутатора аналоговых сигналов и схема включе- 15 ния, на фиг. 3 — графическое изображение двоичного счетчика, йа фиг.4 времен»ая диаграмма работы двоичного счетчиь, на ф»г.5 — принципиальная схема балансного модулятора, на фиг.б- 20 принцип»альная схема блока питания и

31 2 ды полосовых фильтров 8.1,...,8.N и 9.1,...,9.N соединены с переключателями 10 и 11 каналов. В каналах измерения сигналов виброакустической эмиссии установлены балансные модуляторы 12 и 13 электрических сигналов, к входам которых подключены переключатели 10 и 11 каналов, а выходы — к усилителям 14 и 15 мощности, в качестве которых можно использовать, например, промьппленно выпускаемый усилитель мощности УЗ-33. Выходы усилителей 14 и 15 мощности соединены с электрическими входами модифицированного интерферометра МахаЦендера, которые представляют собой акустооптические модуляторы 16 и 17 на бегущих волнах. Лазер 18, расположенный на одной оптической оси с расширителем 19 светового пучка, оптически связан с модифицированным интерферометром Маха-Цендера.

Интерферометр содержит входной све тоделительный куб 20, плоские отражательные зеркала 21 и 22, акустооптиче ские модуляторы 1 6 и 1 7, преобразующие Фурье-объективы 23 и 24, установленные на одной оптической оси с модуляторами 16 и 17 и выходной светоделительный куб 25 с фотохромным покрытием граней. Выход интерферометра оптически связан через

Фурье-объектив 26 и масштабирующий объектив 27 с однокоординатным фотоприемным элементом 28, в качестве которого используют, например, однокоорди»атньп приемник с зарядовой связью (ПЗС). Информационный выход фотоприемного элемента 28 соединен через блок 29 управления и питания с аналого-цифровым преобразователем (АЦП)

30, подключенным к блоку 31 вычисления управляющих воздействий. Первый выход блока 31 через цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 32 подключен к исполнительному механизму 33, регулирующему скорость подачи, а второй выход блока 31 через ЦАП 34 подключен к исполнительному механизму 35, регулирующему скорость главного движения станка в процессе резания.

Каждый из переключателей 10 и 11 каналов содержит аналоговый коммутатор с внутренними схемами управления, выполненный, например, на микросхемах серии К143, К176, К590 и двоичньп счетчик. На фиг. 2 представлены условное иэображение восьмиканально1393531 го коммутатора на базе микросхемы

К590 КН1, где 36... 44 — аналоговые входы, 45 — выход коммутатора, 46... ...48 — управляющие входы а также

У 5 схема включения коммутатора. Управляющие входы аналогового коммутатора подключены к выходам двоичного счетчика, условное графическое обозначение которого представлено на фиг.3, 10 а временная диаграмма работы — на фиг.4. Счетчик может быть выполнен, например, на микросхеме К155 ИЕ2.

Балансные модуляторы 12 и 13,принципиальная схема которых представлена на фиг. 5, содержат генератор,соединенный с точкой П входа сигналон несущей частоты. Вход !! модулирующего напряжения соединен с выходом

45 коммутатора (фиг. 2) переключателей 10 и 11 соответственно. В качестве генератора колебаний можно использовать, например, промышленно ны:пускаемый генератор Г4-102, Г4-116, Г4-119, а также использовать кристаллы 25 пьезокварца.

Блок 29 питания и управления ПЗС, принципиальная схема которого представлена на фиг. 6, может быть выполнен, например, на микросхемах серии

К564, К561. Содержит генератор тактовых импульсов (К564ЛЕ5), соединен ный со схемой формирования опорных напряжений (K564 ИЕ9), на выходе которого установлен делитель (K564 ИЕ10). Делитель соединен с формирователем фаз

35 (К564 TP2) с четырьмя выходами, которые соединены с преобразователем уровня (К564 ПУ4), соединенным с входами

ПЗС. Блок-схема алгоритма ввода ви40 деосигнала в блок 31 (фиг. 1) с выхода блока 29 представлена на фиг.7.

Блок 31 вычисления управляющих воздействий может быть выполнен на базе микроЭВМ, например "Электроника-60М", "Электроника-80". Функциональная схема, представленная на фиг. 8, содержит центральный процессор 49, соединенный с каналом 50 3ВМ обмена информациеи, к которому подключены устройства 51-53 управления, таймер 54, а также дополнительные устройства 55 (например, интерфейсы).

К устройству 51 управления подключены печатающее устройство 56 (типа

"CONSUL-260") » фотосчитыватель 57 (типа FS-150!). Устройство 52 управления соединено с перфоратором 58 (типа ПЛ-150), а считыватель 59 с перфо..c нты (например, типа СП-3) подключен к устройству 53., 1ополнительные устройства 55 ввода-вывода данgati(õ подключены к исполнительным ме— ханизмам 33 и 35 (фиг. 1) металлорежупего станка через 1У.!! 32 и 34.Временные диаграммы ввода видеосигнала н блок 31 нь числения управляющих воздействий при использовании и качестве

A!1Ï 30. Л!!П типа Ф7077 представлена на фиг. 9, а блок-схема алгоритма управления исполнительными механизмами

33 и 35 представлена на фиг. 10.

Электри«еская принципиальная схема !!АП 32 и 34, представленная на фиг.11, содержит источник 60 опорного напряжения, н качестве которого можно, например, использовать температурностабилизированный стабилитрон. Выход источника 60 подключен к первым входам управляемых ключей 61.1...,,61.N, к выходам которых подключсна резисTHBfldH масштабирующая матрица. К вторым входам ключей 61 ° 1,...,61.N подкл, «ен регистр выходного кода блока

31 (фиг. 1).

Исполнительные механизмы 33 и 35 содержат шагоные электродвигатели, соединенные с соответствующими приводами станка. Изменение величин подачи и скорости главного движения ос -цествляют при помощи шпиндель, пго узла (фиг.12), соединенного с приводами станка. Шпиндельный узел содержит зубчатое колесо 62, рейку 63, зубчатое колесо 64, шпиндельную гильзу 65. Нпиндель 4 содержит шлипевую нарезку 66, а также конусное отверстие 67 для закрепления режущего инструмента. Временная диаграмма управления исполнительными механизмами представлена на фиг.13.

Устройство работает следующим образом.

Преобразователи 1 и 2 с пьезоэлектрическим сферически вогнутым чувстнительным элементом, установленные на обрабатываемой заготовке 3 и шпинделе 4 металлорежущего станка, регистрируют сигналы виброакустической эмиссии динамических подсистем детали 3 и режущего инструмента 5 и преобразуют их в электрические сигналы

И, (г) и V (e) соответственно. Предварительные усилители 6 и 7 усиливают преобразованные электрические сигналы U< (t) и П (t), которые поступают в полосовые фильтры 8.1,...,8.N

1393531 и 9.1,...,9.N. Сигналы на выходах фильтров 8 и 9 представляют собой наборы компонентов U, (), V,,(t) в определенных диапазонах N посколь5 ку сигналы виброакустиче ской эмиссии соде ржа т компоненты в широком спе ктре частот, С выходов полосовых фильтров 8.1,...,8 N и 9.1,...,9.N сигналы

V, (t) и U„ (t) поступают на входы переключателей 10 и 11 каналов. Выбор каналов обуславливают трехразрядным двоичным кодом, который подают на входы формирователей. Микросхема содержит внутренние дешифратор 15 и формирователи. При подаче соответствующего кода на управляющие входы опрашиваемый аналоговый вход соединяется с выходом коммутатора. Поступление двоичного кода обеспечивают дво- 2р ичным счетчиком, условное графическое обозначение которого представлено на фиг. 3, а временная диаграмма работы счетчика представлена на фиг.4. Счетчик работает в коде 1-2 — 4-8. Три вы- 25 хода счетчика подключают к вхоДам аналогового коммутатора. Соединяя вывод 8 с входом RO осуществляют сброс импульса, установку в "О", последовательный счет кодов опрашиваемых каналов 36...44 (фпг.2) с быстродействием 2,8 мкс. Функционирование переключателей 10 и 11 каналов заключается в том, что на выход переключателей последовательно поступают компоненты Uq (t),...,U „(t) и U (t),..., 35 н 1 ...,U (t) для введения их в балансн ные модуляторы 12 и 13 электрических сигналов . Балан сные модуля торы 1 2 и

13 предназначены для смещения анали 4О зируемых сигналов U< (t) и Uz (t) в сторону увеличения частот. Это обусловлено тем, что частотные характеристики сигналов V (t) и V (t) должны соответствовать частотным характеристикам пьезопреобразователей акустооптических модуляторов 16 и 17, которые выполняют функцию ввода электрических сигналов в когерентную оптическую систему обработки информации о состоянии текущего процесса резания. Напряжение несущей частоты (фиг.5) от генератора подают на базу транзистора Т3 токопитающего каскада (точка Н1), а входной модулирующий сигнал с BblxoJlа перек чателя 1О и 55

11 каналов соответственно подают на точку U дифференциального каскада.

Контур 1,1С1 осуществляет фильтрацию выходного напряжения при настройке на частоту несущего сигнала. При этом для получения качественного помехоустойчивого сигнала на выходе амплитуды модулирующего сигнала должны быть малыми.

Поскольку частотный диапазон полосы пропускания пьезопреобразователей значительно превьппает регистрируемые частотные характеристики сигналов

U<(t) и Vi(t), необходима операция модуляции высокочастотной гармонической несущей анализируемым сигналом, т.е. операция преобразования частот. Тогда, на выходе модуляторов

12 и 13 сигналы описывают выражениями

Ч, (t) =Ч Н (t)сов Л t;

Vg (t ) V U < (t ) cos о где V — амплитуда высокочастотного несущего сигнала.

Огибающим сигналов на выходах модуляторов 12 и 13 соответствует спектральная плотность С, (a) С„(Л): и

С (e= — (Г1 (Я.-й)+6Ц (&Л,)1; (2) с„(а>= —, (G> <а-2)+G< (& J?)).

Спектр балансно-модулированного сигнала не содержит компоненты несущей частоты, а содержит спектральные составляющие огибающей, т.е. сигналов, поступающих от режущего инструмента 5 и детали 3. Таким образом, на выходе оптической системы обработки формируют сигнал, характеризующий спектрально-корреляционные характеристики только анализируемых сигналов. Однако если в спектре сигнала на выходе балансного модулятора

12, 13 возникает компонента несущей частоты, то это свидетельствует о наличии постоянной составляющей в спектре модулирующих сигналов U (t) и

U (t). Величина возникающей постоянной составляющей в анализируемых сигналах V,(t) и Vi(t) характеризует постоянные составляющие сил резания.

Частота несущей сигналов соответствует частоте пьеэопреобраэователей акустооптических модуляторов 16 и 17.

Мощность сигналов Ч (t), V (c) на выходах модуляторов 12 и 13 не достигает уровня управляющей мощности работой акустооптических модуляторпв

1393531

16 и 17. Поэтому каналы измерения виброакустической эмиссии в устройстве содержат усилители 14 и 15 мощности. Усиленные по мощности сигналы подают на электрические входы мо5 дуляторов 16 и 17, гдe преобразуют в пространственно-временные акустические колебания, распространяющиеся в звукопроводе каждого модулято— ра 16 и 17. Пьезопреобразователи модуляторов 16 и 17 для расширения полосы пропускания частот входных сигналов выполнены сферически вогнутыми, а рабочая поверхность покрыта тонкой пленкой из алюмино-эпоксидного композита. Характеристики пространственно-временного акустического колебания соответствуют характеристикам сигналов 0, (ь) и V (t). Световой 20 пучок когерентного излучения лазера

18 расширяют телескопической системой 19 Кеплера, состоящей из двух компонентов, с увеличением, равным отношению фокусных расстояний объектива и окуляра. Входной светоделительный куб 20 интерферометра МахаЦендера, расположенный на одной оптической оси с лазером 18, расщепляет падающий на него световой пучок на два ортогонально распространяющихся пучка в пространстве. Оба пучка направляют отражательными зеркалами

21 и 22 через акустооптические модуляторы 16 и 17 на преобразующие Фурьеобъективы 23 и 24 соответственно.Рас- 35 пределения амплитуд и фаз световых полей в дифракционных изображениях световых сигналов на выходе представляют завис мость от параметров ба40 лансно-модулированных сигналов VÄ (t) и V (t) соответственно V (Г„,f,,t)

33 4 и V1(f, fz, t).

V(fy, Г, t)

p o

=F(A е «(z,y)«T(z,ó,U (t))J, ()) где f f пространственные частоты двумерного изображения фазомодулированного светового сигнала; Aä, ы амплитуда и частота волны поступающего в интерферометр светового пучка, r(z,у) — функция прогускания апертуры оптической системы, Ф вЂ” операция сверки; T(z, у, l (t)) — комплексный коэффициент пропускания акустооптического модулятора z, у — координаты в предметной плоскости оптической сне I .. I, Г„, t) — входной ))le ктрический сигна:1, Комплексный коэфФициент T(z у, е (t)) зависит от параметров балансно -модулированного колебания, поступающегоо на пьезопреобразаватель модулятора 16 и 17. Па входных гранях светоделительного куба 25 с фотохромным покрытием сформированы зне.ргетические спектры сигналов V, (f» f,,t) и ),, (Г,, Г, t) согласно теореме Хилли

=V(1, Г., t) V (f, Г, t), (4) характеризующие спектральные характеристики входных электрических сигналов 11,(t) и 11 (t ) с).ответственно. Коэффициент фотохромного покрытия входньгх граней выполнен по логарифмическому закону, а выходной грани — по антилогарифмическому. В светоделительнам кубе 25 оптическая система модифицированного интерферометра МахаПендера формирует разность логарифмов амплитуд световых волн в потоках обоих плечей интерферометра:

1n V — 1n V ==1n(V /V, ) =V . (5)

1 2 1

При этом на выходной грани куба 25 осуществлена операция экспонирования зависимости (5). Таким образом, на выходе интерферометра интенсивность светового потока равна отношению интенсивностей световых полей, характеризующих параметры сигналов виброакустической эмиссии детали 3 и режущего инструмента 5 и отражающих состояние текущего процесса. Далее световой сигнал поступает через Фурьеобъектив 26 и масштабирующий объектив

27 на линейный фотоприемный элемент

28 ПЗС с быстродействием 0,2 мкс.Устройство фоторегистрации, состоящее иэ элемента 28 и блока 29 управления и питания, подает на выходе АЦП 30 сигнал, характеризующий автокорреляционную функцию К(Г„, f., t):

Е

Га г) = -5511вы (Г 4 о

° схр 2)7(Г„У+Г )7 у и t . (6)

Изменения, характеризующие динамику резания, отраженные в регистрируемой величине функции К(Г, Г, t), фиксируют в блоке 31 вычисления управляющих воздействий для дальнейшего формирования команд управления испол1393531

10 нительными механизмами 33 и 35 металлорежуше го станка.

Блок 29 управления и питания содержит генератор тактовых импульсов, 5 выполненный на микросхеме К564ЛЕ5, причем период следования импульсов задают емкостью конденсатора С1 (фиг.5) . Схема формирования опорных напряжений ПЗС на базе К564 ИЕ9 пред- 10 назначена для переноса заряда. Увеличение периода следования импульсов осуществляют делителем, выполненным на микросхеме К564 ИЕ10. Время накопления заряда фотоприемным элементом

2S (фиг, 1) ПЗС формирует импульсы, которые управляют формирователями фаз (K564 TP2). Длительность выходных на»ряжений с выводов К564 ТР2 по четырем каналам с перекрытием во 20 времени предназначены для считыва— ния видеосигнала с элементов 28 (фиг. 1) ПЗС. Далее сигналы посту- пают через шестиканальньп» преобразо— ватель уровня, выполненный на микросхеме К564 ПУ4 (фиг.5), усиливающий мощность сигналов, на фазы линейного элемента ПЗС. формирование выходных импульсов по длительности, нейтрализации и сбору зарядов осуществляет распределитель. Питание элементов

ПЗС постоянным напряжением +(10... ...15)В осуществляет блок питания, который выполнен на одной печатной плате с блоком управления.

Блок-схема алгоритма ввода видеосигнала в блок 31 вычисления управляющих воздействий представлена на фиг.6, а временная диаграмма ввода видеосигналов — на фиг.7, где Т— период вводимых информационных импульсов, -ьц — длительность импульса видеосигнала, L = ь-,, т.е. длитель1 ности считывания и накопления видеосигнала равны. Видеосигнал преобра45 зуют в массив данных, размещают в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) системы (фиг.б). Прием видеосигнала производят по нулевому каналу, устанавливают начальный адрес загрузки. После этого происходит сброс модуля управления, ввод инициативных сигналов и ожидание импульса длинной синхронизации (ИДС). После приема ИДС по переднему фронту производят сброс модуля, предназначенного для приема импульсов короткой синхронизации (ИК1. ) по переднему фронту, который совпадает с началом информативного импульса фотоприемного элемента 28

ПЗС. ИКС разрешает запуск АЦП ЗО.После записи 16-разрядного слова с АЦП

30 в ячейке начального адреса прибавляют единицу, и программа входит в режим ожидания ИКС, если содержимое ячейки не превышает заданного количества вводимых сигналов, Введенный через АЦП 30 в блок 31 сигнал поступает в канал 50 (фиг. 7) ЭВМ в режиме прямого допуска к памяти. Обмен данными в этом режиме выполняют в промежутках между циклами обращения центрального процессорного устройства 49 к каналу 50, В качестве устройства 55 используют устройство

И2 параллельного обмена данными в параллельном коде, обеспечивающего воэможность работы в режиме прерыва- . ний. Устройство 55 И2 имеет 16 входных линий для ввода данных в канал

50 ЭВМ и 16 выходных линий для вывода данных во внешнее устройство, а также четыре управляющих линии, Канал 50 ЭВМ позволяет адресовать 32К

16-разрядных слов, что составляет адресное пространство ЭВМ, в котором использованы ячейки памяти от

000000 до 376 как адреса векторов прерывания, а ячейки 1600008

-177776< как регистры внешних устройств. Центральный процессор 49 имеет в наборе 80 команд, возможность обработки 16-разрядных слов и байтов, восемь регистров общего назначения, регистр состояния процессора, восемь методов адресации. Регистры общего назначения выполняют функции накопительных регистров, индексных регистров, автодекрементной и автоинкрементной адресации, указателей стека, счетчика команд. Устройство 55 И2 осуществляет вывод управляющего воздействия из блока 31 (фиг.1) через ЦАП 32 и 34 к исполнительным механизмам 33 и 35 металлорежущего станка для изменения режимов резания: скорости подачи, скорости главного движения ЦАП 32 и 34 принимают сигнал регистра выходного кода блока 31 на входы электронных ключей 61. 1,...,61.N (фиг. 10), питан ие Ч „о суще с твляю т с та 6 или тро н . К выходам ключей 61.1,...,61.N подключена реэистивная цепная К-2R-матрица, позволяющая использовать ограниченное количество резисторов с повторяющимися значениями сопротивлений. Усиление

1393531

12 по напряжению преобразова»ного н а»алоговую форму электрического сигнала осуществляет»перацио»нь(й усилитель.

Выходной электрический сигнал с v!rc5 дов ЦАП 32 и 34 воздействует на,сполнительные механизмы 33 и 35 привода подач и привода главного движе»пя, в которых использованы шаговые двигатели, Ротор шагового двигателя пово- 10 рачивается на один шаг от одного поступающего импульса, т,е. измене»це частоты подачи импульсов тока на обмотки изменяет частоту вращения электродвигателя.

Изменение режимов резания осуществлено при помощи шли»дельного узла (фиг.11). Зубчатое колесо 62 передает движение подачи рейке 63 шпи»дельHoli гильзы от коробки подач с шаговым 20 электродвигателем. Частота вращения зубчатого колеса 62 определена частотой вращения электродвигателя. Внутри шпиндельной гильзы 65 врашается шпиндель 4, который в верхней части имеет шлицевую нарезку 66 »а значительной длине, а в нижней части — конусное отверстие 67 для закрепле»ця в нем режущего инструмента. Шлицелой вал поступательно перемещают в отверстие зубчатого колеса 64, вращательное движение котороro задают блоком коробки скоростей. Скорость главного движения задают через коробку скоростей шаговым электродвигателем, на обмотки которого поступает соот35 ветствующий управляющий сигнал с выхода ЦАП 34 (фиг. 1). Величина скорости подачи и скорости главного движения станка определена соответствующими сигналами блока 31 вычисления управляющих воздействий согласно алгоритму управления исполнительными механизмами 33 и 35 в процессе механообработки, блок-схема которого приведена на фиг. 9.

Алгоритм работы устройства управления процессом резания предусматривает ввод и размещение в ячейках памяти блока 31 (фиг.1) значений автокорреляционной функции (АКФ) R1, R2 и КЗ(фиг.9), соответствующих моментам врезания, эащемления режущего инструмента в заготовке, до"тижения критического износа режущего инструмента. Далее осуществляют ввод видеосигналов, характеризующих АКФ текущего процесса. Считывание К„ значений

АКФ происходит до тех пор, пока зна«c»Il !,„»å превысит !(1. !!ри этом вве-. де»ьl з»ачения: S „— ц< дil«и, !<„— коли«еетва»борот»н Iv!IIIII!Ici! II металлорежушегo ста»ка. Вели«»»а К »редставii»t т собой значение А1

»нброакустической эл|исс»», величина

АК<.*> представляет собой / †образн импульс »а выходе когере»т»ой оптической системы обработки сигнала. Onpe:,åiIÿÿ разность между значениями R2 и текущими значениями АК<Р, которые считывают с блока 29 (фиг.1) питания управления с быстродействием 3 мкс, сравнивают с установленной ми»имальHoII veличи»ой К,„, стремящейся к

»улю. Если разность R, »е менее з»аче»ия К„c MIIpy þò и срав»ивают с

»ели«и»ой КЗ, пропорциональной величине критического износа режущего инструме»та. Рост величины АКФ свидете.» ствует о росте износа и»струмента. Если значение разности К оказывается менее R,;,, то в этом случае режимы резания изменяют, т.е. уменьшают подачу и количество оборотов

Vl

< с

К = . R„, срагз1»шают с RÇ. Если

i=i (К, - 3, то анализируют р<1<»ость К если К 1 З,.т.е. износ достигает

b.ðIIòè÷åñHoго значения, происходит останов ($ мм/об=О, !! об/мин = О) и

circ»а режущего инструмента. !!осле этогo производят возврат к началу программьl. Временная диаграмма управления исполнительными механизмами 33 35 (ф»г.1) блоком 31 вычисления управляющих воздействий представлена на фиг.12. Время обработки шаговым двигателем управляющей команды составляет порядка 30 мкс, следовательно,быстродействие устройства управления процессом резания составляет 61 мкм с учетом быстродействия обработки сигнала блоком 31-25 мм по одному каналу переключателей 10 и 11.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Устройство управления процессом резания на станке с исполнительными механизмами управления скоростью по14

1393531 авиа. 1 дачи и скоростью главного движения„ содержащее два капала измерения, первый иэ которых включает преобразователь виброакустической эмиссии режуще5 го инструмента, соединенный с предварительпым усилителем, устройство также содержит лазер, фотоприемный элемент, информационный выход которого подключен через блок питания и управления к входу аналого-цифрового преобразователя, последовательно соединенного с блоком вычисления, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы устройства, первый канал измерения дополнительно снабжен соединенными последовательно блоком параллельных полосо ых фильтров, переключателем каналов, балансным модулятором и уси- эО лителем мощности электрических сигУ налов, а преобразователь виброакустической эмиссии режущего инструмента выполнен со сферически вогнутым пьезоэлементом, устройство также снабжено вторым каналом измерения, содержащим виброакустический преобразователь обрабатываемой детали со сферическим вогнутым пьезоэлементом и выполненным аналогично первому каналу, устройство также снабжено интерферометром Маха-Цендера, содержащим два акустооптических модулятора со сферически вогнутыми пьезопреобразователями и Фурье-объектива, причем акустооптические модуляторы и

Фурье-объективы попарно оптически связаны между собой, входы акустооптических модуляторов связаны с выходами соответствующих усилителей мощности первого и второго каналов измерения, входной светоделительный куб интерферометра расположен на одной оси с лазером и оптически с ним связан, а выходной светоделительный куб интерферометра содержит фотохромные покрытия, причем на двух входных гранях покрытие выполнено с коэффициентом пропускания по логарифмическому закону, а выходной грани — с коэффициентом пропускания по антилогарифмическому закону, выходная грань оптически связана через введенные дополнительный Фурье-объектив и масштабирующий объектив с фотоприемным элементом, а выходы блока вычисления через введенные цифроаналоговые преобразователи подключены к исполнительным механизмам управления скоростью подачи и скоростью главного движения станка.

1393531

1393531

1393531

/Ч4,Я/4) 1393531

1393531

1393531

Фиг. й7

1393531 б1.1

Риг. 1f б2

) 393531

Ъл

gx $

Составитель А.Семенова

Редактор Е.Папи Техред М.Дидык Корректор A,Âîðîâè÷

Заказ 1912/11 Тираж 880

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r, ужгород, ул, Проектная, 4