Система управления металлорежущими станками

 

Изобретение относится к области управления металлорежущими станками и может быть использовано для регулирования температурно-силовых параметров процесса резания на токарных. фрезерных, шлифовальных и других типах металлорежущих станков. Целью изобретения является повышение быстродействия за счет уменьшения дли- «тельности переходных процессов. Система содержит источник опорного сигналу , блок сравнения, ключ, корректирующее устройство, привод рабочего органа станка, датчик регулируемого параметра, блок деления, пиковый детектор , первый компаратор, второй компаратор, первый логический элемент ИЛИ, задатчик регулируемого параметра, датчик частоты вращения шпинделя, формирователь временных интервалов, второй логический элемент ИЛИ, блок формирователей импульсов, третий компаратор. 2 ил. с $ СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

5259 А1 (1% (И) (5g 4 В 23 Q 15/00

В -=" Ã823È3 ." ЕИ6

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н двто скому свидьтяльствм

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ по изОБРетениям и ОткРытиям

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4232923/31-08 (22) 22.04.87 (46) 15.03.89. Бюл. У 10 (71) Уфимский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) В.Ц.Зориктуев, Ш.Г.Исаев, А.Д.Никин, А.И.Ильин и P.Ô.Íåôèêîâ .(53)..621.91 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1298046, кл. В 23 Q 15/00, 1985. (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИМИ СТАНКАМИ (57) Изобретение относится к области управления металлорежущими станками и может быть использовано для регулирования температурно-силовых параметров процесса резания на токарных, 1

Изобретение относится к области управления металлорежущими станками и может быть использовано для регулирования температурно- силовых пара.метров процесса резания на токарных, фрезерных, шлифовальных и других типах металлорежущих станков.

Целью изобретения является повышение быстродействия за счет уменьшения длительности переходных процессов.

На фиг, 1 изображена функциональная схема системы; на фиг.2 - циклограмма работы системы при обработке с переменной в течение одного оборота шпинделя нагрузкой.

Система управления металлорежущими станками содержит источник 1 фрезерных, шлифовальных и других типах металлорежущих станков. Целью изобретения является повышение быстродействия за счет уменьшения дли.тельности переходных процессов, Система содержит источник опорного сигнала„ блок сравнения, ключ, корректирующее устройство, привод рабочего органа станка, датчик регулируемого параметра, блок деления, пиковый детектор, первый компаратор, второй компаратор, первый логический элемент ИЛИ, задатчик регулируемого параметра, датчик частоты вращения шпинделя, формирователь временных интервалов, второй логический элемент Я

ИЛИ, блок формирователей импульсов, третий компаратор. 2 ил.

2 опорного сигнала, блок 2 сравнения, ключ 3, корректирующее устройство 4, привод 5 рабочего органа станка, датчик 6 регулируемого параметра, блок

7 деления, пиковый детектор 8, первый компаратор 9, второй компаратор 10, первый логический элемент ИЛИ 11, задатчик 12 регулируемого параметра, датчик 13 частоты вращения шпинделя, формирователь 14 временных интервалов, второй логический элемент

ИДИ 15, блок 16 формирователей импульсов, третий компаратор 17, причем датчик 6 регулируемого параметра, блок 7 деления, блок 2 сравнения, ключ 3, корректирующее устройство 4 и привод 5 рабочего органа станка соединены последовательно, выход

1465259 (2) От 118

"Р "а (4) 40

Блок 6 формирователей импульсов включает в себя два однотипных фор-. мирователя, вырабатывающих короткие

45 импульсы при переходе входного сигнала из состояния логического "0" в состояние логической "1".

Формирователь 14 временных интервалов преобразует входное напряжение — 50 U, подаваемое с выхода датчика 13 частоты вращения шпинделя, во временной интервал. Запуск формирователя 14 производится по импульсу на управляющем входе, поступающем со второго

55 выхода блока 16 формирователей импульсов. Через время одного оборота шпинделя формирователь 14 вырабатывает короткий импульс, поступающий. привода 5 рабочего органа 9òaíêà соединен с входом объекта управления

18, а вход датчика 6 регулируемого параметра — с выходом объекта управления 18, источник 1 опорного сигнала соединен с вторым входом блока

2 сравнения, информационный вход пикового детектора 8 и первый вход первого компаратора 9 соединены с выходом блока 7 деления, второй вход первого компаратора 9 соединен с выходом пикового детектора 8, а вход второго компаратора 10 " с выходом блока 2 сравнения, первый вход логического элемента ИПИ 11 соединен с выходом первого компаратора 9, второй вход - с выходом второго компаратора 10, а выход — с управляющим входом ключа 3, задатчик 12 регулируемого параметра соединен с вторым входом блока 7 деления, первый вход блока 16 формирователей импульсов соединен с выходом второго компаратора 10 первый выход — с первым входом второго логического элемента

ИЛИ 15, второй вход блока 16 формирователей импульсов соединен с выходом третьего компаратора 17, а второй выход — с управляющим входом формирователя 14 временных интервалов, информационный вход формирователя

14 временных интервалов соединен с выходом датчика 13 частоты вращения шпинделя, а выход — с вторым входом второго логического элемента ИЛИ 15, выход которого соединен с управляющим входом пикового детектора 8, первый вход третьего компаратора 17 соединен с выходом блока 7 деления, второй вход — с выходом пикового детектора 8.

Система управления работает следу ющим образом.

Во время холостого хода металлорежущего станка, когда процесс резания отсутствует, значение U, регу-. лируемого параметра (фиг.2), а следовательно, и выходные сигналы U<, U,,U соответственно датчика 6 pery лируемого параметра, блока.7 деления пикового детектора 8 равны нулю.

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

rpeoL 1 — коэффициент передачи делителя напряжения на втором входе компаратора 9.

При регулировании силовых параметров

1ð процесса резания оптимальное значение оа = g,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

20 резания и небольших амплитудах ее колебания (меньших 10-20Х заданного эанчения) целесообразно среднее эа оборот шпинделя значение температуры поддерживать равным заданному, а при

>5 амплитудах колебаний температуры, больших 20Х заданного, среднее эа оборот шпинделя значение необходимо уменьшить относительно заданного, что обеспечивается выбором о

30 = 0,8-0 85.

Компаратор 17 настроен таким образом, что сигнал на его выходе принимает значение логического "0" в случае, когда и сигнал логической "1" когда

Т

К, о6 (5) где К вЂ” коэффициент передачи датИ чика частоты вращения шпинделя. (6) U„ç К 5 и где и — частота вращения шпинделя.

Выходной сигнал U< датчика 6 регулируемого параметра определяется выражением:

6 18 где К вЂ” коэффициент передачи датчика 6 регулируемого парамет. ра;

U — регулируемый параметр.

Выходной сигнал U7 блока 7 деления определяется выражением

U т К

1 6 К6 U

- К, — — - - -, (8)

U%%1 11 К1 ° U18 где К, — коэффициент передачи эадатчика 12 регулируемого параметра, U — заданное значение. регули(8.$ руемого параметра, U1- к ь

К вЂ” — — — коэффициент передачи бло." X ка 7 деления, U — выходной сигнал.источника 1 опорного сигнала.

Сигнал на выходе блока 2 сравнения определяется выражением: (9) 0 U) †. 6

При 0„)0 на выходе компаратора 10 формируется сигнал логического "0", а при U с 0 - сигнал логической "1".

Из выражений (8) и (9) следует, что условие ++0 выполняется при

Uy&Uqy.y à U )0 IlpH U g Ups,p. °

Ключ 3 устроен так, что при сигнале логической "1" íà его управляю.щем входе он замкнут, а при сигнале логического "0" - разомкнут.

До начала процесса резания (при нулевых значениях U> и U< на участке

23-24 на фиг.2) сигнал U с выхода блока 2 сравнения, равный сигналу U, 5 14 через логический элемент ИЛИ 15 на управляющий вход пикового детектора 8

Время одного оборота шпинделя вычисляется согласно выражению

65259 6 поступает на информационный вход ключа 3.

При Б = U> = 0 на выходе компаратора 9, а следовательно, и на выходе элемента ИЛИ 11 устанавливается сигнал логической "1", которым ключ

3 замыкается„ замыкая тем самым кон тур регулирования.

При отсутствии процесса резания и замкнутом контуре регулирования сигнал U4 на выходе корректирующего устройства 4 возрастает до своего максимального значения, увеличивая тем самым скорость U привода 5 рабочего органа станка. Сигнал U4 может быть ограничен на некотором уровне с тем, чтобы скорость U рабочего органа станка не превышала

5 I0

15 определенного значения.

С началом процесса резания (точка 24 на фиг.2) значение регулируемого параметра U становится боль-, ше нуля, следовательно, сигналы Uz, U становятся также больше нуля.

Выходной сигнал U пикового детек8 тора 8 повторяет сигнал U при возрастании последнего и хранит максимальное значение сигнала U при его уменьшении.

При возрастании сигнала U выпол7 няется условие (1) и на выходе первого компаратора 9 сохраняется сигнал логической "1". Ключ 3 замкнут.

В случае обработки с равномерной

35 в течение одного оборота шпинделя нагрузкой или незначительными ее колебаниями, при которых амплитуда колебаний регулируемого параметра не

40 превышает (1-g) U<8 «(U амплитудное значение регулируемого параметра относительно заданного значения), условие (1) всегда выполняется и на выходах .первого компаратора

45 ,5 9 и логического элемента ИПИ 11 формируются .сигналы логической "1" и ключ 3 замкнут. Система при этом функционирует как обычная система стабилизации, поддерживая среднее sa

50 оборот шпинделя значение регулируемого параметра U« на заданном уровне.

Рассмотрим работу систему управления при значительных колебаниях нагрузки в течение времени одного

55 оборота шпинделя, при этом предполагается, что в качестве корректирующего устройства 4 используется интегральное или пропорционально-ин7 146 тегральное звено. Поэтому напряжение

U на его выходе и скорость U< при- вода 5 рабочего органа станка изменяется, когда значение сигнала U на входе корректирующего устройства

4 не равно нулю.

При резком увеличении нагрузки и превышении регулируемым параметром заданного значения (точка 25 на фиг.2) выполняется условие П <0, на

; выходе второго компаратора 10 уста-! навливается уровень логической "1", 1 при этом блок 16 формирователей им,пульсов вырабатывает на первом вы, ходе короткий импульс, который про ходит через логический элемент ИЛИ

; 15 и подается на управляющий вход пи; :кового детектора 8, в результате че. го последний переходит из режима хранения в режим приема сигнала. В момент нарастания значения регулируемого параметра (точка 25 на фиг.2) смена режима работы пикового детектора 8 не приводит к изменению его выходного сигнала U и он по-прежнему повторяет значение входного сиг. Нала U÷ °

При прохождении регуйируамым па- раметром максимума (точка 26 на фиг 3) выполняется условие (4), пиковый детектор 8 переходит в режим хранения сигнала, на выходе компаратора 17 устанавливается уровень логической "1", на втором выходе блока

16 формирователей импульсов вырабатывается короткий импульс и формирователь 14 временных интервалов начинает отсчет времени одного оборота шпинделя.

При уменьшении нагрузки и снижении регулируемого параметра на время, пока имеет место неравенство (2) (участок 27-.29 на фиг.2) сигнал П на выходе компаратора 9 равен логическому "Oii. Если при этом U, ñ U (точка 28 на фиг.2), то значение сигнала U >0 и, следовательно, сигнал U на выходе компаратора 10 будут иметь уровень логического " 0".

В результате на выходе элемента ИЛИ

11 также устанавливается уровень логического "0". Елюч 3 размыкается,. сигнал U становится равным нулю, и изменение сигнала на выходе корректирующего устройства 4 прекращается до тех пор, пока не будут выполнять. ся условия (1) или U.,аО.

5259

40

5

В случае второго эа время оборота, вращения шпинделя превышения нагрузки (точка 29 на фиг.2) выполняются условия (1) и U< 0 причем условие (1) выполняется в результате перехода пикового детектора 8 в режим приема входного сигнала, следовательно, выполнения равенства U = U о

При этом как на выходе комйаратора

9; так и на выходе компаратора 10 устанавливаются уровни логической

" 1", которые через логический элемент ИЛИ 11 подаются на управляющий вход ключа 3 и замыкают его. Отрицательное значение сигнала U уменьшает сигналы U и U на выходе корректирующего устройства 4 и привода

S рабочего органа станка соответственно.

В момент второго пика нагрузки (точка 30 на фиг.2) выполняется усло вие (4) и на выходе компаратора 17 устанавливается уровень логической

"1", на втором выходе блока 16 формирователей импульсов вырабатывается короткий импульс, который подается на управляющий вход формирователя 14 временных интервалов, вторично за один оборот запуская его.

При нарушении условия (i) (точка

31 на фиг.2) на выходе компаратора 9 устанавливается уровень логического

"0", однако размыкания ключа 3 не происходит, потому что на выходе компаратора 10 сохраняется уровень логической "1".

В момент нарушения условия U aO (точка 32 на фиг.2) происходит размыкание ключа 3, изменение сигнала

04, следовательно, и П прекращается.

Если в течение времени, равного > одному обороту шпинделя станка, значение регулируемого параметра U не превышает заданного Uù,, то форми16 ° рователь 14 временных интервалов вырабатывает короткий импульс (точка

33 на фиг.2), который через логический элемент ИЛИ 15 проходит на управляющий вход пикового детектора и переводит его в режим приема входного сигнала, при этом выполняется условие (1) и на выходе компаратора 9 устанавливается уровень логической

"1", ключ 3 замыкается, значения U ., а также U несколько возрастают.

9 t4

Формул а изобретения

Система управления металлорежущими станками, содержащая последовательно соединенные датчик регулируемого параметра, блок деления, блок сравнения, ключ, корректирующее устройство и привод рабочего органа станка, выход которого соединен с входом объекта управления, а вход датчика регулируемого параметра — с выходом объекта управления, источник опорного сигнала, соединенный с вто-, рым входом блока сравнения, пиковый детектор, первый и второй компараторы, первый логический элемент ИЛИ, причем информационный вход пикового детектора и первый вход первого компаратора соединены с выходом блока деления, второй вход первого компаратора соединен с выходом пикового детектора, а вход второго компаратора — с -выходом блока сравнения, входы первого логического элемента ИЛИ соединены с выходами первого и второго компараторов, а выход †. с управляющим входом ключа, 65259

10 задатчик регулируемого параметра, соединенный с вторым входом блока деления, отличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия, в систему введены датчик частоты вращения шпинделя, формирователь временных интервалов, второй логический элемент ИЛИ, блок формирователей импульсов, третий компаратор, причем первый вход блока формирователей импульсов соединен с выходом второго компаратора, а первый выход — с первым входом второго логи)б ческого элемента ИЛИ, второй вход блока формирователей импульсов соединен с выходом третьего компаратора, а второй выход — с управляющим входом, формирователя временных интервалов, информационный вход формирователя временных интервалов соединен с.выходом датчика частоты вращения шпинделя, а выход — с вторым входом вто-, рого логического элемента ИЛИ, выход

25 которого соединен с управляющим входом пикового детектора, входы третьего компаратора соединены с выходами пикового детектора и блока деления.

1465259

Составитель A. Гришин

Техред И.Дидик Корректор И.Демчик

Редактор K. Крупкина;

Заказ 870/18

Тираж 892

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

° В ВЮВ1

Ю» ° ° Ф Ф °

Производственно-издательский комбинат "Патент",, r. ужгород, ул. Гагарина,101