Устройство для программного управления шпинделем

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение в системах ЧПУ станками, в которых требуется управлять скоростью вращения шпинделя, а также поддерживать заданную в программе скорость резания при переменном радиусе обработки. Цель изобретения - повышение быстродействия и упрощения устройства. Устройство для программного управления шпинделем содержит блок ввода программы, регистры, комбинационный сумматор, три блока памяти, три D-триггера, элементы И, реверсивный счетчик импульсов, генератор импульсов, блок синхронизации, дешифратор нуля, реверсивный делитель. Данное устройство имеет повышенное быстродействие при простоте и надежности схемы. 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК дц 4 G 05 В 19/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ сти выходного кода элемента 34 памяти от входного кода скорости резания; на фиг. 5 — таблица зависи-. мости кода на выходах элементов 32, 33 памяти от величины радиуса точения (при соответствующем расчетном значении скорости вращения шпинделя), на фиг. 6 — cxeMa блока 25 синхронизации; на фиг. 7 — график функциональной зависимости скорости вращения шпинделя в об/мин от радиуса точения и местоположения инструмента (за осью вращения или перед осью вращения); на фиг. 8 — схема коммутатора.

Устройство (фиг.l) содержит блок

1 ввода программы, шинньп1 формирователь 2, первый 3 и второй 4 регистры, комбинационный сумматор 5, перГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 430?127/24-24 (22) 31.08.87 (46) 30.09.89. Вюл. № 36 (7?) В.А. Леонтьев, Л.М. Сергеев и Э.Т. Горбенко (53) 621.503.55(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 960736,кл. G 05 В 19/18, 1981.

Авторское свидетельство СССР

¹ 976428, кл. G 05 В 19/18, 1981.

1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО

УПРАВЛЕНИЯ ШПИНДЕЛЕМ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение в системах

ЧПУ станками, в которых требуется

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники .и может найти применение в системах числового программного управления станками, в которых требуется управлять скоростью вращения шпинделя, а также поддерживать заданную в программе скорость резания при переменном радиусе обработки.

Цель изобретения — повьппение быстродействия и упрощение устройства.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 — схема блока

7(8) памяти; на фиг. 3 — график функциональной зависимости скорости вращения шпинделя от радиуса точения при постоянной скорости резания; на фиг. 4 — таблица зависимо„„SU„„1511735 А1

2 управлять скоростью вращения шпинделя, а также поддерживать заданную в программе скорость резания при переменном радиусе обработки.

Цель изобретения — повьппение быстродействия и упрощение устройства.

Устройство для программного управления шпинделем содержит блок ввода программы, регистры, комбинационный сумматор, три блока памяти, три D-триггера, элементы И, реверсивный счетчик импульсов,. генератор импульсов, блок синхронизации, дешифратор нуля, реверсивный делитель.

Данное устройство имеет повышенное быстродействие при простоте и надежности схемы. 8 ил.

15117

50

3 ный — третий 6-8 блоки памяти, резистор 9, с первого по восьмой элементы И 10-17, первый — третий 18-20

D-триггеры, генератор 21 импульсов дешифратор 22 нуля, реверсивный делитель 23, коммутатор 24, блок 25 синхронизации, реверсивный счетчик

26 импульсов, входы-выходы 27-31, Блок 7(8) памяти (фиг,2) состоит из первого — четвертого программируемых постоянных запоминающих элементов 32-35; блок 8 памяти (фиг.2) состоит из программируемого постоянного запоминающего элемента

36. Позициями 37-70 обозначены нходы-выходы блоков памяти.

Блок 25 синхронизации (фиг.6) состоит из четырех D-триггеров 71-74: триггеры 71 и 73 — канал "Плюс", 20 триггеры 72 и 74. — канал "Минус".

Коммутатор 24 (фиг.8) состоит из инверторов 75-77, резистора 78, Dтриггера 79, элементов И 80-83 и элементов ИЛИ 84-86. 25

Устройство работает следующим образом.

При задании в программе оборотов шпинделя с помощью подготовительной функции С97 под адресом Б програ,1,m- 30 руется число оборотов шпинделя в минуту.

В этом режиме работы на сбответствующем выходе устройства в зависимости от направления вращения шпинде-35 ля (функции МОЗ или МО4) должна быть обеспечена частота, соответствующая заданным в программе оборотам шпинделя. Это является первым режимом работы устройства.

При задании в программе скорости резания с помощью подготовительной функции G96 под адресом S программируется величина скорости резания .в маймин. В этом режиме частота на выходе устройства, а следовательно, и обороты шпинделя должны изменяться по гиперболической зависимости (см.фиг.3) Это янляется вторым режимом работы устройства.

Рассмотрим работу устройства в первом режиме. По сигналу "Начальный установ", поступающему от блока ввода программы, первый — третий Dтриггеры 18-20 устанавливаются в нулевое состояние, при этом на единичном выходе первого D-триггера 18 устанавливается нулевой потенциал, который обеспечивает включение пер35 4 ного регистра 3 .в режим вывода информации на выходы У, на нулевом выходе первого D-триггера 18 устанавливается потенциал единицы, который обеспечивает третье состояние на выходах второго и третьего блоков .7,8 памяти, т.е. отключение третьего блока 8 памяти от шины, состоящей из двенадцати линий 54-65.На единичном выходе второго D-триггера

19 устанавливается нулевой потенциал, который блокирует работу пятого элемента И 14; на нулевом выходе второго D-триггера )9 устанавливается потенциал единицы, который разрешает работу шестого элемента И 15. На единичном выходе третьего D-триггера 20 устанавливается нулевой потенциал, который блокирует работу пятого и шестого элементов И 14, 15. Кроме того, по начальному установу в исходное состояние устанавливаются реверсивный делитель 23, блок 25 синхронизации, реверсивный счетчик 26 импульсов. Блок 1 ввода программы далее работает н соответствии с машинными тактами системы управления, которые вырабатываются при обращении к устройству для программного управления шпинделем в процессе работы, В первом машинном такте по шестому выходу блок 1 ввода программы по шине адреса, состоящей из шестнадцати линий, передает адрес, старшие восемь разрядов которого представляют собой физический адрес устройства для программного управления шпинделем, а восемь младших разрядов, поступающих на первый вход первого блока 6 памяти, используются для адресации первого — четвертого элементов И 13. Одновременного по восьмому выходу блок

1 ввода программы передает сигнал

"Запись".

Поступинший физический адрес устройства для программного управления шпинделем вызывает срабатывание седьмого элемента И 16, выход которого поступает на второй вход первого блока 6 памяти, разрешая его работу, и поступает также на второй вход шинного формирователя 2, включая его в режим передачи данных от входа В к выходу С. Так, если на восьми младших разрядах шины адреса установлен код нулевой ячейки, то на ныходе первого блока 6 памяти устанавливается единичный потенциал, к торый подклю5 1511 чает третий вход четвертого элемента

И 13. Одновременно нулевые потенциалы первого — третьего выходов блока 6 памяти блокируют рабату первого третьего 10-12 элементов И.

Во втором машинном такте по седьмому выходу блок I ввода программы по шине данных, состоящей из двенадцати линий, передает код скорости вра-1О щения шпинделя, а по пятому выходу блок 1 ввода программы передает сигнал "Разрешение доступа", который разрешает работу четвертого элемента И 13. Так как к этому моменту времени на шине адреса присутствует соответствующий адрес, а на шине данных — соответствующий код скорости вращения шпинделя, то тактовый импульс, поступающий с четвертого выхода блока 1 ввода программы, вызывает срабатывание четвертого элемента И 13, выходной сигнал с котарогс поступает на второй вход первого регистра 3, и код скорости вращения 25 шпинделя заносится в первый регистр 3.

В третьем машинном такте по пятому выходу блок 1 ввода программы по шине адреса, состоящей из шестнадцати линий, передает адрес, старшие восемь разрядов которого представляют собой физический адрес устройства для программного управления шпинделем, а восемь младших разрядов, поступающие на первый вход первого блока 6 памяти, представляют собой

35 адрес первой ячейки, которая используется для адресации первого элемента И 10. В этом случае единичный потенциал присутствует на втором вы- 40 ходе первого блока 6 памяти, подготавливая к срабатыванию в четвертом машинном такте первый элемент И 10.

Одновременно нулевые потенциалы второго — четвертого выходов блока

6 памяти блокируют работу первоготретьего элементов И 10-12, В четвертом машинном такте по седьмому выходу блок 1 ввода программы по шине, состоящей из двенадцати линий (шина данных), передает сигнал нуля или единицы в зависимости от того, требуется ли подтвердить нулевое состояние первого D-триггера 18 (режим С97) или установить его в еди55 ницу (режим С96), а по пятому выходу блок 1 ввода передает сигнал "Разрешение доступа, который разрешает работу первого элемента И 10. Так как

735 6 к этому моменту времени на шине адреса присутствует соответствующий адрес, а на шине данных — соответствующий код, а именно код нуля, что соответствует режиму работы G97, то тактовый импульс, поступающий с четвертого выхода блока 1, вызывает срабатывание первого элемента И 10, а так как на выходе D первого D-триггера 18 присутствует нулевой потенциал, то он подтверждает нулевое состояние D-триггера 18.

Аналогичным образом, так как это производилось в третьем и четвертом машинных тактах, в пятом и шестом машинных тактах осуществляется запись направления вращения шпинделя во второй D-триггер 19 (режим работы

М03 или M04), в седьмом и восьмом машинном тактах осуществляется запись. состояния "Пуск" или "Стоп" шпинделя в третий П вЂ тригг 20 (режим "Стоп шпинделя" M03)

В девятом машинном такте блок 1 ввода программы по восьмому выходу передает сигнал Чтение" (потенциал единицы), который разрешает работу восьмого элемента И 1 7, с выхода которого частота генератора 2! импульсов:. начинает посту-пать на второй вход второго регистра 4, который с комбинационным сумматором 5 образует параллельный накапливающий сумматор и осуществляет циклы суммирования, Импульсы переполнения с второго выхода комбинационного сумматора 5 поступают на первые входы пятого и шестого элементов И 14, 15, а затем в зависимости от состояния второго

D-триггера 19, который хранит признак направления вращения, поступают на соответствующий выход устройства:

МОЗ или М04 (вращение шпинделя по часовой или против часовой стрелки)

Частота на выходе устройства в режиме С97 в зависимости от значений, программируемых под адресом в программе обработки детали, определяЯ ется rro Формуле F Вью» г н

F — выходная частота тактового геген нератора; S †чис оборотов шпинделя

2 " — объем накапливающего сумматора, при его размере в двенадцать двоичных разрядов 2 " = 4096.

Поэтому, если объем накапливающего сумматора равен 4096, а тактовая частота генератора 21 равна

1511735

40

4096 Гц, то при коде $, равном 2000, который задан в программе обработки

Fp,< „= 4096 Гц 40 6 = 2000 Гц.

-2000

При работе устройства во втором режиме, а именно в режиме поддержания постоянной скорости резания, с помощью подготовительной функции

С96 под адресом S программируется значение скорости резания в метрах в минуту, В этом режиме устройство работает в соответствии с формулой

2лR где n — число оборотов шпинделя. в минуту в функции радиуса точения при постоянной скорости реэания1

V — скорость резания, м/мин;

R — радиус точения, м.

Информация о текущем значении радиуса проходит на вход реверсивного счетчика импульсов 26, объем которого равен семи двоичным разрядам, от блока 1 ввода программы по каналам Плюс X" или Минус Х" через реверсивньпЪ делитель 23, коммутатор 24 и блок 25 синхронизации после того, как программируемая вершина инструмента достигнет позиции .по координате Х, значение которой равно 127 мм от оси вращения шпинделя, При работе устройства программного управления в режиме С96 реверсивный счетчик 26 может менять свое значение в диапазоне от +127 мм до -127 мм относительно оси вращения шпинделя. Выход иэ режима С96 осуществляется из позиции +127 мм, так, что значение счетчика остается в позиции 127 мм.

Далее при работе в зоне поддержания постоянной скорости резания, равной 127 мм. перед осью вращения и 1 27 мм эа осью вращения, реверсивный делитель 23 пересчитывает импульсы по координате Х до одного миллиметра. При дискретности задания перемещений в системе управления, равной 1 мкм, коэффициент деления реверсивного делителя 23 должен быть равен 1000. Для работы перед осью вращения и за осью вращения коммутатор 24 по сигналу, поступающему от дешифратора 22 нуля, коммутирует импульсы, поступающие на

t5

55 вход блока синхронизации таким образом, что при работе перед осью вращения импульсы, поступающие по каналу "Минус Х" (движение к оси вращения), направляются на вход

"Минус" блока 25 синхронизации, а импульсы, поступающие по каналу

"Плюс Х" (движения от оси вращения), направляют на вход "Плюс" блока 25 синхронизации. При работе за осью вращения импульсы, поступающие по каналу "Минус Х" (движение от оси вращения), направляются на вход

"Плюс" блока 25 синхронизации, а импульсы, поступающие по каналу

"Плюс Х" (движение к оси вращения), направляются на вход "Минус" блока 25 синхронизации.

Таким образом, при работе перед осью вращения и движения обрабатывающего инструмента к оси вращения скорость вращения шпинделя возрастает, а при движении обрабатывающего инструмента от оси вращения скорость вращения шпинделя убывает.

При работе за осью вращения и ! движении обрабатывающего инструмента от оси вращения скорость вращения шпинделя убывает, а при движении обрабатывающего инструмента к оси вращения скорость шпинделя возрастает.

При работе устройства в режиме поддержания постоянной заданной в программе скорости резания в первом машинном такте по шестому выходу блок 1 ввода программы по шине, сосгоящей из шестнадцати линий (шина адреса) передает адрес, старшие восемь разрядов которого представляют собой физический адрес устройства для программного управления шпинделем, а восемь младших разрядов, поступающих на первый вход первого блока 6 памяти, используются для адресации первого — четвертого элементов И 10-13. Одновременно по восьмому выходу блок 1 ввода программы передает сигнал "Запись". Поступивший физический адрес устройства для программного управления шпинделем вызывает срабатывание седьмого: элемента И 16, с выхода которого сигнал поступает на второй и третий входы первого блока 6 памяти, разрешая его работу, и поступает также на второй вход шинного формирователя

2, включая его в режим передачи дан1511

40 ных от входа В к выходу С. Так, если на восьми младших разрядах шины адреса установлен код нулевой ячейки, то на выходе первого блока 6 памяти

5 устанавливается единичный потенциал, который подключает третий вход четвертого элемента И 13, Одновременно нулевые потенциалы второго-четвертого выходов блока 6 памяти блокируют работу первого — третьего элементов

И 10-12, Во втором машинном такте по седьмому выходу блок 1 ввода программы (по шине данных) передает код скоро- 15 сти резания, который в этом режиме программируется под адресом $, а по пятому выходу блок 1 ввода программы передает сигнал Разрешение доступа", который разрешает работу чет- 20 вертого элемента И 13. Так как к этому времени на шине адреса присутствует соответствующий адрес, а на шине данных соответствующий код скорости резания, то тактовый импульс 25 поступающий с четвертого выхода блока 1 ввода программы, вызывает срабатывание четвертого элемента И 13, выходной сигнал с которого поступает на второй вход первого регистра

3, и код скорости резания V заносится в первый регистр 3, В третьем ма-. шинном такте по шестому выходу блок

1 ввода программы по шине адреса передает адрес, старшие восемь разрядов которого представляют собой физиче35 ский адрес устройства для программного управления шпинделем, а восемь младших разрядов, поступающие на первый вход первого блока 6 памяти, представляют собой адрес первой ячейки, которая используется дпя адресации четвертого элемента

И 10. В этом случае единичный потенциал присутствует на втором вы- 45 ходе первого блока 6 памяти, подготавливая к срабатыванию в четвертом машинном такте первый элемент

И 10. Одновременно нулевые потенциалы первого, третьего и четвертого выходов блока 6 памяти блокируют работу второго — четвертого элементов И 13.

В четвертом машинном такте по седьмому выходу блок 1 ввода программы передает по первой линии сигнал единицы, а по пятому выходу блок 1 ввода программы передает сигнал "Разрешение доступа", который

1п разрешает работу четвертого элемента И 10. Так как к этому моменту времени на шине адреса присутствует соответствующий адрес, а на шине данных — cooтветствующий код, а именно код единицы на первой линии шины (096), то тактовый импульс, поступающий с четвертого выхода блока 1 ввода программы, вызывает срабатывание первого элемента И 10, а так как на входе D первого D-триггера 18 присутствует единичный потенциал, то он устанавливает в единичное состояние D-триггер 18 (режим G96) На первом выходе первого

D-триггера 18 уст" íàâëèâàåòñÿ потенциал единипы, который поступает на третий вход первого регистра 3 и переводит первый выход этого регистра в режим третьего состояния, т.е. отключает выход регистра 3 от первого входа комбинационного сумматора 5. Одновременно на втором выходе первого D-триггера 18 устанавливается нулевой потенциал, который поступает на третий вход второго блока

7 памяти и на шестой вход третьего блока 8 памяти, Техническими преимуществами изобретения являются повышение быстродействия устройства (требуемая дискретность задания оборотов вращения шпинделя 100, 200...Гц на один оборот в минуту достигается путем кратного увеличения частоты генератора),а также снижение количества электронных компонентов, простота и надежность устройства.

Формула изобретения

Устройство для программного управления шпинделем, содержащее блок ввода программы, первый регистр, выходы которого соединены с первой группой входов комбинационного сумматора, вторая группа входов которо го подключена к выходам второго регистра, D-входы которого соединены с группой выходов комбинационного сумматора, а также реверсивный делитель, выход которого соединен с перBbIM информационным входом коммутатора, второй и третий информационные входы которого подключены к соответствующим индюрмационным входам реверсивного делителя, управляющик вход коммутатора подключен к выходу де12 шифратора нуля, информационные входы которого подключены к разрядным выходам реверсивного счетчика импульсов, первый и второй входы которого соеди5 нены с соответствующими выходами блока синхронизации, установочный вход которого подключен к установочному входу реверсивного делителя, реверсивного счетчика импульсов и установочному выходу блока программы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения устройства, в него введены шинный формирователь, первый, второй и третий блоки памяти, генератор импульсов, восемь элементов И, первый и третий D-триггеры, первый и второй информационные входы реверсивного делителя подключены к первому и вто- 2п рому информационным выходам блока ввода программы, установочный выход которого подключен к R-входам первого, второго и третьего D-тригге ров, к С-входам которых подключены 25 соответственно выходы первого, второго и третьего элементов И, к первым входам которых подключены третий информационный выход блока ввода программы и первый вход четвертого gg элемента И, к вторым входам — четвертый информационный выход блока ввода программы и второй. вход четвертого элемента И, первый, второй и третий выходы первого блока памяти подключены к третьим входам первого, второго и третьего элементов И соответственно, четвертый выход первого блока памяти подключен к третьему входу четвертого элемента И, выход 4р которого соединен с тактирующим входом первого регистра, к информационному входу которого подключены через шину D -входй первого, второго и третьего D-триггеров и выход шин45 ного формирователя, к первому входу которого подсоединены через шину разрядные выходы второго регистра и вторая группа входов комбинационного сумматора, выход которого подключен к первым входам пятого и шестого элементов И, вторые входы которых под .

1 ключены соответственно к нулевому и единичному выходам второго Dтриггера, нулевой выхоц первого Dтриггера подключен к установочному входу первого регистра, а нулевой выход третьего D-триггера подключен к третьим входам пятого и шестого элементов И, пятый выход блока ввода программы подсоединен к первому входу первого блока памяти и к первому входу седьмого элемента И, выход которого подключен к установочным входам первого блока памяти и шинного формирователя, к третьему входу шинного формирователя подключен шестой выход блока ввода программы, а к четвертому входу — седьмой выход блока ввода программы и первый вход восьмого элемента И, к второму входу которого подключен выход генератора импульсов, а выход восьмого элемента И соединен с входом второго регистра и с третьим входом блока синхронизации, выход первого регистра соединен с первым входом второго блока памяти, первая группа выходов которого подключена к первым адресным входам третьего блока памяти, вторая группа выходов — к второму и третьему адресным входам третьего блока памяти, к четвертому адресному входу которого подключен выход реверсивного счетчика импульсов, к первому управляющему входу третьего блока памяти и к первому управляющему входу второго блока памяти подключен через резистор положительный потенциал, а к второму управляющему входу третьего блока памяти подключены единичный выход первого D-триггера и второй управляющий вход второго блока памяти, а выход третьего блока памяти подключен посредством монтажного ИЛИ к второй группе входов комбинационного сумматора.

66

60 б7

56(60

53

62

63

62

64

rt

72

0 и

А(43

rl (7

S5

4$

46 и

55 бб б7

70 (а бг

50

5(52

"а(иг. г

ze

J9

4О

4(42

7

3il

39

4(42

43 ла я( яг

03

l4

46

07

Ш яа и яг

04

06

47

Яб

70 С(3

40 и яг

04

Яб

0d

70 "(53

r0

7( (2

74

Уб

54

56

S7

59

6(60 . 67

69 и а(3 бб

4( а(43

44

46

47

70

70 (( (0

r1 гг

r3 (а

r5 а

54 и

56

57

56

59

60 б(50

57 50

59 ба и! 51 l735 и, о3/тн. хое гвпа

1200 апа

fZO Йд 1И 60 И7 Г2П 249 2бО ЛО 370

Фиг.Л нпи!уа

v апнаьюиС аоиырддц о

О> (Ъ оо о

O о

-о ф

Q. y ь о й

: 4

Ь м, о

1 %

4R

Я ф

« Q

Ю о

<з

c4 оо

i 2 о o c=l о о о ооо

Ь ооо Ф ф ооо ф ооо оо ф ооо

1511735

1511735 ставь 4аа. саи Врацеа шаанаию) pngW«

3ахаинае устааастаа (патлен) Фиг. 7

Редактор О, Спесивых

Заказ 5904/51 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Ъ

Ф съ

И

%э

Ch С; ъ

°

Ф . ь

Я El

Ф>ю е

Ф с,ъ

Фъ) ф хааа

Составитель И, Нвец

Техред И.Верес Корректор А. Обручар