Устройство для адаптивного управления металлорежущим станком

 

Изобретение относится к области станкостроения и может быть использовано на станках с числовым программным управлением для поддержания в процессе обработки мощности резания или крутящего момента на инструменте в заданных пределах. Цель изобретения - расширение области применения устройства адаптивного управления. Устройство для адаптивного управления металлорежущим станком содержит генератор импульсов, элемент И, первый компаратор, счетчик импульсов, формирователь импульсов, блок вычисления коррекции скорости подачи, привод подачи, датчик силового параметра. Новым в устройстве является наличие второго и третьего компараторов, неинвертирующего и инвертирующего усилителей, блока запаздывания и сумматора, причем выход датчика силового параметра подключен к первому входу сумматора через инвертирующий усилитель, а ко второму входу сумматора - через интвертирующий усилитель и блок запаздывания, выход сумматора соединен с первыми входами первого и второго компараторов, на вторые входы которых поданы соотвветственно сигналы задания нижнего и верхнего уровней стабилизации силового параметра. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕ Н ЫИ КОМИТЕТ

fIO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4650758/24 (22) 15.02.89 (46) 30.07.91. Бюл, М 28 (71) Одесский политехнический институт (72) B.À.8îäè÷åâ и Н, К.Шапарев (53) 621.503.55 (088.8) (56) Соломенцев Ю.М.. Сосонкин В.Л. Управление гибкими производственными системами. M. Машиностроение, 1988, с. 109, рис. 83.

Авторское свидетельство СССР М 717721, кл. G 05 B 19/33, В 23 0 15/00, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИМ СТАНКОМ (57) Изобретение относится к области станкостроения и может быть использовано на станках с числовым программным управлением для поддержания в процессе обработки мощности резания или крутящего момента на инструменте в заданных предеИзобретение относится к станкостроению и может быть использовано для автоматического управления режимами металлообработки с целью поддержания на заданном уровне критерия управления, например мощности резания, в станках, укомплектованных устройствами числового программного управления, в которых не предусмотрена программная реализация адаптивного управления, Целью изобретения является расширение области применения устройства.

„„Я2„„1667008 А1 (я)э G 05 В 19/407, В 23 Q 15/12 лах. Цель изобретения — расширение области применения устройства адаптивного управления. Устройство для адаптивного управления металлорежущим станком содержит генератор импульсов, элемент И, первый компаратор, счетчик импульсов, формирователь импульсов, блок вычисления коррекции скорости подачи, привод подачи, датчик силового параметра. Новым в устройстве является наличие второго и третьего компараторов, неинвертирующего и инвертирующего усилителей, блока запаздывания и сумматор, причем выход датчика силового параметра подключен к первому входу сумматора через инвертирующий усилитель, а к второму входу сумматора — через инвертирующий усилитель и блок запаздывания, выход сумматора соединен с первыми входами первого и второго компараI торов, на вторые входы которых поданы соответственно сигналы задания нижнего и верхнего уровней стабилизации силового параметра. 2 ил.

На фиг, 1 показана принципиальная схема предлагаемого устройства: на фиг. 2 С вЂ” временные диаграммы его работы. CO

Устройство для адаптивного управления металлорежущим станком содержит генератор 1 импульсов, выход которого связан с первым входом логического элемента И 2, счетчик 3 импульсов. блок 4 вычисления коррекции скорости подачи, третий компаратор 5, привод б, станок 7, датчик 8 силового параметра, сумматор 9, неинвертирующий усилитель 10, инвертирующий усилитель 11 и блок 12 запаздывания.

1667008

40

Выход сумматора 9 подключен к первым входам первого 13 и второго 14 компараторов, а выход второго компаратора 14 связан с входом формирователя 15 импульсов, Устройство работает следуют.,им образом.

При подводе инструмента < детали мощность резания N меньше нижнего уровня N1, определяемого сигналом U1, на входе компаратора 13 и на выходе компаратора 13 устанавливается логический сигнал высокого уровня, поступающий на вход элемента И

2. На выходе счетчика 3 импульсов значение цифрового кода меньше значения, определяемого сигналом Um задания максимальной подачи, и на выходе цифрового компаратора 5 устанавливается сигнал высокого уровня, поступающий на вход элемента И 2. При наличии на входах элемента

И сигналов высокого уровня, импульсы генератора 1 импульсов проходят на выход элемента И 2 и поступают на вход:уммирования счетчика 3 импульсов. Цифровой код на выходе счетчика 3 импульсов увеличивается до тех пор, пока его значение не станет равным значению кода Um, поданного на вход компаратора 5, При равенстве кодов, поданных на входы, компаратор 5 формирует на выходе логический сигнал низкого уровня. Вследствие этого на выходе элемента И 2 устанавливается логический сигнал низкого уровня и импульсы генератора 1 не поступают через элемент И 2 на вход счетчика 3. На выходе счетчика 3 устанавливается код, значение которого определяет максимальную величину скорости подачи.

Цифровой код с выхода счетчика 3 поступает на вход ввода коррекции подачи блока 4 вычисления коррекции скорости подачи.

Состояние корректора подачи контролируется программой оперативного управления на выходе блока 4 устанавливается напряжение задания Оз, при котором скорость электропривода подачи будет равна

V-- Kk V1, где V1 — величина скорости подачи, заданная в программе устройст за Ч ПУ;

Кк — масштабный коэффициент, опоеделяемый значением кода, поступающего на вход ввода коррекции скорости подачи ЧЧПУ.

При максимальном значении кода на выходе счетчика 3 значение коэффициента Кк равно К1 = 1 и привод 6 осуществляет подвод инструмента к детали со скоростью

V1, При врезании инструмента в деталь на выходе датчика 8 возникает сигнал Оо, пропорциональный величине силового параметра, например мощности резания

Од - Кд1к1, где Кд — коэффициент передачи датчика силового параметра.

На выходе сумматора 9 при этом формируется сигнал, равный ()ос = ()д1(к + 1) I< — — ) = кд("1 + кдкт — Š—, 1 тр Ф1 тр+1 где(К+ 1) — коэффициент усиления неинвертирующего усилителя 10;

К вЂ” коэффициент усиления инвертирующего усилителя 11;

+ — — передаточная функция блока

Р+ запаздывания; р — о г1ератор Л аппа сса.

Сигнал обратной связи представляет сумму двух сигналов, пропорционального величине силового параметра N и пропорционального реальной производной силоN вого параметра т +1, Учет сигнала по реальной производной необходим для повышения запаса устойчивости и улучшения динамических характеристик устройства.

Для формирования сигнала обратной связи в виде

u« = к,((+ к,кт — к—

Tp + 1 из сигнала датчика силового параметра необходимо включение блоков 9 — 12 таким образом как показано на фиг. 1. Настройка коэффициентов усиления усилителей 10 и 11 должна осуществляться таким образом, чтобы коэффициент усиления неинвертирующего усилителя 10 был на 1 больше, чем коэффициент К усиления инвертирующего усилителя 11. В этом случае сигнал на выходе сумматора 9 т к

0ос — 04(К + 1) — ц(К вЂ” т = U4(K + 1 — т- ) =,+

-(4(l+ )-U +и - (= II N+IIIÊl — Е

Кс +к-к ктКт,+> "т.1 тр+т

Входящий в данную формулу коэффициент К определяется типом датчика силового параметра, коэффициент К усиления инвертирующего усилителя определяется требуемой глубиной обратной связи по реальной производной силового параметра и выбирается из условий обеспечения заданного качества переходного процесса в системе. Ид этих же условий выбирается величина постоянной времени T. Когда сигнал на выходе сумматора 9 станет больше величины U1, определяющей нижний уровень стабилизации силового параметра N1, на выходе компаратора 13 происходит изменение логического сигнала с высокого уровня на низкий. Когда сигнал íà выходе сумматора

1667008

9 становится больше сигнала 02, определяющего верхний уровень стабилизации силового параметра Nz, на выходе компаратора

14 логический сигнал изменяется с низкого уровня на высокий, При этсм на выходеформирователя 15 импульсов формируется импульс, поступающий на вход сброса счетчика

3, Значение кода на выходе последнего становится равным нулю. Изменение состояния входа блока 4 при выполнении программы оперативного управления и согласно подпрограмме управления разгоном и замедлением приводя подачи начинает уменьшать сигнал задания 0з на входе привода 5, уменьшая скорость подачи V. (Обычно изменение подачи осуществляется УЧПУ по линейному закону с заданной интенсивностью).

Пока сигнал Uo„o- -на выходе сумматора 9 находится на уровне, большем величины U >, на выходе компаратора 13 сохраняется сигнал низкого уровня, запрещающий прохождение импульсов генератора 1 через элемент И 2 на вход суммирования счетчика

3. По мере уменьшения подачи уменьшается и мощность резания и когда сигнал Uoc на выходе сумматора 9 становится меньше величины 01, на выходе компаратора 13 формируется сигнал высокого уровня, разрешающий прохождение импульсов генератора 1 через элемент И 2 на вход суммирования счетчика 3. Значение кода на выходе счетчика 3 увеличивается и согласно с этим УЧПУ 4 увеличивает скорость электропривода 6 подачи до тех пор, пока сигнал

Uoo на выходе сумматора 9 не станет больше сигнала 0> задания нижнего уровня стабилизации мощности N>. После этого на выходе компаратора 13 устанавливается логический сигнал низког0 уровня, Импульсы генератора 1 импульсов через элемент И

2 на вход счетчика 3 не проходят.

Согласно зафиксированному на выходе счетчика 3 значению кода К = Kz < K> блок

4 устанавливает значение подачи Vz = KzV>, которое в дальнейшем не изменяется, если сигнал Uoc на выходе сумматора 9 не выходит за пределы диапазона, ограниченного сигналами Ut и 02, т.е. если мощность резания N находится в заданном диапазоне

N 02 на выходе счетчика

3 устанавливается нулевой код и подача снижается до тех пор, пока 0о на станет меньше 01. Затем выходной код счетчика 3, а вместе с ним и подача последовательно увеличивается до тех пор, пока мощность резания N не окажется в пределах диапазона М < Й < М2

Величины 01и Uz установок срабатывания компараторов 13 и 14 вводятся до начала процесса обработки, либо с помощью микроЗВМ, либо оператором с помощью перек ючателя, устанавливаемого на пульте оператора, В процессе обработки силовой параметр поддерживается с помощью предлагаемого устройства в установленном диапазоне.

Таким образом, функциональная роль кода на выходе счетчика 3 заключается в том, чтобы подать на блок 4 сигнал, требующий изменения скорости подачи. Опрос сос.гояния входа ввода коррекции и изменение скорости подачи в соответствии со значением поданного на этот вход кода

20 осуществляется УЧПУ по стандартным подпрограммам, По таким подпрограммам функционируют серийно выпускаемые в СССР

УЧПУ класса CNC, например моделей 2Р32, 2С42 и других, 25 На фиг. 2 приведены временчые диаграммы, иллюстрирующие процесс управлеHwA в устройстве, полученные в результатЕ ма .ематического моделирования работы ус ьойства на ЗВМ. Здесь представлены curl

30 налы скорости подачи V и мощности резания N при обработке детали с изменяющимся припуском Q. Из диаграмм на фиг.

2 видно, что всякий раз при значительном увеличении припуска(от Q до Qi и от Q> до

35 Q.») происходит торможение привода подачи, а затем увеличение его скорости до величины, при которой мощность резания находится в заданном диапазоне N> < N < Nz. (Ч2 при 01 и V3 при 02), При уменьшении

40 припуска (от Qg до 01) скорость привода увеличивается (до значения V2) до тех пор, пока мощность N не установится в диапазоaeN«N

Таким образом, предлагаемое устройст45 .во позволяет расширить адаптивное управление металлорежущим станком, не производя конструктивных изменений в установленном на станке УЧПУ и не изменяя его базового программного обеспече50 ния, осуществлять стабилизацию силового параметра процесса обработки, что обеспечивает повышение производительности станков, Оормула изобретения

Устройство для адаптивного управления металлорежущим станком, содержащее генератор импульсов, выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого

1667008 компаратора, первый вход которого подключен к первому входу задания силового параметра устройства, выход элемента И соединен с входом суммирования счетчика импульсов, а вход сброса — с выходом формирователя импульсов, а также датчик силового параметра, привод, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения, в него введены второй и третий компараторы, инвертирующий и неинвертирующий усилители, блок запаздывания, сумматор, а также блок вычисления коррекции скорости подачи, группа входов которого подключена к разрядным выходам счетчика импульсов и к первой группе входов второго компаратора, вторая группа входов которого соединена с группой входов задания максимальной подачи устройства, второй вход задания силового параме ра которого подключен к первому входу третьего компаратора, второй вход которого соединен с вторым входом

5 первого компаратора и с выходом сумматора, первый вход которого через неинвертирующий усилитель соединен с выходом датчика силового параметра и с входом инвертирующего усилителя, выход которого

Ю подключен к входу блока запаздывания, выход которого соединен с вторым входом сумматора, выход второго компаратора соединен с третьим входом элемента И, выход блока вычисления коррекции скорости под15 ачи — с приводом, а выход третьего компаратора подключен к входу формирователя импульсов, 1667008

2 Ф 6 8

0 2

Ф б

8 0

Редактор Ю.Середа

Заказ 2521 Тираж 482 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

gg

Составитель И.Швец

Техред М. Моргентал Корректор O.Кундрик