Устройство для программного управления
Изобретение относится к автоматике и может быть использовано при проектировании АСУ ТП и систем с числовым поограммным управлением Цель изобретения - повышение точности обработки изделий за счет компенсации теплового расширения заготовок. Для этого в устройство, содержащее генератор импульсов, блок задания программ, блок коррекции вибрации, исполнительный механизм, датчик положения исполнительного механизма, первый блок масштабирования, блок коррекции положения исполнительного механизма и элемент ИЛИ, дополнительно введены температурный датчик теплового расширения заготовки , блок выделения импульсов, счетчик, блок индикации, блок коррекции накопления , второй блок масштабирования, два блока сопряжения. Изобретение позволяет повысить точность обработки за счет соответствующего изменения взаимного расположения заготовки и обрабатывающего узла с учетом теплового расширения заготовки и вибрации датчика температурного расширения . 17 ил (/ С
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
)s G 05 В 19/18
ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4756212/24 (22) 04,11.89 (46) 23,11.91. Бюл. ¹ 43 (72) Г.Н. Тимонькин, В.С. Харченко, Н.П. Благодарный, С.В. Суярко, О,А. Тищенко и
С.Н. Ткаченко (53) 681.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1057927, кл. G 05 В 19/18, 1983.
Авторское свидетельство СССР № 1080119, кл, G 05 В 19/08, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к автоматике и может быть использовано при проектировании АСУ ТП и систем с числовым программным управлением, Цель изобретения— повышение точности обработки изделий за счет компенсации теплового расширения
Изобретение относится к автоматике и может быть использовано при проектировании АСУ ТП и систем с числовым программным управлением, в частности систем управления плазменной наплавкой инструментов.
Цель изобретения — повышение точно- . сти обработки изделий эа счет компенсации теплового расширения заготовок.
Сущность изобретения состоит в расширении области применения устройства путем введения технических средств для осуществления компенсации теплового расширения заготовок в процессе обработки и повышении нэ этой основе точности их обработки. Компенсация заключается в соответствующем изменении перемещения. Ы,, 1693590 Al заготовок. Для этого в устройство, содержащее генератор импульсов, блок задания программ, блок коррекции вибрации, исполнительный механизм, датчик положения исполнительного механизма, первый блок масштабирования, блок коррекции положения исполнительного механизма и элемент
ИЛИ, дополнительно введены температурный датчик теплового расширения заготовки, блок выделения импульсов, счетчик, блок индикации, блок коррекции накопления, второй блок масштабирования, два блока сопряжения. Изобретение позволяет повысить точность обработки за счет соответствующего изменения взаимного рЭсположения эаготовк и обрабатывающего узла с учетом теплового расширения заготовки и вибрации датчика температурного расширения. 17 ил.
Ф заготовок относительно обрабатывающего узла в процессе обработки, Абсолютная величина Лбтеплового расширения заготовки определяется температурным датчиком, ус- (У тановленным на задней бабке координатно- 4С го стола обрабатывающего центра и учитывается при перемещении заготовки относительно обрабатывающего узла в процессе ее обработки, чем и обеспечивается компенсация теплового расширения заготовки, а следовательно, повышается точность обработки заготовок и расширяется область применения обрабатывающего узла.
Нэ фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для программного управления; на фиг, 2 — схема взаимного рэсполо1693590
Автоматический цикл начинается с установки всех механизмов в рабочее положение (заготовка предварительно устанавливается в призму станка), По оси Z заготовка . выводится в рабочее. положение, заданное 5 по программе. Затем вКлючается блок 32 обработки и по достижении рабочего режима начинается вращение заготовки с ee подачей по оси Z. Далее идет процесс обработки заготовки. При нагреве заготав- 10 ки в процессе обработки происходит ее удлинение, что фиксируется температурным датчиком 1 в блоке 34 измерения и корректируется путем изменения перемещения заготовки по координате Z. Па окончании 15 обработки заданного перемещения происходит останов движения заготовки по координате Z, блок 32 обработки отключается и переходит в исходное состояние. Механизм стола 35 возвращается в первоначальное 20 рабочее положение. Шпиндель 31 устанавливается в положение второго прохода обработки заготовки. Далее исполнительный механизм 8 функционирует аналогично.
Датчик 9 положения исполнительного 25 механизма формирует импульсные сигналы в процессе перемещения заготовки относительно обрабатывающего узла. Числа формируемых сигналов пропорционально длине обработанного участка "-аготовки. 30
Блоки 10 и 11 масштабирования служат для уменьшения частоты следавэни» корректирующих сигналов с блоков б и 7, чта позволяет учитывать длину рабочей части заготовки, схемные особенности блока 2, 35 неточности, вызванные налаженными ь процессе разработки алгоритма компенсации ограничениями, а также обеспечить оптимальное распределение погрешности па длине заготовки. 40
Блок 13 коррекции положения исполнительного механизма предназначен для блокировки прохождения импульсов с выхода датчика 9 положения на блок 5 задания программ. Одному импульсу коррекции, посту- 45 пающему в блок 13 с выхода элемента ИЛИ
16, соответствует блокировка сигналов ат датчика 9 положения исполнительного механизма на один такт. Блоки 12 и 14 сопряжения предназначены для осуществления 50 гальванической развязки элементов и исполнительных элементов.
Для обеспечения высокой скорости и точности обработки необходимо осуществ- 55 ление компенсации теплового расширения заготовки путем изменения взаимного расположения заготовки и обрабатывающего узла. Эта может быть выполнено путем соатветствующегс изменения перемещения заготовки па аси Z относительно обрабатывающего узла (фиг. 2).
Примем следующие ограничения (фиг. 3).
Длина хвостовиков заготовок равна и обрабатываемая часть равна !1(11 =1- — L)jle1
3 вый торец заготовки в процессе обработки не изменяет своего положения относительно передней бабки (шпинделя 31) координатного стола 35. Процесс обработки состоит из нескольких идентичных проходов, ва время каждого из которых происходит обработка рабочей поверхности заготовок, возврат в начальную точку, изменение взаимного положения заготовки и обрабатывающего узла для очередного прохода.
График предполагаемого теплового расширения заготовки в процессе ее обработки показан на фиг. 4, где использованы следующие обозначения:
Л L — суммарное тепловое расширение заготовки;
Л 1 — тепловое расширение левого хвоставика;
A l j — тепловое расширение рабочей части;
Л (! +1 ) — тепловое расширение заготовки на участках и 1 ;
Л К вЂ” компенсация теплового расширения в процессе обработки заготовки.
Для обеспечения высокой точности обработки при первом проходе заготовки (фиг, 4) должна произойти компенсация теплового расширения на величину Л1(1 +1!). Рабочий хад заготовки при этом равен ! р 11+ЛЯ (1+ !1) !1+ 41 1- И+Лр1К
3 где Л Л р К вЂ” компенсация расширения заготовки за один проход. Во время возврата заготовки в начальную точку должно быть учтено изменение координат начала рабочей части заготовки за счет расширения левого хвостовика Л1!. Следовательно, величина обратного хода возврата равна l Ь! — 1!+ËÈ =1 + — и L =1! ЛЬ1К, 1 3 где Ab1K — компенсация теплового расширения во время возврата заготовки, Так как время возврата заготовки незначительно па сравнению с длительностью рабочего хода, то пренебрегаем остыванием заготовки ва время возврата. При втором проходе величина необходимой компенсации составит 1693590 Л Р К =- Л2 (I + I1 ) —" -„AZ L, 2 В процессе второго возврата заготовки необходимо скомпенсировать величину Л Ь2К; Лb. К=-Ь!1= — Ь . =1 Аналогично определяются величины компенсации для остальных проходов, Кривая предполагаемого изменения компенсацил Л К в процессе обработки заготовки приведена на фиг, 4, Ус1.ройство работает следующим обраЗОМ. По коду операции свход,а 24 блок 5 задания программ выдает управляющие сигналы на выхода 20 и 2 N управляющий выход. При этом приводя Гся в исходное состояние блок 6 коррекции вибрации и блок 7 коррекции накопления, прс<исходит настройка блоков 10 и, 1 масштабирования на заданный коэффициент пересчета L включается исполнлтельный механизм 8. При этом датчик 9 положения исполнительного механизма формирует импульсные сигналы, сос1ветотвующие перемещению эа< отовки по ocN Z. Эти сигналы проходят через блок 12 сопряжения, блок 13 коррекции положения лсполнительного механизма, блок i 4 сопряжения и поступают в блок 5 задания проГрамм. В блоке 5 эадани поогр,",мм осуществляется г,одсчет этих импульсов и выработка соответствующего управляющего воздействия на исполнительный элемент 8, что приводит к соответст <ующю,у перамещению заготовки относи..-ельнс обрабатываю .Ц8ГО узла по Оси, Компенсация тег1лового расширения за отовки по ocи 7 происхОдит за счет блокирОвания части Lll <пульсных сиГналов От Датчика «! в олок8 I3 коррекции положения исполнительного механизма, что приводит к соответствующему увеличению перемещения эзготовкл по кооодинате При наличии сигнала на выходе элемента ИЛИ блок I3 коррекцил положения ис1 о л и и т е л ь и О Г О м 6 х а н и з <м< а О л< О к L I p y 8 1 Прохождение ОднОГО имгlульснОГО слГналс! с .выхода датчика 9 поло. кения исполнительного механизма на один период (фиг. 16). Управляющие сигналы на элемент 1"1ЛИ 16 поступают по двум неэав<лсимый вс1вям коррекции, Одна из них ко .пенсирует тепловое расширение в процессе рабочего хода заготовки и состоит из блбков 6 и 10, Таким образом, во время рабочего хода s3готовки импульсы датчика теплового расширения заготовки 1, проходя через блоки 2, 6 и 10 и элемен ИЛИ 16, поступжот в блок 13 коррекции положения исполнительного ме10 <" 1 ,1 < ) <" C)t ханизма, вызывая соответствую цую блокировку прохождения импульсных сип<алов с датчика 9 положения исполни гельного механизма на блок 5 задания программ, Другая ветвь компенсации включает блоки 7 и 11, что позволяет скомпенсировать расширение, накопленное до начала обработки заготовки либо при ее возврате после каждого прохода, Управляющле сигналы обеих ветвей коррекции синхрониэируются соответственно 6 бл<эках 6 и 7 сигналами с выхода датчика 9 положения исполнительного механизма. В исходное состояние sce блоки устанавливаются сигналами с выходов 20 и < .". блока 5 задания прОГрамм. При этОм счетчики блоков 6, 7, 1G, 11 и 13 сбрасываются, По переднему фронту сигнала на выходе 20 блока 5 эацания программ начинается рабочил ход заготовки LI B счетчлк блока 7 записывается сформированный в счетчике 3 код накопленного расширения заготовки. По сигналу на выходе 21 блока 5 задания программ разрешается работа блока 6 и 7, Компанcàöèÿ накопленного расширения происходит до момента обнуления счетчика 47 блока 7 импульсами с частотой в К раз (К = 2, 4, 8, 16...) меньшей частоты имГ<у
РО окончании очередного Г<рохода по заднему фронту си. нала с выхода 20 блока ".; "-:здания программ сч-.-...,-1чик 37 блока 6 блокируется, 8 в счетчлк 47 блока 7 вновь заг исыв=.,ются данные с выхода 27 счетчика 3, которые и компенсируются в нем в процессе возврата заготовки. Р> дальнейш<ем описанный цикл IloBTO" Оя8тся при Очередных проходах заГотовки Обрабатывающим узлом. lp»l окончании Обработки заГОтовки блОк 5 заДа«-ия прОГрамм ;.Нимазт сигнаj1ы на выходах 20 и 21, устаавлива81 в исходное состояние блоки 10 и "<1 и выдает на выход 17 сигнал окончания О Г1 8 Ра Ции. Блок 6 коррекции вибрации предназначен для учета незначительных колебаний датчика 1 температурного расширения заготовки относительно исходного состояния в процессе обработки заготовки и выдачи соО -ветствующих управляющих воздействий через блок 10 масштабирования и элемент ИГ, И 16 на блок 13 коррекции положения исполнительного механизма. 1693590 Блок 6 коррекции вибрации (фиг, 5) функционирует следующим образом. В исходное состояние блок устанавливается сигналом с выхода 21 блока 5. При нулевом содержимом, счетчика 37 сиг-нала на выходе элемента ИЛИ-НЕ 46 равен единице. Сигналы +f с входа 18 поступают на триггер 38. С выхода триггера 38 через триггер 39 сигналы поступают на 0-вход триггера 40, С выхода триггера 40 через одновибратор 41 сигналы поступают на выход 26 блока 5. По переднему фронту сигнала рабочей частоты с входа 25 информация фиксируется в триггер 40 и вызывает формирование импульса малой длительности одновибратором 41. При нулевом состоянии счетчика 37 импульсы +f через элемент И 43 и на декрементный вход счетчика 37 не поступают. При поступлении с входа 19 импульсов -f на инкрементный вход счетчик 37 фиксирует их количество, При этом на выходе элемента ИЛИ-НЕ 46 единичный сигнал исчезает. Прохождение импульсов+f с входа 18 через триггер 40 блокируется до момента обнуления счетчика 37, а через элемент И 43 они начинают поступать на декрементный вход счетчика 31, компенсируя импульсы -f. Таким образом компенсируются возможные колебания температурного датчика теплового расширения заготовки 1 в процессе рабочего хода заготовки. Работа счетчика 37 блокируется на время отсутствия си-í.àëà на выходе 20 блока 5 задания программы, В эта время запрещается передача импульсов +т. Прохождение импульсов +f через триггер 38 фиксируется в триггере 39. По переднему фронту сигнала с входа 25, эта информация переписывается в триггер 40, вызывает формирование импульса малой длительности на выходе одновибратора 41. Этот импульс, в свою очередь, сбрасывает триггеры 39 и 40. Таким образом, на выходе блока 6 образуются сигналы, по частоте совпадающие с сигналами +f на выходе триггера 38, а по фазе — с сигналами, формируемыми датчиком 9 положения исполнител ь ного меха н изма и поступающими на вход 25. Блок 7 коррекции накопления (фиг, 6) функционирует следующим образом. По переднему фронту сигнала с выхода 21 блока 5 счетчики 47 и 48 устанавливаются в нулевое состояние. По переднему и заднему фронтам сигнала с выхода 20 блока 5 на синхровход счетчика 47 поступает сигнал, вызывающий запись в него с вхоДа 27 параллельного кода состояния счетчика 3, При этом на вь.;оде элемента ИЛИ 49 появляется сигнал и открь вается элемент И 51. На счетный вход счегчика,48 поступают им20 55 пульсы рабочей частоты с выхода 25 блока 12. Сигналы с выхода переполнения счетчика 48 с час1отой f/К (где К вЂ” коэффициент пересчета счетчика 48) через одновибратор 55 поступают на элемент И 51, С выхода элемента И 51 импульсы поступают на декрементный вход счетчика 47 и на выход 28 блока 7. После компенсации кода, записанного в счетчике 47, на выходе элемента ИЛИ 49 сигнал исчезает, элемент И 51 закрывается и сигналы с выхода одновибратора 55 на вход 28 блока 7 не поступают. Таким образом заканчивается процесс компенсации накопленногок началу перемещения заготовки относительно обрабатывающего узла расширения, На фиг, 13 приведена временная диаграмма работы блока 7 коррекции теплового расширения. Блоки 10 и 11 масштабирования (фиг. 7 и 8) являются делителями частоты с переменным коэффициентом деления и выполнены на счетчиках 56 и 58 и одновибраторах 57 и 59 соответственно. Коэффициент деления счетчика 56 устанавливается кодом с входа 22 блока задания программ. На синхровход счетчика 56 поступают импульсы с выхода 26 блока 6 коррекции вибрации. Импульсы с выхода счетчика 56 с частотой fr/Ki (где fn — частота импульсов на синхровходе счетчика 56, К вЂ” коэффициент деления импульсов счетчиком .56) через элемент ИЛИ 16 поступают на блок 13 коррекции. Аналогично коэффициент деления счетчика 58 задается кодом с выхода 23 блока 5 зад=èèÿ программ. На синхровход счетчика 58 поступают сигналы с выхода 28 блока 7 коррекции накопленного расширения. Импульсы с выхода счетчика 58 с частотой ту/К2 (где f7, К2 — соответственно частота импульсов на синхровходе счетчика 58 и коэффициент деления счетчика 58) через элемент ИЛИ 16 поступает в блок 13 коррекции положения исполнительного механизма. В исходное состояние счетчики 56 и 58 приводятся сигналом с выхода 21 блока 5 задания программ. Временные диаграммы работы блоков 10 и 11 приведены на фиг. 14 и 15. Блок 13 коррекции положения исполнительного механизма (фиг, 9) функционирует следующим образом. В исходное состояние счетчик 61 и триггер 62 устанавливаются сигналом с выхода 21 блока 5 задания программ. Сигнал коррекции с выхода 29 элемента ИЛИ 16 поступает на инкрементный вход счетчика 61. При этом счетчик 61 изменяет свое состоячие, на выходе элемента ИЛИ 64 появляется единичный сигнал и триггер переходит в единичное состояние. Сигнал на входе синхронизации триггера 60 1693590 »» " исчезает. При, этом си:налы с выхода 25 блока 12 через блок 13 к.>орекции положения исполнительного механизма на выход 30 не проходят. Блокировка прохождения сигналов через триггер 60 заканчивается следующим Образом. По приход>«o«<8p8pHoro 14Mfl«>fnbc3 cвых:ода 25 блока 12 триггер 62 устанавливается в нулевое состояние, если содержимое счетчика 61 равно нулю. Если содержим08 сч8тчикЗ 61 не p3BHG H«info, ТО по очередному импульсу с выхода 25 блока 12 происходит уменьшение его содержимого на единицу. Временные диаграммы работы блока 13 коррекции положения исполнительного механизма приведены на фиг. 16. Блок 12 сопряжения (,риг. 10) служит для осуществления гальванической развязки элементов системы управления, Сигналы с выхода датчика 9 положения исполнитель-чого механизма поступают через оптронный Knfoч 80 и фильтр BbfсокочастОтнь«х flOM8x и "дребезга" на выход 25 блока 12 сопряжения, Работа фильтра Основана на блокировании выходного сигнала фильтра на время действия помехи. П ри этом длительность блокирующего импульса равна максимальному периоду следовани3 flof«8x Временная диаграм113 p35GTbf блока 12 сспря:кения приведена на флг, 17. Блок 14 сопряжения слу>хит для вь вод .. сигнала с выхода 30 Олока 13 коррекци«: положения исполнительно"î ",механизма в блок 5 задания программ, Формула изобретения Устройство для программного управления, содер>кащее генератор лмпульсов, блок задания программ, бг«ок коррекции вибрации, исполнительный механизм, датчик положения исполнительного механизма. Первый блок масштабирования, блок коррекции положения исполнительного механизма и элемент ИЛИ, причем выходы включения и начала работы блока задания программ соединены соответственно с первым и вторым входами сброса блока коррекции вибрации, выход управления блока задания программ соединен с входом пуска исполнительного механизма, выход исполнительного механизма соединен с входом датчика положения исполнительного механизма, выход элемента ИЛИ соединен с первым входом управления блоха корре«<20 Зд
55 ции положения исполнительногс I8X3;l;",;.». ма, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности обработки. ь ус-:- 1<«йс.«во дополнительно введены температу;" ый датчик теплового расширени, заготовки, блок выделения импульсов, счет ик, бл«",< индикации, блок коррекции накопления, второй блок масштабирования, первый и второй блоки сопряжения, причем выход температурно«.G датчика теплового расшлреник заго«саки соединен с информационным входом блока выделения импульсоа, га кто вый вход которого соединен с выходом генератора имп1< IbcoB первый и BTGpo".1 тактовые выходы блока выделения импульсов соединены соответственно с входами пря- . мого и Обратного счета счетчика и с первым и вторым тактовыми входами опоКВ карре»1 ции вибрации, управляющий вых д которо-.о соединен со счетным входом первого блока масштабирования, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, информационные выходы счетчика соединены c cGo B8TcTву«О«цими входами 630KB индикации и бло><а коррекции накопленля, управляк>щий выход которого соединен со счетным входом второго блока масштабирования, выход которого соединен с вторым в>;Одом элемен;-а ИЛИ, вь«ход включения блока задания программ соединен с входом сброса блока индикации, счетным входом блока коррекции накопления и первым Bõo,.1<О1 сброса блока кОррекции положения испОлнительногс механизма, выход KGTQporo соединен с входом блока сопркженля, выход KGTGporo соединен с входом коррекции блока задания программ, выход конца операций и вход пуска:(сторого являются состветственно выходам конца операции и входом пуска устройства, выход начала работы блока задания программ соединен с входами сброса блока коррекции накопления, первого и второго блоков масштабирования и с вторым входом сброса блока коррекции положения исполнительного механизма, первый и второй выходы кода деления блока задания программ соединены соответственно с информационными входами первого и второго блоков масштабирования, выход датчика положения исполнительного механизма соединен с входом блока сопряжения, выход которого соединен с синхр<>входами блока коррекции положения испог«нительного механизма и блока коррекции вибрации и со счетным входом блока коррекции накопления. 693590 dEl<3 — — 1 П ПРОМОд 2-О ГфОХ06 Х -u ПРОХОО Ф Е l7РОХПб З УГОб77ОЮ/Ф 30?6 /7ЮЮРЖ 34rpgmg&И ДУГагРафгу 8е.уфк (щ Д ai. ОЮФУ СОС/7ЮЯ ЛОГ.+ 1 л 1 f 1 1 ) ) " 16935ЭО I 1 +5У 4ьг 10 4ФВ 1 Ю ° ° ° Э ° ее + + + 4 ° ° 0 ° 4 ° ° ° 4 ° Фиг. 12 Ф ° ° е ° е 1693590 УГ Р Составитель О. Фомичева 1 Тсхред M. Мор гентал Корректор В, Гирняк Редактор А, Козориз Прои: вод..твенно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 407В Тираж Подписное ВНИИПИ Госудаоственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
