Устройство для адаптивного управления металлорежущим станком

 

Устройство содержит генератор 1, три элемента И 2,18,19, счетчик 3, блок 4 вычисления коррекции скорости подачи, четыре компаратора 5, 13, 14, 20, привод 6 подачи, станок 7, датчик 8 силового параметра, сумматор 9, усилитель 10, инвертирующий усилитель 11, два блока 12, 16 запаздывания, триггер 17, формирователь 15 импульсов. 1 -2-3-4-6-7-8-11-12-9-14-16-17-18-15-3, 8-10- 9-13-2, 3-20-19, 3-5-2, 14-19-3, 14-18. 1 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1667008 (21) 4819124/24 (22) 24.04,90 (46) 07.05.92. Бюл. N. 17 (71) Одесский политехнический институт (72) В.А.Водичев и Н,К,Шапарев (53) 62-50(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1667008, 19.01.90, „„5U(„) 1732330 Аг (я)5 G 05 В 19/407, В 23 Q 15/12 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИМ СТАНКОМ (57) Устройство содержит генератор 1, три элемента И 2, 18, 19, счетчик 3, блок 4 вычисления коррекции скорости подачи, четыре компаратора 5, 13, 14, 20, привод 6 подачи, станок 7, датчик 8 силового параметра, сумматор 9, усилитель 10, инвертирующий усилитель 11, два блока 12, 16 запаздывания, триггер 17, формирователь 15 импульсов, 1-2-3-4-6-7-8-11-12-9-14-16-17-18-15-3, 8-109-13-2, 3-20-19, 3-5-2, 14-19-3, 14-18. 1 ил, 1732330

Изобретение относится к станкостроению и может быть использованодля автоматичес кого 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, и является усовершенствованием устройства по авт.св. М

1667008.

Известное устройство для адаптивного управления металлорежущим станком содержит датчик силового параметра, привод, генератор импульсов, выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого компаратора, первый вход которого подключен к первому входу задания силового параметра устройства, выход элемента И соединен с входом суммирования счетчика импульсов, а вход сброса счетчика — с выходом формирователя импульсов, к разрядным выходам счетчика подключены группа входов блока вычисления коррекции подачи и группа входов второго компаратора, вторая группа входов которого соединена с группой входов задания максимальной подачи устройства, второй вход задания силового параметра которого подключен к первому входу третьего компаратора, второй вход которого соединен с вторым входом 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 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 подачи соединен с приводом, а выход третьего компаратора подключен к входу формирователя импульсов.

Недостатком данного устройства является низкая точность, Это обусловлено тем, что в данном устройстве при повышении мощностью резания заданного верхнего уровня стабилизации осуществляется сброс счетчика импульсов в нуль, в результате чего происходит быстрое уменьшение подачи по программе управления разгоном-торможением привода, выполняемой блоком 4 коррекции скорости подачи. Резкое изменение подачи приводит к изменению натяга в упругой системе станок-приспособлениеинструмент-деталь, что приводит к искажению форму деталей и снижает стабильность

50 их размеров. При снижении темпа торможения привода подачи за счет коррекции в блоке программы управления разгономторможением снижаются динамические качества электропривода подачи станка, в частности значительно возрастает время разгона до максимальной скорости для выполнения установочных перемещений на ускоренной подаче, что снижает производительность станка.

Цель изобретения — повышение точности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для адаптивного управления металлорежущим станком введены дополнительно второй и третий логические элементы И, четвертый компаратор, второй блок запаздывания и триггер, причем выход генератора тактовых импульсов подключен к первому входу второго элемента И, соединенного вторым входом с выходом третьего компаратора, входом второго блока запаздывания и первым входом третьего элемен га И, к второму входу которого подключен через триггер выход второго блока запаздывания, а к выходу — вход формирователя импульсов, выход счетчика соединен с вторым входом второго компаратора и через четвертый компаратор — с третьим входом второго элемента И, подключенного выходом к вычитающему входу счетчика.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства, Устройство для адаптивного управления металлорежущим станком содержит генератор 1 импульсов, первый логический элемент И 2, счетчик 3 импульсов, блок 4 вычисления коррекции скорости подачи, второй компаратор 5, привод 6 подачи, станок 7, датчик 8 силового параметра, сумматор 9, неинвертирующий усилитель 10, инвертирующий усилитель 11, первый блок

12 запаздывания, первый 13 и третий 14 компараторы, второй блок 16 запаздывания, триггер 17, третий 18 и второй 19 логические элементы И и четвертый компаратор

20, Выход генератора 1 подключен к перво-. му входу первого элемента И 2, второй вход которого соединен с выходом первого компаратора 13, а третий вход связан с выходом второго компаратора 5, Выход первого элемента И 2, подключен к входу суммирования счетчика 3. Выход генератора 1 соединен также с первым входом второго элемента И

19, второй вход которого связан с выходом третьего компаратора 14, а третий вход — с выходом четвертого компаратора 20, Выход второго элемента И 19 подключен к входу вычитания счетчика 3. Группа разрядных

1732330

20

30

40

50

55 выходов счетчика 3 подключена к первой группе входов четвертого компаратора 20 и к группе входов блока 4 вычисления коррекции скорости подачи. Вторая группа входов второго компаратора 5 соединена с группой входов задания максимальной подачи устройства. Выход блока 4 подключен к входу привода подачи 6 металлорежущего станка

7. На последнем установлен датчик 8 силового параметра, например, мощности реза, ния. Выход датчика 8 связан с первым входом сумматора 9 через неинвертирующий усилитель 10, а с вторым входом сумматора 9 — через инвертирующий усилитель 11 и блок 12 запаздывания. Выход сумматора

9 подключен к вторым входам первого 13 и третьего 14 компараторов, первые входы последних подключены соответственно к первому и второму входам задания силового параметра, Выход третьего компаратора

14 соединен с вторым входом третьего элемента И 18 и связан с первым входом последнего через последовательно соединенные второй блок 16 запаздывания и триггер 17, Выход элемента И 18 подключен к входу формирователя импульсов 15, выход которого соединен с входом сброса счетчика 3, Устройство работает следующим образом.

При подводе инструмента к детали мощность-резания N меньше нижнего уровня N>, определяемого сигналом U> на входе компаратора 13 и на выходе компаратора 13 устанавливается логический сигнал высокого уровня, поступающий на вход первого элемента И 2. На выходе счетчика 3 значение цифрового кода меньше значения, определяемого сигналом Um задания максимальной подачи, и на выходе цифрового компаратора 5 устанавливается логический сигнал высокого уровня, поступающий на вход элемента И 2, При наличии на входах элемента И 2 сигналов высокого уровня импульсы генератора 1 импульсов проходят на выход элемента И 2 и поступают на вход суммирования счетчика

3. Цифровой код на выходе счетчика 3 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 генератор 1 не поступают на вход счетчика. ka выходе счетчика 3 устанавливается код, значение которого определяет максимальную величину скорости подачи. Цифровой код с выхода счетчика 3 поступает на вход ввода коррекции скорости подачи. Состояние корректора контролируется программой оперативного управления и на выходе блока 4 устанавливается напряжение задания U, при котором скорость электропривода подачи будет равна

V= Кк V1, где Ч вЂ” величина ускоренной подачи, заданная в программе устройства ЧПУ;

Кк — масштабный коэффициент, определяемый значением кода, поступающего на вход ввода коррекции подачи устройства

ЧПУ.

При максимальном значении кода на выходе счетчика 3 значение коэффициента

Кк равно К", =, 1 и привод 6 подачи осуществляет подвод инструмента к детали на ускоренной подаче со скоростью V>, При врезании инструмента в деталь на выходе датчика 8 возникает сигнал, пропорциональный величине силового паоаметра, например мощности резания

Ua= Ka N где Кд — коэффициент передачи датчика силового параметра.

На выходе сумматора 9 при этом формируется сигнал

Uoc =((К+" ) KT- )"

Р+" х Ua=KaN+KaKTT +1 N °

P т +1 где (К+ 1) — коэффициент усиления неин вертирующего усилителя 10;

К вЂ” коэффициент усиления инвертирующего усилителя 11;

+ 1 — передаточная функция блока

Р+ запаздывания; р — оператор Лапласа.

Когда сигнал на выходе сумматора 9 станет больше сигнала Uz, определяющего заданный верхний уровень стабилизации силового параметра Nz, на выходе компаратора 14логический сигнал изменяется с низкого уровня на высокий, Этот сигнал поступает на второй вход третьего элемента

И на первом входе которого установлен сигнал высокого уровня с выхода триггера 17.

Триггер 17 перед началом обработки устанавливается в это состояние импульсом начальной установки, поступающим на его установочный вход от устройства ЧПУ или с пульта управления станка. При наличии на входах третьего элемента И 18 сигналов высокого уровня на его выходе также появляется сигнал высокого уровня. При этом на выходе формирователя 15 импульсов формируется импульс, поступающий на вход

1732330

25

55 сброса счетчика 3. Значение кода на выходе последнего становится равным нулю. Изменение состояния входа воспринимается блоком 4 при выполнении программы оперативного управления и согласно подпрограмме управления разгоном и замедлением привода подачи уменьшается сигнал задания U4 на входе привода 5, уменьшая скорость подачи V с максимальным заданным темпом. Происходит быстрое торможение привода со скорости ускоренной подачи при подводе инструмента к детали до скорости рабочей подачи при резании, что обеспечивает эффективную защиту инструмента от поломки при врезании в деталь с ускоренной подачи.

После переключения выходного сигнала компаратора 14 с низкого уровня на высокий через время паузы, определяемое блоком запаздывания, высокий уровень сигнала поступает на вход сброса триггера 17, переключая его выходной сигнал с высокого уровня на низкий, Этот сигнал сохраняется на выходе триггера 17 в течение всего процесса обработки . При этом на выходе элемента И 18 устанавливается низкий уровень сигнала, который уже не изменяется при всех последующих переключениях компаратора 14, поскольку на входе элемента И

18 установлен низкий уровень сигнала с выхода триггера.

Пока сигнал U«e сумматора 9 находится на уровне, большем величины Uz, на входе компаратора 14 присутствует сигнал высокого уровня, который поступает на второй вход третьего элемента И 19, Однако импульсы генератора 1 не проходят на выход элемента И 19, поскольку на третий вход последнего подан сигнал цифрового компаратора 20, который имеет низкий уровень при равенстве нулю хода на выходе счетчика 3. Код на выходе счетчика 3 сохраняет нулевое значение до тех пор пока сигнал О« не станет меньше заданного нижнего уровня U1, после чего 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 увеличивается и согласно с этим блок 4 увеличивает скорость привода подачи до тех пор, пока сигнал U«на выходе сумматора 9 не станет больше сигнала

U1, После этого на выходе компаратора 13 устанавливается логический сигнал низкого уровня.

Импульсы генератора 1 на вход счетчика 3 не проходят. Согласно зафиксированному на выходе счетчика 3 значению кода Кк

= К < К1 блоком 4 будет установлено значение рабочей подачи Vz = К V<, которое в дальнейшем не изменяется, если сигнал Uoc на выходе сумматора 9 не выходит за пределы диапазона U«Uoc < 02. Если в процессе обработки на рабочей подаче Vz, например в результате увеличения снимаемого припуска, произойдет увеличение мощности резания, и сигнал Uoc на выходе сумматора 9 превысит значение Uz, то выходной сигнал компаратора переключается с низкого уровня на высокий. Этот сигнал поступает на второй вход элемента И 19, на третий вход которого подан сигнал высокого уровня с выхода цифрового компаратора

20 (на выходе компаратора 20 низкий уровень сигнала устанавливается только при равенстве нулю на выходе счетчика 3), При этом импульсы генератора 1 проходят на выход элемента И 19 и поступают на вход вычитания счетчика 3, Значение кода на выходе счетчика уменьшается со скоростью, определяемой частотой импульсов генератора 1, и в соответствии с этим блок 4 уменьшает подачу до тех пор, пока сигнал U«на выходе сумматора не станет меньше сигнала U2, После этого на выходе компаратора

14 устанавливается сигнал низкого уровня.

Импульсы генератора 1 не проходят через элемент И 19 на вход счетчика. На выходе счетчика зафиксировано новое значение кода, которое определяет величину рабочей подачи. Изменение кода на выходе счетчика

3 происходит только в случаях, когда величина сигнала Uoc выходит за пределы диапазона U> < Uoc < 02. Тогда импульсы генератора 1 поступают на вход суммирования (при Uoc < U>) или на вход вычитания (при Uoc > Uz) счетчика 3, вызывая увеличение или уменьшение кода на выходе счетчика и соответствующее изменение подачи.

Темп изменений подачи, определяемый частотой генератора 1, значительно ниже темпа, задаваемого блоком 4 при торможении при нулевом значении кода на входе блока 4, Таким образом, изобретение позволяет повысить точность устройства адаптивного управления, оно обеспечивает при врезании инструмента в заготовку на ускоренной подаче максимальный темп торможения привода подачи, защищая инструмент от поломки, а при изменении мощности резания в процессе обработки на рабочей подаче производит плавное изменение подачи, не приводящее к значительному изменению натяга в упругой системе станок-приспособление-инструмент-деталь, обеспечивая высокую точность обработки.

Формула изобретения

Устройство для адаптивного управления металлорежущим станком по авт.св. ¹

1732330

25

40

50

Составитель В.Водичев

Техред М.Моргентал Корректор М,Максимишинец

Редактор Н,Яцола

Заказ 1583 Тираж Подписное

BÍÈÈÏÈ Государственного комитета rо изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

1667008, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены второй и третий элементы И, четвертый компаратор, второй блок запаздывания и триггер, выход генератора тактовых импульсов подключен к первому входу второго элемента И, соединенного вторым входом с выходом третьего компаратора, входом второго блока запаздывания и первым входом третьего элемента И, к второму входу которого подключен через триггер выход второго блока запаздывания, а к выходу — вход формирователя импульсов, выход

5 счетчика соединен с вторым входом второго компаратора и через четвертый компаратор — с третьим входом второго элемента И, подключенного выходом к вычитающему входу счетчика, 10