Предохранительное устройство для металлорежущих станков с чпу

 

Использование: в системах автоматического контроля за работой металлорежущего оборудования с системами ЧПУ. Сущность изобретения: устройство содержит последовательно соединенные преобразователь вибраций 1, усилитель 2, детектор 3, фильтр 4 низких частот и первый компаратор 5, триггер 11, к тактовому входу которого через элемент ИЛИ 10 подключены два двухполярных компаратора 7 и 9, входами связанные с выходами тахогенераторов 6 и 8 приводов подач металлорежуще- fo станка. Выход триггера 11 подключен к трехвходовой схеме И 13, остальные два входа которой подключены к выходу первог го компаратора 54 и через элемент 12 временной задержки к выходу элемента ИЛИ 10. Выход первого компаратора также подсоединен к входу сброса триггера 11, Сигнал с выхода схемы И 13 подается в систему ЧПУ 14 для прекращения движения подачи суппорта. Случаи ложного срабатывания связаны с сохранением на некоторое время контакта между вершиной режущего инструмента и поверхностью заготовки при отводе суппорта на быстром ходу после окончания технологического перехода. Наличие контакта объясняется тем, что после прекращения процесса резания резец, отжимавшийся ранее в процессе резания от детали за счет упругих деформаций, теперь смещается на величину этих деформаций по направлению к детали. Распознавание неаварийной ситуации от аварийной основано на том, что при аварийной ситуации сигнал, свидетельствующий о появлении контакта между вершиной режущего инструмента и заготовкой или элементом станка (сигнал резания), появляется позже сигнала, вырабатываемого при перемещении суппорта на ускоренной скорости (сигнал быстрого хода ). При неаварийной ситуации сигнал быстрого хода появляется позже сигнала резания. 4 ил.

COlO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4827215/08 (22) 21,05.90 (46) 23,08.92. Бюл. М 31 (75) Б.С. Андреев и А.Г. Поздняков (56) Nfeck М„Раасher M. Ind — Anz, 1989, 109.

N8,,с. 10-12, 14.

Авторское свидетельство СССР

М 1281377, кл. В 23 О 15/00, i 986. (54) ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ С

ЧПУ (57) Использование: в системах автоматического контроля за работой металлорежущего оборудования с системами ЧПУ.

Сущность изобретения: устройство содержит последовательно соединенные преобразователь вибраций 1, усилитель 2, детектор 3, фильтр 4 низких частот и первый компаратор 5, триггер 11, к тактовому входу которого через элемент ИЛИ 10 подключены два двухполярных компаратора 7 и 9, входами связанные с выходами тахогенераторов 6 и 8 приводов подач металлорежущеto станка. Выход триггера 11 подключен к трехвходовой схеме И 13, остальные два входа которой подключены к выходу перво.го компаратора 54 и через элемент 12 вре(я)5 В 23 0 15/00 менной задержки к выходу элемента ИЛИ

10. Выход первого комг1аратора также подсоединен к входу сброса триггера 11, Сигнал с выхода схемы И 13 подается в систему

ЧПУ 14 для прекращения движения подачи суппорта, Случаи ложного срабатывания связаны с сохранением на некоторое время контакта между вершиной режущего инструмента и поверхностью заготовки при отводе суппорта на быстром ходу после окончания технологического перехода. Наличие контакта объясняется тем, что после прекращения процесса резания резец, отжимавшийся ранее в процессе резания от детали за счет упругих деформаций, теперь смещается на величину этих деформаций по направлению к детали. Распознавание неаварийной ситуации от аварийной основано на том, что при аварийной ситуации сигнал, свидетельствующий о появлении контакта между вершиной режущего инструмента и заготовкой или элементом станка (сигнал резания), появляется позже сигнала, вырабатываемого при перемещении суппорта на ускоренной скорости (сигнал быстрого хода), При неаварийной ситуации сигнал быстрого хода появляется позже сигнала резания. 4 ил.

1756113

50

Изобретение относится к машиностроению, а именно к обработке металлов резанием на станках с ЧПУ, и может быль использовано для защиты металлорежущего оборудования и обрабатываемой детали от аварийных последствий при врезании режущего инструмента в деталь или элементы станка при ускоренных перемещениях суппорта.

Известна система защиты станков от столкновения узлов, которая работает на основе обработки информации о размерах рабочей зоны, о геометрии режущего инструмента и детали, о текущей скорости и координатах по управляемым осям информации о текущей команде и номере кадра.

K недостаткам указанной системы следует отнести необходимость в обработке с помощью ЭВМ большого объема информации, а также трудоемкость при составлении геометрических моделей станочных узлов и рабочей эоны резания.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является контрольное устройство для станка с ЧПУ.

Устройство состоит из канала формирования акустического сигнала, содержащего последовательно соединенные преобразователь вибраций, предварительный полосовой усилитель, полосовой усилитель, детектор, фильтр низких частот, компаратор, и трех идентичных каналов измерения для определения превышения допустимой скорости рабочего перемещения по координатам X, Y, Z. Каждый из укаэанных каналов содержит последовательно соединенные импульсный датчик перемещения. формирователь импульсов, регулируемый одновибратор, второй одновибратор, логический элемент.НЕ, двухвходовой элемент И. второй вход которого соединен с выходом регулируемого одновибратора, Устройство содержит также трехвходовой элемент И, к первому входу которого через элемент ИЛИ подключены выходы каналов определения предельной скорости рабочих перемещений, к второму — выход акустического канала и к третьему — датчик вращения шпинделя, Устройство вырабатывает сигнал, свидетельствующий об аварийном врезэнии при одновременном наличии трех сигналов: свидетельствующем о возникновении процесса резания — с выхода акустического канала; свидетельствующем о движении суппорта по одной из координат со скоростью, превышающей максимально допустимую для рабочей подачи, и сигнала с выхода датчика вращения шпинделя, 5

Недостатком данного устройства является низкая эксплуатационная надежность, связанная с его ложными срабатываниями при отводе режущего инструмента на быстром ходу и сохранении при этом на некоторое время контакта вершины режущего инструмента с обрабатываемой заготовкой. . Также к недостаткам устройства следует отнести то обстоятельство, что выходной сигнал вырабатывается при одновременном наличии трех условий: вращении шпинделя, ускоренном перемещении суппорта и наличии контакта режущего инструмента с заготовкой или любым элементом станка.

Следовательно, при отсутствии такого условия, как вращение шпинделя, устройство не выработает выходной сигнал при столкновении движущихся узлов станка. А такая ситуация, т,е. отсутствие вращения шпинделя, возможна при наладочных режимах, где допускаются перемещения суппорта при отсутвии вращения шпинделя, и где довольно . часто происходят аварийные столкновения.

Целью изобретения является повышение надежности определения момента возникновения аварийного врезания режущего инструмента за счет исключения ложных срабатываний, обусловленных наличием сигнала резания при быстром перемещении суппорта в ситуациях, не являющихся аварийными, Повышение надежности функционирования устройства достигается устранением срабатывания в ситуациях, не являющихся аварийными, но характеризующимися как и аварийные одновременным наличием двух сигналов, свидетельствующего о процессе резания и свидетельствующего о перемещении суппорта со скоростью, превышающей рабочую, Такие ситуации возникают при отводе режущего инструмента на быстром ходу после окончания технологического перехода прЛ сохранении на некоторое время контакта вершины режущего инструмента с обрабатываемой заготовкой по следующим причинам: за счет упругих деформаций при отводе инструмента из зоны резания, особенно при большой площади срезаемого слоя; при выводе сверла, развертки или отводе канавочного резца.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг,2 — временные диаграммы работы устройства: на фиг.3 и 4 — временные диаграммы основных сигналов при операции расточки, Устройство содержит последовательно соединенные датчик 1 вибрации режущего инструмента, усилитель 2, детектор 3, фильтр 4 низких частот и первый компара1

1756113

20 чекоторага времени возможен контакт ре25

45

50 тор 5. Выход первого компаратора 5 подключен к входу сброса триггера 11 и к одному из входов трехвхадового элемента И 13.

Устройство содержит также два двухполярных компаратора 7 и 9, входами подключен- 5 ные к выходам тахогенераторов 6 и 8 приводов подач по координатам Х и 7металлорежущего станка, а выходами через элемент ИЛИ 10 к тактовому входу триггера 11, а также через элемент временной задержки .1

12 ко второму входу элемента И 13. Третий вход элемента И 13 подключен к выходу триггера 11, Сигнал с выхода схемы совпадений 13 подается в систему ЧПУ 14 для прекращения движения подачи суппорта;

Двухполярные кампараторы 7 и 9 предназначены для выработки сигнала превышении напряжением с выхода тахогенераторов

6 и 8 при перемещении суппорта в любом направлении на быстром ходу, порогового значения, которое соответствует напряжению с тахогенератора, соответствующему максимально возможной рабочей скорости перемещения суппарта. Для их реализации может быть использована структурная схема, приведенная на фиг.4, Двухполярнь:й компаратар 7 состоит из двух обычных компэраторов, на инвертирующие входы которых подается напряжение

Uo, а на неинвертирующие входы подается входное напряжение, причем на один компаратор оно поступает непосредственно с выхода тахогенератора 6, а на другой компаратор — через инвертирующий усилитель с единичным коэффициентом усиления.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал виброакустической эмиссии, возникающий в процессе резания или при врезании инструмента в заготовку, преобразуется в электрический сигнал с помощью датчика 1 вибрации. установленного на одном из элементов суппортной группы, например, на резцедержке. усиливается усилителем 2, детектируется детектором 3 и усредняется фильтром 4 низких частот, 3атем сигнал подается нэ один вход первого компаратора 5, на второй вход которого подается опорное напряжение U<». Величина опорного напряжения превышает уровень помех, возникающих при холостых перемещениях суппорта и вращении реэцедержки, и соответствует минимальному значению сигнала, возникающего при контэктировэнии режущего инструмента с заготовкой. 5

После включения питания на выходе триггера 11 устанавливается высокий потенциал. который подается нэ один из входов схемы совпадений И 13. При появлении сигнала быстрого хода с выхода двухколярI ного K0Mïàðàòoðà 7 или 8 высокий патенци ал подается на второй вход схемы совпадений 13 через элемент ИЛИ 10 и элемент временной задержки 12, Триггер 11 при этом своего состояния не изменяет. При последующем появлении сигнала резания с выхода компараторэ 5 на всех трех входах схемы совпадений И 13 присутствуют высокие потенциалы и поэтому на ее выходе вырабатывается сигнал логической единицы.

Это описание варианта работы устройства для случая столкновения суппарта с элементом станка или заготовкой при его быстром перемЕщении из исходного положения в точку начала обработки (1 случай, фиг.2).

После завершения обработки заготовки или окончания технологического перехода производится отвод режущего инструмента обычно на быстром ходу. При этом в течение жущего инструмента с заготовкой, а следовательно одновременное наличие сигнала резания и сигнала быстрого хода, Иллюстрация этого случая на примере операции расточки приведена на фиг.3, После окончания процесса резания резец в течение интервала времени t1-tg при отводе по координате X до начала отвода по координате Z за счет упругого восстановления поверхности резания может контактировать с заготовкой, Это приводит к тому, что сигнал о наличии процесса резания, появившись в процессе расточки, сохраняется и при отводе резца на ускоренном ходу, r.е, сигнал о быстром ходе появляется позже сигнала а наличии процесса резки, что является признаком, позволяющим отличать неаварийную ситуацию от аварийной при одновременном наличии двух вышеупомянутых информационных сигналов.

Данная ситуация не является аварийной и в этом случае устройство не вырэбатывает аварийный сигнал, Это достигается следующим образом

При появлении первым сигнала резания, который подается нэ вход триггера 11

"Установка нуля", триггер 11 сохраняет свое состояние и на его выходе присутствует высокий потенциал. Появление . высокого уровня на входе синхронизации триггера (сигнал о быстром ходе суппорта) вызывает применение его состояния и на выходе триггера триггера 11 устанавливается низкий потенциал и несмотря на присутствие высоких потенциалов на двух входах схемы совпадений И 13 на ее выходе сохраняется низкий потенциал.

Предотвращение ситуации, при которой на всех трех входах схемы совпадений 13 одновременно могли бы существовать высо1756113 киа потенциалы, обеспечивается с помощью элемента временной задержки 12, Этот элемент задерживае r на время 1-2 мкс появление на входе схемы совпадений 13 сигнала с выхода элемента ИЛИ 10. 5

3а это время триггер 11 успевает переключиться, а на его выходе появится нулевой потенциал. Таким образом, задержка появления выходного сигнала с элемента

ИЛИ 10 позволяет избежать появления сиг- 10 нала высокого уровня на выходе схемы совпадений 13.

При продолжении перемещения режущего инструмента на быстром ходу после прекращения контактирования его верши- 15 ны с заготовкой устройство выработает аварийный сигнал в случае появления сигнала резания. Зто обеспечивается за счет переворота триггера 11 в исходное состояние (на его выходе — высокий потенциал) при исчез- 20 новении сигнала резания (2 случай, фиг.2). И теперь любое появление сигнала резания на входе триггера 11 "Установка нуля" при существовании ранее появившегося высокого потенциала на входе синхронизации 25 (сигнал о быстром ходе суппорта) приведет к появлению высокого потенциала на всех входах схемы совпадений И 13 и, какследствие, к срабатыванию устройства (3 случай, фиг.2).

Формула изобретения

Предохранительное устройство для металлорежущих станков с ЧПУ, содержащее последовательно соединенные датчик вибраций режущего инструмента, усилитель. детектор, фильтр низких частот и первый компаратор, а также тахогенераторы приводов подач по соответствующим координатам и элемент ИЛИ, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, в устройство введены второй и третий компараторы, сигнальными входами подключенные к выходам соответствующих тахогенераторов, опорными входами — к источникам пороговых напряжений, а выходами — к элементу ИЛИ, триггер задержки, вход "Установка нуля" которого подключеч к выходу первого компаратора, а тактовый вход — к выходу элемента ИЛИ, и трехвходовая схема совпадений, входы которой подсоединены; первый — к выходу первого ком па рата ра, второй — к вы ходу тригге ра задержки, третий через элемент временной задержки — к выходу элемента ИЛИ, а выход предназначен для связи с системой ЧПУ.

1756113

Составитель А,Поздняков

Техред М.Моргентал Корректор Е.Папп

Редактор М.Янкович

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

Заказ 3050 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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