Устройство для измерения износа и положения режущего инструмента в токарных станках

 

Использование: станкостроение, в системах адаптивного управления размерной настройкой многоинструментальных станков с ЧПУ. например токарных. Устройство позволяет учитывать случайные погрешности , возникающие из-за влияния вибрации, темггературы и других факторов за счет выбора весового коэффициента усиления на каждом такте измерения. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,, Я2„1757847 А1 (я)5 В 23 0 15/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4883954/08 (22) 19.10.90 (46) 30.08.92. Бюл. N. 32 (71) Московский институт электронного машиностроения и Научно-производственное внедренческоеобъединение "Технобиомедпрогресс" (72) P.A.Ìèðàõìåäoà, К.А,Неусыпин, И.H.Áîðèñîâ и Ю.В.Строкова

:(56) Авторское свидетельство СССР

М 1020205, кл. В 23 0 15/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР

М 1442370, кл. В 23 0 15/00, 1987, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИЗНОСА И ПОЛОЖЕНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА В ТОКАРНЫХ СТАНКАХ (57) Использование: станкостроение, в системах адаптивного управления размерной настройкой многоинструментальных станков с ЧПУ. например токарных. Устройство позволяет учитывать случайные погрешности, возникающие из-за влияния вибрации, температуры и других факторов за счет выбора весового коэффициента усиления на каждом такте измерения:,"4 ил.

Известно устройство автоматической соединен с вторым выходом датчика перекоррекции размерной настройки токарных мещений, а выход - с вторым входом АЦП, многоинструментальных станков с ЧПУ, содержащее датчик положения режущей кромки инструмента в системе координат станка, соединенные последовательно лОгический блок, счетчик импульсов и устройвыход интерполятора системы ЧПУ соединен с вторым входом логического блока, выход которого также соедийен с третьим входом АЦП.

Недостатком известных устройств являство ввода коррекции, и систему ЧПУ, включающую соединенные последовательются погрешности измерения, обусловленные вибрацией, изменением но блок авода коррекции и интерполятор, температурного режима работы и другими датчик величины уставки и блок многоад- внешними возмущениями. ресной оперативной памяти. Погрешности измерения имеют случайНаиболее близким по технической сущный характер. Наличие погрешностей сниности к предлагаемому изобретению явля- жает точность выходной информации ется устройство для измерения размерного . датчика перемещенйй, что приводит к поизноса и положения режущего инструмента в токарных станках, содержащее последовательно соединенные датчик перемещений, первый автогенератор и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), последовательно соединенные логический грешностям измерения размерного износа инструмента.

Целью изобретения. является повышение точности измерения износа инструмента путем устранения случайных погрешностей в измерительном сигнале за

Изобретение относится к станкострое- .. блок, исполнительнйй -механизм привода нию и может быть использовано в системах .-. перемещения суппорта и разцедержатель, адаптивного управления размерной йа- систему ЧПУ, включающую последовательстройкоймногоинструментальныхстанковс но соединенные блок коррекции и интерпоЧПУ, например токарных, лятар, второй автогенератор, вход которого

1757847 включают программный цикл "измерения износа" резца 22, во время которого резцедержатель 17 с резцом 22 перемещается по координате Х на размер Хио из исходной

5 точки к наконечнику 21 датчика 1.

Хи =Хио +0,5 О, (1) где Хио — номинальное перемещение, соответствующее расстоянию в направлении поперечной подачи, от номинального

10 положения вершины инструмента до измерительной плоскости наконечника датчика 1;

0 — диапазон измерения.

На первый вход АЦП 3 поступает сигнал

5 с частотой f>, равной частоте колебаний струны 24, а на второй вход АЦП 3 поступает сигнал с частотой f2, равной частоте колебаний струны 25. На выходе АЦП 3 получает цифровой сигнал,.пропорциональный отно0 шению частот 1 П колебаний струн. Логический блок 15 периодически, с интервалом менее 1 с, включает АЦП 3 и фиксирует начальные значения Уо выходного сигнала

АЦП 3, В течение времени одного измере5 ния в АЦП 3 накапливается число импульсов, пропорциональное У>

Уо=пд —, fl

f2 (2) где ng — коэффициент деления частоты коле0 баний струн, устанавливаемый в АЦП 3;

f1, f2 — частоты колебаний струн соответственно, зависящие от положения наконечника 21 относительно корпуса дифференциального датчика 1.

5 После завершения цикла обработки детали резец 22 повторно перемещается по программе "измерения износа" системы

ЧПУ в положение измерения Х>. Управляющие импульсы поступают из интерполятора

0 14 через логический блок 15 на исполнительный механизм 16 привода перемещения по координате Х. При касании резцом

22 наконечника 21 датчика 1 увеличивается натяжение первой струны и уменьшается

5 натяжение второй струны, что приводит к изменению отношения частот fi/fz пропорционально ему выходного сигнала АЦП

3. Логический блок 15 фиксирует изменение . выходного сигнала У после остановки пере0 мещения резцедержателя 17 в точке измерения Хи.

Размерный износ А

Ь =Yo-%. (3) счет выбора векового коэффициента усиления на каждом такте измерения.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 представлены результаты математического моделирования устройства с весовым коэффициентом k=0,2; на фиг,3 — то же с k=0.6; на фиг,4 — то же с k=0,9, Устройство для измерения износа и положения режущего инструмента в токарных станках содержит последовательно соединеннйе датчик 1 перемещений, первый asтогейератор 2, АЦП 3, первый сумматор 4; первый блок 5 умножения, второй сумматор

6 и лйнию 7 задержки, последовательно соединенные второй блок 8 умножения, тре- 1 тий сумматор 9. блок 10 сравнения, операционный усилитель 11 и электронный ключ 12, выход которого соединен с вторым входом первого блока 5 умножения, систему

ЧПУ 20, состоящую из последовательно со- 2 единенных блока 13 коррекции и интерполятора 14, последовательно соединенные логический блок 15, исполнительный механизм t6 привода перемещения суппорта и раэцедержатель 17, одновибратор 18, вы- 2 ход которого соединен с вторым входом третьего сумматора 9, второй автогенератор 19, вход которого соединен со вторым выходом датчика 1 перемещений, а выход— с вторым входом АЦП 3, выход первого сум- 3 матора 4 соединен также с первым и вторым входами второго блока 8 умножения, выход линии 7 задержки соединен с вторыми входами первого 4 и второго 6 сумматоров, второй выход блока 10 сравнения соединен 3 с вторым входом электронного ключа 12, выход второго сумматора 6 соединен также с вторым входом логического блока 15, выход которого соединен с третьим входом

АЦП 3. Логический блок 15 может быть вы- 4 полнен на базе микропроцессора серии

КР580. Дифференциальный датчик 1 перемещений выполнен в виде корпуса 23 и имеет две струны 24, 25, размещенные в поле постоянных магнитов 26. Неподвижные 4 концы струн 24, 25 закреплены на корпусе

23 датчика 1 и электрически подключены к входам автогенераторов 2, 19. Подвижные концы струн закреплены на наконечнике 21, установленном на упругом шарнире 27, С 5 помощью автогенераторов 2, 19 обеспечивается постоянная колебаний струн. Выходы автогенераторов 2, 19 соединены с входами АЦП 3, предназначенного для получения цифрового сигнала, пропорциональ- 5 ного отношению частот колебаний струн.

Устройство работает следующим образом, Для определения величины размерного износа резца s программу работы станка

Последовательные циклы обработки деталей выполняются до тех пор, пока износ резца 22 меньше запрограммированного, как только его величина достигает допустимого значения. логический блок 15 выдает

1757847 сигнал о необходимости смены режущего В линии 7 задержки сигнал задерживаинструмента. ется на один такт проведения измерений.

Сигнал с выхода АЦП 3, пропорциональ- Весовой коэффициент k определяется в ный величине износа инструмента, поступа- диапазоне 0

ыдущем такте работы устройства. износ резца, пунктиром У его оценка поС выхода первого сумматора 4 сигнал 10 средством измерительного устройства, а поступает в первый блок 5 умноженйя и на штрихпунктирной линией показано опредевходывторогоблока8умножения, Этотсиг-: ление износа резца в устройстве-прототинал пропорционален обновляемой последо- пе, Весовой коэффициент k определяет вес, вательности vk и может быть представлен в с которым текущие измерения используютвиде выраженная .1S ся в формировании оценки Yk. Как видно из И = Zk —:УМ-1, . (4) фиг.2, 3, 4, наилучшей оценкой является гдеZ -измеряемый сигнал с выхода АЦП3; оценка при k 0 6.

° ° к-1 — сигнал с линии 7 задержки. S одновибраторе 18 значения дисперС выхода второго блока 8 умноженйя сий ошибки оценивания и измерительных сигнал, пропорциональный квадрату обнов- 20 ошибок вводятся заранее. Они определяютляемой последовательности, поступает на ся в процессе эксперимента, например первый вход третьего сумматора 9. В треть- Р=4 мкм, r=20 мкм ем сумматоре 9 сигнал, пропорциональный С выхода второго сумматора 6 сигнал квадрату обновляемой последовательно- также поступает на второй вход логического сти, алгебраически складывается с сигна- 25 блока 15. При поступлении этого сигнала со лом с одновибратора 18,. который второго выхода логического блока 15 поступропорционален сумме априорной диспер- пает управляющий сигнал для включения сии измерительных ошибок r и дисперсии АЦП 3. Затем цикл повторяется. Таким обошибок оценивания р. На выходе третьего . разом, в отличие от прототипа в устройстве сумматора 9 сигнал пропорционален разно- 30 отсутствуют случайные погрешности, обуссти дисперсии обновляемой последователь- . ловленные влиянием дестабилизирующих ности и ее расчетного значения(р+г). факторов (вибрация; температура и др.). р+ г-И< . (5) . Точность устройства повышается за счет

С выхода третьего сумматора 9 сигнал оценки и компенсации случайных помех в поступает в блок 10 сравнения, где сравни- 35 измеряемом сигнале. вается с нулем. Если сигнал меньше или Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я равен нулю, то с выхода блока 10 сравнения Устройство для измерения износа и посигнал поступает на электронный ключ 12, ложения режущего инструмента в токарных который размыкает электрическую цепь, станках, содержащее последовательно соет.е. сигнал на первый блок 5 умножения не 40 диненные датчик перемещений, первый авпоступает..Если сигнал больше нуля, то с тогенератор и АЦП, последовательно выхода блока 10 сравнения единичный сиг- соединенные логический блок, исполнинал поступает в операционный усилитель. тельный механизм привода перемещения

11, где усиливается в соответствии с весо- суппорта и резцедержатель, систему ЧПУ, вым коэффициентом k, и затем поступает 45. включающую последовательно соединенчерез электронный ключ 12 на второй вход ные блок коррекции и интерполятор, второй первого блока 5 умножения. В блоке 5 умно- автогене ратор, вход которого соединен с жения сигнал умножается на сигнал с выхо- . вторым выходом датчика перемещений, а да первого сумматора 4. С выхода блока 5 выход — с вторым входом АЦП, выходинтерумножения сигнал, пропорциональный К0р- 50 полятора системы ЧПУ соединен с вторым ректирующему сигналу и для оценки из- входом логического блока, второй выход комеряемого сигнала, поступает на первый торого соединен с третьим входом АЦП, о твход второго, сумматора 6, где алгебраиче- . st и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышески суммируется с сигналом с линии 7 за- ния точности путем устранения случайных держки, пропорциональным Yk1. С выхода 55 погрешностей в измерительном сигнале за второго сумматора 6 сигнал, пропорцио- счет выбора весового коэффициента усиленальный оценке У измеряемого сигнала ния на каждом такте измерения, оно снабZk, поступает на вход линии 7 задержки. жено последовательно соединенными k=4k-1+ Kk A. (6) . первым сумматором, первым блоком умножения, вторым сумматором и линией задер1757847 жки, выход линии задержки соединен с вторыми входами первого и второго сумматоров, последовательно соединенными вторым блоком умножения, третьим сумматором, блоком сравнения, усилителем и электронным ключом, одновибратором, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора, выход первого суммал

У тора соединен с первым и вторым входами второго блока умножения, второй выход блока сравнения соединен с электронным ключом, выход которого соединен с вторым

5 входом первого блока умножения, первый вход первого сумматора соединен с выходом АЦП, а выход второго сумматора соединен с входом логического блока.

1757847.

Фце. 2,V.

Фце. д

3 Й,Ч.

Фцг. Ф

Составитель P. Мирахмедов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор В, Петраш

Редактор Л. Павлова

Заказ 2961 Тираж 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