Устройство автоматизированного контроля нагрузки на валу электродвигателя металлорежущего станка



Устройство автоматизированного контроля нагрузки на валу электродвигателя металлорежущего станка

 


Владельцы патента RU 2481183:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН"" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") (RU)

Изобретение относится к металлорежущим станкам, в частности к устройствам автоматического контроля и управления их электропривода. Устройство содержит датчик 1 тока, датчик 2 напряжения, датчик 3 скорости вращения, мультиплексор 4, аналого-цифровой преобразователь 5, арифметическое устройство 6, управляемый элемент памяти 7, задатчик 8 частоты вращения электродвигателя. Выход датчика 1 тока соединен с первым входом мультиплексора 4, выход датчика 2 напряжения со вторым входом мультиплексора 4, датчик 3 скорости вращения с третьим входом мультиплексора 4, выход мультиплексора 4 соединен со входом аналого-цифрового преобразователя 5, выход которого соединен с первым входом арифметического устройства 6, выход управляемого элемента памяти 7 соединен со вторым входом арифметического устройства 6, а его вход - с первым выходом арифметического устройства 6, второй выход которого соединен с входом задатчика 8. Повышается качество управления электродвигателем и сокращается количество кабелей управления и их длина. 1 ил.

 

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию на металлорежущих станках и может быть использовано для построения системы управления электроприводом с использованием данных о величине момента на валу электродвигателя главного движения.

Из уровня техники известно устройство, осуществляющее контроль нагрузки на инструмент, включающее в себя датчик величины потребляемого тока электродвигателем привода инструмента, связанный с управляемым элементом памяти и первым входом блока вычитания, второй вход которого связан с управляемым элементом памяти, а выход блока вычитания связан с компаратором, связанным с задатчиком данных, причем выход компаратора связан с системой управления станком (Нормализованные узлы и детали агрегатных станков и автоматических линий. Каталог-справочник. НИИИНФОРМАШ, М., 1972, с.197, 284).

Известное устройство измеряет величину потребляемого тока электродвигателя привода инструмента станка и при превышении разности текущего значения и значения в заданный момент времени указанной величины предельного значения определяет момент недопустимой нагрузки.

Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает точного определения недопустимой нагрузки на валу режущего инструмента и, соответственно, момента времени окончания процесса резания, что сужает технологические возможности устройства.

Наиболее близким решением из уровня техники по технической сущности, назначению и достигаемому результату является устройство для контроля нагрузки на инструмент, содержащее датчик тока, управляемый элемент памяти, блок вычитания, компаратор, блок управления, задатчик, датчик рабочей подачи инструмента (авторское свидетельство СССР №2023568, МПК B23Q 15/0, 1994 г.).

Известное устройство измеряет величину потребляемого тока электродвигателем привода инструмента и при превышении разности текучего значения тока и предельного его значения, соответствующего определенному моменту резания, заданной величины определяет момент возникновения недопустимой нагрузки, отличающийся тем, что с целью расширения технологических возможностей момент возникновения недопустимой нагрузки определяет момент начала резания.

К недостаткам данного устройства следует отнести, что при его использовании совместно с преобразователем частоты, который в настоящее время является самым распространенным силовым преобразователем для управления электродвигателями, значение тока изменяется нелинейно, в то время как активная мощность пропорциональна нагрузке на валу электродвигателя. Поэтому данное устройство может быть использовано только для ограниченного диапазона нагрузки.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является оптимизация работы электродвигателя главного движения металлорежущего станка посредством регистрации и контроля активной мощности, пропорциональной нагрузке на валу электродвигателя, и автоматического управления частотой вращения электродвигателя.

Поставленный технический результат достигается тем, что устройство автоматического контроля нагрузки на валу электродвигателя металлорежущего станка, содержащее датчик тока, установленный на статоре электродвигателя, и управляемый элемент памяти, выполненный в виде аналогового или цифрового запоминающего устройства, отличается тем, что оно дополнительно содержит задатчик частоты вращения электродвигателя, аналого-цифровой преобразователь, датчик напряжения питания электродвигателя, установленный на статоре электродвигателя, датчик скорости вращения электродвигателя, установленный на валу электродвигателя, мультиплексор, входы которого соединены с выходами датчика тока, датчика напряжения и датчика скорости вращения электродвигателя, а выход - с входом аналого-цифрового преобразователя, последовательно соединенного с арифметическим устройством, выполненным в виде микроконтроллера, один из выходов которого соединен со входом задатчика частоты вращения вала электродвигателя, а вход - с выходом управляемого элемента памяти.

Устройство автоматизированного контроля нагрузки на валу электродвигателя металлорежущего станка поясняется графическим материалом, где изображена блок-схема устройства адаптивного контроля нагрузки на валу электродвигателя металлорежущего станка.

Устройство автоматизированного контроля нагрузки на валу электродвигателя металлорежущего станка содержит коммутационно связанные датчик 1 тока, датчик 2 напряжения, датчик 3 скорости вращения, мультиплексор 4, аналого-цифровой преобразователь 5, арифметическое устройство 6, управляемый элемент памяти 7, задатчик 8 частоты вращения электродвигателя.

Выход 10 преобразователя частоты 32, подключенного к фазе статора электродвигателя 33, соединен с входом 11 датчика 1 тока и параллельно с входом 12 датчика 2 напряжения, выход 13 датчика 1 тока соединен с входом 14 мультиплексора 4, выход 15 датчика 2 напряжения с входом 16 мультиплексора 4, вход 17 датчика 3 скорости вращения с валом 9 электродвигателя 33, выход 18 датчика 3 скорости вращения с входом 19 мультиплексора 4, выход 20 мультиплексора 4 с входом 21 аналого-цифрового преобразователя 5, выход 22 аналого-цифрового преобразователя 5 с входом 23 арифметического устройства 6, выход 24 управляемого элемента памяти 7 соединен с входом 25 арифметического устройства 6, выход 26 арифметического устройства 6 соединен с входом 27 управляемого элемента памяти 7, выход 28 арифметического устройства 6 с входом 29 задатчика 8, выход 30 задатчика 8 соединен с входом 31 преобразователем частоты 32.

Устройство автоматизированного контроля нагрузки на валу электродвигателя металлорежущего станка работает следующим образом.

В процессе работы электродвигателя (на чертеже не показан) выходные сигналы датчика 1 тока и датчика 2 напряжения, подключенных к одной фазе статора электродвигателя, поступают соответственно на входы 14 и 16 мультиплексора 4, выходной сигнал датчика 3 скорости вращения поступает на вход 19 мультиплексора 4. Выходной сигнал мультиплексора 4 передается на вход аналого-цифрового преобразователя 5, в котором происходит преобразование сигнала из аналогового вида в цифровой код. Выходной сигнал с выхода аналого-цифрового преобразователя 5 поступает на вход арифметического устройства 6, осуществляющего выборку, нормализацию, градуировку измерительного сигнала и вычисление активной мощности:

где P - активная мощность [Вт] в i-й момент времени, Uд - действующее значение напряжения [В], Iд - действующее значение тока [А], Δφ - разность начальных фаз первых гармоник тока и напряжения.

Превышение вычисленным значением активной мощности установленного значения (уставки), Pуст [Вт], хранимой в управляемом элементе памяти 7, приводит к установлению на выходе 28 арифметического устройства 6 сигнала, пропорционального разности:

ΔP=Pi-Pуст [Вт].

Сигнал с выхода 28 арифметического устройства 6 подается на вход задатчика 8 частоты вращения электродвигателя, который формирует сигнал, пропорциональный частоте вращения вала электродвигателя таким образом, чтобы ΔP→0. Коэффициент пропорциональности сигнала, формируемого задатчиком 8 частоты вращения электродвигателя, подбирается непосредственно при установке и наладке устройства на станке.

Таким образом, происходит оптимизация работы электродвигателя за счет автоматизации контроля нагрузки на валу электродвигателя и управление его частотой вращения, что за счет стабилизации активной мощности в широких пределах в конечном итоге повышает надежность всего электропривода.

В предлагаемом устройстве автоматизированного контроля нагрузки на валу электродвигателя металлорежущего станка используются дополнительно датчики напряжения и скорости вращения, что наряду с аналого-цифровым преобразователем и цифровым вычислительным устройством повышает актуальность измерительной информации и качество автоматизированного управления частотой вращения электродвигателя в зависимости от текущей нагрузки на его валу.

Использование в качестве информационного сигнала о нагрузке на валу электродвигателя текущего значения активной мощности позволяет обойтись без использования механических защит от недогрузок и перегрузок, без внешних датчиков, кроме того, существенно сокращается количество и длина кабеля ввиду того, что устройство устанавливается в коммутационном шкафу.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.

Свойства, регламентированные в заявленном соединении отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении может найти применение для управления электродвигателем на металлорежущем станке по значениям механической нагрузки;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствует требованиям условий патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Устройство автоматизированного контроля нагрузки на валу электродвигателя металлорежущего станка, содержащее датчик тока, установленный на статоре электродвигателя, и управляемый элемент памяти, выполненный в виде аналогового или цифрового запоминающего устройства, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит задатчик частоты вращения двигателя, аналого-цифровой преобразователь, датчик напряжения питания электродвигателя, установленный на статоре электродвигателя, датчик скорости вращения электродвигателя, установленный на валу электродвигателя, мультиплексор, входы которого соединены с выходами датчика тока, датчика напряжения питания и датчика скорости вращения электродвигателя, а выход - со входом аналого-цифрового преобразователя, последовательно соединенного с арифметическим устройством, выполненным в виде микроконтроллера, один из выходов которого соединен со входом задатчика частоты вращения вала электродвигателя, а вход - с выходом управляемого элемента памяти.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области станкостроения, в частности к системам контроля и управления точностью обработки деталей. .

Изобретение относится к области автоматизированных систем управления токарным оборудованием с ЧПУ в режиме реального времени. .

Изобретение относится к области высокоточного станкостроения, в частности к автоматизированным системам управления токарным оборудованием с ЧПУ в режиме реального времени.

Изобретение относится к области высокоточной обработки металлов резанием с активным контролем размеров деталей. .

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для разрезания или деления полос, листов, в частности металлических полос, металлических листов. .

Изобретение относится к системам автоматического управления, в частности, процессом резания металла при механической обработке деталей. .

Изобретение относится к машиностроению, а именно к металлорежущим станкам и устройствам для управления подачей металлорежущих станков. .

Изобретение относится к станкостроению, в частности к области прогнозирования и управления точностью токарной обработки поверхности детали на оборудовании с ЧПУ. .

Способ включает установление величин тепловых смещений шпинделя станка в процессе обработки, введение коррекции в перемещение рабочих органов станка по управляемым осям координат и определение вида и параметров функций теплового смещения шпинделя станка для каждой частоты его вращения и при простоях, по которым рассчитывают величины тепловых смещений шпинделя станка в зависимости от времени работы на различных частотах вращения и от времени простоя, а в моменты достижения рассчитанных величин установленных допустимых значений осуществляют корректировку величины перемещения рабочих органов станка. Для расширения технологических возможностей установление величин и параметров функций тепловых смещений шпинделя станка производят для различных пространственных положений теплонагруженных деталей и узлов станка с изменением скорости теплонагружения и с учетом температуры окружающей среды при многократных испытаниях станка для получения статистических характеристик значений величин и параметров функций тепловых смещений шпинделя станка в рабочем объеме станка, а величины тепловых смещений шпинделя станка в зависимости от времени работы на различных частотах вращения и от времени простоя рассчитывают с требуемой установленной вероятностью непрерывно через заданные малые интервалы времени и в моменты достижения рассчитанных величин, установленных с заданной вероятностью допустимых значений, обусловленных требуемой точностью обработки, по каждой управляемой координате и осуществляют корректировку величины перемещения рабочих органов станка или механизмов микроперемещений деталей, которые устанавливают на рабочих органах станка. 7 ил., 1 табл.

Способ включает генерирование управляющих сигналов, поступающих на электромагнитные муфты автоматической коробки скоростей подач станка. Для повышения универсальности и расширения области применения профиль обрабатываемой детали представляют цифровой моделью в виде координат большого числа элементарных отрезков, вносят в память цифровой системы управления (ЦСУ). Затем в процессе обработки посредством ЦСУ определяют отклонения реального положения рабочего органа станка от исходного теоретического профиля и в зависимости от величины отклонения, направления подачи и угла наклона текущего элементарного отрезка профиля формируют управляющие сигналы, поступающие на электромагнитные муфты следящей подачи, которые переключают редуктор автоматической коробки скоростей для обеспечения автоматического отслеживания траектории движения рабочего органа станка в отношении положения линии каждого элементарного отрезка. При этом выбор ведущей и следящей подачи определяют автоматически в зависимости от угла наклона каждого элементарного отрезка, а интервалы включения и выключения следящей подачи и частоту ее работы определяют по приведенным формулам. Моменты включения и выключения следящей подачи определяют в зависимости от качества обработанной поверхности, заданного диапазоном расчетных значений указанных отклонений положения рабочего органа станка и шириной зоны слежения. 2 ил.

Изобретение относится к области общего и специального машиностроения и может использоваться во всех областях промышленного производства, а именно при токарной обработке длинных деталей типа вал, и, в частности, при обработке валопроводов движительно-рулевых колонок (ДРК). Способ адаптивного управления обработкой валопроводов ДРК включает генерирование сигналов управления, поступающих на электропривод поперечной подачи каретки с резцедержателем, при этом в плоскости, проходящей через вершину резца перпендикулярно оси центров станка, с помощью оптоэлектронных датчиков контролируют горизонтальные и вертикальные отклонения суппорта от оси центров станка, величину которых компенсируют за счет дополнительного перемещения каретки с резцедержателем, причем величину перемещения определяют по предлагаемой формуле. 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к станкостроению, и предназначен для управления осевыми температурными деформациями рабочих органов металлорежущих станков. Измеряют температуры передней и задней стенок колонны 2 и шпиндельной бабки 1 и по ним определяют значение средних избыточных температур передней и задней стенок колонны 2 и шпиндельной бабки 1. Для заданной величины осевых температурных деформаций рабочих органов станка вычисляют допустимое значение избыточной температуры шпиндельной бабки и сравнивают полученное значение со средним значением температуры шпиндельной бабки 1. При неравенстве значения избыточной температуры шпиндельной бабки и среднего ее значения осуществляют изменение температуры шпиндельной бабки 1. Обеспечивается повышение точности управления, расширение технологических возможностей, увеличение надежности и стабильности взаимного осевого положения рабочих органов (1, 4, 5) металлорежущего станка в период его работы. 2 ил.

Изобретение относится к механической обработке материалов и управлению точностью обработки изделий при использовании станков с ЧПУ. Сущность изобретения заключается в том, что в способе адаптивной обработки изделий на станках с ЧПУ обеспечивается автоматизированная компьютерная поддержка измерений на обрабатывающем оборудовании с ЧПУ с интеграцией механической обработки и измерений в одной управляющей программе посредством применения предложенной программы (программной подсистемы CAIT) комплексно взаимосвязанной и представляющей единое целое с CAD/CAM-системой, обладающей функцией выделения или распознавания комплексов конструкторско-технологических элементов (КТЭ) обрабатываемых деталей. Обеспечивается повышение точности обработки, снижение затрат на оснащение процессов обработки, повышение производительности изготовления деталей на станках с ЧПУ, упрощение и ускорение технологической подготовки производства. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для определения оптимальной скорости резания при работе на выбранном технологическом оборудовании. Согласно изобретению осуществляется предварительная обработка заготовки при разных скоростях резания с записью сопровождающих вибраций и с последующим выделением посредством полосовых фильтров высокочастотной и низкочастотной составляющих вибраций и определением амплитудных значений указанных составляющих. За величину оптимальной скорости резания принимают значение скорости, при которой отношение упомянутых значений амплитуд высокочастотной составляющей к низкочастотной минимально. 3 ил.

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано для управления линейными перемещениями исполнительных узлов металлорежущего станка с ЧПУ. Управление исполнительных узлов в процессе обработки деталей осуществляется по измеренным и определенным средним избыточным температурам: ходовых винтов, противоположных стенок корпусных деталей, несущих ходовые винты, в направлении продольной оси ходовых винтов, оси вращения шпинделя и вдоль стенок шпиндельной бабки, которые расположены перпендикулярно оси вращения шпинделя. При этом производят выравнивание температуры противоположных стенок корпусных деталей, несущих ходовые винты в направлении продольной оси ходовых винтов, стенок шпиндельной бабки, перпендикулярных оси шпинделя, до момента достижения попарного равенства температур, после чего с помощью системы ЧПУ через равные периоды времени осуществляют управление текущим положением исполнительных узлов металлорежущего станка по соответствующим корректирующим сигналам. Изобретение позволяет повысить уровень точности перемещений исполнительных узлов, расширить технологические возможности станка, увеличить надежность. 3 ил.

Изобретение относится к электромеханике и может быть использовано для повышения точности токарной обработки серийных некруглых деталей при наличии на обрабатываемой поверхности зон прерывистого резания. В устройстве реализован принцип самообучения, обеспечивающий минимальные систематические от детали к детали ошибки формы, при этом минимизируются и случайные ошибки, вызванные смещением указанных зон. Эффект достигается посредством отключения интегральной составляющей в регуляторе положения режущего инструмента в зонах отсутствия резания. Технический результат - повышение точности токарной обработки серийных некруглых деталей в условиях случайного от детали к детали смещения зон прерывистого резания. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению. Технический результат - повышение качества обработанной поверхности и геометрической точности детали. Способ автоматического управления копировальным токарным станком с автоматической коробкой скоростей подач станка, содержащей электромагнитные муфты, включает задание теоретического профиля поверхности обрабатываемой детали в виде отрезков линий. При этом генерируют управляющие импульсы следящей подачи uy(СП) при постоянстве напряжения управления ведущей подачи uy(ВП)=const на электромагнитные муфты автоматической коробки скоростей подач станка. Первый форсирующий импульс генерируют длительностью, соизмеримой с постоянной времени электромагнитной муфты, по окончании которого генерируют импульсы управления длительностью τи с постоянной частотой следования fшим=1/Tшим, где Tшим - период генерирования управляющих импульсов. При этом частоту импульсов выбирают из условия непрерывности тока в обмотке электромагнитной муфты, а длительность - в зависимости от угла наклона отслеживаемого отрезка теоретического профиля поверхности обрабатываемой детали. 2 ил.

Изобретение относится к станкам с числовым программным управлением. Технический результат - предварительное исследование, с помощью графического отображения, перемещений, которые будут выполняться станком, как только оператор даст команду начать выполнение машинной программы и отображение перемещений координатных осей станка по мере поступления всех изменений, установленных оператором, и возможность проверки их графически до выполнения на станке, что позволит обнаружить любую возможную ошибку и, следовательно, предотвратить порчу инструмента, заготовки или станка. Система для управления и виртуального отображения для станка, который содержит держатель для инструмента, оправку для заготовки, исполнительные устройства, приводные средства, при этом система содержит связанные со станком числовой контроллер и обрабатывающую систему, которая выполнена с возможностью создания, во время процесса машинной обработки и на основе целевых координат и хранимых в памяти математических моделей станка, заготовки и инструмента, графических данных, пригодных для воспроизведения на отображающих образы средствах виртуальных двумерных представлений позиций, занимаемых заготовкой и станком, в заранее установленном "прогнозирующем временном окне" и с возможностью подачи сигнала тревоги и/или вызова остановки работы станка, если вычисленные будущие позиции инструмента могут быть причиной возможных столкновений. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх